CH367337A - Messgerät zur Messung mechanischer Grössen - Google Patents

Messgerät zur Messung mechanischer Grössen

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CH367337A
CH367337A CH6087258A CH6087258A CH367337A CH 367337 A CH367337 A CH 367337A CH 6087258 A CH6087258 A CH 6087258A CH 6087258 A CH6087258 A CH 6087258A CH 367337 A CH367337 A CH 367337A
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CH
Switzerland
Prior art keywords
amplifier
measuring
bridge
switch
battery
Prior art date
Application number
CH6087258A
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English (en)
Inventor
Straub Hermann
Beig Willi
Original Assignee
Huggenberger Arnold Ulrich Dr
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Application filed by Huggenberger Arnold Ulrich Dr filed Critical Huggenberger Arnold Ulrich Dr
Publication of CH367337A publication Critical patent/CH367337A/de

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring 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
    • G01L1/22Measuring 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
    • G01L1/225Measuring circuits therefor

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description


  



  Messgerät zur Messung mechanischer Grössen
Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur Messung mechanischer Grössen, insbesondere Kräften, Dehnungen, Spannungen und Bewegungen nach dem Trä  gerfrequenzverfahren.   



   Als Verstärker für derartige Messgeräte wurden bisher Röhrenverstärker verwendet, welche wegen der   Netzabhängigkeit    ihrer Stromversorgung und ihrer Erschütterungsempfindlichkeit sowie durch grosse Abmessungen und Ausgangsleistungen insbesondere fur Messungen im Kraftfahrzeug und Flugzeug   ungeeig-    net sind.



   Beim Messgerät nach dem Patentanspruch des Hauptpatentes werden   Wechselstromverstärker    mit Miniaturverstärkerelementen verwendet, deren   nutz-    bare maximale Ausgangsleistung kleiner oder gleich 200   Milliwatt    ist.



   Das Gerät nach der Erfindung bildet eine Weiterentwicklung und Verbesserung des Gerätes nach dem Patentanspruch des Hauptpatentes. Erfindungsgemäss ist bei einem solchen Messgerät mit einer Eingangsbrücke zur Modulation der Trägerwelle und mit als elektromechanische Wandler brauchbaren   Widerstän-    den oder Spulen als Brückenzweige ein   Motorgene-    rator zur Erzeugung der Trägerfrequenz und ein mit dem Verstärker zusammenschaltbares Prüfgerät zum Prüfen des Verstärkers und der Stromversorgung vorhanden.



   Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung beispielsweise er  läutert.   



   Es zeigt :
Fig.   1    ein Schaltschema des Verstärkers mit Anschlussstecker für ein Prüfgerät,
Fig. 2 das Schaltschema eines Zusatzgerätes zum Messen mit induktiven Gebern,
Fig. 3 das Schaltschema einer Ausgangsbrücke als weiteres Zusatzgerät für das Messen mit induktiven Gebern,
Fig. 4 ein Widerstandselement zum Abgleich der   Eingangsbrücke    ;
Fig. 4a zeigt ein Schaltbrett für die elektrischen Anschlüsse der Streifen 1 und 2 in Fig. 4,
Fig. 5 eine Batterie mit federndem Kontaktbügel,
Fig. 6 eine schematische Aussenansicht von Verstärker und Prüfgerät mit Anschluss des   Matorgene-    rators,
Fig. 7 das Schaltschema eines   Prüfgerätes    ;

  
Fig. 8 zeigt einen mit einem Batterieschalter kom  binierten Empfindlichkeitsregler,   
Fig. 9 eine Messnabe als Einbauspiel mit Widerstandsgebern,
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Messgerätes für eine   Drehmomentmessung    ;
Fig.   10a    stellt schematisch ein   Milliamperemeter    110 d'ar, welches statt des Oszillographen 109 verwendet werden kann.



   Fig. 10b stellt schematisch das Prüfgerät der Fig. 7 dar, welches in Ermangelung eines   Milliamperemeters    beim Nullabgleich der Eingangsbrücke verwendet werden kann.



   Fig. 11 zeigt schematisch einen Prüfkörper zur Messung von Biegebeanspruchungen.



   Fig.   1    zeigt das Schaltschema eines Verstärkergerätes mit Transistoren. Die strichpunktierten Umrandungen kennzeichnen Baugruppen, die in einem gemeinsamen Chassis leicht auswechselbar untergebracht sind. Die Baugruppe I enthält einen Zweig der Eingangsbrücke mit zwei Abgleichwiderständen (Dehnungsmessstreifen) 1 und 2, die getrennt von den Messwiderständen 3 und 4 im Verstärkergehäuse un  tergebracht    sind und zusammen mit den Widerstän den 3 und 4 eine vollständige Brücke bilden. Beim Prüfen des Verstärkers und Eichen der Tastwerte werden die Messwiderstände 3 und 4 durch   Prüf-    widerstände 3'und 4'ersetzt, die im Prüfgerät liegen.



   Die Baugruppe II umfasst den Messbereichsschalter 5, 5a mit den   Eichwiderständen    6 und den Vorschaltwiderständen 7 für die Eingangsbrücke   I.    Die   Eichwiderstände    6 können wahlweise mittels des am Verstärkerchassis gelagerten   Messbereichsschalters 5,    5a und der Taste 9 zu dem Dehnungsmessstreifen 1 parallel geschaltet werden, und bilden eine Verstimmung der Brücke, die einem bestimmten   Dehnungs-    wert entspricht. Der Ausschlag am Oszillographen, den dieser Eichwiderstand hervorruft, ergibt einen Eichmassstab für eine mechanische Grösse.



   Die Baugruppe III umfasst den dreistufigen, linear arbeitenden   Transistoren-Messverstärker    mit dem Eingangstransformator 10, den   Transistoren 11', 11",    11"', dem Ausgangstransformator 14 und mit den eingebauten Batteriekontakten 44, 45 (Fig. 5), Emp  findlichkeitsregler    12,   Basiswiderständen    80 und 81, Arbeitswiderstand   86,    Spannungsteiler 87, 88, Kopplungskondensatoren 82, 85 und Erdungskondensato  ren    83 und 84.



   Baugruppe IV enthält die   Ausgangsbrücke    mit demRingmodulator 15, bestehend aus   vierGermanium-    dioden 15', 15", 15"', 15""und den Widerständen 16 und 16'zum   Symmetrieren    der   Ausgangsbrücke.    Baugruppe V besteht aus dem Filter mit der Drosselspule 17 und Kondensatoren 89 und 90. An den Klemmen 17/1 und 17/2 ist der nicht dargestellte   Schwingungsschreiber    109 (Fig. 10) angeschlossen.



  Die Stromversorgung erfolgt durch eine Trockenbatterie 19, welche in einer getrennten Baugruppe VI liegt. Die Batterie 19 hat eine Spannung von 3 Volt und liefert einen maximale Strom von 15 Milliampere, so   dal3    die Leistungsaufnahme des   Verstär-    kers maximal 45 Milliwatt beträgt. Der   Batteriekreis    wird durch einen Schalter 18 geschlossen, der mit dem als Empfindlichkeitsregler wirkenden Potentiometer 12 vereinigt sein kann.



   Fig. 2 zeigt ein Zusatzgerät zum Messen mit induktiven Gebern, welches mit drei   Steckkontakten    (21, 22, 23) statt der   Widerstandsgeber    3 und 4 (Fig. 1) bei 64', 65', 66'an das Verstärkergerät angeschlossen wird.



   Durch symmetrisch angeordnete Wicklungen 10a, 10b und 14a, 14b des Eingangs-und des Ausgangstransformators wird ein kapazitiver   Vorabgleich    der Eingangs-und der   Ausgangsbrücke    erzielt, d.   h.    es soll das kapazitive Gleichgewicht der Brücken durch zusätzliche Kapazitäten der Transformatoren nicht gestört werden. Das Potentiometer 12 dient als Emp  findlichkoitsregler für    den Verstärker ; es kann mit dem   Batterieschalter    18 zu einem Gerät   12'    (Fig. 8) vereinigt sein.



   Es sind 24 und 25 zwei induktive Geber mit durch   Luftspaltänderung    oder Kernverschiebung   veränder-    licher Induktivität, welche an den zu messenden Bauteilen befestigt werden. Die Brücke wird kapazitiv abgeglichen mit dem Kondensator 13 und dem Potentiometer 26.



   Fig. 3 zeigt eine   Ausgangsbrücke    als weiteres Zu  satzgerät für    das Messen mit induktiven Gebern. Ein Umschalter 27 dient zum Schalten des Ringdemodulators in den beiden Stellungen     Abgleichenp    (links) oder   Messen   (rechts). Letztere ist in Fig. 3 dargestellt. In der linken Stellung des Umschalters bilden die vier Sperrzellen eine   Grätz-Schaltung,    wodurch der Phasenabgleich der Brücke getrennt vom Ohmschen Abgleich sichtbar gemacht werden kann.



   Beim Messvorgang (Schalter 27 in der in Fig. 3 gezeichneten Stellung) wird über den geschlossenen Kontakt 27"'eine Hilfsspannung vom Generator 8 (Fig.   1)    an die   Ausgangsbrücke    IV gelegt, wodurch eine phasenabhängige Gleichrichtung erfolgt. Beim Vorgang des Phasenabgleichs (Schalter 27 nach links verschoben) ist die Hilfsspannung über Kontakt   27"'    (gestrichelt gezeichnet) abgeschaltet.



   Fig. 4 zeigt ein Widerstandselement zum Abgleich der   Eingangsbrücke      1,    2, 3, 4 in Fig. 1. Die Wider  standsstreifen 1    und 2 sind auf der Ober-und Unterseite einer Stahlfeder 28 befestigt. Diese ist an ihren Enden mit einer weiteren Stahlfeder 29 verbunden.



  In einer am Chassis 32 des Gerätes mittels Schrauben 95 befestigten Mutter 30 ist eine Einstellschraube 31 eingeschraubt, welche mit einer Kugel   31'an    der Stahlfeder 28 zur Anlage gebracht werden kann. Die Stahlfeder 29 ist an der Mutter   30    befestigt.



   Beim Drehen der Schrauben 31 werden die beiden Federn 28 und 29 stärker auf Biegung belastet oder entlastet, je nach der Drehrichtung der Schraube.



  In beiden Fällen werden die Widerstandswerte der Messstreifen in entgegengesetztem Sinne verändert.



  Dies ergibt in der   Brückenhälfte      1,    2 eine   Verände-    rung jedes Brückenelementes um den gleichen, aber entgegengesetzten Betrag.



   Auf der Feder 28 kann ein weiteres Streifenpaar la, 2a befestigt sein mit von   1,    2 verschiedenem Widerstandswert. Die Widerstände la, 2a können statt   1,    2 für einen zweiten Messbereich benutzt werden.



   Fig. 4a zeigt ein Schaltbrett 92, welches mittels einer Schraube 94 an dem Steg 93 befestigt ist. Das Schaltbrett besitzt Ausgangskontakte (Lötstellen)   1',      0,    2', die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Es sind 1 und 2 die schematisch dargestellten Widerstandsgeber, die auf beiden Seiten der Blattfeder 28 aufgeklebt und in der dargestellten Weise an die Klemmen 1', 0, 2'angeschlossen sind.



   In einer besonderen Ausführungsform werden die Federn mit verschiedener Stärke ausgeführt, insbesondere Feder 29 schwächer als Feder 28. Dadurch ist es möglich, die Feder 28 bei gleichem Drehweg der Schraube 31 schwächer zu verformen, was einer Ver  feinerung des Brückenabgleiches    entspricht. Die Konstruktion wird dadurch weitgehend unabhängig von der Feinheit der Gewindesteigung der Schraube 31.



  Die beschriebenen Widerstandselemente ermöglichen daher einen kontakt-und stufenlosen   Feinabgleich    der   Eingangsbrücke.   



   Fig.   5    stellt die Unterbringung der Batterie 19 (Fig. 1) in einem   Kunststoffglasgehäuse    33 dar. Die beiden Trockenzellen 34 und 35 sind in umgekehrter Lage in die beiden Kammern 33'und 33"eingesetzt und durch einen federnden Kontaktbügel 36 leitend miteinander verbunden. Der Bügel 36 ist mit einem weiteren Bügel 37 verbunden, der in einer Tasche 38 des Deckels 39 eingesteckt ist. Der Deckel 39 kann durch einen Stift 40 im Gehäuse 33 befestigt werden.



  Die Zellen 34 und 35 liegen an Kontaktplatten 41 an, welche mit je einem Stift 42 verbunden ist. Die Stifte treten durch Bohrungen des Gehäuses 33 hindurch nach aussen. Das Gehäuse 33 mit Zellen 34, 35 kann nun federnd zwischen der Wand 43 des Verstärkergehäuses und den zwei Kontaktplatten 44 und 45 der Baugruppe III eingesetzt werden.



   Die Spannung der Batterie kann durch Auswechseln der Zellen im Gehäuse 33 verändert werden. Dadurch ist es möglich, in einfacher Weise die Aussteue  rung des Transistorenverstärkers    und damit die Emp  findlichkeit    des gesamten Gerätes zu verändern.



   Fig. 6 ist eine schematische Aussenansicht des Verstärkers mit dem Prüfgerät. Das   Motorgenerator-    Aggregat 8 zur Erzeugung der   Trägerfrequenzspan-    nung wird über eine zweipolige Steckdose 50 am Ge  häuse    51 in den Stromlauf des   Prüfgerätes    geschaltet.



  Ein Schalter   52    dient zur Funktionsprüfung des Verstärkers. Der Schalter besitzt die Stellungen     Null  -             (Motorgenerator)        plus      und     minus > ) und    ist an das   Milliamperemeter    53 angeschlossen. Die einzelnen Kontaktpunkte des Schalters 52 sind mit Ausgangsbuchsen der Steckdose 54 verbunden. Zur Prüfung der   Linearität    des Verstärkers dient der Stufenschalter 59. Es   ist 58 eine    Belastungsplatte, welche auf einer im Prüfgerät eingespannten und mit Widerstandsstreifen versehenen Biegefeder befestigt und zur Aufnahme von kalibrierten Gewichtsstücken eingerichtet ist.



   Ein   Mehrfachsteckkontakt    54, 54'verbindet das Prüfgerät mit dem Verstärker. Am Verstärkergehäuse 63 ist der Einschalter mit   Empfindlichkeitsregler    12, 18 angebracht. Der Messbereichschalter Sa dient zum Parallelschalten von abgestuften Widerständen zu den Widerstandsstreifen der   Eingangsbrücke.    Gleichzeitig und selbsttätig mit dem Schalter 5a wird der Spannungsteiler 5 verstellt, welcher durch   Vorschalten    von Widerständen 7 die Trägerfrequenzspannung an den Klemmen 0, 66'in Abhängigkeit von dem eingeschalteten Widerstand 6 verändert. Der Parallelkreis 0, 9,   5a,    6, 1'kann durch Drücken der Taste 9 zum Zwecke der Aufzeichnung des Kräftemassstabes geschlossen werden.

   Durch Drehen der   Einstellscheibe    31 wird die   Eingangsbrücke    abgeglichen.



   Fig. 7 stellt ein Schaltschema des   Prüfgerätes    dar.



  Es ist 50 der   Eingangsstecker    für die   Trägerfrequenz-    spannung. Die Ziffer 51 bezeichnet das Gehäuse des   Prüfgerätes.    Es sind 52'und 52"die beiden Kontaktarme des Schalters für die Funktionsprüfung. Das Amperemeter ist mit 53 bezeichnet. Die einzelnen   Leitungsausgänge sind    zu den Steckbuchsen des Mehr  fachsteckers    54   gefuhrt.    Den mit     MG      bezeichneten Klemmen des Schalters 52 ist ein Gleichrichter 55 vorgeschaltet. Die Klemmen     Batterie      liegen über einen Vorwiderstand 56 an den Steckbuchsen 5 und 6 der Steckdose 54. Wenn der Vorwiderstand 56 z.

   B. einen Wert von 700 Ohm hat, fliesst durch das Milliamperemeter 53 bei voller Batteriespannung von 3 Volt ein Strom von 4, 3   Milliampere.   



   Eine Biegefeder 57 ist am Gehäuseboden eingespannt und trägt zwei Widerstandsstreifen   3'und 4',    deren Widerstandswerte durch Verbiegen der Feder 57 mittels auf einem Teller 58 aufgelegter Gewichte ver ändert werden können. Der gemeinsame Endpunkt der Streifen   3'und    4'liegt an der Ausgangssteckdose 54/9 ; die freien Enden sind mit den Steckbuchsen 54/1 und 54/2 verbunden.



   Zur Prüfung der Linearität der Verstärkung dient ein Stufenschalter 59. Er besteht aus einem Kontaktarm   59'mit    zwei   Kontaktsegmenten    60 und 61, den mit Vorwiderständen 62/1 bis 62/5 verbundenen Kontakten I'bis   V'und I"bis V"und    den beiden Nullkontakten. Das Segment 60 ist mit dem freien Ende des   Messstreifens 3',    das Segment 61 mit dem freien Ende des Messstreifens 4'verbunden. Die Vorwiderstände 62/1 bis 62/5 sind einerseits mit beiden Messstreifen 3'und 4'und anderseits mit den Schleifkontakten I bis V verbunden. Die Kontakte   I'bis V'    sind mit den entsprechenden Kontakten I"bis V" verbunden.



   Die Vorwiderstände sind so bemessen, dass sie eine Verstimmung der   Eingangsbrücke    des Verstärkers in gleichen Stufen hervorrufen. Die Kontaktgabe mit zwei getrennten Segmenten 60 und 61 ermöglicht die getrennte Prüfung beider Zweige der Eingangsbrücke auf Symmetrie.



   Zur Funktionsprüfung des Verstärkers werden Verstärker und Prüfgerät mittels der Steckkontakte 54, 54'verbunden und der   Anschlússstecker    des Mo  torgenerator-Aggregats    8 mit der Steckdose 50 verbunden. Die einzelnen Stecker 54'/1 bis 54'/10 sind für die Zwecke der Funktionsprüfung an die zu prüfenden Teile des Verstärkers angeschlossen, und zwar so, dass die   Pssfmessstreifen    3'und 4'mit den Abgleichmessstreifen   1    und 2 die   Eingangsbrücke    bilden und die bei der späteren Messung verwendeten   Mess-    streifen 3 und 4 (Fig.   1,    gestrichelt) ersetzen.

   Die Trägerfrequenzspannung wird bei 50 auf das   Prüf-    gerät (Fig. 6, 7) gegeben, über den Gleichrichter 55 einerseits den Klemmen   MG   des Schalters 52 und anderseits über die Steckverbindungen 54/7,   54'/7    und 54/8,   54'/8    und den Spannungsteiler 5 (Fig.   1)    den beiden Speisepunkten an der   Eingangsbrücke      1,    2 und an der Ausgangsbrücke 16 zugeführt.



   Die Klemmen der Batterie 19 liegen an Masse und an dem Stecker   54'/10.    Der noch freie Kontakt des Schalters 18 liegt an dem Stecker   541/5.    Die Steckdose 54 des   Prüfgerätes    bzw. der Steckeranschluss des in Fig. 10 dargestellten   Messkabels    108 enthält eine Leitung 63, welche beim Herstellen des Steckeranschlusses 54, 54'die Batterie 19 mit dem Schalter 18 verbindet. Durch Betätigen des gemeinsamen Schalters und Empfindlichkeitsreglers 12'wird die Batterie eingeschaltet. Beim Lösen des Steckeranschlusses wird die Batterie selbsttätig abgeschaltet.



   Die Ausgangsklemmen 17/1 und 17/2 des Ver  stärkers    liegen über die Steckkontakte 3 und 4 an den     Plusa-Klemmen    und vertauscht an den     minus-    Klemmen des Schalters 52', 52".



   Fig. 8 zeigt schematisch ein kombiniertes Gerät 12', bestehend aus einem   Batterieschalter    18 und dem Potentiometer 12. Der aus leitendem Werkstoff bestehende Kontaktarm 67 ist drehfest mit dem Kontaktarm 18 verbunden. Die beiden Arme 67 und 18 sind isoliert voneinander. Der Arm 67 schleift auf dem Potentiometerdraht 12", der Arm 18 auf dem   Kontaktsegment    68. In der ausgezogen gezeichneten Stellung der Arme 67 und 18 liegt der Transistor   11"    über Leitung 70, Arm 67, Draht 12", Leitung 69, Widerstand 69", Arm 18, Segment 68 an der Minus Klemme der Batterie. Damit ist der Verstärker unter Spannung. Zwischen den Transistoren   11'und    11" liegt der grösste Teil des Widerstandes 12" (Leitung 69', Widerstand 12", Arm 67, Leitung 70, Kondensator 82).

   Der Verstärker ist also auf niedrigste Empfindlichkeit eingestellt. Durch Drehen des Regelarmes 67, 18 im Uhrzeigersinn wird der Widerstand   12"    ausgeschaltet und damit der Verstärker auf grössere Empfindlichkeit gestellt.



   Durch Drehen des Regelarmes 67, 18 aus der ausgezogenen Stellung entgegen dem Uhrzeigersinn in die linke Endstellung wird die Minusleitung zum Transistor 11"unterbrochen, und der Verstärker ist von der Batterie abgeschaltet.



   Fig. 9 zeigt den Schnitt durch eine   Messnabe,    welche aus zwei Seiten 100, 101 und 102, 103 besteht, die teilweise ineinanderliegen und durch Keile 104 drehfest miteinander verbunden sind. Auf dem   Zylin-    der 101 sind die Messstreifen 3 und 4 (siehe auch Fig.   1)    in gekreuzter Anordnung aufgeklebt. Die Enden 3'und 4'sind durch einen Draht 66'miteinander verbunden. Ein weiterer Draht 66 ist an 66'angeschlossen, durchdringt den Zylinder 101 in einer Bohrung 117 und ist an den Schleifring 112 geführt.



  Die beiden anderen Enden 64'und 65'sind durch Drähte   64"und    65"mit den Schleifringen 113 und 114 verbunden. Die Drähte 64"und   65"durchdrin-    gen den Zylinder 101 in Bohrungen 115 und 116.



   Zur Messung wird die Messnabe mittels der Flanche   100    und 102 mit dem zu messenden Bauteil, z. B. der Kardanwelle eines Kraftfahrzeuges, verschraubt, so dass das durch die Kardanwelle zu   über-    tragende Drehmoment Md in der Messnabe eine Verdrehung des Zylinders 101 hervorruft, die durch die Streifen 3 und 4 gemessen wird. Durch die Verdrehung des Zylinders 101 im Sinne des Pfeiles werden die Drähte des Streifens 3 gelängt, die Drähte des Streifens 4 verkürzt. Der elektrische Widerstand im Streifen 3 wird also erhöht, der des Streifens 4 erniedrigt. Die entsprechenden   Strume    in den Streifen werden über die Schleifringe mit Stromabnehmer 112, 113, 114 (siehe Fig. 10) und das Kabel 107 zum Verstärker 43 geleitet.



   Fig. 11 zeigt eine weitere Anwendungsform von Messgebern 3"und   4",    welche in der in Fig.   1    dargestellten   Eingangsbrücke    den Messgebern 3 und 4 entsprechen. Es ist   120    ein bei 121 eingespannter und durch ein Moment   P-l auf Biegung beanspruch-    ter Prüfkörper. Auf seiner Zugseite ist ein Messgeber 3"und auf der Druckseite ein Messgeber 4"befestigt. Die Messgeber sind durch eine Leitung 123 untereinander und mit einer Lötstelle 66"'auf der Schaltplatte 122 verbunden.

   Die freien Enden der beiden   Mess-    geber sind mit Lötstellen   64"'und 65"'verbunden.    Die drei Lötstellen werden durch nicht gezeichnete Leitungen mit den Anschlusspunkten   1',      2'und    66' des Verstärkers 43 (Fig.   1)    verbunden.



   Funktionsweise der Schaltung
Die an den Klemmen 0 und 66 der Eingangsbrücke anliegende Generatorspannung Ug von 1500 Hz verursacht an den Klemmen 1'und   2'bei    abgeglichener Brücke keine Spannungsänderung.



   Bei Ohmschem Abgleich ist
R3 :   Ri      : R2,    entsprechend ist bei kapazitivem Abgleich Bei Verstimmung der Brücke in einer Richtung (z. B.



  Brückenwiderstand 3 wird kleiner, 4 grösser) tritt an den Klemmen   1'und    2'eine der Generatorspannung phasen-und   frequenzgleiche    Wechselspannung UA auf. Bei Verstimmung der Brücke in entgegengesetzter Richtung (Widerstand 4 wird kleiner, 3 wird grösser) tritt eine der Generatorspannung   frequenzgleiche    Wechselspannung auf, welche um 1800 phasenverschoben ist. Durch geeignetes Wickeln der Transformatoren 10 und 14 wird eine kapazitive Verstimmung der   Eingangs-und Ausgangsbrücke vermieden.    Die   Wechselspannung UBE    an der Eingangsbrücke wird im Verstärker III (Fig.   1)    auf   !    verstärkt.



   Bei veränderlicher Belastung des Prüfkörpers wird die Wechselspannung an der   Eingangsbrücke    im Takt der Belastungsänderung moduliert und im Demodulator IV (Fig.   1)    positiv und negativ gleichgerichtet. Dabei dient die an der symmetrischen Wicklung   14a/14b    und an den Widerständen 16/16'liegende Hilfsspannung   U,    als Bezugsfrequenz. Die bei   nega-    tiven   Belastungssignalen    um   180     phasenverschobene Brückenspannung   UBE    bewirkt die Umkehrung des pulsierenden Gleichstroms in den negativen Bereich.



  Dadurch werden entgegengesetzt gerichtete Belastungen des Prüfkörpers am Ausgang des Demodulators in einem Messgerät (Galvanometer oder Kathodenoszillograph) sichtbar, nachdem die Hilfsfrequenz im Filter V ausgesiebt worden ist.



   Die Flächen der   Spannung-Zeit-Kurve    der positiv und negativ gleichgerichteten Spannung sind propor tional zu den angezeigten Spitzenwerten. Bei einer Phasenverschiebung zwischen Eingangsspannung UBE und Hilfsspannung   UG    wird die Spitzenanzeige ebenfalls kleiner. Bei 90  Phasenverschiebung ist die Anzeige am Galvanometer 0. Eine so gegen die Generatorspannung phasenverschobene Messspannung kann also durch den Demodulator nicht sichtbar gemacht werden.



   Die Einrichtung nach Fig. 3 dient zur Sichtbarmachung einer kapazitiven Verstimmung der Ein  gangsbrücke,    nachdem eine eventuelle andere Verstimmung beseitigt ist. Die Hilfsspannung Ug ist in der gestrichelt gezeichneten Stellung des Schalters 27 abgeschaltet (Kontakt   27"'ist geöffnet).    Die infolge kapazitiver Verstimmung an der   Eingangsbrücke    (Klemmen   l'und 66Q auftretende    Wechselspannung wird verstärkt und durch die eine   Grätz-Schaltung    bildenden Dioden   15'. 15""in einen      Gleichstrom-    pegel umgewandelt, der im Galvanometer angezeigt wird. Hierauf wird die   Eingangsbrücke    abgeglichen, bis das Galvanometer keinen Strom mehr anzeigt.



  Die Messung kann beginnen, nachdem der Schalter 27 in die in Fig. 3 ausgezogen gezeichnete Stellung gebracht worden ist.



      Funktionspriifung und Eichung des Verstdrkers   
Die Funktionsprüfung des Verstärkers geht wie folgt vor sich : Prüfgerät und Verstärker werden zusammengesteckt und der Motorgenerator bei 50 (Fig. 6) angeschlossen. Dann wird der Verstärker am Schalter 12, 18 eingeschaltet. Am Schalter 52 werden auf den Stellungen     Batt.      und     MGo    die Batterie  spat, nung    und die Generatorspannung geprüft. Die   Anzei, gebereiche fiir    die zulässigen Werte sind auf der Skala des Gerätes 53 vermerkt. Dann wird auf die     Minus  -bzw.   Plusp-Stellung umgeschaltet.    Damit liegt das   Anzeigegerät    am   Verstärkerausgang.    Die     Minus  -bzw.

     Plus  -Stellung    wird gewählt je nach der Polung am   Verstärkerausgang.    Der   Messbereiche-    schalter 5, 5a wirkt folgendermassen : bei einem bestimmten Widerstand 6 wird die vorher auf Null abgeglichene Brücke   1,    2, 3', 4'verstimmt, d. h. es entsteht zwischen den Punkten 1'und 2'eine Potentialdifferenz, die um so grösser ist, je kleiner der Widerstand 6 ist. Die   Eingangsbrücke      1,    2, 3', 4'des Ver  stärkers    wird jetzt durch Drehen der Schraube 31 (Fig. 4) abgeglichen, bis das Amperemeter 53 null anzeigt. Nun wird der Schalter 5, 5a auf die Stellung   1    gebracht. Desgleichen wird der   Reglerarm    67 auf niedrigste Empfindlichkeit gestellt.

   Der Verstärker hat seine grösste Empfindlichkeit, wenn der   Regelarm    67 am Kollektor des   Eingangstransistors    liegt. Das ist der Fall, wenn der   Kontaktarm    67 seine horizontale Stellung (Fig. 8) einnimmt.



   Danach wird der Stufenschalter 59 auf Stufe III' oder IV'gestellt und nach Drücken der Taste 9 der Regelarm 67 so lange verstellt, bis das Amperemeter einen bestimmten Ausschlag zeigt, z. B. 10 mA. Dann müssen die Ausschläge in den übrigen Stellungen des Schalters 59 linear ansteigende Anzeigewerte ergeben. Damit ist eine geradlinige   Verstärkercharakteristik    gewährleistet.



   Der Stufenschalter schaltet in jeder Stufe einen bestimmten Widerstandswert parallel zu einem der Dehnungsmessstreifen 3'bzw.   4'.    Die Widerstände sind so bemessen, dass sie einem stetigen Belastungszuwachs (Dehnung in   PromiZen)    entsprechen, z. B. so, dass eine Stufe 0,   1  loo Dehnung    entspricht. Die Anzeigen des Gerätes in den fünf Stufen entsprechen dann den Werten : 0, 1-0, 2-0, 3-0, 4-0,   50/00.    Mit dieser Einstellung können nun die   Skalenwerte    in den übrigen Stufen des Spannungsteilers    5, 5a ermittelt    werden, welche entsprechende Vielfache des Wertes 0,   1  /oo    betragen.

   Durch den Stufenschalter 59 im Prüfgerät werden die Tastwerte der einzelnen Messbereichstufen des Verstärkers entsprechend den einzelnen Stellungen des Schalters 5, 52 ermittelt.



   So werden die Widerstände 6 in   0/00    Dehnung oder in kg, mkg usw. geeicht, so dass der   Dehnungs-    bzw. Kräftemassstab des Verstärkers mittels des Tastwertes in Millimeter   Oszillographenausschlag    bestimmt werden kann. Die Eichung des Tastwertes wird für verschiedene Empfindlichkeitswerte des Ver  stärkers    durchgeführt. Die Empfindlichkeit wird am Regler 12 eingestellt.



   Durch Auflegen von geeichten Gewichten auf den Teller 58 kann die Eichung in    /00    Dehnung auch durch mechanische Verstimmung der Eingangsbrücke infolge Belastung der Feder 57 durchgeführt werden.



  Hiermit ist eine Kontrolle der elektrischen   Vergleichs-    belastung durch die Vorwiderstände 62/1 bis   62/5    mit Hilfe der aufgelegten Gewichte möglich. Jedes Gewicht kann beispielsweise in 0, 05   0/00    Dehnung   geeicht    sein. Bei Auflegen von nacheinander   1    bis 5 Einzelgewichten muss das   Anzeigegerät    gleichmässig wachsende Ausschläge zeigen.



   Messung
Es wird nun angenommen, dass beispielsweise das Drehmoment an der Kardanwelle eines Kraftwagens gemessen werden soll. Hierzu dient eine Drehmomentenmessnabe der Art, wie in Fig. 9 dargestellt. Bei der Messung wird anstelle des   Prüfgerätes    die Messstelle, z. B. die Messnabe nach Fig. 9 angeschlossen. Hierzu werden zunächst die   Vielfach-Steckverbindung    54,   54'    und damit das Prüfgerät 51 vom Verstärker 43 getrennt (Fig. 6). Der   Steckkontakt    50 wird gelöst und das   Motorgenerator-Aggregat    8 mittels Kabel 108 und Steckdose an die Steckverbindung 54'angeschlossen (Fig. 10). Die   Messnabe    100, 101 wird mittels Kabel 107 und Steckkontakt an die Steckverbindung 54'angeschlossen.

   Der   Oszillograph    109 wird an den Punkten 17/1 und 17/2 (Fig.   1)    angeschlossen. Zur Bestimmung des   Dehnungs-oder    Kräftemessstabes wird am Schalter 5, 5a ein bestimmter Widerstand 6 gewählt. Während die Taste 9 heruntergedrückt ist, wird das Empfindlichkeits-Potentiometer 12'so verstellt, bis der Tastwert nach Möglichkeit die ganz zur Verfügung stehende Breite   b    in Millimetern eines Papierstreifens (auf den vom Oszillator geschrieben wird) einnimmt. Mit diesem so eingeregelten Tastwert wird der Kräftemassstab bestimmt (b mm entsprechen x mkg,   1    mm   entspricht b mkg,    wobei x der Eichwert des Widerstandes 6 ist).

   Der Verstärker ist jetzt auf den Messbereich x mkg eingestellt, d. h. es   kön-    nen Drehmomente am Messobjekt bis zur Höhe von x mkg und kleinere gemessen werden.



   Wird ein kleinerer Widerstand 6 zum Brückenzweig   1    parallel geschaltet, so ergibt sich ein grösserer   Oszillographenausschlag.    Das heisst, die Anzeige wird über die Papierbreite hinausgehen. Deshalb muss jetzt die Empfindlichkeit des Verstärkers mit dem Potentiometer 12'heruntergeregelt werden, bis der Oszillo  graphenausschlag    wieder innerhalb der Papierbreite erfolgt. Es ergibt sich der neue Kräftemassstab 1   mm = bl mkg.    Der neue Messbereich ist dann    Ci      xi    mkg.



   Gleichzeitig mit dem Widerstand 6 wird auch die Trägerfrequenzspannung mit dem Schalter 5 in dem Sinne geregelt, dass die Trägerfrequenzspannung (Einspeisung der Brücke an den Punkten 0 und 66') bei grossen Verstimmungen (verursacht durch grosse Widerstandsänderungen in den Messstreifen 3 und 4) gering ist, und bei kleinen Verstimmungen hoch ist.



   Die   Widerstandsanderungen    in den Streifen 3 und 4 sind ein Mass für die Torsionsspannungen des Zylinders 101 und Beanspruchung des zu messenden Bauteils. Die Widerstandsänderungen rufen eine Störung des Gleichgewichtes der elektrischen Brücke   1,    2, 3, 4 hervor, welche vor Beginn der Messung auf Null abgeglichen worden ist. Durch die beschriebenen Widerstandsänderungen fliessen Ströme in der Wicklung   10a,      10b,    welche im Verstärker 43 ver  stärkt    und im Oszillographen aufgezeichnet werden.



   Um den Oszillographen bei Inbetriebnahme der Messanlage nicht zu überlasten, kann der Null'abgleich (mittels Einstellschraube 31) mit einem Milliamperemeter 110 vorgenommen werden, welches anstelle des Oszillographen 109 bei 17 angeschlossen wird. Nach   vorgenommenem    Nullabgleich wird statt des Amperemeters der Oszillograph bei 17 angeschlossen.



   Steht kein Milliamperemeter zur Verfügung, so kann der Nullabgleich auch mit dem Milliamperemeter im Prüfgerät vorgenommen werden. Dazu dient ein zweiadriges Kabel 111   (Fig.      I Ob)    mit zwei Steckkontakten : Stecker und Steckdose an beiden Enden.



  Die beiden Stecker werd'en mit den Steckdosenan  schlüssen    54/3 und 54/4 des   Prüfgerätes    51 mit dem Stecker 17 verbunden.



   Nach Vornahme des   Nullabgleiches    wird statt des   Prüfgerätes    51   der Oszillograph    109 andasVerstärkergehäuse 43 angeschlossen. Damit kann der Tastwert in der vorstehend beschriebenen Weise durch Einstellen des   Messbereichschalters    5,   5a,    Drücken der Taste 9 und Regeln des Ausschlages am Empfindlichkeitsschalter 12'bestimmt werden. Aus dem Tastwert, welcher zuvor mittels des   Prüfgerätes    (Fig. 7) in   zoo      Dehnung geeicht    wurde, kann die Anzeige des Messstreifens auf dem Oszillogramm ausgewertet werden.



   Das beschriebene Gerät ist vorwiegend für Rei  henmessungen    in Fahrzeugen und Flugzeugen besonders geeignet und durch Handlichkeit, einfache Bedienung und Stromversorgung, grosse Verstärkung und leichte   Eichfähigkeit    besonders ausgezeichnet.



   Die Verwendung eines Verstärkers mit Miniatur Verstärkerelementen, insbesondere mit Transistoren ergibt ein Messgerät mit kleinsten Abmessungen und einfacher Stromversorgung durch eine Stabbatterie.



   Die niedrige Trägerfrequenz, beispielsweise 1500 Hz, ermöglicht es, statische oder dynamische Vorgänge in dem in Fahrzeugen vorkommenden Bereich bis 300 Hz amplituden-und phasengleich aufzunehmen. Als Messgeber werden   Dehnungsmessstrei-    fen oder induktive   Spulengeber    eingesetzt.



   Der Vorzug der niedtigen Trägerfrequenz zeigt sich besonders in der einfachen Art des Abgleichs der   Eingangsbrücke,    welcher an den im Verstärkergehäuse liegenden Brückenelementen vorgenommen werden kann. Kapazitive Einflüsse der Kabellänge zum Messgeber fallen nicht ins Gewicht.



   Der mit Transistoren arbeitende Verstärker hat einen geringen Eingangswiderstand und zeichnet sich daher durch gute Anpassung an die Messgeber und durch geeignete Auslegung der Ausgangsbrücke für die   Messschleifen    besonders aus. Durch Verändern der Batteriespannung kann die Aussteuerung des Verstärkers verändert werden. Dies ist bei Röhrenverstärkern nicht möglich.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Messgerät zur Messung mechanischer Grössen, insbesondere Kräften, Dehnungen, Spannungen und Bewegungen, nach dem Trägerfrequenzverfahren, gemäss dem Patentanspruch des Hauptpatentes, mit einer Eingangsbrücke zur Modulation der Trägerwelle und mit als elektromechanische Wandler brauchbaren Widerständen oder Spulen als Brückenzweige, gekennzeichnet durch einen Motorgenerator zum Erzeugen der Trägerfrequenz und durch ein mit dem Verstärker zusammenschaltbares Prüfgerät zum Prüfen des Verstärkers und der Stromversorgung.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärkerelemente Transistoren verwendet sind.
    2. Gerät nach Patentanspruch, mit zum Abgleich der Eingangsbrücke dienenden, auf Stahlfedern befestigten Widerstandsmessstreifen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei mit Widerstandsmessstreifen besetzte Stahlfedern (28 und 29) vorhanden sind, welche verschiedene Federkonstanten besitzen.
    3. Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Teile des Verstärkergerätes, wie Eingangsbrücke, Empfindlichkeitsschalter mit Eichwiderständen, Verstärker, Ausgangsbrücke, Filter, Stromquelle, Phasenabgleich, Ohmscher Ab gleich usw., als voneinander trennbare Baugruppen in einem gemeinsamen Chassis untergebracht sind.
    4. Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass durch symmetrisch angeordnete Wicklungen (10a, 10b und 14a, 14b) des Eingangs-und des Ausgangsstransformators ein kapazitiver Vorabgleich der Eingangs-und Ausgangsbrücke erzielbar ist.
    5. Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle für den Verstärker aus mehreren in einem Gehäuse (33) liegenden Trockenbatteriezellen (34, 35) besteht, welche durch einen sich an einem Gehäusedeckel (39) abstützenden Kon taktbügel (36, 37) leitend verbunden sind, und die mit ihren einen Polen durch den Kontaktbügel federnd gegen Verstärkerkontakte (44, 45) gedrückt werden, wobei das Batteriegehäuse sich am Gehäuse (43) des Verstärkergerätes abstützt.
    6. Gerät nach Patentanspruch und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse aus durchsichtigem Werkstoff, z. B. kunststoffglas, besteht.
    7. Gerät nach Patentanspruch und Unteranspriichen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbügel (37) auswechselbar am Gehäusedeckel (39) befestigt ist.
    8. Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfgerät zwei auf einer verformbaren Blattfeder (57) befestigte Streifengeber (3', 4') enthält, welche beim Prüfen mit den Streifengebem (1, 2) in der Eingangsbrücke eine volle Brücken- schaltung bilden.
    9. Gerät nach Patentanspruch und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (57) einen Teller (58) zum Auflegen von Gewichten zur Stufeneichung des Messgerätes aufweist.
    10. GerÏt, nach Patentanspruch und Unteransprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfgerät einen Schalter enthält, mit welchem geeichte Widerstände (62/1 bis 62/5) zu einem der Streifengeber (3'bzw. 4') parallel geschaltet werden kön- nen, wodurch eine Stufeneichung des Messgerätes durch elektrische Verstimmung der Eingangsbrücke (1, 2, 3', 4') möglich ist.
    11. GerÏt, nach Patentanspruch und Unteransprü- chen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Widerstände (62/1 bis 62/5) einerseits mit den einen Enden der beiden Widerstandsstreifen (3' und 4'), anderseits mit zwei Reihen von Kontakten (I bis V und I'bis V') verbunden sind, und dass die anderen Enden der Widerstandsstreifen (3'und 4') mit je einem Kontaktsegment (60 bzw. 61) verbunden sind, wobei jeder der Kontakte (I bis V bzw. I'bis V') wahlweise mit dem einen Segment (60) oder mit dem anderen Segment (61) verbunden werden kann.
    12. GerÏt, nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einem Milliamperemeter (53) verbundener Prüfschalter (52) vorhanden ist, durch welchen über die Stecker (50 ; 54, 54') wahlweise die Batterie (19), der Motorgenerator (8) und der Verstärkerausgang (17/1, 17/2) auf das Milliamperemeter (53) geschaltet werden können.
    13. GerÏt, nach Patentanspruch,, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker einen gemeinsam mit einem Schalter (18) betätigbaren Empfindlichkeitsregler (12) aufweist.
    14. GerÏt nach Patentanspruch und Unteran- spruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pol des Schalters (18) und ein Pol der Batterie (19) zu zwei getrennten Steckkontakten (5, 10) eines Mehrfachsteckers (54, 54') geführt sind und durch eine am Steckeranschluss (54) des Prüfgerätes bzw. des Messkabels vorhandene Leitungsbrücke (63) verbunden werden, derart, dass die Batterie (19) beim Herausziehen des Steckeranschlusses (54) bzw. des Messkabels abgeschaltet wird.
CH6087258A 1953-11-23 1958-06-21 Messgerät zur Messung mechanischer Grössen CH367337A (de)

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