DE529843C

DE529843C - Process for measuring and recording the temporal course of rapid changes in length or torsional vibrations

Info

Publication number: DE529843C
Application number: DEA50801D
Authority: DE
Original assignee: RICHARD AMBRONN DR
Current assignee: RICHARD AMBRONN DR
Priority date: 1927-04-28
Filing date: 1927-04-28
Publication date: 1931-07-17

Description

Verfahren zum IVlessen und Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufes von schnell verlaufenden Längenänderungen oder Torsionsschwingungen Zur Bestimmung von Veränderungen in der Länge durch variable Zug- oder Druckkräfte vorzugsweise periodischer Natur beanspruchter Stäbe; Balken oder ähnlicher Konstruktionsteile von Gebäuden, Maschinen o. dgl. sowie zur Messung von Torsionsschwingungen längs Achsen usw: benutzte man bisher Vorrichtungen, welche entweder diese Längen- oder Winkeländerungen rein mechanisch registrierten, was wegen der Kleinheit der zu messenden Größe oft schwierig und meist sehr ungenau bleibt, oder man versuchte, die Längenänderungen oder Verdrehungen unmittelbar in gleichartige Änderungen elektrischer Ströme überzuführen, indem man zwischen zwei parallele, mit verschiedenen Querschnitten des zu überwachenden Balkens o. dgl. fest verbundene Flächen eine Säule von ebenen Kohleplatten anbrachte, deren elektrischer Übergangswiderstand nach dem bekannten Mikrophonprinzip dem auf sie wirkenden Drucke einigermaßen proportional sein sollte. Bei Abstandsänderungen. der beiden Auflageflächen gegeneinander ändert sich dann der Druck infolge der unregelmäßig verteilten Elastizitäten der Kohleplatten, der Widerlager und innerhalb der auszumessenden mechanischen Systeme einigermaßen proportional mit den zu messenden Längenänderungen, solange nicht die Kohleplatten überhaupt durch zu großen Druck zerquetscht werden oder im entgegengesetzten Falle den Kontakt miteinander verlieren. Infolgedessen werden die Stromschwankungen in einem an die Kohleplatten angeschlossenen Stromkreise innerhalb gewisser enger Grenzen einen ungefähren Einblick in die Längenänderungen oder Verdrehungen in Abhängigkeit von der Zeit gewähren können.Method for measuring and recording the time course of Rapid changes in length or torsional vibrations To determine Changes in length due to variable tensile or compressive forces, preferably more periodic Rods stressed by nature; Beams or similar structural parts of buildings, Machines or the like as well as for measuring torsional vibrations along axes etc: used one so far devices, which either these changes in length or angle purely registered mechanically, which is often difficult due to the small size of the size to be measured and usually remains very imprecise, or one tried to change the length or twist to convert directly into similar changes of electrical currents by between two parallel beams with different cross-sections of the beam to be monitored o. The like. Firmly connected surfaces attached a column of flat carbon plates, their electrical contact resistance based on the well-known microphone principle on it appearing prints should be reasonably proportional. With changes in distance. of the two contact surfaces against each other then changes the pressure as a result of the irregular distributed elasticities of the carbon plates, the abutments and within the ones to be measured mechanical systems reasonably proportional to the changes in length to be measured, as long as the carbon plates are not crushed by excessive pressure at all or in the opposite case lose contact with each other. Consequently are the current fluctuations in a circuit connected to the carbon plates an approximate insight into the changes in length within certain narrow limits or twists as a function of time.

Solange man die Ausbildung solcher Druckschwankungen durch die auszumessenden Längen- oder Torsionsschwingungen den Zufälligkeiten der in dem System gerade vorhandenen elastischen Eigenschaften und deren Verteilung überläßt, führt auch der Ersatz der Kohleplattensäule durch piezoelektrische Kristalle, doppelbrechende Platten aus durchsichtgem Material, zu keiner Verbesserung. Quantitative Untersuchungen bleiben unmöglich.As long as you can measure the formation of such pressure fluctuations through the Longitudinal or torsional vibrations correspond to the coincidences of those currently present in the system leaves elastic properties and their distribution, also leads to the replacement of Carbon plate column made up of piezoelectric crystals, birefringent plates see-through material, no improvement. Quantitative studies remain not possible.

Die Erfindung geht nun dahin, daß die Entfernungsänderungen der beiden mit den betreffenden Ouerschnitten eines Balkens, einer Welle o. dgl. fest verbundenen ebenen Flächen zunächst quantitativ in Druckänderungen innerhalb eines zwischen diese beiden Flächen eingespannten mechanischen Systems übergeführt werden, welches neben einer definierten Elastizität (Feder) eine Druckmeßvorrichtung enthält, bei welcher die Druckänderung keine merkliche mechanische Deformation hervorbringt. Durch die eingeschaltete Elastizität (Feder) werden die Abstandsänderungen zunächst in diesen genau quantitativ proportionale Druckänderungen übergeführt, welche dann weiterhin mittels der vorgesehenen Druckmeßvorrichtung, die in irgendeiner an sich bekannten Art ausgebildet sein kann, gemessen werden.The invention is now that the changes in distance of the two firmly connected with the relevant cross sections of a beam, a shaft or the like flat surfaces first quantitatively in pressure changes within a between these two surfaces restrained mechanical system, which contains a pressure measuring device in addition to a defined elasticity (spring) which the pressure change no noticeable mechanical deformation brings forth. Due to the activated elasticity (spring), the distance changes initially converted into these precisely quantitatively proportional pressure changes, which then continue by means of the pressure measuring device provided in any can be designed per se known type, can be measured.

Einige Beispiele mögen weiterhin die praktische Anwendung dieses neuen Verfahrens erläutern.Some examples continue to like the practical application of this new one Explain the procedure.

Es seien die Längenänderungen eines Trägers in Abhängigkeit von der mechanischen Beanspruchung zu untersuchen. Zu diesem Zwecke werden in entsprechenden Abständen voneinander zwei Anschläge K, und KZ an dem Balken starr befestigt, welche einander parallele und gegenüberstehende ebene Flächen f1 und f2 besitzen. Zwischen diese beiden Flächen sind nun diejenigen Vorrichtungen eingespannt, welche die Entfernungsänderungen zwischen den Flächen f,. und f2 in genau proportionale Druckänderungen übertragen, und ferner diejenigen Vorrichtungen vorgesehen, welche diese Druckänderungen wiederum in genau proportionale Änderungen eines nicht mit mechanischen Deformationen verbundenen physikalischen Vorganges umwandeln.Let there be the changes in length of a beam depending on the to investigate mechanical stress. For this purpose, in appropriate Distances from each other two stops K, and KZ rigidly attached to the beam, which have parallel and opposite flat surfaces f1 and f2. Between these two surfaces are now those devices clamped, which the changes in distance between the surfaces f ,. and transfer f2 into precisely proportional pressure changes, and also those devices are provided which in turn these pressure changes in exactly proportional changes of one not associated with mechanical deformations convert physical process.

Als Beispiele für diesen physikalischen Vorgang seien genannt: die Elektrizitätserregung der piezoelektrischen Kristallplatten, auf welchen den Druckänderungen proportionale Elektrizitätsmengen erzeugt werden, und weiterhin die den Druckänderungen proportionalen Änderungen der Doppelbrechung einseitig gepreßter homogener, optisch durchsichtiger harter Medien, wie z. B. Glas oder amorphes Quarzglas. Die Umwandlungen der Entfernungsänderung zwischen fl und f2 werden beispielsweise in Abb. r durch die Feder F bewirkt, welche in den starren dreiteiligen Stab a, b, c zwischen den Teilstücken a und b eingespannt und so ausgebildet ist, daß in ihr keinerlei Eigenschwingungen auftreten können, wie z. B. durch Ausbildung dieses federnden Organs in Gestalt zweier aufgewölbter und mit den hohlen Seiten gegeneinandergekehrter, am Rande ringsum gegeneinander anliegender Stahlplatten, die in Abb. r dargestellt sind.Examples of this physical process are: the excitation of electricity in the piezoelectric crystal plates, on which quantities of electricity proportional to the pressure changes are generated, and furthermore the changes in the birefringence proportional to the pressure changes of homogeneous, optically transparent hard media pressed on one side, such as e.g. B. glass or amorphous quartz glass. The conversions of the change in distance between fl and f2 are, for example, in Fig. R caused by the spring F, which in the rigid three-part rod a, b, c between the portions a and b is clamped, and formed so that no natural oscillations may occur in their such as B. by forming this resilient member in the form of two arched and with the hollow sides facing each other, on the edge all around against each other resting steel plates, which are shown in Fig. R.

Dieses Federorgan ist also dazu bestimmt, die Entfernungsänderungen zwischen den Flächen f, und f. in ihnen genau proportionale Druckänderungen in dem zwischen den Flächen f, und f2 eingespannten Meßstabsystem a, b, c zu verwandeln.This spring element is therefore intended to convert the changes in distance between the surfaces f 1 and f. In them pressure changes in the measuring rod system a, b, c clamped between the surfaces f 1 and f 2.

Diese Druckänderungen sollen nun weiterhin durch die Vorrichtung Q, welche in Abb, r als System aufeinandergeschichteter piezoelektrischer Quarzplatten ausgebildet sei, in beispielsweise elektrische Ladungsänderungen quantitativ umgesetzt werden, welche in an sich bekannter Weise von einem nur schematisch gekennzeichneten Saitenelektrometer R oder dergleichen dafür geeigneten Instrument mit gegebenenfalls meßbar veränderlicher Kapazität dargestellt oder registriert werden.These changes in pressure should now continue to be caused by the device Q, which in Fig, r as a system of stacked piezoelectric quartz plates be designed, implemented quantitatively in, for example, changes in electrical charge are, which in a known manner by a only schematically identified String electrometer R or the like suitable instrument with, if necessary measurable variable capacity can be represented or registered.

Es steht natürlich auch frei, die durch die Variationen elektrischer - Ladungen auf den Quarzplatten hervorgebrachten Spannungsänderungen auf das Steuergitter einer Kathodenröhre in an sich bekannter Weise so einwirken zu lassen, daß die Variationen des Anodenstromes dieser Röhre den Spannungen und damit natürlich auch den Druckänderungen proportional sind, und daß der zeitliche Verlauf der Anodenströme mittels eines kurzperiodischen Galvanometersystems aufgezeichnet werde.It is of course also free to use the electrical variations - Charges on the quartz plates produced voltage changes on the control grid to allow a cathode tube to act in a manner known per se so that the variations of the anode current of this tube, the voltages and, of course, the changes in pressure are proportional, and that the time course of the anode currents by means of a short-period galvanometer system.

Ein anderes Beispiel für die Anwendung des oben gekennzeichneten, der Erfindung zugrunde liegenden allgemeinen Prinzips zeigen die Abb. 2 und 3, indem die Torsionsschwingungen einer rotierenden Welle quantitativ in ihrem zeitlichen Verlauf aufgezeichnet werden sollen.Another example of the application of the above, the general principle underlying the invention are shown in Figs. 2 and 3 by the torsional vibrations of a rotating shaft quantitatively in their temporal Should be recorded.

Auf der rotierenden Welle W sind in dem Abstande L die beiden Ringe K1 und KZ fest aufgesetzt. An diesen beiden Ringen K, und K2 sind j e die starren Stäbe S, und S2 so befestigt, daß sie mit den einander parallelen Endflächen f, und f2 einander genau gegenüberstehen. Zwischen diesen Endflächen fl und f 2 ist dann wiederum das starre Meßstabsystem a, b, c eingespannt, welches dazu dienen soll, zunächst mittels des zwischen den starren Stabteilen a, b eingeschalteten federnden Teiles F die Entfernungsänderungen der beiden Flächen f, und f 2 gegeneinander in genau proportionale Druckänderungen innerhalb des Systems a, b; c umzusetzen. Ferner befindet sich wiederum in diesem Meßstabsystem zwischen den starren Teilstäben b und c der druckempfindliche Teil O, welcher aus hartem Material hergestellt sein soll, so daß die Druckänderungen keinerlei merkliche mechanische Deformationen in diesem hervorzubringen vermögen. Auch hier wiederum kann das System Q in an sich bekannter Weise aus piezoelektrischen Kristallplatten oder aus einem Stoff bestehen, dessen Doppelbrechung dem Druck proportional ist. Die Anzeigevorrichtung oder die Registrierung der Druckänderungen kann wiederum in gleicher Weise erfolgen wie bei dem zuerst ausführlich beschriebenen Beispiel. In dem in den Abb. 2 und 3 beispielsweise dargestellten Falle ist der druckempfindliche Teil Q als Piezoquarzplattensystem ausgebildet. Die beiden Belegungen der Piezoquarzplatten sind über die isolierten Leitungen m und n an die ebenfalls auf der Welle W, und zwar je isoliert, aufgesetzten Schleifringe r, und r2 geführt, von wo die erzeugten Elektrizitätsmengen in an sich bekannter Weise über Schleifbürsten weiter an den Registrierapparat R abgeführt werden.The two rings K1 and KZ are firmly attached to the rotating shaft W at the spacing L. The rigid rods S and S2 are attached to these two rings K and K2 in such a way that they are exactly opposite one another with their parallel end faces f and f2. The rigid measuring rod system a, b, c is then again clamped between these end surfaces fl and f 2, which is intended to initially measure the changes in distance between the two surfaces f and f 2 by means of the resilient part F connected between the rigid rod parts a, b in exactly proportional pressure changes within the system a, b; c to implement. Furthermore, in this measuring rod system there is again the pressure-sensitive part O, which should be made of hard material, between the rigid partial rods b and c, so that the pressure changes are unable to produce any noticeable mechanical deformations in this. Here, too, the system Q can consist in a manner known per se of piezoelectric crystal plates or of a substance whose birefringence is proportional to the pressure. The display device or the registration of the pressure changes can again take place in the same way as in the example described in detail first. In the case shown for example in FIGS. 2 and 3, the pressure-sensitive part Q is designed as a piezo-quartz plate system. The two assignments of the piezo quartz plates are routed via the insulated lines m and n to the slip rings r and r2, which are also placed on the shaft W, each insulated, from where the electricity generated is passed on to the recorder in a known manner via grinding brushes R.

Zahlreiche andere Anwendungsmöglichkeiten bieten sich in den verschiedenen Zweigen der Technik. In all diesen Fällen sollen Entfernungsänderungen entsprechend den zuerst ausgeführten allgemeinen Grundlinien der Erfindung zunächst durch ein besonderes Organ in diesen Entfernungsänderungen quantitativ proportionale Druckänderungen umgesetzt werden, welche anderseits wieder durch ein besonderes Organ, das durch diese Druckänderungen keine merklichen mechanischen Deformationen erleidet, in an sich bekannter Weise in den Druckänderungen quantitativ proportionale physikalische Größen umgesetzt werden, die nunmehr in Abhängigkeit von der Zeit registriert werden können.There are numerous other possible uses in the various Branches of technology. In all of these cases, distance changes should be made accordingly the general principles of the invention set out first special organ in these changes in distance, quantitative proportional changes in pressure to be implemented, which on the other hand again by a special organ that by this pressure changes does not suffer any noticeable mechanical deformation, in an is known to be quantitatively proportional physical in the pressure changes Quantities are implemented, which are now registered as a function of time can.

In all diesen Fällen ist darauf Rücksicht zunehmen, daß sowohl die Organe, welche zur Umsetzung der Entfernungsänderungen in Druckänderungen dienen und andererseits zur Messung dieser Druckänderungen benutzt werden, so klein und leicht sind, daß Massenkräfte, welche durch Erschütterungen des Balkens in irgendeiner Richtung in diesem System infolge der Trägheit der in ihm enthaltenen Masse auftreten, auf das Meßergebnis ohne Einfluß bleiben oder doch nur untergeordnete Bedeutung besitzen können. Die einzelnen Teile des Systems a; b, c, F, O, welche zwischen die Flächen f, und f2 eingespannt werden, müssen daher einerseits möglichst kleine räumliche Abmessungen besitzen und aus möglichst leichtem Material hergestellt sein sowie anderseits, außer der Feder F, aus Stoffen hergestellt sein, welche mechanischen Deformationen größten Formwiderstand entgegensetzen.In all these cases it must be taken into account that both the organs which serve to convert the changes in distance into changes in pressure and on the other hand are used to measure these changes in pressure are so small and light that inertial forces caused by vibrations of the beam in any direction in this System occur due to the inertia of the mass contained in it, have no influence on the measurement result or can only have subordinate importance. The individual parts of the system a; b, c, F, O, which are clamped between the surfaces f, and f2, must therefore on the one hand have the smallest possible spatial dimensions and be made of the lightest possible material and, on the other hand, apart from the spring F, made of materials that have mechanical deformations oppose the greatest form resistance.

Claims

PATENT CLAIMS .: e.g. Method of measuring and recording the temporal Course of exposed to variable tensile, compressive or torsional forces Strengthen structures by moving different parts against each other, preferably rapid changes in length or torsional vibrations, characterized in that that the length changes to be measured over one between two points of the structure Switched spring in pressure changes quantitatively proportional to the changes in length transferred and these pressure changes measured by means of known devices or are registered at which the pressure changes do not result in any noticeable mechanical Changes are brought about, such as B. piezoelectric crystals, pressure birefringence isotropic, hard, transparent body.

2. Order to carry out the procedure according to claim r, characterized in that changes due to longitudinal or torsional changes spatially variable bodies rigid attacks on the task corresponding Cross-sections are attached, between their opposing, preferably parallel surfaces. rigid rod divided by a spring clamped in which the pressure changes by means of a switched-on set of piezoelectric Quartz plates are measured in a manner known per se.