DE1108950B

DE1108950B - Dehnungsmessbruecke mit nachgeschaltetem Gleichstromtranisistorverstaerker

Info

Publication number: DE1108950B
Application number: DEV11844A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Herbert Wutz
Original assignee: Continental Elektronidustrie AG
Current assignee: Continental Elektronidustrie AG
Priority date: 1957-01-30
Filing date: 1957-01-30
Publication date: 1961-06-15

Description

Dehnungsmeßbrücke mit nachgeschaltetem Gleichstromtransistorverstärker Wird ein Werkstoff einer mechanischen Spannung ausgesetzt, so tritt infolge seiner elastischen Eigenschaften eine Längenänderung in Richtung der ausgeübten Kraft auf. Diese Längenänderung bildet ein Maß der Kraft und kann mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen gemessen werden. Bekanntlich bestehen derartige Dehnungsmeßstreifen aus kleinen Papierstreifen mit darauf im Zickzack gewickeltem Widerstandsdraht. Diese werden auf das Prüfstück mit Hilfe eines besonderen Leims geklebt, und eine Längenänderung in Richtung der Längsachse des Streifens ergibt eine Längenänderung des Widerstandsdrahtes und demzufolge eine Änderung des elektrischen Widerstandes. Sind die elektrischen Eigenschaften eines Dehnungsmeßstreifens bekannt, dann kann die Längenänderung des Werkstoffes, worauf der Streifen geklebt ist, durch Messung der Änderung des elektrischen Widerstandes bestimmt werden. Sind darüber hinaus auch die elastischen Eigenschaften des Werkstoffes bekannt, dann kann diese Widerstandsänderung auch zur Bestimmung des im Werkstoff herrschenden Spannungszustandes dienen. Üblicherweise schaltet man zwei Dehnungsmeßstreifen und zwei Normalwiderstände zu einer Brückenschaltung zusammen. Der zweite Dehnungsmeßstreifen dient dabei zur Temperaturkompensation und ist in unmittelbarer Nähe des für die Messung bestimmten Dehnungsmeßstreifens angebracht.
Die mit dem Dehnungsmeßstreifen erzielten Strom-bzw. Spannungsänderungen sind aber nur verhältnismäßig klein (einige mV bzw. mA), so daß für die erforderliche Nachverstärkung hochempfindliche und daher teuere Verstärkeranordnungen benutzt werden müssen. Diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Dehnungsmeßbrücke mit nachgeschaltetem Gleichstrom-Transistor-Verstärker zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und derenHerstellungskosten bedeutend niedriger sind als die der bekannten Meßbrücken dieser Art.
Zur Lösung obiger Aufgabe wird erfindungsgemäß die erforderliche Vorspannung für den Verstärkereingang durch eine mittels der Brückenabgleichwiderstände vorgenommene Brückenverstimmung erzielt.
Den Eingang des Verstärkers bildet zweckmäßigerweise ein Transistor in Emitterschaltung. Der Verstärker kann zweistufig aufgebaut sein, wobei an seiner zweiten Stufe vorteilhaft ein Meßgerät in der bekannten Kompensationsschaltung angeschlossen wird, um den Ruhestrom des Verstärkers über das Meßinstrument zu unterdrücken. Der erfindungsgemäße Verstärker enthält im Gegensatz zu den bekannten Verstärkeranordnungen keinerlei elektrisch schwingungsfähige Gebilde (Kombinationen aus Induktivitäten, Kondensatoren und eventuell Widerstände), so daß er gegen von außen eindringende elektrische Störungen, ausgelöst z. B. durch elektrische Funken oder Lichtbögen, weitgehend unempfindlich ist. Der einfache Aufbau des Verstärkers mit kleinsten Bauteilen, die sich während des Betriebes kaum erwärmen, gestattet es, den Verstärker zusammen mit den Batterien in einen kleinen geschlossenen Metallkasten einzubauen und ihn dadurch gegen elektrische und magnetische Störfelder von vornherein weitgehend abzuschirmen.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel die Schaltskizze einer Dehnungsmeßbrücke gemäß der Erfindung dargestellt.
Die eigentliche Meßbrücke besteht aus den beiden Dehnungsmeßstreifen 1 und 2 und zwei Normalwiderständen3 und 4, von denen der Widerstand4 abgleichbar ist, um die Brücke zur Erzielung der richtigen Eingangsspannung für den nachgeschalteten Verstärker verstimmen zu können. Der Dehnungsmeßstreifen 2 dient zur Temperaturkompensation und wird in der Nähe des Streifens 1 angebracht. Wenn PNP-Transistoren verwendet werden, ist die Basisspannung der beiden Transistoren 5 und 8 negativ gegenüber dem Emitter zu wählen. Vor Beginn der Messung wird die Brücke durch Ändern des Widerstandes 4 so verstimmt, daß die erforderliche Spannung an der Basis des Eingangstransistors 5 liegt und der Transistor in seinem vorgeschriebenen Arbeitsbereich arbeiten kann. In den Kollektorkreisen der Transistoren 5 und 8 befinden sich Arbeitswiderstände 6 und 9. Die dargestellte Transistorschaltung arbeitet also als Widerstandsverstärker. In der Emitterzuleitung des Transistors 5 liegt ein Widerstand 7, der die Basis spannung des nachgeschalteten Transistors 8 einstellt und zugleich eine gewisse Temperaturstabilisierung des Transistors 5 bewirkt. Die vomTransistor 5 verstärkten Spannungen bzw. Ströme gelangen zur Basis des Transistors 8 und werden dort weiter verstärkt. Im Emitterkreis des Transistors 8 befindet sich ein Meß- oder AnzeigegerätlO (z. B.
Oszillographenschleife). Zur Speisung der Transistorein 5 und 8 ist eine Batteriel2a vorgesehen, während eine Batterie 12c zur Speisung der Meßbrücke 1, 2, 3, 4 dient. Der Ruhestrom des Transistors 8 wird mit Hilfe eines regelbaren Widerstandes 11 und einer entgegengesetzt geschalteten Batterie 12b zu Null kompensiert, so daß in der Ausgangsstellung der Dehnungsmeßstreifen kein Strom durch das Meßgerät 10 fließt. Ein Dreifachschalter 13 mit den Kontakten 13 a, 13 b und 13 c dient zur Ein- und Ausschaltung des Gerätes.
Durch entsprechende Bemessung der einzelnen Widerstände 6, 7, 9 und 11 ist es ohne weiteres möglich, die drei Batterien 12 a, 12 b, 12 c zu einer einzigen Batterie zusammenzufassen und die einzelnen Spannungen durch Anzapfung an den entsprechenden Punkten der Batterie zu gewinnen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Dehnungsmeßbrücke mit nachgeschaltetem Gleichstromtransistorverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Vorspannung für den Verstärkereingang durch eine mittels der Brückenabgleichwiderstände vorgenommene Brückenverstimmung erzielt wird.
2. Dehnungsmeßbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Verstärkers durch einen Transistor in Emitterschaltung gebildet ist.
3. Dehnungsmeßbrücke nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker zweistufig aufgebaut und an seiner zweiten Stufe ein Meßgerät in der bekannten Kompensationsschaltung angeschlossen ist, um den Ruhestrom des Verstärkers über das Meßinstrument zu unterdrücken.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1721320; Zeitschrift »Das Elektron in Wissenschaft und Technik«, August 1950, S. 294 und 295.