DE529843C - Verfahren zum Messen und Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufes von schnell verlaufenden Laengenaenderungen oder Torsionsschwingungen - Google Patents

Verfahren zum Messen und Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufes von schnell verlaufenden Laengenaenderungen oder Torsionsschwingungen

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DE529843C
DE529843C DEA50801D DEA0050801D DE529843C DE 529843 C DE529843 C DE 529843C DE A50801 D DEA50801 D DE A50801D DE A0050801 D DEA0050801 D DE A0050801D DE 529843 C DE529843 C DE 529843C
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0041Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress
    • G01M5/005Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems
    • G01M5/0058Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems of elongated objects, e.g. pipes, masts, towers or railways
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0066Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by exciting or detecting vibration or acceleration

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

Description

  • Verfahren zum IVlessen und Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufes von schnell verlaufenden Längenänderungen oder Torsionsschwingungen Zur Bestimmung von Veränderungen in der Länge durch variable Zug- oder Druckkräfte vorzugsweise periodischer Natur beanspruchter Stäbe; Balken oder ähnlicher Konstruktionsteile von Gebäuden, Maschinen o. dgl. sowie zur Messung von Torsionsschwingungen längs Achsen usw: benutzte man bisher Vorrichtungen, welche entweder diese Längen- oder Winkeländerungen rein mechanisch registrierten, was wegen der Kleinheit der zu messenden Größe oft schwierig und meist sehr ungenau bleibt, oder man versuchte, die Längenänderungen oder Verdrehungen unmittelbar in gleichartige Änderungen elektrischer Ströme überzuführen, indem man zwischen zwei parallele, mit verschiedenen Querschnitten des zu überwachenden Balkens o. dgl. fest verbundene Flächen eine Säule von ebenen Kohleplatten anbrachte, deren elektrischer Übergangswiderstand nach dem bekannten Mikrophonprinzip dem auf sie wirkenden Drucke einigermaßen proportional sein sollte. Bei Abstandsänderungen. der beiden Auflageflächen gegeneinander ändert sich dann der Druck infolge der unregelmäßig verteilten Elastizitäten der Kohleplatten, der Widerlager und innerhalb der auszumessenden mechanischen Systeme einigermaßen proportional mit den zu messenden Längenänderungen, solange nicht die Kohleplatten überhaupt durch zu großen Druck zerquetscht werden oder im entgegengesetzten Falle den Kontakt miteinander verlieren. Infolgedessen werden die Stromschwankungen in einem an die Kohleplatten angeschlossenen Stromkreise innerhalb gewisser enger Grenzen einen ungefähren Einblick in die Längenänderungen oder Verdrehungen in Abhängigkeit von der Zeit gewähren können.
  • Solange man die Ausbildung solcher Druckschwankungen durch die auszumessenden Längen- oder Torsionsschwingungen den Zufälligkeiten der in dem System gerade vorhandenen elastischen Eigenschaften und deren Verteilung überläßt, führt auch der Ersatz der Kohleplattensäule durch piezoelektrische Kristalle, doppelbrechende Platten aus durchsichtgem Material, zu keiner Verbesserung. Quantitative Untersuchungen bleiben unmöglich.
  • Die Erfindung geht nun dahin, daß die Entfernungsänderungen der beiden mit den betreffenden Ouerschnitten eines Balkens, einer Welle o. dgl. fest verbundenen ebenen Flächen zunächst quantitativ in Druckänderungen innerhalb eines zwischen diese beiden Flächen eingespannten mechanischen Systems übergeführt werden, welches neben einer definierten Elastizität (Feder) eine Druckmeßvorrichtung enthält, bei welcher die Druckänderung keine merkliche mechanische Deformation hervorbringt. Durch die eingeschaltete Elastizität (Feder) werden die Abstandsänderungen zunächst in diesen genau quantitativ proportionale Druckänderungen übergeführt, welche dann weiterhin mittels der vorgesehenen Druckmeßvorrichtung, die in irgendeiner an sich bekannten Art ausgebildet sein kann, gemessen werden.
  • Einige Beispiele mögen weiterhin die praktische Anwendung dieses neuen Verfahrens erläutern.
  • Es seien die Längenänderungen eines Trägers in Abhängigkeit von der mechanischen Beanspruchung zu untersuchen. Zu diesem Zwecke werden in entsprechenden Abständen voneinander zwei Anschläge K, und KZ an dem Balken starr befestigt, welche einander parallele und gegenüberstehende ebene Flächen f1 und f2 besitzen. Zwischen diese beiden Flächen sind nun diejenigen Vorrichtungen eingespannt, welche die Entfernungsänderungen zwischen den Flächen f,. und f2 in genau proportionale Druckänderungen übertragen, und ferner diejenigen Vorrichtungen vorgesehen, welche diese Druckänderungen wiederum in genau proportionale Änderungen eines nicht mit mechanischen Deformationen verbundenen physikalischen Vorganges umwandeln.
  • Als Beispiele für diesen physikalischen Vorgang seien genannt: die Elektrizitätserregung der piezoelektrischen Kristallplatten, auf welchen den Druckänderungen proportionale Elektrizitätsmengen erzeugt werden, und weiterhin die den Druckänderungen proportionalen Änderungen der Doppelbrechung einseitig gepreßter homogener, optisch durchsichtiger harter Medien, wie z. B. Glas oder amorphes Quarzglas. Die Umwandlungen der Entfernungsänderung zwischen fl und f2 werden beispielsweise in Abb. r durch die Feder F bewirkt, welche in den starren dreiteiligen Stab a, b, c zwischen den Teilstücken a und b eingespannt und so ausgebildet ist, daß in ihr keinerlei Eigenschwingungen auftreten können, wie z. B. durch Ausbildung dieses federnden Organs in Gestalt zweier aufgewölbter und mit den hohlen Seiten gegeneinandergekehrter, am Rande ringsum gegeneinander anliegender Stahlplatten, die in Abb. r dargestellt sind.
  • Dieses Federorgan ist also dazu bestimmt, die Entfernungsänderungen zwischen den Flächen f, und f. in ihnen genau proportionale Druckänderungen in dem zwischen den Flächen f, und f2 eingespannten Meßstabsystem a, b, c zu verwandeln.
  • Diese Druckänderungen sollen nun weiterhin durch die Vorrichtung Q, welche in Abb, r als System aufeinandergeschichteter piezoelektrischer Quarzplatten ausgebildet sei, in beispielsweise elektrische Ladungsänderungen quantitativ umgesetzt werden, welche in an sich bekannter Weise von einem nur schematisch gekennzeichneten Saitenelektrometer R oder dergleichen dafür geeigneten Instrument mit gegebenenfalls meßbar veränderlicher Kapazität dargestellt oder registriert werden.
  • Es steht natürlich auch frei, die durch die Variationen elektrischer - Ladungen auf den Quarzplatten hervorgebrachten Spannungsänderungen auf das Steuergitter einer Kathodenröhre in an sich bekannter Weise so einwirken zu lassen, daß die Variationen des Anodenstromes dieser Röhre den Spannungen und damit natürlich auch den Druckänderungen proportional sind, und daß der zeitliche Verlauf der Anodenströme mittels eines kurzperiodischen Galvanometersystems aufgezeichnet werde.
  • Ein anderes Beispiel für die Anwendung des oben gekennzeichneten, der Erfindung zugrunde liegenden allgemeinen Prinzips zeigen die Abb. 2 und 3, indem die Torsionsschwingungen einer rotierenden Welle quantitativ in ihrem zeitlichen Verlauf aufgezeichnet werden sollen.
  • Auf der rotierenden Welle W sind in dem Abstande L die beiden Ringe K1 und KZ fest aufgesetzt. An diesen beiden Ringen K, und K2 sind j e die starren Stäbe S, und S2 so befestigt, daß sie mit den einander parallelen Endflächen f, und f2 einander genau gegenüberstehen. Zwischen diesen Endflächen fl und f 2 ist dann wiederum das starre Meßstabsystem a, b, c eingespannt, welches dazu dienen soll, zunächst mittels des zwischen den starren Stabteilen a, b eingeschalteten federnden Teiles F die Entfernungsänderungen der beiden Flächen f, und f 2 gegeneinander in genau proportionale Druckänderungen innerhalb des Systems a, b; c umzusetzen. Ferner befindet sich wiederum in diesem Meßstabsystem zwischen den starren Teilstäben b und c der druckempfindliche Teil O, welcher aus hartem Material hergestellt sein soll, so daß die Druckänderungen keinerlei merkliche mechanische Deformationen in diesem hervorzubringen vermögen. Auch hier wiederum kann das System Q in an sich bekannter Weise aus piezoelektrischen Kristallplatten oder aus einem Stoff bestehen, dessen Doppelbrechung dem Druck proportional ist. Die Anzeigevorrichtung oder die Registrierung der Druckänderungen kann wiederum in gleicher Weise erfolgen wie bei dem zuerst ausführlich beschriebenen Beispiel. In dem in den Abb. 2 und 3 beispielsweise dargestellten Falle ist der druckempfindliche Teil Q als Piezoquarzplattensystem ausgebildet. Die beiden Belegungen der Piezoquarzplatten sind über die isolierten Leitungen m und n an die ebenfalls auf der Welle W, und zwar je isoliert, aufgesetzten Schleifringe r, und r2 geführt, von wo die erzeugten Elektrizitätsmengen in an sich bekannter Weise über Schleifbürsten weiter an den Registrierapparat R abgeführt werden.
  • Zahlreiche andere Anwendungsmöglichkeiten bieten sich in den verschiedenen Zweigen der Technik. In all diesen Fällen sollen Entfernungsänderungen entsprechend den zuerst ausgeführten allgemeinen Grundlinien der Erfindung zunächst durch ein besonderes Organ in diesen Entfernungsänderungen quantitativ proportionale Druckänderungen umgesetzt werden, welche anderseits wieder durch ein besonderes Organ, das durch diese Druckänderungen keine merklichen mechanischen Deformationen erleidet, in an sich bekannter Weise in den Druckänderungen quantitativ proportionale physikalische Größen umgesetzt werden, die nunmehr in Abhängigkeit von der Zeit registriert werden können.
  • In all diesen Fällen ist darauf Rücksicht zunehmen, daß sowohl die Organe, welche zur Umsetzung der Entfernungsänderungen in Druckänderungen dienen und andererseits zur Messung dieser Druckänderungen benutzt werden, so klein und leicht sind, daß Massenkräfte, welche durch Erschütterungen des Balkens in irgendeiner Richtung in diesem System infolge der Trägheit der in ihm enthaltenen Masse auftreten, auf das Meßergebnis ohne Einfluß bleiben oder doch nur untergeordnete Bedeutung besitzen können. Die einzelnen Teile des Systems a; b, c, F, O, welche zwischen die Flächen f, und f2 eingespannt werden, müssen daher einerseits möglichst kleine räumliche Abmessungen besitzen und aus möglichst leichtem Material hergestellt sein sowie anderseits, außer der Feder F, aus Stoffen hergestellt sein, welche mechanischen Deformationen größten Formwiderstand entgegensetzen.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE.: z. Verfahren zum Messen und Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufes von in einem veränderlichen Zug-, Druck- oder Torsionskräften ausgesetzten Gebilde durch Verlagerung verschiedener Teile gegeneinander auftrstemden, vorzugsweise schnell verlaufenden Längenänderungen oder Torsionsschwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die auszumessenden Längenänderungen über eine zwischen zwei Stellen des Gebildes geschaltete Feder in quantitativ den Längenänderungen proportionale Druckänderungen übergeführt und diese Druckänderungen mittels an sich bekannter Vorrichtungen gemessen oder registriert werden, an denen durch die Druckänderungen keine merklichen mechanischen Veränderungen hervorgebracht werden, wie z. B. piezoelektrische Kristalle, Druckdoppelbrechung isotroper, harter, durchsichtiger Körper.
  2. 2. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß an den durch Längs- oder Torsionsä.nderungen räumlich veränderlichen Körpern starre Anschläge an den der Aufgabe entsprechenden Querschnitten angebracht sind, zwischen deren einander gegenüberstehende, vorzugsweise einander parallele Flächen ein. durch eine Feder unterteilter starrer Stab eingespannt wird, in dem die Druckänderungen mittels eines eingeschalteten Satzes piezoelektrischer Quarzplatten in an sich bekannter Weise gemessen werden.
DEA50801D 1927-04-28 1927-04-28 Verfahren zum Messen und Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufes von schnell verlaufenden Laengenaenderungen oder Torsionsschwingungen Expired DE529843C (de)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2601259A (en) * 1945-12-07 1952-06-24 Standard Telephones Cables Ltd Force measuring device
DE3800887A1 (de) * 1987-02-05 1988-08-18 Kohn Dietmar Einrichtung zur messung der lageveraenderung eines elements
DE4206577A1 (de) * 1992-03-02 1993-09-09 Hottinger Messtechnik Baldwin Einrichtung und verfahren zur ermittlung der verformung eines bauteils und verfahren zur montage der einrichtung
DE19823529A1 (de) * 1998-05-26 1999-12-09 Mannesmann Rexroth Ag Wegbestimmungssystem
DE19910003A1 (de) * 1999-03-08 2000-09-14 Hbm Waegetechnik Gmbh Überlastsicherung für Aufnehmer mit Dehnungsmeßstreifen

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