Elektromechanischer Messdraht-Wandler
Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Messdraht-Wandler mit elektrischen Widerstands messdrähten, die zwischen Drahthaltern gespannt sind, und einem beweglichen Kraftübertragungs- organ, um die zu messende Kraft auf die Messdrähte zu übertragen, um deren elektrische Eigenschaften zu verändern.
Der elektromechanische Messdraht-Wandler ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch einen ersten Messdraht, der zwischen einem ersten Drahthalter und einem zweiten Drahthalter liegt, welch letzterer an einer nachgiebigen Spannvorrichtung montiert ist, einen zweiten Messdraht, der zwischen dem zweiten Drahthalter und einem dritten Drahthalter angeordnet ist, und Mittel, um bei Bewegung des Kraftübertragungsorgans den ersten undloder dritten Drahthalter gegenüber dem zweiten Drahthalter zu verschieben, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebige Vorrichtung bei Verringerung der Spannung im einen Draht eine Erhöhung der Spannung im andern Draht bewirkt.
Der Messdraht-Wandler kann einen Rahmen aufweisen, einen auf diesem Rahmen zur Drehung um eine Drehachse gelenkig angeordneten Hebel, wobei die Bewegungsübertragungsverbindung z. B. so angeordnet ist, dass der Hebel um diese Achse bei einer Bewegung des Kraftübertragungsorgans verschwenkt wird, der erste Drahthalter auf dem erwähnten Hebel angeordnet ist und der dritte Drahthalter auf diesem Hebel und im Längsabstand vom ersten Drahthalter angeordnet ist.
Elektromechanische Wandler, bei denen ein Kraftübertragungsorgan die auf den Draht aus geübte Zugspannung verändert, um eine Verände- rung im elektrischen Widerstand des Drahtes herbeizuführen, so dass diese als Messgrösse für die Bewegung eines Kraftübertragungsorgans oder für die auf dieses ausgeübte Kraft dient, sind an sich bekannt. Das Kraftübertragungsorgan kann ein Stab, eine Membran oder ein Gewicht oder irgendein anderes Element sein, das im Raum infolge von auf dieses ausgeübten Kräften oder diesem mitgeteilten Bewegungen bewegt wird. Das Kraftübertragungs- organ ist das Medium für die Summierung aller auf dieses gleichzeitig ausgeübten Kräfte und für die Llbertragung derselben auf den Draht.
Der Wandler kann als Kraft-, Druck-, Beschleunigungsmesser usw. ausgebildet sein. Die vorangehenden Beispiele sind jedoch nicht als erschöpfend für die möglichen Formen des Kraftübertragungsorgans und die An wendungsformen des Messdraht-Wandlers gemäss der Erfindung anzusehen.
Bei den bekannten Messdraht-Dehnungsmessern, bei denen das eine Ende des Drahtes mit dem Kraft übertragungsorgan und das andere Ende mit einem festen Punkt verbunden ist, muss die Bewegung des Kraftübertragungsorgans so begrenzt werden, dass im Draht nicht eine Spannung hervorgerufen wird, die dessen Elastizitätsgrenze überschreitet. Für Drähte aus Stahl oder Konstanten, die am häufigsten für den erwähnten Zweck verwendet werden, sind diese Messdraht-Wandler so konstruiert, dal3 die in den Drähten auftretende maximale Längenänderung begrenzt wird, so dal3 sie in einem auf den Nullpunkt zentrierten Instrument nicht grösser wird als 0,150/o der Drahtlänge, das heisst bei einer Anfangsverlänge- rung von 0,15 oxo eine maximale Gesamtverlängerung von 0,3 /o der Länge.
Es ist das Ziel der Erfindung, einen Wandler mit einem Messdraht von veränderlichem elektrischem Widerstand zu schaffen, bei dem im wesentlichen die maximal erreichbare sichere Gesamtspannung von einem Draht gegebener Länge ohne tuber- schreitung der sicheren Zugspannung erzielt werden kann und bis zu den genannten Messbereichgrenzen bei wahrer Linearität des Verhältnisses der Zug- spannung im Draht zur Bewegung des Kraftüber- tragungsorgans beansprucht werden kann. Vorzugsweise wird dem Messdraht-Wandler eine hohe Eigenfrequenz gegeben, durch Begrenzung der dem Kraftübertragungsorgan zugeordneten Masse auf einen Mindestbetrag unter gleichzeitiger Verwendung einer Brückenschaltung mit vier Zweigen.
Bei Ausführungsformen der Erfindung ist, wenn der zweite Befestigungspunkt fest am Rahmen des Wandlers vorgesehen ist, die Federkonstante des ersten Punktes Null ist, die auf die Drähte ausgeübten Kräfte gleich und entgegengesetzt gerichtet sind oder sich, bezogen auf das Ende des am Kraft übertragungsorgan befestigten Drahtes, mit algebraisch verschiedenen Beträgen bewegen, und die Veränderung in der Zugspannung in dem einen der Einzeldrähte der des ersten Drahtes gleich mit entgegengesetztem Vorzeichen ist, die Kraftübertragung von einem der Drähte zum andern 100 /o. Wenn jedoch die Federkonstante des ersten Punktes höher wird, das heisst, wenn die Feder steifer wird, wird die Kraftübertragung geringer als 10011/o und wird Null,
wenn der erste Punkt als starrer Punkt betrachtet werden kann und der sich vom ersten zum zweiten Punkt erstreckende Draht als aktiver Draht der Brückenschaltung völlig unwirksam wird. Es wurde jedoch festgestellt, dal3 bei Verwendung einer Federkonstante für den ersten Punkt, die geringer ist als die Federkonstante des Drahtes, ein beträcht- licher Anteil der theoretischen elektrischen Ausgangsspannung der Brückenschaltung im Bereich von über etwa 75 axa der theoretischen Ausgangsspannung erzielt werden kann,
und dass durch Begrenzung der Federkonstante des ersten Befestigungspunktes auf den Bereich von etwa 1 fl/a und sogar etwa 1 loo der Federkonstante des Drahtes der elektrische Wirkungsgrad der Brückenschaltung auf mehr als etwa 9910/o des theoretischen Wirkungsgrades der Brückenschaltung erhöht werden kann.
Wenn die Kraftübertragung auf die Drähte etwa 100 /o ist, dann wird die auf den Draht wirkende Zugspannung nicht um einen Betrag grösser als derjenige, um den die auf den andern Draht wirkende Zugspannung verringert wird. Wenn die Drähte mit gleicher oder ungleicher Zugspannung gewickelt werden, derart, dass die Anfangsspannung, die auf den einen der Drähte wirkt, wenn sie sich zur Zugspannung auf den andern Draht der Brückenschaltung addiert, als Gesamtspannung die höchste jedem der Drähte innerhalb der Sicherheitsgrenzen auferlegbare Zugspannung oder die Spannung an der Proportionalitätsgrenze des Drahtes nicht überschreitet, werden durch die Bewegung des Kraftübertragungsorgans die Drähte nicht über die auf diese Weise festgelegte Grenze beansprucht.
Ein Merkmal der Messdraht-Wandler gemäss der Erfindung besteht darin, dass die Spannung in dem einen Draht zunimmt, während sie im andern Draht abnimmt.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen :
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform gemäss der Erfindung, bei welcher der Messdraht Wandler auf einen Druckmesser angewendet ist.
Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1,
Fig. 4 eine Kantenansicht zu Fig. 3,
Fig. 5 eine Ansicht in schaubildlicher Darstellung einer Einzelheit des Messdraht-Wandlers,
Fig. 6 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 1,
Fig. 7 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 1,
Fig. 8 eine Teilansicht, teilweise im Schnitt, des in Fig. 1 gezeigten Druckmessers,
Fig. 9 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 9-9 der Fig. 8,
Fig. 10 im vergrösserten Massstab eine Einzelheit der Fig. 9,
Fig.
11 eine Schnittansicht eines Beschleunigungsmessers, bei dem der Messdraht-Wandler verwendet ist,
Fig. 12 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 12-12 der Fig. 11,
Fig. 13 einen waagrechten Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des Messdraht-Wandlers,
Fig. 14 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 14-14 der Fig. 13,
Fig. 15 eine Teilansicht eines nach der Linie 15-15 der Fig. 13 geführten Schnittes,
Fig. 16 eine Ansicht in unregelmässigem Schnitt, mit Teilen im Aufriss, nach der Linie 16-16 der Fig. 15 und
Fig. 17 eine schaubildliche Darstellung einer Einzelheit des in Fig. 13 bis 16 gezeigten Messdraht- Wandlers.
Bei der in Fig. 1 bis 10 dargestellten Vorrichtung ist das Gehäuse l des Wandlers mit einem Flansch 3 versehen, der mit einer Aussenkung 2 versehen ist, in der sich ein ringförmiges Anschlussstück 4 befindet, welches durch eine Membran 5 abgeschlossen ist, die an ihrem Umfang dichtend in eine geeignete Aussenkung im Anschlussstück 4 eingesetzt ist. Auf dem Anschlussstück 4 ist ein zweites An schlussstück 6 angeordnet. Beide Anschlussstücke werden durch Stiftschrauben 7 zusammengehalten, so dass sich eine strömungsmitteldichte Kammer 9 ergibt, die mit einer Mittelbohrung 8 im Anschluss- stück 6 in Verbindung steht.
In der Mitte der Membran 5 ist eine Stange 10 befestigt, die sich durch eine Mittelbohrung 11 im ringförmigen Anschlussstück 4 erstreckt und an ihrem andern Ende mit einer Blattfeder 13 verbunden ist, die aus einem Stück mit einer gekrümmten Klemm platte 12 besteht. Die Klemmplatte 12 ist zwischen einem Ringabschnitt 14 eines L-förmigen Halters 15 eingespannt, dessen Schenkel 16 sich in das Gehäuse 1 erstrecken. Der Halter bzw. das Halterahmenglied 15 ist auf dem ringförmigen Anschlussstück 4 durch Schrauben 17 befestigt. Die Stange 10 erstreckt sich durch die Mittelbohrung des Anschlussstückes 4 und durch eine in der Feder 13 an geeigneter Stelle vorgesehene Bohrung. Die Stange 10 trägt ferner eine Schulter 18 und ein Abstandsstück 19.
Die Feder 13 ist zwischen der Schulter 18 und dem Abstandsstück 19 durch eine Mutter 20 eingespannt, die auf das mit Gewinde versehene Ende der Stange 10 aufgeschraubt ist.
Auf dem Schenkel 16 des Halters 15 ist eine Verstellschiene angeordnet, die durch Ausfräsen eines Blocks hergestellt ist in der Weise, dass zwei Schlitze 30 und 31 vorhanden sind, die durch eine flache Blattfeder 24 voneinander getrennt sind, welche den Oberteil 23 und den Unterteil 22 miteinander verbindet. Der Verstellblock ist mittig auf dem Schenkel 16, benachbart dem Anschlussstück 4, durch eine Schraube 33'befestigt, die durch den Schenkel 16 geführt ist. Eine Verstellschraube 33 ist durch eine Gewindebohrung 35 geführt und liegt gegen die Unterseite des Endes 26 an. Eine Mutter 36 ist zur Sicherung der Schraube 33 in ihrer Stellung vorgesehen. Das Abstandsstück 19 erstreckt sich mittig in den Schlitz 30.
Das Abstandsstück 19 trägt zwei elektrisch isolierte Stifte 37 und 37' (Fig. 9), die mit Presssitz in zwei axial in Ausfluchtung befindlichen Bohrungen angeordnet sind, welche im Abstandsstück 19 so vorgesehen sind, dass sich ihre Achsen senkrecht zur Achse der Stange 10 erstrecken. Auf das Ende jedes der Stifte 37 ist eine Metallkappe 38 bzw. 38' (Fig. 10) aufgepresst. Ahnliche Stifte 39,39', 40 und 40'sind in Bohrungen 28 und 29 angeordnet, und zwar ein Stift auf jeder Seite der Enden 23 und 22 des Verstellblocks 21. Diese Stifte tragen eben- falls Endkappen 38 und 38'. Die Enden der Kappen 38,38'und der Stifte 37,37'befinden sich in Ausfluchtung mit den Stiften 39,39'und deren Kappen.
Gebogene Federn 41 und 41'verbinden die Kappen auf den Stiften 37,37'elektrisch mit den Kappen auf den Stiften 40,40'und sind durch Punktschweissung oder Hartlötung befestigt. In geeigneten Bohrungen im Schenkel 16 sind isolierte Klemmen 42,42', 43 und 43'befestigt.
Im Ende des Schenkels 16 sind Endschlitze 44 und 44'vorgesehen. In den Enden der Schlitze sind isolierte Klemmen durch Hartlöten befestigt, von denen jede ein Stäbchen 46 bzw. 46'aufweist, das sich durch eine isolierende Glaskugel 47 erstreckt, welche von einer mit dem Schlitz 44 hartverlöteten Hülse 45 getragen wird. Mit den Stäbchen 46,46' jeder Klemme sind sich in der gleichen Ebene befindende, vorzugsweise gleichartige Blattfedern 48, 48'aus Metall punktverschweisst. Die Federn tragen an ihrem obern Ende einen Haken 49 bzw. 49'.
Die elektrischen Widerstandsdrähte, wie sie ge wöhnlich in elektrischen Messdraht-Wandlern verwendet werden, sind auf Zug beansprucht, wobei der eine Draht 50 von der Kappe auf dem Stift 39, mit der er verlötet ist, zum Haken 49 verläuft und an diesem befestigt ist, während der Draht 51 zur und um die auf dem Stift 37 angeordnete Kappe 38 geführt ist, mit der er verlötet ist. Ein gleichartiger Messdraht 50'ist zwischen der Kappe auf dem Stift 39', mit der er verlötet ist, und über und unter den Haken 49'gespannt, während ein Draht 51'sich vom Haken zur auf dem Stift 40 angeordneten Kappe und um diese herum erstreckt und mit dieser verlötet ist. Es sind daher vier Messdrähte vorgesehen, welche zwei Paare bilden, das heisst ein Paar 50 und 51 und ein gleiches Paar 50'und 51', das in ähnlicher Weise gespannt ist.
Statt eines einzigen Drahtes kann der Draht in mehrfachen Windungen zwischen den Kappen und dem Haken verwendet werden, wie dies in elektrischen Messdraht Wandlern üblich ist.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die durch die Haken 49 und 49'gehenden und senkrecht zur Ebene der Federn 48 und 48'stehen- den Geraden den Winkel zwischen den Drähten 50 und 51 bzw. zwischen den Drähten 50'und 51' halbieren. Die Länge der Drähte 50,51,50'und 51'zwischen ihren Befestigungspunkten an ihren jeweiligen Stiften und Haken ist vorzugsweise die gleiche. Der zwischen den Drähten 50 und 51 bzw.
50'und 51'eingeschlossene Winkel wird möglichst klein gemacht. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Abstand zwischen dem Haken 49 und den Stiften 39 und 37 sowie der Abstand zwischen den Stiften 39 und 37 und der Durchmesser des Hakens am Befestigungspunkt entsprechend bemessen werden. Das gleiche Verhältnis kann für den Haken 49' und die Stifte 39'und 37'vorgesehen werden. Je grösser der zwischen den Drähten eingeschlossene Winkel ist, desto geringer ist die Empfindlichkeit des Gerätes, das heisst desto geringer ist die Ver änderung des Widerstandes der Drähte bei einer ge gebenen Durchbiegung der Membran 5.
Wenn jedoch eine starke Durchbiegung der Membran innerhalb des sicheren Bereiches der Veränderung in der Spannung der Drähte gewünscht wird, kann der Winkel zwischen den Drähten 50 und 51 bzw. 50'und 51' erhöht werden, wobei er jedoch kleiner als 1800 sein soll. Der von jedem Drähtepaar eingeschlossene Winkel wird vorzugsweise gleich gemacht, es sei denn, dass eine elektrische Ausgleichsvorrichtung für die unterschiedlichen von jedem Drähtepaar erzeugten Ausgangsspannungen verwendet wird, die sich aus der Ungleichheit der eingeschlossenen Winkel ergeben.
Die Achsen der Drähte, wenn Einzeldrähte verwendet werden oder die Achsen der Drähte von symmetrischen Drahtschleifen, wenn solche für die Messdrähte 50,51 vorgesehen werden, liegen in der gleichen Ebene. Das Gleiche ist für die Drähte 50' und 51'vorgesehen. Die Veränderung in der Spannung dieser Drähte führt daher zu keinem Drehmoment um den Haken, über den sie gelegt und an dem sie befestigt sind.
Die Kappen auf den Stiften 39 und 39'sind elektrisch mit den Klemmen 43 und 43'verbunden, wäh- rend die Kappen auf den Stiften 40 und 40'elektrisch mit den Klemmen 42 und 42'verbunden sind.
Die Klemmen 46,46', 43,43', 42 und 42'sind elektrisch mit auf einer Klemmenplatte 53 angeordneten Klemmen 52 zur Bildung einer Wheatstoneschen Brückenschaltung verbunden.
Bei der in Fig. 1 bis 10 dargestellten Vorrichtung sind vier aktive Zweige vorgesehen, die in der üblichen Weise in Form einer Wheatstoneschen Brückenschaltung elektrisch verbunden werden kön- nen, wobei die Zugspannung aller Drähte bei einer Verlagerung des Kraftübertragungsorgans verändert wird. Wenn gewünscht, können jedoch auch nur zwei aktive Zweige verwendet werden, z. B. nur Drähte oder Drahtschleifen 50 und 51 unter Weglassung der Drähte 50'und 51'und der Feder 48'sowie der jeweiligen Stiftverbindungen und unter Verwendung zweier zusätzlicher Widerstandszweige zur Vervoll ständigung der vier Zweige der Wheatstoneschen Briicke.
Das ganze Drahtaggregat ist von einer Abschirmung 55 umgeben, die, wie Fig. 1 und 7 zeigen, auf den Schenkel 16 aufgesetzt werden kann.
Die Zugspannung in den Drähten jedes Drahtpaares 50,51 bzw. 50', 51'sind beide gleich odei ungleich und können durch Verstellung der Stellschraube 33 eingestellt werden. Hierbei ist zu erwähnen, dass die Steifigkeit des Schenkels 24 und die Versteifung durch die Stellschraube 33 die Stifte 39 und 39'starr in ihrer Lage hält, nachdem die Lage des Schenkels 26 durch die Stellschraube 33 eingestellt worden ist. Dies bedeutet, dal3 eine Ver änderung in der Zugspannung in den Drähten 51 und 51'keine Verlagerung der Stifte 39 oder 39' verursacht, die irgendeine merkliche Wirkung auf die relativen Zugspannungen in den Drähten 50 und 51 oder 50'und 51'hat. Beide Seiten, das heisst die Drähte 50,50'und 51,51', sind in ähnlicher Weise verdrahtet und gespannt.
Bei dem vorangehend beschriebenen Aggregat können das Drahtpaar 50,51 und das Drahtpaar 50', 51'in geeigneter Weise so gespannt werden, dass die Summe der Spannungen in den Drähten jedes Paares die Zugfestigkeit des Drahtes nicht übersteigt und gewöhnlich geringer ist, um zu gewährleisten, dass diese Zugfestigkeit im Draht 50 oder 50'nicht erreicht wird, wenn der Draht 51 oder 51'schlaff wird, um auf diese Weise das Reissen der Drähte 50 und 50'zu vermeiden.
Wenn die Fliess- grenze der Drähte nicht nahe an der Festigkeitsgrenze liegt, kann es, um eine Beschädigung der Drähte zu vermeiden, wünschenswert sein, die Gesamtspannung in den beiden Drähten der Paare so festzulegen, dass sie diese Fliessgrenze oder die Proportionalitätsgrenze der Drähte, je nachdem, welche konstruktive Spannungsbegrenzung gewählt wird, nicht überschreitet. Diese Proportionalitätsgrenze ist bekanntlich die maximale Spannung, bis zu welcher die Dehnung eine lineare Funktion der Kraft (Spannung) ist. Bei allen Spannungen in diesem Bereich ist das Verhältnis von Spannung zu Dehnung, das heisst die Federkonstante, konstant.
So können z. B. die Drähte 50 und 50'zwischen dem Haken 49 und den Stiften 39,39'mit der halben Spannung auf Zug beansprucht werden, die, wie erwähnt, als Grenzspannung gewählt wurde, und die Spannung in den Drähten 51,51'kann entweder dieser Spannung gleich sein oder einen grö- sseren Bruchteil der Grenzspannung, beispielsweise 80"/o derselben, betragen und die in den Drähten 50,50'20 /o derselben.
Um die dem Draht mitzuteilende maximale Spannung festzustellen, kann die Blattfeder dadurch geeicht werden, dal3 der Draht am Haken befestigt und am Draht ein Zug ausgeübt wird und die Ausbiegung der Feder 48, wenn der Draht reisst, festgestellt wird. Beim Wickeln des Aggregats wird dann auf den Draht 51 eine Zugspannung ausgeübt, die ausreicht, die Feder beispielsweise um 80"/o der Ausbiegung auszubiegen, die eintritt, wenn der Draht bei der vorbeschriebenen Eichung reisst. Der Draht 50 wird jedoch nur mit einem Bruchteil dieser Spannung beansprucht, z. B. mit einer Spannung von 20 /o der Zugfestigkeit.
Die Zugspannung in den Drähten 50 und 50'kann durch Vorspannung des Drahtes durch die Feder 24, welche durch die Schraube 33 verstellt wird, eingestellt werden, welche durch die Bohrung 54 im Gehäuse 1 zugänglich ist.
Wenn nun durch die Bohrung 8 ein Strömungsmitteldruck auf die Membran 5 wirksam wird, wird die Zugspannung der Drähte 51,51'verringert, während die Spannung in den Drähten 50,50'er höht wird.
Die Längenänderung in den Drähten 50,50'ist dabei gleich der Ausbiegung der Feder in einer Richtung zur Senkrechten zurück, welche sich aus der Verringerung der Spannung in den Drähten 51 und 51'ergibt. Hieraus ergibt sich, dass dl3 = dl2 = kl d l (Gleichung 1) k2 + k, wobei dll die Verkürzung der Drähte 51 und 51', dl2 die Auslenkung der Blattfeder 48 bzw. 48'ist und dl3 die Verlängerung der Drähte 50 und 50', und ka die Federkonstante der Drähte 50,50', 51 und 51', die für alle gleich ist, und k die Federkonstante der Feder ist.
Die Anderungen der mechanischen Spannungen in den Drähten sind natürlich proportional den angegebenen Längenänderungen.
Da die elektrische Ausgangsspannung, das heisst der Grad der Unsymmetrie der Wheatstoneschen Brücke, welche durch die Drähte gebildet wird, wie dies bei den bekannten, aus vier Zweigen gebildeten Brückenschaltungen üblich ist, bei jeder Ausbiegung der Membran 5 proportional der Summe der Ver ändemngen in der Spannung in den Drähten 50,50', 51 und 51'ist, ist die elektrische Ausgangsspannung = K [dll + k,-dl, (Gleichung 2) zizi wobei K eine Proportionalitätskonstante ist, die von den der Konstruktion zugrunde gelegten Parametern abhängt.
Diese Gleichung zeigt, dass die Ausgangsspannung der Brückenschaltung bei jeder Veränderung in der Spannung in den Drähten 50,50', 51 und 51', welche sich aus irgendeiner gegebenen Ausbiegung der Membran ergibt, von dem Verhältnis der Federkonstante der Federn zu der des Messdrahtes abhängt, das heisst, je geringer die Federkonstante Ka der Blattfeder ist, desto hoher ist die Ausgangsspannung. Daher ist am Grenzwert, an dem die Federkonstante der Federn Null ist, die Ausgangsspannung durch die folgende Gleichung gegeben :
Ausgangsspannung = 2Kdll (Gleichung 3)
Wenn die Federkonstante k2 der Blattfeder unendlich ist, das heisst das Element 48 ein starrer Körper ist, wird die
Ausgangsspannung = Kdll (Gleichung 4) also die Hälfte von denjenigen im Fall k2 = 0.
Wenn der Wirkungsgrad des Gerätes bei einer Federkonstante Null für die Blattfedern 48 und 48' mit 100 /o angenommen wird, dann ist bei einer starren Stütze, das heisst mit einer Federkonstante Unendlich am Haken 49, der Wirkungsgrad 50"/o..
Diese Wirkungsgrade ergeben ferner den relativen Grad der Kraft oder Spannungsübertragung von den Drähten 50 und 50'auf die Drähte 51 und 51' oder umgekehrt. Wenn die Federkonstante K2 der Feder Null ist, ist die tWbertragung 100 /o, und wenn die Drähte an einer starren Stütze am Haken befestigt sind, ist die tYbertragung Null. Aus Gleichung 1 folgt z. B., dal3, wenn das Verhältnis k2 : k, kleiner als 0,01 ist und im Bereich von etwa 0, 01 bis etwa 0,001 liegt, der Wirkungsgrad 99,5 bis 99,95"/o., und wenn die Federkonstanten gleich sind, ist der Wirkungsgrad 75 /o.
Aus dem Vorangehenden ergibt sich, dass die Verringerung in der Spannung der Drähte 51 und 51'bei Druckausübung auf die Membran 5 sich nicht stärker auswirken kann als in einer völligen Aufhebung der Vorspannung in den Drähten 51 und 51', das heisst bis zu einer Kraft, bei der der Draht schlaff wird. Mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad der tJbertragung der Spannungen von einem Draht zum andern unter der Wirkung der Federkonstante der Federn 48 und 48', kann wie vorangehend beschrieben, die Ubertragung der Spannung auf die Drähte 50 und 50'nicht grösser sein als die Spannungsverringerung in den Drähten 51 und 51'.
Bei völliger Aufhebung der Beanspruchung der Drähte 50 und 50'ist die auf diese wirksame Spannung nur gleich derjenigen der Feder 48. Wenn z. B. die ursprüngliche Spannung in den Drähten 51 und 51'x'O/o der Proportionalitätsgrenze beträgt und diejenige in den Drähten 50 und 50' (100x) /o der Proportionalitätsgrenze, kann die Spannungs übertragung, wenn die Drähte 51 und 51'völlig schlaff werden, den Draht 50 oder 50'nicht über die Proportionalitätsgrenze hinaus beanspruchen.
Die Drähte können daher nicht über die bei der Konstruktion zugrunde gelegten Grenzwerte beansprucht und damit nicht beschädigt werden. Ferner ist die Ausgangsspannung des Gerätes bis zu den Grenzwerten, die durch die in die Drähte hineingebrachte Anfangsspannung bedingt ist, wie erwähnt, linear.
Ferner ergibt sich aus der gezeigten Anordnung, dass, wenn die Membran 5 in Fig. 1 nach rechts durchgebogen wird, die Spannung der Drähte 51 und 51'zunimmt, während die Anfangsspannung der Drähte 50 und 50'etwas zurückgeht. Wie erwähnt, kann diese Spannungsabnahme jedoch die Anfangsspannung in den Drähten 50 und 50'nicht über- schreiten. Die einzige auf den Draht 50 wirkende Beschränkung ist diejenige durch die Feder 48, und auf den Draht 50'diejenige durch die Feder 48'.
Infolge der Wahl der richtigen Federkonstanten macht die zulässige Durchbiegung der Membran die Verwendung von Anschlägen für den Schutz der Drähte unnötig, jedoch können Anschläge vorgesehen werden, um eine Beschädigung der Membran zu verhindern.
Hierbei ist zu erwähnen, dass unter allen normalen Betriebsbedingungen das in Fig. 1 bis 10 gezeigte Gerät so betrieben wird, dass der Draht 51 stets einer Zugspannung unterworfen bleibt, und dass, wenn das Gerät als Vakuummeter verwendet werden soll, die Verdrahtung so ausgebildet wird, dass die Zugspannung in dem mit der Membran 5 verbundenen Draht bei der Evakuierung abnimmt.
Der Messdraht-Wandler kann auf einen Beschleu- nigungsmeser oder eine andere Vorrichtung angewendet werden, bei welcher der Stange 10 eine von der Beschleunigung abhängige Verschiebung erteilt wird.
In Fig. 11 und 12 ist die Anwendung der in Fig. 1 bis 10 gezeigten Wandler auf einen Beschleunigungsmesser dargestellt. Das Anschlussstück 6 von der in Fig. 1 und 2 gezeigten Form fehlt in diesem Fall.
In der Bohrung 57 ist auf zwei Federn 58 und 59 ein Gewicht 56 angeordnet. Die Feder 58 ist zwischen dem ringförmigen Anschlussstück 60 und dem Anschlussstück 61 mit Hilfe von Schrauben 62 befestigt, während die Feder 59 in einer geeigneten im Anschlussstück 61 vorgesehenen Innenschulter durch Schrauben 63 befestigt ist. Die Federn 58 und 59 sind mit dem Gewicht 56 durch Schrauben 63' verbunden. Das Gewicht 56 trägt eine starre Platte 64, welche mit Öffnungen 65 versehen ist, an der die Stange 10 mit Hilfe von Muttern 66 axial starr befestigt werden kann.
Das Anschlussstück 61 ist im Gehäuse 1 durch das ringförmige Anschlussstück 60 gelagert, das in seiner Konstruktion und Wirkungsweise dem Anschlussstück 4 in Fig. 1 ähnlich ist. Das Anschlussstück 61 ist mit einem sich nach innen erstreckenden Flansch 67 versehen, auf dem ein Anschlussstück 68 unter Zwischenschaltung von Dichtungsringen 69 sitzt, das eine Platte 70 trägt, welche mit einer Bohrung 71 versehen ist. Zwischen dem Anschlussstück 68 und dem Anschlussstück 76 ist eine Membran 72 mit Hilfe eines Dichtungsringes 74 dichtend eingespannt, so dass unterhalb der Membran 72 eine Kammer begrenzt wird, die mit dem Gehäuse 1 in Verbindung steht. Die Teile werden durch eine Sicherungsplatte 75 in ihrer Lage gehalten. Der Raum oberhalb der Membran 72 steht daher über die Bohrungen 76'und 77 mit dem Aussendruck in Verbindung.
Der im vorangehend beschriebenen Beschleunigungsmesser verwendete Messdraht-Wandler ist in der gleichen Weise ausgebildet und gewickelt wie der in Fig. 1 gezeigte Wandler. Die Drähte sind jedoch, wenn der Beschleunigungsmesser nach beiden Seiten der neutralen Ruheachse schwingen soll, so angeordnet, dass jeder Draht gleichmässig gespannt und nicht mehr als mit dem halben Betrag des Sicherheitsgrenzwertes, der bei der Konstruktion zugrunde gelegt worden ist, wie vorangehend beschrieben, beansprucht wird.
Durch eine richtige Bemessung der Federkonstanten der Federn 58 und 59 im Verhältnis zur Federkonstante der Feder 48 kann ein zusätzlicher Sicherheitsfaktor hereingebracht werden. Da jedoch die Ansprechfrequenz des Beschleunigungsmessers und damit sowohl der Messbereich des Beschleunigungsmessers als auch die Massenverschiebung unter sonst gleichen Bedingungen von der Steifigkeit der Federn 58 und 59 oder der sonstigen Verbindung zwischen dem Gewicht 56 und der Stange 10 abhängt, ist es möglich, einen konstruktiven Spielraum zu erzielen.
Der gesamte Innenraum des Gehäuses und des Anschlussstückes unterhalb der Membran 72 ist mit einer elektrisch nichtleitenden Flüssigkeit gefüllt und ein geeigneter Stopfen 78 in der Bohrung 54 vorgesehen, um einen Zugang zur Stellschraube 33 (Fig. 1) zu ermöglichen. Diese Flüssigkeit wird als Dämpfungsflüssigkeit verwendet, wie dies zur Dämp- fung von Beschleunigungsmessern üblich ist.
Wenn eine Beschleunigungskraft in dem einen oder andern Sinn in Richtung der Längsachse der Vorrichtung wirksam wird, wird das Gewicht auf den Federn 58 und 59 bewegt, so dass die Kraft übertragungsstange 10 verlagert wird, die diese Verlagerung auf die Drähte überträgt, um deren Spannung, wie beschrieben, zu verändern.
Wie schon in Verbindung mit der Beschreibung des Wandlers erwähnt, hängt der Wirkungsgrad der elektrischen Ausgangsspannung der Brückenschal- tung, von der die Drähte einen Bestandteil bilden, von dem Verhältnis der Federkonstante des Drahtes zu der der Feder, an der die Drähte befestigt sind, ab.
In Fig. 13 bis 16 ist ein Wandler beschrieben, bei dem das Ende eines der Drähte mit einem Kraft übertragungsorgan verbunden ist, während der andere Draht mit einem beweglichen Punkt verbunden ist. Bei der in Fig. 1 bis 10 gezeigten Ausführungs- form des Wandlers sind die Enden der Drähte 50 und 51 nicht an der Feder befestigt, bewegen sich relativ zueinander, wobei einer der Drähte feststehend und an einem im Raum festen Punkt befestigt ist. Bei den in Fig. 13 bis 16 gezeigten Ausführungsformen bewegen sich beide Punkte, und zwar relativ zueinander. Bei den besonderen Ausführungsformen, die zur Darstellung der Erfindung in Fig. 13 bis 16 gewählt sind, bewegen sich die Befestigungspunkte in entgegengesetzten Richtungen, wenn eines der an dem Kraftübertragungsorgan befestigten Enden im Raum verlagert wird.
Fig. 13 bis 17 zeigen eine Abänderung des Messdraht-Wandlers in Anwendung auf einen Beschleu- nigungsmesser, bei welchem die Trägheitsmasse praktisch ganz durch eine flüssige Masse gebildet wird.
Der in Fig. 13 bis 15 gezeigte Behälter 79 weist einen zylindrischen Hohlraum auf, kann jedoch auch eine beliebige andere Form haben, vorausgesetzt, dass es ein geschlossener Behälter ist. Der Behälter ist durch einen Boden 80 und einen Deckel 81 abgeschlossen. Der Boden 80 trägt einen sich nach unten erstreckenden Flansch 82 von kreisförmigem Querschnitt, an dessen unterem Ende ein abnehmbarer Deckel 84 befestigt ist, der durch einen Sprengring 86 in seiner Lage gehalten wird, welcher Sprengring in einer geeigneten Nut im Flansch 82 sitzt. Ein Dichtungsring 87'ist in einer Nut 87 angeordnet, die in einer waagrechten Schulter 87"zwischen den Enden des Flansches 82 vorgesehen ist.
Der Deckel 81 wird in seiner Lage am Oberteil des Behälters 79 gehalten, indem er auf einer waagrechten Schulter 83'an der Innenseite der Behälterwand sitzt. Am Deckel 81 ist mit Hilfe von Bolzen 88, die in einen äussern, sich nach oben erstreckenden Flansch 89 des Deckels 81 eingeschraubt sind, ein Verschlussteil 90 mit einem sich nach unten erstreckenden Flansch 91 befestigt. Zwischen dem untern Ende des Flansches 91 und dem obern Ende des Flansches 89 ist eine biegsame Membran 92 angeordnet, die durch die Bolzen 88 in ihrer Lage gehalten wird. Der Flansch 89 ist mit einer ringförmigen Ausnehmung 89'zur Aufnahme eines Dichtungsringes 87 versehen.
Wie Fig. 13,14 und 15 zeigen, ist am Boden 80 eine Platte 95'durch Schrauben 93"befestigt, die an den Ecken der Platte 95'vorgesehen sind, wie Fig. 13 zeigt. Auf der Rahmenplatte 95'sind zwei Halter 95 und 95a befestigt, auf welchen Umlenkplatten 97 und 97'mit Hilfe von Nasen 96 und 96'und Schrauben 94 befestigt sind. Die Platten 97 und 97'erstrecken sich von der Mitte bis nahe zur benachbarten Wand des Behälters und nach oben bis nahe zum Deckel 81. Die Platten weisen Einschnitte auf, ähnlich wie in Verbindung mit der Platte 97b beschrieben, um das Hindurchführen von Drahthaltestiften, wie nachstehend noch näher beschrieben wird, zu ermöglichen. Die Platte 97'ist in ihrer Konstruktion der Platte 97 ähnlich, in ähn- licher Weise angeordnet und erstreckt sich waagrecht zur Wand des Behälters. Ihre Höhe ist gleich der der Platte 97.
Die Platte 97'erstreckt sich jedoch zur Kante des Einschnittes in der Platte 97b, wie nachstehend beschrieben wird.
Die Platten 97a und 97b sind verstellbar auf den Platten 97 und 97'mittels Bolzen 99 angeordnet, die durch Schlitze 100 in den Platten 97a und 97b geführt sind. Die Platte 97b erstreckt sich in Längsrichtung bis nahe an die Wand des Behälters und nach oben bis nahe an den Deckel 81. Ferner ist die Platte 97b an der Stelle der Stifte 129'zur Aufnahme derselben und des Messdrahtes ausgespart.
Die Platten 97a und 97b sind mit einem Flansch 97c versehen, der sich über die ganze untere Längs- kante der Halter erstreckt und die Kante des Paddels 113 übergreift. Durch Schlitze 100 in den Platten 97a und 97b sind Bolzen 99 geführt, wobei die Schlitze 100 zur senkrechten Verstellung der Um lenkwände dienen, um den Abstand zwischen den Unterkanten der Umlenkplatten und des nachstehend beschriebenen Paddels verändern zu können.
Zwei untere Umlenkplatten 103 und 103'sind unmittelbar und in Ausfluchtung mit den obern Umlenkplatten 97,97', 97a und 97b (siehe Fig. 14 und 15) angeordnet. Die äussern Kanten der Platten 103 und 103'befinden sich ebenfalls in einem kurzen Abstand von den benachbarten Wandabschnitten 93 des Behälters. Die Umlenkplatten 103 und 103'sind mit Hilfe von Bolzen 105 an einem sich in Längs- richtung erstreckenden Arm 107 befestigt. Die Bolzen 105 sind durch Schlitze 103a in den Umlenkplatten 103 und 103'geführt, so dass letztere senkrecht verstellt werden können.
Im Raum zwischen und parallel zu den benachbarten Längskanten der Umlenkplatten 103 und 103'und den Längskanten der Platten 97,97', 97a und 97b ist ein Schwimmpaddel 113 von geringer Masse angeordnet, das sich diametral zu dem zylindrischen Behälter erstreckt. Das Paddel hat im wesentlichen die Form eines länglichen hohlen Glieds, dessen Enden abgedichtet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform weist das Paddel zwei in Ausfluchtung miteinander befindliche hohle Zylinder 114 auf, deren äussere Enden durch Gewindekappen 115 abgedichtet sind. Die innern einander zugekehrten Enden von verjüngtem Durchmesser der Zylinder 114 sind bei 115'in die entgegengesetzten Enden eines mittig angeordneten hohlen länglichen Paddelhalters 116'eingeschraubt.
Das Paddel kann so ausgebildet sein, dass es in der Flüssigkeit schwebt ; wesentlich ist, dass es starr konstruiert ist. Das Paddel kann aus einem beliebigen Material bestehen, das diesem die vorerwähnten Eigenschaften hinsichtlich seines Gewichtes verleiht, z. B. aus Magnesium, Aluminium, Pressstoff und dergleichen.
Die Aussenkanten des Paddels 113 können die gegenüberliegenden Wandabschnitte 93 berühren, solange sich das Paddel frei über die Wand drehen kann. Hierdurch wird jedoch die Empfindlichkeit des Gerätes verringert, so dass es nicht auf so niedrige Beschleunigungsänderungswerte anspricht, wie wenn Endspalte vorgesehen werden.
Das Paddel 113 ist auf einer Blattfeder-Kardanaufhängung angeordnet, so dass es um die Mittelachse des Behälters 79 und des Paddelhalters drehbar ist. Die in Fig. 13 und 15 gezeigte drehbare Lagerung besteht aus mit Schrägflächen ausgebildeten Haltern 95 und 95a. An den Schrägflächen der Halter ist mittels Klemmstücken 117 (Fig. 13) und Bolzen 113, die durch diese hindurchgeführt sind, eine V-förmige Feder 119 (Fig. 17) befestigt, die einen ebenen Steg 120 aufweist, wobei die durch die Schenkel 119 des V und den Steg gebildeten Winkel gleich sind. Der Steg der Feder ist durch eine Schraube 122 mit der Mittelnabe 123 des Paddelhalters 116'verbunden, um die Achse des Paddels auf eine Linie zu bringen, die durch den Durchmesser des zylindrischen Behälters hindurchgeht.
Das Paddel 113 kann sich daher um die Mittelachse des Behälters und des Paddelhalters auf der Feder 119 drehen.
Die Nabe 123 des Paddels ist mit einem symmetrischen Ansatz 123'auf entgegengesetzten Seiten der Nabe versehen und eine Schraube 122'vom gleichen Gewicht und gleicher Form wie die Schraube 122 ist auf der entgegengesetzten Seite der Nabe befestigt. Durch diesen Aufbau der Nabe wird das Paddel völlig symmetrisch, das heisst, es ist völlig ausgewuchtet und in seiner Form um eine Längs- achse durch die Mittelachse des zylindrischen Paddels sowie um eine dazu senkrechte Achse, die durch den Paddeldrehpunkt 124'geht, der sich etwa im Schnittpunkt der Schenkel 121 der Feder 119 befindet, symmetrisch.
An den entgegengesetzten Ecken der Platte 95' sind zwei Halter 124 und 124"befestigt. Auf jedem dieser Halter ist eine Blattfeder 125 bzw. 125'be- festigt, die sich parallel zueinander und zur Achse des Paddels 113 erstrecken. Jede der Federn trägt einen Block 126 bzw. 126', der an ihrem Ende befestigt ist. Jeder der Blöcke 126,126'trägt einen elektrisch isolierten Stift 127 bzw. 127', deren Achsen mit der Mittelachse ausgerichtet sind, die durch die Schwenkachse 124'verläuft. Auf der Nabe 123 und in gleichen Abständen nach beiden Seiten von der Achse 124'sind zwei isolierte Stifte 129 und 129'angeordnet. In den Blöcken 126 und 126' sind isolierte Stifte 130', 130", 131'und 131"angeordnet.
Die Stifte 130'und 127,127'tragen in ähnlicher Weise Kappen wie die in Fig. 1 bis 10 gezeigten Stifte.
Zwischen den Stiften 127'und 129'ist ein spannungsempfindlicher Draht 130 in Form einer Schleife mit Zugspannung gewickelt, wobei die Enden der Schleife mit der Kappe auf dem Stift 127'verlötet sind. Zwischen den Stiften 129 und 127'ist ein Messdraht 130 in Form einer Schleife gleichfalls unter Zugspannung beweglich, und beide Enden der Schleife sind ebenfalls mit der Kappe auf dem Stift 127'verlötet. In der gleichen Weise ist ein Messdraht 132 unter Zugspannung in Form einer Schleife zwischen den Stiften 129'und 127 gewickelt, der an der Kappe des Stiftes 127 endet. Ein Messdraht 133 ist unter Zugspannung in einer Schleife zwischen den Stiften 129 und 127 gewickelt, dessen Enden an der Kappe des Stiftes 127 enden.
Alle Stifte sind elektrisch isoliert, und die Drähte haben miteinander und mit dem Rahmen keinen Kontakt. Die Enden jedes der vier Drähte 130,131,132 und 133 sind jeweils durch schlaffe Leitungen 134,135,136 und 137, Klemmen 131', 131", 130'und 130", welche von den Blöcken 126'und 126 isoliert sind, verbunden, und diese Klemmen sind ihrerseits durch nicht gezeigte Leitungen mit Klemmen 138 (Fig. 15) verbunden, welche sich durch den Boden 80 der Vorrichtung erstrecken. Die letztgenannten Klemmen sind in einer Wheatstoneschen Brückenschaltung üblicher Art mit den vier Aussenklemmen 139 verbunden, die am Umfang des Flansches 82 angeordnet sind.
Die Anfangsspannung in jeder der Drahtschleifen 130,131,132 und 133 kann gleich gemacht werden und beträgt nicht mehr und aus Sicherheitsgründen weniger als die Hälfte des der Konstruktion zugrunde gelegten Spannungsgrenzwertes, das heisst der gewählten Bruchspannung bzw. der gewählten Fliessgrenze oder der gewählten Pro portionalitätsgrenze. Der der Konstruktion zugrunde liegende Grenzwert wird, wie in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 10 beschrieben, gewählt. Das Paddel wird in seiner Mittelstellung gehalten, wenn sich das Gehäuse in Ruhelage oder in gleichmässiger Bewegung oder Drehung befindet, das heisst, wenn es keine Beschleunigung erfährt.
Das Gehäuse oder der Behälter 79 kann durch ein Fülloch, das durch eine Schraube 140 (Fig. 16) abgeschlossen werden kann, völlig mit Flüssigkeit gefüllt werden. Die eintretende Flüssigkeit füllt die Kammer 141 zwischen dem Boden 80 und dem Deckel 81 des Gerätes, aus welcher sie durch Offnungen 143 in die Kammer 142 unterhalb der Membran 92 gelangt und diese Kammer füllt. Im Flansch 91 sind geeignete Entlüftungsöffnungen 144 vorgesehen.
Der Messdraht-Wandler kann zur Bestimmung der relativen winkeligen Verlagerung des Paddels 113 verwendet werden, die sich aus der relativen Bewegung der Flüssigkeit und des Gehäuses bei Winkelbeschleunigung des Gehäuses ergibt, was eine Anwendungsform des Messdraht-Wandlers darstellt.
Eine Beschleunigung des Gehäuses im Uhrzeigersinn hat zur Folge, dal3 sich das Paddel entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn um seine Achse 124'dreht, was durch die Massenträgheit der Flüssigkeit bedingt ist, welche den Behälter füllt. Durch den Umstand, dass die Drähte 132 und 133 mit gleicher Zugspannung gewickelt sind und gleiche Winkel mit der Linie durch die Stifte 127 und 127'einschliessen, ebenso wie die Drähte 130 und 131, wobei die Stifte 129 und 129'gleichen Abstand von dieser Linie haben, führt die Winkelverlagerung der Stifte 129 und 129' 2N Veränderungen in der Zugspannung der Drähte 130 und 131, die in ihrer Grösse gleich, jedoch in ihrer Richtung entgegengesetzt sind. Daher erhöht sich die Zugspannung im Draht 131 um einen Betrag, der im wesentlichen gleich dem Nachlassen der Zugspannung im Draht 130 ist.
Das Gleiche tritt in den Drähten 132 und 133 ein, die ähnlich wie die Drähte 131 und 130 und mit gleicher Geometrie gewickelt sind. Die Drähte 131 und 132 erfahren eine Verringerung ihrer Zugspannung, die gleich der Er höhung der Zugspannung in den Drähten 130 und 133 ist.
Bei der vorangehend beschriebenen Spannungs übertragung findet keine Ausbiegung der Federn 125 und 125'aus ihrer ursprünglichen Stellung statt, wenn sich das Gehäuse in Ruhe befindet, da keine Veränderung in der Kraft auf die Federn 125 und 125'bei der Auslenkung des Paddels stattfindet.
Diese Bedingung tritt unabhängig von der Federkonstante der Federn 125 und 125'ein, und in einem solchen Falle können die Stifte 127 und 127' als funktionell starr im Gehäuse befestigt betrachtet werden. Dies folgt aus dem Umstand, dass die auf die Federn 125 und 125'ausgeübten Kräfte in jedem Falle gleich der Summe des Zuges sind, der sich aus der Zugspannung der an der Feder befestigten Drähte ergibt. Wenn die Zugspannung in dem einen Draht um den gleichen Betrag nachlässt, um den die Zugspannung im andern zunimmt, tritt in dem auf die Feder wirkenden Gesamtzug kein Unterschied ein. Jede Ungleichheit in der Veränderung der Zugspannung führt jedoch zu einer Veränderung in der Kraft auf die Feder, deren Betrag der Ungleichheit entspricht.
Dieser Zustand dauert so lange an, bis die Ausbiegung die Drähte 131 und 132 völlig entspannt.
Wenn dieser Zustand eintritt, wirken, wie in dem in Fig. 1 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiel, nur die Federn, und die Zugspannung in den Drähten 133 und 130 nimmt bei weiterer Auslenkung des Paddels zu. Wenn jedoch die Federkonstante der Federn 125 und 125'auf einen niedrigen Wert beschränkt wird, ist die Erhöhung in der Zugspannung auf die Drähte, welche sich aus einem gegebenen Grad der winkeligen Verlagerung des Paddels 113 über den Punkt hinaus, an dem die Drähte 131 und 132 schlaff werden, klein und proportional der Federkonstante der Feder, wie in Verbindung mit dem in Fig. 1 bis 10 dargestellten Transduktor beschrieben.
Durch eine richtige Bemessung des Abstandes der Stifte 127 und 127'voneinander und von den Stiften 129 und 129'und durch eine geeignete Wahl der Länge der Federn 125 und 125'kann die Zunahme in der Zugspannung je Grad der Auslenkung des Paddels 113 über den Punkt hinaus, auf dem die Drähte 131 schlaff werden, vernachlässigbar klein gemacht werden. So kann z. B. der Federkonstante der Federn 125 und 125'ein Wert von 0, 01 bis 0,001 desjenigen der Drähte 130,131,132 und 133 gegeben werden.
In einem solchen Fall erfordert eine gegebene Zunahme der Spannung in den Drähten 131 und 132 eine Verlagerung der Stifte 127 und 127', die etwa 100-bis etwa 1000mal so gross ist, als nötig sein würde, wenn die Stifte 127 und 127'in einem solchen Gehäuse starr im Raum befestigt sind.
Aus dem vorangehend in Verbindung mit dem in Fig. 1 bis 10 Gesagten ergibt sich, dass die Ausgangsspannung des in Fig. 14 bis 17 dargestellten Wandlers 1000/o wirksam ist, wenn die beschriebene Definition des Wirkungsgrades zugrunde gelegt wird.
Die Anwendung dieser Wandlerart ermöglicht die Veränderung der Empfindlichkeit des Instrumentes, die durch die Veränderung in der Spannung in den Drähten je Grad der Auslenkung des Kraft übertragungsorgans, das heisst des Paddels, bestimmt wird. Daher wird durch eine Vergrösserung des zwischen den Drahtschleifen 130 und 131 sowie zwischen den Schleifen 132 und 133 eingeschlossenen Winkels die Veränderung in der Spannung in den Drähten je Auslenkung des Paddels verringert. Dies kann entweder dadurch geschehen, dass die Stifte 129 und 129'voneinander getrennt oder die Trennung zwischen den Stiften 129,129'und der Drehachse des Paddels 113 verringert wird, oder durch beide Mittel.
In gleicher Weise kann der eingeschlossene Winkel kleiner gemacht werden, so dass die Drahtschleifen sich der Parallelität annähern, was entweder dadurch erreicht werden kann, dass die Stifte 127 und 127'von der Drehachse 124'weiter entfernt werden, oder dadurch, dass die Stifte 129 und 129'einander genähert werden, oder durch beide Mittel. Wenn die auf das Paddel wirkende Rückstellkraft zum grossen Teil die Veränderung in der Zugspannung der Drähte ist und die Federrate der Kardanaufhängung auf einem kleinen Bruchteil der Federrate der Drähte festgesetzt wird, bildet diese Festlegung des eingeschlossenen Winkels zwischen den Drähten ein Mittel zur Verstellung des Bereiches sowie der Eigenfrequenz des Beschleunigungsmessers.
Wie im Falle des in Fig. 1 bis 10 dargestellten Messdraht-Wandlers, ist es möglich, nur zwei aktive Messdrahte zu verwenden, dadurch, dass die Drahtschleifen 130 und 131 und die Feder 125 sowie der Block 124 weggelassen werden. Statt der Drähte 131 und 130 können feste Widerstände zur Vervoll ständigung der Wheatstoneschen Brücke verwendet werden. Wie bei allen solchen Messdraht-Wandlern ist bei Verwendung von nur zwei aktiven Zweigen die Ausgangsspannung der Brückenschaltung je Volt Eingangsspannung und je Auslenkungseinheit des Kraftsummierungsorgans die Hälfte derjenigen, die zu erwarten ist, wenn alle vier Zweige der Wheatstoneschen Brücke aktive Messdrähte sind, deren Zugspannung sich bei einer Auslenkung des Kraft übertragungsorgans verändert.
Bei den vorangehend beschriebenen Ausfüh- rungsformen ist jedes Drahtpaar mit einer gesonderten Feder verbunden. Die Konstruktion kann jedoch auch so abgeändert werden, dass eine einzige Feder verwendet wird und jedes in Form einer Wheatstoneschen Brückenschaltung zu verwendende Drahtpaar derart geschaltet wird, dal3 es mit einer einzigen Feder verbunden ist, sonst jedoch der in Fig. 1 bis 10 gezeigte Aufbau erhalten bleibt.
Durch das Wegnehmen der Feder und deren Ersatz durch ein nachgiebiges, einen Zwang aus übendes Organ, das die Federkonstante Null hat, kann eine vollständige Übertragung der Spannungsveränderung in dem einen Draht des Paares auf den zweiten Draht des Paares im System bewirkt werden, bei welchem einer der Drähte des Paares an einem im Raum festen Punkt befestigt ist. Ausserdem kann, da die gesamte einen Zwang ausübende Kraft konstant und im wesentlichen unabhängig von der Verlagerung des einen Zwang ausübenden Organs gemacht wird, keiner der Drähte so auf Zug beansprucht werden, dass diese einen Zwang ausübende Kraft überschritten wird.
Diese kann so gestaltet werden, dass sie die Zugfestigkeit, die Elastizitäts- grenze oder die Proportionalitätsgrenze des Drahtes, wie gewünscht, nicht uberschreitet.
Ein solches einen Zwang ausübendes Organ kann ein befestigtes Gewicht von solcher Grösse sein, dass es in jedem Draht eine maximale Dehnung verursacht, die die vorerwähnten Grenzen nicht überschreitet. Da das Gewicht, das heisst die Masse, unabhängig von ihrer Verlagerung eine Konstante ist, wobei die Beschleunigungskräfte vernachlässigt werden können, kann die Proportionalität zwischen der einen Zwang ausübenden Kraft und der Verlagerung der Masse, die als die Federkonstante der einen Zwang ausübenden Kraft der Masse sichtbar gemacht werden kann, mathematisch als Null angenommen werden. dF = k dx = 0 (Gleichung 5) wobei dF die Veränderung in der einen Zwang ausiibenden Kraft bei einer Verlängerung dx des einen Zwang ausübenden Organs und k die Federkonstante ist.