DE3540954A1 - Verfahren zum erkennen von auf an messkoerpern angebrachten dehnmessstreifen zurueckzufuehrende messfehler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das es ermöglicht, solche Meßfehler rechtzeitig zu erfassen, die auf an einem Meßkörper angebrachte Dehnmeßstreifen zurückzuführen sind.
Dehnmeßstreifen werden bekanntlich bei Meßwertwandlern in der elektronischen Meßtechnik eingesetzt. Dabei werden die Dehnmeßstreifen, die häufig Zweige einer Wheatstone-Brücke bilden, an geeigneten Stellen des betreffenden Meßkörpers (Dehnkörpers) auf diesen aufgeklebt und erfassen bei der mechanischen Verformung des Körpers dessen Verformungsgrad durch eine entsprechende Änderung ihres elektrischen Widerstands. Die Anordnung der Dehnmeßstreifen, von denen meist zwei oder vier zu einer Halb- bzw. Vollbrücke verschaltet werden, erfolgt so auf dem Meßkörper, daß nur die zu erfassenden Meßgrößen die Meßbrücke verstimmen können; ferner sind auch Temperaturänderungen kompensiert.
Die sogenannten DMS-Wandler werden beispielsweise zum Erfassen von Drücken, Zug-Druckkräften, Torsionen (Drehmomenten) sowie auch zum Ermitteln anderer mechanischer bzw. technischer Grössen eingesetzt.

Eine immer wieder auftretende Fehlerursache bei der Verwendung von Dehnmeßstreifen für Überwachungs- und Kontrollaufgaben ist u. a. auch das spontane oder allmähliche Ablösen eines oder mehrerer dieser Streifen von der Unterlage, also vom Meßkörper.

Durch die DE-PS 29 04 877 ist eine selbsständig kontrollierende Einrichtung zum Messen von Drehmomenten an mechanischen Verbindungselementen bekannt geworden, die mit einer Schaltungsanordnung zur Kontrolle der selbsttätigen Nullpunktskorrektur ausgestattet ist. Dabei erfolgt die Kontrolle des Nachstellbereichs der automatischen Nullpunktskorrektur sowie der Drehmomentmeßkette vom Meßwertaufnehmer bis zu den Toleranzpunkten zwischen zwei Arbeitsgängen, beispielsweise zwischen zwei Schraubvorgängen.

Eine derartige Einrichtung ist einerseits verhältnismäßig aufwendig und ermöglicht andererseits nur das Erkennen eines fehlerhaften Meßwertgebers, wenn der Meßkörper mechanisch entlastet ist. Wenn ein Ablösen eines oder mehrerer der Dehnmeßstreifen von Meßkörper (Torsions- oder Dehnkörper) eintritt, versagt das bekannte Verfahren für diesen Zweck oder es wird zumindest unzuverlässig.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Weg zu finden, der es auf einfache Weise ermöglicht, auch während der Belastung eines Meßkörpers bzw. während des Meßvorgangs stattfindende Ablösungsvorgänge von Dehnmeßstreifen oder deren sonstige Funktionsuntüchtigkeit unverzüglich und sicher zu erkennen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der für die Messung mechanischer Verformungen vorgesehene Abschnitt des Meßkörpers zunächst einer Drehmoment-, Zug- oder Druckbeanspruchung unterworfen wird, in diesem Zustand der jeweiligen Vorbelastung die Dehnmeßstreifen einer ersten Meßbrücke auf die Verformungsstrecke des Meßkörpers fest aufgebracht werden, der Meßkörper danach wieder entlastet und erneut einer in entgegengesetzter Richtung wirkenden, gleichartigen und gleichgroßen Beanspruchung ausgesetzt wird, in diesem Spannungszustand mit den Dehnmeßstreifen einer zweiten Meßbrücke bestückt und im Anschluß daran wieder entlastet wird.

Durch entsprechende Verschaltung der beiden Meßbrücken lassen sich mit diesem Verfahren Ablösungen der Dehnmeßstreifen bereits im Anfangsstadium erfassen.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht zweier auf einem Meßkörper in Form eines Torsionsstabes angeordneter Meßbrücken in Verbindung mit einer beispielsweisen Auswerteschaltungsanordnung,

Fig. 2 eine vereinfachte Ausbildung und Vereinigung der beiden Meßbrücken gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Abschnitt eines Meßkörpers in Form eines Torsionsmeßstabs bezeichnet, wie er beispielsweise bei Schraubvorrichtungen zur Anwendung kommt. Dieser Torsionsstab wird mittels einer geeigneten, nicht näher dargestellten Einrichtung bzw. mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels mit einem Drehmoment M _d1 vorgespannt, das je nach Anwendungsfall bis zu 130% des Nennbereichs des auf den Torsionsstab aufzubringenden Meßwertgebers (Meßbrücke) betragen kann. In diesem vorbelasteten Zustand werden nun die Dehnmeßstreifen R _B1 bis R _B4 einer ersten Meßbrücke 2 (Wheatstone-Brücke) auf den Torsionsstab in herkömmlicher Weise unter Beobachtung der entsprechenden Vorschriften aufgeklebt.

Nach dem Aufklebevorgang wird der Torsionsstab 1 wieder entlastet und im Anschluß daran in entgegengesetztem Sinn tordiert (M _dr ), wobei das aufgebrachte Gegendrehmoment genau so groß bemessen wird wie im vorhergehenden Fall. Bei Aufrechterhaltung dieses Belastungszustands werden nun die Dehnmeßstreifen R _B5 bis R _B8 einer zweiten Meßbrücke 3 auf den Torsionsstab 1 aufgeklebt. Daraufhin wird der Torsionsstab wieder entlastet.
Die Dehnmeßstreifen bzw. die diese enthaltenden Meßbrücken sind dabei entsprechend den geltenden Vorschriften so auf dem Torsionsstab bzw. auf der Torsionsstrecke verteilt angeordnet, daß auf den Torsionsstab wirkende Biegebeanspruchungen nicht erfaßt werden.

Die Widerstände R _B1 bis R _B4 der Meßbrücke 2 sind identisch mit den Widerständen R _B5 bis R _B8 der Meßbrücke 3. Die beiden Meßbrücken sind elektrisch so verschaltet, daß bei einer Torsionsbelastung des Meßkörpers am Ausgang A ₁-A ₂ der kombinierten Meßbrücken 2 und 3 stets Null-Spannung ansteht. Das heißt, die Ausgangsspannungen der beiden an der gemeinsamen Eingangsspannung E ₁-E ₂ liegenden Meßbrücken sind entgegengesetzt gerichtet.

An jedem der beiden Ausgänge A ₁ und A ₂ der Brückenkombination ist ein Meßverstärker 4, 5 angeschlossen, an deren Ausgänge die beiden Eingänge eines elektronischen Nullindikators 6 liegen, der beispielsweise durch einen Fensterdiskriminator verkörpert sein kann. Dem Nullindikator 6 sind Signalgeber nachgeschaltet, die beim Ausführungsbeispiel als Lampe 7 und als Hupe 8 ausgebildet sind.

Der den Nullspannungswert überwachende Nullindikator 6 kann nur dann ein Ausgangssignal abgeben, das zum Ansprechen der Signalgeber 7 und/oder 8 führt, wenn sich irgend ein Dehnmeßstreifen vom Meßkörper abgelöst hat oder eine Verstimmung der Meßbrücken durch eine andere Störung verursacht worden ist. Dadurch, daß die beiden Meßbrücken bzw. deren Zweige unter mechanischer Vorspannung des Meßkörpers auf diesen aufgebracht worden sind, tritt beim Ablösen eines Dehnmeßstreifens bereits zu Beginn dieses Vorgangs eine deutliche Brückenverstimmung mit entsprechender Signalgabe auf.

Die Ausgänge der beiden Meßverstärker 4 und 5 sind über Widerstände 9 und 10 zusammengeführt und an den invertierenden Eingang eines mit einem Gegenkopplungswiderstand 11 beschalteten Operationsverstärkers angeschlossen, der eine Additionsstufe 12 bildet. Die Ausgangsspannung der Additionsstufe 12 wird dem +-Eingang einer Kompensationsstufe 13 (Operationsverstärker) zugeführt, an dessen - Eingang ein Potentiometer 14 angeschlossen ist. Der durch die mechanischen Verspannungen des Meßkörpers entstandene Spannungswert, der am Ausgang der Additionsstufe 12 ansteht, wird in der Kompensationsstufe 13 soweit kompensiert, daß bei Drehmoment "Null" die Spannung am Analog-Ausgang 15 dieser Stufe ebenfalls den Wert Null hat.

Durch den Anschluß der Ausgänge A ₁-A′ und A′-A ₂ der Meßbrückenkombination an die im vorstehenden beschriebene Schaltungsanordnung können die normalen Brückenverstimmungen auch zum Erfassen bzw. Messen der auf den Torsionsstab (Meßkörper) einwirkenden Drehmoment benutzt werden.

Bei einer Verschiebung der beiden Meßbrücken 2 und 3 gemäß Fig. 2 sind die vier Brückenzweige R _B1, R _B2 und R _B7, R _B8 nicht als Dehnungsmeßstreifen, sondern als konstante Festwiderstände (Ersatzwiderstände) R _E1 und R _E2 ausgebildet, die identisch sind. Dies ist möglich, weil die Dehnmeßstreifen R _B1 und R _B8 wie auch die Dehnmeßstreifen R _B2 und R _B7 jeweils parallel miteinander verbunden sind. Durch diese Schaltungsvereinfachung wird die Wirksamkeit der Schaltung praktisch kaum beeinflußt. Eine solche Maßnahme erweist sich vor allem dann als vorteilhaft, wenn der mit den Dehnmeßstreifen zu versehene Torsionsstab für eine einwandfreie Anbringung von acht Dehnmeßsteifen zu wenig Platz bietet. Die Festwiderstände können in einem solchen Fall auch an einer anderen geeigneten Stelle an- bzw. untergebracht werden. Der Ersatz von Dehnmeßstreifen in der aufgezeigten Weise bringt auch den weiteren Vorteil mit sich, daß weniger Brückenwiderstände vorhanden sind, die sich ablösen oder andere Störungen verursachen können.

Der gemeinsame Ausgang A′ der Meßbrückenkombination ist an die Verbindung 16 der beiden in Reihe liegenden Eratzwiderstände R _E1 und R _E2 angeschlossen. Es ist auch möglich, anstelle der beiden Ersatzwiderstände R _E1 und R _E2, die jeweils einen Doppelzweig der beiden Meßbrücken ersetzen, in zwei benachbarten Einzelzweigen jeder Meßbrücke einen Festwiderstand anzuordnen, wobei die Widerstände ebenfalls identisch sind.

Claims (8)

1. Verfahren zum Erkennen von auf an Meßkörpern angebrachten Dehnmeßstreifen zurückzuführende Meßfehler, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Messung mechanischer Verformungen vorgesehene Abschnitt des Meßkörpers zunächst einer Drehmoment-, Zug- oder Druckbeanspruchung unterworfen wird, in diesem Zustand der jeweiligen Vorbelastung die Dehnmeßstreifen einer ersten Meßbrücke auf die Verformungsstrecke des Meßkörpers fest aufgebracht werden, der Meßkörper danach wieder entlastet und erneut einer in entgegengesetzter Richtung wirkenden, gleichartigen und gleichgroßen Beanspruchung ausgesetzt wird, in diesem Spannungszustand mit den Dehnmeßstreifen einer zweiten Meßbrücke bestückt und im Anschluß daran wieder entlastet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentbeanspruchung des Meßkörpers in beiden Richtungen bis zu ca. 130% des Nennbereichs der Meßwertgeber beträgt.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände der beiden Meßbrücken (2, 3) identisch und die Meßbrücken so verschaltet sind, daß bei Belastung des Meßkörpers an den Brückenausgängen (A ₁, A ₂) stets nur Null-Spannung ansteht.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Brückenausgänge (A ₁, A ₂) ein elektronischer Nullindikator (6) angeschlossen ist, der den Nullspannungswert überwacht.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullindikator (6) als Fensterdiskriminator ausgebildet ist.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die beiden Ausgänge (A ₁, A ₂) jeder Meßbrücke (2, 3) ein Meßverstärker (4, 5) angeschlossen ist und den Meßverstärkern eine Additionsstufe (12) nachgeschaltet ist, an deren Ausgang eine Kompensationsstufe (13) liegt, in welcher der durch die mechanische Vorspannung des Meßkörpers entstandene Spannungswert soweit kompensiert wird, daß bei fehlendem Drehmoment (Nullmoment) am Ausgang (15) der Schaltungsanordnung Null-Spannung ansteht.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei benachbarte Zweige einer Meßbrücke als konstante und identische Festwiderstände ausgebildet sind.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Doppelzweig jeder Meßbrücke durch jeweils einen identischen Widerstand (R _E1, R _E2) verkörpert ist, wobei die beiden Widerstände in Reihe geschaltet sind und ein Ausgang (A′) der kombinierten Meßbrücken an die Verbindung (16) der beiden Widerstände (R _E1, R _E2) angeschlossen ist.