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.