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Magnetoelastische Druckmeßdose Es ist bekannt, zum Messen von Kräften
von der bekannten Eigenschaft magnetischer Stoffe Gebrauch zu machen, daß ihre Permeabilität
sich in Abhängigkeit von ihrer mechanischen Beanspruchung ändert. Der einfachen
Konstruktion halber pflegt man als zweckmäßige Beanspruchung den Druck anzuwenden
und nennt auf der oben angeführten physikalischen Erscheinung beruhende Druckmeßgeräte
magnetöelastische Druckmeßdosen. Eine solche Druckmeßdose besteht in der Regel aus
einem Eisenkörper, der einen geschlossenen magnetischen Kreis für die von einer
oder mehreren von einem Wechselstrom durchflossenen Wicklungen erzeugten magnetischen
Kraftlinien bildet. Dabei wird der von der Wicklung umgebene Teil des magnetischen
Kreises häufig als zylindrischer oder hohlzylindrischer Kern ausgebildet, dessen
Querschnitt der auftretenden Druckbeanspruchung entsprechend bemessen wird. Wenn
also der Kern als Hohlzylinder ausgebildet ist, so wird seine Wandstärke um so größer
gewählt, je größer die Druckbeanspruchung ist.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung derartiger Druckmeßdosen
und besteht im wesentlichen in einer solchen Ausbildung des Meßkörpers, daß alle
zur Messung herangezogenen Teile möglichst gleichmäßig von Kraftlinien durchsetzt
werden. Zu diesem Zweck ist der Querschnitt der dem Druck unterworfenen, vorzugsweise
von einem oder mehreren Hohlzylindern gebildeten bewickelten Teile des ferromagnetischen
Körpers entsprechend der Eindringtiefe der magnetischen Kraftlinien bemessen. Die
Eindringtiefe ist
Dabei bedeutet 2 den spezifischen Widerstand des ferromagnetischen Werkstoffes in
f die Frequenz des Wechselstromes und ,cc die der Magnetisierungskurve zu entnehmende
maximale Permeabilität. Für den Fall, daß die höchste Randfeldstärke in das gesättigte
Gebiet der Magnetisierungskurve fällt, kann it = 0,75 1c. gesetzt werden, wobei
/(", die Gleichstrompermeabilität für die dem effektiven Wert des Wechselstromes
entsprechende Randfeldstärke ist.
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Einige Ausführungsbeispiele für eine solche Ausbildung sind in der
Zeichnung dargestellt. Die Figuren ia und ib zeigen beispielsweise den Aufbau einer
Druckmeßdose für Drucke von einigen Tonnen. Das eigentliche Druckstück besteht aus
einem zylindrischen Körper i aus
geeignetem ferromagnetischem Material:
In diesen zylindrischen Körper ist eine axiale Bohrung 2 und eine schmale koaxiale
Ringnut 3 eingebracht, und zwar so, daß von dem Körper i - abgesehen von einer festen
Deckplatte - mir zwei achsengleiche Hohlzylinder 4 und 5 von geringer Wandstärke
stehenbleiben. Abgeschlossen wird der Hohlraum der Ringnut 3 und der Hohlraum 2
durch eine zweckmäßig aufgelötete Grundplatte 6, die ebenfalls aus ferromagnetischem
Material besteht. Die Wicklung ist in der Ringnut 3 untergebracht. Die Ringnut wird
zweckmäßig möglichst schmal ausgebildet, um den Rückflußweg der Kraftlinien in-
der Deckplatte des Körpers i bzw. in der Platte 6 möglichst kurz zu halten. Durch
geeigneteWahl des Durchmessers der Dose kann man die Wandstärke der Zylinder 4 und
5 beliebig bemessen.
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Die Wirkung der oben beschriebenen Ausführungsform besteht darin,
daß die Wandstärke der Hohlzylinder 4 und 5 trotz der verhältnismäßig hohen Drucke,
die von den Hohlzylindern aufgenommen werden, so dünn gehalten werden kann, daß
die Zylinderquerschnitte bei den zur Anwendung gelangenden Frequenzen vollständig
mit Kraftlinien durchsetzt sind. Infolgedessen trägt der- ganze dem Druck ausgesetzte
Werkstoff zu der das Meßergebnis bildenden Änderung der Stromaufnahme bei, so daß
die Empfindlichkeit der Meßdose auf den höchst erreichbaren Wert gebracht ist.
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Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung auch in einer
anderen Richtung noch das Meßergebnis verbessert. Ist nämlich die Druckmeßdose so
ausgebildet, daß der zur Messung herangezogene ferromagnetische Körper ungleichmäßig
über seinen Querschnitt von Kraftlinien durchsetzt wird, dann können Fehler leicht
dadurch entstehen, daß der Druck nicht vollkommen gleichmäßig über den Gesamtquerschnitt
verteilt ist, sondern vorzugsweise entweder besonders stark magnetisierte Teile
des Querschnittes trifft oder Teile, die besonders wenig Kraftlinien führen. Werden
aber, wie bei dem Erfindungsgegenstand, alle Teile des Querschnittes etwa gleichmäßig
von Kraftlinien durchsetzt, dann kann infolge der praktisch linearen Beziehung zwischen
Druckbelastung und Änderung der Permeabilität eine ungleichmäßige Belastung der
Dose das Meßergebnis nicht beeinträchtigen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Fig. ua und 2b dargestellt,
und zwar ist das dort gezeichnete Gerät für höhere Drucke als das in den Fig. ia,
ib gezeichnete Gerät bestimmt. Die Dose gemäß Fig. 2 besteht aus zwei im wesentlichen
gleichen zylindrischen Teilen ii. und 12 aus ferromagnetischem Stoff. In beide Teile
sind drei konzentrische Ringnuten eingedreht, in denen die Wicklungen
13, 14 und 15
untergebracht sind. Ein in einer mittleren Bohrung sitzendes
Zylinderstück 16 dient zur Zentrierung der beiden Teile ii und 12. Die Dosenteile
können zweckmäßig wiederum durch Lötung fest miteinander verbunden sein.
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Auch hier werden die zwischen den einzelnen Spulen stehenbleibenden
Hohlzylinder aus ferromagnetischem Material zweckmäßig von einer Wandstärke gewählt,
die etwa gleich der doppelten Eindringtiefe der Kraftlinien ist. Die gleichmäßige
Durchmagnetisierung ist dabei am vollständigsten, wenn die Spulen gleiche Windungszahlen
haben und derart hintereinandergeschaltet sind, daß die Felder zweier benachbarter
Spulen entgegengesetzt gerichtet sind. Die Magnetisierung der zwischen zwei Spulen
liegenden Hohlzylinder erfolgt dann durch beide Spulen gleichsinnig, und der Kraftfluß
verteilt sich entsprechend den in der Abbildung eingezeichneten gestrichelten Linien
um die Spulen. Bei gleichmäßiger Verteilung der Spulen über den ganzen Querschnitt
des Meßkörpers wird wegen der geradlinigen Abhängigkeit der Permeabilität vom Druck
auch dann von der Dose der richtige Gesamtdruck gemessen, wenn infolge ungleichmäßigen
Angriffs der Kraft auf dieDose der Druck nicht gleichmäßig über die Dosenfläche
verteilt ist. Die Wandstärke des außen stehenbleibenden Hohlzylinders aus ferromagnetischem
Werkstoff braucht lediglich der Eindringtiefe der Kraftlinien zu entsprechen. In
manchen Fällen kann man in bezug auf diesen äußeren ferromagnetischen Hohlzylinder
von dieser Dimensionierung abweichen und die Wandstärke größer bemessen, wenn nämlich
die Gefahr der Einwirkung von Fremdfeldern besteht oder wenn die Dose an einer Stelle
verwendet wird, wo ihr Streufluß z. B. durch das Vorhandensein beweglicher magnetisch
leitender Teile in ihrer Nähe wesentlichen Änderungen unterworfen ist.
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In Fig. j ist lediglich im Längsschnitt eine Meßdose gezeichnet, die
eine mechanische Ausführungsform der in der Fig, 2 dargestellten Dosenform zeigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind nämlich die ferromagnetischen Hohlzylinder
nicht aus dem Vollen gearbeitet; es sind viehhehr gleich lange Rohrteile ans ferromagnetischem
Material 21 bis 24 konzentrisch zueinander angeordnet und an den Stirnflächen durch
zwei Deckplatten a5 und 26, mit denen sie zweckmäßig verlötet werden können, zu
einem festen Meßkörper vereinigt. Die Wicklungen 13
bis 15 liegen entsprechend.
der Ausführunggemäß Fig.2 zwischen den konzentrischen Rohrabschnitten.
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Es sind bereits magnetoelastische Druckmeßdosen bekanntgeworden, bei
denen der Kern aus mehreren konzentrischen Hohlzylindern besteht, an die sich oben
und unten je eine Druckplatte anschließt. Diese Platten dienen aber lediglich
zur
gleichmäßigen Druckübertragung, während der magnetische Rückschluß durch ein besonsonderes,
den zu messenden Kräften nicht unterworfenes Schlußjoch erfolgt.
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Bei dem Aufbau einer Meßdose gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig,
darauf zu achten, daß alle miteinander fest verbundenen Teile der Meßdose aus Stoffen
gleicher Wärmeausdehnung bestehen, um '\@'ärmespannungen zu vermeiden.