CH648126A5

CH648126A5 - Geraet fuer thermoanalytische messungen.

Info

Publication number: CH648126A5
Application number: CH4568/80A
Authority: CH
Inventors: Heinz Achermann; Juerg Daetwyler
Original assignee: Mettler Instrumente Ag
Priority date: 1980-06-13
Filing date: 1980-06-13
Publication date: 1985-02-28
Also published as: DE8108303U1; DE3111060A1; US4354764A; FR2484644A1; JPS6318914Y2; JPS578558U; DE3111060C2; FR2484644B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät für thermoanalytische Messungen an einer erwärmbaren Probe mittels einer variabel belastbaren Messfühlervorrichtung, deren gewichtsmässige Wirkung auf die Probe durch eine Einrichtung beeinfhisst wird.

Geräte dieser Art sind bekannt, beispielsweise aus der US-Patentschrift Nr. 3 589 167. Sie werden im allgemeinen in Labors für Forschungs- und Kontrollzwecke verwendet, wobei die Anforderungen an die Messgenauigkeit hoch sind. Sie dienen unter anderem zur Erfassung von thermisch bedingten Dilatationen an Messproben sowie zur Bestimmung ebenfalls thermisch bedingter Veränderungen der Oberflächeneigenschaften von beschichteten und unbeschichteten Proben.

Diese Proben sind in einem Probenhalter aufgenommen und lassen sich erwärmen. Ein Fühler einer Messfühlervorrichtung tastet die Lage einer Messfläche der Probe ab, welche sich unter thermischem Einfluss gegenüber der ortsfesten Lage einer Referenzfläche verschiebt, oder er dringt in die durch thermische Wirkung weicher gewordene Probe ein.

Zur Erzielung eines einwandfreien Messresultates riiuss verhindert werden, dass das Eigengewicht der Messfühlervorrichtung auf die Probe wirkt. Einige Geräte weisen zu diesem Zwecke Kompensationseinrichtungen auf, wobei die Messfühlervorrichtung mit Auftriebskörpern verbunden ist, die in einen Flüssigkeitsbehälter eintauchen. Der Auftrieb dieser Körper dient dabei zur Kompensation des Eigengewichtes der Messfühlervorrichtung. Eine solche Anordnung weist verschiedene Nachteile auf: Erstens kann das Gerät nur in einer bestimmten Lage verwendet werden. Zweitens müssen austauschbare Messfühlervorrichtungen, wie sie im allgemeinen zwecks Anpassung an die jeweiligen Messvarianten erwünscht sind, alle das gleiche Gewicht aufweisen, oder die Auftriebskörper müssen mehr oder weniger eintauchbar ausgebildet werden, was zu umständlichen Konstruktionen führt.

Es ist auch möglich, zur Kompensation des Eigengewichtes der Messfühlervorrichtung federbetätigte Mittel vorzusehen, welche aber im Hinblick auf die geforderte Messgenauigkeit wegen der ihnen anhaftenden Nachteile unzweckmässig sind, vor allem wegen ihrer wegabhängigen Wirkung.

Bei gewissen Messungen, welche im Zusammenhang mit der Feststellung der Oberflächenhärte einer Probe stehen, kann es erwünscht sein, den Fühler der Messfühlervorrich-tung mit einer gewissen veränderbaren Kraft auf die Probe aufzusetzen. Dies wurde dadurch erreicht, dass eine Aufnahmefläche für Gewichtsstücke mit der Messfühlervorrichtung verbunden war. Die Gewichtsstücke wurden dabei manuell je nach Bedarf auf die Aufnahmefläche gesetzt. Dabei geschahen sehr oft Irrtümer, welche die Messresultate wertlos machen, ausserdem ist es möglich, die Messfühlervorrichtung stufenlos und während eines Messvorganges variabel zu belasten.

Die Aufgabe der Erfindung wird somit darin gesehen, ein

Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die erwähnten Nachteile nicht aufweist und neben einer Erleichterung der Bedienung eine höhere Genauigkeit der Messresultate erzielt.

Das erfindungsgemässe Gerät ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Einrichtung einen elektromagnetischen Kraft-Kompensator mit Steuermitteln zur Erzeugung der variablen Belastung der Messfühlervorrichtung umfasst.

Die Vorteile dieses neuen Gerätes sind im wesentlichen die folgenden:

Die Kraft, mit welcher der Fühler der Messfühlervorrich-tung an oder in die Messfläche der Probe gedrückt wird resp. eine eingespannte Probe einer Zugkraft unterworfen werden kann, ist, unabhängig vom Gewicht der Messfühlervorrichtung und vom Messweg, stufenlos von null an aufwärts wählbar. Es ist also in einfacher Weise möglich, das Gewicht der Messfühlervorrichtung zu kompensieren und eine kräftefreie Messung durchzuführen, oder aber den Fühler mit einer gewissen Kraft zu belasten, indem das Gewicht der Messfühlervorrichtung nur teilweise oder gar nicht kompensiert wird, oder indem zusätzlich zum Gewicht der Messfühlervorrichtung eine weitere Kraft ausgeübt werden kann.

Die Verwendung von Federn entfallt, ebenso die Verwendung von Auftriebskörpern und Flüssigkeitsbehältern und die irrtumsträchtige Manipulation der Gewichtsstücke.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Geräte besteht darin, dass die Abstützung der Messfühlervorrichtung quer zur Bewegungsrichtung des Fühlers mittels üblichen Lagern vorgenommen wird. Diese weisen verhältnismässig hohe Haft- bzw. Gleitreibung auf und beeinträchtigen damit die Messresultate. Demgemäss ist eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Messfühlervorrichtung quer zu ihrer Verschiebungsrichtung über Biege-lagerführungen abgestützt ist.

Durch die Verwendung von Biegelagerführungen anstelle der bisher üblichen Lagerungen werden die auftretenden Reibungskräfte wesentlich verkleinert und somit die Messgenauigkeit weiter verbessert. Die Federkräfte der Biegelager werden durch die elektromagnetische Kraft kompensiert.

Die Bedienung vereinfacht sich erheblich und das Gerät kann so ausgebildet werden, dass es eine beliebige Stellung im Raum einnehmen, also z.B. auch horizontal arbeiten kann.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Gerätes wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben.

Deren einzige Figur gibt eine vereinfachte schematische Darstellung der wesentlichen Teile des neuen Gerätes wieder.

Eine Probe 10 befindet sich in einem Probehalter 12. Dieser ist im allgemeinen auswechselbar ausgebildet, zur Aufnahme verschiedenartig geformter Proben. Eine nicht dargestellte Beheizungsvorrichtung dient zur Erwärmung der Proben. Ein Fühler 14 einer Messfühlervorrichtung 16 ist so angeordnet, dass er an einer Messfläche 11 der Probe 10 anliegt und deren Verschiebung bezüglich einer ortsfesten Referenzfläche 9 folgt, oder dass er unter Einfluss einer Kraft in diese Messfläche eindringt. Dieser Fühler 14, der Probenhalter 12 und/oder die Messfühlervorrichtung 16 sind zur Anpassung an verschiedene Proben und Messerfordernisse austauschbar gestaltet. Die Messfühlervorrichtung 16 ist quer zur Bewegungsrichtung des Fühlers mittels einer parallelogrammartigen Biegelagerführung 18 abgestützt. An ihrem Ende weist die Messfühlervorrichtung 16 einen magnetisch aktiven oder aktivierbaren Körper 20 auf, welcher sich in einem elektrischen Feld einer stromdurchflossenen Spulenanordnung 22 befindet, die als Differentialtransformator arbeitet. An diese sind elektrische Mess- und Anzeigegeräte 24 angeschlossen.

Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen Teile ist die folgende: Bei einer Erwärmung der Probe 10 dehnt sich diese beispielsweise aus. Dadurch vergrössert sich der Abstand zwi-

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sehen der ortsfesten Referenzfläche 9 und der Messfläche 11. Soll hingegen eine Messung die Eindringtiefe des Fühlers

Der Fühler 14 wird verschoben, und mit ihm zusammen ver- 14 in die Probe 10 zum Gegenstand haben, so muss diese schiebt sich die gesamte Messfühlervorrichtung 16. Die Biege- Spannung so gewählt werden, dass dieses Eigengewicht nur lagerführungen werden dabei leicht ausgelenkt. Die Verschie- teilweise oder gar nicht kompensiert wird, oder dass zusätz-

bung des Körpers 20 in der ortsfesten Spulenanordnung 22 5 lieh zum Eigengewicht der Messfühlervorrichtung eine in glei-

hat eine Veränderung der elektrischen Grössen des Strom- eher Richtung wie das Eigengewicht wirkende Kraft über den kreises der Spulenanordnung 22 zur Folge. Diese wird von Fühler auf die Messfläche ausgeübt wird.

den Mess- und Anzeigegeräten 24 registriert und angezeigt. Es ist also in einfacher Weise und mit einer einzigen Ein-

Die Dilatation der Probe 10 ist in eine elektrische Grösse ver- richtung möglich, sowohl das Eigengewicht der Messfühler-

wandelt worden und somit ablesbar und auswertbar. i0 Vorrichtung ganz oder teilweise zu kompensieren als auch eine

Bei einem Gerät, das der obigen Beschreibung entspricht, Zusatzkraft zum Eigengewicht zu erzeugen. Dabei können die würde die Probe 10 durch den Fühler 14 durch das Eigenge- jeweils erforderlichen Kraftwerte durch Einstellen eines Po-

wicht der Messfühlervorrichtung 16 belastet.Für die Erlan- tentiometers 34 vorgewählt werden, so dass die jeweils in der gung exakter Messresultate kann es aber nötig sein, möglichst Spulenanordnung 30 wirksame Stromstärke sich aus dem kräftefrei zu messen, d.h. den Fühler 14 unbelastet an der 15 vorgewählten und dem vom Regler 32 bestimmten Anteil zu-

Messfläche 11 anliegen zu lassen, oder mit anderen Worten sammensetzt.

das Eigengewicht der Messfühlervorrichtung 16 zu kompen- Durch entsprechende Einstellung des Potentiometers 34 sieren. Bei andersartigen Messungen, welche die Eindringtiefe kann die Stromstärke so bemessen werden, dass für einen des Fühlers 14 in die Messfläche 11 zum Gegenstand haben, Probenwechsel der Messfühler 14 von der Messfläche 11

kann es auch erforderlich sein, den Fühler 14 mit einer gewis- 20 abhebt.

sen, sich gegebenenfalls auch zeitlich ändernden Kraft zu be- Es sei an dieser Stelle daraufhingewiesen, dass für die lasten, welche aber im allgemeinen natürlich nicht dem Ge- Vorgabe der Kraftwerke ein Mikrocomputer verwendet wer-

wicht der Messfühlervorrichtung 16 entspricht, sondern gros- den kann: Nach numerischer Eingabe der gewünschten Werte ser oder kleiner als diese sein kann. Zur Kompensation des steuert dieser dann das Potentiometer oder entsprechende

Eigengewichtes der Messfühlervorrichtung 16 bzw. zur Er- 25 Stromstufen an.

zeugung einer durch den Fühler 14 auf die Messfläche 11 wir- Durch eine Umkehrung der Anordnung Probe/Messfüh-

kenden Kraft wird daher folgende Massnahme getroffen: 1er (nicht gezeigt), bei welcher der Fühler an der Probe zieht,

Über eine mechanische Kopplung 32 ist eine weitere Spu- können auch Kontraktionen z.B. an Schrumpfschläuchen ge-

lenordung 30 mit der Messfühlervorrichtung 16 verbunden. messen werden.

Diese Spulenanordnung 30 befindet sich in einem magneti- 30 Mit dem erfindungsgemässen Gerät lassen sich verschie-

schen Feld, welches durch eine elektromagnetische Einrich- dene thermomechanische Messungen in Abhängigkeit von tung oder durch Permanentmagnete erzeugt sein kann. Die der Temperatur und/oder der Zeit durchführen, beispielswei-

Wirkungsweise dieser Teile ist folgende: se - Messungen unter einer vorbestimmten Auflagekraft (oh-

Legt man eine Spannung an die Spulenanordnung 30, so ne Haftreibung), also Messungen der Längenänderung bei unterliegt diese einer Kraft in Richtung ihrer Längsachse. 35 konstanter Kraft, woraus z.B. der Ausdehnungskoeffizient

Diese Kraft überträgt sich durch die Kopplung 32 auf die abgeleitet werden kann;

Messfühlervorrichtung 16, sie verändert somit die Kraft, mit- - Messungen von Längenänderungen bei sich - einmalig tels welcher der Fühler 14 auf die Messfläche 11 einwirkt. Um oder zyklisch, z.B. mit Frequenzen zwischen 0,1 und 1 Hz-

eine annähernd kräftefreie Dilatationsmessung zu erhalten, verändernder Kraft, woraus z.B. die Elastizität ermittelt wer-

muss die Spannung für die Spulenordnung 30 so gewählt wer- 40 den kann;

den, dass das Eigengewicht der Messfühlervorrichtung 16 - Messungen von Oberflächeneigenschaften, beispiels-

durch eine entgegengesetzt zur Erdanziehung gerichtete Kraft weise Erweichung.

aufgehoben wird. Die Federkräfte der Biegelager (18) werden Ausser Messungen bei sich ändernden Temperaturen sind aufgrund der Auslenkung der Messfühlervorrichtung 16 mit auch solche unter isothermen Bedingungen durchführbar,

Hilfe des Messignals 24, eines Reglers 32 und der Spulenan- 45 wenn beispielsweise das Quellverhalten bei bestimmten Um-

ordnung 30 ebenfalls kompensiert. gebungsbedingungen (z.B. Feuchte) untersucht werden soll.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

648126 PATENTANSPRÜCHE

1. Gerät für thermoanalytische Messungen an einer erwärmbaren Probe mittels einer variabel belastbaren Messfüh-lervorrichtung, deren gewichtsmässige Wirkung auf die Probe durch eine Einrichtung beeinfhisst wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einrichtung einen elektromagnetischen Kraft-Kompensator (30) mit Steuermitteln (33,34) zur Erzeugung der variablen Belastung der Messfühlervorrichtung (16) umfasst.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfühlervorrichtung (16) quer zu ihrer Verschiebungsrichtung über Biegelagerführungen abgestützt ist.