DE715232C

DE715232C - Magnetoelastic measuring capsule for measuring mechanical forces or moments

Info

Publication number: DE715232C
Application number: DES107820D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Janovsky
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1933-01-12
Filing date: 1933-01-12
Publication date: 1941-12-17

Description

Magnetoelastische Meßkapsel zum Messen mechanischer Kräfte oder Momente Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine magnetoelastische Meßkapsel zum Messen mechanischer Kräfte oder Momente mit einem den zu messenden Kräften oder Momenten ausgesetzten, mit einer an eine Wechselstromquelle angeschlossenen Meßwicklung versehenen Meßkörpper, der zur Herstellung eines durchweg aus magnetisch gut leitendem Werkstoff bestehenden Meßkreises mit einem Joch versehen ist. Dabei treten in dem Meßkörper Wirbelströme auf, die besonders bei Wechselstrom von höherer Frequenz infolge der dadurch bedingten Feldverdrängung eine wesentlichte Herabsetzung der Leistung bezirken.Magnetoelastic measuring capsule for measuring mechanical forces or moments The present invention relates to a magnetoelastic measuring capsule for Measuring mechanical forces or moments with one of the forces to be measured or Exposed to moments, with a measuring winding connected to an alternating current source provided measuring body, which is used to produce a magnetically highly conductive Material of the existing measuring circuit is provided with a yoke. Thereby occur in the Measuring body on eddy currents, especially with alternating currents of higher frequency as a result of the field displacement caused by this, a significant reduction in the District performance.

Zwecks Vermeidung des störenden Einflusses der Wirbelströme kann der Meßkörper aus einem einzigen dünnwandigen Teil hergestellt werden; in den meisten Fällen ist aber eine Unterteilung des Querschnittes in mehrere voneinander isolierte dünnwandige Teile erforderlich. Die übliche Art der Zusammensetzung von durch Wechselstrom magnetisierten Eisenkernen aus dünnen Blechen bringt aber für den vorliegenden Zweck eine störende Verringerung der mechanischen Festigkeit und andere wesentliche Nachteile mit sich.In order to avoid the disturbing influence of the eddy currents, the Measuring body are made from a single thin-walled part; in most Cases, however, is a division of the cross-section into several isolated from one another thin-walled parts required. The usual way of composing by alternating current magnetized iron cores made of thin sheet metal brings however for the present purpose a disruptive reduction in mechanical strength and other significant disadvantages with himself.

Die Erfindung bezieht sich nun auf die zweckmäßige Ausgestaltung des Meßkörpers mit Rücksicht auf die Vermeidung dieser Übelstände und besteht darin, daß der oder die dünnwandigen Teile so gestaltet und angeordnet sind, daß die Richtung der zu messenden Kräfte ununterbrochen im Innern des magnetisierharen Werkstoffes verläuft. The invention now relates to the expedient embodiment of the measuring body with a view to avoiding these inconveniences and consists in that the thin-walled part or parts are designed and arranged so that the direction of the forces to be measured continuously inside the magnetizable material runs.

Um auch bei Druckkräften eine ausreichende Festigkeit zu erhalten. ist es zweckmäßig, als Meßkörper ein oder mehrere Hohl zylinder zu verwenden, die in axialer Richtung belastet werden. Die Wandstärke der Hohlzylinder kann in bekannter Weise der Frequenz des Wechselstromes angepaßt werden. Diese Ausführungsform hat den Vorzug, daß der Meßkörper atich bei Verwendung dünnwandiger Rohre eine verhältnismäßig hohe Knickfestigkeit besitzt. Wenn aber bei sehr großen Kräften die Festigkeit des eigentlichen Meßkörpers nicht ausreicht, kann diese dadurch erhöht werden, daß man im Innern der Hohlzylinder noch ein Vollstück, z. B. einen Vollzylinder, anbringt, der einen Teil der zu messenden Kräfte aufnimmt. In order to maintain sufficient strength even with compressive forces. it is appropriate to use one or more hollow cylinders as the measuring body, the are loaded in the axial direction. The wall thickness of the hollow cylinder can be known in Way to be adapted to the frequency of the alternating current. This embodiment has the advantage that the measuring body atich when using thin-walled tubes a relatively has high resistance to buckling. But if the strength of the actual measuring body is not sufficient, this can be increased by inside the hollow cylinder still a full piece, z. B. a full cylinder, attaches, which absorbs part of the forces to be measured.

Derartige aus zylindrischen Hohlkörpern bestehende Meßkapseln lassen sich durch Verbindung der Hohlkörper mit geeigneten Befestigungsteilen auch zur Aufnahme und Messung von Torsionskräften bzw. Drehmomenten ausbilden Wenn die den Meßkörper bildenden, in Wichtung der zu messenden Kräfte sich erstreckenden dünnwandigen Teile in Form von Blechen aufeinandergeschichtet werden sollen werden die Bleche zum Aufbau des Meßkörpers zweckmäßig durch besondere Klemmeinrichtungen nur so weit zusammengehalten. als es nötig ist um ein Ausbiegen der einzelnen Bleche unter dem Einfluß von Druckkräften zu verhindern. Wenn nötig, können auch hier den den eigentlichen Meßkörper bildenden Blechen ein oder mehrere Vollstücke beigefügt werden. die einen Teil der zu messenden Kräfte aufnehmen, wobei auch die zum Zusammenhalten dienenden Elemmbacken selbst zur Entlastung dienen können. Let such measuring capsules consisting of cylindrical hollow bodies by connecting the hollow body with suitable fastening parts also to Train absorption and measurement of torsional forces or torques if those which form the measuring body and extend in the weighting of the forces to be measured thin-walled parts in the form of sheets are to be layered on top of one another the metal sheets for the construction of the measuring body expediently by special clamping devices only held together so far. than it is necessary to bend the individual sheets to prevent under the influence of compressive forces. If necessary, you can also use the one or more full pieces are attached to the actual measuring body forming sheets will. which absorb part of the forces to be measured, including those for holding together serving clamp jaws themselves can serve as relief.

In Fig. 1 bis 7 sind verschiedene aus führungsformen des Erfindungsgegenstan des dargestellt. Dabei ist der Meßkörper mit I. In Fig. 1 to 7 are different from leadership forms of the subject invention des shown. The measuring body with I.

1a, 1b, die Meßwicklung mit 2, 2a, 2b und das @och mit 3, 3a bezeidnet.1a, 1b, the measuring winding with 2, 2a, 2b and the @och with 3, 3a bezeidnet.

Fig. 1 zeigt eine teilweise im Schnitt gezeichnete Ansicht einer Meßkappsel und Fig. 2 die zugehörige Draufsicht mit abgenommenem oberem Druckstück. Der Meßkörper 1 besteht aus drei dünnwandigen konzentrischen Rohren, die durch Luft oder ein anderes geeignetes Isoliermittel an den Zylinderflächen voneinander isoliert sind. Eine Isolierung der Stirnflächen ist zur Vermeidung von Wirbelströmen nicht erforderlich und mit Rücksicht auf die möglichst unmittelbare Übertragung der zu messenden Druckkräfte von dem Druckstück 5 auf die Stirnseiten der Rohre 1 auch nicht erwünscht. Zur teilweisen Entlastung kann ein Vollzylinder 4 im Inneren der Hohlzylinder I angeordnet werden. Zur gleichmäßigen Übertragung der Druckkräfte ist es zweckmäßig, die Endflächen sämtlicher Druckstücke, beispielsweise durch gemeinsames Planschleifen, möglichst genau eben herzustellen. 2 ist die den Äleßkörper umgebende Meßwicklung und 3 ein aus Blechen in der üblichen Weise zusammengesetztes Schlußjoch, das zwecks Herstellung eines guten magnetischen schlusses mit einer passenden Ausbohrung zur Aufnahme des zylindrischen Meßkörpers versehen ist. Fig. 1 shows a partially sectioned view of a Measuring capsule and FIG. 2 the associated plan view with the upper pressure piece removed. The measuring body 1 consists of three thin-walled concentric tubes that pass through air or some other suitable insulating means insulated from one another on the cylinder surfaces are. An insulation of the end faces is not necessary to avoid eddy currents necessary and with consideration for the immediate transfer of the to measuring pressure forces from the pressure piece 5 on the end faces of the tubes 1 as well not wanted. For partial relief, a full cylinder 4 inside the Hollow cylinder I are arranged. For even transmission of the pressure forces it is advisable, the end faces of all pressure pieces, for example by common Surface grinding, to be produced as precisely as possible. 2 is the one surrounding the outer body Measuring winding and 3 a final yoke composed of metal sheets in the usual way, for the purpose of creating a good magnetic connection with a suitable bore is provided for receiving the cylindrical measuring body.

Die in Fig. 3 und 4 in einer Ansicht mit im Schnitt angegebener Meßwicklung und der zugehörigen Draufsicht dargestellte Meßkapsel zeigt einen nach Art eines Mantelkernes aus einer Anzahl von Blechen 1a von der aus Fig. 3 erkennbaren Form zusammengesetzten Meßkörper. Die Bleche werden in dem durch Druckkräfte zu belastenden Mittelteil durch Klemmbacken 4' mittels der Bolzen 5' so weit zusammengehalten, als es nötig ist, um ein Ausbiegen der Bleche zu verhindern. Zur Vervollständigung des magnetischen Schlusses dienen die an den Seitenteilen zwischen die Bleche In eingeschachtelten WIantelbleche 3e, die beispielstveise durch Schraubenbolzen mit den Kernblechen I verbunden werden können. Vorher wird der Kern mit der Meßwicklung 2a versehen. Die Kernbleche könten durch Anbringen von Zugösen o. dgl. auch für die Messung von Zugkräften geeignet gemacht werden. 3 and 4 in a view with the measuring winding indicated in section and the corresponding top view shown measuring capsule shows a type of Shell core from a number of metal sheets 1a of the form shown in FIG. 3 composite measuring body. The sheets are to be loaded by compressive forces Middle part held together by clamping jaws 4 'by means of bolts 5' so far than is necessary to prevent the sheets from bending. To complete the magnetic closure are used on the side parts between the sheets In nested WIantelbleche 3e, which for example by screw bolts with the core sheets I can be connected. Before that, the core with the measuring winding 2a provided. The core sheets could by attaching drawbar eyes or the like. Also for the measurement of tensile forces can be made suitable.

Die Fig. 5 und 6 sind zwei Ansichten einer besonders fiir die Messung von Zugkräften geeigneten Meßkapsel. Fig. 7 ist ein Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 5. Der Meßkörper besteht . hier aus beispielsweise drei länglichen Blechen 1b, die an den beiden Enden mit Löchern zur Aufnahme von Mitteln zur Übertragung von Zugkräften versehen sind. Der Meßkörper trägt in der SIitte eine Meßwiclung 2b, Zur Herstellung des magnetischen Schlusses nach Art eines SIantelkernes dienen die Jochbleche 3b und die dazwischengeschaltelten Mantelbleche 3'b. Figures 5 and 6 are two views of one especially for measurement measuring capsule suitable for tensile forces. Fig. 7 is a section on the line A-A of the Fig. 5. The measuring body consists. here, for example, from three elongated metal sheets 1b, the two ends with holes for receiving means for transmission are provided with tensile forces. The measuring body has a measuring coil in the middle 2b, Used to produce the magnetic closure in the manner of a shell core the yoke plates 3b and the jacket plates 3'b connected in between.

Der Aufbau des Eisenkörpers aus einzelnen dünnwandigen, voneinander isolierten Teilen, die in ihrer Längsrichtung durch die zu messenden Kräfte belastet werden, Bringt e mit sich. daß der Meßkörper ohne besondere Maßnahmen zur Aufnahme von Druckkräften sehr wenig geeignet ist. Es ist bekannt, daf dünnwandige Teile, wenn sie in ihrer Längs richtung D ruckkräften ausgesetzt werden. sich sehr leicht seitlich ausbiegen. Bei dünnwandigen Rohren ist die Knickfestigkeit bekanntermaßen sehr viel geringer als die Zugfestigkeit. Dünnwandige Bleche können überhaupt nur !dann auf Druck in der Längsrichtung belastet werden, wenn sie zu einem Blechpaket, beispielsweise nach Fig. 3 und 4. zusammengehalten werden. Aber auch h.er ist die Druckfestigkeit dadurch sehr stark begrenzt, daß infolge der seitlichen Ausbiegung der einzelnen Bleche seitliche Drücke auftreten, die die Messung ungünstig beeinflussen und das Isoliermaterial zwischen den Blechen mechanisch beanspruchen. The structure of the iron body from individual thin-walled, one another insulated parts that are loaded in their longitudinal direction by the forces to be measured be, brings e with it. that the measuring body without special measures for recording of compressive forces is very little suitable. It is known that thin-walled parts, if they are subjected to pressure forces in their longitudinal direction. very easily bend sideways. In the case of thin-walled pipes, the buckling strength is known much lower than the tensile strength. Thin-walled sheet metal can only be used at all ! are then subjected to pressure in the longitudinal direction when they form a laminated core, 3 and 4, for example, are held together. But h.he is that too Compressive strength is very limited because of the lateral deflection lateral pressures occur in the individual sheets, which have an unfavorable influence on the measurement and mechanically stress the insulating material between the sheets.

Dieser Übel-stand kann dadurch behoben werden, daß man den Meßkörper einer konstanten Zugvorspannung aussetzt, der sich dann die zu messenden Druckkräfte mit umgekehrten Vorzeichen überlagern. Wählt man dabei die Zugvorspannung so groß wie die höchste, zu erwartende Druckkraft; so wird der Meßkörper auch bei der Messung von Druckkräften nur Zugkräften ausgesetzt. denen er vermöge seines Aufbaues ohne weiteres gewachsen ist. Natürlich ist eine so gebaute Meßkapsel dann auch zur Messung von Zug- und Druckkräften geeignet. This inconvenience can be remedied by removing the measuring body subject to constant tensile prestress, which then changes the compressive forces to be measured superimpose with opposite signs. If you choose the tensile prestress that is so high like the highest expected compressive force; so is the measuring body also during the measurement of compressive forces only exposed to tensile forces. which, by virtue of its structure, it is without has grown further. Of course, a measuring capsule built in this way is then also used for measurement suitable for tensile and compressive forces.

Wenn eine Meßkapsel zur Messung von Kräften wechselnder Richtung dienen soll, so bietet die Verwendung einer dauernd auf den Meßkörper wirkenden konstanten Zug- oder Druckvorspannung noch den Vorteil, daß die Schwierigkeiten beseitigt werden, die dadurch entstehen, daß die verschiedenen ferromagnetischen Werkstoffe lim allgemeinen bei Zugkräften einerseits und Druckkräften andererseits nicht das gleiche magnetoelastische Verhalten zeigen. If a measuring capsule for measuring forces in alternating directions is to serve, so offers the use of a permanent acting on the measuring body constant tension or Compressive bias still has the advantage that the Difficulties arising from the fact that the various ferromagnetic Materials in general for tensile forces on the one hand and compressive forces on the other do not show the same magnetoelastic behavior.

Fig 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung zum Messen von Druckkräften im Schnitt, wobei der Einfachheit halber die Meßwicklung und das Schlußjoch weggelassen sind Der eigentliche Meßkörper besteht aus einem zylin,drischen Hohlkörper ICJ der an einem Ende durch einen als Druckstück ausgebildeten Boden I'c geschlossen ist. 8 shows an exemplary embodiment of a device for measuring of compressive forces in the section, for the sake of simplicity the measuring winding and the The final yoke is omitted. The actual measuring body consists of a cylindrical, drical Hollow body ICJ at one end by a bottom designed as a pressure piece I'c closed.

Dieser trägt in der Mitte einen kurzen zylindrischen Ansatz, über Iden ein Rohr 6 geschoben ist. Das offene Ende des Hohlzylinders I ist mittels der Schrauben 7 mit einem zweiten Druckstück 8 verbunden, das eine Gewindebohrung trägt zur Aufnahme einer Druckschraube 9. Das kolbenartig gestaltete Ende der Schraube 9 wird in dem Rohr 6 geführt, das in seinem Inneren eine Schraubenfeder Io aufnimmt. Mittels der Schraubeg kann die Spannung tdqer Druckfeder IO verändert und dadurch die auf den Meßkörper Ic wirkende Zugvorspannung passend eingestellt werden. Zweckmäßig wird die Zugvorspannung so gewählt, daß sie ein wenig größer ist als der Höchstwert der zu messenden Druckkräfte.This carries a short cylindrical approach in the middle If a tube 6 is pushed. The open end of the hollow cylinder I is by means of Screws 7 connected to a second pressure piece 8 which carries a threaded hole for receiving a pressure screw 9. The piston-like end of the screw 9 is guided in the tube 6, which receives a coil spring Io inside. The tension tdqer compression spring IO can be changed by means of the screw and thereby the tensile prestress acting on the measuring body Ic can be set appropriately. Appropriate the tensile preload is chosen to be a little greater than the maximum value the pressure forces to be measured.

PATENTANSPRSCHE: I. Magnetoelastische Meßkapsel zum Messen mechanischer Kräfte oder Momente mit einem den zu messenden Kräften oder Momenten ausgesetzten, mit einer an eine Wechselstromquelle angeschlossensen Meßwicklung versehenen M1eßkörper, der zwecks Vermeidung des störenden Einflusses von Wirbelströmen aus einem dünnwandigen Teil oder mehreren voneinander isolierten dünnwandigen Teilen aus magnetisierbarem Werkstoff besteht und der zur Herstellung eines durchweg aus magnetisch gut leitendem Werkstoff bestehenden Meßkreises mit einem Joch versehen ist, gekennzeichnet durch eine solche Gestaltung und Anordnung der dünnwandigeii Teile des Meßkörpers, daß die Richtung der zu messenden Kräfte ununterbrochen im Inneren des magnetisierbaren Werkstoffes verläuft. PATENT CLAIMS: I. Magnetoelastic measuring capsule for measuring mechanical Forces or moments with one exposed to the forces or moments to be measured, with a measuring coil connected to an alternating current source, in order to avoid the disturbing influence of eddy currents from a thin-walled Part or several isolated thin-walled parts made of magnetizable Material consists and is used to produce a consistently magnetically highly conductive Material of the existing measuring circuit is provided with a yoke, characterized by such a design and arrangement of the thin-walled parts of the measuring body that the direction of the forces to be measured continuously inside the magnetizable Material runs.

Claims

2. measuring capsule according to claim I, characterized in that the measuring body consists of one or more concentric hollow cylinders.

3. measuring capsule according to claim 2, characterized in that concentric to the hollow cylinders a full piece, z. B. a full cylinder for the purpose of receiving a Part of the forces to be measured is arranged.

4. measuring capsule according to claim I, characterized in that the measuring body consists of a number of metal sheets held together by a clamping device so that the individual sheets are under the influence of the forces to be measured cannot bend.

5. measuring capsule according to claim 4, characterized in that the metal sheets one or more full pieces are attached, which form part of the forces to be measured take up.

6. measuring capsule according to claim 5, characterized in that the the Solid pieces attached to sheets are designed as clamping jaws to hold the sheets together are.

7. measuring capsule according to claims 2 to 6, characterized in that the measuring body is constantly under the influence of a constant tensile prestress.

8. measuring capsule according to claim 2 and 7, characterized in that for Generation of the prestress inside the hollow cylinder is preferably adjustable Spring is attached.