DE1573915C

DE1573915C - Device for measuring the relationship between two forces

Info

Publication number: DE1573915C
Authority: DE
Inventors: Michael Anthony Port Chester N.Y. DAmbrosio (V.St.A.)
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Publication date: 1972-08-10

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Messen des Verhältnisses zweier mechanischer Kräfte mit einem um einen bewegbaren Schwenkpunkt schwenkbaren Hebel, der an einem im Abstand von dem Schwenkpunkt angeordneten Kraftangriffspunkt durch eine Kraftgebervorrichtung schwenkbar ist und — vorzugsweise an einem seiner Enden — eine auf seine Auslenkung ansprechende Abfühlvorrichtung aufweist sowie einer durch die Abfühlvorrichtung steuerbaren Verstellvorrichtung, durch welche der Schwenkpunkt bewegbar ist.The invention relates to a device for measuring the ratio of two mechanical forces with a lever which can be pivoted about a movable pivot point and which is attached to a at a distance of the pivot point arranged force application point is pivotable by a force transmitter device and - preferably at one of its ends - a sensing device responsive to its deflection has and an adjusting device controllable by the sensing device, through which the Pivot point is movable.

Ein solches Meßgerät ist aus der britischen Patentschrift 955 809 bekannt. Der um den bewegbaren Schwenkpunkt schwenkbare Hebel ist dort als zweiseitiger Hebel ausgeführt, an dessen einem Hebelarm die Kraftgebervorrichtung und an dessen anderem Hebelarm eine Druckfeder angreift. Bei Auslenkungen des Hebels durch die Kraftgebervorrichtung wird hier mit Hilfe der Verstellvorrichtung der Schwenkpunkt jeweils so weit am Hebel entlang verschoben, bis dieser wieder in seiner Nullstellung ist. Dieses Meßgerät hat den Nachteil, daß es nur das Verhältnis einer Kraft zu einer konstanten Federkraft oder einer solchen konstanten Federwegsabhängigkeit zu messen gestattet.Such a measuring device is known from British patent specification 955,809. The one around the movable one Pivot pivotable lever is designed there as a bilateral lever, on one lever arm the force transmitter device and a compression spring engages on its other lever arm. With deflections of the lever through the force transmitter device is here with the help of the adjustment device The pivot point is moved along the lever until it is in its zero position again. This measuring device has the disadvantage that it is only the ratio of a force to a constant spring force or to measure such a constant spring deflection dependency.

Es gibt jedoch eine größere Anzahl von Anwendungsfällen, in denen es notwendig ist, das Verhältnis zweier beliebig veränderlicher Kräfte zu messen. Einer der wichtigsten Anwendungsfälle solcher Meßgeräte liegt bei der Messung der Verhältnisdrücke in Motoren vor, um deren Kompressionsdruck bestimmen zu können. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das es in einfacher und zuverlässiger Weise gestattet, das Verhältnis zweier beliebig veränderlicher Kräfte zu messen.However, there are a greater number of use cases in which it is necessary to adjust the ratio to measure two arbitrarily variable forces. One of the most important applications of such measuring devices is used when measuring the ratio pressures in engines to determine their compression pressure be able. The invention is now based on the object of providing a device of the type mentioned at the beginning create that it allows in a simple and reliable way, the ratio of two arbitrarily variable To measure forces.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die beiden Kräfte durch die Kraftgebervorrichtung an den Kraftangriffspunkt des Hebels in zwei Wirkungslinien weiterleitbar sind, die sich unter einem Winkel schneiden, der kleiner als 180° ist — und vorzugsweise 90° beträgt —, daß der Schwenkpunkt bezüglich des Hebels ortsfest ist und daß der Schwenkpunkt durch die Verstellvorrichtung in eine Lage bewegbar ist, in welcher die Resultierende aus den beiden Kräften durch den Schwenkpunkt verläuft.This is achieved according to the invention in that the two forces are transmitted through the force transmitter device can be passed on to the force application point of the lever in two lines of action, which are located under one Cut an angle that is less than 180 ° - and preferably 90 ° - that the pivot point is stationary with respect to the lever and that the pivot point is in a position by the adjusting device is movable, in which the resultant of the two forces runs through the pivot point.

Ein solches Meßgerät ist robust, von langer Lebensdauer und dennoch relativ billig. Es wird von Temperaturänderungen nicht oder nur in geringem Maße beeinflußt und seine Empfindlichkeit ist weitgehend unabhängig vom Druckniveau, so daß es in einem weiten Druckbereich verwendet werden kann.Such a measuring device is robust, has a long service life and yet is relatively cheap. It is affected by temperature changes not affected or only to a small extent and its sensitivity is largely regardless of the pressure level, so that it can be used in a wide pressure range.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kraftangriffspunkt durch eine an dem Hebel befestigte Achse gebildet, die in mit Kraftübertragungsstäben verbundenen Lagern drehbar ist.According to one embodiment of the invention, the force application point is attached to the lever by a Axis formed, which is rotatable in bearings connected to power transmission rods.

Es ist günstig, wenn die Kraftgebervorrichtung zwei Paare von sich gegenüberliegenden, unter den Druck eines Fließmittels setzbaren Faltenbälgen aufweist. Vorteilhafterweise sind dabei mit der Kraftgebervorrichtung Scheiben aus paramagnetischem Material verbunden, die mit ortsfesten Magneten zusammenwirken. It is favorable if the force transmitter device has two pairs of opposing forces under the pressure has a flux settable bellows. Advantageously, with the force transmitter device Disks of paramagnetic material connected, which interact with stationary magnets.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Schwenkpunkt durch eine gelenkige Verbindung zwischen dem Hebel und einem Arm gebildet, der seinerseits durch die Verstellvorrichtung um eine ortsfeste Achse im Abstand von dem Schwenkpunkt schwenkbar ist. Die Verstellvorrichtung kann dabei ein Antriebsglied aufweisen, das in einer geraden Linie geführt ist, die in einem vorbestimmten festen Abstand von der Achse des Armes liegt. Vorteilhafterweise ist das Antriebsglied eine auf einer Spindel laufende Leitmutter und der Arm durch eine Kulissenführung mit der Leitmutter verbunden. Das Antriebsglied kann durch einen Motor bewegbar und mit dem Motor ein Wandler zur Anzeige des dem Verhältnis der beiden Kräfte proportionalen Drehwinkels des Motors verbunden sein.According to another embodiment of the invention, the pivot point is through an articulated connection formed between the lever and an arm, which in turn by the adjusting device to a fixed axis is pivotable at a distance from the pivot point. The adjusting device can thereby have a drive member which is guided in a straight line, which in a predetermined fixed Distance from the axis of the arm. Advantageously, the drive member is one on a spindle running guide nut and the arm connected to the guide nut by a link guide. The drive member can be moved by a motor and with the Motor a converter to display the angle of rotation of the proportional to the ratio of the two forces Connected to the motor.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Abfühlvorrichtung elektrische Kontakte, die einerseits auf dem Hebel und andererseits auf dem Arm angeordnet sind.According to a further embodiment of the invention, the sensing device comprises electrical contacts, which are arranged on the one hand on the lever and on the other hand on the arm.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht eines Meßgerätes und mit ihm zusammenwirkende Teile,The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the drawing. It shows
Fig. 1 is a perspective, partially sectioned view of a measuring device and parts cooperating with it,

F i g. 2 eine Draufsicht auf das Meßgerät nach Fig. 1,
F i g. 3 einen Radialschnitt durch das Meßgerät, der knapp unterhalb dessen Oberseite geführt ist,F i g. 2 shows a plan view of the measuring device according to FIG. 1,
F i g. 3 a radial section through the measuring device, which is guided just below its top,

F i g. 4 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht von Teilen des Geräts,F i g. 4 is a partially sectioned perspective view of parts of the device;

F i g. 5 eine geschnittene Draufsicht auf Teile des Meßgeräts,F i g. 5 is a sectional plan view of parts of the measuring device;

F i g. 6 eine grafische Darstellung,F i g. 6 a graphical representation,

F i g. 7 eine Seitenansicht des Meßgerätes.
Das Meßgerät weist ein zylindrisches Gehäuse 10 mit einer Deckelplatte 12, einer Bodenplatte 14 und voneinander im Abstand befindliche Teilwände 16,18, 20 und 22 auf. Mittelöffnungen 26 in der Deckelplatte 12 und der Bodenplatte 14 sind durch Kappen 24 abgedeckt, die dort durch Schrauben 28 befestigt sind. Die Kappen 24 tragen auf Zapfen 32 schwenkbar gelagerte Lager 30, die einen etwa rechteckigen Arm 34 tragen, der dank dieser Befestigung um eine senkrechte Achse geschwenkt werden kann. Der Arm 34 weist eine von den Lagern 30 getragene Oberseite 36, Seitenteile 38 und 40 und eine Unterseite 42 auf, die am anderen Lager 30 gelagert ist. Die Unterseite 42 besitzt einen Schlitz 44, so daß der Arm in einer noch zu beschreibenden Weise bewegt werden kann.F i g. 7 is a side view of the meter.
The measuring device has a cylindrical housing 10 with a cover plate 12, a base plate 14 and partial walls 16, 18, 20 and 22 spaced from one another. Central openings 26 in the cover plate 12 and the base plate 14 are covered by caps 24 which are fastened there by screws 28. The caps 24 carry bearings 30 which are pivotably mounted on journals 32 and which carry an approximately rectangular arm 34 which, thanks to this fastening, can be pivoted about a vertical axis. The arm 34 has an upper side 36 carried by the bearings 30, side parts 38 and 40 and a lower side 42 which is supported on the other bearing 30. The bottom 42 has a slot 44 so that the arm can be moved in a manner to be described.

Das Meßgerät umfaßt auch einen etwa rechteckigen Hebel 46 mit Oberteil 48, Seitenteilen 50 und 52 und einem Unterteil 54. Das Oberteil 48 und das Unterteil 54 tragen Schwenkzapfen 56, die von den Zapfen 32 entfernt sind. Die Schwenkzapfen 56 ruhen in Lagern 58, die ihrerseits am Oberteil 48 und am Unterteil 54 des Hebels 46 befestigt sind, so daß der Hebel um die Schwenkzapfen 56 herum verschwenkt werden kann. Das Oberteil 48 und das Unterteil 54 des Hebels erstrecken sich durch Öffnungen 60 in den Kappen 24 und über die Mittelöffnungen 26 der Deckelplatte 12 und der Bodenplatte 14 des Gehäuses 10.The meter also includes a roughly rectangular lever 46 with a top 48, sides 50 and 52 and a lower part 54. The upper part 48 and the lower part 54 carry pivot pins 56 which extend from the pins 32 are removed. The pivot pins 56 rest in bearings 58, which in turn on the upper part 48 and on the lower part 54 of the lever 46 are attached so that the lever can be pivoted around the pivot pin 56 can. The top 48 and bottom 54 of the lever extend through openings 60 in the caps 24 and via the central openings 26 of the cover plate 12 and the base plate 14 of the housing 10.

Am Oberteil 48 und am Unterteil 54 ist in der Mitte des Hebels 46 eine Achse 62 befestigt. In geeigneter Weise ist an den Teilwänden 16, 18, 20 und 22 jeweils ein Faltenbalg 64, 66, 68 und 70 befestigt. Die Teilwände 16,18, 20 und 22 besitzen Öffnungen 72, durch die sich jeweils Leitungen 74,76,78 und 80 erstrecken und durch die in das Innere der Faltenbälge ein Druckmedium eingeleitet werden kann.An axis 62 is fastened in the middle of the lever 46 on the upper part 48 and the lower part 54. In suitable A bellows 64, 66, 68 and 70 is attached to the partial walls 16, 18, 20 and 22, respectively. The partial walls 16, 18, 20 and 22 have openings 72 through which conduits 74, 76, 78 and 80 extend, respectively and through which a pressure medium can be introduced into the interior of the bellows.

Beim Ausführungsbeispiel sind Vorrichtungen vorgesehen, durch die man die Kräfte, welche die Falten-In the embodiment, devices are provided by which the forces that the folds

bälge entwickeln, messen kann. Zum Beispiel wird hierzu ein Stab 82 an einen Kopf 84 befestigt, sein anderes Ende ist mit dem Faltenbalg 64 verbunden. Der Kopf 84 enthält zwei Lager 86 und 88, die die Achse umgeben. Wird dem Faltenbalg 64 ein Druck zugeführt, der über dem Druck der Umgebung liegt, so will sich der Stab 82 gemäß Fig. 3 nach links bewegen, wenn sich der Faltenbalg dehnt, wodurch auf die Achse 62 eine Kraft ausgeübt wird. An einem Übertragungsglied 92, das voneinander im Abstand angeordnete Lager 94 und 96 aufweist, die die Achse 62 umgeben, ist ein Stab 90 unmittelbar unterhalb bzw. oberhalb der Lager 86 und 88 befestigt.can develop and measure bellows. For example, a rod 82 is attached to a head 84 for this purpose the other end is connected to the bellows 64. The head 84 includes two bearings 86 and 88, which the Surround axis. If the bellows 64 is supplied with a pressure which is higher than the pressure of the surroundings, the rod 82 wants to move to the left as shown in FIG. 3 when the bellows expands, whereby a force is exerted on the axis 62. On a transmission member 92, which is spaced from each other has arranged bearings 94 and 96 surrounding the axis 62, a rod 90 is immediately below or attached above the bearings 86 and 88.

In ähnlicher Weise ist ein Stab 98, der vom Faltenbalg 70 getragen wird, an einem Haltestück 100 befestigt, das Lager 102 und 104 trägt, die jweils den Stab 62 oberhalb bzw. unterhalb der Lager 94 und 96 umgeben (F i g. 4). Ein vierter Stab 106 verbindet das eine Ende des Faltenbalgs 66 mit einem Haltestück 108, das im Abstand voneinander angeordnete Lager 110 und 112 aufweist, die die Achse 62 oberhalb bzw. unterhalb der Lager 102 und 104 umgeben (F i g. 4).Similarly, a rod 98 carried by the bellows 70 is on a retainer 100 attached, the bearing 102 and 104 carries each of the rod 62 above and below the bearings 94 and 96, respectively surrounded (Fig. 4). A fourth rod 106 connects one end of the bellows 66 to a holding piece 108, which has bearings 110 and 112 arranged at a distance from one another, which the axis 62 above or Surrounded below the bearings 102 and 104 (Fig. 4).

Wird das Innere der Faltenbälge 64 und 68 unter Druck gesetzt, so wird auf die Achse 62 längs der gemeinsamen Achse der Stäbe 82 und 90 eine Kraft ausgeübt, die proportional zur Differenz der an diese beiden Faltenbälge gelegten Drücke ist. In gleicher Weise wird auf den Stab 62 in Richtung der gemeinsamen Achse der Stäbe 98 und 106 eine Kraft ausgeübt, wenn man die Faltenbälge 66 und 70 unter Druck setzt. Diese Kraft ist proportional zur Differenz zwischen den Drücken in den Faltenbälgen 66 und 70. Darüber hinaus liegt die gemeinsame Achse der Stäbe 82 und 92 senkrecht zur gemeinsamen Achse der Stäbe 98 und 106.If the interior of the bellows 64 and 68 is put under pressure, then on the axis 62 along the common axis of rods 82 and 90 exerted a force proportional to the difference in applied to them pressures applied to both bellows. In the same way, on the rod 62 in the direction of the common Axis of the rods 98 and 106 exerted a force when the bellows 66 and 70 are put under pressure. This force is proportional to the difference between the pressures in the bellows 66 and 70. Above it In addition, the common axis of rods 82 and 92 is perpendicular to the common axis of the rods 98 and 106.

Es sei nun beispielsweise angenommen, daß Drücke P₁, P₂, P₃ und P₄ an die Leitungen 74, 76, 78 und 80 angelegt werden. Aus F i g. 6 geht hervor, daß an einem Punkt der Achse 62 vier Kräfte F₁, F₂, F₃ und F₄ angreifen, die in der gleichen Ebene liegen und bei denen F₁ entgegengesetzt zu F₃ und F₄ entgegengesetzt zu F₂ wirken. In F i g. 6 sind die im Punkt A angreifenden Kräfte als ausgezogene Linien dargestellt, der Schwenkpunkt des Oberteils 48 ist mit B bezeichnet worden. Die wirksame Länge des Oberteils vom Schwenkpunkt bis zum Angriffspunkt der Kräfte ist dann AB. Ferner ist die resultierende Kraft in Richtung der x-Achse als F_x und die resultierende Kraft in der y-Achse als F_y bezeichnet worden. Unter der Wirkung dieser Kräfte entsteht eine resultierende Kraft R, die unter einem Winkel β zur Achse des Oberteils 48 steht, so daß eine Komponente R cos β in Richtung der Stabslängsachse vorhanden ist und daß eine Komponente R sin β senkrecht zur Stabachse vorhanden ist. Von dieser Lage aus, wird, wie später noch genauer erläutert wird, der Arm in eine Lage gebracht, in der sowohl der Arm 34 als auch der Hebel 46 fluchten und die resultierende Kraft längs einer Geraden wirkt, die durch die Achse 62, die Längsachse des Zapfens 32 und die Achse des Schwenkzapfens 56 geht. In anderen Worten wurde, indem man das Joch und den Hebel zum Fluchten bringt, die Komponente R sin β auf 0 reduziert, und daher ist R — R cos ß. Wie man aus der grafischen Darstellung sehen kann, schließt in dieser neutralen oder Null-Lage der Arm mit der x-Achse in der die Achsen der Stäbe 82 und 90 liegen, einen Winkel ein. Dieser Winkel gibt ein Maß für das Druckverhältnis an.For example, assume now that pressures P ₁ , P ₂ , P ₃ and P _{4 are applied} to lines 74, 76, 78 and 80. From Fig. 6 shows that at one point on the axis 62 four forces F ₁ , F ₂ , F ₃ and F _{4 act} , which lie in the same plane and in which F _{1 act} opposite to F ₃ and F ₄ opposite to F ₂ . In Fig. 6, the forces acting at point A are shown as solid lines; the pivot point of the upper part 48 has been designated with B. The effective length of the upper part from the pivot point to the point of application of the forces is then AB. Furthermore, the resultant force in the direction of the x-axis has been designated as F _x and the resultant force in the y-axis has been designated as F _y . Under the action of these forces, a resulting force R arises which is at an angle β to the axis of the upper part 48, so that a component R cos β is present in the direction of the longitudinal axis of the rod and that a component R sin β is present perpendicular to the rod axis. From this position, as will be explained in more detail later, the arm is brought into a position in which both the arm 34 and the lever 46 are aligned and the resulting force acts along a straight line passing through the axis 62, the longitudinal axis of the pin 32 and the axis of the pivot pin 56 goes. In other words, by aligning the yoke and lever, the component R sin β has been reduced to 0, and therefore R - R cos β. As can be seen from the graphic representation, in this neutral or zero position the arm forms an angle with the x-axis in which the axes of the rods 82 and 90 lie. This angle gives a measure of the pressure ratio.

Wenn P_a der Umgebungsdruck ist und alle Faltenbälge gleich gestaltet sind, so daß sie die gleiche Federkonstante K, die gleiche Vorlast X und die gleiche effektive Fläche A haben, so ergibt sich für die Kraft F_x in der Richtung der x-Achse der folgende Ausdruck:If P _{a is} the ambient pressure and all bellows are designed the same so that they have the same spring constant K, the same preload X and the same effective area A , the following results for the force F _x in the direction of the x-axis Expression:

F_x = F₃ - F₁ F _x = F ₃ - F ₁

= [(P₃ - P_a)A + KX] ~ [(P₁ - PM + KX] = (P₃-P₁)A. (1)= [(P ₃ - P _a ) A + KX] ~ [(P ₁ - PM + KX] = (P ₃ -P ₁ ) A. (1)

Analog erhält manAnalogously one obtains

F, = (P₄-P₂)A. (2) F, = (P ₄ -P ₂ ) A. (2)

Wenn man das Verhältnis der beiden Kräfte F_x und F₁, betrachtet, so erhält man:If you consider the ratio of the two forces F _x and F ₁ , you get:

_ (P₄ -P₂)A _ P₄-P₂ P_y (P₃ - P₁) A P₃-P₁ P_x _ (P ₄ -P ₂ ) A _ P ₄ -P ₂ P _y (P ₃ - P ₁ ) AP ₃ -P ₁ P _x

Wenn die xx-yy-Achsen aufeinander senkrecht stehen, dann wird:When the xx-yy axes are perpendicular to each other stand, then:

= tg<9.= tg <9.

Wenn weiterhin P₂ = P₃ und P₁ = 0 ist, dann erhält man:If P ₂ = P ₃ and P ₁ = 0, then we get:

ρ*-ρ * -

= tg<9, = tg <9,

-£■ = tg Θ + 1- £ ■ = tg Θ + 1

Hieraus geht hervor, daß der Joch winkel Θ zwischen AB und der X-Achse z. B. ein Maß für das Verhältnis der beiden Drücke P₄ — P₂ ist. Die Kraftkomponente R cos ß, die in Richtung der Achse von AB wirkt, verursacht keine Bewegung des Hebels 46. Wenn jedoch die resultierende Kraft eine Komponente R sin β aufweist, so versucht diese Kraft, den Hebel 46 um seinen Schwenkzapfen 56 in der einen oder der anderen Richtung zu drehen, je nachdem, welche Richtung diese Komponente hat.This shows that the yoke angle Θ between AB and the X-axis z. B. is a measure of the ratio of the two pressures P ₄ - P ₂ . The force component R cos β, which acts in the direction of the axis of AB , does not cause any movement of the lever 46. However, if the resulting force has a component R sin β , then this force tries to move the lever 46 around its pivot pin 56 in one way or another the other direction, depending on which direction this component has.

Das Verhältnisdruck-Meßgerät ist mit Vorrichtungen ausgestattet, die es erlauben, die Auswanderung des Hebels 46 aus seiner Null-Lage, in der er auf den Arm 34 ausgerichtet ist, abzutasten. Das Oberteil 36 des Arms 34 trägt zwei im Abstand angeordnete elektrische Kontaktarme 114 und 116, die auf dem Oberteil 36 durch Isolierblocks 118 od. dgl. befestigt sind. Die Arme 114 und 116 tragen Kontakte 120 und 122, die einen Kontakt 124 auf dem Oberteil 48 des Hebels 46 nicht berühren, wenn das Oberteil 48 des Hebels 46 mit dem Oberteil 36 des Arms 34 fluchtet. Bewegt sich jedoch der Hebel 46 aus dieser Stellung heraus, so berührt der eine oder andere Kontakt 120 bzw. 122 den Kontakt 124. Widerstände 126 und 128 liegen parallel zueinander zwischen den jeweiligen Kontakten 120 und 122 und Erde. Zwischen den Klemmen der Widerstände 126 und 128, die mit den Kontakten verbunden sind, liegt ein Kondensator 130. Wenn einer oder der andere der Kontakte 120The ratio pressure meter is equipped with devices that allow the emigration of the lever 46 from its zero position in which it is aligned with the arm 34 to be scanned. The top 36 of the arm 34 carries two spaced apart electrical contact arms 114 and 116 which are on the Upper part 36 by insulating blocks 118 or the like. Are attached. Arms 114 and 116 carry contacts 120 and 122, which do not touch a contact 124 on the top 48 of the lever 46 when the top 48 of the lever 46 is aligned with the upper part 36 of the arm 34. However, if the lever 46 moves out of this Position out, one or the other contact 120 or 122 touches the contact 124. Resistors 126 and 128 are parallel to each other between the respective contacts 120 and 122 and ground. Between a capacitor is applied to the terminals of resistors 126 and 128 connected to the contacts 130. When one or the other of the contacts 120

und 122 den Kontakt 124 berührt, so wird der entsprechende Widerstand 126 oder 128 kurzgeschlossen. Es ist ein Servomotor 132 mit Wicklungen 134 und 136 vorgesehen, die jeweils zwischen den Widerständen 126 und 128 und einer geeigneten Spannungsquelle 138 liegen. Wenn sich das System im Gleichgewicht befindet, und der Arm 34 und der Hebel 46 fluchten, läuft der Servomotor 132 nicht. Wenn jedoch einer der Widerstände 126 oder 128 kurzgeschlossen wird, so läuft der Servomotor 132 in der einen oder anderen Richtung an.and 122 touches contact 124, the corresponding resistor 126 or 128 is short-circuited. A servo motor 132 is provided with windings 134 and 136, each between the Resistors 126 and 128 and a suitable voltage source 138 are. When the system is in equilibrium and the arm 34 and lever 46 are in alignment, the servo motor 132 will not run. However, if one of the resistors 126 or 128 is short-circuited, the servomotor 132 will run in one direction or the other.

Ein Getriebe 141 verbindet die Welle 140 des Servomotors 132 mit einem Ritzel 142, das auf einer Spindel 144 sitzt. Auf die Spindel 144 ist eine Leitmutter 146 aufgeschraubt, die eine Gabelung 148 aufweist, die auf einer Führungsschiene 150 gleitet. Die Spindel 144 und die Leitmutter 146 werden so angeordnet, daß sich die Leitmutter 146 parallel zur y-Achse bewegt, die die gemeinsame Achse der Stäbe 98 und 106 ist. Auf diese Weise kann, wie später noch erklärt wird, die Drehung der Spindel 144 in das Verhältnis zum Joch winkel Θ gesetzt werden. Die Leitmutter 146 weist einen Mitnehmerstab 152 auf, der in den Schlitz 44 in der Unterseite 42 des Arms 34 ragt. Die Teile des Meßgeräts sind so angeordnet, daß, wenn der Hebel 46 sich im Uhrzeigersinn hinsichtlich des Arms und der F i g. 2 dreht, sich die Kontakte 124 und 120 berühren und der Motor 132 die Spindel 144 so bewegt, daß sie den Arm im Uhrzeigersinn dreht. Wird also der Hebel in einer bestimmten Richtung hinsichtlich des Armes verdreht, so wird das Joch durch den Motor in der gleichen Richtung bewegt, so daß Arm und Hebel fluchten. Wenn Arm Hebel fluchten, so berührt der Kontakt 124 die Kontakte 120 bzw. 122 nicht mehr, und das Oberteil 36 und das Oberteil 48 fluchten in einer solchen Relativstellung, in der das Joch einen Winkel Θ der x-Achse einschließt und die Komponente R ■ sin β verschwindet. A gear 141 connects the shaft 140 of the servo motor 132 to a pinion 142 which is seated on a spindle 144. A guide nut 146 is screwed onto the spindle 144 and has a fork 148 that slides on a guide rail 150. The spindle 144 and the guide nut 146 are arranged such that the guide nut 146 moves parallel to the y-axis, which is the common axis of the rods 98 and 106. In this way, as will be explained later, the rotation of the spindle 144 can be set in relation to the yoke angle Θ . The guide nut 146 has a drive rod 152 which protrudes into the slot 44 in the underside 42 of the arm 34. The parts of the meter are arranged so that when the lever 46 rotates clockwise with respect to the arm and FIG. 2 rotates, contacts 124 and 120 contact, and motor 132 moves spindle 144 to rotate the arm clockwise. If the lever is rotated in a certain direction with respect to the arm, the yoke is moved by the motor in the same direction, so that the arm and lever are aligned. When arm levers are aligned, the contact 124 no longer touches the contacts 120 or 122, and the upper part 36 and the upper part 48 are aligned in such a relative position that the yoke encloses an angle Θ of the x-axis and the component R ■ sin β vanishes.

Das Meßgerät weist vier identische Magnete 154, 156, 158 und 160 auf, die mit Scheiben 155, 157, 159 und 161 aus paramagnetischem Material zusammenwirken. Die Scheiben 155 und 161 sitzen auf dem Haltestück 100 und bewegen sich mit ihm. Die Scheiben 157 und 159 sitzen auf dem Haltestück 108 und bewegen sich mit diesem. Wenn sich der Stab 62 dreht, so bewegen sich die Scheiben ebenfalls. Die Magnete und Scheiben erzeugen eine negative Federkonstante, die die positive Federkonstante der Faltenbälge kompensiert, wodurch die Empfindlichkeit des Systems erhöht wird.The meter has four identical magnets 154, 156, 158 and 160, each with disks 155, 157, 159 and 161 of paramagnetic material cooperate. The discs 155 and 161 sit on the holding piece 100 and move with it. The disks 157 and 159 sit on the holding piece 108 and move deal with this. When the rod 62 rotates, the disks move as well. The magnets and washers generate a negative spring constant that compensates for the positive spring constant of the bellows, thereby increasing the sensitivity of the system.

Um ein elektrisches Signal erzeugen zu können, das ein Maß für das Druckverhältnis ist, wird die Antriebswelle 162 eines Wandlers 164 mit der Welle 140 des Servomotors 132 über ein Getriebe 166 verbunden. In order to be able to generate an electrical signal that is a measure of the pressure ratio, the drive shaft 162 of a converter 164 is connected to the shaft 140 of the servo motor 132 via a transmission 166.

Aus dem Bisherigen geht hervor, daß, wenn das Joch 34 mit der x-Achse fluchtet, der Winkel 0 = 0 ist. Hierbei ist die Leitmutter 146 oder der Punkt, an dem die Leitmutter mit dem Mitnehmerstab 12 verbunden ist, im Abstand D längs der x-Achse von der Achse des Arms entfernt. Dann hat die Leitmutter 146 ihre 0-Stellung hinsichtlich ihrer Richtung oder Bewegung senkrecht zur x-Achse. Um dem Arm 34 den Winkel Θ zu geben, wird die Leitmutter 146 um die Strecke L parallel zur y-Achse bewegt.From the foregoing it can be seen that when the yoke 34 is aligned with the x-axis, the angle 0 = 0. The guide nut 146 or the point at which the guide nut is connected to the driver rod 12 is at a distance D along the x-axis from the axis of the arm. The guide nut 146 then has its 0 position with regard to its direction or movement perpendicular to the x-axis. In order to give the arm 34 the angle Θ , the guide nut 146 is moved by the distance L parallel to the y-axis.

In dem beschriebenen Meßgerät wird also der nicht lineare, durch Gleichung (6) angegebene Zusammenhang dazu benützt, einen Ausgangswinkel a In the measuring device described, the non-linear relationship given by equation (6) is used to determine an output angle a

zu erzeugen, der proportional zum Verhältnis —j*-to generate which is proportional to the ratio -j * -

ist. Bei dieser Anordnung ist tg Θ = -^- und L ist proportional zur Schraubendrehung α, so daßis. In this arrangement tg Θ = - ^ - and L is proportional to the screw rotation α, so that

wobei sich C nach dem Maßstab des Anwendungsfalles richtet. Wenn 0 = 0° ist, so ist α = 0° und das where C depends on the scale of the application. If 0 = 0 °, then α = 0 ° and that

Verhältnis -^- = 1. Wenn Θ positiv ist, ist α positivRatio - ^ - = 1. If Θ is positive, α is positive

ρρ

und das Verhältnis -£- > 1. Wenn Θ negativ ist, "2 and the ratio - £ -> 1. If Θ is negative, "2

ist α negativ, und das Verhältnis ist -£- < 1. Da derα is negative, and the ratio is - £ - < 1. Since the

Winkel α ein Maß für das Druckverhälntis ist, ist die Ausgangsgröße des Getriebes 141 und die Eingangsgröße des Wandlers 164 ebenfalls ein Maß für das Druckverhältnis.Angle α is a measure of the pressure ratio, is the The output variable of the transmission 141 and the input variable of the converter 164 are also a measure of the Pressure ratio.

Beim Betrieb des Druckverhältnis-Meßgeräts werden vier Drücke durch P₁, P₂, P₃ und P₄ an die Leitungen 74, 76, 78 und 80 gelegt, so daß sie entsprechend den Faltenbälgen 64, 66, 68 und 70 Kräfte auf den Hebel 46 ausüben, und zwar unter Vermittlung der Achse 62. Alle Kräfte wirken längs Geraden, die durch den Punkt A gehen. Wenn die durch die Faltenbälge erzeugten Kräfte mit F₁ bis F₄ bezeichnet werden, so entsteht eine resultierende Kraft längs der x-Achse für F₃-F₁, die (P₃ — P₁)A entspricht und einer Kraft F_y = F₄- F₂, die (P₄ - P₂)A entsprichtIn operation of the pressure ratio meter, four pressures are applied through P ₁ , P ₂ , P ₃ and P ₄ to lines 74, 76, 78 and 80 so that they act on the lever corresponding to bellows 64, 66, 68 and 70 46, with the mediation of axis 62. All forces act along straight lines that go through point A. If the forces generated by the bellows are _{referred to as F 1} to F ₄ , a resultant force arises along the x-axis for F ₃ -F ₁ , which _{corresponds to (P 3} - P ₁ ) A and a force F _y = F ₄ - F ₂ , which corresponds to (P ₄ - P ₂ ) A.

und längs der j/-Achse wirkt. Diese Kräfte erzeugen eine resultierende Kraft R. Wenn diese resultierende Kraft einen Winkel β mit der Längsachse des Oberteils 48 einschließt, dann ist die Kraft der Komponente = Pv sin ß, den Hebel 46 um seinen Schwenkzapfen 56 zu drehen. Außerdem existiert dann eine Komponente R cos ß, die in Richtung der Hebelachse wirkt.and acts along the j / axis. These forces produce a resultant force R. If this resultant force forms an angle β with the longitudinal axis of the upper part 48, then the force of the component = Pv sin β is to rotate the lever 46 about its pivot pin 56. In addition, there is then a component R cos ß, which acts in the direction of the lever axis.

Wegen der den Hebel 46 drehenden Kraftkomponente wird das Ende des Hebels, der den Kontakt 124 trägt, ausgelenkt, so daß letzterer den Kontakt 120 oder 122 berührt. Hierdurch wird der Servomotor 132 eingeschaltet, der die Spindel in einer solchen Richtung antreibt, daß sich das Joch 136 in derjenigen Richtung dreht, in der eine Berührung der beiden Kontakte aufgehoben wird. Dieser Vorgang kann in verschiedene Schritte zerlegt werden. Vor allem verursacht der Vorgang, daß sich das Oberteil 36 des Arms 34 und das Oberteil 48 des Hebels 46 wieder aufeinander ausrichten. Hierbei wird die Kraftkomponente R sin β zu 0 gemacht. Anders ausgedrückt wird verursacht, daß sich die Längsachse des Oberteils 48 auf die Richtung der resultierenden Kraft Pv einstellt. Dabei erhalten der Schwenkzapfen 56 und der Punkt, an dem die Achse 62 mit dem Oberteil 48 verbunden ist, eine solche räumliche Lage, daß die resultierende Kraft längs einer Geraden wirkt, die durch diese beiden Punkte geht. Darüber hinaus ist der Drehwinkel α der Leitmutter 146 ein Maß für das Druckverhältnis und für den Winkel Θ, so daß die Drehung der Antriebswelle 162 des Wandlers proportional zu tg Θ ist.Because of the force component rotating the lever 46, the end of the lever which carries the contact 124 is deflected so that the latter contacts the contact 120 or 122. This activates the servo motor 132, which drives the spindle in such a direction that the yoke 136 rotates in the direction in which contact between the two contacts is removed. This process can be broken down into different steps. Most importantly, the process causes the upper part 36 of the arm 34 and the upper part 48 of the lever 46 to align with one another again. Here, the force component R sin β is made 0. In other words, it causes the longitudinal axis of the upper part 48 to adjust to the direction of the resultant force Pv. The pivot pin 56 and the point at which the axis 62 is connected to the upper part 48 are given such a spatial position that the resulting force acts along a straight line which passes through these two points. In addition, the angle of rotation α of the guide nut 146 is a measure of the pressure ratio and of the angle Θ, so that the rotation of the drive shaft 162 of the converter is proportional to tg Θ .

Zwar wurde das Ausführungsbeispiel an Hand von Kräften beschrieben, die durch Drücke erzeugtIt is true that the exemplary embodiment was described on the basis of forces generated by pressures

werden. Die angelegten Kräfte können auch magnetischer oder hydraulischer Natur sein. Sie können auch Federkräfte oder Schwerkräfte sein.will. The applied forces can also be magnetic or hydraulic in nature. You can also be spring forces or gravitational forces.

Claims

Patent claims:

1. Device for measuring the ratio of two mechanical forces with a lever which can be pivoted about a movable pivot point and which can be pivoted by a force transmitter device at a force application point located at a distance from the pivot point and - preferably at one of its ends - has a sensing device responsive to its deflection, and an adjusting device which can be controlled by the sensing device and by means of which the pivot point can be moved, characterized in that the two forces [P ₄ -P ₂ , P ₃ _{-P 1} ) through the force transmitter device (82, 90, 98, 106) to the force application point (62 ) of the lever (46) can be passed on in two lines of action which intersect at an angle which is smaller than 180 °, that the pivot point (56) is stationary with respect to the lever (46) and that the pivot point (56) through the adjusting device (132-152) can be moved into a position in which the resultant of the two forces through the pivot point (56) is lost runs.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the two lines of action are below Cut 90 °.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the force engagement point is formed by a fixed to the lever (46) axis (62) in with force transmission rods (82, 90,98,106) bearings (86 connected, 88.94 , 96) is rotatable.

4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the force transmitter device (82, 90, 98, 106) has two pairs of opposing bellows (64, 68; 66, 70) which can be placed under the pressure of a fluid.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the power transmitter device (82, 90, 98, 106) disks (155, 157, 159, 161) made of paramagnetic material are connected to fixed magnets (154, 156, 158, 160) work together.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pivot point is formed by an articulated connection (56, 58) between the lever (46) and an arm (34) which in turn is supported by the adjusting device (132-152 ) is pivotable about a fixed axis (32) at a distance from the pivot point.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the adjusting device (132-152) has a drive member (146) which is guided in a straight line which is at a predetermined fixed distance from the axis (32) of the arm (34) located.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the drive member is a guide nut (146 ) running on a spindle (144) and that the arm (34) is connected to the guide nut (146) by a link guide (44, 152).

9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the drive member (146) is movable by a motor (132) and that with the motor (132) a converter (164) for displaying the angle of rotation of the proportional to the ratio of the two forces Motor (132) is connected.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensing device comprises electrical contacts (120, 122, 124) which are arranged on the one hand on the lever (46) and on the other hand on the arm (34).

For this purpose 2 sheets of drawings 109553/44