DE1573792C - Mit einem Ende eingespannte einfache Biegefeder, auf der Dehnungsmeßstreifen befestigt sind - Google Patents

Description

■ Die Erfindung betrifft eine mit einem Ende ein- nähernd .in axialer Richtung sinusförmig gewellten

gespannte einfache Biegefeder, auf der Dehnungs- Mantelfläche. Ein derartiger Meßkörper ist ebenfalls

meßstreifen befestigt sind,, die in einem elektrischen schwierig herzustellen.; ,'. . . . :,

Stromkreis eine von einer auf das freie Ende der Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, auf dem

Biegefeder wirkenden Kraft abhängige elektrische 5 Prinzip' des Biegebalkens beruhende Kraftmeßein-

Größe erzeugen. In der Regel schaltet man mehrere richtungen mit Hilfe rein mechanischer Mittel

. derartiger Dehnungsmeßstreifen mit Festwiderständen Linearitätsabweichungen gegenüber zu kompensieren,

zu einer Brücke zusammen und benutzt die eine Die Erfindung geht von einer mit einem Ende ein-

Diagonalspanriung dieser Brücke als die jeweilige gespannten einfachen Biegefeder aus, auf der Deh-

Kraft kennzeichnende elektrische Größe. io nungsmeßstreifen befestigt sind, die in einem elek-

'". Eine bekannte -Anordnungdieser Art zeigt Fig.. IV,.'.;: taschen Stromkreis" eine von einer auf das freie Ende Die Biegefeder B ist mit ihrem in der Figur linken - "der Biegefeder wirkenden Kraft abhängige itektrische

Ende fest eingespannt. Sie trägt in diesem Ausfüh- Größe - erzeugen. Ihre kennzeichnenden Merkmale

' rungsbeispiel zwei Dehnungsmeßstreifen D, die, da sie bestehen darin, daß die Kraft in einem derartigen beiderseits der neutralen Ebenen der Biegefeder'^ 15 Abstand ober-"oder unterhalb'der-neutralen Faser, liegen, unter der Wirkung der im Punkt Ä deFne'u- der Biegefeder angreift, daß die "bei Durchbiegung tralen Ebenen eingreifenden Kraft P teilweise ge^L der .Feder erfolgende Änderung ihrer wirksamen staucht (unterer Dehnungsmeßstreifen), teilweise ge- Länge "eine insbesondere von den Eigenschaften der dehnt (oberer Dehnungsmeßstreifen) werden. Das Dehnungsmeßstreifen herrührenden Nichtlinearität Maß von Stauchung und Dehnung hängt von der 20 des Zusammenhangs der Kraft mit der elektrischen Auslenkung s des Punktes A und damit der Größe Größe. ausgleicht. .-.■'-■■■ , . !. ^
der Kraft P ab. Damit ist auch die Änderung des Bei Verwendung von Halbleiter-Dehnungsmeß-Widerstandswertes der Dehnungsmeßstreifen ab- streifen ergibt sich der in F i g. 2 wiedergegebene hängig von der Größe der Kraft P. Linearitätsfehler 1 in dem den Zusammenhang zwi-Da der Angriffspunkt A bei dieser bekannten Ein- 25 sehen der beispielsweise als Spannung U dargestellten richtung in der neutralen Ebene liegt, ist der Z^u" elektrischen Größe einerseits¹ und der Kraft P (oder sammenhang zwischen der Kraft P und der Größe der Dehnung bzw. Stauchung) andererseits darstellender Stauchung bzw. Dehnung der Dehnungsmeß- den Diagramm. Erfindungsgemäß wird nun durch streifen D bei kleineren Durchbiegungen linear. Ins- Einfügung einer Nichtlinearität entgegengesetzten besondere Dehnungsmeßstreifen aus Halbleiter- 30 Vorzeichens, die in der eben beschriebenen Weise

. material besitzen aber keinen linearen Zusammen- erzeugt wird, eine Kompensation dieses Linearitätshang zwischen ihrer Stauchung bzw. Dehnung und . fehlers 1 vorgenommen. Das erfinduhgsgemäße Prinder durch diese hervorgerufenen Änderung ihres .zip beruht, wie F i g. 3 erkennen läßt, darauf, daß Widerstandswertes. Eine weitere Quelle für eine durch Verlegung des Angriffspunktes A der Kraft P störende Nichtlinearität in der Messung ist durch 35 aus der neutralen Ebene der Biegefeder B in eine druckbeaufschlagte Membranen gegeben, wenn diese bei Verwendung von Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen zur Krafterzeugung Verwendung finden. - darüberliegende Ebene mit wachsender Kraft P die Es sind Kraftmeßvorrichtungen bekannt, bei denen wirksame Länge 1 der Biegefeder B um Δ !verändert der, elastisch verformte Meßkörper aus mehreren wird. Bei Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen, d. ti. bei Biegebalken besteht, deren freie Enden starr mit- 40 der in F i g. 3 dargestellten Verlagerung des Angriffseinander verbunden sind. Bei derartigen Mehrfach- punktes A nach oben, wird hierdurch der lineare biegebalken ist es üblich, daß die Kraft außerhalb Zusammenhang zwischen Kraft P und Dehnung bzw. der neutralen Faser eingeleitet wird. Diese Art der . Stauchung gestört. Durch die erfindungsgemäßen Krafteinleitung hat bei Mehrfachbiegebalken mit Maßnahmen werden also die Dehnungen bzw. Staustarr verbundenen freien Enden keinen Einfluß auf 45 chungen der Meßstreifen progressiv vergrößert, denn die wirksame Länge bei der Biegung der Balken. die Längenänderung Δ1 ist, wie F i g. 3 und auch die Mit einer bewußten Verlagerung der Krafteinleitungs- Anschauung zeigt, bei größerer' Kraft P_g größer als stelle können bei diesen bekannten Mehrfachbiege- bei einer kleineren KraftP_fc. ' ' ;. balken deshalb auch keine Nichtrinearitäten aus- 'Durch eine derartige Verschiebung des Angriffsgeglichen werden. 5° punktes der Kraft aus der neutralen Ebene... der Eine bekannte Lösung zum Ausgleich der Nicht- Biegefeder ist es auch möglich, die durch Verwendung

. linearität von Dehnungsmeßkörpern benutzt eine in einer druckbeaufschlagten Membran als Krafterzeuger die Speisung einer Brückenschaltung aus Dehnungs- in die Messung hineingebrachte Uhlineärität zu kommeßstreifen eingeschaltete· zusätzliche Spannungs- pensiereii.Dies gilt verständlicherweise nicht nur bei quelle, deren Spannung abhängig von der Last ge- 55 Verwendung einer Membran, sondern schlechthin bei macht ist. Die Wirksamkeit dieser rein elektrischen Verwendung nichtlinearer Elemente in dem Meßkreis. Lösung hängt von mehreren Faktoren ab, die nicht Fig. 4 läßt ein praktisches Ausführungsbeispiel immer leicht zu beherrschen sind. Eine andere be- der Erfindung erkennen. Die mit den Dehnungskannte linearitätskompensierte Lastmeßzelle ver- meßstreifen D bestückte Biegefeder B trägt an ihrem wendet in jeder Zelle zwei Meßkörper, die jeweils 60 freien, in der Figur rechten Ende die ringförmige auf Dehnung bzw. Stauchung beansprucht sind. Auf Aufnahme RA für das Rohr/?, an dessen oberen diese Weise heben sich die unterschiedlichen Line- Ende der Angriffspunkt A der Kraft P liegt. Der aritätsfehler beider Dehnkörper gegenseitig auf. Eine Angriffspunkt liegt also " oberhalb der neutralen aus zwei Dehnkörpern kombinierte Meßzelle ist Ebene, die in diesem Aüsführungsbeispiel ungefähr jedoch schwierig herzustellen und erheblich teurer 65 durch die Schraube S verläuft. Diese Schraube gibt als einfache Lastmeßzellen. F.ine dritte bekannt- eine einfache Möglichkeit zur Regelung der Nichtgewordene Druckmeßdose mit Linearitätskompen- linearität, die durch die erfindungsgemäßen Maßsation sieht einen Meßzylinder vor mit einer an- nahmen bezüglich des Zusammenhanges zwischen

Kraft und Dehnung bzw. Stauchung erzeugt wird und die zur Kompensation der durch die. Eigenschaften der Dehnungsmeßstreifen oder anderer Teile des Meßsystems bewirkten Nichtlinearität dient.

Der zur ,Kompensation einer Nichtlinearität notwendige Abstand des Kraftangriffs von der neutralen Faser bei bestimmten Biegefedern ist empirisch zu bestimmen. Er kann mit Hilfe der Schraubet eingestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, auf die Schraube S zu verzichten, we,nn die auszugleichenden. Nichtlinearitäten genau bekannt sind und der einmal gefundene Abstand des Krafteinleitungspunktes von der neutralen Faser deshalb nicht mehr justiert werden muß.

Claims (3)

' Patentansprüche: ■ ; ;

1. Mit einem Ende "eingespannte einfache · Biegefeder, auf der Dehnungsmeßstreifen be- "- _v festigt sind, die in einem elektrischen Stromkreis eine von einer auf das freie Ende der Biegefeder, wirkenden Kraft abhängige elektrische Größe erzeugen, dadu rch ge kennzeich net;'daß die Kraft in einem derartigen.Abstand ober- oder, unterhalb der neutralen Faser der;Biegefeder angreift, daß die bei Durchbiegung der Feder erfolgende Änderung ihrer wirksamen Länge eine; insbesondere von den Eigenschaften der Dehnungsmeßstreifen herrührende Nichtlinearität des Zusammenhangs der Kraft mit der elektrischen',

-Größe ausgleicht, r'-i ' _: ·;■.; ν ' :;;. ;/'~i:

2. Biegefeder nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aha freien Ende der Biegefeder

rein im nichtbelasteten Zustand derselben senk-ν recht verlaufendes Rohr befestigt ist, an dessen oberem Ende die Kraft angreift. ; ;<-. "

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3. Biegefeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in senkrechter Richtung verschiebbar an der Biegefeder gehalten ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen