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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 17. September 1954 Bekanntgemacht am 2. Februar 1956Registration date: September 17, 1954. Advertised on February 2, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergrößerung kleinster Bewegungen mit Hilfe statischer magnetischer Felder, insbesondere zur Längenmessung in der Feinmeßtechnik.The invention relates to a device for magnifying the smallest movements with the aid of static magnetic fields, especially for length measurement in precision measurement technology.

Die für diesen Zweck bisher bekanntgewordenen Vorrichtungen bestehen neben den rein optisch arbeitenden Geräten entweder in sogenannten Meßuhren, welche die Längenänderung mit Hilfe eines Fühl'stiftes durch mechanische Übersetzungen mittels eines Zeigers, der vor einem Zifferblatt läuft, anzeigen, oder in Geräten, bei denen die Änderung eines Meßkondensators oder einer Meß induktivität — durch elektrische, in Längenmaß geeichte Meßinstrumente angezeigt —· zur Messung dient. Auch brücken- oder kompensatorähnliche Magnetkreise, bei denen die Lage eines ferromagnetischen Leitstückes durch die Meßgröße verändert und dadurch die Feldstärke in einem Anzeigekreis beeinflußt wird, sind schon vorgeschlagen worden. Hierbei sind sowohl stromdurchflossene Drehspulen als auch drehbar gelagerte Dauermagnete als Induktoren zur Anwendung gekommen.The devices previously known for this purpose exist in addition to the purely optical working devices either in so-called dial gauges, which the change in length with the help of a Fühl'stiftes through mechanical translations by means of of a pointer moving in front of a watch face, or in devices where the change a measuring capacitor or a measuring inductance - by electrical measuring instruments calibrated in length displayed - · is used for measurement. Also bridge or compensator-like magnetic circuits, in which the position of a ferromagnetic guide piece is changed by the measured variable and thereby the field strength is influenced in a display circuit have already been proposed. Here are both current-carrying moving coils and rotatably mounted permanent magnets as inductors came into use.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht, nun unter Verwendung eines brücken- oder kompenr satorähnlichen Magnetkreises, bei welchem ein unter dem Einfluß der Meßgröße stehendes, direkt oder indirekt als Fühlhebel wirkendes, ferromagnetisches Leitstück in Abhängigkeit von der Meßgröße verstellt wird, darin, daß ein oder mehrere Dauermagneten mit Polschuhen einen Magnetkreis mit einem Luftspalt bilden, in welchem ein unter der Wirkung dies Fühlhebels stehendes,' f erromägne-The device according to the invention consists, now using a bridging or Kompenr Sator-like magnetic circuit, in which a standing under the influence of the measured variable, directly or indirectly acting as a feeler lever, ferromagnetic guide piece depending on the measured variable is adjusted, in that one or more permanent magnets with pole pieces form a magnetic circuit form with an air gap in which a 'ferromagne-

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tisches Leitstück schwingbeweglich angeordnet ist, Avobei das ferromagnetische Leitstück, mit/ einem Indikator zwischen der neutralen Zone des Dauermagneten und dem Luftspalt, liegend, den NuIl-table guide piece is arranged to oscillate, Avobei the ferromagnetic guide piece, with / a Indicator between the neutral zone of the permanent magnet and the air gap, lying, the NuIl-

,5 zweig darstellt. Diese Vorrichtung ist ihrem Wesen nach natürlich nicht nur zur Durchführung von Längenmessungen geeignet, sondlern kann auch mit Erfolg für jede andere Lagenänderung, bei der zur genauen Messung eine große Übersetzung, Represents 5 branch. This device is hers Naturally, it is not only suitable for carrying out length measurements, it can also do odd things with success for every other change in position where a large transmission ratio is required for precise measurement

ίο erforderlich ist, angewendet werden. Zum Beispiel kann auf diese Weise die Durchbiegung von Trägern, Druckmembranen usw. oder die Längenänderung irgendwelcher Bauelemente unter dem Einfluß schwankender Temperatur oder wechselnder Zugkräfte und vieles andere mehr leicht einer genauen Messung erschlossen werden.ίο is required to be applied. For example In this way, the deflection of girders, pressure membranes etc. or the change in length can be avoided any components under the influence of fluctuating temperature or changing Tensile forces and much more can easily be deduced from an accurate measurement.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung besteht darin, daß bei völliger Flußgleichheit in den beiden Teilen des Magnetkreises im Nullzweig der Fluß Null entsteht, was durch den Indikator angezeigt wird. Schon bei kleinster Auslenkung dies mit dem Luftspalt in magnetischer Verbindung stehenden ferromagnetischen Leitstückes entsteht im Nullzweig ein Fluß, der am Indikator einen entsprechenden Ausschlag bewirkt. Es ist natürlich nicht unbedingt erforderlich, daß das den Nullzweig bildende ferromagnetische Leitstück mit dem Spannungsmittelpunkt des Dauermagneten in mechanischer Berührung steht. Es genügt, wenn dieser Anker so zwischen oder vor einem Luftspalt angeordhet ist; daß jede Lageveränderung in oder vor dem Spalt eine Kraftflußänderung im Anker hervorruft. Diese Bauweise wird man zweckmäßigerweise dann nehmen, wenn der Magnetkreis beispielsweise aus einem hufeisenähnlichen Gebilde besteht. .The mode of operation of this arrangement is that with complete equality of flow in the two Dividing the magnetic circuit in the zero branch creates the zero flux, which is indicated by the indicator will. Even with the smallest deflection, this is in magnetic connection with the air gap ferromagnetic conductive piece, a flux arises in the zero branch, which a corresponding one on the indicator Causes rash. It is of course not absolutely necessary that the zero branch forms ferromagnetic guide piece with the center of tension of the permanent magnet in mechanical Touch stands. It is sufficient if this anchor is so arranged between or in front of an air gap is; that any change in position in or before the gap causes a change in the force flow in the armature. This construction is expedient then take if the magnetic circuit, for example, consists of a horseshoe-like structure consists. .

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Größe des Flusses im Nullzweig mittels einer auf diesem angebrachten Spule mit angeschlossenem Fluxmeter bestimmt und zur Anzeige des Meßwertes verwendet werden.In a further embodiment of the invention, the size of the flow in the null branch can be determined by means of a coil attached to it with a connected flux meter and for display purposes of the measured value can be used.

Erfindungsgemäß kann das direkt oder indirekt unter dem Einfluß der zu messenden Größe stehende und einen Teil des Nullzweiges bildende magnetische Leitstück einseitig vor dem Luftspalt schwingbeweglich, vorzugsweise elastisch, gelagert sein. Die Größe des Luftspaltes bzw. des Abstandes zwischen dem magnetischen Leitstück und! den Polschuhen gestattet die bequeme Wahl des Meßbereiches der Vorrichtung, vor allem dann, wenn die zum Luftspalt geeignetste Dimensionierung der Dauermagnete gewählt wird.According to the invention, this can be directly or indirectly under the influence of the variable to be measured and a part of the zero branch forming magnetic conductive piece on one side in front of the air gap be oscillating, preferably resiliently mounted. The size of the air gap or the distance between the magnetic conductor and! the pole pieces allows the convenient selection of the measuring range of the device, especially if the dimensions most suitable for the air gap the permanent magnet is chosen.

Gemäß der Erfindung kann die Form des Luftspaltes zur Beeinflussung des Skalencharakters des Indikators herangezogen werden, so daß auf diese Weise die Skala teilweise auseinandergezogen bzw. linearisiert werden kann.According to the invention, the shape of the air gap can be used to influence the scale character of the Indicators are used, so that in this way the scale is partially pulled apart or can be linearized.

Der Nullzweig der Vorrichtung besteht gemäß der Erfindung aus einem Werkstoff mit sehr schmaler Magnetisierungsschleife, z.B. einer Eisen-Nickel-Legierung , mit einem Nickelgehalt von wenigstens 5o°/a, um zu verhindern, daß sich der Anzeigewert · ein und derselben Meßgröße bei zunehmenden Meßwerten gegenüber abnehmenden unterscheidet. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur ein hochempfindliches, sondern auch sehr genaues Meßgerät aufzubauen.The zero branch of the device consists according to of the invention from a material with a very narrow magnetization loop, for example an iron-nickel alloy , with a nickel content of at least 5o ° / a to prevent the Display value · one and the same measured variable with increasing measured values versus decreasing ones differs. In this way it is possible not only to have a highly sensitive, but also very accurate one Build up measuring device.

In den Abbildungen sind Beispiele der Erfindung näher dargestellt. Es bedeutet .Examples of the invention are shown in more detail in the figures. It means .

Fig. ι eine schematische Aufsicht auf ein Meßwerk mit Drehmagnet-Indikator, bei dem das magnetische Leitstück zungenartig in den Luftspalt eingreift,Fig. Ι a schematic plan view of a measuring mechanism with rotating magnet indicator, in which the magnetic guide piece enters the air gap like a tongue intervenes,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Pol· schuhe mit einem einseitig vor dem Luftspalt gelagerten magnetischen Leitstück in Aufsicht,2 shows a schematic representation of the pole shoes with one mounted on one side in front of the air gap magnetic guide piece in supervision,

Fig. 3 Polschuhe mit einem V-förmig zur Beeinflussung des Skalencharakters des Indikators ausgebildeten Luftspalt in Seitenansicht.3 pole shoes with a V-shaped design for influencing the scale character of the indicator Air gap in side view.

In Fig. ι besteht der einer Meßbrücke oder einem Kompensator ähnelnde Magnetkreis aus den beiden Dauermagneten 1 und 2, deren Polarität durch die Buchstaben »A^r« und »S« angedeutet ist, sowie aus den beiden den Luftspalt 3 bildenden ferromagnetischen Leitstücken 4 und 5. Der den Indikator enthaltende Nullzweig besteht aus dem im Spannungsmittelpunkt der beiden Dauermagnete angeordneten ferromagnetischen Leitstück 6 und dem zungenartigen Leitstück 7. Für die Leitstücke 6 und 7 ist ein Werkstoff mit sehr schmaler Hysteresisschleife, z. B. eine Eisen-Nickel-Legierung mit einem Nickelgehalt von wenigstens 50%, vorgesehen. Durch die Einsparung 8 der Zunge 7 wird erreicht, daß diese kleine elastische Bewegungen ausführen kann. Der Indikator besteht aus einem auf der senkrecht zur Zeichenebene angeordneten Achse 9 befestigten Drehmagneten 10, dessen Polarität ebenfalls durch Buchstaben »Λ?"« und »S« angedeutet ist. Der Drehmagnet 10 befindet ich in der zylindrischen Bohrung eines rechteckförmigen Stückes 11 aus einem Werkstoff mit guter elektrischer Leitfähigkeit, z. B. Kupfer. Bei Bewegungen des Drehmagneten 10 werden in dem Kupferstück 11 Wirbelströme erzeugt, die für eine genügende Dämpfung sorgen. Auf der Achse 9 ist außerdem noch der Zeiger 12 befestigt, der vor einer Skala 13 spielt. Eine Spiralfeder 14 dient als elastische Rückführung für den Zeiger 12. Das Leitstück 7, das den Luftspalt 3 zungenartig durchgreift, ist zwischen den als einstellbare Anschläge dienenden Schrauben 15 und 16 angeordnet. Auf dem Meßtisch 17 liegt das zu messende Stück 18. Die Länge dieses Stückes wird durch den Fühlhebel 19 abgetastet, der in einer Führung 20 gelagert, ist. Zwei Federn 21 und 22 verbinden den Fühlstift 19 kraftschlüssig mit der Zunge 7. Dabei ist die Zugkraft der Feder 22 größer als diejenige der Feder 21. Die Wirkungsweise des Gerätes ist folgende: Vor Beginn der Messung wird die Zunge 7 durch die Kraft der Feder 22 an den einstellbaren Anschlag 16 gelegt. Dabei wird der Nullzweig in Richtung des Pfeiles 23 von einem magnetischen Kraftlinienfluß durchsetzt. Dieser übt auf den Drehmagneten 10 ein Drehmoment aus, durch das der Zeiger 12 auf einen bestimmten Skalenwert auf der linken Skalenhälfte gebracht wird, wobei die Spiralfeder 14 ent-In FIG. 1, the magnetic circuit, which is similar to a measuring bridge or a compensator, consists of the two permanent magnets 1 and 2, the polarity of which is indicated by the letters "A ^r " and "S" , and of the two ferromagnetic conductive pieces 4 and 5 that form the air gap 3 The zero branch containing the indicator consists of the ferromagnetic guide piece 6 arranged in the center of tension of the two permanent magnets and the tongue-like guide piece 7. For the guide pieces 6 and 7, a material with a very narrow hysteresis loop, e.g. B. an iron-nickel alloy with a nickel content of at least 50% is provided. By saving 8 of the tongue 7 it is achieved that this can perform small elastic movements. The indicator consists of a rotary magnet 10 attached to the axis 9 perpendicular to the plane of the drawing, the polarity of which is also indicated by the letters "Λ?" And "S." The rotary magnet 10 is located in the cylindrical bore of a rectangular piece 11 made of a material With good electrical conductivity, e.g. copper. When the rotary magnet 10 moves, eddy currents are generated in the copper piece 11, which ensure sufficient damping. A spiral spring 14 serves as an elastic return for the pointer 12. The guide piece 7, which extends through the air gap 3 like a tongue, is arranged between the screws 15 and 16 serving as adjustable stops The piece is scanned by the feeler lever 19, which is mounted in a guide 20. Two springs 21 and 22 connect the feeler pin 19 kr The tensile force of the spring 22 is greater than that of the spring 21. The zero branch is penetrated in the direction of arrow 23 by a magnetic flux of lines of force. This exerts a torque on the rotary magnet 10, by means of which the pointer 12 is brought to a certain scale value on the left half of the scale.

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sprechend gespannt wird. Das zu messende Stück 18 hebt bei der Messung die Zunge 7 über den Fühlhebel 19 etwas an. Bewegt sich die Zunge beispielsweise genau in die Mitte des Luftspaltes 3, so ist im Nullzweig kein Kraftlinienfluß mehr vorhanden, und die Feder 14 bringt den Zeiger 1.2 in die Mittelstellung. Bei' weiterem Anheben der Zunge 7 wird der Nullzweig von einem Kraftlinienfluß entgegengesetzt der Richtung des Pfeiles 23 durchsetzt, wodurch ein umgekehrt gerichtetes Drehmoment auf den Drehmagneten 10 ausgeübt wird, welches den Zeiger 12 auf einen bestimmten Wert in der rechten Skalenhälfte bringt. Schon kleine Bewegungen der Zunge 7 rufen somit große Zeigerausschläge hervor, so daß also bereits kleine Abweichungen in der vorgeschriebenen Länge des zu messenden Stückes 18 deutlich mittels des Zeigers 12 auf der Skala 13 abgelesen werden können.is excited speaking. The piece to be measured 18 lifts the tongue 7 over the measurement Feeler lever 19 a little. If the tongue moves, for example, exactly into the center of the air gap 3, so there is no longer any force line flow in the null branch, and the spring 14 brings the pointer 1.2 into the middle position. When the tongue 7 is raised further, the zero branch becomes a flow of force lines opposite to the direction of arrow 23 interspersed, whereby a reversed Torque is exerted on the rotary magnet 10, which the pointer 12 to a certain Brings value in the right half of the scale. Even small movements of the tongue 7 thus call out large ones Pointer deflections emerge, so that even small deviations in the prescribed length of the The piece 18 to be measured can be clearly read off by means of the pointer 12 on the scale 13 be able.

In Fig. 2 sind schematisch zwei einen Luftspalt 24 bildende Polschuhe 25 und 26 in Aufsicht abgebrochen gezeichnet. Die ebenfalls abgebrochen dargestellte Zunge 27 ist schwingbeweglich vor dem Luftspalt 24 gelagert. Der Fühlstift 28 greift in diesem Falle durch eine Bohrung des Polschuhes 26 hindurch. Die Anschlagstifte usw. sind der Übersicht halber in dieser Darstellung weggelassen.In FIG. 2, two pole shoes 25 and 26 forming an air gap 24 are broken off schematically in a plan view drawn. The tongue 27, also broken off, is oscillatable in front of the Air gap 24 stored. In this case, the feeler pin 28 engages through a bore in the pole piece 26 through. The stop pins etc. are omitted in this illustration for the sake of clarity.

Fig. 3 zeigt die Polschuhe 25 und 26 in Seitenansicht. Der Luftspalt 24 ist V-förmig ausgebildet. Nimmt die Zunge 27 die gestrichelt eingezeichnete Mittellage ein — bei der die Fläche des Dreiecks 29 gleich der Summe der Flächen der beiden Dreiecke 30 ist —, so wird sie von keinem Kraftlinienfluß durchsetzt. Auch hier rufen bereits geringe Abweichungen aus dieser Mittellage einen kräftigen Magnetfluß in der Zunge hervor. Durch entsprechende Ausbildung des Luftspaltes kann die Skalenform beeinflußt werden.Fig. 3 shows the pole shoes 25 and 26 in side view. The air gap 24 is V-shaped. If the tongue 27 assumes the central position shown in dashed lines - in the case of the area of the triangle 29 is equal to the sum of the areas of the two triangles 30 - it is not influenced by any force line flow interspersed. Here, too, slight deviations from this central position call for a strong one Magnetic flux emerges in the tongue. By appropriate formation of the air gap, the Scale shape can be influenced.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Device for length measurement using a bridge or compensator-like Magnetic circuit in which a ferromagnetic, which is under the influence of the measured variable, acts directly or indirectly as a feeler lever Guide piece is adjusted as a function of the measured variable, characterized in that that one or more permanent magnets with pole pieces form a magnetic circuit with an air gap in which one under the action of the sensing lever standing ferromagnetic guide piece arranged to oscillate is, the ferromagnetic guide piece, with an indicator between the neutral zone of the permanent magnet and the air gap, which represents the zero branch.

2. Device for length measurement according to claim i, characterized in that for Measurement of the flux in the zero branch a coil attached to this with a connected Fluxmeter is used.

3. Device for length measurement according to claim ι and 2, characterized in that the part of the zero branch forming magnetic guide piece on one side in front of the air gap is oscillating, preferably elastic, mounted.

4. Device for length measurement according to claim ι to 3, characterized in that the Air gap z. B. V-shaped in the sense of influencing the scale character of the indicator is trained.

5. Device for length measurement according to claim ι to 4, characterized in that the Zero branch made of a material with a very narrow magnetization loop, e.g. B. one Iron-nickel alloy with a nickel content of at least 50%.

80 Referred publications:

German Patent No. 873 749;
U.S. Patent No. 2,292,113;
British Patent No. 601,490.

For this purpose τ sheet drawings

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