DE1162601B - Magnetostrictive extensometer - Google Patents

Description

Magnetostriktiver Dehnungsmesser Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Dehnungsmesser, bei dem zur Umwandlung von Längenänderungen in elektrische Größen der sog.Magnetostrictive Extensometer The invention relates to a electrical extensometer, used to convert changes in length into electrical ones Sizes of the so-called

»umgekehrte Wiedemann-Effekt« ausgenutzt wird."Reverse Wiedemann effect" is exploited.

Dieser ist mit der Magnetostriktion wesensgleich und besagt, daß beim Strecken, Drücken oder Verdrehen eines längsmagnetisierten Stabes Änderungen der Magnetisierung auftreten. Die bekannten Vorrichtungen, bei welchen dieser Effekt zu Meßzwecken ausgenützt wird, bestehen aus einem ferromagnetischen Torsionsrohr, das zu seiner Längsmagnetisierung von einer toroidalen Erregerspule durchsetzt ist und eine Aufnahmespule trägt, in welcher durch die Anderung des Magnetismus beim Verdrehen des Rohres eine der Torsionskraft proportionale Spannung induziert wird.This is essentially the same as magnetostriction and says that with Stretching, pressing or twisting a longitudinally magnetized rod changes the Magnetization occur. The known devices in which this effect is used for measuring purposes, consist of a ferromagnetic torsion tube, which is penetrated by a toroidal excitation coil for its longitudinal magnetization and carries a take-up reel in which by the change in magnetism at By twisting the pipe, a voltage proportional to the torsional force is induced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dehnungsmesser dieser Art zu schaffen, der bei geringen Abmessungen sehr wirksam und durch äußere magnetische Felder kaum beeinflußbar ist, so daß mit ihm schon geringe Längs- oder Durchmesseränderungen festgestellt und zuverlässig gemessen werden können. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwei ferromagnetische Torsionsrohre mit je einem Bund in der Mitte in geringem Abstand parallel nebeneinander angeordnet sind, von denen jedes eine durch den Bund unterteilte Aufnahmespule trägt, die von einer gemeinsamen Erregungswicklung durchsetzt sind, und daß die beiden Torsionsrohre an beiden Enden durch je ein gemeinsames Verbindungsstück fest miteinander verbunden sind, während an dem Bund jedes Torsionsrohres an gleicher Stelle ein Fuß zum Aufsetzen bzw. Befestigen des Dehnungsmessers auf dem Prüfkörper vorgesehen ist. The invention is based on the object of a strain gauge of this Type of creation that is very effective with small dimensions and external magnetic Fields can hardly be influenced, so that with it even small changes in length or diameter can be determined and reliably measured. This task is performed according to the Invention achieved in that two ferromagnetic torsion tubes each with a collar are arranged parallel to each other in the middle at a small distance from each other, of which each carries a take-up spool divided by the collar, which is from a common Excitation winding are penetrated, and that the two torsion tubes at both ends are firmly connected to each other by a common connector, while on the collar of each torsion tube at the same place a foot for placing or fastening of the extensometer is provided on the test specimen.

Der Dehnungsdurchmesser ist auf einem Prüfkörper so zu befestigen bzw. aufzusetzen, daß die durch die beiden Füße des Messers bestimmte Linie in diejenige Richtung zu liegen kommt, in welcher Längenänderungen des Prüfkörpers gemessen werden sollen. Beim Auftreten von Längenänderungen werden die beiden Füße des Messers voneinander entfernt oder aufeinander zu bewegt, je nachdem, ob die Längenänderung in einer Dehnung oder in einer Schrumpfung besteht. Durch diese Relativbewegung der Füße zueinander werden die beiden Torsionsrohre in entgegengesetzter Richtung zueinander verdreht. Dabei findet aber nur eine Verwindung der Mitte jeden Rohres gegen dessen beiden Enden statt, weil die beiden Rohre ja an beiden Enden fest eingespannt sind, so daß sich an den Enden die gegenläufigen Verdrehungskräfte aufheben. Die gleichzeitige Anwendung von zwei Torsionsrohren hat eine größere Zahl von Vorteilen. Einmal wird die Ausgangsspannung für den Induktionsstrom verdoppelt und damit der Messer empfindlicher gemacht. Weiter wird dadurch, daß die Erregerwicklung zur einen Hälfte durch das eine Rohr und zur anderen Hälfte durch das zweite Rohr geführt wird, die Beeinflußbarkeit der Spulen durch außerhalb gelegene magnetische Felder sehr stark abgeschwächt. The expansion diameter is to be attached to a test specimen in this way or to put on that the line determined by the two feet of the knife into the one Direction comes to lie in which changes in length of the test body are measured should. When changes in length occur, the two feet of the knife move apart removed or moved towards each other, depending on whether the change in length is in a There is elongation or shrinkage. Through this relative movement of the feet the two torsion tubes are in opposite directions to each other twisted. But there is only one twisting of the middle of each pipe against it instead of both ends, because the two tubes are firmly clamped at both ends, so that the opposing torsional forces cancel each other out at the ends. the simultaneous Using two torsion tubes has a greater number of advantages. Once will the output voltage for the induction current is doubled, making the knife more sensitive made. Furthermore, the fact that one half of the field winding is through the one pipe and the other half through the second pipe, the influenceability of the coils is very much weakened by external magnetic fields.

Da der Dehnungsmesser lediglich mit den beiden Füßen auf dem Prüfkörper aufsitzt, und die beiden Torsionsrohre gegensätzlich verdreht werden, heben sich beide Drehmomente in bezug auf den Prüfkörper auf, so daß in dem Prüfkörper kein Reaktionsdrehmoment auftreten kann, durch welches das Meßergebnis beeinträchtigt werden könnte.Since the extensometer only has both feet on the test body sits up, and the two torsion tubes are twisted in opposite directions, lift each other both torques with respect to the test body, so that in the test body no Reaction torque can occur, which affects the measurement result could be.

Durch diese Vorteile wird eine sehr große Empfindlichkeit des Dehnungsmessers erzielt, die ihn befähigt, sehr kleine Längenänderungen festzustellen und zu messen.These advantages make the strain gauge very sensitive achieved, which enables him to determine and measure very small changes in length.

Der magnetostriktive Dehnungsmesser gemäß der Erfindung besitzt keine empfindlichen Teile. Er kann deshalb verhältnismäßig billig und sehr widerstandsfähig hergestellt werden. Er eignet sich damit für Messungen im Freien, z. B. an Bauwerken. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beziehen sich auf zweckmäßige Gestaltungen des Dehnungsmessers für die verschiedensten Zwecke. The magnetostrictive strain gauge according to the invention has none sensitive parts. It can therefore be relatively cheap and very resistant getting produced. It is therefore suitable for measurements outdoors, e.g. B. on buildings. Advantageous developments of the invention relate to expedient designs of the extensometer for a wide variety of purposes.

An Hand der Figuren ist der elektromagnetische Dehnungsmesser gemäß der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Aufriß, F i g. 2 einen Längsschnitt, F i g. 3 eine Seitenansicht einer Ausführung des Dehnungsmessers für allgemeinen Gebrauch, F i g. 4 und 5 veranschaulichen Altemativanordnungen des Überführungsteiles des Dehnungsmessers. With reference to the figures, the electromagnetic extensometer is shown in FIG the invention shown in one embodiment. It shows F i g. 1 one Elevation, Fig. 2 shows a longitudinal section, FIG. 3 is a side view of an embodiment of the general-use extensometer, FIG. 4 and 5 illustrate alternative arrangements the transfer part of the extensometer.

Der elektromagnetische Doppeldehnungsmesser besitzt zwei Torsionsrohre 1 auf welchen; je eine Aufnahmespule 3 befestigt ist. Durch das Innere der beiden Torsionsrohre 1 ist eine gemeinsame Erregungswicklung 5 gezogen. Die Enden der Aufnahmespulen 3 und die Enden der Erregungswicklung5 sind an eine Klemmenleiste 6 angeschlossen. The electromagnetic double extensometer has two torsion tubes 1 on which; a take-up reel 3 is attached. Through the inside of the two Torsion tubes 1 have a common excitation winding 5 drawn. The ends of the take-up spools 3 and the ends of the excitation winding 5 are connected to a terminal block 6.

Die Torsionsrohre 1 sind im Mittelteil mit Bundringen 2 versehen, mit denen sie je in eine Hülse 7 eingepreßt sind. An die Hülsen 7 ist je ein Steg 9 in Form einer dünnen Platte mit Fuß 10 derart aufgelötet oder angeschweißt, daß die beiden Stege, in gleicher Ebene liegend, von den beiden Hülsen aus in entgegengesetzter Richtung vorspringen. Beide Torsionsrohre 1 sind an beiden Enden durch aufgepreßte Verbindungsstücke 11 verbunden, die jeweils beide Torsionsrohre überfassen.The torsion tubes 1 are provided with collar rings 2 in the middle part, with which they are each pressed into a sleeve 7. There is a web on each of the sleeves 7 9 in the form of a thin plate with foot 10 soldered or welded in such a way that the two webs, lying in the same plane, from the two sleeves in opposite directions Jump Direction. Both torsion tubes 1 are pressed on at both ends Connecting pieces 11 connected, each of which encompasses both torsion tubes.

In der F i g. 4 ist eine andere Anordnung desselben Dehnungsmessers veranschaulicht. Anstatt der Stege 9 und Füße 10 sind hier unmittelbar an die Bundringe 2 der Torsionsrohre 1 Saphirspitzen oder andere Spitzen 13 angeschlossen, die an den Prüfkörper angelegt werden. Die Torsionsrohre 1 sind mit ihren Enden in den Stirnflächen 14 eingespannt. In FIG. 4 is another arrangement of the same strain gauge illustrated. Instead of the webs 9 and feet 10 are here directly on the collar rings 2 of the torsion tubes 1 sapphire tips or other tips 13 connected to applied to the test specimen. The torsion tubes 1 are with their ends in the End faces 14 clamped.

Bei der Ausbildung nach Fig. 5 wird der Prüfkörper in Form eines Rohres oder Stabes 17 mittels zweier Schrauben 16 zwischen Armen 15 eingeklemmt, die aus den Bundringen 2 der Torsionsrohre 1 herausragen. In the embodiment according to FIG. 5, the test body is in the form of a Pipe or rod 17 clamped between arms 15 by means of two screws 16, which protrude from the collar rings 2 of the torsion tubes 1.

Das Messen mit diesem elektromagnetischen Dehnungsmesser wird so durchgefiihrt, daß bei der Ausführung nach F i g. 1 bis 3 die Füße 10 auf den Prüfkörper aufgeklebt, aufgelötet oder aufgeschweißt werden. Bei der Ausführung nach Fig. 4 werden die Spitzen 13 des Dehnungsmessers gegen den Prüfkörper fest angedrückt und bei der Ausführung nach F i g. 5 wird der Prüfkörper mittels der Schrauben 16 so eingeklemmt, daß der Dehnungsmesser spielfrei und ohne toten Gang mit demselben fest verbunden wird. Der Prüfkörper überträgt bei seiner Verlängerung. Verkürzung oder Durchmesserveränderung die eigene geringe Verformung auf die Torsionsrohre 1 und zwar entweder mittels der Stege 9 und Hülsen 7 oder unmittelbar mit Hilfe der Spitzen 13, beziehungsweise mittels der Schrauben 16 und Armen 15. Measuring with this electromagnetic strain gauge will be like this carried out that in the execution according to FIG. 1 to 3 the feet 10 on the test body be glued, soldered or welded on. In the embodiment according to FIG. 4 the tips 13 of the extensometer are pressed firmly against the test body and in the execution according to FIG. 5, the test specimen becomes so by means of the screws 16 pinched that the strain gauge has no backlash and no dead gear with the same is firmly connected. The test body transmits when it is extended. Shortening or change in diameter the own slight deformation on the torsion tubes 1, either by means of the webs 9 and sleeves 7 or directly with the help the tips 13, or by means of the screws 16 and arms 15.

In den Torsionsrohren 1 entsteht eine zusammengesetzte Beanspruchung, in der die Hauptkomponente die Torsionsbeanspruchung bildet. Wenn nun mit dem Erregungsstrom mittels der Erregungswick lung 5 in den Torsionsrohren 1 ein elektromagnetisches Feld in Form von gleichmittigen Kreislinien gebildet wird, dann wird durch die Torsionsbeanspruchung dieses elektromagnetische Feld derart deformiert, daß eine Längskomponente entsteht. Diese ist der Größe der Verdrehung oder der Verlängerung des Prüfkörpers proportional und induziert in den Aufnahmespulen 3 eine elektromotorische Kraft, die z. B. mit einem Voltmeter gemessen wird.In the torsion tubes 1 there is a composite stress, in which the main component forms the torsional stress. If now with the excitation current by means of the excitation winding 5 in the torsion tubes 1 an electromagnetic Field is formed in the form of equidistant circular lines, then is caused by the torsional stress this electromagnetic field is deformed in such a way that a longitudinal component arises. This is proportional to the amount of twist or elongation of the test body and induces in the take-up coils 3 an electromotive force which, for. B. with measured with a voltmeter.

Der elektromagnetische Doppeldehnungsmesser hat weitgehende Anwendungsmöglichkeiten auf allen Gebieten des technischen Messens. in der Automation, besonders im Maschinenbau. Bauwwen, Gesundheitswesen, Hüttenwesen, Bergbau usw., überall seine robuste Konstruktion und Erregungsempfindlichkeit vorteilhaft zur Geltung kommen. The electromagnetic double extensometer has a wide range of applications in all areas of technical measurement. in automation, especially in mechanical engineering. Construction, healthcare, metallurgy, mining, etc., its sturdy construction everywhere and arousal sensitivity come into their own.

Claims (4)

Patentansprüche: 1. Magnetostriktiver Dehnungsmesser mit von einer Erregerspule durchsetztem ferromagnetischem Torsionsrohr, das von einer Aufnahmespule umgeben ist, dadurch gekennzeichn e t, daß zwei ferromagnetische Torsionsrohre (1) mit je einem Bund (2) in der Mitte in geringem Abstand parallel nebeneinander angeordnet sind, von denen jedes eine durch den Bund (2) unterteilte Aufnahmespule n trägt, die von einer gemeinsamen Erregungswicklung chsetzt sind, und daß die beiden Torsionsrohre (tan beiden Enden durch je ein gemeinsames Verein dungsstück (11) fest miteinander verbunden sind, während an dem Bund (2) jedes Torsionsrohres an gleicher Stelle ein Fuß zum Aufsetzen bzw. Claims: 1. Magnetostrictive extensometer with one Excitation coil interspersed with a ferromagnetic torsion tube, which is held by a pick-up coil is surrounded, characterized in that two ferromagnetic torsion tubes (1) each with a collar (2) in the middle at a short distance parallel to each other each of which carries a take-up reel n divided by the collar (2), which are set by a common excitation winding, and that the two torsion tubes (t on both ends by a common connection piece (11) firmly together are connected, while on the collar (2) each torsion tube in the same place a foot to put on or Befestigen des Dehnungsmessers auf dem Prüfkörper vorgesehen ist. Attachment of the extensometer is provided on the test specimen. 2. Dehnungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bunde (2) der Torsionsrohre (1) je in einer Hülse (7) eingepreßt sind und diese Hülsen je einen in der gleichen Ebene liegenden Steg (9) mit Füßen (10) zur Befestigung des Dehnungsmessers am Prüfkörper tragen. 2. strain gauge according to claim 1, characterized in that the Collars (2) of the torsion tubes (1) are each pressed into a sleeve (7) and these Sleeves each have a web (9) lying in the same plane with feet (10) for fastening of the extensometer on the test specimen. 3. Dehnungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bunde (2) an gleicher Stelle je einen spitzen Stift (13) tragen, mit denen der Dehnungsmesser auf den Prüfkörper aufgesetzt wird. 3. strain gauge according to claim 1, characterized in that the Collars (2) each carry a pointed pin (13) in the same place, with which the strain gauge is placed on the test body. 4. Dehnungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Bunden (2) je ein Arm (15) mit einer Preßschraube (16) am Ende derart angeordnet ist, daß die beiden Arme (15) in einem vorbestimmten Abstand voneinander parallel zueinander verlaufen und die beiden Preßschrauben (16) koaxial gegenüberstehen. 4. strain gauge according to claim 1, characterized in that on the collars (2) each have an arm (15) with a clamping screw (16) at the end in this way is that the two arms (15) parallel to each other at a predetermined distance run towards each other and the two clamping screws (16) are coaxially opposite. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2511 178. References considered: U.S. Patent No. 2511 178.