DE674841C - Vorrichtung zum Messen von Verschiebungen zweier oder mehrerer Koerperpunkte gegeneinander - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Messen von Verschiebungen zweier oder mehrerer Körperpunkte gegeneinander Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Messen von Größen, die als Verschiebung zweier Teile gegeneinander darstellbar sind, bei der die Teile auf eine Feder wirken und die Federspannung durch eine aus piezoelektrischen Quarzkristallen bestehende Druckmeßeinrichtung gemessen wird. Solche Vorrichtungen werden beispielsweise zur Dehnungsmessung derart verwendet, daß man den Körper, dessen Dehnung zu bestimmen ist, in bezug auf das elastische Widerlager derart anordnet, daß zwischen dem Körper und dem elastischen Widerlager bei Auftreten der zu messenden Dehnung durch die Feder eine Druckkraft entsteht und diese Kraft durch die druckempfindlichen piezoelektrischen Meßquarze bestimmt.
• Auf diese Weise kann auch die- Verdrehung einer Welle zwischen zwei Punkten gemessen werden. So kann man dazu in diesen Punkten auf die Achse Ringe aufsetzen, die mit der Achse fest verbunden sind und welche gegeneinander versetzte, in Richtung der Achse angeordnete Fortsätze tragen, zwischen denen die Druckmeßeinrichtung unter Vorspannung so eingesetzt wird, daß bei unbelasteter Welle kein Dehnungsdruck angezeigt wird. Wird die umlaufende oder ruhende Achse nunmehr durch ein Drehrrioment belastet, so tritt eine Verdrehung auf, durch die die beiden mit der Achse fest verbundenen Ringe und somit auch die daran befestigten Fortsätze gegeneinander verschoben werden. Der dabei entstehende Druck wird durch den zwischen den Fortsätzen angeordneten Dehnungsmesser gemessen und gibt ein Maß für die Verdrehung der Achse.
• Bei der Messung sehr großer Kräfte, die wegen der begrenzten Bruchfestigkeit der Kristalle nicht mehr durch unmittelbare Wirkung auf den Meßkristall gemessen werden können, läßt man die zu messenden Kräfte auf einen entsprechend stark dimensionierten, aus bruchfestem Material bestehenden Bauteil einwirken und bestimmt mit Hilfe der piezoelektrischen Meßvorrichtung die Größe dieser Kräfte aus der Dehung dieses Bauteiles.
• Erfindungsgemäß wird bei Meßvorrichtungen der vorstehend bezeichneten Art die Druckmeßvorrichtung durch zwei federnd eingespannte Membranen gehalten; von denen die eine als Meßfeder dient.
• Die erfindungsgemäße Meßanordnung kann auf einfache Weise derart dimensioniert werden, daß sie eine sehr hohe Eigenfrequenz aufweist. Da sie überdies nur minimale Trägheitserscheinungen zeigt, so ist sie auch zur Aufnahme sehr schneller Schwingungen in hohem Maße geeignet.
• In den Abbildungen sind zwei Ausführungs.,f formen der Erfindung beispielsweise dargesteUe;@, Abb. i zeigt eine Dehnungskammer, Abb. 2 eine Druckmeßkammer für indirekte= Kraftmessung großer Kräfte aus der Dehnung eines zwischengeschalteten, entsprechend stark dimensionierten Gehäuses aus bruchfestem Material, während Abb. 3 schematisch eine Anordnung zur Messung der Seitenverschiebung einer Welle zeigt. In Abb. i bedeuten Ml und M2 die Membranen, Q die Meßquarze, D die Druckplatten, E die Elektrode und R einen Ring zum Versteifen der einen Membran.
• Die zu messenden Verschiebungen werden über die Kugel, die Druckstücke D und die beiden Quarze Q auf die Membran Ml übertragen. Der elastische Widerstand der Membran Ml wird durch die piezoelektrische Ladung der Meßquarze und den entsprechenden Ausschlag am Röhrenvoltmeter als Maß für die Verschiebung gemessen. Die Membran Ml kann zur Erzielung ausreichender Dehnungsempfindlichkeit zweckmäßig so bemessen werden, daß sie bei der größten zu messenden Verschiebung einen elastischen Widerstand und damit einen größten Meßdruck des Gerätes von rund i kg ergibt. Für bestimmte Fälle, wo der Meßdruck noch zu groß ist, kann man ihn durch Anwendung einer Quarzsäule aus mehreren Quarzscheiben verkleinern. Der Meßbereich der Dehnungskammer kann bei gleichem Meßdruck durch Verwendung verschiedener Versteifungsringe R verändert werden. So wird z. B. ein Ring größerer Breite die Membran Ml versteifen und damit den Dehnungsmeßbereich verkleinern. Die zweite Membran M2 hält die Meßquarze, auch wenn die Dehnungsmeßkammer aus der Gesamtanlage ausgebaut ist, mit einem kleinen Vordruck zusammen. Gleichzeitig dient sie zur Abschirmung der Quarze.
• In Abb. 2 bedeuten Q und Q' die Meßquarze, E und E' die Meßelektroden, Ml und NI', Membranen, G das Gehäuse und B die Bodenabstützung. Diese Anordnung mißt die Längenänderung des Gehäuses G in Richtung des Druckes P und dient zur mittelbaren Messung von Kräften, die so groß sind, daß eine direkte Messung infolge der verhältnismäßig geringen Bruchfestigkeit der Quarze nicht durchführbar ist.
• Ist die Druckkammer starken Wärmeeinwirkungen ausgesetzt, so werden in der Meßkammer zweckmäßig zwei Quarzpaare angeordnet werden. Außer dem oberen Quarzpaar Q, das in der oben beschriebenen Weise in Verbindung 'mit der Membran Ml zur Dehnungsmessung des Gehäuses G dient, ist ein zweites Quarzpaar Q' mit entgegengesetzter Polung angeordnet. Das Quarzpaar Q' ist zwischen dem Boden B und einer zweiten Membran 1l2'1 eingespannt. Da die Membranen Ml und M'1 die g)eiche Steifigkeit haben, erleiden beide Quarzpä'la.re die gleiche Wärmespannung, die durch die e4gegengesetzte Polung der beiden Quarzpaare @etektrostatisch kompensiert wird. Die zu bemessende Kraft P und die von ihr ausgeübte Dehnung wirken dagegen nur auf das Quarzpaar Q und können somit unabhängig von dem Erwärmungszustand der gesamten Kammer gemessen werden. Es gelingt auf diese Weise, auch starke Wärmeeinwirkungen, die sonst wesentliche Fehler verursachen würden,. vollkommen auszuschalten.
• In Abb. 3 ist -ein Beispiel schematisch dargestellt, wie die erfindungsgemäße Meßkammer verwendet werden kann.
• In dieser Abbildung bedeutet TV eine Welle, H einen Hebel mit Schneidenlagerung und M die Meßkammer. a-b zeigt die Ruhelage, d die Seitenbewegung der Welle und15 die resultierende Lagerbelastung.
• Die Dehnungskammer ist starr mit der Lagerschale verbunden und so angeordnet, daß die. Seitenbewegung der Welle über den Hebel auf sie übertragen wird. Sie kann zweckmäßig mit einer kleinen mechanischen Vorspannung an den Wellenzapfen angedrückt sein, so daß Kammer, Hebel und Wellenzapfen bei allen Stellungen der Welle ausreichenden mechanischen Kontakt haben.

Claims (5)

1. PATCN TANSPRÜCIIE i. Vorrichtung zum Messen von Größen, die als Verschiebung zweier Teile gegeneinander darstellbar sind, bei der die Teile auf eine Feder wirken und die Federspannung durch eine aus piezoelektrischen Quarzkristallen bestehende DruckmeBeinrichtung gemessen wird, gekennzeichnet durch zwei die Druckmeßeinrichtung haltende, federnd eingespannte Membranen, von denen die eine als Meßfeder dient.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch auswechselbare Ringe verschiedener Breite zum Einspannen der als Meßfeder dienenden Membran.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine «eitere piezoelektrische Druckmeßeinrichtung so angeordnet ist, daß sie dem Meßdruck nicht, dagegen ebenfalls den auf die andere Druckmeßeinrichtung wirkenden, durch Wärmeausdehnung verursachten Drucken ausgesetzt ist, und daß die Kristalle der beiden Druckmeßeinrichtungen entgegengesetzt ge-# polt sind. q..
4. Vorrichtung nach Anspruch i bis 3 zur Messung z. B. von elastischen Verdrehungen einer umlaufenden Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die Quarze mit ihrer optischen Achse in Richtung des Wellenradius orientiert sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch r bis q., dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensierung der durch Verbiegung der Welle auf den Quarzen entstehenden Ladungen symmetrisch zur Drehachse der Welle eine gerade Anzahl hinsichtlich Meßdruck und Polarität gleicher Meßeinrichtungen angeordnet sind.