CH406666A - Anordnung zum Messen von Zug- oder Druckspannungen in einem Messobjekt aus magnetostriktivem Material - Google Patents

Description

  
 



  Anordnung zum Messen von   Zug- oder    Druckspannungen in einem Messobjekt aus magnetostriktivem Material
In der schwedischen Patentschrift Nr.   151 266    ist eine Anordnung zum Anzeigen oder Messen von mechanischen Beanspruchungen in Körpern aus magnetostriktivem Material beschreiben. Bei dieser Anordnung wird die Veränderung der magnetischen Anisotropie im Material ausgenutzt, die entsteht, wenn das Material mechanischen   Beine    spruchungen ausgesetzt wird. Die Anordnung besteht aus zwei   winkelrecht    zueinander angeordneten Systemen von mit Spulen versehenen Magnetkernen.



  Mit Hilfe des einen Magnetsystems wird ein Magnetfeld erzeugt, das sich teilweise durch das Material in dem Gegenstand schliesst, dessen Beanspruchung bestimmt werden soll. Das andere Magnetsystem ist an ein Messinstrument angeschlossen. Ist das Material unbelastet und an sich magnetisch isotrop, so wird keine Spannung im Messsystem induziert, wenn das erste Magnetsystem mit Wechselstrom gespeist wird. Wird das Material einer mechanischen Einwirkung ausgesetzt, so entsteht eine magnetische Anisotropie, die eine Verzerrung des magnetischen Feldbildes zur Folge hat, wodurch eine Spannung in dem anderen Magnetsystem induziert wird.



   Diese bekannte Anordnung ist für Messungen geeignet, die an der Aussenseite eines Messobjektes ausgeführt werden sollen. In einigen Fällen will man jedoch die Messung in einer Ausbohrung im Messobjekt ausführen. Um die Messanordnung unabhängig von Biegebeanspruchungen des Messobjektes zu machen, muss man in einem solchen Fall zwei Messanordnungen verwenden, die auf diametral entgegengesetzten Flächen in der Ausbohrung arbeiten. Durch eine solche Einrichtung erreicht man, dass eine durch die Biegebeanspruchung verursachte Zugspannung an der einen Messstelle durch eine gleich grosse Druckspannung an der anderen Messstelle kompensiert wird. Wenn die beiden Messanordnungen genau die gleiche Empfindlichkeit haben, wird in diesem Fall die Biegebeanspruchung völlig kompensiert.



   In einem Fall wie diesem hat die bekannte Anordnung jedoch zwei bedeutende Nachteile. Teils ist es schwer, mit Hilfe von zwei voneinander unabhängigen Messanordnungen genau gleiche Messempfindlichkeit an den beiden Messflächen sicherzustellen, teils bringt auch die U-Form der Magnetkerne mit sich, dass ein wesentlicher Teil des Raumes in diametraler Richtung in der Ausbohrung von Eisenkernen eingenommen wird und nicht für die Wicklungen der Magnetkerne ausgenutzt werden kann. Um genügend Raum für die Wicklungen zu erhalten, muss man in diesem Fall den Durchmesser der Ausbohrung grösser machen, als es oftmals mit Rücksicht auf das Messobjekt zweckmässig ist.



   Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Verbesserung der bekannten Anordnung zum Messen von   Zug- oder    Druckbeanspruchungen in magnetostriktivem Material und vorzugsweise in solchen Messobjekten, die eine zylindrische Ausbohrung haben, in die die Messanordnung eingeführt werden kann.



  Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie vier im wesentlichen stabförmige und voneinander getrennte Magnetkerne mit je einer Wicklung besitzt, welche Magnetkerne parallel zueinander angeordnet sind, und dass die Wicklungen paarweise zusammengeschaltet sind, wobei das eine Wicklungspaar vorgesehen ist, um an eine Wechselstromquelle und das andere Paar an ein wechselspannungsempfindliches Messorgan angeschlossen zu werden.



   Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Fig. 1  befestigt, das an seinem unteren Teil mit Schrauben 24 an einen unteren Flansch 25 befestigt ist, der an dem einen Ende des Messobjekts festgeschraubt ist. Die Leitungen von der Schaltplatte 15 werden durch das Distanzrohr 23 und eine im unteren Flansch 25 eingeschraubte Durchführungsmutter 26 gezogen.



   Wenn ein Messobjekt beispielsweise einer mit der Ausbohrung parallelen Druckbeanspruchung ausgesetzt wird, entsteht eine magnetische Anisotropie im Messobjekt, so dass das magnetische Feldbild gestört und eine Spannung in den Sekundärspulen 9 und 10 induziert wird. Besteht das Messobjekt aus Stahl, der eine positive Magnetostriktion hat, so wird bei Druckbeanspruchung die Reluktanz längs der Fläche der Ausbohrung zwischen der Endfläche der Kerne 3 und 4 sowie zwischen 5 und 6 zunehmen, während die Reluktanz zwischen 4 und 5 sowie zwischen 3 und 6 abnimmt.



   Hierdurch wird ein Teil des Flusses vom Kern 3 zum Kern 6 fliessen und diesen passieren, ebenso wie ein Teil des Flusses von Kern 4 durch den Kern 5 fliesst. Zu den gezeigten Wicklungsrichtungen werden die vom Fluss in den Spulen 9 und 10 induzierten Spannungen addiert und verursachen einen Ausschlag des Anzeigeinstrumentes.



   Wenn das Messobjekt einer Torsionsbeanspruchung um die Achse der Ausbohrung ausgesetzt wird, werden sich die Reluktanzen zwischen den Endflächen der Kerne 3 und 4 sowie zwischen 5 und 6 ändern, was jedoch nicht die Symmetrie des Feldbildes stört und dadurch keine induzierte Spannung in den Spulen 9, 10 zur Folge hat.



   Wenn schliesslich die Ausbohrung zentral und das Messobjekt einer Biegebeanspruchung ausgesetzt ist, wird einer Zugspannung in der Fläche zwischen einem der vier Polpaare der Kerne 3, 5 oder 4, 6 eine gleich grosse Druckspannung in der Fläche zwischen einem anderen Polpaar entgegenwirken, so dass auch in diesem Fall keine Spannung von den zwei reihengeschalteten Sekundärspulen der Messanordnung erhalten wird.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Anordnung zur Messung von Zug- und Druckspannungen in einem Messobjekt aus magnetostriktivem Material, dadurch gekennzeichnet, dass sie vier stabförmige und voneinander getrennte Magnetkerne (3, 4, 5, 6) mit je einer Wicklung (7, 8, 9, 10) besitzt, welche Magnetkerne parallel zueinander angeordnet sind, und dass die Wicklungen paarweise zusammengeschaltet sind, wobei das eine Wicklungspaar vorgesehen ist, um an eine Wechselstromquelle und das andere Paar an ein wechselstromempfindliches Messorgan angeschlossen zu werden.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkerne so angeordnet zeigt eine Prinzipskizze einer beispielsweisen Messanordnung nach der Erfindung. Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine beispielsweise Anordnung zum Messen von mechanischen Beanspruchungen in einem langgestreckten Messobjekt, und Fig. 3 und 4 zeigen Querschnitte nach den Linien II-II und IV-IV in Fig. 2.

   Die in Fig. 1 gezeigte Messanordnung besteht aus einem zylindrischen Körper 1, der in derselben Weise aufgebaut ist, wie in Zusammenhang mit Fig. 2 näher beschrieben wird. Der Körper enthält vier stabförmige Magnetkerne 3,4, 5 und 6, die je mit einer Wicklung 7, 8, 9 und 10 versehen sind. Die Kerne sind parallel miteinander und mit einem Durchmesser in dem zylindrischen Körper in den Ecken eines imaginären Rechtecks angeordnet, dessen Ebene in der Längsrichtung des zylindrischen Körpers und winkelrecht zu dem genannten Durchmesser liegt. Ferner sind die Kerne so lang, dass ihre Endflächen nahe der Oberfläche des zylindrischen Körpers liegen.

   Von den vier Magnetwicklungen sind die zwei diametral entgegengesetzten 7 und 8 reihengeschaltet und entgegengesetzt gewickelt, so dass, wenn den Klemmen 11' und 11" Spannung aufgedrückt wird, in den Kernen 3 und 4 ein Magnetfluss erzeugt wird, der sich durch das Material schliesst, das die Messanordnung umgibt. Die Kerne sind so im Körper 1 angeordnet, dass die Verbindungslinien längs der Zylinderfläche zwischen den Enden der Kerne 3 und 4 bzw. 5 und 6 ein symmetrisches Kreuz bilden. Dadurch wird der von den Spulen 7 und 8 erzeugte Magnetfluss, der das den Körper 1 umgebende Material passiert, keine Spannung in den Spulen 9 und 10 induzieren, wenn das Material in dem Messobjekt, das den Körper umgibt, magnetisch isotrop ist und keinen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist.

   Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine beispielsweise Messanordnung nach der Erfindung. Der Messkörper selbst ist auf einem Flansch 13 aufgebaut, der mit einem herausragenden Rohr 14 versehen ist, das eine Schaltplatte 15 trägt. Auf dem Flansch 13 liegen zwei Distanzelemente 16 und auf diesen zwei Magnetkernen 4 (verdeckt) und 5 mit Spulen 8 und 9. Darauf folgt noch ein Paar Distanzelemente 17 und auf diese zwei Magnetkerne 3 und 6 (verdeckt) mit Spulen 7 und 10. Zuoberst kommt ein drittes Paar Distanzelemente 18. Das Ganze wird von zwei Schrauben 19 und 20 zusammengehalten, die von oben durch eine Deckscheibe 21 in den Flansch 13 geschraubt werden.

   Nach dem Zusammenschrauben wird der Messkörper in Plaststoff eingegossen und geschliffen, so dass eine zylindrische Einheit gebildet wird, auf deren zylindrischer Oberfläche die Enden der Magnetkerne freigelegt sind.

   Um das Einführen des Messkörpers in eine Ausbohrung im Messobjekt zu ermöglichen, ist der Messkörper mittels Bolzen 22 an einem Distanzrohr 23 sind, dass ihre Endflächen an den Ecken eines Vierecks liegen, und dass die zusammengeschalteten Wicklungen auf im Viereck diagonal liegenden Magnetkernen gelegen sind.

   2. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Magnetkerne in einen Körper aus Kunstharz eingegossen sind