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Vorrichtung zur Längenmessung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Vergrößerung kleinster Bewegungen mit Hilfe stati.-scher magnetischer Felder,
insbesondere zur Längenmessung in der Feinmeßtechnik.
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Die für diesen Zweck bisher bekanntgewordenen Vorrichtungen bestehen
neben den rein optisch arbeitenden Geräten entweder in sogenannten.Meßuhren, welche
die Längenänderung mit Hilfe eines FühIstiftes durch mechanische Übersetzungen mittels
eines Zeigers, der vor einem Zifferblatt läuft, anzeigen, oder in Geräten, bei denen
die Änderung eines Meßkondensators oder einer Meßinduktivität durch elektrische,
in Längenmaß geeichte Meßinstrumente angezeigt - zur Messung dient. Auch brücken-
oder kompensatorähnliche Magnetkreise, bei denen die Lage eines ferromagnetischen
Leitstückes durch die Meßgröße verändert und dadurch die Feldstärke in einem Anzeigekreis
beeinflußt wird, sind schon vorgeschlagen worden. Hierbei sind sowohl stromdurchflossene
Drehspulen als auch drehbar gelagerte Dauermagnete als Induktoren zur Anwendung
gekommen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht nun unter Verwendung eines
brücken- oder komperir satorähnlichen Magnetkreises, bei welchem ein unter dem Einfluß
dser Meßgröße stehendes, direkt oder indirekt als Fühlhebel wirkendes, ferromagnetisches
Leitstück in Abhängigkeit von der Meßgröße verstellt wird, darin, daß ein oder mehrere
Dauermagneten mit Polschuhen einen Magnetkreis mit einem Luftspalt bilden, in welchem
ein unter der Wirkung des Fülhlhebels stehendes, ferromagne-
tisches
Leitstück schwingbeweglich angeordnet ist, wobei das ferromagnetische Leitstück,
mit einem Indikator zwischen der neutralen Zone des Dauermagneten und dem Luftspalt
liegend, den Nullzweig darstellt. Diese Vorrichtung ist ihrem Wesen nach natürlich
nicht nur zur Durchführung von Längenmessungen geeignet, sondern kann auch mit Erfolg
für jede andere Lagenänderung, bei der.zur genauen Messung eine große tfbersetzung
erforderlich ist, angewendet werden. Zum Beispiel kann auf diese Weise die Durchbiegung
von Trägern, Druckmembranen usw. oder die Längenändlerung irgendwelcher Bauelemente
unter dem Einfluß schwankender Temperatur oder wechselnder -Zugkräfte und vieles
andere mehr leicht einer genauen Messung erschlossen werden.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung besteht darin, daß bei völliger
Flußgleichheit in den beiden Teilen des Magnetkreises im Nullzweig der Fluß Null
entsteht, was durch den Indikator angezeigt wird. Schon bei kleinster Auslenkung
des mit dem Luftspalt in magnetischer Verbindung stehenden ferromagnetischen Leitstückes
entsteht im Nullzweig eia Fluß, der am Indikator einen entsprechenden Ausschlag
bewirkt. Es ist natürlich nicht unbedingt erforderlich, daß das den Nullzweig bildende
ferromagnetische Leitstück mit dem Spannungsmiftelpunkt des Dauermagneten in mechanischer
Blerührung steht. Es genügt, wenn dieser Anker so zwischen oder vor einem Luftspalt
angeordnet ist, daß jede Lageveränderung in oder vor dem - Spalt eine Kraftflußänderung
im Anker hervorruft. Diese Bauweise wird man zweckmäßigerweise dann nehmen, wenn
der Magnetkreis beispielsweise aus einem hufeisenähnlichen Gebilde besteht.
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In einer weiteren Ausgestältung der Erfindung kann die- Größe des
Flusses im Nullzweig mittels einer auf diesem angebrachten Spule mit angeschlossenem
Fluxmeter bestimmt und zur Anzeige des Meßwertes verwendet werden.
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Erfindungsgemäß kann das direkt oder indirekt unter dem Einfluß der
zu messenden Größe stehende und einen Teil des Nullzweiges bildende magnetische
Leitstück einseitig vor dem Luftspalt schwingbeweglich, vorzugsweise elastisch,
gelagert sein, Die Größe des Luftspaltes bzw. des Abstandes zwischen dem magnetischen
Leitstück und den Polschuhen gestattet die bequeme Wahl des Meßbereiches der Vorrichtung,
vor allem dann, wenn die zum Luftspalt geeignetste Dimensionierung der Dauermagnete
gewählt wird.
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Gemäß der Erfindung kann die Form des Luftspaltes zur Beeinflussung
des Skalencharakters des Indikators herangezogen werden, so daß auf diese Weise
die Skala teilweise auseinandergezogen bzw. linearisiert werden kann.
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Der Nullzweig der Vorriçhtung besteht gemäß der Erfindung aus einem
Werkstoff mit sehr schmaler Magnetisierungsschleife, z. B. einer Eisen-Nickel-Legierung
^ mit einem Nickelgehalt von wenigstens 504/o, um zu verhindern,-daß sich der Anzeigewert
ein und derselben Meßgröße bei zunehmenden Meßwerten gegenüber abnehmenden unterscheidet.
Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur ein hochempfindliches, sondern auch sehr
genaues Meßgerät aufzubauen.
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In den Abbildungen sind Beispiele der Erfindung näher dargestellt.
Es bedeutet Fig. -I eine schematische Aufsicht auf- ein Meßwerk mit Drehmagnet-Indikator,
bei dem das magnetische Leitstück zungenartig in den Luftspalt eingreift, Fig. 2
eine schernatische Darstellung der Polschuhe mit einem einseitig vor dem Luftspalt
gelagerten magnetischen Leitstück in Aufsicht, Fig. 3 Polschuhe mit einem V-förmig
zur Beeinflussung des Skalencharakters des Indikators ausgebildeten Luftspalt in
Seitenansicht.
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In Fig. I besteht der einer Meßbrücke oder einem Kompensator ähnelnde
Magnetkreis aus den beiden Dauermagneten I .und 2, deren Polarität durch die Buchstaben
»ast« und »S« angedeutet ist, sowie aus den beiden den Luftspalt 3 bildenden ferromagnetischen
Leitstücken 4 und 5. Der den Indikator enthaltende Nullzweig besteht aus dem im
Spannungsmittelpunkt der beiden Dauermagnete angeordneten ferromagnetischen Leitstück
6 und dem zungenartigen Leitstück 7. Fü-r die Leitstücke 6 und 7 ist ein Werkstoff
mit sehr schmaler Hysteresisschleife, z. B. eine Eisen-Nickel-Legierung mit einem
Nickelgehalt von wenigstens 50°/o, vorgesehen.
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Durch die Einsparung 8 der Zunge 7 wird erreicht, daß diese kleine
elastische Bewegungen ausführen kann. Der Indikator besteht aus einem auf der senkrecht
zur Zeichenebene angeordneten Achseg befestigten Drehmagneten 10, dessen Polarität
ebenfalls durch Buchstaben »N« und »S« angedeutet ist. Der Drehmagnet 10 befindet
ich in der zylindrischen Bohrung eines rechteckförmigen Stückes 11 aus einem Werkstoff
mit guter elektrisoher Leitfähigkeit, z. B. Kupfer. Bei Bewegungen des Drehmagneten
10 werden in dem Kupferstück ii Wirbelströme erzeugt, die für eine genügende Dämpfung
sorgen. Auf der Achse g ist außerdem noch der Zeiger I2 befestigt, der vor einer
Skala I3 spielt. Eine Spiralfeder 14 dient als elastische Rückführung für den Zeiger
12. Das Leitstück 7, das den Luftspalt 3 zungenartig durchgreift, ist zwischen den
als einstellbare Anschläge dienenden Schrauben 15 und I6 angeordnet. Auf dem Meßtisch
I7 liegt das zu messende Stück I8. -Die Länge dieses Stückes wird durch den Fühlhebel
19 abgetastet, der in einer Führung 20 gelagert ist. Zwei Federn 21 und 22 verbinden
den Fühlstift 19 kraftschlüssig mit der Zunge 7. Dabei ist die Zugkraft der Feder
22 größer als diejenige der Feder 2I. Die Wirkungsweise des Gerätes ist folgende:
Vor Beginn der Messung wird die Zunge 7 durch die Kraft der Feder 22 an den einstellbaren
Anschlag I6 gelegt. Dabei wird der Nullzweig in Richtung des Pfeiles 23 von einem
magnetisohen Kraftlinienfluß durchsetzt. Dieser übt auf den Drehmagneten 10 ein
Drehmoment aus, durch das der Zeiger 12 auf einen bestimmten Skalenwert auf der
linken Skalenhälfte gebracht wird, wobei die SyNalfeder 14 ent-
sprechend
gespannt wird. Das zu messende Stück I8 hebt bei der Messung die Zunge 7 über den
Fühlhebel 19 etwas an. Bewegt sich die Zunge beispielsweise genau in die Mitte des
Luftspaltes 3, so ist im Nullzweig kein Kraftlinienfluß mehr vorhanden, und die
Feder 14 bringt den Zeiger I2 in die Mittelstellung. Bei weiteren Anheben der Zunge
7 wird der Null zweig von einem Kraftlinienfluß entgegengesetzt der Richtung des
Pfeiles 23 durchsetzt, wodurch ein umgekehrt gerichtetes Drehmoment auf den Drehmagneten
10 ausgeübt wird, welches den Zeiger 12 auf einen bestimmten Wert in der rechten
Skalenhälfte bringt. Schon kleine Bewegungen der Zunge 7 rufen somit große Zeigerausschläge
hervor, so daß also bereits kleine Abweichungen in der vorgeschriebenen Länge des
zu messenden Stückes 18 deutlich mittels des Zeiger 12 auf der Skala 13 abgelesen
werden können.
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In Fig. 2 sind schematisch zwei einen Luftspalt 24 bildende Polschuhe
25 und 26 in Aufsicht abgebrochen gezeichnet. Die ebenfalls abgebrochen dargestellte
Zunge 27 ist schwingbeweglich vor dem Luftspalt 24 gelagert. Der Fühlstift 28 greift
in diesem Falle durch eine Bohrung des Polschuhes 26 hindurch. Die Anschlagstifte
usw. sind der Ubersicht halber in dieser Darstellung weggelassen.
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Fig. 3 zeigt die Polschuhe 25 und 26 in Seitenansicht. Der Luftspalt
24 ist V-förmig ausgebildet.
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Nimmt die Zunge 27 die gestrichelt eingezeichnete Mittellage ein -
bei der die Fläche des Dreiecks 29 gleich der Summe der Flächen der beiden Dreiecke
30 ist so wird sie von keinem Kraftlinienfluß durchsetzt. Auch hier rufen bereits
geringe Abweichungen aus dieser Mittellage einen kräftigen Magnetfluß in der Zunge
hervor. Durch entsprechende Ausbildung des Luftspaltes kann die Skalenform beeinflußt
werden.