DE2951323A1

DE2951323A1 - Dehnungsmesseinrichtung

Info

Publication number: DE2951323A1
Application number: DE19792951323
Authority: DE
Inventors: Martin Spoor
Original assignee: Bofors America Inc
Current assignee: Bofors America Inc
Priority date: 1979-01-08
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1980-07-17
Also published as: US4267724A; CA1115548A; JPS5594102A; GB2039675B; FR2445957B1; GB2039675A; FR2445957A1

Description

- 5 Dehnung emeßeinr ich tu ng

Die Erfindung betrifft eine Dehnungsmeßeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Gattung.

Mechanisch-elektrische Umformer, in denen Dehnungsmeßeinrichtungen auf elastische Deformationen von Elementen ansprechen, die einer mechanischen Belastung ausgesetzt sind, sind in einer Vielzahl von Größen und Formen bekannt und dienen zur Charakterisierung von Phänomenen wie Kraft, Drehmoment, Gewicht und Druck. Moderne Umformer enthalten eine Vielzahl von beispielsweise vier Dehnungsmeßeinrichtungen, die in die vier Zweige einer vollen elektrischen BrUckenschaltung geschaltet werden und denen spezielle, temperaturempfindliche Widerstände zugeordnet sind, mittels derer unerwünschte Temperatureinflüsse auf das Ausgangssignal des Umformers kompensiert werden sollen. Als Folge der Annahme durch die Verbraucher, der Standardisierung und der Bequemlichkeit beim Handel sind viele Dehnungsmeßeinrichtungen, die mit elektrischen Widerständen arbeiten, mit gewissen Eigenwerten der Widerstände versehen, und die diesbezüglichen Eingangs- und Ausgangsimpedanzen der BrUckenschaltungen, in welche diese Widerstände eingeschaltet sind, sowie die zugehörigen !Compensations- und Abgleichimpedanzen liegen normalerweise innerhalb bestimmter Grenzwerte, so daß sie an andere Schaltungsanordnung en und/oder Geräte angepaßt sind.

Bei Anwendung gewisser Verbesserungen, welche es ermöglichen, die Dehnungsmeßeinrichtungen selbst dazu zu verwenden, die Neigung der Umformer zu vermeiden, daß sich ihr Auegangssignal mit der Temperatur ändert, werden die üblichen !Compensationswiderstände an den Eingängen der diese Dehnungsmeßeinrichtungen enthaltenden BrUckenschaltungen nicht mehr benötigt, wodurch es zu Fehlanpassungen der Eingänge und dan it zusammenhängenden Störungen kommen kann, insbesondere wenn die Brückeneingänge parallel angeordnet

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sind und nicht sämtlich gleiche Impedanzen aufweisen. Die Anwendung und Verdrahtung zusätzlicher Widerstände zur hilfsweisen Einstellung der Eingangsimpedanzen würden unerwünschte Kosten und Komplikationen mit sich bringen.

Eine mechanische Kombination einer einen Widerstandsdraht aufweisenden Dehnungsmeßeinrichtung und eines ähnlichen, nicht belasteten Elementes, das nur zur Temperaturkompensation dient, ist bereits bekannt (US-PS'en 2 3AA 6A2, 2 350 972, 2 390 038 und 2 672 0A8). Dabei sind in zusammengesetzt en Einrichtung en Temperaturkompensati ons drähte zusammen mit Dehnung smeß draht en zusammengefügt.

Die Erfindung bezweckt Verbesserungen bei der Eichung von zur Dehnungsmessung verwendeten Umformern, so daß diese vorgewählte Eingangsimpedanzen aufweisen, obwohl sie nicht mit den üblichen, hilfsweise verwendeten, temperatur empfindlichen Widerständen versehen sind. Insbesondere wird bezweckt, Integrale Kombinationen von Dehnungsmeßeinrichtungen zu schaffen, die aus gedruckten Schaltungen aufgebaut sind, unbeanspruchte Widerstände aufweisen und mit Verbindungen von geringem Widerstandswert versehen sind,

wobei die Dehnungsmeßeinrichtungen aufgrund ihrer Konstruktion Fehler ausgleichen, die durch die Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls des Umformers bedingt sind, indem mittels der unbeansprachten Widerstände eine erwünschte, normale Eingangsimpedanz für eine Brückenschaltung geschaffen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anpassung der Impedanzen solcher Umformer-Brückenschaltungen zu fördern, die Dehnungsmeßeinrichtungen mit eigenen Mitteln zur Kompensation der Änderungen des Elastizitätsmoduls des Umformers in Abhängigkeit von der Temperatur aufweisen, indem integrale, folienartige, aus Meßwiderstanden und unbe an spruch ten Eichwiderständen zusammengesetzte Einheiten vorgesehen werden. Außerdem soll eine zusammengesetzte, integrale Folienanordnung geschaffen werden, die Meßwider-

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stände und Elchwiderstände aufweist und schnell In Meßschaltungen für Umformer eingesetzt und angeschlossen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 vorgesehen.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß die oben genannten Schwierigkeiten auf zweckmäßig* und wirtschaftliche Weise durch Anwendung von Widerstandseinheiten beseitigt werden, die nach Art von gedruckten Schaltungen bzw. Folien aufgebaut sind und miteinander verschaltete Meß- und Eichwiderstände aufweisen. Dadurch werden Änderungen des Elastizitätsmoduls des Materials des Umformers kompensiert, und die Widerstände kalibrieren den Eingang einer beabsichtigten Brückenschaltung.

Bei einer bevorzugten Aus führung s form der Erfindung sind auf einem einzigen Isolierträger bzw. einer Unterlage zwei Widerstandsdehnungsmesser in Form von Linienmustern mit Abstand angeordnet, wobei die Linienmuster durch Ätzen einer üblichen Metallfolien schicht auf bekannte Weise hergestellt sind. Die beiden Linienmuster bestehen aus parallelen Leiterfäden, die in zusammengedrängter Form an Orten vorgesehen sind, die denjenigen längs der Oberfläche des Tastteils eines Umformers beabstandeten Stellen entsprechen, an denen die Zug- und Druckspannungen gleichzeitig auftreten, wenn der Umformer belastet wird. Die Folie, aus der die Dehnungsmesser zusammengesetzt sind, besteht aus einer derartigen Nickel/Chrom/Aluminium-Legierung, daß Dehnungsmesser erhalten werden, deren

Empfindlichkeitsfaktoren sich in Ab

hängigkeit von der Temperatur derart ändern, daß dadurch die Änderungen des Elastizitätsmoduls des Metalle, aus dem das Tastteil des Umformers besteht, in Abhängigkeit von der Temperatur ausgeglichen werden. Das eine Ende Jedes Dehnungsmessers besteht mit einem vergrößerten,

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einen geringen Wideretand aufweisenden und aus derselben Folie hergestellten Anschlußelement aus einem Stück, sodaß die Anschluß elemente zur Verbindung der Dehnungsmesser mit einer Meß brtlc ken schaltung dienen können. Die anderen Enden der Dehnungsmesser sind durch ein großflächiges, einen geringen Widerstand aufweisendes Band der Folie elektrisch miteinander verbunden. Zwischen den beiden in Längsrichtung beabstandeten Dehnungsmessern, u.z. an einer längs der Oberfläche des zugeordneten Tastteils des Umformers gelegenen Stelle, wo im wesentlichen keine Oberflächenbeanspruchungen auftreten, ist in der Folie ein weiteres Linienmuster ausgebildet, das jedoch als einfacher Widerstand und nicht als Dehnungsmesser wirkt. Das eine Ende dieses Linienmusters, das auch als Eingang seich wider stand bezeichnet werden kann, ist elektrisch und kSrperlich mit dem breitflächigen Band verbunden, während das andere Ende des Linlenmusters als großflächiges Anschlußelement ausgebildet ist. Wenn die zusammengesetzte Einheit auf ein Umformerelement aufgeklebt wird und die beiden Dehnungsmesser als benachbarte Zweige in eine Brückenschaltung des Umformers geschaltet werden, muß das Eingangssignal durch den Eichwiderstand zugeführt werden. Dieser Eichwiderstand erhöht die Eingangsimpedanz aus der Sicht einer Quelle und/oder parallelen Schaltung s an Ordnung en, so daß die Eingangsimpedanz trotz des Wegfalls des übliche^ zur Temperaturkompensation verwendeten Widerstands am Eingang nicht wesentlich verändert wird.

Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet·

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines balkenartigen Umformers,

der mit erfindungsgemäßen, integralen Dehnungsmessern und Eichwiderständen ausgerüstet ist;

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- 9 Fig. 2 eine Draufsicht auf den Umformer nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 1 zusammen mit einem Bilddiagramm, das zwei Sätze von Dehnungsmessern und Eichwiderständen sowie die zugehörigen elektrischen Eingangs-, Ausgangsund Zwischen an Schlüsse für den Umformer zeigt;

Fig. 4 eine teilweise schematische und teilweise blockartige Darstellung der die integralen Dehnungsmesser und Widerstände nach Fig. 3 enthaltenden elektrischen Schaltungsanordnung;

Fig. 5 eine integrale Dehnungsmeßeinrichtung mit zwei

Dehnungsmessern und einem Eichwiderstand entsprechend der Erfindung; und

Fig. 6 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 5, bei welcher die Leitungsfäden des Eichwiderstands senkrecht zu den parallel angeordneten Leitungsfäden der Dehnungsmesser angeordnet sind.

Fig. 1 bis 3 zeigen einen Umformer 7 nach Art eines belasteten Balkens und zwei zusammengesetzte Meß- und Eich einheit en 8 und 9, die jeweils auf die ebene Ober- bzw. Unterseite eines im wesentlichen zylindrischen Balkens 10 des Umformers 7 geklebt sind. Ein derartiger Balkenumformer ist prinzipiell bereits in der US-PS 2 866 059 beschrieben und enthält zwei miteinander verbundene, in Querrichtung verlaufende, kreisförmige öffnungen 11 und 12, die den starren Balken in zwei parallele BaIkenabschnitte 7a und Tb teilen, die relativ biegbare, verdünnte Teile 7C, 7D, 7E und 7F enthalten. Das eine starre Ende 7g des Balkens ist mittels Schrauben 14 an einer Befestigungseinheit 13 befestigt, während das entgegengesetzte starre Ende 7h eine öffnung zur Aufnahme einer geeigneten Einrichtung aufweist, mittels der die abzutastenden Kräfte nach unten

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in Richtung eines Pfeils 15 angelegt werden. Bei Belastung verbiegt sich der Balken im Bereich der verdünnten Abschnitte und nimmt eine charakteristische S-Form an, so daß die Dehnungsmeßelemente der Meß- und Eicheinheiten 8,9 die daraus resultierenden, nahe der verdünnten Abschnitte an der Ober- bzw. Unterseite auftretenden Oberflächenspannungen bzw.-dehnungen in Zug- bzw. Druckrichtung abtasten bzw. wahrnehmen. Eine am Ende 7h angreifende, nach unten gerichtete Kraft hat zur Folge, daß die oberen gemessenen Oberflächen, die an die dünnen, biegbaren Abschnitte 7C und 7D angrenzen, auf Zug bzw. Druck, die unteren gemessenen Oberflächen, die an die dünnen, biegbaren Abschnitte 7E und 7F angrenzen, dagegen auf Druck bzw. Zug beansprucht werden. Folienartige, mit elektrischen Widerständen arbeitende Dehnung smeß elemente 8a und 8b (Fig. 2) kennzeichnen dabei die Zug- bzw. Druckspannungen oder -dehnungen im Bereich der biegbaren Teile 7C und 7D, während auf ähnliche Weise Dehnung smeßelemente 9a und 9b (Fig. 3), die Bestandteil der zusammengesetzten Meß- und Eicheinheit 9 sind, die Druckoder Zugspannungen bzw. -dehnungen im Bereich der Teile 7E und 7F charakterisieren. Mit einer üblichen elektrischen Energiequelle 16 wird eine volle Brück ens chaltung erregt, in welche die Dehnungsmeßelemente geschaltet sind, wobei das Ausgangssignal der Brückenschaltung einem üblichen Anzeigeinstrument 17 zugeführt werden kann, das die vom Umformer gemessenen Belastungen sichtbar macht.

Der Balken besteht aus einem Stahl hoher Qualität oder einem anderen Material, dessen Elastizitätsmodul (Verhältnis von Spannung zu Dehnung) sich mit der Temperatur ändert, was zu entpsrechenden Fehlern im Meßsignal führt, wenn keine geeignete Kompensation vorgesehen wird. Änderungen des Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Temperatur können außerdem eine Folge entsprechender Veränderungen des sogenannten "Empfindlichkeitsfaktorβ" der verwendeten Dehnung smeßelemente sein. Bisher ist es üblich, temperaturempfindliche Widerstände in Serie mit den BrUckeneingangsanschlUssen zu schalten, um dadurch auto-

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ma ti sch die Brückenanregung um etwa denjenigen Betrag zu ändern, der benötigt wird, um die Ausgangssignale der BrUckenschaltung im wesentlichen auf diejenigen Werte zu erhöhen bzw. zu erniedrigen, die sie aufweisen würden, wenn sich der Elastizitätsmodul und der Empfindlichkeitsfalqtor nicht mit der Temperatur ändern würden. Gerade jetzt, wo die Dehnungsmeßelemente häufig mit standardisierten Widerstandswerten für verschiedene Zwecke versehen sind, spiegeln auch die Werte der Eingangs impedanzen der BrUckenschaltung en, in die diese Dehnung smeß elemente geschaltet sind, das übliche Vorhandensein von in Serie geschalteten, temperaturempfindliehen Widerständen wieder, die zur Kompensation von Änderungen des Elastizitätsmoduls und des Empfindlichkeitsfaktors dienen, so daß beispielsweise Fehlanpassungen auftreten, wenn diese Widerstände in einigen Eingängen von mehreren, durch eine gemeineame Quelle erregten Umformern nicht vorgesehen werden. Abgesehen davon haben derartige, hilfsweise vorgesehene, temperaturempfindliche Widerstände das Anbringen zusätzlicher Teile, zusätzlichen Montage- und Verdrahtungsaufwand und andere Komplikationen bei der Herstellung der Umformer zur Folge.

In dem zuletzt genannten Zusammenhang wurde nun gefunden, daß es möglich ist, unterwünschte Wirkungen aufgrund von Änderungen des Elastizitätsmoduls mit Hilfe von Dehnungsmeßelementen zu vermeiden, die ihrerseits aus sich heraus in Abhängigkeit von der Temperatur gerade mit den richtigen Änderungen ihres Empfindlichkeitsfaktors reagieren und dadurch die Notwendigkeit der üblichen temperaturempfindlichen Widerstände eliminieren. Dieser Vorteil wird jedoch durch die Schwierigkeit erkauft, daß die oben genannte Fehlanpassung auftreten kann, wenn der Bedarf nach Temperatur-kompensierenden Widerständen auf diese Weise vermieden wird. Aus diesem Grunde enthält jede Meß- und Eicheinheit 8 und 9 nicht nur zwei folienartige Dehnungsmeßelemente, sondern auch einfache, unbelastete und im

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wesentlichen temperaturunempfindliche Widerstände, die ein integraler Bestandteil von ihnen und an Stellen angeordnet sind, die sich bezüglich der Dehnung bzw. Spannung neutral verhalten. Diese Widerstände sind mit den Bezugszeichen 8c und 9c bezeichnet und auf denselben Isolierträgern 8d und 9d angebracht, auf denen auch die folienartigen Dehnungsmeßelemente, deren Verbindungen und die Anschlußklemmen angeordnet sind. Die Widerstände 8c und 9c verhalten sich völlig ohmsch und weisen im wesentlichen dieselben Widerstandswerte wie die bekannten, temperaturemfpindlichen Widerstände auf. Außerdem sind sie derart zerteilt, daß sie aus Gründen der Symmetrie und des Abgleiche, was bei empfindlichen BrUckenschaltungen wichtig sein kann, etwa gleich groß sind und getrennt in jeder der beiden Eingangsleitungen der Brücken schaltung angeordnet werden können (Fig. 4).

Der Empfindlichkeitsfaktor eines Dehnungsmessers stellt bekanntlich die Widerstandsänderung für eine gegebene Dehnung bzw. Belastung dar und charakterisiert damit die Dehnung s- bzw. Spannungsempfindliehkeit. Trotz der in diesem Ausdruck inbegriffenen Bedeutung besteht nicht notwendigerweise ein konstantes Verhältnis zwischen der Widerstandsänderung und der Einheitsdehnung und es können sich wie oben erläutert, störende Änderungen mit der Temperatur ergeben. Änderungen des Empfindlichkeitsfaktors stehen mit den Materialien, die zur Herstellung der Meßeinrichtungen verwendet werden, und damit beispielsweise mit den verwendeten Legierungen, der Wärmebehandlung und der Kaltbearbeitung in Beziehung. Wenn die richtige Auswahl getroffen und dabei der Einfluß der in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgenden Änderungen der Elastizität desjenigen Metalls, aus dem der Umformer hergestellt ist, auf das Ausgangssignal des Umformers berücksichtigt wird, dann werden die Dehnungsmeßelemente zusammen einen derartigen Einfluß auf die Brückenschaltung des zugehörigen Umformers ausüben, daß diese über einen üblichen Bereich von

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Temperaturänderungen gerade die entgegengesetzte Wirkung auf das Aus gang β signal hat. Wenn daher beispielsweise diejenigen Änderungen des Aus gangs signals des Umformers, die auf Änderungen des Elastizitätsmoduls zurückgeführt werden, bei positiver Steigung im wesentlichen linear verlaufen, dann müssen diejenigen Änderungen, die dem Empfindlichkeitsfaktor zugeschrieben werden, über den interessierenden Temperaturbereich die entgegengesetzte feste Steigung aufweisen ,wenn eine Kompensation auftreten soll. Folienmaterialien von Dehnung smeß element en, die die erwünschten, kompensierenden Änderungen des Empfindlichkeitsfaktors herbeiführen können, enthalten Nickel/Chrom/Aluminium-Legierungen wie beispielsweise Kara» ( 73 % Nickel, 20 % Chrom, zusätzlich Aluminium und Eisen, hergestellt durch Driver -Harris Company, Harrison, NJ) und Evanohm (75 % Nickel, 20 % Chrom, zusätzlich Aluminium und Kupfer; hergestellt durch W.B. Driver Company, Newark, NJ). Die Dehnungsmeßelemente, Eichwiderstände, Anschlußelemente und Verbindungen jeder Meß- und Eicheinheit 8 und 9 werden aus einer Folienschicht, die die erwünschten Änderungen des Empfindlichkeitsfaktors herbeiführt, hergestellt, wobei die Dehnungsmeßelemente 8a, 8b, 9a und 9b in bekannten Leitungsmustern angeordnet werden und wobei zur Ausbildung der erwünschten Leitungsmuster in der auf einem geeigneten Isolierträger 8d, 9d angeordneten Metallfolie die üblichen Druck- und Säureätzverfahren sowie die üblichen Verfahrenstechniken zur Herstellung von folienartigen Meßelementen angewendet werden. Die Eichwiderstände 8c und 9c bestehen zweckmäßig in derselben Weise wie die Dehnung smeß elemente aus Leitung s fäden, die in einem Windungs-, Faltungs- oder Mäandermuster angeordnet sind, um die erwünschten Widerstandswerte zu erhalten. Weiterhin sind die Eichwiderstände 8c und 9c auf den Isolierträgern nahe den Mittelabschnitten zwischen den Dehnungsmeßelementen angeordnet, wo sie im wesentlichen frei von Spannungen bzw. Dehnungen sind, selbst wenn die Isolierträger 8d und 9d, auf denen sie montiert sind, fest mit den Umformeroberflächen verklebt sind. Die Lage dieser Mittelabschnitte ent-

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spricht der Lage der Mittellinie 20-20 des Umformers (Fig. 1 und 2), die mitten zwischen den für die biegbaren Teile 7C-7D und 7E-7F vorgesehenen Orten hindurchläuft, wo die Oberflächendehnungen des Umformers minimal sind und im wesentlichen keinen resultierenden Wert aufweisen. Demgemäß sind die Widerstände 8c und 9c in vorteilhafter Weise nahezu immun gegenüber Einflüssen der auftretenden Belastungen und Dehnungen.

Entsprechend der in Flg. 3 und 4 dargestellten Schaltung sind die beiden Dehnungsmeßelemente jeder der Meß- und Eicheinheiten θ und 9 als benachbarte Arme einer vollen Brückenschaltung 21 (Fig. 4) geschaltet. Das eine Ende beider Dehnungsmeßelemente Jeder Einheit ist zweckmäßig bereits vorher mit einem integralen, relativ großflächigen, einen geringen Widerstand aufweisenden Band oder Streifen der Folie, beispielsweise dem Band 22 der Einheit θ nach Flg. 5 verbunden. Die ebenfalls integralen Eichwiderstände 8c und 9c sind jeweils mit ihrem einen Ende bereits vorher mit dem Band verbunden, an ihrem anderen Ende dagegen mit einem vergrößerten Anschluß, beispielsweise dem Anschluß 23 gemäß Fig. 5, versehen, so daß die einzigen Leitungen, die nach dem Einbau der Einheiten als Ganzes noch angeschlossen werden müssen, diejenigen Leitungen sind, die die Eingangsleitung mit einem Anschluß, z.B. 23, eines Widerstands und den Ausgang sowie Hilfselemente für den Abgleich und die Kompensation mit den beiden vergrößerten Anschlüssen, z.B. 24 und 25 (Fig. 5), der Dehnungsmeßelemente verbinden, wobei diese beiden Anschlüsse relativ zu den beiden mit dem Eichwiderstand verbundenen Anschlüssen an den entgegengesetzten Enden der Dehnung smeß elemente liegen. Diese Enden der Dehnungsmeßelemente sind gemäß der Zeichnung in bekannter Welse mit einem BrUckenabgleichwiderstand 27 und einem Temperaturkompensationsdraht 28 verbunden, die innerhalb der BrUckenschaltung (Fig. 4 und 5) und an einer im Vergleich zu den Einheiten 8 und 9 unterschiedlichen Stelle

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- 15 (Fig. 1 und 3) angeordnet sind.

Die in Fig. 6 dargestellte Meß- und Eicheinheit 8¹ unterscheidet sich von der Meß- und Eicheinheit 8 dadurch, daß ihr integraler, folienartiger Eichwiderstand 8c¹ Leitungsbänder aufweist, die im Vergleich zu den Leitungsbändern der Meßelemente 8a¹ und 8b¹ senkrecht angeordnet sind und dadurch in noch stärkerem Maße sicherstellen, daß sie gegenüber Einflüssen der Oberflächendehnungen des Umformers isoliert sind, da diese hauptsächlich in der zu den Leitungsbändern der Dehnung s meß elemente parallelen Längsrichtung auftreten. Bei spezifisch unterschiedlichen Anwendungen des Umformers, bei denen die Orte, an denen die Dehnungen auftreten bzw. die gegenüber Dehnungen neutral sind, nicht dieselben wie beim dargestellten Umformer sind, kann der Eichwiderstand auch an einem anderen Ort angeordnet sein und aus Leitungsbändern bestehen, die anders ausgerichtet sind, um immun gegen Dehnungseinflüsse zu sein. Es kann in manchen Fällen auch vorteilhaft sein, einen Eichwiderstand entsprechend den Widerständen 8c, 9c oder 9c¹ zur Normalisierung des Ausgangssignals des Umformers vorzusehen, d.h. um sicherzustellen, daß das Ausgangssignal der Brück en schaltung sehr genaue mV/ Volt-Eigenschaften (z.B. 2 mV/Volt oder 3 mV/Volt) aufweist, u.z. aufgrund einer körperlichen Einstellung durch Abrieb oder dergleichen. In derartigen Fällen kann der Eichwiderstand in einem solchen Muster und an einem solchen Ort angeordnet sein, daß er nach dem Einbau optimal zugänglich ist, um beispielsweise ein Schleifwerkzeug zwecks Änderung des Widerstandswertes ansetzen zu können. Außerdem können in anderen vorteilhaften zusammengesetzten Einheiten unter Bildung eines gemeinsamen Folienstapels mehr als ein Eichwiderstand und mehr oder weniger als zwei Dehnungsmeßelemente sowie andere Verbindungen und Anschlüsse integral auf einem Träger vorgesehen sein.

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Leerseite

Claims

Patentanwalt Diplom-Physiker

Relnfrled Frhr. v. Schorlemer

D-35OO Kassel Brüder-Grlrhm-Platz 4 Telefon (Ö561) 1 53 35

D 4989

BOFORS AMERICA, INC., Edison, New Jersey, USA Patent ansprüche

{ 1)/Dehnungsmeßeinrichtung mit einem Umformer, der einen bei Belastung Oberflächendehnungen bzw. -Spannungen unterliegenden Abtastabschnitt aufweist, und mit einem dünnen, breitflächigen, auf dem Umformer befestigten Isolierträger, auf dem eine dünne, zu wenigstens zwei Dehnungsmeßelementen und einem Eichwiderstand geformte Metallschicht angeordnet ist, wobei die Dehnungsmeßelemente und die Eich widerstände einer elektrischen Brückenschaltung zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßelemente (8a,8b bzw. 9a,9b) und die Eichwiderstände (8c, bzw. 9c) aus einem Stück bestehen und Je ein großflächiges Anschlußelement (23,24,25) aufweisen, wobei die Eichwiderstände (8c,9c) einen innerhalb eines vorgewählten Anwendungsbereichs temperaturunabhängigen Wideretandswert aufweisen, daß aktive Abschnitte der Dehnungsmeßelemente (8a,8b,9a,9b) und der Eichwiderstände (8c,9c) längs des Isolierträgers mit vorgewählter Orientierung seitlich so beabstandet sind, daß nur die Dehnungsmeßelemente, nicht dagegen die Eichwiderstände Oberflächendehnungen bzw. Oberflächenstauchungen ausgesetzt sind, und daß die Metallschicht aus einem Material besteht, welches den Dehnungselementen (8a,8b,9a,9b) einen mit der Temperatur derart veränderlichen Empfindlichkeitsfaktor verleiht, daß bei Temperaturänderungen in den Aus-

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gangssignalen der Brückenschaltung (21) die durch Änderungen dee Elastizitätsmodule des Abtastabschnitts verursachten Schwankungen durch entgegengesetzt gerichtete, durch Änderung dea Empfindlichkeitsfaktors der Dehnung β-meßelemente (8a,8b, 9a,9b) verursachte Schwankungen kompensiert werden.

2) Dehnung smeßeinr ich tung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eichwiderstände (8c,9c) mit ihren einen Enden direkt an ihre Anschlußelemente (23) und mit ihren anderen Enden an eine Verbindungsleitung (22) der beiden zugehörigen Dehnungsmeßelemente (8a,8b bzw. 9a,9b) angeschlossen sind und sowohl zur externen Beschal tung der BrUckenschaltung (21) als auch zum Abgleich der Eingangsimpedanz der BrUckenschaltung (21) auf einen vorgewählten Wert dienen.

3) Dehnungsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßelemente (8a,8b bzw. 9a,9b) aus Je zwei In Längsrichtung beabstandeten und ausgerichteten, durch parallele Leitungsfäden der Netallschicht gebildeten Leitungsmustern, die Eichwiderstände (8c bzw. 9c) aus zwischen diesen Leitungsmustern angeordneten, einen vorgewählten Widerstandswert bildenden Leitungsfäden der Metallschicht und die Verbindungsleitungen (22) aus einem großflächigen, einen kleinen Widerstand aufweisenden Band der Metallschicht gebildet sind, dessen Enden mit den jeweils einen Enden der zugehörigen Dehnungsmeßelemente (8a,8b, bzw. 9a,9b) aus einem Stück bestehen und das ein mit dem einen Ende des zugehörigen Eichwiderstands (8c,9c) aus einem Stück bestehendes Mittelteil aufweist.

U) Dehnungsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verbindungs leitung en (22) zwischen den zugehörigen Dehnungsmeßelementen (8a,8b

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bzw. 9a,9b) und nahe von deren einer Breitseite in Längsrichtung, die zugehörigen Eichwiderstände (8c bzw. 9c) dagegen von den Verbindungsleitungen (22) bis zu den zugehörigen AnschluBelementen (23) erstrecken, die jeweils zwischen den beiden nahe der anderen Breitseite der zugehörigen Dehnungsmeßelemente (8a,8b bzw. 9a,9b) angeordneten Anschlußelementen (24,25) der zugeordneten Dehnung smeß elemente angeordnet sind.

5) Dehnungsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus einer Nickel/Chrom/Aluminium-Legierung besteht.

6) Dehnungsmeßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung etwa 75 Gewichts-96 Nickel, etwa 20 Gewichts-# Chrom und als Rest Aluminium und ein anderes Material einer Elsen und Kupfer enthaltenden Gruppe enthält.

7) Dehnung smeß einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßelemente und Eichwiderstände in zwei gleichen, am Abtastabschnitt des Umformers (7) befestigten Meß- und Eicheinheiten (β,9) angeordnet sind, wobei die Leitungsmuster in eine Metallfolie derart geätzt und derart auf dem Abtastabschnitt angeordnet und orientiert sind, daß sie auf Zug- und Druck beanspruchung en der Oberflächen des Umformers (7) ansprechen, und daß die Eichwiderstände (8c,9c) jeder Einheit (8,9) aus je einem aus der Metallfolie herausgeätzten Einzelwiderstand bestehen und jeweils externe elektrische Signale seriell über jeweils eine der Verbindungsleitungen (22) zur BrUckenschaltung (21) übertragen, der die zugehörigen beiden Dehnungsmeßelemente als benachbarte Zweige zugeordnet sind, und daß die beiden Widerstände (8c,9c) gemeinsam die gesamte Eingangeimpedanz der BrUckenschaltung (21) auf einen vorgewählten Wert einstellen.

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8) Mechanisch-elektrischer Umformer für eine Dehnungsmeßeinrichtung, gekennzeichnet durch zwei starre, lastübertragende Abschnitte (7a,7b), die durch einen elastisch deformierbaren, bei Belastung Oberflächendehnungen bzw. Oberflächenstauchungen ausgesetzten Abtastabschnitt (7C,7D,7E, 7F) verbunden sind, durch wenigstens eine Dehnungsmeß- und Eicheinheit (8,9) zum Abtasten der Oberfläche des Abtastabschnitts, wobei die Meß- und Eicheinheit (8,9) eine DehnungsmeBelemente (8a,8b,9a,9b) und einen Eichwiderstand (8c bzw. 9c) enthaltende Brückenschaltung (21) aufweist und wobei die Eichwiderstände in Serie mit den Eingängen der BrUckenschaltung (21) geschaltet sind und einen die Eingangsimpedanz der BrUckenschaltung (21) auf einen vorgewählten Wert vergrößernden Widerstandswert aufweisen,

durch einen Isolierträger mit einer auf diesem angebrachten, zu wenigstens einem Dehnungsmeßelement (8a,8b, 9a,9b) und einem Eichwiderstand (8c,9c) geformten Metallschicht, wobei die Dehnungsmeßelemente und Eichwlderstände au β einem Stück bestehen und großflächige Anschlußelemente (23,24,25) aufweisen, und durch aktive Abschnitte der Dehnungsmeßelemente und der Eichwiderstände, die länge des Isolierträgers mit vorgewählter Orientierung seitlich so beabstandet sind, daß nur die Dehnungsmeßelemente, nicht dagegen die Eichwiderstände auf Oberflächen dehnung en bzw. Oberflächenstauchungen ansprechen, wobei die Metallschicht aus einer im wesentlichen Nickel, Chrom und Aluminium enthaltenden Legierung besteht, mittels derer die Dehnungsmeßelemente die Ausgangssignale der BrUckenschaltung (21) derart verändern, daß die durch Änderungen des Elastizitätsmoduls des Materials des Abtastabschnitts bei Temperatur Schwankung en verursachten Änderungen dieser Ausgangssignale kompensiert werden.

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