Vorrichtung zum Messen einer physikalischen Grosse D*, c Erfindung bezicht sich allgemein auf eine Vorrichtung zum Messen einer physikalischen Grosse.
Die Vorrichtung. umfasst wen. igs. tems ! einen Geber aus ferromagnetischem Material, der beim Messen von einer von der zu messenden Grösse abh ändigen mechanischen Belastung beeinflusst oder dieser aus jgesetzt wird, und wengistens zwei Paar Öffnungen hat, wobei wenigstens ein Teil des Gebers von einem Paar Wicklungen umschlossen ist, von denen die eine 'veine Magnetisierungswicklung ist, die durch eines der genannten Öffnungspaare hindurchgeht und an eine Spaanmu, ngsquelle angeschlossen ist, w ährend die andere eine Messwichklung ist, die durch eine anderes der Öffnungspaare hindurchgeht und an ein Messinstrument angeschlossen ist,
wobei der magnetische Fluss der Magnetisierungswicklung in dem Geber von der mechanischen Belastung in Abhängigkeit vom Wert der gemisssenen physikalischen Grösse infolge des magnetostniktiven Effekts verzerrt wird.
Der er Hauptzweck der Erfindung ist, eine sehr e, mpfindlich Messvorrichtung der oben angegebenen Art zu schaffen, bei welcher vorzugsweise die in der Masswicklung induzierte Spannung fast vollständig linear mit dem Wert der gemessenen Grösse zunimmt, und zwar auch dann, wenn der Anfangswert der gekannten Grossis lunld die bemm Messen au. ftref- fende mechanische Belastung des Messkörpers inner hlallb de ! S betreffenden Messbereiches in der N ähe von Nwll Liegt.
Die Messvorrichtung gem äss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsund Messwicklungen nebeneinander und in einem denar. tigen Abstand voreinander gelegen sind, dass ein Teil des von der Magnetisierungsweicklung im Messkörpef induzierten magnetischen Flusses sich durci. das magnetische Material, das zwischen den Öffnungspaaren des Gebers liegt, schliesst, ohne durch dien Messwicklung gleichzeitig hindurchzugeher, w ährend ein anderer Teil des Flusses sich gleichzeitig durch die Messwicklung schliesst, unabhängig , slavon, ob der Geber der tnechamsohen. Belastucg ausgesetzt oder von derselben beeinflusst ist, oder nichet.
In den beiliegenden Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 und 2 zeigen das verwendete Messprinzip, angewandt an einem mechanisch unbelasteten bzw. einem belasteten Messkörper aus magnetischem Matef. M.
Fig. 3 bis 8 venanschaulichen Messvorrichtungen gamäss weiterem Aiuisfijhnunigsformen der Erfindung, wobei, die genannten Messvorrichtungen neben einem Maschinenteil oder dergleichen aus magnetischem Material angebnacht sind.
Fig. 9 ist ein Sohaltsohema für ein an ! di) e Mess- vorrichtung angeschlossenes Instrument zum Indizieren der in der Messwicklung induzierten Spannung.
Fig 10, ist eine Seitenansicht einer in Form einer Messzange ausgeführten Dickenmessvorrichtung mit zwei mit einem Messkörper fest verbundenen Schen ketn.
Fi) g. 11 und d 12 zeigen in grösserem Masstab eine Seitenansicht des rechten TeNes bzw. eine von rschts gesehene Endansicht der in Fig. 10 gezeigten Dicken- messvotrmohtun. g.
Fig. 13 ist eine Seitenansicht einer Ab änderung der in Fijg. 10 bis 12 gezeigten Dickenmessvorrich bunig.
Fig. 14 ist eine Draufsicht auf einen Teil der Dikkenmessvorrichtung gem äss Fig. 13 in grösserem Masstab.
Fig. 15 ist ein Teilschnitt entlang der Linie XV-XV, in Fig. 14.
Die in Fig. l und 2 gezeigte Vorrichtung enthält einen, aus einem Blech oder mehreren aufeinander gelegten Blechen aus ferromagnetischem Material, wie Eisen oder Stahl, zusammengesetzten Körper 1, von welchem angenommen wrd, dass Eer m einem Maschinenteil oder dergleichen angeordnet oder in einem Dickenmessgerät der nachstehend angegebe nan Art eingebaut ist und durch welchen zwei Paar Löcher 2 baw. 3 derart hindurchgehen, dass sie die Ecken e'ines Rechtecks bilden.
Durch die übereinam- . deDgelegenen Löcher 2 ist eine Magnetisieiungswick- lung 4 hindurchgczogen, welche dazu bestimmt ist, an eine Wechselstromquelle angeschlosen zu werden, und durch die ebenfalls übereinander, jedoch rechts der Locher 2 gelegenen Löcher 3'ist eine Messwick- lu, ng 5 hindurchgezogen, welche dazu bestimmt ist. an ein Instrument zum Messen der in ihr erzeugten Spannung angeschlossen zu werdne.
In dem aus magnetischem Material bestehenden Messkörper l gibt eine Verändemjng der mechani- schen Belastung Anlass zu Permeabilitätsveränderungen, welcher Effekt für die Bestimmung der Grosse durch eine mechanische Druckbelastung verwendet werden kann.
Fig. 1 und 2 zeigen, wie dieser Effekt. für'die Be- stimmung der'genannten Grosse und damit beispiels- weise der Grösse einer mechanischen Kraft oder der Dicke eines Messobjektes verwendet werden kann.
Wenn die die Magnetisierungswicklung 4 von einem Wechselstrom durchflossen wird, wird im Messkörper in der Nähe der Löcher 2 ein magnetisches Wechselfeld erbalten, dessen KDaMimen, wenm der Messkörper mechanisch unbelastet. ist, den gezeigten geschlossenen, gestrichelten Linine 6 entsprechen, welche im grosaen und ganzen aus mit dsn Löchern 2 konzentrischen Krieisen bestehen, welche jedoch zwischen diesen Löchern etwas abgeplattet sind.
Wird der Mass'körper mechanisch'belastet, beispielsweise durch Druck, wie in Fig. 2 mittels Knaftpfeiten F ge- zeigt. ist, wird durch die hi'erbai im Messkörper entste- hende Anisotropie das magnetische Feld deformiert, so dass die Kraftlinien weiter abgeplattet warden und mehr Ellipsen gleichen, wie dieses bei 7 in Fig. 2 gezeigt wird.
Man findet ferner in Fig. 1 und 2, dass sowohl, wenn der Messkörper 1 nach Fig. 1 mechanisch unbelastet ist, als auch, wenn dieser nach Fig. 2 belastet ist, ein wesentlicher Bruchteil der Kraftlinien durch die Messwicklung 5 passieren, und dass in dem letz- ten Fall durch den geometrischen Abstand zwischen den Wicklungan 4 und 5 und die'durch die Belastung abgeplatteten Kraftlinien bedingt, ein grösserer Bruchteil der Kraftlinien d ie Messwicklunig 5 pas, sie ren, als dann, wenn der Messkörper l unbelastet ist. tBer der Messwicklung wird daher eine Spannung induzier,
welche von einem Anfangswert mit wesent licher Gröss'e an linear mit zuniehmender Belastung zuujimmt mnd mit verringerter Belastung. des Mess- körpers l'abnimmt. Die Spanniungsänderung bedieu- tet somit ein Mass der mechanischen Belastungsänderung des Messkörpers 1.
Eine Vorrichtung der oben in Zusammenhang mit Fig. 1 and 2 besohriebenen Art des Messkörpers 1, sowie der Magnetisierungs - und Messwicklungen 4 bzw. 5, wird im folgenden Gebern genannt.
Ein Geber nach Fig. l und 2 braucht. nicht in cinem Maschinenteil cingebaut zu sein, sondenn kann Seispielsweise nach Fig. 3 bis 8 auch nahe au diesem bai Messung der Belastung des Maschineinteils. ange- ordnet werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 lu, 4, wel ohe in. allem Wesentlichen den Fig. l und 2 entspre- chien, werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen oder analogen Einzelheiten verwendet. In Fig. 3 und 4 ist ein Rand 26 des Messkörpers 1 dicht an cienm Maschinenteil 25 angeordnet, welcher nach Fig. 4 einer Zugkraft ausgesetzt wird, welche'durch die Kraftpfeile F angedeutet wird, und durch welchen . ein Teil der die Löcher 2 umgebenden ; Kraftlinien hindurchgeht. Auch. hier entsteht eine von der Grosse der Zugkraft F abhängige Veränderung des Teiles der magnetischen Kraftlinien, welche durch die Messwicklung 5 hindurchgehen.
Wenn der Maschinenteil einem Druck in entgegengesetzter Richtung zu den Pfeilen F ausgesetzt wird, so werden die Kraftlinien 7 derart deformiert, dass deren grosse Hauptachese vertikal wird, wobei die Anzahl der durch die Messwicklung 5'gehenden Kraftlinien reduziert wird und. das Instnument,. an welches die Messwicklung 5 angeschlossen ist, dann einsn gepin. ge. Den Ausschlag zeigt.
Falls der Maschinenteil fast. angeordnet ist oder auf andere Weise stillsteht, kann der Messkörper 1 mit seinem Rande 26 in Kontakt mit dem Maschinen- teill auf oben bcschriebene Weise placiert wenden, wobei. der Luftspailt zwischen diesen ein Minimum wird. Die Vorrichtung kann auch zum Messen der mechanischen Belastung in beweglichen Maschinen- teilen, wie rotierende Achsen, ausgeführt werden, wobei der Messkörper entweder stillstehend mit dem Rand 26 auf einem unbedeutenden Abstand vom Maschinenteil montiert wird oder so, dass er der Be wegung des Maschinenteiles folgt, in welohem Fall, ebenso wie im erstgenannten Fall, der Messkörper in Kontakt mit dem Madchinenteil angeordnet werden kann.
Wird. dem Maschinenteil eine hin-und herge- hende Bewegung erteilt, so können die Magnetisie- rungs-und Messwicklungen. an. ihre Stromkreise über biegbare Leitungsdrähte angeschlossen sein. Hat der Maschinenteil dagegen eine rotierende Bewegung in der gleichen Richtung, so muss der elektrische Anschluss der Magnetisierungs- und Messwicklungen auf andere Weise geondnet werden, beispielsweise auf induktivem Wag.
Falls man den EinSuss auf die Messwicklung von 'des verhältnismässig konstanten Magnetfeld um das untere Loch 2 der Magnetisiemu'ngswiokLung vermei den will, so kann das untere Loch 3 der Messwick- lung, WM in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, so angeordnet sein dass der genannte Teil des magnetischen Flusses sich in der Hauptsache ausserhalb der Messwicklung schlies. st. Die Eb'eme der Messwicklung. liegt in diesem
Fall im spitzen Wimkel zur Ebene der Magnetisie- pungswicktung.
Wenn, wie Fig. 7 und 8 zaijgen, die Magmetisie- rungswicklung 4 nahe dem mit der Ebene der Magne tisierungswicklung partallelen Rand 27 des Messkör pens angeondent wird, so wird das Maigneteild um bye e ide Löcher 2 mit der Belastung durch einen an die sen n Rand angeordneten Maschinenteil deformient werden, wodurch das an die Messwicklung 5 ange schlossene Instrument eine grossere Andenung im
Ausschiag zeigen wird, ls bei der Ausfümrungsform nach Fig. 3 bis 5.
Gemäss dem in Fig. 9 gezeigten Schaltschema kann dis'in der Messwicklung 5 mduziorte Spannung mittel, eines Galvanometers G gemessen werden, welches in einer phasenempfindlichen Gleichrichter oder Datekto'rschaitung'angeordnet ist. Hiedbei ist die Magnetisierungswicklung 4 an eine Sekundärwick Junlg 8 in emem Transformator 9 angesoM'ossen, des- sen Primärwicklung 10 zum Beispiel an ein 200-Volt Netz angeschlossen ist. Die Messwicklung 5 ist an . eine Wicklung 11 in einem anderen Transformator
12 angeschlossen.
Das Galvanometer G ist'am zwei seriegeschaltete Sekundärwicklungen 13 und 14 in dam letzttgen. annten Tnanjsformator 12 über an deren äussere Enden angeschlossene Dioden-Gleichrichter
15 bzw. 16 geschaltet, wobei ein Potentiometer 17 mit dem Galvanometef G parallel geschaltet ist. Der bewegliche Kontakt 18 des Potentiometers ist an das 'aine Ende und der Vetreinjgungspun'kt 19 zwischen den Wicklungen 13 und 14 an das andere Ende einer anderen Sekundärwicklung 20 im Transformator 9 angeschlossen, Ein zwischen den äusseren Enden der Serieschaltung der Wicklungen 13 und 14 geschalte- ter Kondensator 21 gibt mit den genannten.
Wicklun- gen einen auf die zum Beispiel 50-periodische Wechselspannung abgestimmten Kreis. Ausserdem ist ein Siebkondensator 22 mit dem Potentiometer 17 un, d de, Galvanometer G parallel geschaltet.
Die 50-periodische Wechselspannung, welche von der Wicklung 20 erzeugt wind, jade andere Halbpe- rode aufeinander auf einen der Gleichnichter 15 und
16 in der Durchlassrichtung und bewirkt hierbei Gbichstromatösise durch di'e von'dem beweglichen Kontakt 18 geschiedenen Teile des Potentiometers
17. Dabei werdan''de'n Klemmschrauben 23 und 24 des Potentiometers Gleichstromimpulse mit gleichem Zeichten aufgedrückt, welche bei geeigneter Einstellung des beweglichen Kontaktes 18 des Potentiome- ters auch die gleiche Grösse aufweisen. Das Galvanometer 6 zeigt dann keinen von der Wicklung 20 verursachten Anschlag.
In den Wicklungen 13 und
14 werden ferner 50-pemadisdhe Spamniungsimpulse einer Stärke induziert, welche von der in der Messwicklung 5 induzierten Spannung abhängig ist, Während einer halben Periode gibt eine solcher Spannungsimpuls Anlass für einen Stromstoss durch beispielsweise die Wicklung 13, welcher gleichzeitig und gleichgerichtet mit einem stromstoss von der Wicklung 20 eintrifft. Die gleichzeitig in der Wicklung 14 induzierte Spannung kann jedoch keinen Anlass für einen Strom geben, da diese Spannung auf den Gleichrichter 16 in dessen Sperrichtung wirkt. Der Stromstosis von, der Wicklung 13 wird hierbei mit dem Stromstoss von der Wicklung 20 in der oberen Hälfte des Potentiometers 17 überlagert und erhöht das Potential an der Klemmschraube 23.
Während der nächsten Halbperiode, wo ein von der Wicklung 20 verusachter Stromzuschuss durch das Potentiometer 17 nicht erhalten wind, gibt die Wdoktung 14 einen Stromstoss durch den Gleichnichter 16 (und den unteren Teil des Potentiometers und bewirkt damit einen Spannungsimpuls an der unteren Klemmschraube 24 des Potentiometers.
Die Wicklung 20 ist jedoch so dimensioniert, dass sie einen grösseren Zuschuss zum Potential an der Klemmschrauben 23, 24 . als die Wicklungen 13 und 14 liefert, weshalb der enben genannte Spannungsimpuls von deT Wicklung 14, welche in den Pausen zwischen dem Spannmgs- impur'sen von der Wicklung 20 eintrifft, keinen Zu sohus, s dem Potential an der Klemmschraube 24 gibt. Zwischen dan Klemmschcaiuben 23, 24 und über dem Galvanometer G wird daher ein Potentialunterschied winken, dessen Grösse direkt von der in der Messwicklung 5 induzierten Spannung abhängig ist.
Da eine Spannung in der Messwicklung 5 schon dann induziert wind, wenn der Messkörper 1 unbela sbet ! bzw. mit seinem Rand 26 bei'emem unbelasteten Maschinenteil 25 placiert ist, wunde das Galvanome- ter G einen gewissen Ausschlag zeigen, wenn der bewegliche Kontakt 18 des Potentiometers eine solche La, einnehmen würde, diasis das Galvanometer kei- nen Ausschlag gäbe, wenn der Stromkreis durch die Messwicklung unterbrochen wäre.
In der Praxis regu lient man daher zweckmässig den beweglichen Kontakt 18 des Potentiometers so dass das Galvanometer G dindon Ausschlag gibt, wenn die Messwicklung 5 eingeschaltet und der Messkörper l bzw. dar Masdbi- nenteil oder dergleichen 25, bei welchem der Messkörper angebracht ist, mechanisch unbelastet ist, wonach der Galvanometenausschlag dinekt proportionmal mit der Grösse der mechanischen Belastung des Messkörpers bzw. des Messobjektes und dem gemes senien Grössenwert. ist.
Ein anderes Verwendungsgebiet für die Messvorrichtung gemäss der Erfindung ist die Messung der Dicke von Materialbahnen und anderen, vorzugs- weise blatt- oder plattenförmigen Messobjekten. Zwei Ausführungsformen der Dickenmessvorrichtung wel- che'wenigstens einen. Geber umfassen., werden in Fig. 10 bis 12 bzw. 13 bis 15 veransohaulicht.
Solche Dickenmessvorrichtungen eingen sich insbesondere zur fortlaufenden Kontrolle von Papierdicken in Papiermaschinen oder zur Kontrolle von Blechdidkem in Blechwalzwerkon. Die Massvorrichtung mach Fig 10 bis 12 besteht, wie aus Fig. 10 hervongeht, aus einer messzauge mit zwei mit einem Messkörper 31 fest verbundenen Schenkeln 32. Diie Schenkel, welche. in der gezeigten Ausführung aus U-Eisen hergestellt sind, tragen an ihren freien Endem Messrädchen oder-Rollen 33, welche um mit der Längsrich tung der Schenkel parallele Achselzapfen 34 rotierbar. gelagert sind.
Mit Vorteil können die Rollen 33 mit etwas verschiedenem Durchmesser'ausgeführt sein, wobei eventuelle Fehler in der Rundheit der Rollen oder der zentrischen Lagerung sich beim Messresultat weniger bemerkbar machen. Sit können aus den Aussenningen von Kugellagern bestehen, welche mit ihren inneren Ringen auf dien Achsen 34 aufgepresst sind. Insbesondere bei der Messung der Dicke soleber Me. ssobjekte, wie Papier, dessen Dik- kenunterschiede von gleicher Grössenordnung wie die Toleranz der Rollen oder der Rundheit der Kugellagerkugeln sind, können die Rollen mit Vorteil durch aus verschleissfestem Material, wie Chromstahl oder Teflon , ausgeführte Gleitschuhe ersetzt werden.
Im Messkörper 31, welcher ebenso wie der Mess- körper I in den oben beschriebenen Ausführungsformen aus magnetischem Material ausgeführt ist, sind sechzehn Löcher in vier Gruppen mit je zwei Paar Löchern 36 bzw. 37 angeordnet, welche Gruppen anf die vier Ecken des Messkörpers verteilt sind. In jeder Gruppe sind die Lochpaare ebenso wie früher so angeordnet, dass sie je die Ecken eines Rechtecks bil- den.
Ferner ist innerhalb jeder Gruppe eine Magnetfi- s'erungswickhing 38 idurch die übereinander gelegenen Löcher 36 in einem Paar gewickelt, welche dazu bestimmt ist, an eine Wechselstromquelle angeschlos sen zu wenden. Durch die beiden übrigen Löcher 37 in den entsprechenden Gruppen ist'eine Messwick- ung 39 gewickelt, welche dazu bestimt ist, auf früher beschriebene Weise'an ein geeignetes Messin- strument angeschlossen zu werden.
Die Messrädchen 33 sind mit einem derartigen Abstand voneinander angeorndet, dass das Messobjekt 35, dessen Dicke gemessen werden soll, bei Einführung zwsichen die Messrädchen diese ausein 'anderpresst und dabei die Schenkel 32 mit einer ge- eigneten Kraft. auseinan'de'rspannt. Diese Kraft darf natürlich nicht so gross sein, dass eine beträchtliche Zusammenpressung des Messobjoktes auftritt. Die Kraft darf. auch nicht so gross sein, dass der elasti- sche Bereich für die Ausbiegung der Schenkel über- schritten wind und beständige Deformation.'eintritt.
Hält man sich innerhalb des angegebenen Bereiches, wird die, genannte Knaft ebeso wie die Belastung des Messkörpe. rs 3. 1. direkt proportional zur Dicke des Massobjektes 35 sein, und dann kann die Dicke auf einem zweckmässig kalibrierten Instrument G der oben im Zusammenhang mit der in Fig. 9 angegsbe- nen Art'ablesen werden, dessen Ausschlag,'wie oben angegeben, direkt proportional mit der genannten Belastung und somit auch mit der Dicke des Messobjektes gemacht werden kann.
Die Messwicklungen 39 sind so untereinander in Reihe'geschaltet, dass die in diesen bei Betastung in- duzierten Spannungsänderungen addiert werdne, und dass ein stärkerer Ausschlag am Messinstrument erhalten wird, wodurch. die Empfindlichkeit erhöht wird. Hierbei soll beachtet werden, dass die am näch- sten zu den. Rollen 33 gelegenen Teile des Messkör- per. s 31 beim Diokenm'esaen, wenn die Messchen'kel 32 ausgebogen werden, keinen Zug ausgesetzt werden, während gleichzeitig die am weitesten von den Mess rädaben entfernt gelegenen Teile des Masskörpers 31 einem Druck ausgesetzt werden.
Beim Dickenmessen wird daher die induzierte Spannung in den Messwick lungen 39, welche in den erstgenannten Teilen des Messkörpsrs 31 geJegen sind, sich gleichze. itijg damit verringern, dass die induzierte Spannung in den Messwicklungen 39, welche am waitesten von den Messrollen 33 entfernt gelegen sind, sich erhöht. Für die Zusammensohaltung der MesswiekLungen muss man Versuche anstellen. Man schaltet eine Messwicklung an das Galvanometer G und beachtet den AMSschlag bei Belastung. Danach schaltet man die nächste Messwicklung in Serie mit der enst einge schalteten. und beachtet die Änderung im Ausschlag des Galvanometers bei gleicher Belastung.
Sollte sich dabei ein geringerer Ausschlag ergeben, muss man die zuletzt eingeschaltete Messwicktung lossohalten fund sie wieder mit umgeschalteten Anschlüssen ein- schalten, wobei ein erhöhter Ausschlage erhalten werden muss.
Das Messobjakt 35, beispielsweise ein Papier- oder Blechband, kann kontinuierlich zwischen den Messrädchen 33 hindurchgeführt werden. Das Galva nometer oder em entsprechendes Instrument kann so ausgebildet sein, dass es den Ausschlag als Kurve auf einem angetriebenen Kurvenblatt registriert, wobei eine fortlaufende Registrierung der Dicke entlang des Bandes erhalten wird. Die messvorrichtung ist natür lich'auch für Kräfte empfindlich, welche bestrebt sind, die Schenkel gegeneinander zu führen.
Die Rollen 33 oder die Gleitschuhe bei der be- schriebenen Messvorrichtung können bei Bedarf für verhältmismässig hohen Druak ausgebildet und so angebracht sein, dass diese die Dicke eines Messob jektes 35. in verhältnismässig grosseni Abstand von dessen Rändern, misst. Dieses ist besonders vorteil- haft beim Messen von Blech mit Einbaulungstendenz.
In Fig. 13 bis 15 wird eune andere Ausführungs- form einer Dickenmessvorrichtung gezeigt. Ebenso wie in der Ausführungsform nach Fig. 10 bis 12 be- steht die Dickenmessvorrichtung aus einer Messzange mit zwei Schenkeln 40 und 41, welche mit einem Zwischenstück 42 steif vereinigt sind. Der Schenkel 40'kann als starr betrachtet werden. Der Schenkel 41 besteht aus zwei Teilen 41a und 41b, welche miteinander durch ein Paar Geber 43 der in Fig. l und 2 gezeigtem Art vecbmnfdan ; sind, welche aus Bleehen iau magnetischem Material auf früher angegebene Weise zusammengesetzt sind.
Die Geber 43 sind, an den beiden Teilen 41a und 41b des Schenkels 41 mittels PItattem 44 befeistigt, welche mittels Bolze, 45 fest zusammengeschraubt sind, welche verhindern, dass sich die Bleche der Geber 43 werfen..
Damit die einzelnen Bleche der Geber 43 sich im Verhältnis zueinander nicht verschieben. sind ferner FühDungsstifte 46 angeorndnet, welche ohne Spiet durch die beiden Paare der Druckplatten 44 sowie d beiden Geber 43 hindurchgehen und auoh'dtie letztern hindern, sich im Verhältnis zu den Schenkelteilen 41a und 41b zu bewegen. Ebenso wie in der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 ist jeder Geber 43 mit einer Magnetisierungswicklung 47 und einer Messwicklnjg 48 versehen.
Ebenso wie in der Ausführungsform nach Fig. 10 bis 12 tragen die Schenkel 40 und 41 an ihren Enden je ihre Messroüe 50, welche auf Achselbolzen 49 rotierbar gelagert sind und aus den Aussemcingen von Kugellagern bestehen können.
Wenn ein Messobjekt zwischen die Messrollen 50 eingeführt wird, wird auf Grund der Steifheit des untenen Schlenkels 40 nur der oblerie Messcbemkel 41 nach ausen gebogen, wobei der in den obren Geber43 eingehende Messkörper zusammengedrückt und der in den. unteren Gaber eingehende MesBikörpar einem Zug ausgesetzt wind. Diese Änderungen in der Belastung der Messkörper bedingen, dass die Spannung, die in den Messwicklungen 48 induziert wird, wenn die Magnetisierungsweicklungen 47 an ieane WechselspannungsqueHe anigaschlostsen. simd, geän- dert wird.
Ebenso wie frührer sind die Magnetisierungswicklungen 47 einerseits und die messwicklungen 48 anderseits demaft in Rfeihe geschaltet, dass die bei der Dickenmessung entstehenden Spannungsänderungen in den beiden Messwicklungen zuseinander addiert werden, um eine grössere Empfindlickeit zu gewinnen.
Der Messkörper braucht kein separater Teil zu sein, sondern kann einen integrierenden Teil eines Masch, inenelementes bilden. In diesem Fall kann man beispielsweise zwei Paar Löcher in eine der Säulen, welche einen Stoffkocher oder dergleichen tragen, bohren und eine Magnetisierungs- und eine Messweicklung durch diese Löcher anordnen. Wenn die Vorrichtung an ein Messinstrument angeschlossen wird, so wird der Ausschlag des Instrumentes nach geeigneter Kalibrierung ein Mass des Gewichtes des Inhaltes des Kochens bedeuten. Die Vormdhtuug bildet somit eine Waiage, welche zur Kontrome ider zugeführten Hackstückmenge verwendet werden kann, wenn der Kocher gefüllt wird.
Ferner können dte Magnetisiterungs- und Messwicklungen anstatt in Löchern im Innern des Messkörpers angeordnet zu sein, um den Messkörper gewunden sein oder diesen, beispielsweise eine Säule Mnter einem Sto'ffk. ocbe'r, umschliessen, wobei der magnetische Fluss durch einen äusseren Rückschlusskörper geschlossen sein kann. Ein, zwei oder mehr Löcher im Messkörper können, wenigstens bei den Ausführungsformen nach Fig. 3 bis 8, durch Nubien m Rande des Messkörpers ersetzt sein.
Wenn die beiden nahe dem Messobjekt 25 in ldiiesen Ausführungsformen gelegenen Löcher durch Nuten im Rand des Messkörpers ersetzt werden, wird der Vorteil gewonnen, dass sämtliche Kraftlinien, welche diese Nuten umgeben, sich über das aus magnetischem Material bestehenden Messob je'kt. schliassen.
Bei Messzangen zum Dickenmessen kann man bei einer Ausführungsform auch mit einem einzigen Schenkel auskommen, wenn eine Vorschubtisch oder eine andere feste Bahe für das Messobjekt als ande rer Schenkel wirken kann.
In, dan tgezetigtan Ausführungsformen bestehen die Messkörper aus einem Material mit positiver Magnetostriktion, man kann jedoch auch diese aus einem Material mit negativer Magentostriktion ausführen.
Ebenso kann man, ohne von der Grundidee der Er Sjndmg abzugehen, zum Beispiel pulsierenden Gleichstrom anstelle von Wechselstrom verwenden.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist schliesslich nich auf das Messen der Dicke oder des mechanischen Druckes beschrändkt, sondern kann acuh zum Messen von anderen physikalischen Grössen, beispielsweise Gas- oder Flüssigkeitsdruck, verwendet wendem.
Device for measuring a physical variable D *, c The invention relates generally to a device for measuring a physical variable.
The device. includes whom. igs. tems! a transducer made of ferromagnetic material, which during the measurement is influenced by a mechanical load depending on the quantity to be measured or this is exposed to it, and at least two pairs of openings, at least part of the transducer being enclosed by a pair of windings, of which the is a single magnetization winding which passes through one of the pairs of openings mentioned and is connected to a voltage source, while the other is a measurement winding which passes through another of the pairs of openings and is connected to a measuring instrument,
wherein the magnetic flux of the magnetization winding in the encoder is distorted by the mechanical load as a function of the value of the measured physical quantity due to the magnetostnictive effect.
The main purpose of the invention is to create a very sensitive measuring device of the type specified above, in which the voltage induced in the measuring winding preferably increases almost completely linearly with the value of the measured variable, even if the initial value of the known Grossis lunld the bemm messes au. The relevant mechanical load on the measuring body inside! The relevant measuring range is in the vicinity of Nwll.
The measuring device according to the invention is characterized in that the magnetization and measuring windings are side by side and in one denar. are located at a sufficient distance in front of each other, so that part of the magnetic flux induced by the magnetization winding in the measuring body f the magnetic material that lies between the pairs of openings of the encoder closes without going through the measuring winding at the same time, while another part of the flux closes through the measuring winding at the same time, regardless of whether the encoder is the same. Is exposed to or influenced by stress, or not.
Some exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the accompanying drawings.
1 and 2 show the measuring principle used, applied to a mechanically unloaded or a loaded measuring body made of magnetic material. M.
3 to 8 illustrate measuring devices in accordance with other forms of application of the invention, the named measuring devices being attached next to a machine part or the like made of magnetic material.
Fig. 9 is a stop topic for an on! di) e instrument connected to the measuring device for indicating the voltage induced in the measuring winding.
FIG. 10 is a side view of a thickness measuring device in the form of a measuring tong with two legs firmly connected to a measuring body.
Fi) g. 11 and 12 show, on a larger scale, a side view of the right TeNes and an end view, seen from the right, of the thickness measuring device shown in FIG. G.
FIG. 13 is a side view of a modification of the FIG. 10 to 12 shown thickness measuring device bunig.
FIG. 14 is a plan view of part of the thickness measuring device according to FIG. 13 on a larger scale.
FIG. 15 is a partial section along the line XV-XV in FIG. 14.
The device shown in FIGS. 1 and 2 contains a body 1 composed of a sheet or several superimposed sheets of ferromagnetic material, such as iron or steel, of which it is assumed that it is arranged in a machine part or the like or in a thickness measuring device of the type specified below is installed and through which two pairs of holes 2 baw. 3 so that they form the corners of a rectangle.
Through the coincident. A magnetization winding 4 is pulled through the holes 2 located there, which is intended to be connected to an alternating current source, and a measuring winding 5 is pulled through the holes 3 ′, which are likewise one above the other but to the right of the hole punch 2, and which is used for this purpose is determined. to be connected to an instrument for measuring the voltage generated in it.
In the measuring body 1, which is made of magnetic material, a change in the mechanical load gives rise to changes in permeability, which effect can be used to determine the size by a mechanical pressure load.
Fig. 1 and 2 show how this effect. can be used for the determination of the named variable and thus for example the size of a mechanical force or the thickness of a measurement object.
When an alternating current flows through the magnetizing winding 4, an alternating magnetic field is built up in the measuring body in the vicinity of the holes 2, the KDaMimen of which, if the measuring body is not mechanically stressed. is, correspond to the shown closed, dashed lines 6, which consist by and large of with dsn holes 2 concentric circles, but which are somewhat flattened between these holes.
If the measuring body is subjected to mechanical stress, for example by pressure, as shown in FIG. is, the anisotropy arising in the measuring body is deformed by the anisotropy, so that the lines of force are flattened further and resemble more ellipses, as shown at 7 in FIG.
It can also be found in FIGS. 1 and 2 that both when the measuring body 1 according to FIG. 1 is mechanically unloaded and when it is loaded according to FIG. 2, a substantial fraction of the lines of force pass through the measuring winding 5, and that In the latter case, due to the geometric distance between the windings 4 and 5 and the lines of force flattened by the load, a larger fraction of the lines of force fit the measuring windings 5 than when the measuring body 1 is unloaded. A voltage is therefore induced across the measuring winding,
which increases linearly with increasing load from an initial value of essential size and with reduced load. of the measuring body l 'decreases. The change in voltage thus means a measure of the change in mechanical load on the measuring body 1.
A device of the type of measuring body 1 described above in connection with FIGS. 1 and 2, as well as the magnetization and measuring windings 4 and 5, respectively, is referred to below as a transmitter.
A donor according to Fig. 1 and 2 needs. Not to be built into a machine part, but can, for example according to FIGS. 3 to 8, also measure the load on the machine part close to this. to be ordered.
In the embodiment according to FIGS. 3, 4, which essentially correspond to FIGS. 1 and 2, the same reference symbols are used for the same or similar details. In FIGS. 3 and 4, an edge 26 of the measuring body 1 is arranged close to a machine part 25 which, according to FIG. 4, is subjected to a tensile force which is indicated by the force arrows F and by which. part of those surrounding the holes 2; Lines of force going through. Also. Here, a change in the part of the magnetic lines of force which pass through the measuring winding 5 is produced, depending on the magnitude of the tensile force F.
If the machine part is subjected to pressure in the opposite direction to the arrows F, the lines of force 7 are deformed in such a way that their major main axis becomes vertical, the number of lines of force going through the measuring winding 5 'being reduced and. the instnument ,. to which the measuring winding 5 is connected, then one pin. ge. The rash shows.
If the machine part almost. is arranged or stands still in another way, the measuring body 1 can turn with its edge 26 placed in contact with the machine part in the manner described above, wherein. the air gap between them becomes a minimum. The device can also be used to measure the mechanical load in moving machine parts, such as rotating axes, the measuring body either being mounted stationary with the edge 26 at an insignificant distance from the machine part or so that it follows the movement of the machine part , in which case, as in the first-mentioned case, the measuring body can be arranged in contact with the machine part.
Becomes. If the machine part is given a reciprocating motion, the magnetizing and measuring windings. on. their circuits must be connected via flexible lead wires. If, on the other hand, the machine part has a rotating movement in the same direction, the electrical connection of the magnetizing and measuring windings must be connected in another way, for example on an inductive wagon.
If one wishes to avoid the influence of the relatively constant magnetic field around the lower hole 2 of the magnetization winding on the measuring winding, the lower hole 3 of the measuring winding, WM shown in FIGS. 5 and 6, can be arranged in this way that said part of the magnetic flux closes mainly outside the measuring winding. st. The eb'eme of the measurement winding. lies in this
Fall in an acute angle to the level of the magnetization twist.
If, as shown in FIGS. 7 and 8, the magnetization winding 4 is attached near the edge 27 of the measuring body that is parallel to the plane of the magnetization winding, the magnetizing part is bye e ide holes 2 with the load from one to the sen The machine part arranged on the edge can be deformed, as a result of which the instrument connected to the measuring winding 5 has a greater thickness in the
Excerpt will show, ls in the embodiment according to FIGS. 3 to 5.
According to the circuit diagram shown in FIG. 9, a galvanometer G can be measured in the measuring winding 5, which is arranged in a phase-sensitive rectifier or data circuit. The magnetizing winding 4 is connected to a secondary winding 8 in a transformer 9, the primary winding 10 of which is connected to a 200-volt network, for example. The measuring winding 5 is on. a winding 11 in another transformer
12 connected.
The galvanometer G is two series-connected secondary windings 13 and 14 in the last. Antenanjsformator 12 via diode rectifiers connected to their outer ends
15 or 16, with a potentiometer 17 being connected in parallel with the Galvanometef G. The movable contact 18 of the potentiometer is connected to the 'aine end and the Vetreinjgungspun'kt 19 between the windings 13 and 14 to the other end of another secondary winding 20 in the transformer 9, connected between the outer ends of the series connection of the windings 13 and 14 - The capacitor 21 gives with the mentioned.
Windings in a circle tuned to the 50-period alternating voltage, for example. In addition, a filter capacitor 22 with the potentiometer 17 un, d de, galvanometer G is connected in parallel.
The 50-periodic alternating voltage which is generated by the winding 20 is applied to one of the rectifiers 15 and 15 in each other half-period
16 in the forward direction and hereby causes direct current flow through the parts of the potentiometer which are separated from the movable contact 18
17. In doing so, direct current pulses are pressed on the potentiometer's clamping screws 23 and 24 with the same drawing, which, given a suitable setting of the movable contact 18 of the potentiometer, also have the same size. The galvanometer 6 then does not show any stop caused by the winding 20.
In the windings 13 and
14, 50-pemadisdhe Spamniungimpulse a strength is induced, which is dependent on the voltage induced in the measuring winding 5, During half a period such a voltage pulse gives rise to a current surge through, for example, the winding 13, which is simultaneously and rectified with a current surge from the Winding 20 arrives. The voltage induced at the same time in the winding 14, however, cannot give rise to a current, since this voltage acts on the rectifier 16 in its reverse direction. The current surge from winding 13 is superimposed here with the current surge from winding 20 in the upper half of potentiometer 17 and increases the potential at clamping screw 23.
During the next half-cycle, when a current supply caused by the winding 20 is not received by the potentiometer 17, the power supply 14 gives a current impulse through the equalizer 16 (and the lower part of the potentiometer and thus causes a voltage pulse on the lower clamping screw 24 of the potentiometer .
The winding 20 is, however, dimensioned in such a way that it provides a larger addition to the potential at the clamping screws 23, 24. than the windings 13 and 14, which is why the aforementioned voltage pulse from the winding 14, which arrives in the pauses between the voltage pulses from the winding 20, does not give rise to the potential at the clamping screw 24. A potential difference, the magnitude of which is directly dependent on the voltage induced in the measuring winding 5, will therefore wave between the clamping screws 23, 24 and above the galvanometer G.
Since a voltage is already induced in the measuring winding 5 when the measuring body 1 is unloaded! or is placed with its edge 26 on an unloaded machine part 25, the galvanometer G would show a certain deflection if the movable contact 18 of the potentiometer were to assume such a position that the galvanometer would not deflect if the circuit would be interrupted by the measuring winding.
In practice, therefore, it is useful to regulate the movable contact 18 of the potentiometer so that the galvanometer G dindon deflects when the measuring winding 5 is switched on and the measuring element 1 or the measuring element or the like 25, to which the measuring element is attached, mechanically is unloaded, according to which the galvanometer deflection is proportional to the magnitude of the mechanical load on the measuring body or the measuring object and the measured value. is.
Another area of use for the measuring device according to the invention is the measurement of the thickness of material webs and other, preferably sheet-like or plate-shaped measuring objects. Two embodiments of the thickness measuring device which at least one. Encoders are illustrated in FIGS. 10 to 12 and 13 to 15, respectively.
Such thickness measuring devices are particularly suitable for the continuous control of paper thicknesses in paper machines or for the control of sheet metal devices in sheet metal rolling mills. The measuring device in FIGS. 10 to 12 consists, as can be seen from FIG. 10, of a measuring eye with two legs 32 firmly connected to a measuring body 31. The legs, which. are made in the embodiment shown from U-iron, wear at their free end measuring wheels or rollers 33, which are rotatable around axles 34 parallel to the longitudinal direction of the legs. are stored.
The rollers 33 can advantageously be designed with slightly different diameters, with possible errors in the roundness of the rollers or the central bearing being less noticeable in the measurement result. Sit can consist of the outer rings of ball bearings, which are pressed with their inner rings on the axles 34. Particularly when measuring the thickness of such objects, such as paper, the differences in thickness of which are of the same order of magnitude as the tolerance of the rollers or the roundness of the ball bearing balls, the rollers can advantageously be fitted with sliding blocks made of wear-resistant material such as chrome steel or Teflon be replaced.
In the measuring body 31, which, like the measuring body I in the embodiments described above, is made of magnetic material, sixteen holes are arranged in four groups, each with two pairs of holes 36 and 37, which groups are distributed over the four corners of the measuring body . As before, the pairs of holes in each group are arranged in such a way that they each form the corners of a rectangle.
Furthermore, within each group a magnetic fuse winding 38 is wound through the holes 36 located one above the other in a pair, which is intended to be connected to an alternating current source. A measuring winding 39, which is intended to be connected to a suitable measuring instrument in the manner described earlier, is wound through the two remaining holes 37 in the corresponding groups.
The measuring wheels 33 are arranged at such a distance from one another that the measuring object 35, the thickness of which is to be measured, presses the measuring wheels apart when they are inserted between them and the legs 32 with a suitable force. stretched apart. Of course, this force must not be so great that the measuring object is compressed considerably. The power is allowed. also not be so large that the elastic area for the bending of the legs is exceeded and permanent deformation occurs.
If you stay within the specified range, the above-mentioned force is the same as the load on the measuring head. rs 3. 1. be directly proportional to the thickness of the object of measurement 35, and then the thickness can be read on a suitably calibrated instrument G of the type indicated above in connection with the type indicated in FIG. 9, its deflection as indicated above , can be made directly proportional to the mentioned load and thus also to the thickness of the measurement object.
The measuring windings 39 are connected in series with one another in such a way that the voltage changes induced in them when they are touched are added and that a greater deflection is obtained on the measuring instrument, as a result of which. the sensitivity is increased. It should be noted that the closest to the. Rolls 33 located parts of the measuring body. s 31 during Diokenm'esaen, when the measuring legs 32 are bent, are not subjected to any tension, while at the same time the parts of the measuring body 31 located furthest away from the measuring wheels are subjected to pressure.
When measuring the thickness, the induced voltage in the measuring windings 39, which are located in the first-mentioned parts of the measuring body 31, is therefore the same. Itijg so that the induced voltage in the measuring windings 39, which are located farthest away from the measuring rollers 33, increases. Experiments have to be made to keep the measurement movements together. A measuring winding is connected to the galvanometer G and the AMS blow is observed under load. Then you switch the next measuring winding in series with the one that was switched on. and observes the change in the deflection of the galvanometer with the same load.
If this results in a lower deflection, the measurement winding that was last switched on must be retained and it switched on again with switched connections, whereby a higher deflection must be obtained.
The measuring object 35, for example a paper or sheet metal strip, can be passed continuously between the measuring wheels 33. The galvanometer or a corresponding instrument can be designed in such a way that it registers the deflection as a curve on a driven cam sheet, with a continuous registration of the thickness along the strip being obtained. The measuring device is of course sensitive to forces which strive to move the legs against one another.
The rollers 33 or the sliding shoes in the described measuring device can, if necessary, be designed for a relatively high pressure and attached in such a way that they measure the thickness of a measuring object 35 at a relatively large distance from its edges. This is particularly advantageous when measuring sheet metal with a tendency towards installation.
In FIGS. 13 to 15, another embodiment of a thickness measuring device is shown. As in the embodiment according to FIGS. 10 to 12, the thickness measuring device consists of measuring pliers with two legs 40 and 41 which are rigidly combined with an intermediate piece 42. The leg 40 'can be viewed as rigid. The leg 41 consists of two parts 41a and 41b, which vecbmnfdan each other by a pair of sensors 43 of the type shown in Fig. 1 and 2; which are composed of sheet metal and magnetic material in the manner specified earlier.
The transmitters 43 are fastened to the two parts 41a and 41b of the leg 41 by means of plates 44, which are firmly screwed together by means of bolts 45, which prevent the metal sheets of the donors 43 from throwing.
So that the individual sheets of the transmitter 43 do not move relative to one another. are also arranged guide pins 46, which pass through the two pairs of pressure plates 44 and the two transducers 43 without a gap and also prevent the latter from moving in relation to the leg parts 41a and 41b. As in the embodiment according to FIGS. 1 and 2, each encoder 43 is provided with a magnetization winding 47 and a measuring winding 48.
As in the embodiment according to FIGS. 10 to 12, the legs 40 and 41 each have their measuring tubes 50 at their ends, which are rotatably mounted on axle pins 49 and can consist of the outer rings of ball bearings.
When an object to be measured is inserted between the measuring rollers 50, due to the rigidity of the lower leg 40, only the oblerie measuring bracket 41 is bent outwards, the measuring body entering the upper transducer 43 being compressed and the measuring body entering the. lower Gaber incoming measuring liqueur exposed to a draft wind. These changes in the load on the measuring body mean that the voltage that is induced in the measuring windings 48 when the magnetization windings 47 are connected to an alternating voltage source. simd, is changed.
Just as before, the magnetizing windings 47 on the one hand and the measuring windings 48 on the other hand are connected in series so that the voltage changes in the two measuring windings that occur during the thickness measurement are added together in order to achieve greater sensitivity.
The measuring body does not need to be a separate part, but can form an integral part of a machine element. In this case, for example, two pairs of holes can be drilled in one of the pillars, which carry a burner or the like, and a magnetizing and measuring coil can be placed through these holes. If the device is connected to a measuring instrument, the deflection of the instrument after suitable calibration will mean a measure of the weight of the contents of the boil. The preamble thus forms a balance which can be used to control the amount of chopped pieces supplied when the digester is filled.
Furthermore, instead of being arranged in holes in the interior of the measuring body, the magnetization and measuring windings can be wound around the measuring body or, for example, a column under a material. ocbe'r, where the magnetic flux can be closed by an outer return body. One, two or more holes in the measuring body can, at least in the embodiments according to FIGS. 3 to 8, be replaced by nubias on the edge of the measuring body.
If the two holes located near the measuring object 25 in these embodiments are replaced by grooves in the edge of the measuring body, the advantage is gained that all lines of force surrounding these grooves are located over the measuring object, which is made of magnetic material. close.
In the case of measuring pliers for thickness measurement, one embodiment can also manage with a single leg if a feed table or some other fixed beam can act as another leg for the measurement object.
In, dan tgezetigtan embodiments, the measuring bodies consist of a material with positive magnetostriction, but these can also be made of a material with negative magnetostriction.
Likewise, without departing from the basic idea of the sense of harmony, one can use, for example, pulsating direct current instead of alternating current.
Finally, the device according to the invention is not limited to measuring the thickness or the mechanical pressure, but can also be used to measure other physical quantities, for example gas or liquid pressure.