DE849494C - Vorrichtung zur elektrischen Messung mechanischer Kraefte - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur elektrischen Messung mechanischer Kräfte Für die Messung von Druck- und Zugkräften sind magnetoelastische und kapazitive Druckmeßdosen bekannt. Es ist ein Nachteil dieser bekannten Meßdosen, daß einerseits der Meßbereich beschränkt ist und daß andererseits, namentlich was die kapazitiven Meßdosen angeht, die Herstellung eine erhebliche Präzision verlangt und sehr teuer ist.
• Die Erfindung betrifft eine Druck- und Zugrnessung, die auf der Abhängigkeit der Dielektrizitätskonstante gewisser Dielektrika von der mechanischen Belastung beruht. Es ist z. B. Bariumtitanat ein Dielektrikum, dessen Dielektrizitätskonstante von der mechanischen Beanspruchung sehr stark abhängig ist. Da außerdem Bariumtitanat eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante besitzt, ist dieser Stoff als Dielektrikum für eine elektrostatische Druckmeßdose hervorragend geeignet; denn bei gleicher Flächengröße der Meßdose ist ihre Kapazität mit Bariumtitanat als Dielektrikum etwa dreißigmal so groß wie die der bisher üblichen Blechdosen mit Luft als Dielektrikum. Daraus ergibt sich eine entsprechend höhere Empfindlichkeit einer Meßdose mit Bariumtitanat oder einem anderen Dielektrikum ähnlicher oder noch darüber hinausgehender Größe der Konstante.
• Der Kondensator mit einem Dielektrikum mit hoher Dielektrizitätskonstante kann beispielsweise ein ebenflächiger Kondensator sein für die Messung von Drucken senkrecht zu den Kondensatorbelegungen.
• Es gibt aber auch andere Ausführungsformen für eine Meßeinrichtung nach der Erfindung: der Kondensator mit dem druckempfindlichen Dielektrikum ist beispielsweise als Zylinderkondensator gestaltet und kann sowohl einem äußeren wie auch einem inneren Druck in radialer Richtung ausgesetzt werden. In dieser Form eignet er sich z. B. für die Messungen von Überdruck oder Unterdruck in einem flüssigen oder gasförmigen Medium. Die Meßeinrichtung kann auch Stabform haben mit in Achsrichtung aufeinanderfolgenden Kapazitätselementen, und zwar gleichzeitig von Elementen, die beispielsweise oberhalb und unterhalb der neutralen Zone bei lotrechter Biegungsbeanspruchung angeordnet sind, so daß bei der Biegung die oberhalb liegenden Kondensatorelemente mit dem angegebenen Dielektrikum auf Zug, die unterhalb angeordneten Kondensatorelemente dagegen auf Druck beansprucht werden. Die Kondensatorelemente der oberen und der unteren Hälfte des Stabes können untereinander zusammengeschaltet werden, während die obere Gruppe von der unteren Gruppe getrennt bleibt. Bei einer Biegungsbeanspruchung ändern sich dann die beiden Kondensatorgruppen gegenläufig, so daß ihre Wirkungen in einer Meßschaltung, entsprechend der Größe ihrer Summe, erfaßt werden.
• Eine weitere Ausführungsmöglichkeit oder Anwendungsmöglichkeit. für eine Meßeinrichtung nach der Erfindung besteht z. B. darin, daß eine Meßdose einen in sich geschlossenen Hohlraum im Innern aufweist und beispielsweise mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium gefüllt ist und in den die zu bestimmende Meßgröße einen Tauchkolben hineindrücken kann. Der dadurch gesteigerte Innendruck überträgt sich auf die Wandung des Hohlraumes, welche die eine Belegung eines Kondensators nach der Erfindung darstellt. Auf diese Weise ist z. B. eine Drehmomentmessung, eine Gewichtsmessung, ein Strömungsdruck u. dgl. mit den Mitteln der Erfindung leicht durchführbar. Grundsätzlich sind alle Messungen mit Hilfe einer Meßdose gemäß der Erfindung ausführbar, bei denen es sich um mechanische Kräfte oder beliebige andere Meßgrößen handelt, die sich in eine mechanische Kraft umwandeln lassen.
• Zur Erläuterung der Erfindung dienen zwei Abbildungen.
• Abb. I zeigt die grundsätzliche Anordnung einer Druckmeßdose nach der Erfindung. Zwischen zwei Stahlplatten I und 2 befindet sich eine Scheibe 3 aus Bariumtitanat. Die Anordnung I, 2, 3 bildet einen Kondensator. Dieser ist in der Richtung senkrecht zu der Schicht 3 belastbar, wobei das Dielektrikurn 3 seine Dielektrizitätskonstante ändert. Die Stahlplatten I und 2 sind durch je eine isolierende Zwischenlage 4 und 5, vorzugsweise durch eine Glimmerschicht, elektrisch von der übrigen Meßeinrichtung bzw. dem Teil der Anlage, durch den ein Druck auf das Dielektrikum 3 übertragen wird, getrennt. Als Widerlager für die von außen wirkende Druckkraft ist eine Platte 6 auf der einen Seite und eine Platte 7 auf der anderen Seite vorgesehen. Die zwischen den beiden Kondensatorbelegungen I und 2 bestehende druckabhängige Kapazität wird über zwei Meßleitungen 8 einer Kapazitätsmeßeinrichtung zugeleitet, beispielsweise einer Brückenschaltung oder einer Schaltung, welche die Resonanzfrequenz eines Schwingungskreises feststellt, dem die Kapazität zwischen den Belegen I und 2 angehört. Es können auch Kippresonanzschaltungen oder Blinkschaltungen angewendet werden, wobei deren Arbeitsfrequenz durch die zu messende Kapazität der Meßdose beeinflußt wird.
• Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. 2 schematisch angedeutet. In einem Halter g ist ein stabförmiger Hohlkörper IO fest eingespannt.
• Der Hohlkörper wird durch eine zu messende Kraft ii auf Biegung beansprucht. Der Stab ist aus einer Reihe von Kondensatorelementen zusammengesetzt.
• In grober Übertreibung sind die dielektrischen Schichten 12 und' I3 sehr breit gezeichnet, zwischen denen schmaler die metallischen Belegungen hervortreten. In der für die Biegungsbeanspruchung neutralen Zone 14 sind die metallischen Belegungen 15 und I6 unterbrochen, so daß also oberhalb und unterhalb der neutralen Ebene getrennte Kondensatorenreihen vorhanden sind. Durch die Belastung II wird der Stab Io nach unten gebogen, wodurch die dielektrischen Schichten oberhalb der neutralen Ebene gedehnt, die unteren dagegen zusammengedrückt werden. Daraus ergeben sich entgegengesetzt gleiche Kapazitätsänderungen für die beiden Kondensatorgruppen, und die Wirkung dieser Änderungen kann in einer Meßschaltung summiert werden. Diese Anordnung hat gleichzeitig den Vorteil, daß sie ermöglicht, einen Temperatureinfluß auf die Dielektrizitätskonstante des verwendeten Materials auszuschalten, weil beide Kondensatorgruppen den gleichen Erwärmungsgrad haben.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur elektrischen Messung von Druck oder Zug mittels eines Testkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Testkörper aus einem Stoff mit hoher und zugleich druckabhängiger Dielektrizitätskonstante besteht, z. B. Bariumtitanat.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, das mittels des Testkörpers ein druckabhängiger Kondensator gebildet und dieser in eine Kapazitätsmeßeinrichtung eingeschaltet ist, z. B. in eine Meßbrücke.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittels des Testkörpers gebildeter Kondensator in eine Druckmeßdose eingebaut ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch I oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines hohlzylindrischen Testkörpers ein Zylinderkondensator gebildet ist für eine mechanische Belastung in radialer Richtung von innen und von außen.
5. 5. Anwendung einer Vorrichtung nach Anspruch I oder folgenden für die Messung von Biegungs-oder Torsionsbeanspruchungen oder von in mechanische Kräfte umwandelbaren sonstigen Meßgrößen, wie z. B. Temperaturen, Geschwindigkeiten, Drehzahlen, elektrischen Spannungen oder Strömen oder Leistungen usw.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch I oder folgenden zur Messung periodischer Kräfte, gekennzeichnet durch eine Meßspannung mit einer von der der periodischen Kräfte abweichenden Frequenz.