DE869435C - Verfahren und Einrichtung zum Messen von Beschleunigungen und Druecken - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Beschleunigungen und Drücken sowie eine Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens. Es sind elektromagnetische Meßlehren bekannt, bei denen mit der Verstellung eines mechanischen Taststiftes der Anker einer Wechselstromspule verstellt und aus der dadurch verursachten Änderung des Wechselstromwiderstandes der Spule auf die Größe der Verschiebung bzw, des dieselbe verursachenden Druckes geschlossen wird. Die Anzeige erfolgt über ein Gleichstrominstrument, welches über Gleichrichter mit der Meßbrücke verbunden ist, in welcher der veränderfiche Widerstand der Meßspule liegt. Die Anwendung von Gleichrichtern bringt den Nachteil mit sich, daß besondere Mittel zur Kompensation von Temperatur- und Frequenzfehlern erforderlich sind, die durch die Gleichrichter verursacht werden.
• Beschleunigungen und Drücke werden auch mit Einrichtungen gemessen, die einen unter dem Einfluß von Druok- und Zugkräften seine elektrischen Daten ändernden Indikator, wie insbesondere einen Verfahren und Einrichtung zum Messen von Beschleunigungen und Drücken piezöeiektrisch wirksamen Kristall oder einen Kohledruckkörper enthalten Mit den bekannten Einnchtungen dieser Art mit einem Kristall sind jedoch nur kurzzeitige Beschleunigungen oder Druckkräfte meßbar, da die auf dem piezoelektrisch wirksamen Kristall sich bildenden Ladungen sehr schnell abgeleitet werden. Die bekannben Geräte mit einem Kohledruckkörper hingegen zeigen hysteresisartige Erscheinungen, die Verschiebungen des Nullpunktes mit sich bringen.
• Das Verfahren nach der Erfindung hat demgegenüber den Vorzug, daß es neben großer MeB-empfindlichkeit auch die Messung von Gleichdrücken und die Anschaltung eines Verstärkers gestattet.
• Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die zu messende Beschleunigung oder Druckkraft periodisch mit konstanter Frequenz auf den Indikator zur Einwirkung gebracht wird. Man erhält auf diese Weise einen modulierten Wechselstrom, der ohne weiteres verstärkungsfähig ist. Die periodische Übertragung Ider Meßgröße auf den Indikator, also einen piezoelektrischen Kristall oder einen Kohlekörper, kann auf verschiedene- Weise erfolgen. So kann man beispielsweise den Indikator um eine zweckmäßig senkrecht zu wider zu messenden Kraft - stehende- Achse rotieren lassen. Soll, um ein einfaches Beispiel zu nennen, die Erdbeschleunigung gemessen werden, so wird bei einer Drehung des Indikators um eine senkrecht zur Richtung der Beschleunigung stehende Achse .die Einwirkung der Beschleunigung auf den Indikator periodisch ein Maximum und' ein Minimum durchlaufen, und die Ladungsänderungen bzw. Widerstandsänderungen am Indikator werden entsprechend ;der Rotation mit dem Sinus des Drehwinkels schwanken. Mit einem Kollektor kann also vom rotierenden Indikator eine sinusförmige Wechselspannung oder ein sinusförmiger Wechselstrom abgenommen werden, dessen Amplitude prop.ortional - der zu messenden Beschleunigung ist, und oder gegebenenfalls über einen Verstärker einem Meß- oder Registrierinstrument zugeführt werden kann.
• Eine besonders einfache Einrichtung zur Ausübung des VerfßaNhrens nach der Erfindung ergibt sich, wenn man Iden Indikator, beispielsweise mit einem ferromagnetischen Belag versehen, als Schwinganker eines mit Wechselstrom konstanter Frequenz erregten Elektromagneten ausbildet.
• Durch die auf den Schwinganker einwirkende zu messende Kraft oder Beschleunigung wird der Luftspalt zwischen Elektromagnet und Schwinganker periodisch geändert und damit auch die vom Elektromagneten auf den Schwinganker ausgeübte periodische Hilfskraft moduliert. Zu einer besonders empfindlichen Anzeige des Meßwertes gelangt man, wenn man die dem Indikator aufgedrückte Trägerfrequenz mindestens annähernd gleich der Eigenschwingfrequenz des Indikators wählt.
• Es ist leicht einzusehen, daß auf diese Weise die Nachteile der bekannten, mit einem piezoelektrisch wirksamen Kristall oder Kohledruckkörper arbeitenden Meßgeräte beseitigt werden können. Bei zeine Trägerfrequenz von 50 Hz würde eine Ableitung der Ladung auf einem Fiezokristall jeweils nur für die Dauer einer hundertstel Sekunde- erfolgen, so daß das Meßergebnis durch die Größe der Ableitung nicht verfälscht werden würde. Auch die bei Kohledruckkörpern stets auftretende Nullpunktverschiebung macht sich bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung nicht bemerkbar, da bei der Wechselstromverstärkung die Gleichstromkomponente herausfällt. Sollen mit einer Einrichtung nach der Erfindung Druckkräfte, z. B. aerodynamische Drücke, gemessen werden, so können diese unmittelbar auf den Indikator einwirken, während bei der Messung von Beschieunigungen naturgemäß der Indikator mit einer auf Beschleunigungen ansprechenden trägen Masse verbunden sein muß.
• Fig. I zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung eines piezoelektrisch wirksamen Kristalls I, weldher an zwei einander gegenüberliegenden Ecken mit trägen Massen 2 und 3 verbunden ist und mit einer Welle 4 drehbar angeordnet ist. Von den metallenen Belägen auf oder Vorder- und Rückseite des Kristalls werden die Ladungen mittels der Leitungen 5 und 6 auf Kollektorringe 7 übertragen, von wo die Abnahme erfolgen kann. Beim Gebrauch wird die Welle 4 senkrecht zu oder zu messenden Beschleunigung geleitet. Die Amplitude des abgenommenen sinusförmigen Wechselstromes ist proportional zu der zu messenden Beschleunigung.
• Fig. 2 zeigt eine andersartige. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung. Hier ist der hierzu elektrisch wirksame Kristall 1 auf seiner unteren Fläche mit einem ferromagnetischen Belag versehen, als beweglicher Anker an Federn 2' aufgehängt, einem Elektromagneten 3' zugeordnet, dessen Spule mit einem Wechselstrom der gewünschten Frequenz gespeist wird.

Claims (6)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : I. Verfahren zum Messen von Beschleunigungen und kleinen Druckkräften mit einem unter Drucl- und Zugeinwirkung seine elektrischen Daten verändernden Indikator, dadurch gekennlzeichnet, daß die zu messenden Beschleunigungen oder Kräfte oder von diesen abgeleitete Größen mit konstanter Frequenz periodisch auf. den Indikator zur Einwirkung gebracht wenden.
2. 2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Indikator an einer mit gleichförmiger Geschwindigkeit umlaufenden, zweckmäßig senkrecht zur zu messenden Kraft oder Beschleunigung angeordneten Welle befestigt ist. -
3. 3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Indikator, beispielsweise mit einem ferromagnetischen Belag versehen, als Schwinganker eines mit Wechselstrom konstanter Frequenz erregten Elektromagneten ausgebildet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Anwendung eines alls Widerstandsgeber wirkenden Kohledruckkörpers.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Anwendung eines als Spannungserzeuger wirkenden Schwingkristalls.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Anwendung einer Trägerfrequenlz, welche mindestens annähernd gleich der Eigenschwingungsfrequenz des Indikators ist.

   Angezogene Druckschriften: Druckschrift »Schwingungsmesser« der Askania-Werke, Beiträge zur Optik der freien Atmosphäre, 1934, Bd. 21; Deutsche Patentschriften Nr. 698 620, 3I6 171, 160623, 505 174.