DE3322928C2

DE3322928C2 - Meßumformer

Info

Publication number: DE3322928C2
Application number: DE19833322928
Authority: DE
Inventors: Rudolf 3300 Braunschweig Charvat; Rudolf Dr.-Ing. Prinz
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1982-07-02
Filing date: 1983-06-25
Publication date: 1986-03-27
Also published as: DE3322928A1

Abstract

Meßwertaufnehmer mit einem Rahmen als Träger für eine erste Meßreferenz und einem relativ zum Rahmen beweglichen Element für eine zweite Meßreferenz. Im Meßwertaufnehmer ist ein quer zur Bewegungsrichtung des Trägers gerichtetes Magnetfeld mit wenigstens einem Luftspalt vorgesehen. In diesem ist quer zum Magnetfeld ein Träger angeordnet und weiter zwei Feldplattenpaare mit je zwei in Bewegungsrichtung des Trägers im Abstand angeordneten Feldplatten. Die Feldplatten sind mit ihren Plattenpolen jeweils entgegengesetzt gerichtet. Es sind weiter Mittel vorgesehen, mit denen bei einer Bewegung des Trägers die Durchdringung der Feldplattenpaare durch das Magnetfeld veränderbar ist. Die Ausgänge der Feldplatten sind zu einer Brücke verschaltet, in der in einer Diagonale eine Meßwertanzeige geschaltet ist, während an der anderen Diagonale eine Gleichstromspeisespannung anliegt.

Description

a) zwei Feldplattenpaare, die jeweils über eine Zwischenschicht aus einem magnetisch weichen Material mit ihren im Abstand voneinander liegenden Feldplatten einander gegenüberliegend auf einander gegenüberliegenden, zueinander parallelen Magnetpolflächen in dem als magnetischer Rückschluß ausgebildeten Rahmen angeordnet sind,

b) ein Anker (20; 46; 106; 162; 222; 242), der mit dem Träger (22; 48; 98; 148; 216; 246) für den zweiten Meßpunkt verbunden und im Bereich zwischen den beiden Feldpiatten der beiden Feldplattenpaare quer zur Symmetrielinie zwischen diesen Feldpiatten beweglich ist.

2. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Magnetpolflächen Permanentmagnete (8,10; 108) angeordnet sind.

3. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (22; 98; 246) über zwei im Abstand voneinander angeordnete parallele Blattfedern (24,26; 100; 248) gefuhrt ist.

4. Meßumformer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (216) mit wenigstens einer Membranfeder (212; 214) geführt ist.

5. Meßumformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranfeder (214) als bewegliche Wand einer mit einem Fluid beaufschlagbaren Kammer ausgebildet ist.

6. Meßumformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger mit einem Ende mit der Membranfeder verbunden und von dieser getragen ist.

7. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (148) einseitig schwenkbar aufgehängt ist und an seinem freien Ende die zweite Meßreferenz (150) trägt.

8. Meßumformer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Träger (148) in unterschiedlichen Abständen vom Schwenkgelenk (152) eine Mehrzahl von Ankern (162, 164) angeordnet ist, die jeweils mit gesonderten Feldplattenpaaren zusammenwirken.

9. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (182) ringförmig ausgebildet ist, wobei die Pole (184, 186) vom inneren Umfang des Rahmens vorstehend und daß der Träger (216) in Achsrichtung des Rahmens verschiebbar gelagert ist.

10. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (90) viereckig ausgebildet ist, wobei die offenen Seiten des Rahmens durch Platten (92) abgedeckt sind, auf deren Innenseite jeweils einander gegenüber die Feldplatten-Daare (109, 111) angeordnet sind, daß in einem

Schenkel (94) des Rahmens ein Fenster (96) angeordnet ist, in dem der Träger (98) über zwei parallele Blattfedern (100) parallel zu diesem Rahmenschenkel geführt ist, und daß an der dem Inneren des Rahmens zugewandten Seite des Trägers der Anker (106) gehaltert ist.

11. Meßumformer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der das Fenster (96) umgebenden Fläche des Rahmens und der Außenseiten des Trägers (98) Gewindebohrungen zur lösbaren Befestigung von Meßadaptern (110, 112; 114, 116; 128, 132) vorgesehen sind.

12. Meßumformer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßadapter in die Gewindebohrungen einschraubbare Meßspitzen (110, 112) vorgesehen sind.

13. Meßumformer nach Anspruch 11. dadurch gekennzeichnet, daß der Meßadapter Arme (128,132) aufweist, die sich quer zur Bewegungsrichtung des Trägers erstrecken und an denen Meßspitzen (134, 136) angeordnet sind, die sich in Bewegungsrichtung des Trägers aufeinander zu erstrecken.

14. Meßumformer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Träger und am Rahmen gabelförmige Meßadapter (114, 116) mit sich in Bewegungsrichtung erstreckenden Aufnahmeschlitzen befestigt sind, und daß an deren Schenkeln (120) jeweils sich quer zur Bewegungsrichtung des Trägers (98) erstreckende Schrauben (122) zur Befestigung an dem zu prüfenden Werkstück (124) vorgesehen sind.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßumformer der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art.
Bei einem bekannten Meßwertaufnehmer der gattungsgemäßen Art, der für die Messung von Schubverformungen von Klebstoffschichten bestimmt ist (DE-OS 35 068), ist zwischen den relativ zueinander beweglichen Trägern für die Meßpunkte ein induktiver Wegaufnehmer angeordnet. Ein solcher induktiver Wegaufnehmer erfordert die Verwendung aufwendiger Verstärkereinrichtungen. Darüber hinaus hat ein solcher Meßwertaufnehmer bedingt durch die Induktionsspule ein verhältnismäßig großes Einbauvolumen und das reproduzierbare Auflösungsvermögen ist stark begrenzt.

Bekannt sind weiter Feldplattenmeßwertaufnehmer (Siemens-Bauteile-Information 6 (1968) 5, Seiten 172-177, Siemens Bauteile Report, 17 (1979) 2). Die Feldplatte ist ein Halbleiterbauelement, dessen Widerstand in einem Magnetfeld stark zunimmt. Zur Messung von kleinen Wegänderungen ist es hierbei bekannt, die Feldplatte mehr oder weniger zwischen die Pole eines homogenen oder inhomogenen Magnetfeldes einzutauchen bzw. die Feldplatte fest zwischen den Polen eines homogenen Magnetfeldes anzuordnen und das Magnetfeld durch einen beweglichen Anker in Nebenschluß zu verändern.

Es ist weiter ein Druck- und Wegaufnehmer bekannt, bei dem eine schmale Doppelfeldplatte in ein scharf gebündeltes Magnetfeld eintaucht. Die beiden Feldplatten liegen hier in einer Brückenschaltung, durcii die eine hohe Signalspannung erreicht wird. Die bewegliche Masse ist hierbei stromführend und daher infolge Aufheizung durch die Speiseleistung thermisch instabil. Für

statische Messungen ist ein solcher Aufnehmer nicht geeignet. Weiter ist ein solcher Aufnehmer durch die zu den Feldplatten führenden Anschlußdrähte mit einer die Meßgenauigkeit beeinträchtigenden Hysterese behaftet (Zeitschrift »Elektronik« 1965, Heft 8, Seite 229).

Zur Erzeugung von elektrischen Signalen mittels Feldplattenpaaren ist es bekannt, auf den einander entgegengesetzt liegenden Polen eines Permanentmagneten jeweils über gesonderte Weicheisen-Polschuhe im Abstand voneinander Feldplatten anzuordnen und die vier Polplatten zu einer Brücke zu verschalten. An den Feldpiatten werden gesonderte Weicheisenteile mit diskreten Vorsprüngen, insbesondere Zahnanordnungen, vorbeigeführt. Hierbei ist der Wirkungsgrad am größten, wenn der Abstand der Mitten der Feldplatten gleich der halben Zahnteilung der Zahnordnung ist Mit einer derartigen Anordnung werden Impulse erzeugt, für Wegmessungen ist sie nicht vorgesehen (DE-OS 22 38 525).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Meßumformer der gattungsgemäßen A.rt so auszugestalten, daß Wegänderungen im Bereich kleiner 1 μΐη mit eir^r hohen Auflösung ohne Temperaturbeeinflussung und ohne mechanische Hysterese mit geringem gerätetechnischem Aufwand meßbar sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 herausgestellten Merkmale.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit einem Meßumformer gemäß der Erfindung läßt sich eine reproduzierbare Meßwertauflösung in der Größenordnung von 10 μπι erreichen. Der Meßumformer läßt sich mit sehr geringem Bauvolumen und Gewicht herstellen und zeichnet sich durch einen sehr großen Störabstand (Nutz-/Rauschsignal) aus.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben:

Fig. 1 zeigt prinzipiell den Aufbau und die Wirkung eines Meßumformers gemäß der Erfindung in einer Ausführungsform mit Permanentmagneten.

Fig.2 zeigt wiederum schematisch eine Ausführungsform mit einem Elektromagneten.

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Meßumformers gemäii der Erfindung mit einer ersten Anordnung von Meßfühlern.

Fig.4 zeigt einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 3.

Fig.5, 6 und 7 zeigen weitere Ausführungsformen von Meßfühlern und Meßfühleradaptern.

F i g. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Meßumformers.

F i g. 9 zeigt einen Schnitt längs der Linie X-X durch eine weitere Ausführungsform.

Fig. 10 zeigt einen Schnitt längs der Linie XI-XI in F ig. 9.

F i g. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform in Seitenansicht.

Fig. 12 zeigt einen Schnitt längs der Linie XIIi-XlII in Fig. 11.

Fig. 13 zeigt einen Schnitt längs der Linie XIV-XIV in Fig. 11.

Fig. 14 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Blattfeder, wie sie bei der Ansführungsform nach Fig. 11 verwendbar ist.

Der in F i g. 1 schema'.>.ch dargestellte Meßumformer weist ein hier C-förmig ausgebildetes Gestell 2 auf. Auf den einander zugewandten Seiten der Enden der Schenkel 4 und 6 sind Permanentmagnete 8,10 befestigt, die parallel zueinander liegen, und zwar mit entgegenge setzter Polarität Auf den freien Flächen der Permanentmagnete 8 und 10 sind jeweils nebeneinander zwei Feldplatten, und zwar die Feldplatten 12 und 14 auf dem Permanentmagneten 8 und die Feldpiatten 16 und 18 auf dem Permanentmagneten 10 angebracht Im freien Raum zwischen den beiden Feldplattenpaaren ist ein Anker 2G- aus einem magnetisch leitenden Material angeordnet und zwar auf einem beweglichen Träger 22, der über zwei im Abstand voneinander liegende Blattfedern 24 und 26 in Richtung des Doppelpfeils verschiebbar ist Die Blattfedern sind im Gestell eingespannt und mit dem Träger 22 fest verbunden. Die vier Feldplatten, die jeweils zwei in der Zeichnung nicht dargestellte elektrische Anschlüsse haben, sind, wie in F i g. 1 unten dargestellt, zu einer Brücke verschaltet und mit einer Spannungsquelle 28 zur Brückenspeisung versehen. Die Widerstandsänderung der Feldplatten kann mittels Instrument 30 angezeigt, mit Schreibe registriert oder nach AD-Wandlung abgespeichert und vtrarbeitet werden. Durch die Brückenschaltung wird gleichzeitig eine Temperaturkompensation erzielt.

Die beiden Feldplattenpaare 12,14 und 16,18 können als handelsübliche Differer.tialfeldplattenfühler ausgebildet sein. Zur Erzielung eines größeren Meßbereiches kann es zweckmäßig sein, die Feldplattenfühler in einem größeren Abstand voneinander anzuordnen als dies bei handelsüblichen Differentialfeldplattenluhlern der Fall ist.

Durch den Anker 20 werden die magnetischen Feldlinien im Luftspalt zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Magnetpolen konzentriert Die Kpnzentration ist abhängig von der Dicke des Ankers. Bei Verschiebung des Ankers 20 ändert sich der Magnetfluß durch die Feldpiatten der beiden Feidpiattenpaare. Hierdurch wird die Brücke entsprechend verstimmt und im Anzeigegerät 30 eine entsprechende Anzeige hervorgerufen. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß mit eine· einfachen Brückenschaltung und einer zweckmäßig stabilisierten Speisespannung von 5 V DC bei einem Meßbereich des Meßumformers in der Größenordnung von 0,2 mm eine hohe Auflösung innerhalb des Meßbereiches erreicht wird. Bei einem Meßumformer der weiter unten beschriebenen Ausführungsform nach Fig.4 und 5 wurden bei Verwendung von Feldplatten-Differentialfühlern FP 111 L 100 der Firma Siemens AG, München, folgende Werte erreicht:

Meßbereich ± &;2 mm

Speisespannung für die Brücke 5 V DC stabilisiert Innenwiderstand 22b Ω
Speisestrom 25 mA

Spannung in der Brückendiagonale für den Mie3bereich ±0,2 mm ±300 mV.

Damit ist es möglich, den Meßwertgeber über einen einfachen Anpassrngsvorverstärker direkt in ein Steuersystem einzubeziehen. Der Meßumformer hat ferner den Vorteil, daß er mit sehr geringen Abmessungen herstellbar ist. Hierauf wird weiter unten un'er Bezug auf F i g. 4 und 5 näher eingegangen.
Bei der Ausführungsforin nach F i g. 2 ist das hier wiederum C-förmig da. gestellte Gestell 32 als Kern eines Elektromagneten ausgebildet, dessen Wicklung 34 auf dem Steg 36 des Gestells angeordnet ist. An den freien Enden der Schenkel 38, 40 sind auf den einander züge-

wandten parallelen Endflächen, die den Nordpol bzw. den Südpol bilden, in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach F i g. I zwei Feldplattenpiiare 42,44 angeordnet. Im freien Raum zwischen den Feldplattenpaaren ist hier wiederum ein Anker 46 auf einem Träger 48 in Richtung des Doppelpfeils verschiebbar. Der Träger 48 kann wiederum in gleicher Weise mit Hilfe von Blattfedern in Achsrichtung geführt sein. Die Feldplatten der beiden Feldplattenpaare 42 und 44 sind wiederum zu einer Brücke 50 verschaltet. Die Spannungsquelle 52 dient hier gleichzeitig als Spannungsquelle für den Elektromagneten 34. Durch J:e Brückenschakung der Feldplattenpaare 42 und 44 wird wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 eine Temperaturkompensation erzielt. Zusätzlich kann eine Spulenstromsteuerung 54 für den Elektromagneten mit einem NTC- bzw. PTC-Widerstand vorgesehen werden, um temperaturabhängige Änderungen der Empfindlichkeit der Feldnlatten zu kompensieren.

Eine zweckmäßige Ausführungsform ist in F i g. 3 und 4 dargestellt. Das Gestell 90 ist hier als geschlossener viereckiger Rahmen ausgebildet, der darüber hinaus seitlich durch Platten 92 abgedeckt ist, von denen in F i g. 3 lediglich die hintere Platte dargestellt, während die vordere Platte angedeutet ist. In dem Schenkel 94 des Rahmens 90 ist ein Fenster % ausgebildet, in dem ein Träger 98 beweglich angeordnet ist. Der Träger wird mittels zweier Blattfedern 100 geführt, die mit ihrem dem Träger 98 abgewandten Ende im hinteren Rahmenschenkel 102 durch Klemmung gehalten sind.

Mit dem Träger 98 fest verbunden ist ein Tragarm 104. der sich in das Innere des Rahmens 90 erstreckt und an seinem hinteren Ende einen sich quer zur Bewegungsrichtung des Trägers 98 — dargesiiellt durch den Doppelpfeil — erstreckender Anker 106 aus einem magnetisch leitenden Material befestigt ist. Auf der Innenseite der Platte 92 ist jeweils ein Permanentmagnet 108 angeordnet, und zwar derart, daß die gegenüberliegenden Magnete auf ihren einander zugewandten Seiten entgegengesetzte Polarität haben. Auf den Permanentmagreten 108 ist jeweils ein Paar in Abstand voneinander liegender Feldplatten 109 und 111 angeordnet, deren Längserstreckung in Richtung der Längserstrekkung des, Ankers 106 und damit quer zur Bewegungsrichtung des Trägers 98 liegt.

Auf der Außenseite des Rahmenschenkels 94 und der Stirnseite des Trägers 98 sind Befestigungsanordnungen für Meßspitzen oder Meßadapter angeordnet. Vorzugsweise sind hierfür Gewindebohrungen vorgesehen, in die Meßspitzen eingeschraubt werden können bzw. über die Meßadapter befestigbar sind. B.ei der Ausführungsform nach F i g. 3 sind an der Stirnseite nebeneinander zwei Meßspitzen UO im Schenkel 94 angeordnet, während im Abstand daneben an der Stirnseite des Trägers 98 eine Meßspitze 112 befestigt ist. Die Meßspitzen sind an ihrem in der Zeichnung nicht dargestellten hinteren Ende mit Gewinde versehen, mit denen sie in die Gewindebohrungen eingeschraubt sind.

Ein Meßfühler, wie er in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, iäßt sich mit sehr geringen Abmessungen herstellen, bei einer Gehäusebreite von 11 mm beispielsweise mit einer Gehäusehöhe von 20 mm und einer Gehäusetiefe von !6 mm. also mit einem Gesamtvolumen von 3.5 cm^J und einem Gewicht von ca. 20 g.

Bei einer Ausführungsform nach Fig. 5, in der für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen eingetragen sind wie in F i g. 3 und 4, sind die feststehenden Meßspitzen 110 auf einer Seite des Fensters 96 am Gestell angeordnet, während die Meßspitze 112 am Träger 98 in der Mitte angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine relativ schmale Meßbasis erzielt, mit der beispielsweise Schubverformungen zwischen zwei beispielsweise miteinander verklebten Werkstücken 113 und 115 gemessen werden können. Die beiden Meßspitzen 110 greifen dabei an dem Teil 115 an, während die Meßspitze 112 an dem Teil 113 angreift.

F i g. 6 zeigt den Meßumformer mit Meßadaptern für ίο die Durchführung von Rißöffnungsmessern. Mit dem Träger 98 ist hier eine U-förmige Klaue 114 verbunden, deren Spalt in Bewegungsrichtung des Trägers 98 liegt. Am Gestell 90 sind winkelförmige Elemente 116 befestigt, und zwar mit einem Schenkel 118, der mit dem Gestell verschraubt ist. Der rechtwinklig davon abstehende Schenkel 120 fluchtet mit den Schenkeln der Klaue 114. In die Klauenschenkel sind jeweils Schrauben 122 angeordnet, die auf ihrer Innenseite mit einer Spitze versehen sind. Mit diesen Befestigungsschrauben wird das Werkstück 124 beiderseits eines Risses 126 einmal mit der beweglichen Klaue 114 und zum andern mit den feststehenden Klauenbacken 120 starr verbunden.

In F i g. 7 ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit Meßadaptern dargestellt, mit denen die Querdehnung eines Probestabes meßbar ist. Am Träger 98 ist hierbei ein winke'förmiger Adapter 128 fest verbunden, während mit dem Gestell 90 ein Rahmen 130 fest verschraubt ist, der sich mit seinem Schenkel 132 parallel zu jo dem Schenkel des Adapters 128 erstreckt. An den Enden der Meßadapter sind Anlagestilte 134 am Bügel 132 und 136 am Adapterschenkel 128 angeordnet. Zur Durchführung einer Messung werden diese Stifte gegen die gegenüberliegenden Seiten eines Werkstückes 138 in Anlage gehalten, beispielsweise durch eine aufgesetzte Klammer oder dergleichen.

Mit dem in verschiedenen AusfüMrungsbcispicIep· beschriebenen Meßumformer werden nichtelektrische Meßgrößen nach Umformung in eine Wegänderung sehr genau und ohne wesentlichen Aufwand für Meßvei stärker bei sehr geringer Masse des Meßumformers selbst gemessen. Durch die besondere Anordnung der Feldplatten wird auch bei nicht exakter Führung der beweglichen Teile das Meßergebnis nicht beeinflußt und durch die Vollbrückenschaltung wird eine hohe Meßempfindlichkeit bei gleichzeitig sehr geringem Temperaturgang erzielt.

Bei der Ausführungsform nach Fig.8 ist wiederum ein geschlossener Rahmen 140 vorgesehen, der seitlich durch Platten geschlossen ist, von denen in Fig.⁰ die vordere Platte 142 angedeutet ist. Der in der Zeichnung unten liegende Rahmenschenkel 144 ist mit einer öffnung 146 versehen, durch die der bewegliche Träger 148 durchgreift, der an seinem außen liegenden Ende mit einer Meßspitze 150 versehen ist.

Der Träger 148 ist mit seinem anderen Ende 154 im oberen Rahmenschenkel 156 fest eingespannt. Unterhalb der Einspannstelle ist ein Schwenkgelenk 152 vorgesehen, um das der Träger 148 schwenken kann. Am Träger 148 sind im Abstand übereinander zwei Träger für die Anker 158,160 angeordnet, die mit einem querliegenden Anker 162, 164 mit Differentialfeldplattenpaaren 166,168 zusammenwirken, die in ähnlicher Weise wie die Feldplattenpaare 109, 111 der Ausführungsform nach den F i g. 3 und 4 an den Platten befestigt sind. In der Zeichnung sind die Differentialfeldplatten dargestellt die auf der hinten Hegenden Platte 170 befestigt sind.

Da der Träger 148 eine Schwenkbewegung durchführt, ist es zweckmäßig, die Anker 162, 164 radial zum Schwenkgelenk 152 anzuordnen und die Differentialfcldplatlcn entsprechend, so daß die Feldplatten parallel zu den Ankern liegen. Auf diese Weise wird die Nichtlinearität aufgrund der Bewegung der Ankerbleche auf einem Kreisbogen weitgehend kompensiert. Diese Kompensation wird weiter dadurch erleichtert, daß Meßumformer der beschriebenen Art im allgemeinen für sehr kleine Meßbereiche ausgelegt sind, die normalerweise unter einem Millimeter liegen.

Durch die Anordnung zweier Anker mit zugehörigen Feldplattenpaaren besteht die Möglichkeit, den Meßumformer für unterschiedliche Meßbereiche einzusetzen, und zwar unter Verwendung von Differentialfeldplatten mit gleichem Abstand. Selbstverständlich läßt sich die Ausführungsform nach F i g. 8 auch mit einem einzigen Anker ausbilden, der an beliebiger Stelle über die Länge des Trägers 148 angeordnet v/erden kann.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 8 ist es in einfacher Weise möglich, die Feldplatten gegen Verschmutzung zu schützen. Zu diesem Zweck kann im Innenraum des Gestells 140 eine elastische Trennwand 172 vorgesehen sein, durch die Träger für dl·? Anker durchgeführt sind.

Da sich Meßumformer nach Fig.8 mit besonders kleinen Rahmenabmessungen bauen lassen, kann sich hier das Problem stellen, eine ausreichende Länge für die Meßbasis zur Verfugung zu haben. Zu diesem Zweck kann am unteren Rahmenschenkel, wie in der Zeichnung dargestellt, eine Platte 174 befestigt sein, die an ihrem Ende die gestellfesten Meßspitzen 176 trägt. Diese Platte 174 kann gleichzeitig so ausgebildet sein, daß mit ihr der Meßumformer auf dem zu messenden Objekt festgeklemmt werden kann. Selbstverständlich ist es grundsätzlich auch möglich, die gestellfeste Meß-Epitze 176 unmittelbar am Gestell anzuordnen. Ebenso könnte der Rahmenschenkel 144 direkt über das Gestell 140 hinaus verlängert werden.

Eine weitere Verkleinerung der Abmessungen des Meßumformers läßt sich dadurch erreichen, daß auf dem Träger anstatt eines Ankers aus einem magnetisch leitenden Material ein Permanentmagnet angeordnet wird, der das Magentfeld liefert, das bei Verschiebung des Trägers den Widerstand der Feldplatten ändert. In diesem Fall bildet bei der Ausführungsform nach F i g. 1 das C-förmige Gestell einen dei_: magnetischen Rückschluß bildenden Körper. Es entfallen damit die bei der Ausführungsform nach F i g. 1 auf den Schenkeln des C-förmigen Gestells angeordneten Permanentmagnete 8 und 10. Der Permanentmagnet ist dabei zweckmäßig an seinen beiden Polen quer zur Bewegungsrichtung keilförmig ausgebildet Auf diese Weise läßt sich die notwendige Magnetmasse mit der erforderlichen Konzentration der Feldlinien an den Polen erreichen.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 und 4 wurden bei einer solchen Ausführung die Magnete 108 entfallen. Die Feldplattenpaare 109,111 können dann direkt auf den Platten 92 angebracht werden, wodurch sich die Breite des Rahmens 90 reduzieren läßt, wie sich aus einer Betrachtung der F i g. 4 ohne weiteres ergibt.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform eines Meßumformers unter Verwendung eines Permanentmagneten auf dem beweglichen Träger ist in den F i g. 9 und 10 dargestellt. Der Meßumformer 180 hat bei dieser Ausführungsform einen den m.-gnetischen Rückschluß bildenden ringförmigen Körper J82 aus einem magnetisch leitenden Material, der innen mit zwei einander gegenüberliegenden Polen 184, 186 versehen ist, mit einander gegenüberliegenden parallelen ebenen Polflächen 188, 190, auf denen jeweils die Feldplattenpaarc 192, 194 so angeordnet sind, daß deren Feldplatien in Achsrichtung des Körpers 182 in Abstand voneinander liegen. Der Rückschlußkörper 182 ist bei dieser Ausführungsform mit einer zylindrischen Umfangsfläche 196 versehen und im Bereich des Umfangs mit axial gerichteten ringförmigen Vorsprüngen 198, 200 ausgebildet.

ίο Der Rückschlüßkörper 182 liegt in einem zweiteiligen Außengehäuse 202, das mit einer zylindrischen Ausnehmung entsprechend den Abmessungen des Rückschlußkörpers im Bereich seines Umfanges einschließlich der Vorspriinge 198,200 versehen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Gehäuseteile 204, 206 radial einwärts der Vorsprünge 198, 200 mit Wandungen 208, 210 versehen. Die Gehäuseteile sind mit Schrauben 205 miteinander verbindbar und gegen den Rückschlüßkörpc versnannbar.

Zwischen der. Vorsprüngen 198,200 und dem jeweiligen Gehäuseteil 204, 206 sind membranförmige Federn 212, 214 eingespannt. In diesen Membranfedern ist mittig ein stabförmiger Träger 206 gehaltert, wobei links zwischen der Membran 214 und dem Träger 216 die Verbindung als Schraub- oder Klemmverbindung 218 und rechts die Verbindung zwischen der Membranfeder 212 und dem Träger als Lot- oder Schweißverbindung 220 angedeutet ist.

Auf dem Träger 216 ist der Permanentmagnet angeordnet, der mit seinem Nord- bzw. Südpol den Feldplattenpaaren 192 bzw. 194 zugewandt liegt. Im Bereich der Pole ist der Magnet 222 keilförmig ausgebildet, so daß eine relativ schmale Polfläche gebildet wird. Auf diese Weise wird eine Feldlinienkonzentration auf die jeweils gewünschte Feldbreite an den Polen des Magneten erzielt.

Der Träger 216 ist auf der rechten Seite durch eine Bohrung 224 in der Gehäusewand 208 nach außen geführt. In gleicher Weise kann auch die Gehäusewand 210 mit einer Bohrung versehen sein, durch die der Träger 214 nach außen vorsteht. Das Gehäuse 202 des Meßumformers 180 bildet die erste Meßreferenz, wobei gegebenenfalls an diesem Gehäuse Meßspitzen oder dergleichen angeordnet sein können. Die zweite Meßreferenz wirkt direkt oder indirekt auf den Träger 216. Gemessen wird auf diese Weise wie bei den übrigen Auführungsfomen die Querbewegung des Magneten und damit des Trägers quer zu den Feldplattenpaaren 192,194.

so In F i g. 9 ist links die Wand 210 des Gehäuseteils 206 mit einem Anschlußstutzen 226 für ein Fluid versehen, das durch diesen Stutzen in den abdichtend geschlossenen Raum zwischen der Wand 210 und der Membran 214 einführbar ist. Auf diese Weise lassen sich mit dem Meßumformer Druckmessungen durchführen, und zwar sowohl im Überdruck- als auch im Unterdruckbereich. Der Träger 216 braucht in diesem Falle nicht durch die Wand 208 hindurchgeführt zu werden. In dieser Wand wird jedoch zweckmäßig eine Öffnung für den Druck-

ausgleich vorgesehen. Bei der Ausführung als Druckmesser kann der Träger 216 auch einseitig an der Membran 214 befestigt sein und die Membran 212 entfallen.

Bei einem Meßumformer mit einem ringförmigen Körper in der Ausführungsform nach Fig.9 und 10

kann der Anker auch aus einem magnetisch leitenden Material bestehen, wobei dann auf den Polflächen Permanentmagnete vorgesehen werden, wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1.

Die Ausführungsform nach Fig. 11 bis 14 entspricht in ihrem prinzipiellen Aufbau der Ausführungsform nach Fig.3 und 4. Der Meßumformer 230 weist hier einen viereckigen Rahmen 232 auf, der beidseitig durch Platten 234, 236 abgedeckt ist. Auf diesen Platten sind die Feldplattenpiare 238, 240 angeordnet. Zwischen diesen Feldplattenpaaren liegt der Permanentmagnet 242, der auch liier an seinen Polen keilförmig abgeschrägt dargestellt ist.

Der Rahmen ist in seinem einen Schenkel mit einem Fenster 244 versehen, in dem ein Träger 246 in Richtung des eingezeichneten Doppelpfeiles beweglich ist. Der Träger 246 kann wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 über zwei Blattfedern geführt sein, die in dem dem Fenster 244 gegenüberliegenden Schenkel des Rahmens festgelegt sind. Bei der Ausführungsform nach F i g. 11 bis 13 sind hiervon abweichend Blattfedern 248 vorgesehen, die, wie aus Fig. 14 ersichtlich, kammartig mit zwei äußeren Zungen 250 und einer mittleren Zunge 252 ausgebildet sind. Diese Federn sind jeweils mit den Enden ihrer äußeren Zungen 250 in dem Rahmenschenkel eingespannt, in dem das Fenster 244 ausgebildet ist. Der die drei Zungen verbindende Steg ist mit einem Tragelement 254 verbunden, das hier plattenförmig ausgebildet ist und in seiner Mitte den Magneten 242 trägt. Die mittlere Zunge 252 ist mit ihrem freien Ende mit dem Träger 246 verbunden. Durch eine derartige Ausbildung der Blattfeder wird die wirksame Federlänge verdoppelt. Diese führt zu einer Untersetzung des vom Magneten 242 zurückgelegten Weges im Verhältnis der wirksamen Längen der Federzungen 250 bzw. 252, also beispielsweise eine Untersetzung im Verhältnis 1 :2. Auf diese Weise wird der Meßbereich entsprechend vergrößert.

Zur Herabsetzung der Hysterese insbesondere bei den Ausführungsformen mit Permanentmagneten wird zweckmäßig unter den Feldplatten eine dünne Schicht aus einem magnetisch weichen Material angeordnet. Für diese Schicht genügt eine Dicke, die bei etwa 0,2—0,5 mm liegen kann.

Hierzu 7 BhU Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Meßumformer mit einem Rahmen als Träger für einen ersten Meßpunkt, einem relativ zum Rahmen beweglich im/am Rahmen gelagerten Träger Für einen zweiten Meßpunkt, einem im/am Rahmen angeordneten mechanisch/elektrischen Umformer, der mit einem Element mit dem Rahmen und mit dem zweiten Element mit dem beweglich gelagerten Träger verbunden ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: