WO1988008520A1 - Oscillating wire transducer for measuring stresses, elongations and forces - Google Patents

Oscillating wire transducer for measuring stresses, elongations and forces Download PDF

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WO1988008520A1
WO1988008520A1 PCT/HU1987/000022 HU8700022W WO8808520A1 WO 1988008520 A1 WO1988008520 A1 WO 1988008520A1 HU 8700022 W HU8700022 W HU 8700022W WO 8808520 A1 WO8808520 A1 WO 8808520A1
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István KONCZ
Péter KOLTA
Ferenc Armbruszt
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Licencia Találmányokat Értékesito^" És Innovációs
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    • G01B7/16Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • GPHYSICS
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    • G01G3/00Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/16Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of frequency of oscillations of the body
    • GPHYSICS
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/10Measuring force or stress, in general by measuring variations of frequency of stressed vibrating elements, e.g. of stressed strings

Definitions

  • Sohwing string transducer for measuring mechanical dislocations
  • the invention is a Sohwing string transducer for measuring mechanical displacements, which contains an electrically conductive string attached to both ends and tensioned with a given force.
  • Many solutions are known for measuring mechanical dislocations. A comprehensive overview of such solutions is given in HF Grave's book entitled “Electrical Measurement of Non-Electrical Values” / Müszaki Könyvkiad ⁇ , Budapest, 1968 /.
  • HF Grave's book entitled “Electrical Measurement of Non-Electrical Values” / Müszaki Könyvkiad ⁇ , Budapest, 1968 /.
  • a solution for measuring the elongation of the strings is explained on the basis of Figures 224 and 225. In this solution, both ends of a steel string were fixed in a metal block, and the middle area of the string is with an electromagnet / iron core coil / in magnetic coupling.
  • the fastening device of one end of the measuring string follows the displacement to be measured, so that the tension of the string depends
  • the object of the invention is the perfection of r known since a long time, but because of its circumstances and mentioned Disadvantages for an extensive application as a method proven unsuitable and the creation of such a vibrating string transducer, the application of which is also suitable for simple and dynamic measurements.
  • the invention is based on the knowledge that it is not necessary to induce the tensioned string with an electromagnet, but that it - when placed in a homogeneous magnetic field - also represents an electrical resonant circuit which vibrates when replacing losses at the resonance frequency of the string caused. If the two ends of the string are electrically separated from each other, the two ends are the two end points of the resonant circuit, and the previous disturbing effect of the short-circuit loop no longer comes into play.
  • the material of the string of the oscillating circuit created in this way does not have to be magnetizable, and tungsten and Molibden wire can be used in strings to secure the larger quality factor.
  • a negative resistance converter can be used, which is present together with the loop in an oscillator circuit.
  • the frequency of the oscillator is measured by a frequency-measuring circuit, which is calibrated immediately after the displacement to be measured or after another non-electrical quantity.
  • the string is accommodated in a tube made of non-magnetic material, at one end of which there is a string tensioning device which is insulated from the tube, but at the other end the string is fixed or with a connection which permits longitudinal or threaded displacement attached to the pipe.
  • a string tensioning device which is insulated from the tube, but at the other end the string is fixed or with a connection which permits longitudinal or threaded displacement attached to the pipe.
  • both the material of the fastening element of the tensioning device / which can advantageously be designed as a holding or closing element / for the string and its length are selected such that the linear thermal expansion of the string is compensated for.
  • the application is made easier if the transducer has a tube with a Cuer profile that can be glued to the surface to be measured.
  • the construction is advantageous in which the outer holding element is provided with a fastening flange which is arranged on the side opposite the insulated clamping device and on the side of the flange which is opposite the holding element Bearing a tension arm is arranged, which is rigidly connected to the string and a tension element is connected to one end of the tension arm.
  • a weight is connected to the side of the tension arm, which is opposite the string, and a linear characteristic can be achieved if the weight in the extended line of the string is suspended on the tension arm and a paraboloid shape in rotation having.
  • the application of the vibrating string transducer according to the invention is really simple, and it is so precise that relative displacements of the order of 10 -7 can be measured, and due to its construction, the transducer is capable of carrying out both static and dynamic Suitable measurements. Furthermore, the vibrating string transducer according to the invention is explained in detail on the basis of exemplary embodiments and the drawing. In the drawing is in
  • FIG. 1 shows the basic arrangement sketch of the vibrating string transducer according to the invention
  • Fig. 2 shows the block diagram of the circuit contained in the vibrating string transducer according to the invention
  • FIG. 3 shows the front view of the first embodiment of the vibrating string transducer according to the invention
  • FIG. 4 shows the side view of the transducer sketched in FIG. 3 in a cross-sectional representation
  • Fig. 5 the cross-section along the line V-V. Fig. 3,
  • Fig. 6 shows the cross section of a further embodiment of the vibrating string transducer according to the invention and Fig. 7 shows the cross section along the line VI-VI of Fig. 5.
  • Fig. 1 illustrates the basic arrangement sketch of the vibrating string transducer according to the invention.
  • the middle of the string 1 tensioned at both ends is in a homogeneous magnetic field which is caused by a permanent magnet 2.
  • the string 1 is rigidly attached to both ends in such a way that a tensioning force of adjustable size acts on it.
  • the two fastening points are electrically insulated from one another, to which electrical lines are connected, the ends of which can be regarded as terminals 3 of the converter.
  • Fig. 1 shows the simplified equivalent circuit diagram of the dealer and its identification.
  • the string 1 suitably consists of a non-magnetizable material of high strength, advantageously z. D. made of tungsten wire with a diameter of 0.1 mm, from which it can be seen that the vibrating string sprays in parallel on a Sohwing circuit loaded with a resistance.
  • FIG. 2 shows the block diagram of an arrangement for sensing the signals of the converter according to FIG. 1.
  • converter 4 is connected via a transformer 5 for impedance matching to a converter with negative impedance, which consists of an operational amplifier 5, feedback resistors 7 and 8 and from an element with a non-linear characteristic, e.g. B. incandescent lamp 9 is formed.
  • the negative impedance converters provided with non-linear elements function as oscillators if they are connected to a damped resonant circuit, if the size of the negative resistance is able to compensate for the losses of the resonant circuit
  • FIG. 2 b shows the negative resistor converter 10 in a state connected to the converter 4. This arrangement produces sinusoidal signals of constant amplitude at its output, the oscillation frequency being given by the equation:
  • Equation 1 l is the length of the string 1
  • is the relative extension of the string 1
  • E is the elastic modulus of the string material and is a Material coefficient.
  • the relative expansion is caused by the force F acting on the string 1, whereby the equation: exists between the force F acting on the string and the oscillation frequency f.
  • the transducer 4 was realized in an aluminum tube of rectangular cross section, the end of which is closed by a metal closure which is adapted to the interior of the tube 11 and on which the lower end of the string is rigid is attached.
  • a plastic holder 13 is connected, which tightly closes the tube 11 and whose internal structure is well shown in the drawing.
  • the holder 13 consists of two parts which have an inner bore, and a threaded spindle 14 is guided in the bore and fastened by a nut 15.
  • the spindle 14 and the nut 15 serve not only to hold the two halves of the holder 13 together, but at the same time to transfer the string 1.
  • a groove IS and a pin 17 bridging the groove are used to guide the string 1 the string arranged / Fig. 4 /.
  • the other end of the string 1 can be attached to the spindle 14, or can be led out between the halves of the holder.
  • the electrical connection is formed by the tube 11 and the spindle 14.
  • a magnetic pole 18 is arranged approximately in the central region, which can be seen in the cross-sectional view of FIG. 5, and the pole 18 consists of a pole body 19 of magnetizable material and of two fixed magnets 20, 21, between which an air gap with a suitable width for the string 1 is formed.
  • the magnetic field and the air gap are homogeneous, and the direction of the field is transverse to string 1.
  • the transducer 4 according to FIGS. 3-5 has a thermo-compensated structure, the condition of which is that the coefficient of thermal expansion of tube 11 exceeds that of string 1, and that the coefficient of thermal expansion of plastic holder 13 is substantially greater than that of the material of the tube 11 will. Since the holder 13 is firmly connected to the end of the tube 11 by gluing or another non-releasable bond, the thermal expansion in the section between the end of the tube 11 and the pin 14 supporting the upper end of the string 1 reduces the tension of the string 1. With a suitable selection of the dimensions, such sedations can be created, the acting on the string 1 and by the Spindle 14 adjustable clamping force remains unchanged regardless of the temperature.
  • Another embodiment of the converter 4 is shown with reference to FIGS.
  • This transducer has an outer switch 12 made of a tube of round cross section, the upper end of which is closed with a plastic closure element 23 and a string tensioning device with a threaded spindle 24 is arranged in the middle of the closure element. The device is used for fastening the upper end of the string and for its electrical connection.
  • a magnetic pole 25 is formed approximately at a medium height, which - as shown in FIG. 7 - consists of a pole body 26, two fixed magnets 27, 28 and a plastic insert 29 supporting these elements.
  • Flange 30 is a clamping arm 32 which is held by bearings 31.
  • the string is led out through the tension arm 32 in such a way that it is also rigidly connected to it.
  • a clamping element 33 formed as a screw is attached arranges, whose lower end presses the tension arm 32.
  • the tensioning element 33 enables the basic pretensioning of the string to be set.
  • the transducer 4 shown here can be used primarily for measuring liquid levels.
  • the structural unit holding the outer holder 23 is generally formed from a liquid container, in which the liquid level can change.
  • a weight 34 is suspended on the section of the string 1 which lies under the tension arm 32. It is useful if that
  • Weight 34 has a rotational paraboloid shape, because this configuration - as will be explained later - enables the output frequency of the transducer 4 to be changed linearly with the liquid level.
  • the upper end of the transducer 4 according to FIGS. 6 and 7 and the same according to FIGS. 3-5 is hermetic / sealed / closed, and the magnetic poles 18 and 25 are arranged in the interior of the tube, damped by silicone rubber, which causes the possible mechanical vibrations of the tube have no detectable effect on string 1.
  • the length-diameter ratio of the string 1 is expediently between 500 and 1500, which means a length of 110 mm and a diameter of 0.1 mm in the embodiment of the carrion according to FIGS. 6-7 .
  • the measurable force range is between 0.5 N and 100 N, with the frequency between 350 Hz and 3-4 kHz.
  • the length of the magnetic field can be about 10-20% of the string length.
  • the function of the converter 4 according to the invention is explained on the basis of some possible applications.
  • the converter 4 according to FIGS. 3-5 can be designed as a measuring cartridge and is suitable for measuring various deformations, ie buckling, deflections, dislocations and for weight measurements.
  • the application in the form of a measuring cartridge means that the tube 11 of the completely closed transducer 4 must be attached to the body to be measured by gluing or another firm bond.
  • the arrangement of the measuring cartridge can be the same as that of the strain gauge, and several measuring cartridges can be used simultaneously in an arrangement symmetrical to the multi-line of the body to be measured. If several measuring cartridges are arranged, the size of the deformation can be measured with great accuracy in accordance with the differential measurement principle, since the frequency difference of the transducers arranged symmetrically opposite one another in comparison to the neutron line is identical with the magnitude of the accuracy with great accuracy / if the frequency of the unloaded transducers is the same same is /. Meos methods are already known for correct-sign frequency measurement, and each such knife can be connected to the oscillators of the transducers in question.
  • the measuring accuracy is so high that even a relative displacement of the order of 10 can be measured. This measurement accuracy enables z.
  • the design solution according to FIGS. 5 and 7 is not only suitable for measuring liquid levels, but also for any force or torque measurements.
  • the measurement possibilities are expanded in that the oscillation frequency of the string 1 also changes with its twist, and a twist meter can also be constructed according to the principles described above, e.g. B. when one end of the string is mounted about its axis.
  • a twist meter can also be constructed according to the principles described above, e.g. B. when one end of the string is mounted about its axis.
  • the thermally compensated embodiment of the transducer according to FIGS. 6 and 7, it is necessary that the upper end of the closure element 23 is rigidly attached to the end of the holder 22 and the string tensioning device 24 is connected to the inner end of the closure element 23.
  • the thermal compensation can be ensured by a suitable choice of the material of the closure element 23 and by the correct dimensioning of the distance between the two support points.
  • the solution according to the invention is suitable for carrying out not only static but also dynamic measurements, since the frequency of the vibrating string 1 immediately follows its displacement.
  • the frequency of the negative impedance converter 10 connected to the converter which functions as an oscillator, must be measured.
  • Numerous precise analog and digital solutions are already known for frequency measurements. From these solutions, it is advantageous to use a frequency meter, which works on the basis of the frequency number principle, since it delivers a DC signal proportional to the frequency to be measured. For frequency difference measurements, it is advantageous to use the
  • the output voltage of which reflects the frequency difference with the correct sign can be filtered out by a low-pass filter.
  • the measurement arrangement immediately delivers the quantity to be determined, the measurement range being able to be changed by changing the duration of the time segments and / or the partial ratio.

Abstract

A transducer for measuring stresses, elongations and forces, has a wire made of electrically conductive material which is secured under tension at two points electrically insulated from each other. The central region of the wire is arranged in a uniform magnetic field and the two points of attachment are connected electrically to a converter (10) with negative impedance which, together with the wire (1), is connected in an oscillating circuit. The frequency of vibration of the oscillator depends on the quantity to be measured, for example the stress.

Description

Sohwingsaitenwandler zur Messung mechanischer Versetzungen Sohwing string transducer for measuring mechanical dislocations
Die Erfindung ist ein Sohwingsaitenwandler zur Messung mechanischer Versetzungen, der eine an beiden Enden befestigte, mit einer gegebenen Kraft gespannte elektrisch leitende Saite enthält. Zur Messung mechanischer Versetzungen sind viele Lösungen bekannt. Eine umfassende Übersieht über solche Lösungen ist in Buch von H. F. Grave mit dem Titel "Elekt rische Messung von nicht elekt rischen Grossen" /Müszaki Könyvkiadό, Budapest, 1968/ gegeben. In diesem Buch wird auf den Seiten 220-229 anhand der Abbildungen 224 und 225 eine Lösung zur Messung der Saitonauddehnung erläutert. Bei dieser Lösung wurden beide Enden einer Stahlsaite in einem Metallblock befestigt, und der mittlere Bereich der Saite steht mit einem Elektromagneten /Eisenkernspule/ in magnetischer Kopplung. Die Sefestigungsvorrichtung des einen Endes der Mess-saite folgt der.zu messenden Versetzung, so dass die Spannung der Saite von der zu messenden Versetzung abhängt.The invention is a Sohwing string transducer for measuring mechanical displacements, which contains an electrically conductive string attached to both ends and tensioned with a given force. Many solutions are known for measuring mechanical dislocations. A comprehensive overview of such solutions is given in HF Grave's book entitled "Electrical Measurement of Non-Electrical Values" / Müszaki Könyvkiadό, Budapest, 1968 /. On pages 220-229 of this book, a solution for measuring the elongation of the strings is explained on the basis of Figures 224 and 225. In this solution, both ends of a steel string were fixed in a metal block, and the middle area of the string is with an electromagnet / iron core coil / in magnetic coupling. The fastening device of one end of the measuring string follows the displacement to be measured, so that the tension of the string depends on the displacement to be measured.
Zur Messung wurde auch eine andere Saite ähnlicher Form als Referenz verwandt, deren Ende mit einer bekannten und einer variablen Kraft belastet werden kann. Vor Beginn der Messung wird die gleiche Resonanzfrequenz von Hess- und Referenzsaite auf die Weise eingestellt, dass abwechselnd ein Oszillator an die eine und die andere Saite angeschlossen und am Oszillographen die Lossajous-Kurve beobachtet wird. Im Verlaufe der Messung verändert sich die Resonanzfrequenz der Mess-saite durch die Versetzung, wobei die belastende Kraft der Referenzsaite in solchem Masse verändert wird, dass wieder Frequenzgleichheit besteht. Die Änderung der Spannkraft der Referenzsaite ist proportional mit der zu messenden Versetzung. Wie aus dem vorher Beschriebenen festgestellt werden kann, ist diese Messung umständlich und für dynamische Untersuchungen nicht geeignet. Grundsätzliche Schwierigkeit bedeutet der Umstand, dass die zwei Enden der Schwingsaite durch die Befestigungsvorrichtung miteinander in elektrischer Verbindung stehen, so dass sich im Magnetfeld mit der Saite eine Kurzschluss-schleife ergibt, wodurch die Schwingungen der Saite gedämpft bzw. deren Gütefaktor verschlechtert werden.Another string of similar shape was used for the measurement as a reference, the end of which can be loaded with a known and a variable force. Before starting the measurement, the same resonance frequency of the hess and reference strings is set in such a way that an oscillator is alternately connected to one and the other string and the Lossajous curve is observed on the oscillograph. In the course of the measurement, the resonance frequency of the measuring string changes due to the offset, whereby the stressing force of the reference string is changed to such an extent that the frequency is again the same. The change in tension of the reference string is proportional to the displacement to be measured. As can be determined from what has been described above, this measurement is cumbersome and not suitable for dynamic investigations. Fundamental difficulty means that the two ends of the vibrating string are electrically connected to one another by the fastening device, so that a short-circuit loop results in the magnetic field with the string, which dampens the vibrations of the string or deteriorates its quality factor.
Ein anderes grundsätzliches Problem ergibt sich daraus, dass die Saite aus magnetisierbarem Material gefertigt werden muss, damit der Elektromagnet deren Versetzung erfassen kann. Die Saite spielt bei der Gchwingungserzeugung eine passive Rolle.Another fundamental problem arises from the fact that the string has to be made of magnetizable material so that the electromagnet can detect its displacement. The string plays a passive role in the generation of vibrations.
Die Aufgabe der Erfindung ist die Vervollkommnung de r seit lanren bekannten, aber wegen ihrer Umstände und erwähnten Nachteile für eine ausgedehnte Anwendung als ungeeignet erwiesenen Methode und die Schaffung eines solchen Schwingsaitenwandlers, dessen Anwendung auch für einfache und dynamische Messungen geeignet ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es nicht notwendig ist, die gespannte Saite mit einen Elektromagneten zu induzieren, sondern dass sie - in einem homogenen Magnetfeld angebracht - auch selber einen elektrischen Schwingkreis darstellt, der beim Ersatz von Verlusten an der Resonanzfrequenz der Saite Schwingungen verursacht. Wenn die zwei Enden der Saite elektrisch voneinander getrennt werden, stellen die beiden Enden die zwei Endpunkte des Schwingkreises dar, und die vorherige stö rende Wirkung de r Kurzschlussschleife kommt nicht mehr zur Geltung. Das Material der Saite des auf diese weise erstellten Schwing kreises muss nicht magnetisierbar sein, und zur Absicherung des grösseren Gütefaktors kann saitenweise Wolfram- und Molibdendraht verwandt werden. Zum Ersatz der Verluste kann ein Konverter mit negativem Widerstand verwendet werden, der zusammen mit der Schleife in Oszillatorschaltung vorhanden ist. Die Frequenz des Oszillators misst ein frequenzmessender Stromkreis, der unmittelbar nach der zu messenden Versetzung oder nach einer sonstigen nicht elektrischen Grosse entsprechend geeicht ist.The object of the invention is the perfection of r known since a long time, but because of its circumstances and mentioned Disadvantages for an extensive application as a method proven unsuitable and the creation of such a vibrating string transducer, the application of which is also suitable for simple and dynamic measurements. The invention is based on the knowledge that it is not necessary to induce the tensioned string with an electromagnet, but that it - when placed in a homogeneous magnetic field - also represents an electrical resonant circuit which vibrates when replacing losses at the resonance frequency of the string caused. If the two ends of the string are electrically separated from each other, the two ends are the two end points of the resonant circuit, and the previous disturbing effect of the short-circuit loop no longer comes into play. The material of the string of the oscillating circuit created in this way does not have to be magnetizable, and tungsten and Molibden wire can be used in strings to secure the larger quality factor. To replace the losses, a negative resistance converter can be used, which is present together with the loop in an oscillator circuit. The frequency of the oscillator is measured by a frequency-measuring circuit, which is calibrated immediately after the displacement to be measured or after another non-electrical quantity.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsgestalt des erfindungsgemässen Schwingsaitenwandlers ist die Saite in einem Rohr aus nicht magnetischem Material untergebracht, an dessen einem Ende sich eine vom Rohr isolierte Saitenspannvorrichtung befindet, am anderen Ende ist die Saite jedoch fest oder mit einer längs- bzw. gewindemässigen Versetzung zulassenden Verbindung am Rohr befestigt. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit ist es zweckmässig, wenn sowohl das Material des Beiestigungselementes der Spannvorrichtung /das vorteilhafterweise als Halte oder Verschlusselement ausgebildet werden kann/ für die Saite als auch dessen Länge derart gewählt werden, dass die lineare thermische Ausdehnung der Saite kompensiert wird. Die Anwendung wird dadurch erleichtert, wenn der Wandler ein Rohr mit Cuerprofil aufweist, das an die zu messende Oberflache geklebt werden kann. Für die Erfüllung von mehreren Messaufgaben ist de r Konstruktionsaufbau vorteilhaft, bei dem das aussere Halteelement mit einem Befestigungsflansch versehen ist, der an der bezüglich der isolierten Spannvorrichtung gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, und an dem im Vergleich zu der dem Halteelement gegenüberliegenden Seite des Flansches über ein Lager ein Spannarm angeordnet ist, der starr mit der Saite verbunden ist und an einem Ende des Spannarmes ein Spannelement angeschlossen ist. Besonders zur Messung des Flüssigkeitsniveaus ist es vorteilhaft, wenn an der Seite des Spannarmes, die gegenüber der Saite liegt, ein Gewicht angeschlossen ist und eine lineare Charakteristik erreicht werden kann, wenn das Gewicht in der verlängerten Linie der Saite am Spannarm aufgehängt ist und eine Rotationsparaboloidform aufweist. Die Anwendung des erfindungsgemassen Wandlers mit Schwingsaite ist wirklich einfach, und er verfügt über eine derart grosse Genauigkeit, dass auch relative Versetzungen in der Grössenordnung von 10-7 gemessen werden können, und durch dessen Konstruktionsoufbau ist der Wandler zur Durchführung sowohl von statischen als auch dynamischen Messungen geeignet. Im Weiteren wird der erfindungsgemässe Schwingsaitenwandler anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung ausführlich erläutert. In der Zeichnung ist inIn an advantageous embodiment of the vibrating string transducer according to the invention, the string is accommodated in a tube made of non-magnetic material, at one end of which there is a string tensioning device which is insulated from the tube, but at the other end the string is fixed or with a connection which permits longitudinal or threaded displacement attached to the pipe. To increase the measuring accuracy, it is expedient if both the material of the fastening element of the tensioning device / which can advantageously be designed as a holding or closing element / for the string and its length are selected such that the linear thermal expansion of the string is compensated for. The application is made easier if the transducer has a tube with a Cuer profile that can be glued to the surface to be measured. For the fulfillment of several measurement tasks, the construction is advantageous in which the outer holding element is provided with a fastening flange which is arranged on the side opposite the insulated clamping device and on the side of the flange which is opposite the holding element Bearing a tension arm is arranged, which is rigidly connected to the string and a tension element is connected to one end of the tension arm. Especially for measuring the liquid level, it is advantageous if a weight is connected to the side of the tension arm, which is opposite the string, and a linear characteristic can be achieved if the weight in the extended line of the string is suspended on the tension arm and a paraboloid shape in rotation having. The application of the vibrating string transducer according to the invention is really simple, and it is so precise that relative displacements of the order of 10 -7 can be measured, and due to its construction, the transducer is capable of carrying out both static and dynamic Suitable measurements. Furthermore, the vibrating string transducer according to the invention is explained in detail on the basis of exemplary embodiments and the drawing. In the drawing is in
Abb. 1 die grundsätzliche Anordnungsskizze des erfindungsgemässen Schwingsaitenwandlers,1 shows the basic arrangement sketch of the vibrating string transducer according to the invention,
Abb. 2 die Blockskizze des Stromkreises, der im erfindungsgemassen Schwingsaitenwandler enthalten ist,Fig. 2 shows the block diagram of the circuit contained in the vibrating string transducer according to the invention,
Abb. 3 die Vorderansicht der ersten Ausführungsgestalt des erfindungsgemassen Schwingsaitenwandlers, Abb. 4 die Seitenansicht des in der Abb. 3 skizzierten Wandlers in querschnittlichsr Darstellung,3 shows the front view of the first embodiment of the vibrating string transducer according to the invention, FIG. 4 shows the side view of the transducer sketched in FIG. 3 in a cross-sectional representation,
Abb. 5 der uerschnitt entlang der Linie V-V. der Abb. 3,Fig. 5 the cross-section along the line V-V. Fig. 3,
Abb. 6 der Querschnitt einer weiteren Ausführungsgestalt des erfindungsgemassen Schwingsaitenwandlers und Abb. 7 der Querschnitt entlang der Linie VI-VI der Abb. 5 ersichtlich.Fig. 6 shows the cross section of a further embodiment of the vibrating string transducer according to the invention and Fig. 7 shows the cross section along the line VI-VI of Fig. 5.
In der Abb. 1 wurde die grundsätzliche Anordnungsskizze des erfindungsgemassen Schwingsaitenwandlers veranschaulicht.Fig. 1 illustrates the basic arrangement sketch of the vibrating string transducer according to the invention.
Die Mitte der an beiden Enden verspannten Saite 1 befindet sich in einem homogenen magnetischen Feld, das durch einen Dauermagneten 2 hervorgerufen wird. Die Saite 1 wird an beiden Enden derart starr befestigt, dass auf sie eine Spannkraft einstellbarer Grosse wirkt. Die beiden Befestigungspunkte sind elektrisch voneinander isoliert, an die sich elektrische Leitungen anschliessen, deren Enden als Klemmen 3 des Wandlers betrachtet werden können. In der Abb. 1 wurde das vereinfachte Ersatzschaltbild de s andlers and dessen Kennzeichnung aufgeführt. Die Saite 1 besteht zweckmassigerweise aus einem nicht magnetisierbaren Material hoher Festigkeit, vorteilhaft z. D. aus olframdraht mit einem Durchmesser von o,1 mm, Aus dem ist ersichtlich, dass die Schwingsaite einem mit einem Mderstand belasteten Sohwingkreis in Paral¬lelschaItung ontsprieht. Fig. 2 stellt das Blockschaltbild einer Anordnung zum Abfühlen der Signale des Wandlers nach Fig. 1 dar. In der Skizze a ist der Wandler 4 über einen Transformator 5 für Impedanzanpassung an einen Konverter mit negativer Impedanz angeschlossen, der aus einem Operationsverstärker 5, Rückkopplungswiderständen 7 und 8 und aus einem Element mit nichtlinearer Kennlinie, z. B. Glühlampe 9, gebildet wird. Wie bekannt, funktionieren die mit nichtlinearen Elementen versehenen Konverter negativer Impedanz als Oszillatoren, wenn sie an einem gedämpften Schwingkreis angeschlossen sind, falls die Grosse des negativen Widerstandes zur Kompensation der Verluste des Schwingkreises imstande ist, Fig. 2 b zeigt den Konverter negativen Widerstandes 10 in einem mit dem Wandler 4 verbundenen Zustand. Diese Anordnung erzeugt an ihrem Ausgang sinusförmige Signale konstanter Amplitude, wobei die Schwingfrequenz durch die Gleichung:The middle of the string 1 tensioned at both ends is in a homogeneous magnetic field which is caused by a permanent magnet 2. The string 1 is rigidly attached to both ends in such a way that a tensioning force of adjustable size acts on it. The two fastening points are electrically insulated from one another, to which electrical lines are connected, the ends of which can be regarded as terminals 3 of the converter. Fig. 1 shows the simplified equivalent circuit diagram of the dealer and its identification. The string 1 suitably consists of a non-magnetizable material of high strength, advantageously z. D. made of tungsten wire with a diameter of 0.1 mm, from which it can be seen that the vibrating string sprays in parallel on a Sohwing circuit loaded with a resistance. FIG. 2 shows the block diagram of an arrangement for sensing the signals of the converter according to FIG. 1. In sketch a, converter 4 is connected via a transformer 5 for impedance matching to a converter with negative impedance, which consists of an operational amplifier 5, feedback resistors 7 and 8 and from an element with a non-linear characteristic, e.g. B. incandescent lamp 9 is formed. As is known, the negative impedance converters provided with non-linear elements function as oscillators if they are connected to a damped resonant circuit, if the size of the negative resistance is able to compensate for the losses of the resonant circuit, FIG. 2 b shows the negative resistor converter 10 in a state connected to the converter 4. This arrangement produces sinusoidal signals of constant amplitude at its output, the oscillation frequency being given by the equation:
Figure imgf000008_0003
bestimmt wird. In der Gleichung 1 ist l die Länge der Saite 1, ε ist die relative Ausdehnung der Saite 1, E ist das Elastizitätsmodul des Saitenmatsrials und ist ein
Figure imgf000008_0001
Materialkoeffizient.
Figure imgf000008_0003
is determined. In equation 1, l is the length of the string 1, ε is the relative extension of the string 1, E is the elastic modulus of the string material and is a
Figure imgf000008_0001
Material coefficient.
Die relative Ausdehnung wird durch die auf die Saite 1 wirkende Kraft F verursacht, wodurch zwischen der auf der Saite wirkenden Kraft F und der Schwingfrequenz f die Gleichung: besteht.
Figure imgf000008_0002
The relative expansion is caused by the force F acting on the string 1, whereby the equation: exists between the force F acting on the string and the oscillation frequency f.
Figure imgf000008_0002
Ferner wird auf die Fig. 3-5 Bezug genommen, worin eine vorteilhafte Ausführungsform des Wandlers 4 dargestellt ist. Oer Wandler 4 wurde in einem Aluminiunrohr rechteckigen Querschnittes verwirklicht, dessen Ende durch einen an das Innere des Rohres 11 angepassten Metallverschluss verschlossen ist, an dem das unters Ende der Saite starr befestigt ist. An dem anderen Ende des Rohres 11 ist ein Kunststoffhalter 13 angeschlossen, der das Rohr 11 dicht verschliesst und dessen inerer Aufbau auf der Zeichnung gut dargestellt ist. Der Halter 13 besteht aus zwei Teilen, die eine innere Bohrung aufweisen, und in der Bohrung wird eine Gewindespindel 14 geführt und durch eine Mutter 15 befestigt. Die Spindel 14 und die Mutter 15 dient nicht nur zum Zusammenhalten der beiden Hälften des Halters 13, sondern gleichzeitig zum Überführen der Saite 1. In dem Inneren des Halters 13 wird für die Saite 1 ein Nut IS und ein den Nut überbrückenden Zapfen 17 zum Führen der Saite angeordnet /Fig. 4/. Das andere Ende der Saite 1 kann auf der Spindel 14 befestigt, oder zwischen den Hälften des Halters herausgeführt werden.3-5, which shows an advantageous embodiment of the converter 4. The transducer 4 was realized in an aluminum tube of rectangular cross section, the end of which is closed by a metal closure which is adapted to the interior of the tube 11 and on which the lower end of the string is rigid is attached. At the other end of the tube 11, a plastic holder 13 is connected, which tightly closes the tube 11 and whose internal structure is well shown in the drawing. The holder 13 consists of two parts which have an inner bore, and a threaded spindle 14 is guided in the bore and fastened by a nut 15. The spindle 14 and the nut 15 serve not only to hold the two halves of the holder 13 together, but at the same time to transfer the string 1. In the interior of the holder 13, a groove IS and a pin 17 bridging the groove are used to guide the string 1 the string arranged / Fig. 4 /. The other end of the string 1 can be attached to the spindle 14, or can be led out between the halves of the holder.
Bei der Ausführungsform, worin die Saite zur Spindel 14 befestigt wird, wird der elektrische Anschluss vom Rohr 11 und der Spindel 14 gebildet. Im Inneren des Rohres 11 ist etwa im Mittelbereich ein magnetischer Pol 18 angeordnet, der auf Ouerschnittdarstellung von Fig. 5 ersichtlich ist, und der Pol 18 besteht aus einem Polkörpe.r 19 von magnetisierbarem Material sowie aus zwei festen Magneten 20,21, zwischen denen ein Luftspalt mit geeigneter Sreite für die Saite 1 ausgebildet ist. Das magnetische Feld und der Luftspalt sind homogen, und die Richtung des Feldes ist quer zur Saite 1.In the embodiment in which the string is attached to the spindle 14, the electrical connection is formed by the tube 11 and the spindle 14. In the interior of the tube 11, a magnetic pole 18 is arranged approximately in the central region, which can be seen in the cross-sectional view of FIG. 5, and the pole 18 consists of a pole body 19 of magnetizable material and of two fixed magnets 20, 21, between which an air gap with a suitable width for the string 1 is formed. The magnetic field and the air gap are homogeneous, and the direction of the field is transverse to string 1.
Unter geeigneter Auswahl der Materialien hat der Wandler 4 nach Fig. 3-5 einen thermokompensierten Aufbau, dessen Bedingung ist, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Rohras 11 denselben der Saite 1 überschreitet, ferner dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kunststoffhalters 13 wesentlich grössor als derselbe des Materials des Rohres 11 wird. Da der Halter 13 durch Kleben oder eine andere unlösbare Sindung am Ende des Rohres 11 fest verbunden ist, vermindert die Wärmeausdehnung im Abschnitt zwischen dem Ende des Rohres 11 und dem das obere Ende der Saite 1 abstützenden Zapfens 14 die Spannkraft der Saite 1. Bei geeigneter Auswahl de r Abmessungen können derartige Sedingungen geschaffen werden, wobei die auf die Saite 1 wirkende und durch die Spindel 14 einstellbare Spannkraft von der Temperatur unabhängig unverändert bleibt. Bezugnehmend auf die Figuren 6 und 7 wird eine andere Ausführungsform des Wandlers 4 dargestellt. Dieser Wandler verfügt über einen ousseren Schalter 12 aus einem Rohr rundförmigen Querschnittes, dessen oberes Ende mit einem Kunststoffverschlusselement 23 verschlossen ist und in der Mitte des Verschlusselementss eine Saitenspannvorrichtung mit Gewindespindel 24 angeordnet ist. Die Vorrichtung dient für die Befestigung des oberen Endes der Saite und für deren elektrischen Anschluss. Im Inneren des äusseren Halters 22 ist etwa in mittlerer Höhe ein magnetischer Pol 25 ausgebildet, der - wie auf Fig. 7 dargestellt ist - aus einem Polkörper 26, zwei festen Magneten 27,28 sowie einem diese Elemente abstützenden Kunststoffeinsatz 29 besteht. Die3-5, the transducer 4 according to FIGS. 3-5 has a thermo-compensated structure, the condition of which is that the coefficient of thermal expansion of tube 11 exceeds that of string 1, and that the coefficient of thermal expansion of plastic holder 13 is substantially greater than that of the material of the tube 11 will. Since the holder 13 is firmly connected to the end of the tube 11 by gluing or another non-releasable bond, the thermal expansion in the section between the end of the tube 11 and the pin 14 supporting the upper end of the string 1 reduces the tension of the string 1. With a suitable selection of the dimensions, such sedations can be created, the acting on the string 1 and by the Spindle 14 adjustable clamping force remains unchanged regardless of the temperature. Another embodiment of the converter 4 is shown with reference to FIGS. 6 and 7. This transducer has an outer switch 12 made of a tube of round cross section, the upper end of which is closed with a plastic closure element 23 and a string tensioning device with a threaded spindle 24 is arranged in the middle of the closure element. The device is used for fastening the upper end of the string and for its electrical connection. In the interior of the outer holder 22, a magnetic pole 25 is formed approximately at a medium height, which - as shown in FIG. 7 - consists of a pole body 26, two fixed magnets 27, 28 and a plastic insert 29 supporting these elements. The
Saite 1 wird in der Mitte in einem zwischen den festen Magneten 27,28 gebildeten Luftspalt herausgeführt. Am unteren Ende des äusseren Rohres 22 ist ein derartiger Flansch 30 ausgebildet, der die dichte Anordnung des Wandle rs 4 in einer kreisförmigen Öffnung ermöglicht. Unter demString 1 is brought out in the middle in an air gap formed between the fixed magnets 27, 28. At the lower end of the outer tube 22, such a flange 30 is formed, which enables the tight arrangement of the Wandle rs 4 in a circular opening. Under the
Flansch 30 ist ein Spannarm 32 angeordnet, der durch Lager 31 festgehalten ist. Die Saite ist derart durch den Spannarm 32 herausgeführt, dass sie damit auch starr verbunden ist. An der Seite des Flansches 30, die gegenüber dem Lager 31 liegt, ist ein als Schraube herausgebildetes Spannelsment 33 ange ordnet, dessen unteres Ende den Spannarm 32 drückt. Das Spannelement 33 ermöglicht die Einstellung der Grundvorspannung der Saite.Flange 30 is a clamping arm 32 which is held by bearings 31. The string is led out through the tension arm 32 in such a way that it is also rigidly connected to it. On the side of the flange 30, which lies opposite the bearing 31, a clamping element 33 formed as a screw is attached arranges, whose lower end presses the tension arm 32. The tensioning element 33 enables the basic pretensioning of the string to be set.
Der hier dargestellte Wandler 4 kann in erster Linie zum Messen von Flüssigkeitniveaus angewendet werden. Die den äusseren Halter 23 festhaltende Konstruktionseinheit ist im allgemeinen aus einem Flüssigkeitsbehälter gebildet, worin sich das Flüssigkeitsniveau ändern kann. Auf dem Abschnitt der Saite 1, der unter den Spannarm 32 liegt, ist ein Gewicht 34 aufgehängt. Es ist zweckmässig, wenn dasThe transducer 4 shown here can be used primarily for measuring liquid levels. The structural unit holding the outer holder 23 is generally formed from a liquid container, in which the liquid level can change. A weight 34 is suspended on the section of the string 1 which lies under the tension arm 32. It is useful if that
Gewicht 34 eine Rotationsparaboloidform aufweist, weil diese Ausbildung - wie später erläutert wird - ermöglicht, dass die Ausgangsfrequenz des Wandlers 4 mit dem Flüssigkeitsniveau linear geändert wird. Das obere Ende des Wandlers 4 nach Fig. 6 und 7 sowie desselben nach Fig. 3-5 ist hermetisch /dicht/ geschlossen ausgebildet, und die Magnetpole 18 und 25 sind durch Silikon gummi gedämpft im Inneren des Rohres angeordnet, wodurch die eventuellen mechanischen Schwingungen des Rohres keinen nachweisbaren Effekt auf die Saite 1 ausüben können.Weight 34 has a rotational paraboloid shape, because this configuration - as will be explained later - enables the output frequency of the transducer 4 to be changed linearly with the liquid level. The upper end of the transducer 4 according to FIGS. 6 and 7 and the same according to FIGS. 3-5 is hermetic / sealed / closed, and the magnetic poles 18 and 25 are arranged in the interior of the tube, damped by silicone rubber, which causes the possible mechanical vibrations of the tube have no detectable effect on string 1.
Zum Veranschaulichen einer bevorzugten Abmessung sei erwähnt, dass das Länge-Durchmesser-Verhältnis der Saite 1 zweckmässigerweise zwischen 500 und 1500 liegt, was bei dem Aasführungsbeispiel nach Fig. 6-7 eine Lange von 110 mm und' einen Durchmesser von 0,1 mm bedeutet. Der messbare Kraftbereich liegt zwischen 0,5 N und 100 N, wobei die Frequenz zwischen 350 Hz und 3-4 kHz liegt. Die Lange des magnetischen Feldes kann etwa 10-20 % de r Saitenlänge betragen. Die Funktion des erfindungsgemassen Wandlers 4 wird anhand von einigen Anwendungsmöglichkeiten erläutert. Der, Wandler 4 nach Fig. 3-5 kann als ein Messpatron ausgebildet werden und ist zum Messen von verschiedenen Deformationen, d. h. Ausknickungen, Durchbiegungen, Versetzungen sowie zu Gewichtsmessungen geeignet. Die Anwendung in Form von einem Messpatron bedeutet, dass das Rohr 11 des vollkommen geschlossenen Wandlers 4 durch Kleben oder eine andere feste Bindung auf dem zu messenden Körper befestigt werden muss. Die Anordnung des Messpatrons kann wie dieselbe des Dehnungsmess-streifens erfolgen, und in einer auf die Meutrallinie des zu messenden Körpers symetrischen Anordnung können auch mehrere Messpatrone gleichzeitig angewendet werden. Bei der Anordnung von mehreren Messpatronen kann die Grosse der Deformation entsprechend dem Differenzialmessprinzip mit sehr grosser Genauigkeit gemessen werden, da der Frequenzunterschied der im Vergleich zu der Meutrallinie symaetrisch gegenüberliegend angeordneten Wandler mit grosser Genauigkeit mit der Deformationsgrösss identisch ist /falls die Frequenz der unbelasteten Wandler die gleiche ist/. Zur vorzeichenrichtigen Frequenzmessung sind schon Meosmethoden bekannt, und jeder derartige Messer kann an den Oszillatoren der betreffenden Wandler angeschlossen werden.To illustrate a preferred dimension, it should be mentioned that the length-diameter ratio of the string 1 is expediently between 500 and 1500, which means a length of 110 mm and a diameter of 0.1 mm in the embodiment of the carrion according to FIGS. 6-7 . The measurable force range is between 0.5 N and 100 N, with the frequency between 350 Hz and 3-4 kHz. The length of the magnetic field can be about 10-20% of the string length. The function of the converter 4 according to the invention is explained on the basis of some possible applications. The converter 4 according to FIGS. 3-5 can be designed as a measuring cartridge and is suitable for measuring various deformations, ie buckling, deflections, dislocations and for weight measurements. The application in the form of a measuring cartridge means that the tube 11 of the completely closed transducer 4 must be attached to the body to be measured by gluing or another firm bond. The arrangement of the measuring cartridge can be the same as that of the strain gauge, and several measuring cartridges can be used simultaneously in an arrangement symmetrical to the multi-line of the body to be measured. If several measuring cartridges are arranged, the size of the deformation can be measured with great accuracy in accordance with the differential measurement principle, since the frequency difference of the transducers arranged symmetrically opposite one another in comparison to the neutron line is identical with the magnitude of the accuracy with great accuracy / if the frequency of the unloaded transducers is the same same is /. Meos methods are already known for correct-sign frequency measurement, and each such knife can be connected to the oscillators of the transducers in question.
Die Messgenauigkeit Ist so hoch, dass selbst eine relative Versetzung in der Grössenordnung von 10 gemessen werden kann. Diese Messgenauigkeit ermöglicht z. B. das Messen des Lastengewichtes von Kraftfahrzeugen unter Verwendung von auf dem Fahrgestell angeordneten Wandlern. Die Deformation des Fahrgestelles ist nämlich von dem Lastengewicht abhängig. Dei de r Anordnung nach Fig. 6 und 7 wirkt auf dem Gewicht 34 eine Antriebskraft, die zu de r Höhe des Flüssigkeits niveaus proportional ist. Von der Grosse der Auftriebskraft abhängig ändert sich die auf die Saite 1 wirkende Spannkraft. In Betracht der Tatsache, dass sich die Frequenz mit der Quadratwurzel der Spannkraft ändert, ferner dass sich die im Behälter befindliche Flüssigkeit linear mit dem Flüssigkeitsniveau ändert, kann eingesehen werden, dass die Abhängigkeit zwischen dem Flüssigkeitsniveau /der Flüssigkeitsmenge/ und der Frequenz linear wird, falls sich die auf das Gewicht 34 wirkende Auftriebskraft quadratisch mit dem Flüssigkeitsniveau ändert, d. h. das Gewicht 34 eine Rotationsparaboloidform aufweist.The measuring accuracy is so high that even a relative displacement of the order of 10 can be measured. This measurement accuracy enables z. B. measuring the load weight of motor vehicles using transducers arranged on the chassis. The deformation of the chassis depends on the weight of the load. The arrangement according to FIGS. 6 and 7 acts on the weight 34 as a driving force leading to the height of the liquid levels is proportional. Depending on the magnitude of the buoyancy, the tension force acting on string 1 changes. In view of the fact that the frequency changes with the square root of the tensioning force, furthermore that the liquid in the container changes linearly with the liquid level, it can be seen that the dependency between the liquid level / the liquid quantity / and the frequency becomes linear, if the buoyancy force acting on the weight 34 changes quadratically with the liquid level, ie the weight 34 has a paraboloid shape in rotation.
Die Konstruktionslösung nach Fig. 5 und 7 ist nicht nur zum Messen von Flüss-igkeitsniveaus, sondern auch zu beliebigen Kraft- oder Drehmomentmessungen geeignet. Die Messmöglichkeiten sind dadurch erweitert, dass sich die Schwingfrequenz der Saite 1 auch mit deren Verdrehung ändert, und nach dem oben geschilderten Prinzipien kann auch ein Verdrehungsmesser konstruiert werden, z. B. wenn ein Ende der Saite um deren Achse gelagert befestigt wird. Zu der thermisch kompensierten Ausführung des Wandlers nach 6 und 7 ist erforderlich, dass das obere Ende des Verschlusselementes 23 starr auf dem Ende des Halters 22 befestigt und die Saitenspannvorrichtung 24 an das innere Ende des Verschlusselementes 23 angeschlossen werden. Die Thermokompensation kann durch die geeignete Wahl des Materials des Verschlusselementes 23 und durch die richtige Bemessung der Entfernung zwischen den beiden Abstützpunkten gesichert werden.The design solution according to FIGS. 5 and 7 is not only suitable for measuring liquid levels, but also for any force or torque measurements. The measurement possibilities are expanded in that the oscillation frequency of the string 1 also changes with its twist, and a twist meter can also be constructed according to the principles described above, e.g. B. when one end of the string is mounted about its axis. For the thermally compensated embodiment of the transducer according to FIGS. 6 and 7, it is necessary that the upper end of the closure element 23 is rigidly attached to the end of the holder 22 and the string tensioning device 24 is connected to the inner end of the closure element 23. The thermal compensation can be ensured by a suitable choice of the material of the closure element 23 and by the correct dimensioning of the distance between the two support points.
Die erfindungsgemässe Lösung ist zur Durchführung nicht nur statischer, sondern auch dynamischer Messungen geeignet, da die Frequenz de r schwingenden Saite 1 deren Versetzung sofort folgt. Bei der Durchführung der erfindungsgemassen Messungen muss die Frequenz des an den Wandler angeschlossenen Konverters negativer Impedanz 10, der als Oszillator funktioniert, gemessen werden. Für Frequenzmessungen sind schon zahlreiche genaue analoge und digitale Lösungen bekannt. Aus diesen Lösungen ist die Verwendung eines Frequenzmessers vorteilhaft, de r auf Grund des Frequenzzahlprinzipes funktioniert, da dieser ein mit de r zu messenden Frequenz proportionales Gleichsoannunrssignal liefert. Bei Frscuenzunterschiedsmessungen ist es vorteilhaft, dieThe solution according to the invention is suitable for carrying out not only static but also dynamic measurements, since the frequency of the vibrating string 1 immediately follows its displacement. When carrying out the measurements according to the invention, the frequency of the negative impedance converter 10 connected to the converter, which functions as an oscillator, must be measured. Numerous precise analog and digital solutions are already known for frequency measurements. From these solutions, it is advantageous to use a frequency meter, which works on the basis of the frequency number principle, since it delivers a DC signal proportional to the frequency to be measured. For frequency difference measurements, it is advantageous to use the
Signals de r jeweiligen Oszillatoren an einem Multlplikationsdetsktor anzuschliessen, dessen Ausgangsspannung vorzeichenrichtig den Frequenzuntarschied wiedergibt. Die unerwünschten Hochfrequenzkomponenten können durch einen Tiefpassfilter ausgefiltert werden.To connect the signals of the respective oscillators to a multiplication detector, the output voltage of which reflects the frequency difference with the correct sign. The unwanted high-frequency components can be filtered out by a low-pass filter.
Die modernsten und genausten Messungen können unter Verwendung der Lösungen der Digitalmesstechnik erreicht werden. Bei einer derartigen Lösung werden in vorbestimmten Probeentnahmezeitabschnitten vorgegebene Gatter geöffnet, und es wird gezählt, wieviel Perioden des Gszillatorsignales /oder dessen bestimmter Anteil/ während der üffnungsperlode des Gotters erfolgt. Der auf diese Weise erhaltene numerische Wert kann als Adresse eines nur lesbaren Speichers angewendet werden, und es ist zweckmässig, wenn in den jeweiligen Speicheradressen die entsprechenden Frequsnzwerte oder die zu messenden Grössen gespeichert sind.The most modern and accurate measurements can be achieved using the solutions of digital measurement technology. With such a solution, predetermined gates are opened in predetermined sampling times and the number of periods of the oscillator signal / or its specific portion / is counted during the opening period of the god. The numerical value obtained in this way can be used as the address of a read-only memory, and it is expedient if the corresponding frequency values or the quantities to be measured are stored in the respective memory addresses.
Bei derartigen Msssungen liefert die Messanordnung unmittelba r die zu bestimmende Grösss, wobei der Messbereich durch die Änderung dor Dauer der Zeitabschnitte und/oder des Teilunasverhbltnisses geändert werden kann. In the case of such measurements, the measurement arrangement immediately delivers the quantity to be determined, the measurement range being able to be changed by changing the duration of the time segments and / or the partial ratio.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Wandler mum Messen von mechanischen Versetzungen, der eine Saite aus elektrisch leitendem Material enthält, die en beiden Enden befestigt und mit einer vorbsstimmton Kraft gespannt ist, dadurch g e k e n n z e i c h ne t , dass der beiden Enden der1. Transducer mum measuring mechanical dislocations, which contains a string of electrically conductive material, which is attached to both ends and tensioned with a pretesting tone force, by means of the fact that the two ends of the
Seite /1/ an voneinender elektrisch isolierten Stellen vorgenommen wird und entlang einer Strecke dar Saite /1/ - zweekmässigerwoise im mittleren Bereich - ein magnetischer Pol /18, 25/ angeordnet ist, der ein homogenes magnetisches Feld erzeugt, und die erwähnten voneinander isolierten Befsstigungsstellen als elektrischs Anschlüsse /3/ an einem Konvertor /10/ negativer Impedanz elektrisch angeschlossen sind, der mit der Saite an einer Cszillatorschaltung angeschlossen und an den Oszillator ein Frequenzmesser anschliessbar ist.Side / 1 / at one of the electrically insulated points and along a stretch of the string / 1 / - secondly somewhere in the middle - a magnetic pole / 18, 25 / is arranged, which generates a homogeneous magnetic field, and the mentioned mutually insulated fixing points are electrically connected as electrical connections / 3 / to a converter / 10 / negative impedance, which is connected with the string to an oscillator circuit and a frequency meter can be connected to the oscillator.
2. Der Wandler nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Saite /1/ aus einem nicht magnetisiorbaren Material hergestellt ist.2. The transducer according to claim 1, characterized in that the string / 1 / is made of a non-magnetizable material.
3. Der Wandler nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Saite /1/ in einem Rohr /11,22/ aus nichtmagnatischem Material angeordnet ist, an einem Ende des Rohres sich eine vom Rohr elektrisch isolierte Saitenspannvorrichtung befindet und die Saite /1/ starr oder über eine deren Versetzung oder Verdrehung ermöglichende Verbindung an dem anderen Röhrende angeschlossen ist.3. The transducer according to claim 2, characterized in that the string / 1 / is arranged in a tube / 11,22 / made of non-magnetic material, at one end of the tube there is a string tensioning device which is electrically insulated from the tube and the string / 1 / rigid or connected to the other end of the tube via a connection which enables their displacement or rotation.
4. Der Wandler nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Material der Saitenspannvorrichtung aus Kunststoff angefertigt ist und doren Länge und Material derart gowählt sind, dass sie zum Kompensieren der line-ren thermischen Langenänderungen der Saite /1/ geeignet ist 4. The transducer according to claim 3, characterized in that the material of the string tensioning device is made of plastic and the length and material are selected such that it is suitable for compensating the linear thermal length changes of the string / 1 /
5. Der Wandler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e n n z e i e h n e t , dass das Rohr /11/ einen rechteckigen Suerschnitt aufweist und durch Kleben an die zu messende Oberfläche befestigbar ist.5. The transducer according to claim 3 or 4, characterized in that the tube / 11 / has a rectangular cross-section and can be attached to the surface to be measured by gluing.
6. Der Wandler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Rohr als ein äusserer Halter /22/ ausgebildet ist, der an dem der Saitenspannvorrichtung /24/ gegenüberliegenden Ende mit einem Befestigungsflsnsch /30/ versehen und an der dem Halter /22/ gegenüberliegenden Flanschssite über die Zwischenschaltung eines Lagers /31/ sin Spannarm /32/ angebracht, der Spannarm /32/ starr mit der Saite /1/ verbunden und an dessen einem Ende ein Spannelement /33/ angeschlossen ist.6. The transducer according to claim 3 or 4, characterized in that the tube is designed as an outer holder / 22 /, which is provided on the end opposite the string tensioning device / 24 / with a fastening flange / 30 / and on which the holder / 22 / opposite flange site via the interposition of a bearing / 31 / sin tension arm / 32 / attached, the tension arm / 32 / rigidly connected to the string / 1 / and at one end a tension element / 33 / is connected.
7. Der Wandler nach Anspruch G, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass an der der Saite /1/ gegenüberliegenden Seite des. Spannarmes /32/ ein Gewicht /34/ angeschlossen ist,7. The transducer according to claim G, characterized in that a tensioning arm / 32 / a weight / 34 / is connected to the side of the tension arm / 32 / opposite the string / 1,
8. Der Wandler nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Gewicht /34/ in der Verlangerungslinie der Saite /1/ auf dem Spannarm /32/ aufgehängt ist und eine Rotationsparaboloidform aufweist. 8. The transducer according to claim 7, characterized in that the weight / 34 / is suspended in the extension line of the string / 1 / on the tension arm / 32 / and has a paraboloidal shape.
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