DE2922256C2 - Vorrichtung zur Messung einer mechanischen Spannung - Google Patents

Description

in beliebigen ferromagnetischen Objekten gemessen werden, sondern Meßobjekt ist stets der Kern des Transformatorgebers selbst. Daher sind dessen Anwendungsmöglichkeiten gegenüber denen der beanspruchten Vorrichtung erheblich eingeschränkt.

Die DE-AS 12 88 796 schließlich betrifft einen Meßumformer mit einem Meßkörper aus ferromagnetischem Material, der zwei Öffnungen für eine Magnetisierungswicklung zum Anschluß an eine Stromquelle und zwei Öffnungen für eine Meßwicklung zum Anschluß an ein Meßgerät aufweist, wobei der Meßkörper oder ein in seiner Nähe befindlicher und von dem induzierten magnetischen Fluß teilweise durchströmter ferromagnetischer Teil beim Messen mechanischen Belastungen ausgesetzt wird.

Das wesentliche dieses bekannten Meßumformers besteht darin, daß die Magnetisierungswicklung und die Meßwicklung in zwei zueinander parallelen Wicklungsebenen mit vorgegebenem Abstand voneinander angeordnet sind, derart, daß sich im belasteten wie auch im unbelasteten Zustand jeweils ein vorgebbarer Anteil des induzierten magnetischen Flußes durch die Meßwicklung schließt. Auch hierbei ist Grundvoraussetzung, daß der Luftspalt zwischen der Meßeinrichtung und dem zu messenden Gegenstand konstant gehalten bzw. ein solcher Luftspalt nach Möglichkeit vollständig vermieden werden muß. Außerdem wird bei diesem bekannten Meßumformer die Messung lediglich an der Sekundärseite vorgenommen, so daß also die Eisenverluste hier gar nicht berücksichtigt werden können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, eine Vorrichtung zur Messung einer mechanischen Spannung in einem ferromagnetischen Meßobjekt zu schaffen, die unabhängig von der Größe eines Luftspaltes zwischen Magnetfühler und Meßobjekt die mechanische Spannung des Meßobjektes sehr genau zu bestimmen erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei der anfangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Recheneinheit zur Berechnung einer Änderung des Eisenverlustes des Meßobjekts anhand des der Primärwicklung des Magnetfühlers zugeführten Stroms und der in der Sekundärwicklung induzierten Spannung, und eine Einrichtung zur Umwandlung der berechneten Eiscnverluständerung in eine mechanische Spannung des Meßobjekts vorgesehen ist.

Die beschriebene Vorrichtung zur Messung der Spannung in einem Meßobjekt unter Ausnutzung des Eisenverlusts bietet die folgenden Vorteile:

Der durch die Meßvorrichtung ermittelte Eisenverlust wird durch Spalte, etwa Luftspalte, zwischen dem Magnetfühler und dem Meßobjekt wenig beeinflußt. Dies ist bei einer Meßvorrichtung der beschriebenen Art sehr wichtig, weil derartige Spalte im praktischen Gebrauch des Meßfühlers unvermeidbar sind.

Die bisherige, auf der Grundlage der Koerzitivkraft arbeitende Meßvorrichtung erfordert eine Messung einer Augenblicksgröße, d.h. einer Differenzgröße der sekundären induzierten Spannung. Die beschriebene Meßvorrichtung ermittelt dagegen eine Zeitintegration des Eisenverlusts. Mit anderen Worten: die bisherige Vorrichtung mißt einen Punkt auf einer Hystereseschleife, während die beschriebene Vorrichtung eine durch die Hystereseschleife bestimmte Fläche mißt. Infolgedessen ist die beschriebene Meßvorrichtung mit nur einem kleinen Meßfehler behaftet.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Teilschnittansicht zur Darstellung des Zustands, in welchem ein verwendeter Magnetfühler in eine Bohrung eines Meßobjekts eingeführt ist. F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Meßvorrichtung,

Fig. 3 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Magnetpfads bzw. -kreises, der bei in die Bohrung des Meßobjekts eingeführtem Magnetfühler gebildet wird,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einer Eisenverlust-Änderungsgröße und einer Schraubbolzen-Anzugsbelastung,

Fig.5 eine perspektivische Darstellung eines Beispiels für einen beim Magnetfühler verwendeten Eisenkern,

Fig.6 eine perspektivische Darstellung eines anderen Beispiels eines Magnetfühlers,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Eisenverlust-Änderungsgröße, der Druck-Spannung oder -belastung und der Zugspannung,

Fig.8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIIl in Fig. 6.

Fig.9 eine schematische Darstellung der Magnetflußverteilung im Betrieb des Magnetfühlers nach Fig.6,

Fig. 10 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Eisenverlust-Änderungsgröße und Schraubbolzen-Anzugsbelastung,

F i g. 11 eine perspektivische Darstellung eines weitejo ren Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers,

Fig. 12 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Eisenverlust-Änderungsgröße und Spannung bzw. Belastung,

Fig. 13 eine schematische Darstellung eines anderen Anwendungsbeispiels des Magnetfühlers nach Fig. 11,

Fig. 14 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetfühlers,

Fig. 15 und 16graphische Darstellungen der radialen bzw. umfangsmäßigen Verteilung der (mechanischen) Spannung im Oberflächenbereich eines Schraubenkopfes und

Fig. 17 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des bei der beschriebenen Vorrichtung verwendeten Magnetfühlers.

Fig. 1 veranschaulicht einen (Schraub-)Bolzen 12 zur Befestigung eines Turbinenlaufrads 11. Dabei ist ein Magnetfühler 14, der einen Teil der Spannung-Meßvorrichtung bildet, verschiebbar in eine axiale Führungsbohrung 13 im Bolzen 12 eingeführt. Der Schaltungsaufbau dieser Vorrichtung mit dem dargestellten Magnetfühler 14 ist in Fig.2 in Blockschaltbildform veranschaulicht, wobei der Magnetfühler 14 aus einem Eisenkern 15 besteht, der mit Primär- und Sekundärwicklungen 16a bzw. 166 bewickelt ist. Die Primärwicklung 16a ist über einen Verstärker 18 in Empfangsbeziehung zu einem Oszillator 17 geschaltet. Über diesen Weg empfängt die Primärwicklung eine Wechselspannung vom Oszillator 17. Die Sekundärwicklung 166 ist mit einem Voltmeter 19 verbunden, das seinerseits zum Verstärker 18 rückgekoppelt ist. Dieser Rückkopplungsweg liefert eine geeignete Spannung, die in der Sekundärwicklung des Magnetfühlers 14 induziert und ihrerseits durch das Voltmeter 19 gemessen wird. Ein Leistungsmesser bzw. Wattmeter 20 ist in Empfangsbeziehung mit der Primärwicklung 16a und dem Ausgang des Voltmeters 19 verbunden. Das Ausgangssignal des Wattmeters 20 wird einem Rechner 21 eingegeben, in welchem die Ände-

rungsgröße des Eisenverlusts im Bolzen 12 auf der Basis der vom Wattmeter 20 gelieferten Daten berechnet wird, während die Spannung im Bolzen 12 bzw. die Anzugsbelaslung auf der Grundlage der Eisenverlust-Änderungsgeschwindigkeit bzw. -größe berechnet wird. Die entsprechenden, berechneten Werte werden durch ein geeignetes Meßgerät 22 angezeigt. Der Rechner 21 kann nur die Eisenverlust-Änderungsgröße im Bolzen berechnen. Vorzugsweise wandelt er diese berechnete Änderungsgröße auf zweckmäßige Weise in die entsprechende mechanische Spannung um. Ein Beispiel für den Rechner besteht aus einer auf Zeitmultiplex- bzw. Simultanbasis arbeitenden Multiplizierschaltung, die mit dem Primärstrom und den Sekundärströmen vom Magnetfühler 14 beschickt wird, einem mit dem Eingang ts an diese Schaltung angeschlossenen Analog/Digital-Wandler, einer Schaltung zum Halten (Speichern) einer Anfangsgröße des Eisenverlusts bzw. einer Größe des Eisenverlusts zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Belastung gleich Null ist, und einer Arithmetik- bzw. Recheneinheit zur Berechnung der Änderungsgröße des Eisenverlusts (d.h. Verhältnis der Eisenverlust-Änderungsgröße zur Anfangsgröße) auf der Grundlage des Ausgangssignals von der Halteschaltung. Diese Schaltungsbauteile sind im Handel erhältlich.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform mißt den Eisenverlust als Produkt aus dem Primärstrom und der Sekundärspannung des Magnetfühlers 14. In abgewandelter Ausführungsform kann eine sogenannte H-Spule zur Messung der Magnetisierkraft zusätzlich vorgesehen und dicht an einem Meßobjekt angeordnet werden. In diesem Fall ist die integrierte Größe, die sich aus der Integration der induzierten Spannung in der //-Spule in Abhängigkeit von der Zeit ergibt, dem Pri- märstrom des Magnetfühlers 14 proportional. Der Eisenverlust kann somit ohne weiteres auf der Grundlage der induzierten Spannung an der //-Spule und der induzierten Spannung an der Sekundärwicklung des Magnetfühlers 14 berechnet werden.

Im Betrieb der Vorrichtung wird der Magnetfühler 14 in die Bohrung 13 eingeführt, und der Oszillator 17 wird in Gang gesetzt Dabei wird um die Primärwicklung herum ein Magnetfeld erzeugt, bei welchem der entstehende Magnetfluß a parallel zu einer im Bolzen 12 vorhandenen Zugspannung und zum Innenraum der Bohrung 13 verläuft, um zum Eisenkern 15 zurückzulaufen, so daß gemäß Fig.3 eine geschlossene Magnelschleife gebildet wird. Wenn sich unter diesen Bedingungen die auf den Bolzen 12 wirkende Spann- bzw. Anzugsbelastung ändert, verändert sich auch die magnetische Charakteristik bzw. Kennlinie des Bolzens, so daß sich der durch die Primärwicklung 16a fließende Erregungsstrom zusammen mit der Sekundärspannung ändert. Diese Größen werden im Wattmeter 20 multipliziert und dann durch den Rechner 21 in die entsprechende Eisenverlust-Änderungsgröße und die Anzugsbelasttung umgewandelt.

Fig.4 veranschaulicht die Ergebnisse eines durchgeführten Versuchs. Wie aus dieser grafischen Darstellung hervorgeht, wurde bei 200 Hz in einem Bereich der an- eo gewandten Bolzen-Anzugsbelastung eine Eisenverlust-Änderungsgröße von etwa 2% erreicht, während diese Größe bei 1000 Hz etwa 10% betrug. Diese Änderungsgrößenwerlesind im Vergleich zu den nach dem bisherigen Verfahren erzielten Werten ausreichend groß. Wenn die Frequenz des an den Magnetfühler 14 angelegten Wechselstroms zu hoch ist, tritt ein Oberflächeneffekt auf, wenn der Magnetfluß den Bolzen 12 durchfließt. Diese Frequenz liegt daher vorzugsweise unter 1000 Hz.

Fig.5 veranschaulicht ein bevorzugtes Beispiel für einen bei der Vorrichtung zu verwendenden Magnetfühlerkern 20a. Dabei sind die beiden Enden des Eisenkerns 20a, wie dargestellt, erweitert, um die Spalte zwischen dem Magnetfühler und der Innenfläche des Bolzens 12 zu verkleinern. Infolgedessen wird die magnetische Reluktanz bzw. der magnetische Widerstand in der bei der Messung gebildeten Magnetbahn unter Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit des Magnetfühlers 14 reduziert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Primär- und Sekundärwicklung zwischen den beiden erweiterten Enden um den Eisenkern herum gewickelt.

Ein anderes Beispiel für den Magnetfühler ist in F i g. 6 dargestellt. Gemäß F i g. 7 hängt die magnetische Charakteristik eines Werkstoffs stärker von einer Druckspannung als von einer Zugspannung ab. Wenn daher der Magnetfühler so ausgelegt ist, daß er effektiv auf die Druckspannung bzw. -belastung anspricht, kann mit ihm die Eisenverlust-Änderungsgröße genauer gemessen werden. Das Ausführungsbeispiel nach Fig.6 ist so ausgebildet, daß es zur Messung der Eisenverlust-Änderungsgröße auf die Druckspannung anspricht. Wenn der (Schraub-)Bolzen festgezogen ist, wirkt die in seiner Axialrichtung ausgeübte Belastung als Zugspannung, während sie senkrecht dazu als Druckbelastung bzw. -spannung wirkt Gemäß den F i g. 6 und 8 sind bei diesem Ausführungsbeispiel die beiden Seiten eines Eisenkerns 2ta jeweils mit halbkreisförmigem Querschnitt und mit nach außen gekrümmter Außenfläche geformt. Primär- und Sekundärwicklung sind in Längsrichtung zwischen diesen beiden Seiten um den Eisenkern herumgewickelt. Bei dieser Konstruktion tritt der erzeugte Magnetfluß von der einen halbkreisförmigen Seite des Eisenkerns aus, um in den Bolzen 12 einzutreten und diesen in Umfangsrichtung zu passieren, in welcher die Druckspannung einwirkt, und sodann zur anderen halbkreisförmigen Seite des Eisenkerns zurückzulaufen, von wo aus er durch den Eisenkern zur anderen Seite hindurchtritt (vgl. Fig.9). Mit dem Magnetfühler mit dem beschriebenen Aufbau kann somit die der BoI-zenanzugsbelastung proportionale Druckspannung gemessen werden. Fig. 10 veranschaulicht eine Änderung der Eisenverlust-Änderungsgröße in Abhängigkeit von der Boizenanzugsbelastung bei Verwendung des Magnetfühlers gemäß F i g. 6. Im Fall der Druckspannung ändert sich diese Änderungsgröße zwangsläufig auf die dargestellte Weise, wobei sie größer als im Fall einer Zugspannung, dieser Zugspannung jedoch im wesentlichen proportional ist.

Falls bei hoher Permeabilität des magnetischen Materials dieses von einer vorgegebenen Größe eines Wechselmagnetflusses durchflossen wird, durchfließt dieser Magnetfluß nur den Oberflächenbereich des magnetischen Materials. Wenn die Permeabilität niedrig ist, fließt der Magnetfluß aufgrund der Reaktionswirkung des erzeugten Streu- bzw. Wirbelstroms tief durch das magnetische Material hindurch. Wenn sich dabei die Magnetflußverteilung ändert, ändert sich auch der Eiscnvcrlust In diesem Fall bestimmt sich der Eisenverlusl Pungcfähr wie folgt:

i. -L -J- Paf2 6t - μ 2

worin "

f die Frequenz,

δ die Leitfähigkeit des Meßobjekts und

μ die Permeabilität des Meßobjekts bedeuten.

Diese Beziehung zeigt, daß sich der Eisenverlust mit abnehmender Permeabilität μ vergrößert. Die Permeabilität ist in dieser Beziehung diejenige des Meßobjekts selbst und nicht die die Spalte einschließende scheinbare Permeabilität. Wenn daher die Spalte im Magnetkreis vorhanden sind und der Erregungsstrom groß ist, ist der Eisenverlust unveränderbar. Wenn der Magnetfühler unter Berücksichtigung dieses Umstands ausgebildet wird, kann mit ihm der Eisenverlust unabhängig vom Vorhandensein der Spalte genau gemessen werden.

Ein Beispiel für einen auf dieser Grundlage konstruierten Magnetfühler 32 ist in F i g. 11 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet einen U-förmigen Eisenkern 32a, bei dem die Wicklung 326 um den Bodenbzw. Basisteil des Magnetkerns herumgewickelt ist. Die Wicklung 326 enthält dabei selbstverständlich sowohl die Primär- als auch die Sekundärwicklung. Im Gebrauch kommen die Enden beider Schenkelabschnitte des Kerns 32a mit der Oberfläche eines Meßobjekts 31 in Berührung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel tritt der Eisenverlust an zwei Stellen auf: einmal im Kern 32a des Magnetfühlers 32 und zum anderen im Meßobjekt 31. Falls jedoch der Eisenkern 32a aus einem Werkstoff mit niedrigem Eisenverlust hergestellt wird, ist der Eisenverlust im Meßobjekt 31 vorherrschend, während derjenige im Eisenkern vernachlässigbar ist. Hierdurch wird die Ansprechempfindlichkeit des Magnetfühlers verbessert.

Fig. 12 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Eisenverlust-Änderungsgröße bzw. -geschwindigkeit und der Spannung für den Fall, daß auf das Meßobjekt eine Zugbelastung einwirkt und der Magnetfühler gemäß F i g. 11 senkrecht zum Meßobjekt an diesem angesetzt ist. In F i g. 12 gelten die Kurve A für einen Weichstahl und die Kurve B für einen legierten Stahl. Die gestrichelten Linien C geben die Bereiche der plastischen Verformung für diese Werkstoffe an. Fn der Richtung, in welcher der Magnetfühler angeordnet ist, tritt die Druckspannung entsprechend dem Poisson-Verhältnis (Querdehnungsziffer) auf, und der Eisenverlust nimmt zu. Wie aus der grafischen Darstellung gemäß Fi g. 12 hervorgeht, sind in den Elastizitätsbereichen die Eisenverlust-Änderungsgröße und die (mechanische) Spannung linear aufeinander bezogen. Innerhalb dieser Bereiche ist es daher einfach, die Eisenverlust-Änderungsgröße in die entsprechende Belastung umzuwandeln.

Wenn der Magnetfühler gedreht wird, kann die Richtung der Spannung festgestellt werden.

F i g. 13 veranschaulicht die Verwendung des Magnetfühlers gemäß F i g. 11 für die Torsionsmessung. Die Torsion des Meßobjekts wird in der Weise gemessen, daß der Magnetfühler 42 fest an der Oberfläche eines rotierenden, ferromagnetischen Elements 41 angesetzt und die Oberflächenspannung des Elements 41 gemessen wird. Gemäß Fig. 13 ist der Magnetfühler in schräger Lage am Element 41 angesetzt, um dieses in der Hauptrichtung der Spannung zu magnetisieren. Da, wie vorher erwähnt, die Druckspannung bei der Messung des Eisenverlust-Änderungsverhältnisses die Zugspannung überwiegt, kann der Magnetfühler 42 senkrecht zur Achse des rotierenden Elements 41 oder parallel zu seiner Achse angeordnet werden. In diesem Fall vergrößert sich der Eisenverlust in Abhängigkeit von der Torsion bzw. vom Drehmoment.

Fig. 15 veranschaulicht die radiale Spannungsverteilung im Oberflächenbereich eines Bolzen- bzw. Schraubenkopfes beim Anziehen des Bolzens. Fig. 16 veranschaulicht die periphere bzw. umfangsmäßige Verteilung der Spannung unter denselben Bedingungen. In den Fig. 15 und 16 stellen die Kurven A, Sund Cdie Spannungsverteilungskurven in Tiefen von 0.5 mm, 1,5 mm bzw. 2.5 nun von der Kopfoberfläche dar. Die Spannung entspricht der Druckspannung im Bereich von 10 bis 20 kg/mm², wenn der Schraubbolzen mit einer Anzugsbelastung bzw. einem Anzugsmoment von 40 kg/mm² in Axialrichtung beaufschlagt wird. Diese Beziehung zwischen der Bolzen-Anzugsbelastung und der Druckspannungsänderung ist innerhalb des elastischen Bereichs linear. Wenn somit der Magnetfühler gemäß F i g. 11 so am Bolzenkopf angesetzt wird, daß der Magnetfluß in letzterem mit der Richtung der Druckspannung zusammenfällt, kann die Anzugsbelastung anhand der durch den Magnetfühler festgestellten Eisenverlust-Charakteristik bzw. -Kennlinie ermittelt werden. Dies kann mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 realisiert werden.

Gemäß F i g. 14 ist der Magnetfühler 53 der Art nach Fig. 11 am Kopf eines Schraubbolzens 52 angeordnet, der zur sicheren Verbindung zweier Elemente 51a und 516 festgezogen ist. Der Magnetfühler 53 besteht dabei aus einem U-förmigen Eisenkern 54, um den Primär- und Sekundärwicklungen 55a bzw. 556 herumgewickelt sind. Durch die Wechselstromerregung der Primärwicklung 55a des Magnetfühlers 53 wird ein Magnetkreis gebildet, welcher den Schraubbolzenkopf und den Eisenkern 54 einschließt. In diesem Fall hindert der Oberflächeneffekt den erzeugten Magnetfluß an einem tiefen Eindringen in den Schraubbolzenkopf, so daß der Magnetfluß nur den Oberflächenbereich des Schraubbolzenkopfes durchläuft und zum Magnetfühler 54 zurückkehrt.

Fig. 17 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetfühlers für die Vorrichtung. Dabei besitzt der Eisenkern 61 einen W-förmigen Querschnitt. Primär- und Sekundärwicklung 65a bzw. 656 sind in den Raum zwischen dem vergleichsweise dicken Mittelpol und den verhältnismäßig dünnen Randwänden des Eisenkerns 61 eingesetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel fließt der Magnetfluß vom Mittelpolteil radial nach außen, um durch die Oberfläche des Meßobjekts hindurchzutreten und zu den oberen Enden der Randwände zurückzukehren.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 vermeidbar. Der größte Teil der durch einen Erregungs- Patentansprüche: strom erzeugten magnetomotorischen Kraft (Amperewindungen) wird in diesen Spalten verbraucht Aus die-

1. Vorrichtung zur Messung einer mechanischen sem Grund müssen die Spaltlängen konstant gehalten Spannung in einem ferromagnetischen Meßobjekt, 5 werden, weil eine Änderung der Spaltlängen zu einer bestehend aus einem Magnetfühler in Form eines Abweichung in der Permeabilität führt Auch wenn die Eisenkerns mit um diesen herumgewickelter Primär- Spaltlängen konstant gehalten werden, hängt die Größe und Sekundärwicklung, einer Wechselstromquelle der Permeabilitätsänderung, die sich aus einer Ändezur Speisung der Primärwicklung des Magnetfühlers rung der Spannung ergibt, nur von den Amperewindun- und aus einer an die Sekundärwicklung angeschlos- 10 gen des Magnetkreises im Objekt ab, der einen Teil des senen Meßeinrichtung zur Ermittlung der in der Se- gesamten, die Spalte einschließenden Magnetkreises kundärwicklung des Magnetfühlers induzierten bildet Die Größe der gemessenen Permeabilitätsände-Spannung, wobei das Meßobjekt im Magnetfeldbe- rung ist daher klein, so daß die genaue Bestimmung der reich des Magnetfühlers angeordnet ist, dadurch Permeabilität des Meßobjekts schwierig ist

g e k e η η ζ e i c h η e t, daß eine Recheneinheit (21) 15 Beim zweitgenannten bisherigen Restspannung-

zur Berechnung einer Änderung des Eisenverlusts Meßverfahren mittels einer Koerzitivkraft wird letztere

des Meßobjekts anhand des der Primärwicklung als Erregungsstromgröße am Scheitelpunkt der in der

(16aj des Magnetfühlers (14) zugeführten Stroms Sekundärspule induzierten Spannung oder zu einem

und der in der Sekundärwicklung (t6b) induzierten Zeitpunkt gemessen, an welchem die Magnetflußdichte

Spannung, und eine Einrichtung (22) zur Umwand- 20 gleich Null ist Mit anderen Worten: dieses Verfahren

lung der berechneten Eisenverluständerung in eine erfordert eine Messung der Augenblicksgröße des

mechanische Spannung des Meßobjekts vorgesehen Wechselstroms. Wenn sich der Einsatzzeitpunkt eines

ist. Impulses, mit dem die Messung einer Augenblicksgröße

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- angefordert wird, vom richtigen Zeitpunkt aus verzeichnet daß das Meßobjekt ein Schraubbolzen ist 25 schiebt fällt der gemessene Magnetfluß unweigerlich und daß die mechanische Spannung eine auf den auf Null ab, wobei auch die gemessene Augenblicksgrö-Schraubbolzen ausgeübte Anzugsbelastung ist, daß ße des Erregungsstroms von ihrem tatsächlichen Auder Magnetfühler (14) an Schraubbolzen in der Wei- genblickswert abweicht. Hierdurch werden Meßfehler se ansetzbar ist, daß der durch den Magnetfühler im eingeführt Der Erregungsstrom schwankt auch dann, Schraubbolzen erzeugte Magnetfluß mit der Rieh- 30 wenn die Magnetflußdichte (nur) geringfügig abweicht, «mg der Druckspannung koinzidiert wobei die insbesondere aufgrund der Spalte zwischen dem Ma-Druckspannung in dem Abschnitt des Schraubbol- gnetfühler und dem Meßobjekt erheblich, was wiederzens, welchen der Magnetfluß passiert die auf den um zu Meßfehlern führt

Schraubbolzen ausgeübte Anzugsbelastung dar- Die GB-PS 13 69 404 betrifft ein Verfahren zur Messteilt 35 sung der mechanischen Spannung eines Meßobjekts,

wobei die Magnetostriktion ausgenutzt wird. Bei einer

Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens wird ein Meßgerät nicht nur durch die mechanische Spannungsänderung des Meßobjektes, sondern auch

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung 40 durch die Änderung des Luftspaltes zwischen dem Maeiner mechanischen Spannung in einem ferromagneti- gnetfühler und dem Material des Meßobjektes erregt sehen Meßobjekt bestehend aus einem Magnetfühler in Die Anzeige des Meßgerätes gibt somit nicht nur eine Form eines Eisenkerns mit um diesen herum gewickel- Änderung der Leistung an bzw. das bekannte Verfahren ter Primär- und Sekundärwicklung, einer Wechsel- ist sehr empfindlich gegenüber Änderungen der Größe stromquelle zur Speisung der Primärwicklung des Ma- 45 des Luftspaltes. Dieses bekannte Verfahren ist daher gnetfühlers und aus einer an die Sekundärwicklung an- nur in solchen Fällen durchführbar, bei denen das Meßgeschlossenen Meßeinrichtung zur Ermittlung der in objekt eine glatte ebene Auflagefläche für den Meßfühder Sekundärwicklung des Magnetfühlers induzierten ler bietet. Die genannte Patentschrift enthält keinen Spannung, wobei das Meßobjekt im Magnetfeldbereich Hinweis darüber, wie die mechanische Spannung eines des Magnetfühlers angeordnet ist 50 Meßobjektes mit Hilfe des Eisenverlustes ermittelt

Es hat sich gezeigt daß die magnetischen Eigenschaf- wird.

ten eines ferromagnetischen Materials von einer Ände- Im »Handbuch für elektrisches Messen mechanischer

rung der Spannung dieses Materials abhängen. In die- Größen« von C. Rohrbach, Düsseldorf 1967, Seite 181,

sem Zusammenhang beschreiben S. Abuku und B. B. Abschnitt D 5.1, ist das Prinzip des sogenannten Trans-

Cullity ein Verfahren zur Bestimmung der Restspan- 55 formatorgebers beschrieben. Hier wird gezeigt, daß die

nung unter Heranziehung einer Korrelation zwischen Streuindukttvitäten der Primär- und der Sekundärspule

der Permeabilität und der Zugspannung (vgl. »A ma- des Transformatorgebers sowie die Gegeninduktivität

gnet method for the determination of residual stress«, geändert werden, wenn auf das magnetische Kernmate-

Experimental Mechanics, Mai 1971, Seite 217 bis 223). rial eine mechanische Spannung ausgeübt wird. Die

Die JP-OS 44425/76 beschreibt ein Verfahren zur zer- 60 Wirkungsweise dieses bekannten Transformatorgebers

störungsfreien Messung einer Eigen- oder Restspan- beruht somit aus der Auswertung der Veränderungen

nung eines Bauteils durch Messung der Koerzitivkraft der Streuinduktivitäten und der Gegeninduktivitäten

Das zuerst genannte, bisherige Verfahren stützt sich der beiden Spulen. Bei diesem Transformatorgeber ist

auf eine Permeabilitätsänderung, doch ist dieses Verfah- Meßobjekt somit der Kern des Transformatorgebers

renanfällig für physikalische Spalte im Magnetkreis zur es selbst, während bei der erfindungsgemäßen Vorrich-

Messung der Permeabilität eines Meßobjekts. Tatsäch- tung der Eisenkern Teil des vom Meßobjekt getrennten

Hch sind jedoch gewisse Unterbrechungen oder Spalte Magnetfühlers ist Es können mit dem bekannten Trans-

zwischen dem Meßobjekt und einem Magnetfühler un- formatorgeber somit keine mechanischen Spannungen