DE1276931B - Vorrichtung zur Kraftmessung - Google Patents

Vorrichtung zur Kraftmessung

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DE1276931B
DE1276931B DEC32847A DEC0032847A DE1276931B DE 1276931 B DE1276931 B DE 1276931B DE C32847 A DEC32847 A DE C32847A DE C0032847 A DEC0032847 A DE C0032847A DE 1276931 B DE1276931 B DE 1276931B
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DE
Germany
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force
voltage
hall
current
amplifier
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DEC32847A
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English (en)
Inventor
Jean Jullien-Davin
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Thales Avionics SAS
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Crouzet SA
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
    • G01R17/02Arrangements in which the value to be measured is automatically compared with a reference value
    • G01R17/06Automatic balancing arrangements
    • G01R17/08Automatic balancing arrangements in which a force or torque representing the measured value is balanced by a force or torque representing the reference value

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Kraftmessung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftmessung, bei der die zu messende Kraft durch eine gleich große, in entgegengesetzter Richtung wirkende, elektromagnetisch erzeugte Kraft kompensiert wird, die ihrerseits von einem mechanisch-elektrischen Wandler über einen Verstärker gesteuert wird.
  • Bei bekannten Vorrichtungen zur Kraftmessung ist es in nachteiliger Weise nicht möglich, dem Augenblickswert des magnetischen Feldes Rechnung zu tragen, die Veränderungen bzw. Schwankungen eines von einer beliebigen Quelle herstammenden Feldes zu kompensieren bzw. auszugleichen und die Null-Methode anzuwenden, um die Linearitätsfehler eines Meßfühlers oder federnden Aufhängungselements zu unterdrücken.
  • Es sind bereits Hall-Generatoren bekannt, wobei der Hall-Effekt im wesentlichen darin besteht, daß eine Potential-Differenz, die sogenannte Hall-Spannung, zwischen zwei gegenüberliegenden Rändern einer Platte aus halbleitendem Material auftritt, die einerseits von einem elektrischen Strom, dem Steuerstrom, unter einem Winkel von im wesentlichen 900 in bezug auf die erwähnten Ränder durchflossen wird und andererseits von einem magnetischen Feld senkrecht zu ihrer Fläche durchsetzt ist.
  • Bekanntlich ist die Hallspannung U durch die Gleichung Rit IH e gegeben, in der Rh die Hall-Konstante, e die Dicke der Platte, I die Stärke des Steuerstroms, H die magnetische Feldstärke bedeutet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kraftmessung zu schaffen, welche nicht mit den oben geschilderten Nachteilen der bekannten Vorrichtungen behaftet ist.
  • Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Kraftmessung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß im magnetischen Kreis ein Hall-Generator angeordnet ist, dessen Betriebsgrößen zur Kraftmessung benutzt werden.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im wesentlichen darin zu sehen, daß man der zu messenden Kraft (die auf einen beweglichen Punkt einwirkt) eine gleiche, in entgegengesetzter Richtung wirkende Kraft gegenüberstellt, die durch die kombinierte Wirkung eines magnetischen Feldes und eines meßbaren elektrischen Stromes erzeugt ist, wobei der eine oder der andere dieser Parameter in Abhängigkeit von der Hall-Spannung gemessen wird und wobei das Verhältnis zwischen diesen beiden Kräften dazu dient, automatisch die Gegenkraft zu steuern bzw. zu betätigen. Dabei wird die zu messende Kraft entweder direkt von der Hall-Spannung oder von einem Strom abgeleitet, der unabhängig von der Hall-Spannung gesteuert wird, wobei jedoch diese Spannung, die zur Stabilisierung des magnetischen Feldes dient, indirekt in der Messung mit verwendet wird. Durch die Zuordnung eines Hall-Generators ist es möglich, a) dem Augenblickswert des Magnetfeldes Rechnung zu tragen, b) die Veränderungen bzw. Schwankungen eines von einer beliebigen Quelle herstammenden Feldes zu kompensieren bzw. auszugleichen und c) die Null-Methode anzuwenden, um die Linearitätsfehler eines Stellungsgebers oder federnden Aufhängungselements zu unterdrücken.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt sind, beschrieben. In dieser zeigt F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht eines Hall-Generators, F i g. 2 eine schaubildliche Ansicht der die Grundlage der Erfindung bildenden Mittel, F i g. 3 im Achsschnitt eine Ausführungsform eines Druckanzeigegeräts nach der Erfindung, F i g. 4 im Achsschnitt eine Abwandlung des Druckmeßgeräts nach F i g. 3, Fig. 5 im Achsschnitt eine andere Abwandlung des Druckmeßgeräts nach F i g. 3, F i g. 6 ein synoptisches Schema einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, enthält ein Hall-Generator eine Platte A aus halbleitendem Material.
  • Wenn man zwischen den Rändern und b dieser Platte von der Dicke e einen Steuerstrom von der Stärke 1 fließen läßt und die Platte in ein Feld von der Feldstärke H senkrecht zur Ebene der Platte bringt, so tritt an den gegenüberliegenden Klemmen c und d eine Potentialdifferenz, die Hall-Spannung, auf: Rh U IH. e Da die Hall-KonstanteRh und die Dicke e konstant sind, ergibt sich Rh = K, somit U = KIH.
  • Für die Anwendung des Hall-Generators auf ein Dynamometer wird die in Fig. 2 gezeigte Prinzipanordnung zugrunde gelegt, bei der eine biegsame Lamelle C und D eingespannt ist, an der im Punkt E die Kraft F 1 angreift, die gemessen werden soll. Im Punkt E ist mechanisch, z. B. durch einen Faden bzw. Draht, ein Leiter B angehängt, der von einem Strom von der Stärke 1 durchflossen und in demselben MagnetfeldH wie der an Hand von Fig 1 beschriebene Hall-Generator angeordnet ist, der hier in Reihe mit dem Leiter B liegt, so daß der Steuerstrom des Generators der Strom I ist, der durch den Leiter B fließt, welcher so angeordnet ist, daß das Feld H senkrecht zu diesem Leiter gerichtet ist.
  • Auf Grund des Gesetzes von Laplace und der Ampereschen Regel unterliegt der Leiter einer Kraft F2 senkrecht zu der Ebene, die durch den Leiter B und die Richtung der Kraftlinien festgelegt ist, wobei diese Kraft durch den Ausdruck gegeben ist: F2 = K2IH.
  • Man kann also die Kraft F2 regeln, indem man entweder I oder H oder I und H gleichzeitig ändert.
  • Wie man sieht, haben F2 und U den gleichen Ausdruck, woraus folgt: F2 = K' U.
  • Um F2 zu kennen, genügt es, die Spannung U an den Klemmen c und d des Hall-Generators zu messen.
  • In Abwesenheit jeglicher Kraft nimmt die Lamelle C eine Ruhelage ein, die durch den Punkt O festgelegt ist. Bei der Einwirkung einer unbekannten Kraft1 auf die Lamelle C biegt sich diese aus. Wenn man den Strom 1 fließen läßt, sind die im PunktE angreifenden verschiedenen Kräfte folgende: F1 die Kraft, die gemessen werden soll, F2 die Kraft, die durch den Strom 1 und das Feld H erzeugt wird, F3 die Kraft, die durch die Elastizität der Lamelle hervorgerufen wird.
  • Allgemein gilt F1 = F2 + F3.
  • Wenn man F2 ändert, z. B. durch Regeln von I, derart, daß der AngriffspunktE der Kräfte in die Lage O gelangt, wird die Kraft F3 Null, und es ergibt sich Fl=F2=k'U.
  • Der Wert von F 1 kann also unmittelbar an einem GalvanometerG von hohem innerem Widerstand abgelesen werden, dessen Skala vorteilhaft in Krafteinheiten geeicht ist. Um eine genauere Ablesung zu ermöglichen, kann ein Röhrenvoltmeter verwendet werden, bei dem der Eingangswiderstand praktisch unendlich ist.
  • Zur Vereinfachung der vorstehenden theoretischen Entwicklung ist angenommen, daß die Lage O der Lamelle C von der Bedienungsperson optisch erfaßt wird, doch kann diese Lage automatisch durch Mittel überwacht werden, wie sie als Lagedetektor bzw.
  • -fühler bekannt sind, wobei ein solcher Fühler dazu dienen kann, automatisch den Strom 1 oder das Feld H oder beide Größen zu beeinflussen, um die Gleichheit der Kräfte F1 = F2 zu verwirklichen.
  • Bei der praktischen Ausführung des Geräts ist der Leiter kein geradliniger Draht, sondern vielmehr eine Spule, die in dem radialen Magnetfeld angeordnet ist, das in dem ringförmigen Spalt einer elektrodynamischen Vorrichtung nach Rice-Kellog erzeugt wird.
  • Bei dieser ist ein Magnetkern in einem metallischen Topfmagneten angeordnet und mit seinem einen Ende am Boden des Topfes befestigt, dessen freier Rand dem anderen Ende des Kerns gegenüberliegt und mit diesem einen Ringspalt bildet, in dem sich frei und gleichachsig zum Kern eine Spule bewegen kann, die von einem Strom durchfiossen ist, der die axiale Lage der Spule steuert.
  • Das Gerät nach der Erfindung kann dazu dienen, jede physikalische Größe zu messen, die durch eine Kraft dargestellt werden kann.
  • Die nachstehenden besonderen Beispiele beziehen sich auf die Messung von Drücken. Wenn nämlich die Kraft F 1 durch einen Druck erzeugt wird, der auf eine biegsame Membran von der Fläche einwirkt, gestattet das Gerät die Messung von P, da S konstant ist: Fl=PS=FZ=k'U, P=K"U.
  • Fig. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen Differentialdruckabnehmer. Hier weist ein dichtes Gehäuse 1, das den größten Teil der Bestandteile des Geräts einschließt, einen Raum 2 auf, der durch eine Membran 3 von der Kammer 4 getrennt ist, die das Gehäuse bildet. In dem mit einem Anschluß 2 a versehenen Raum 2 herrscht ein Druck Pl, während die mit einem Anschluß 4 a versehene Kammer 4 unter einem Drucke2 steht.
  • Im Prinzip soll P1<P2 sein, so daß die Membraun 3 einer KraftF1 unterliegt, die der Differenz der Drücke proportional ist: F1 =kl(P2 -Pl).
  • Die Membran 3 ist durch einen Stab 5 mit dem Magnetkem 6 a eines magnetischen Lagefühlers 6 von bekannter Bauart verbunden, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß, wenn P1= P2 ist, der Kern 6 a eine solche Lage einnimmt, daß das vom Fühler 6 abgegebene Zeichen Null ist.
  • An Stelle des magnetischen Fühlers kann auch ein Fühler mit Kontakten oder ein kapazitiver Fühler verwendet werden.
  • Der Stab 5 verbindet ferner die Membran 3 mit einer Spule 7, deren Windungen sich in einem Feld H befinden, das in dem Spalt 8 eines magnetischen Kreises erzeugt wird, der einen Kern 9 und einen Topf 10 enthält und durch eine Wicklung 11 erregt wird.
  • Der magnetische Kreis besitzt einen zweiten Spalt 12, der den Hall-Generator 13 enthält, der von dem Feld H durchsetzt wird und dessen Klemmen, an denen die Hall-Spannung auftritt, mit einem Spannungsmesser 14 verbunden sind.
  • Der Steuerkreis des Generators 13 ist in Reihe geschaltet mit der Wicklung der Spule 7 am Ausgang eines Leistungsverstärkers für Gleichstrom 15, der durch den Lagefühler 6 gesteuert wird.
  • Die Erregerwicklung 11 kann entweder durch den Verstärker 15 oder durch eine besondere Stromquelle gespeist werden. Als Variante kann die Erregerwicklung entfallen (oder ihre Wirkung auf eine Erregerkorrektur beschränkt werden) und als Kern 9 ein Dauermagnet dienen.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung läßt jede Verlagerung der Membran 3 unter der Wirkung einer Druckdifferenz P 2 - Pl, die eine Kraft F 1 erzeugt, zufolge der entsprechenden Verschiebung des Kerns 6 a eine Spannung in den Wicklungen des Fühlers 6 auftreten, die, an den Verstärker 15 gelegt, den Strom I erzeugt, der durch die Spule 7 sowie als Steuerstrom durch den Hall-Generator fließt. Die Spule 7 erzeugt alsdann eine Kraft F2 = KlHI, welche der Kraft F1 = K1 (P2P1) das Gleichgewicht hält. Es gilt dann F1=F2=K'U.
  • Dies ist nur richtig, wenn die Verstärkung des Verstärkers 15 unendlich ist, was sich praktisch offensichtlich nicht verwirklichen läßt. Denn das Gleichgewicht stellt sich ein, wenn die Verschiebung e des Kerns 6 a des Fühlers 6 so groß ist, daß die vom Produkt HI erzeugte Kraft F 2 F2 = beträgt, worin F die elastische Kraft aus der Verformung der Membran 3 ist. Die Gleichung der Kräfte lautet: F1 = F2Fe, was keine Bedeutung hat, wenn Fe eine lineare Funktion von e ist und wenn das vom Fühler 6 abgegebene Zeichen ebenfalls eine lineare Funktion von e ist.
  • Bei vorstehend beschriebener Ausführungsform des Geräts kann als Abwandlung beispielsweise vermöge eines Nebenwiderstandes der Hall-Generator 13 nur von einem Bruchteil des Stroms I durchflossen sein.
  • Damit die auftretenden Kräfte nicht zu groß sind, ist wichtig, daß die Fläche der Membran 3 klein ist, von der Größenordnung von 1 cm2 beispielsweise, und daß, um für die schwachen Drücke empfindlich zu sein, die Membran sehr dünn sein muß, z. B. 0,03 bis 0,04 mm stark.
  • Jedoch ist eine Dicke von dieser Größenordnung nicht zu vereinbaren mit der Starrheit, die die Zentrierung der Spule 7 im Ringspalt 8 erfordert, der möglichst eng gewählt werden sollte.
  • Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird vorteilhaft eine kompensierte Manometerkapsel von der Art der in F i g. 4 dargestellten verwendet, in der die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 3 die bereits in dieser Abbildung dargestellten Teile bezeichnen.
  • Bei dieser Ausführungsform weist die Kapsel zwei Membranen mit den Flächen usa bzw. Sb auf, von denen Sa > Sb ist.
  • Der Raum 2x wird über den Anschluß 2xa mit einem DruckP1 und die Kammer 4 über den Anschluß 4a mit einem Drucke2 beaufschlagt, wobei P1<P2 ist.
  • Die beiden Membranen 3 a und 3 b sind untereinander durch den Stab 5 verbunden, der außerdem an der Spule 7, am Kern 6 a des Fühlers 6 und an einem zweiarmigen Hebel 16 angreift, der bei 17 drehbar ist und ein Gegengewicht 18 trägt.
  • Die Membran 3 a wird im Sinne des Pfeils fa durch eine Kraft Fa = Sa (P2P1) beaufschlagt, während die Membran 3 b im Sinne des Pfeils fb unter der Wirkung einer Kraft Fb=Sb(P2-Pl) steht. Auf die Gesamtheit der beiden miteinander verbundenen Membranen wirkt also im Sinne des Pfeils fa eine Kraft F1 = FaFb = (Sa-Sb)(P2-Pl).
  • Indem Sb nahe genug an Sa gewählt wird, bleibt die Kraft F 1 mit Sicherheit klein.
  • Mit Membranen 3 a und 3b von großem Durchmesser ist die Gesamtanordnung weich in Längsrichtung des Stabs 5, was eine gute Empfindlichkeit gewährleistet; sehr starr quer zum Stab 5, was eine sehr genaue Zentrierung in einem möglichst kleinen Spalt 8 gestattet.
  • Die Wirkungsweise dieser Ausführung ist genau die gleiche wie die des in F i g. 3 dargestellten Geräts, mit der zusätzlichen Verbesserung auf Grund des Gegengewichts 18, durch das die Masse der aus Kern 6 a, Stab 5 und Spule 7 gebildeten Einheit im Gleichgewicht gehalten ist, was das Gerät unempfindlich gegen Beschleunigungen macht.
  • Wenn ein Anzeigegerät für absoluten Druck verwirklicht werden soll, wird die Kammer 2 bzw. 2x luftleer gemacht und abgedichtet.
  • Die Vorrichtung nach Fig. 4 hat über die nach Fig. 3 hinaus den Vorteil, daß der Kern 6 a sich nicht mehr in dem Raum der Manometerkapsel, sondern in der Kammer 4 befindet. Da dieser Kern im allgemeinen aus Ferrit besteht, kann er zu einer bedeutenden Entgasung Anlaß geben, die der Güte des Vakuums im Raum 2 schädlich ist, wenn der Kern sich in diesem Raum befindet.
  • In Fig. 5 ist eine andere Anwendungsform des Hall-Generators dargestellt, die genauere Messungen liefert, als sie mit den obigen Anordnungen erhalten werden.
  • Zur Vereinfachung der nachstehenden Beschreibung sind für die schon beschriebenen Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.
  • Bekanntlich besitzt der Hall-Generator eine Linearität von 2 Promille. Um eine genauere Messung zu erhalten, genügt es, nur einen sehr kleinen Teil der Charakteristik des Generators auszunutzen.
  • Zu diesem Zweck läßt man in dem Generator einen Steuerstrom von konstanter Stärkelc fließen, der von einer konstanten Stromquelle 19 geeigneter Art abgegeben wird. In diesem Fall ist die Hall-Spannung U = K Ic H proportional zum Feld H: U = K2H.
  • Die Stromquelle 19 kann auch eine Stromquelle für Wechselstrom, für Rechteckimpulse usw. sein.
  • Die Ausgangsspannung U hat stets die Form der Eingangsspannung, aber ihre Amplitude ist zum Feld H proportional.
  • Diese Spannung U wird benutzt, um (durch Vergleich dieser Spannung mit einer Bezugsspannung) mittels eines Gleichstromverstärkers 20 (oder jedes anderen geeigneten Mittels) den Erregerstromle in der Spule 11 zu regeln, derart, daß der Wert H des magnetischen Feldes streng konstant bleibt.
  • In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, daß der magnetische Kreis 9-10 durch Dauermagneten gebildet wird, die eine FeldstärkeHa ergeben, die dem gewünschten konstanten Wert H sehr benachbart ist. In diesem Fall braucht der in der Wicklung 11 fließende Erregerstrom le nur eine positive oder negative Korrektur des permanenten Feldes Ha sicherzustellen, damit Ha + h = H ist.
  • Die in der Wicklung 11 abgegebene Leistung ist dann sehr gering, was gewisse Vorteile hat, insbesondere für den Verstärker 20 (oder die ihn ersetzenden Mittel) können kleinere Leistungen gefordert werden; die Verteilung der Jouleschen Wärme in der Wicklung 11 kann sehr niedrig sein, wodurch die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur des Hall-Generators erleichtert wird.
  • Da das Feld H konstant ist, kann der Ausdruck F1 = F2 = CI, für die Kraft F2, die die Spule 7 ausübt, die von dem Strom 1 durchflossen und in dem konstanten Feld H angeordnet ist, geschrieben werden: F2 = CI, worin C ein konstanter Faktor ist.
  • Im Gleichgewicht ist Fl=F2=CI, so daß die Messung der Kraft F 1 auf die Messung einer Intensität bzw. Stromstärke zurückgeführt ist, was mit Hilfe eines Strommessers erfolgen kann, der in Krafteinheiten geeicht und in den Stromkreis der Spule 7 eingeschaltet ist.
  • Es ist zu beachten, daß bei den Ausführungsformen nach F i g. 4 und 5 das Weglassen des Gegengewichts 18 und der Ersatz der Manometerkapsel durch eine Masse, die in der Querrichtung festgehalten und in Richtung des Stabs 5 elastisch gehalten ist, die Messung der Komponente der Beschleunigung ermöglicht, die in Richtung der Achse des Stabs 5 gerichtet ist.
  • Welche Kraftmessungen auch mit dem Gerät der Erfindung vorgenommen werden, so ist ersichtlich, daß die Genauigkeit der Messungen lediglich von der Charakteristik des Hall-Generators abhängt. Alle Anderungen, die von Veränderungen von Kennzeichen des magnetischen Kreises und der Wicklungen herrühren, sind ohne Einfluß auf die Messung.
  • Da die Vorrichtung der Erfindung keine bewegte Masse hat, erfolgt die Anzeige ohne Verzögerung.
  • Der Hall-Generator ändert sich sehr wenig mit der Umgebungstemperatur: etwa 1 0/o für 1000 Temperaturänderung. Wenn man die Temperatur der Gesamtanordnung mittels eines Thermostaten stabilisiert, um diese auf einem Wert zu halten, der in einem Bereich von 100 schwankt, liegt der Meßfehler unter 1 Promille.
  • Bei der abgewandelten Ausführungsform nach F i g. 6 ist das magnetische Feld streng konstant vermöge einer neuen Art der Speisung der dieses Feld regelnden Spule 11. Um dies zu erreichen, ist der Steuerstrom des Hall-Generators 13 ein Wechselstrom von der wirksamen Stärke Ic, der aus einer Stromquelle 19 a stammt und einen Widerstand 22 (von geeignetem Wert R) in Reihe mit dem Generator durchfließt.
  • Die Hall-Spannung U = K IcH ist an die erste Primärwicklung 23 a eines Differentialtransformators 23 gelegt, dessen zweite Primärwicklung 23 b, die an den Klemmen des Widerstands 22 liegt, eine Spannung von dem Wert U' = K' 1cR angelegt erhält.
  • Der Wert R des Widerstandes 22 ist so gewählt, daß U'= = U ist, wenn das Feld den gewünschten konstanten Wert H hat.
  • Die beiden Primärwicklungen 23 a und 23b sind so geschaltet, daß die Wechselspannung U", die in der Sekundärwicklung des Differentialtransformators 23 induziert wird, gleich der Differenz der Spannungen U und U' ist (U" = U - U'). Wenn U = ist also U" = 0.
  • Wenn bei festem Feld der Strom sich ändert, so wird durch diese Änderung der Stromstärke eine Änderung von U und von U' hervorgerufen, aber das Vorzeichen (oder die Phase) der Differenz U -wird nicht geändert, und wenn H so groß ist, daß U = U' ist, so ergibt sich U" = 0, was zeigt, daß die Stromquelle 19a nicht besonders stabil zu sein braucht. Wenn dagegen H sich ändert, so besitzt die an der Sekundärwicklung23c auftretende Wechselspannung eine Phase, die eine Funktion von dem Sinn der Änderung von H ist und deren Wert zu der Amplitude dieser Feldänderung proportional ist.
  • Die an der Sekundärwicklung 23 c auftretende Spannung U" wird durch den Gleichstromverstärker 24 verstärkt, dann dem Demodulator 25 zugeführt, an dessen Ausgang eine Gleichspannung V auftritt, deren Vorzeichen eine Funktion des Änderungssinnes von H ist und deren Wert zu dieser Änderung proportional ist.
  • Die Spannung V des Demodulators 25 steuert den Gleichstromverstärker 20, der die das MagnetfeldH regelnde Spule 11 speist.

Claims (10)

  1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Kraftmessung, bei der die zu messende Kraft durch eine gleich große, in entgegengesetzter Richtung wirkende, elektromagnetisch erzeugte Kraft kompensiert wird, die ihrerseits von einem mechanisch-elektrischen Wandler über einen Verstärker gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß im magnetischen Kreis (H) ein Hall-Generator (13) angeordnet ist, dessen Betriebsgrößen zur Kraftmessung benutzt werden.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische System zur Erzeugung der Gegenkraft einen magnetisierten oder von einer Erregerspule (11) umgebenen Kern (9) aufweist, der an seinem einen Ende mit dem Boden eines Topfmagneten (19) verbunden ist, der den Kern (9) umgibt und mit seinem Rand und dem anderen Ende des Kerns einen ringförmigen Spalt (8) begrenzt, in welchem eine Spule (7) parallel zur Achse des Kerns (9) frei beweglich ist, die einerseits mechanisch mit dem Angriffspunkt der zu messenden Kraft verbunden ist und andererseits von dem Wandler (6, 6a) über den Verstärker (15) mit Strom gespeist wird, und daß der Hall-Generator (13) in einem geeigneten Punkt des magnetischen Kreises, vorteilhaft in einem Luftspalt des Kerns selbst, angeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Spule (7) in Reihe mit dem Hall-Generator (13) geschaltet ist, derart, daß der Steuerstrom des Generators (13) derselbe Strom ist, der die Spule (7) speist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmen des Hall-Generators (13), an denen die Hall-Spannung auftritt, unmittelbar oder über einen Gleichstromverstärker mit einem Spannungsmesser (14) verbunden sind, der in Einheiten der zu messenden Kraft geeicht sein kann.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (11) der Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes (H) durch den Verstärker (15) gespeist wird.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstrom des Hall-Generators (13) von einer unabhängigen Stromquelle (19) geliefert wird, während die Klemmen, an denen die Hall-Spannung auftritt, mit einem Gleichstromverstärker (20) verbunden sind, der den Erregerstrom an die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes abgibt, wobei das Anzeigegerät für die zu messende Kraft ein Strommesser sein kann, der in den Stromkreis der beweglichen Spule (7) eingeschaltet ist, die im magnetischen Feld angeordnet und mit dem Angriffspunkt der Kräfte verbunden ist.
  7. 7. Vorrichtung zur Messung von Drücken nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messende Kraft von der Membran (3 a) einer Manometerkapsel abgenommen wird.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Manometerkapsel eine Differentialkapsel mit zwei Membranen (3a, 3b) ist, die mit dem Angriffspunkt der Kräfte zusammenhängen.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hall-Generator (13) oder die Hall-Zelle durch einen Steuerwechselstrom gespeist und seine Ausgangsspannung (Hall-Spannung) mit einer Spannung verglichen wird die genau in Phase mit den Steuerstrom und proportional mit diesem Strom ist (F i g. 6).
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hall-Wechselspannung an eine erste Primärwicklung (23 a) eines Differentialtransformators (23) gelegt ist, an dessen zweiter Primärwicklung (23 b) eine Spannung liegt, die an den Klemmen eines Widerstandes (22) auftritt, der in Reihe im Steuerstromkreis liegt und dessen Wert so gewählt ist, daß die beiden Spannungen gleich sind, wenn das magnetische Feld, dem der Hall-Generator (13) ausgesetzt ist, den gewünschten konstanten Wert hat, wobei die beiden Primärwicklungen (23a, 23b) derart geschaltet sind, daß die an den Klemmen der Sekundärwicklung (23 c) des Differentialtransformators (23) auftretende Spannung gleich der Differenz der an die Primärwicklungen angelegten Spannungen ist und wobei die Sekundärspannung verstärkt und auf einen Demodulator (25) übertragen und die an dessen Ausgang erhaltene Gleichspannung an einen Gleichstromverstärker (20) gelegt ist, der die Erregerspule (11) speist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 075 330; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 750 990 ; französische Patentschrift Nr. 1 332 499 ; USA.-Patentschriften Nr. 2651204, 2780101; »Siemens-Zeitschrift«, September 1954, Heft 8, 376 bis 384.
    In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1 194 167.
DEC32847A 1963-05-10 1964-05-09 Vorrichtung zur Kraftmessung Pending DE1276931B (de)

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