EP2534457A1 - Verfahren und vorrichtung zum selbsttätigen kalibrieren von dehnungs- oder kraftaufnehmern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum selbsttätigen kalibrieren von dehnungs- oder kraftaufnehmern

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Publication number
EP2534457A1
EP2534457A1 EP11709325A EP11709325A EP2534457A1 EP 2534457 A1 EP2534457 A1 EP 2534457A1 EP 11709325 A EP11709325 A EP 11709325A EP 11709325 A EP11709325 A EP 11709325A EP 2534457 A1 EP2534457 A1 EP 2534457A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
calibration
circuit
evaluation circuit
operating state
load
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11709325A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Viel
Werner Bonifer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Original Assignee
Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH filed Critical Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Publication of EP2534457A1 publication Critical patent/EP2534457A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method for automatic
  • the preamble of claim 1 and a measuring device for carrying out the method according to the preamble of
  • Measuring devices for strain and force measurement is an accurate calibration and their repetition necessary, as with larger measurement errors, this also easy to damage
  • the strain or force transducers are preferably used for direct strain measurement at the container feet
  • Hydraulic presses and the like mounted to detect the container contents or the pressing force due to the load.
  • Strain behavior of the respective deformation body depended on which the strain or force transducer are directly attached.
  • Weight values are calculated in the external evaluation device and displayed if necessary. Especially with such large equipment, such calibration methods with external evaluation devices are very expensive and usually have to be carried out by external specialist personnel.
  • An external device for testing and calibrating container scales is known from DE 102 37 513 B4.
  • a rigid frame is provided, in which a hydraulic loading device is arranged.
  • the balance is arranged with at least one load cell, on which a modified container foot is turned off.
  • the balance is then loaded with an initial value and at least one end value.
  • a reference load cell is provided by which the initial and final values fixed
  • Weight or force values are assigned, from which in the balance with an externally assigned evaluation device according to a linear function, the weight values are calculated.
  • a calibration device only separate scales or load cells can be calibrated with defined deformation bodies. A calibration of strain or Force transducers on undefined deformation bodies is thus not possible.
  • Abutment frame provided on which a
  • Chassis dynamometer stands.
  • a reference balance is arranged, whose reference values of the balance are assigned as start and end values in an evaluation device arranged externally to the weighing cells. Due to the separate abutment frame and the additional
  • Loading device is such a calibration very expensive and only suitable for intermediate load cells or scales.
  • a high-precision calibration method for load cells and load cells is known from DE 199 11 086 C2, which operates with a so-called force-normal measuring machine.
  • the respective load cells to be calibrated with several dead load weights are charged to at least the nominal force automatically and the output signals of the load cells or load cells assigned to the respective weight of the dead loads.
  • the calibration on site in the installed state of the strain or force transducer usually can not be done.
  • the invention is therefore the object of a
  • Operating state of the transducer can be made without the transducer would have to be dismantled from the measurement object and thus advantageously the calibration can also be done on site of the measurement object.
  • Computing devices also fully automatic and thus can be performed at predetermined intervals without any specialist. This is particularly advantageous if such a transducer is exchanged with integrated evaluation circuit or used later, since this requires no external devices and methods.
  • the inventive device has the advantage that it is very compact executable and thus easy to many reliable machine parts for monitoring or as
  • the calibration by means of only two load states not only a zero and nominal load calibration, but also an individual calibration of other load conditions is advantageously possible. So is advantageously a calibration of any load conditions as well as a calibrated monitoring or overload control at any
  • Fig. 1 A block diagram of a strain transducer with
  • the drawing is a block diagram of a strain 1 or force transducer is shown, in which an electronic evaluation circuit 13 for automatically calibrating the transducer 1 is integrated.
  • the strain 1 or force transducer is as
  • Tensile strip sensor 10 is formed, which preferably has a plate-shaped deformation body of a
  • this deformation body 10 includes elastic special stainless steel or aluminum. On this deformation body 10 are preferably four
  • the plate-shaped deformation body .10 still has at least two mounting holes 12, with which he to a
  • kraftbelastbares component of a crane, a container or a press is attached as a measuring body whose
  • Measuring bridge 14 an output signal, the strain of the
  • Weight load is proportional.
  • the output of the measuring bridge 14 is connected to an integrated in the transducer 1 electronic evaluation circuit 13, which consists essentially of an A / D andler 2, a calibration circuit 3, a
  • Memory circuit 4 an arithmetic circuit 5 and a D / AWandler 6 consists. Here are the necessary
  • Groove 15 of the deformation body 10 is arranged and shed with a plastic sealing compound kraftnebenschluß arthritis in this. This creates a compact
  • Strain sensor 1 which is formed cuboid in a proposed embodiment and preferably has a length of about 90 mm, a width of about 25 mm and a thickness of about 10 mm. Depending on the application but other shapes and dimensions are conceivable.
  • the transducer 1 For power supply, for calibration and display of the measured value of the transducer 1 is provided with an outwardly guided at least five-core connection cable, not shown. This includes at least one line 17 for calibration, a line 18 for taring, a line 16 for display and two for power. For calibration outside the
  • Evaluation circuit 13 is still a calibration switch 7 for Generation of a second switching signal is provided, which is electrically connected to the calibration circuit 3.
  • a taring 8 is still provided, which is also connected to the calibration circuit 3.
  • a display device 9 is provided outside of the pickup 1, which is electrically connected via at least one display line 16 of the connecting cable to the D / A converter 6.
  • Machine part attached non-positively which serves as a measuring body or object to be measured. Due to the mechanical load of the
  • Measuring body results in a change in length on the measuring body, which is transmitted to the extensometer 1. Due to the change in length, the electrical resistance of the applied strain gauges 11 changes proportionally to the elongation. This resistance change is converted by an unrepresented DC amplifier into an electrical measurement signal at the output of the measuring bridge 14. It is the
  • these output voltages can be assigned to specific start or end values according to a linear characteristic.
  • the initial value is at the characteristic zero point, which represents a so-called tare function, and in which a zero-load indication is usually to take place.
  • This uncalibrated output signal is now detected by the measuring bridge 14 and in the subsequent analog-to-digital converter 2 in a
  • the tare switch 8 is first actuated for zero point calibration in this first, preferably load-free state, by means of its first switching signal in the calibration circuit 3
  • the starting point may preferably be selected from a range of + 0% to + 20%.
  • the measurement object or the measuring body is mechanically loaded up to a second state, preferably up to its nominal value.
  • the resulting output signal of the measuring bridge 14 is now digitized in the A / D converter and the
  • Calibration switch 7 is actuated, which generates a second switching signal, by which the output signal to the end point of
  • the end value or endpoint may preferably be selected from a range of -0% to + 20% of the endpoint.
  • output measurement values are stored, which are assigned to the predetermined start and end values, and by the for each
  • Loading force or a relative percentage load value can be calculated as the initial measured value.
  • the measurement object is from a first operating state, for example the tare state, in a second operating state, for example the nominal state, by means of a program-controlled, not shown
  • a first switching signal are generated, by which the output signal in the tare state within the calibration circuit 3 an initial value of the characteristic
  • Switching device can when reaching a second
  • Nominal load a second switching signal, by which the characteristic curve end point is determined.
  • the program-controlled computing and switching devices can also be used in the
  • a strain transducer 1 can also outside the zero load and outside the rated load
  • each detected output signal of the measuring bridge 1 is digitized in the analog-to-digital converter 2 and then fed to the arithmetic circuit 5.
  • the instantaneous load measured value is then calculated as the output measured value in accordance with the calibration values stored in the memory 4. This is then in the digital-to-analog converter 6 in an analog output reading

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum selbsttätigen Kalibrieren von Dehnungs- (1) oder Kraftaufnehmern mit einer Dehnungsmessstreifenschaltung (11) zum Wandeln einer mechanischen Belastung in ein elektrisches Ausgangssignal, bei dem zum Kalibrieren des Aufnehmers (1) in einem ersten oder belastungsfreien Betriebszustand ein definierter Anfangswert und in einem belastungsbeauf schlagten zweiten Betriebszustand ein definierter Endwert in einer Auswerteschaltung (13) zugeordnet wird. Dabei errechnet die Auswerteschaltung (13) im Betriebszustand aus dem zugeordneten Anfangs- und Endwert mithilfe einer linearen Funktion entsprechende Ausgangsmesswerte, die anzeigbar sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung im festeingebauten Betriebszustand des Aufnehmers (1) mit einer in diesen integrierten Auswerteschaltung (13) selbsttätig erfolgt. Dabei wird durch ein gesteuertes erstes Schaltsignal der Anfangswert und durch ein gesteuertes zweites Schaltsignal der Endwert in der Auswerteschaltung (13) gespeichert und daraus die kalibrierten Ausgangsmesswerte entsprechend der nachfolgenden Belastungen errechnet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum selbsttätigen Kalibrieren von Dehnungs- oder Kraftaufnehmern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen
Kalibrieren von Dehnungs- oder Kraftaufnehmern gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie einer Messvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 8.
Zur Inbetriebnahme von Messgeräten müssen diese vorab
kalibriert werden, um den Ausgangssignalen genaue defeinierte Messwerte zuordnen zu können. Desweiteren ist es auch
innerhalb der Betriebsdauer zur Überprüfung der
Messgenauigkeit oder nach Reparaturmaßnahmen häufig notwendig, diese Messgeräte neu zu kalibrieren. Insbesondere bei
Messgeräten zur Dehnungs- und Kraftmessung ist eine genaue Kalibrierung und deren zeitliche Wiederholung notwendig, da bei größeren Messfehlern dies auch leicht zu Schäden an
Geräten und Personen führen kann. Derartige Dehnungs- oder Kraftmessvorrichtungen werden häufig zur Überwachung der
Kraftbelastung bei Kränen, Behältern, Brücken, Pressen,
Walzgerüsten und ähnlichen Konstruktionen eingesetzt. Dabei werden die Dehnungs- oder Kraftaufnehmer vorzugsweise zur direkten Dehnungsmessung an den Behälterfüßen,
Hydraulikpressen und dergleichen angebracht, um aufgrund der Belastung den Behälterinhalt oder die Presskraft zu erfassen.
Derartige Aufnehmer sind schon seit längerem bekannt und wurden bisher hauptsächlich vor der Auslieferung mit
vorgegebenen Kalibriergewichten oder speziellen Prüfanlagen kalibriert. Darüberhinaus war auch häufig eine Kalibrierung direkt beim Kunden notwendig, da die Zuordnung vom
Dehnungsverhalten des jeweiligen Verformungskörpers abhing, an dem die Dehnungs- oder Kraftaufnehmer direkt befestigt sind.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Bei einem derartigen Einsatz der Dehnungs- oder Kraftaufnehmer zum Beispiel an einem Behälterfuß wurde eine Kalibrierung zunächst ohne Behälterinhalt vorgenommen, bei dem die
Aufnehmer dann mit einer externen Auswertevorrichtung
verbunden sein müssen, die dann dem Ausgangssignal einen
Leerlastzustand zuordnet. Daraufhin wurde der Behälter bis zum Nennfüllstand mit einer definierten Menge zum Beispiel Wasser vollgefüllt und das Ausgangssignal als Volllast in der
externen Auswerte- und Anzeigevorrichtung definiert. Da eine derartige Gewichtsbelastung einen linearen Verlauf aufweist, wurden im Betriebszustand aus den jeweiligen Ausgangssignalen mittels einer linearen Funktion die Belastungs- oder
Gewichtswerte in der externen Auswertevorrichtung errechnet und gegebenenfalls angezeigt. Insbesondere bei derartigen Großgeräte sind derartige Kalibrierverfahren mit externen Auswertevorrichtungen sehr aufwendig und müssen zumeist von externem Fachpersonal ausgeführt werden.
Eine externen Vorrichtung zur Prüfung und Kalibrierung von Behälterwaagen ist aus der DE 102 37 513 B4 bekannt. Bei dieser Kalibriervorrichtung ist ein biegesteifer Rahmen vorgesehen, in dem eine hydraulische Belastungsvorrichtung angeordnet ist. Unterhalb der Belastungsvorrichtung wird die Waage mit mindestens einer Wägezelle angeordnet, auf der ein modifizierter Behälterfuß abgestellt wird. Zur Kalibrierung wird dann die Waage mit einem Anfangswert und mindestens einem Endwert belastet. Dazu ist insbesondere eine Referenzwägezelle vorgesehen, durch die dem Anfangs- und Endwerten feste
Gewichts- oder Kraftwerte zugeordnet werden, aus denen in der Waage mit einer extern zugeordneten Auswertevorrichtung nach einer linearen Funktion die Gewichtswerte errechnet werden. Mit einer derartigen Kalibriervorrichtung können nur separate Waagen oder Wägezellen mit definierten Verformungskörpern kalibriert werden. Eine Kalibrierung von Dehnungs- oder Kraftaufnehmern an Undefinierten Verformungskörpern ist damit nicht möglich.
Aus der DE 44 33 163 AI ist eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Waagen bekannt, die fest in einem Rollenprüfstand
eingebaut sind. Dabei ist um den Rollenprüfstand ein
Widerlagerrahmen vorgesehen, auf dem sich eine
Belastungsvorrichtung abstützt, die andererseits auf dem
Rollenprüfstand steht. In der Belastungsvorrichtung ist eine Referenzwaage angeordnet, deren Bezugswerte der Waage als Anfangs- und Endwerte in einer extern zu den Wägezellen angeordneten Auswertevorrichtung zugeordnet werden. Durch den separaten Widerlagerrahmen und die zusätzliche
Belastungsvorrichtung ist ein derartiges Kalibrierverfahren sehr aufwendig und auch nur für zwischengelagerte Wägezellen oder Waagen geeignet.
Ein hochgenaues Kalibrierverfahren für Kraftmessdosen und Wägezellen ist aus der DE 199 11 086 C2 bekannt, das mit einer sogenannten Kraft-Normalmessmaschine arbeitet. In dieser
Kraft-Normalmessmaschine werden die jeweils zu kalibrierenden Wägezellen mit mehreren Totlastgewichten bis mindestens zur Nennkraft selbsttätig belastet und die Ausgangssignale der Kraftmessdosen oder Wägezellen dem jeweiligen Gewicht der Totlasten zugeordnet. Mit einer derartigen Vorrichtung kann jedoch die Kalibrierung vor Ort im eingebauten Zustand des Dehnungs- oder Kraftaufnehmers meist nicht erfolgen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem
unterschiedliche Dehnungs- oder Kraftaufnehmer im eingebauten Betriebszustand selbsttätig, d.h. ohne externe
Belastungsgeräte oder Totlasten auf einfache Weise kalibriert werden können. Diese Erfindung wird durch die im Patentanspruch 1 und 8 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die im Aufnehmer integrierte Auswerteschaltung mit selbsttätiger Kalibrierung ohne externe Belastungsvorrichtungen und ohne externe
Auswertevorrichtungen auf einfache Weise eine Kalibrierung des Aufnehmers vorgenommen werden kann. Insbesondere sind dazu keine Referenzbelastungsmaschinen oder Referenzaufnehmer erforderlich, sondern die Kalibrierung kann vorteilhafterweise beim jeweiligen Anwendungsfall ausgeführt und auf den
vorgesehenen Messbereich eingestellt werden. Dieses Verfahren hat gleichzeitig den Vorteil, dass es im normalen
Betriebszustand des Aufnehmers vorgenommen werden kann, ohne dass der Aufnehmer vom Messobjekt demontiert werden müsste und somit vorteilhafterweise das Kalibrierverfahren auch vor Ort des Messobjektes erfolgen kann.
Die Erfindung hat auch den Vorteil, dass dieses
Kalibrierverfahren durch programmgesteuerte
Rechenvorrichtungen auch vollautomatisch und somit auch in vorgegebenen Zeitabständen ohne jede Fachkraft ausgeführt werden kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein derartiger Aufnehmer mit integrierter Auswerteschaltung ausgetauscht oder nachträglich eingesetzt wird, da dies keiner externen Vorrichtungen und Verfahren bedarf. Dabei hat die erfinderische Vorrichtung den Vorteil, dass diese sehr kompakt ausführbar ist und somit leicht an vielen belastbaren Maschinenteilen zur Überwachung oder als
Überlastschutz auf einfache Weise einsetzbar und nachrüstbar ist. Dazu kann ein derartiger Aufnehmer mit integrierter
Auswerteschaltung bei einfachster Ausführung einfach in Belastungsrichtung der hochbelastbaren Maschinenteile an diesen befestigt werden.
Durch die Kalibrierung mittels nur zweier Belastungszustände ist nicht nur eine Null- und Nennlastkalibrierung, sondern auch eine individuelle Kalibrierung anderer Lastzustände vorteilhafterweise möglich. So ist vorteilhafterweise eine Kalibrierung beliebiger Lastzustände als auch eine kalibrierte Überwachung oder Überlastkontrolle an beliebigen
Maschinenteile möglich, die kritischen Belastungen
unterliegen .
Bei einem besonderen Kalibrierverfahren, wo die Nulllast einer erhöhten Ausgangsspannung und die Nennlast einer verringerten Ausgangsspannung zugeordnet werden, gibt es den Vorteil, dass auch negative Belastungen und solche oberhalb der Nennlast genau anzeigbar oder signalisierbar sind.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1: Ein Blockschaltbild eines Dehnungsaufnehmers mit
integrierter Auswerteschaltung. In der einzigen Fig. der Zeichnung ist ein Blockschaltbild eines Dehnungs- 1 oder Kraftaufnehmers dargestellt, in dem eine elektronische Auswerteschaltung 13 zum selbsttätigen kalibrieren des Aufnehmers 1 integriert ist. Der Dehnungs- 1 oder Kraftaufnehmer ist als
Dehnungsmesstreifenaufnehmer 10 ausgebildet, der vorzugsweise einen plattenförmigen Verformungskörper aus einem
federelastischen speziellen Edelstahl oder Aluminium enthält. Auf diesen Verformungskörper 10 sind vorzugsweise vier
Dehnungsmessstreifen 11 als Widerstände appliziert, die zu einer Wheatstoneschen Messbrücke 14 verschaltet sind. Der plattenförmige Verformungskörper .10 besitzt noch mindestens zwei Befestigungsbohrungen 12, mit denen er an ein
kraftbelastbares Bauteil eines Kranes, eines Behälters oder einer Presse als Messkörper befestigt wird, dessen
Kraftbelastung erfasst werden soll. Dabei liefert die
Messbrücke 14 ein Ausgangssignal, das der Dehnung des
Messkörpers und damit der Kraftbelastung oder
Gewichtsbelastung proportional ist. Der Ausgang der Messbrücke 14 ist mit einer im Aufnehmer 1 integrierten elektronischen Auswerteschaltung 13 verbunden, die im wesentlichen aus einem A/D- andler 2, einer Kalibrierschaltung 3, einer
Speicherschaltung 4, einer Rechenschaltung 5 und einem D/AWandler 6 besteht. Dabei sind die dafür notwendigen
elektronischen Bauteile auf einer kleinen nicht dargestellten Schaltungsplatine angebracht, die vorzugsweise in einer
Vertiefung 15 des Verformungskörpers 10 angeordnet und mit einer plastischen Vergußmasse kraftnebenschlußfrei in diesem vergossen ist. Dadurch entsteht ein kompakter
Dehnungsaufnehmer 1, der in einer vorgesehenen Ausführung quaderförmig ausgebildet ist und vorzugsweise eine Länge von ca. 90 mm, eine Breite von ca. 25 mm und eine Dicke von ca. 10 mm aufweist. Je nach Anwendungszweck sind aber auch andere Formen und Abmessungen denkbar.
Eine derartige Ausführung kann auf einfache Weise an
kraftbelastbaren Teilen vieler Maschinen oder Bauteile
angeschraubt werden, deren Belastung erfasst werden soll. Zur Stromversorgung, zur Kalibrierung und zur Messwertanzeige ist der Aufnehmer 1 mit einem nach außen geführten mindestens fünfadrigen nicht dargestellten Anschlusskabel versehen. Dies enthält mindestens eine Leitung 17 zur Kalibrierung, eine Leitung 18 zur Tarierung, eine Leitung 16 zur Anzeige und zwei zur Stromversorgung. Zur Kalibrierung außerhalb der
Auswerteschaltung 13 ist noch ein Kalibrierschalter 7 zur Erzeugung eines zweiten Schaltsignals vorgesehen, der elektrisch mit der Kalibrierschaltung 3 verbunden ist. Zur Erzeugung eines ersten Schaltsignals oder zur Tarierung ist noch ein Tarierschalter 8 vorgesehen, der ebenfalls mit der Kalibrierschaltung 3 verbunden ist. Zur Anzeige ist außerhalb des Aufnehmers 1 noch eine Anzeigevorrichtung 9 vorgesehen, die elektrisch über mindestens eine Anzeigeleitung 16 des Anschlusskabels mit dem D/A-Wandler 6 verbunden ist. Zur Messung und Kalibrierung arbeitet der vorbeschriebene Aufnehmer 1 nach folgendem Verfahren:
Zunächst wird der Dehnungsaufnehmer 1 an ein belastbares
Maschinenteil kraftschlüssig befestigt, das als Messkröper oder Messobjekt dient. Durch die mechanische Belastung des
Messkörpers ergibt sich eine Längenänderung am Messkörper, die auf den Dehnungsaufnehmer 1 übertragen wird. Aufgrund der Längenänderung ändert sich der elektrische Widerstand der applizierten Dehnungsmessstreifen 11 proportional zur Dehnung. Diese Widerstandsänderung wird durch einen nicht dargestellten Gleichspannungsverstärker in ein elektrisches Messsignal am Ausgang der Messbrücke 14 umgewandelt. Dabei ist der
Dehnungsaufnehmer 1 vorzugsweise für eine Dehnung von 500 pm/m und eine Aufnehmerausgangsspannung von 0 bis 10 V (=
100 %) ausgelegt.
Während der Kalibrierung können diese Ausgangsspannungen entsprechend einer linearen Kennlinie bestimmten Anfangs- oder Endwerten zugeordnet werden. In einem unbelasteten ersten Zustand befindet sich der Anfangswert am Kennlinienullpunkt, der eine sogenannte Tara-Funktion darstellt, und in dem meist eine Null-Last-Anzeige erfolgen soll. Dieses unkalibrierte Ausgangssignal wird nun von der Messbrücke 14 erfasst und in dem nachfolgenden Analog-Digital-Wandler 2 in einen
Digitalwert umgewandelt. Dieser Kennlinienanfang wird bei der Kalibrierung dieses digitalen Ausgangssignals in der Kalibrierschaltung 3 einem Ausgangsspannungspegel von einem Volt (= +10 %) zugeordnet. Dazu wird zur Nullpunkt- Kalibrierung bei diesem ersten vorzugsweise belastungsfreien Zustand zunächst der Tara-Schalter 8 betätigt, durch dessen erstes Schaltsignal in der Kalibrierschaltung 3 diesem
Anfangswert eine Ausgangsspannung von einem Volt (= 10 %) zugeordnet wird, so dass vorzugsweise auch negative Dehnungen anzeigbar sind. Dieser Anfangswert wird nun als Nullpunkt in der Speicherschaltung 4 abgelegt. Der Anfangswert oder
Ausgangspunkt kann aber vorzugsweise aus einem Bereich von +0% bis +20% ausgewählt werden.
Dann wird das Messobjekt oder der Messkörper mechanisch bis zu einem zweiten Zustand vorzugsweise bis zu dessen Nennwert belastet. Das dadurch erzeugte Ausgangssignal der Messbrücke 14 wird nun im A/D^Wandler digitalisiert und der
Kalibrierschaltung 3 zugeführt. Bei diesem zweiten
Betriebszustand bei Nennbelastung wird nun der
Kalibrierschalter 7 betätigt, der ein zweites Schaltsignal erzeugt, durch das das Ausgangssignal dem Endpunkt der
Kennlinie als Endwert einer Ausgangsspannung von 9 V (= 90 %) zugeordnet und ebenfalls in der Speicherschaltung 4 abgelegt wird. Durch die Zuordnung des Endwertes bei 9 V wird erreicht, dass die Ausgangswerte bis 10 V (= 100 %) auch noch oberhalb des Nennwertes genau erfassbar sind. Der Endwert oder Endpunkt kann aber vorzugsweise aus einem Bereich von -0% bis + 20% vom Endpunkt ausgewählt werden. In der Speicherschaltung 4 sind zusätzlich noch definierte Ausgangsmesswerte gespeichert, die den vorgegebenen Anfangsund Endwerten zugeordnet werden, und durch die für jedes
Ausgangssignal der Messbrücke 14 eine definierte
Belastungskraft oder ein relativer prozentualer Belastungswert als Ausgangsmesswert errechenbar ist. Mit diesen Zuordnungen innerhalb der Kalibrierschaltung 3 und der abgelegten Werte in der Speicherschaltung 4 ist der Kalibriervorgang selbsttätig- für das jeweilige essobj ekt abgeschlossen. Eine derartige Kalibrierung kann auch vollautomatisch
vorgenommen werden. Dann ist das Messobjekt von einem ersten Betriebszustand, zum Beispiel dem Tara-Zustand, in einem zweiten Betriebszustand, zum Beispiel dem Nennwert-Zustand, mit Hilfe einer nicht dargestellten programmgesteuerten
Rechenvorrichtung zu steuern. Dabei kann dann mittels einer weiteren nicht dargestellten programmgesteuerten
Schaltvorrichtung ein erstes Schaltsignal erzeugt werden, durch das das Ausgangssignal im Tara-Zustand innerhalb der Kalibrierschaltung 3 einem Anfangswert der Kennlinie
zugeordnet wird. Durch diese programmgesteuerte
Schaltvorrichtung kann bei Erreichen eines zweiten
Betriebszustands zum Beispiel bei der Erreichung der
Nennbelastung ein zweites Schaltsignal erfolgen, durch das der Kennlinienendpunkt festgelegt wird. Die programmgesteuerten Rechen- und Schaltvorrichtungen können auch in der
Auswerteschaltung 13 integriert sein.
Solche automatischen Kalibriervorgänge können auch in
zeitlichen Abständen selbsttätig erfolgen, so dass
zwischenzeitliche Abweichungen dadurch auch korrigiert werden können, was die Messgenauigkeit des Aufnehmers 1 verbessert. Durch ein derartiges Verfahren kann ein Dehnungsaufnehmer 1 auch außerhalb der Nulllast und außerhalb der Nennlast
kalibriert werden. So wird durch die Auslösung des ersten Schaltsignals des Taraschalters 8 lediglich der jeweilige Ausgangswert des Ausgangssignals der Messbrücke 14 auf den Kennlinienanfang gelegt. Bei einer weiteren Belastung kann dann durch Auslösung des zweiten Schaltsignals mithilfe des Kalibrierschalters 7 dieser Ausgangswert als jeweiliges
Ausgangssignal der Messbrücke 14 auf den Kennlinienendpunkt gelegt werden. Insofern sind die Aufnehmer 1 je nach
Anwendungsfall auch individuelle kalibrierbar.
Nach dieser integrierten Kalibrierung wird jedes erfasste Ausgangssignal der Messbrücke 1 im Analog-Digital-Wandler 2 digitalisiert und dann der Rechenschaltung 5 zugeführt. In dieser wird dann entsprechend der im Speicher 4 hinterlegten Kalibrierwerte der augenblickliche Belastungsmesswert als Ausgangsmesswert errechnet. Dieser wird dann im Digital- Analog-Wandler 6 in einem analogen Ausgangsmesswert
umgewandelt und der Anzeigevorrichtung 9 zur Anzeige oder Weiterverarbeitung zugeführt. Diese Ausgangsmesswerte können dann angezeigt oder zur Signalisierung oder zur Abschaltung des überwachten Messobjektes benutzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum selbsttätigen Kalibrieren von Dehnungs- (1) oder Kraftaufnehmern mit einer Dehnungsmessstreifenschaltung (11) zum Wandeln einer mechanischen Belastung in ein elektrisches Ausgangssignal, bei dem zum Kalibrieren des Aufnehmers (1) in einem ersten oder belastungsfreien Betriebszustand ein definierter Anfangswert und in einem zweiten belastungsbeaufschlagten Betriebszustand ein definierter Endwert in einer Auswerteschaltung (13) zugeordnet wird, wobei die Auswerteschaltung (13) im Betriebszustand aus dem zugeordneten Anfangs- und Endwert mithilfe einer linearen Funktion entsprechende Ausgangsmesswerte errechnet, die anzeigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung im festeingebauten Betriebszustand des Aufnehmers (1) mit einer in diesen integrierten Auswerteschaltung (13) selbsttätig erfolgt, indem durch ein gesteuertes erstes Schaltsignal der Anfangswert und durch ein gesteuertes zweites Schaltsignal der Endwert in der Auswerteschaltung (13) gespeichert werden und die daraus die Ausgangsmesswerte entsprechend der nachfolgenden Belastungen errechnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten belastungsfreien Betriebzustand das erfasste Ausgangssignal der Messbrücke (14) in einer Kalibrierschaltung (3) der Auswerteschaltung (13) aufgrund des ersten Schaltsignals eines Tara-Schalters (8) einen Anfangspunkt einer linearen Belastungskennlinie und einem zweiten Ausgangssignal mit Nennlast belasteten Betriebszustand in der Kalibrierschaltung (3) der Auswerteschaltung (13) aufgrund des zweiten Schaltsignals eines Kalibrierschalters (7) einen Endpunkt der linearen Belastungskennlinie zugeordnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Anfangspunkt und dem Endpunkt zugeordneten Ausgangssignale der Messbrücke (14) und deren Zwischenwerte der Kennlinie einer Speicherschaltung (4) der Auswerteschaltung (13) zugeführt und dort gespeichert und vorgegebenen definierten Ausgangsmesswerten zugeordnet werden .
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Ausgangssignale aufgrund des ersten Schaltsignals einen um 0 bis 20 % höheren Anfangspunkt der Belastungskennlinie und das Ausgangssignal aufgrund des zweiten Schaltsignals einen um 0 bis 20 % verringerten Endpunkt der Belastungskennlinie zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Ausgangssignale der Messbrücke (14) mit den ihnen zugeordneten definierten Ausgangsmesswerten in einer Rechenschaltung (5) der Auswerteschaltung (13) zu kalibrierten Ausgangsmesswerten umgerechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis .5, dadurch gekennzeichnet, dass die kalibrierten Ausgangsmesswerte in einer Anzeigevorrichtung (9) anzeigbar oder bei einer Grenzwertüberschreitung signalisierbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Betriebszustand des mit dem Aufnehmer (1) versehenen Messobjektes ' mittels einer programmgesteuerten ' Rechenvorrichtung selbsttätig angesteuert und dabei mit der programmgesteuerten
Rechenvorrichtung das erste und zweite Schaltsignal selbsttätig erzeugt wird, wodurch die Kalibrierung im
Anfangsbetriebszustand oder in zeitlichen Abständen vollautomatisch erfolgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnehmer einen flachen rechteckigen Verformungskörper
(10) mit darauf applizierten Dehnungsmessstreifen (11) und mindestens zwei Befestigungsbereichen (12) umfasst, wobei im Aufnehmer (1) eine elektronische Auswerteschaltung (13) integriert ist, die mindestens eine Kalibrierschaltung
(3), eine Speicherschaltung (4) und eine Rechenschaltung
(5) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierschaltung (3) der Auswerteschaltung (13) mit mindestens einem Kalibrier- ( 7 ) und einem Tara-Schalter (8) verbunden ist, mit dessen Hilfe in einem ersten Betriebszustand ein erstes Schaltsignal und bei einem zweiten belasteten Betriebszustand ein zweites Schaltsignal erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , dass die Rechenschaltung (5) oder ein Digital-Analog-Wandler (6) der Auswerteschaltung (13) mit einer Anzeigevorrichtung (9) verbunden ist, die zur Anzeige der kalibrierten Ausgangsmesswerte dient.
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