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Einrichtung zur Gewichts-, Kraft-oder Druckmessung
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der Zeit immer grösser, u. zw. infolge eines laufenden Abfalles im Ablesewert auf der Kompensographskala. Keiner der konventionellen Kompensographen vermag diesen Fehler zu korrigieren.
Die erfindungsgemässe Einrichtung beseitigt all diese Mängel und bietet ausserdem eine Anzahl von Vorteilen.
Aus einer allgemeinen Übersicht ihrer Eigenschaften geht hervor, dass im Gegensatz zu früheren Konstruktionen in dieser Einrichtung keinerlei Bestandteile enthalten sind, die durch Abnutzung oder Verbrauch zu einer Verminderung der Messgenauigkeit führen könnten. Ein weiterer bemerkenswerter Vorteil, der besonders bei industriellen Instrumenten (Kompensograph, automatischer Kompensator usw., zur Geltung kommt, besteht darin, dass das Gerät keiner Instandhaltung bedarf.
Der bedeutendste Vorteil der Einrichtung besteht aber darin, dass sie bei der Herstellung regelbarer Spannungen oder Widerstände auf die Anwendung eines Schleifkontaktes verzichtet, infolgedessen die Möglichkeit einer Unterbrechung des Stromkreises durch unsichere Kontaktgabe ausschaltet und so die Gefahr einer Verminderung der Messgenauigkeit beseitigt.
Bei der Konstruktion von elektronischen Instrumenten trachtet man im allgemeinen danach, logarithmisch geteilte Skalen herzustellen, um die relative Ablesegenauigkeit über den ganzen Skalenbereich konstant zu halten. Die gegenwärtig bekannten Stromkreiselemente erwiesen sich als ungeeignet für die Aufgabe, den Anzeigemechanismus mit dem logarithmischen Charakter der Skala übereinstimmend arbeiten zu lassen. Die erfindungsgemässe Einrichtung erzielt durch einfache Mittel eine Skalenanzeige nach logarithmischer oder nach jeder andern beliebigen Funktion.
Die Messdose mit Dehnungsmessstreifen ist eine der am meisten gebräuchlichen Vorrichtungen bei den elektronischen Kraft-, Gewichts-und Druckmessungen ; sie besitzt einen Messkörper, der im Verhältnis zur Intensität der auf ihn einwirkenden Kraft eine gewisse Deformation erleidet, die durch den Messstreifen in eine elektrische Grösse umgewandeltwird. Die temperaturabhängigen Änderungen in dem Youngmodul des Messkörpermaterials führten zu Messfehlern. Diese Änderungen können durch den Einbau von elektrischen Stromkreiselementen bis zu einem gewissen Grade behoben, jedoch nicht völlig beseitigt werden.
Durch die Anwendung eines erfindungsgemässen Stromkreises, dem eine durch die Messdose erzeugte elektrische Grösse (Spannungs- oder Widerstandsänderung) zugeführt wird, ist es möglich, den besagten Messfehler restlos zu beheben, vorausgesetzt, dass die Messdose und der Kompensator oder Kompensograph mit dem erfindungsgemässen Stromkreis auf einer und derselben Temperatur gehalten werden.
Bei der Anwendung von Messstreifen für Gewichts-, Kraft- und Druckmessungen erwies es sich als störend, dass unter dem Einfluss einer dauernden statischen Belastung die Messdose an der Oberfläche des Messkörpers gegen die Ruhelage zu ins Kriechen gerät. Dadurch entstand ein mit der Zeit immer mehr zunehmender Messfehler. Solange das von der Messdose ausgesendete Signal mit den üblichen Kompen- sator- oder Kompensograph-Typen gemessen wurde, ergab sich aus dieser störenden Erscheinung bei lang anhaltenden Untersuchungen ein bedenklicher Unsicherheitsfaktor.
Durch den Gebrauch der hier beschriebenen Einrichtung als Konstruktionselement im Kompensator oder im Kompensograph, wird es möglich, den Tragkörper des Messstreifens und den Messkörper innerhalb der Messdose in der Grösse so aufeinander abzustimmen, dass die beiden in gleichem Mass (oder in einem bestimmten Massverhältnis zueinander) die Deformation erleiden. Infolgedessen kriechen die Messstreifen innerhalb der Dose und des Kompensatorstromkreises im gleichen Ausmass, die beiden Wirkungen neutralisieren einander und der Kriechfehler ist behoben.
Durch den Einbau der Einrichtung in elektronische Geräte für Gewichts-und Kraftmessung eröffnet sich ein Weg zur Erzeugung von solchen Instrumenten, die in Hinsicht auf Genauigkeit und Dauerstabilität den bisher bekannten Typen unvergleichlich überlegen sind, da sie jeden Fehler, der mit der Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls im Verhalten des Messkörpers und mit dem Kriechen des Messstreifens zusammenhängt, mit Sicherheit beheben.
All diese Vorteile lassen sich dadurch erzielen, dass bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art der in eine vollständige Brücke geschaltete Kompensationswiderstand durch mindestens ein an sich bekanntes deformationsempfindliches Impedanzelement gebildet ist, welches auf einem deformierbaren Körper angeordnet ist, wobei der Servomotor einen diesen Körper deformierenden Teil antreibt und durch die Deformation dieses Körpers die genannte Spannungsdifferenz herabgesetzt wird.
Die Zeichnungen veranschaulichen einige beispielsweise angegebene Ausführungsformen. Fig. 1 stellt die Prinzipskizze des automatischen Kompensators ohne Schleifkontakte dar, als ein Beispiel für eine Ausführungsmöglichkeit der Erfindung. Das Instrument ist an eine Messdose mit Dehnungsmessstreifen angeschlossen. Natürlich ist die Erfindung weder auf diese Ausführungsform beschränkt, noch
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sollte ein Anschluss bloss an die Ausgangsspannung der Messdose möglich sein. Die Fig. 2 bis 7 illustrieren einige weitere Ausführungsbeispiele.
Der erfindungsgemässe Kompensationsbrückenkreis-KB-besteht aus einer oder aus mehreren deformationsempfindlichen Impedanzen, z. B. --1, 2,3 und 4--, in Verbindung mit einem Trag-
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Die erwünschte Spannungsänderung wird durch die beschriebene Kompensationsbrücke in der Weise hervorgerufen, dass ein Mittel - z. B. eine Profilscheibe, eine Schraube, oder ein Gleitgewicht usw. - auf
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Die Lage oder Winkellage des Deformationsorgans steuert eine Anzeige- oder Registriervorrichtung, auf der die Spannungs- oder Widerstandsänderung abzulesen ist.
Die deformationsabhängige Impedanz kann man in diesem Stromkreis mit Hilfe eines allgemein
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seine Deformation, die im Sinne einer nach Belieben gewählten Funktion erfolgt, eine Änderung in der Ausgangsspannung --U9-10--der Kompensationsbrücke im Sinne desselben Funktionszusammenhanges hervorruft.
Selbstverständlich kann man verschiedene Geber - z. B. Widerstandsdraht, induktive, kapazitive, piezoelektrische Geber usw., - ebensogut gebrauchen, um die deformationsabhängige Impedanz zu erzeugen. Die hier folgende Darlegung beschränkt sich einfachheitshalber auf den Gebrauch des Dehnungsstreifens, ohne aber die Möglichkeit verschiedener anderer Lösungen ausser Betracht zu lassen, bei welcher irgendein elektromechanischer Geber an die Stelle des Messstreifens tritt.
Um eine bessere Verständlichkeit zu erzielen, werden in Fig. l Einzelheiten verschiedener ohm Ischer und kapazitiver Kompensationskomplexe, Temperaturkompensations- und andere Regelungselemente weggelassen ; auch in der Prinzipskizze des Verstärkers sind die Einzelheiten nicht angegeben.
Der automatische Kompensator in Fig. l hat vier Eingangsklemmen --11, 12, 13 und 14-- und zwei Netzanschlüsse --15 und 16--. Gemäss einem Beispiel einer sehr vorteilhaften Anwendung des erfindungsgemässen automatischen Kompensators nach Fig. 1 ist an diesen eine Kraftmessdose mit Dehnungsmessstreifen angeschlossen, wodurch sich eine elektronische Waage ohne Schleifkontakt bildet. Die Klemmen --11', 12', 13' und 14' -- der Kraftmessdose -MZ-- sind mit den entsprechenden Klemmen des Kompensators --AK-- verbunden. In der Kraftmessdose enthält die Messbrücke die Dehnungsmessstreifen --1', 2',3'und4'--
Die Sekundärseite --17-- des Netztransformators speist über die Klemmen -14 - 141 und 12-12'-die Messbrücke in den Punkten --18 und 19-- mit der Eingangsspannung 9-'.
Der Wert der Ausgangsspannung --20-21 --beträgt null Volt, wenn sich die Kraftmessdose in unbelastetem Zustand befindet. --U20-21 --steigt, wenn auf die Messdose eine Belastung --F-- gegeben wird. Die Ausgangsspannung-U,.-der Kraftmessdose in Brückenschaltung und-U. -des Kompensations- kreises sind durch die Klemmen --13-13' und 11-11'--mit dem Eingang --22 und 23-- des Ver-
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jeweils eine Verminderung der Speisespannung unter den Grenzwert dadurch, dass er eine Profilscheibe --27-- in Umdrehung bringt, und so den Tragkörper --5-- deformiert. Ist der Gleichgewichtszustand wieder hergestellt, bleibt der Servomotor stehen und der Wert der an die Kraftdose gegebenen Belastung - kann mit Hilfe des Zeigers-28-- auf der Skala --29-- des automatischen Kompensators abgelesen werden.
Die Elemente-26, 27 und 28-- sind mit der Achse --34-- verbunden, die sich in den Lagern --35 und 36-- dreht.
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Device for weight, force or pressure measurement
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the time bigger and bigger, u. as a result of an ongoing drop in the reading on the compensograph scale. None of the conventional compensographs can correct this error.
The device according to the invention eliminates all these deficiencies and also offers a number of advantages.
A general overview of its properties shows that, in contrast to earlier designs, this device does not contain any components that could lead to a reduction in measurement accuracy through wear or consumption. Another notable advantage, which is particularly evident with industrial instruments (compensograph, automatic compensator, etc.) is that the device does not require any maintenance.
The most important advantage of the device, however, is that it dispenses with the use of a sliding contact when producing controllable voltages or resistances, thus eliminating the possibility of an interruption of the circuit due to unsafe contact making and thus eliminating the risk of a reduction in the measurement accuracy.
In the design of electronic instruments one generally seeks to produce logarithmically divided scales in order to keep the relative reading accuracy constant over the entire range of the scale. The currently known circuit elements have been found to be unsuitable for the task of making the display mechanism operate in accordance with the logarithmic character of the scale. The device according to the invention achieves a scale display according to a logarithmic function or according to any other desired function by simple means.
The load cell with strain gauges is one of the most common devices in electronic force, weight and pressure measurements; it has a measuring body which, in relation to the intensity of the force acting on it, suffers a certain deformation which is converted into an electrical quantity by the measuring strip. The temperature-dependent changes in the Young's modulus of the measuring body material led to measurement errors. These changes can to some extent be corrected, but not entirely eliminated, by the addition of electrical circuit elements.
By using a circuit according to the invention to which an electrical variable (voltage or resistance change) generated by the load cell is supplied, it is possible to completely eliminate the aforementioned measurement error, provided that the load cell and the compensator or compensograph are connected to the circuit according to the invention one and the same temperature are kept.
When using measuring strips for weight, force and pressure measurements, it turned out to be annoying that under the influence of a permanent static load, the load cell on the surface of the measuring body creeps towards the rest position. This resulted in an increasing measurement error over time. As long as the signal emitted by the load cell was measured with the usual compensator or compensograph types, this disturbing phenomenon resulted in a serious uncertainty factor in long-term examinations.
By using the device described here as a construction element in the compensator or in the compensograph, it is possible to match the size of the support body of the measuring strip and the measuring body within the load cell so that the two are to the same extent (or in a certain relation to one another) suffer the deformation. As a result, the measuring strips creep within the socket and the compensator circuit to the same extent, the two effects neutralize each other and the creep error is eliminated.
By installing the device in electronic devices for weight and force measurement, a way opens up for the production of such instruments, which are incomparably superior to the previously known types in terms of accuracy and long-term stability, since they eliminate any error that is related to the temperature dependence of the modulus of elasticity Correct the behavior of the measuring body and the creeping of the measuring strip with certainty.
All these advantages can be achieved in that, in a device of the type mentioned at the beginning, the compensation resistor connected in a complete bridge is formed by at least one deformation-sensitive impedance element known per se, which is arranged on a deformable body, the servomotor having a part that deforms this body drives and the deformation of this body reduces the said voltage difference.
The drawings illustrate some exemplary embodiments given. Fig. 1 shows the schematic diagram of the automatic compensator without sliding contacts, as an example of an embodiment of the invention. The instrument is connected to a load cell with strain gauges. Of course, the invention is neither limited to this embodiment nor
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a connection to the output voltage of the load cell should only be possible. FIGS. 2 to 7 illustrate some further exemplary embodiments.
The compensation bridge circuit KB according to the invention consists of one or more deformation-sensitive impedances, e.g. B. --1, 2, 3 and 4--, in connection with a carrying
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The desired voltage change is brought about by the compensation bridge described in such a way that a means - e.g. B. a profile washer, a screw, or a sliding weight, etc. - on
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The position or angular position of the deformation element controls a display or recording device on which the change in voltage or resistance can be read.
The deformation-dependent impedance can be found in this circuit with the help of a general
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its deformation, which takes place in the sense of a freely selected function, causes a change in the output voltage - U9-10 - of the compensation bridge in the sense of the same functional context.
Of course you can use different donors - z. B. Resistance wire, inductive, capacitive, piezoelectric transducer, etc., - just as well to use to generate the deformation-dependent impedance. For the sake of simplicity, the following explanation is limited to the use of the expansion strip, but without disregarding the possibility of various other solutions in which some electromechanical transmitter takes the place of the measuring strip.
In order to achieve better understanding, details of various ohmic and capacitive compensation complexes, temperature compensation and other control elements are omitted in FIG. even in the schematic diagram of the amplifier, the details are not given.
The automatic compensator in Fig. 1 has four input terminals --11, 12, 13 and 14-- and two mains connections --15 and 16--. According to an example of a very advantageous application of the automatic compensator according to the invention according to FIG. 1, a load cell with strain gauges is connected to this, whereby an electronic balance is formed without sliding contact. The terminals --11 ', 12', 13 'and 14' - of the load cell -MZ-- are connected to the corresponding terminals of the compensator --AK--. The measuring bridge in the load cell contains the strain gauges - 1 ', 2', 3 'and 4' -
The secondary side --17-- of the mains transformer feeds the measuring bridge at points --18 and 19-- with the input voltage 9- 'via terminals -14 - 141 and 12-12'-.
The value of the output voltage --20-21 - is zero volts when the load cell is in an unloaded state. --U20-21 - increases when a load --F-- is applied to the load cell. The output voltage-U, .- of the load cell in bridge circuit and-U. - of the compensation circuit are connected through terminals --13-13 'and 11-11' - with input --22 and 23-- of the
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a reduction of the supply voltage below the limit value in each case by turning a profile disk --27-- and thus deforming the supporting body --5--. When equilibrium is restored, the servomotor stops and the value of the load applied to the load cell - can be read off with the help of pointer -28-- on the scale -29-- of the automatic compensator.
The elements -26, 27 and 28-- are connected to the axis --34--, which rotates in the bearings --35 and 36--.
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