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Elektromagnetische Waage, insbesondere analysenwaage Die erfindung
betrifft eine elektromagnetische Waag,e insbesondere oins Analysenwaage, mit einer
Aufnahme für den zu wiegenden Gegenstand, die an alndentens einem elastischen Halterungselement
beweglich aufgehängt und mit einor in einem Magnetfeld angeordneten Tragspule verbunden
ist.
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Es aind elektromagnetiache Waagen der genannten Art bekannt (britiaohe
Patentschrift 919 771, US-Patentachriften 2 685 200 und 2 780 101), bei denen die
Meaakraft, d. h. das Gowlcht des zu wiegenden Cegenstandes, mit Hilfe veines elektromagnetischen
Regelkreises kompensiert wird. Dieser eglkreis umfasst allgemein ein Measorgan zum
Vergleich der Tragapulenstellung mit einem Sollwert als eigentlichem Reglor sowie
von diesem gesteuerte VeratRrker für den Erregerstrom der Tragspule und endlich
die Transpulenwicklung als Stellglied. Durch
diesen Regelkreis wird
die Stellung der Tragspule bzw. der hiermit verbundenen Lastaufnahme als Regleglröße
konstent gchalten, und swar entgogen don Veränderungen der Messkraft als Störgröße.
Die Kraftmessung erflogt bel die Kompensatoren übor die Stellgröße, d.h.
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< don Erregeratrom der Tragspule, dessen zur Kompensation, d.h.
zur Aufrechterhaltung des Sollwertz der Tragspulenstellung erforderlicher Wert ein
Maß für die Masskraft darstellt.
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Bel diesen bekannten kraftkompensatoren ist ein elektrisches messgerät
im Erregerstromkreis der Tragspule erforderlich, dessein Messbereich den Gesamtwert
des Erregerstromes erfasst. Da die absolute Messempfindlichkeit und Me genauigkelt
mit der Zunahme de Mossbereichs abnimmt, sind die bekannten Kraftkompensatoren zur
Messung geringer Gewichtsdifferenzen bel Meaaobjekten vergleiohawelso großen GEsamtgewichts
wenig geeignet. Diese Schwieigkeit läßt sich auch durch Fichung des Erregerstromes
mit dom Gesamtgewicht des Messobjekts annähernd entsprechende Tariergewichten nicht
umgchen, weil das elektrisohe Messgoret trotzde don gesmten Stromwert erfassen muß.
go lassen sich auf diese Weise im wesentlichen nur gonauer bestimmte Messpunkte
festlegon, während die Differens swischen diesel Messpunkten und dem tatsächlichen
messkräften
mit von der Gesamtmezgröße abhgngigen Pehlem und Unsicherheiten
behaftet bleibt, z. B. Hysterese-und Stellungsfchlerm.
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Ein bekannter Kraftkompensator (britische Patentschrift 919 771)
usant eine ihrerseits ale Kompensat@onzkreis susgeblldete Erregerstromquelle, die
auf einen stufen-. weise veränderlichen Kompensationswiderstand arbeitet, dessen
Spannungsabfall mit einer Konstantspannungsquelle verglichen wird. Auch hier wird
der Erregerstrom als Stellgröße von einem die Tragspulenstellung überwachenden Messorgan
gegesinnig zu den Verschiebungen der Tragspule gesteuerte und zwar durch die stufenweise
VEränderung des Kompensationswiderstandes. Diese Wirkungzweise schließt jedoch nicht
nur aine kontinuierliahe Erfassung des Messbereichs, sondern auch sine laufende
Eichung mit beliebigen Tariergewichrten im Messbetrieb praktisch aus, weil die Schaltstufen
des Kompensationswiderstandes nur in der Fertigung abgeglichen werden können. PUr
genaue und empfindliche Differenzmessungen kommt diese bekannte Einrichtung also
ebenfalls kaum in Betracht.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schafufng einer elektromagnetischen
Waage, die bol einfachem Aufbau für die DurchfUhrung empfindlicher und genauer Differenzmessungen
geeignet
ist. die erfindungsgemäße Lösung diozer Aufgabe konnzeichnet sich bei einer Waage
der eingang genannten Art hauptaaehlieh dadurch, daß der Erregerstrom der Tragapule
und/oder des Magnetfeldes auf einen von der Verschiebung der Autant unabhängingen
Wert einstellbar ist, daß als Halterungselement der Aufname eine messfeder vorgeschen
Lot und daß di lastabhängige Verschie bung der Aufnahme bs Meszausschlag vorgeaehen
ist, Di Erfindung beruht d MfdenOed&nkon,ein elektromagnetizche waage mit einer
Federwaage zu kombinieren, robot der Errogerstrom der Tragspule im Gegensatz zu
den bekannten Vorrichtungen nicht zur Kompensation der ver-Mnderliehan Messkraft
und nomit zur Aufrochtorhaltung einer konstanten Tragspulenstellung, sondorn zur
Einstellung ornes festen Bezugswertes f2r die Differenzmessung verwendet wird. Diew
Einstellung eines solchen Bezugswertes erfolgt zweokmäßig mit Hilfe eines Tariergewichtes,
gegen dessen Wirkung die Tragspule durch einmalige sinstellung des. Erregerstromes
in eine Nullstellung gebracht wird.
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Die QrBOe des bltrzu erforderliehen Erregeretroooe braucht vorteilhaftorweise
nicht ermittelt zu werdon. auch eine Stromkonstanz übver längere Zeiträume ist nicht
unbedingt erfordrrlioh, da die Ninateilung mit Hilfe des Tariergewichtes nach einer
Reihe von Messaungen nachgeprüft und korrigiert werden kan. @er Stellungsbabfich
der Tragspule für den
Bezugswert läßt sich z.B. mit optischen Präzisionsinstruente
ber Genauigkeit oinfach durchführen, wodurch im Zusammenhang mit der ebonfalls hohen
Genauigkeit der Tariergewichte die Einhaltung eienr äusserst geringen Fehlergrenze
möglich ist. Da die Ninatellung des Bozugswertes jeweils für eine mehr oder weniger
große Anzahl von Messunen ertolgt so kann für die Handhabung der optischen Präzisionsinstrumente
bei der Stellungskontrolle der Tragapule ohne Nachtell oin etwas hGherer Bedianungsaufwand
zugelassen werdne. die eigentliche Differenzaessung erfolgt dann bei unversandertem
Erregerstrom duroh Verschiebung dar Tragspule gegen die Mirkung der Messfedern entsprechend
dom Gewicht des Messobjekts, d. h. auf rein mechanischam Wege. Da Messfedern bei
geringer Vorformung, wie ale erfindungsgemas durch entsprechende Einstellung des
Bezugswertes möglich ist, äusserst genau eich'tar sind, so ergobon sich auch n dieser
Hinsicht nur sehr gringe Messfehler. Wegen des geringen Vercchiebungsweges der Tragspule
bei der Dlrforrenzoessung bleiben endlich auch etwa auftretonde, von der Verschiebung
der Tragspule im Magnetfeld abhängige Änderungen des eingestellten Bezugswertes
bei unverändertem Erregerstrom sehr gering. Insgesamt läßt sich also eine hohe Messgena@igkeit
erzielen. Für die Anzeige der Mossbewegung der Tragspulo bzw. der Lastaufnahme kommen
optische, mechanische
oder andere Ubliche Anzeigevorrichtungen in
Betracht.
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Eine besondere Ausführung der erfindungsgemäßen Waage ait einer als
Ringspule ausgebildeten Tragsupule, die in eineat radiale Magnetfeld angeordnet
ist, kennzeichnet sich dadurch, daa die wirksame Durchflutung, mit welcher die Tragspule
in du Magnetfeld eintaucht, zwischen zwei Endstellungen der Tragspulo mindestena
annähernd konstant ist. Auf diese Weise läßt sich zowohl bei Anordnung der Tragspule
in einem homogenen wie auch in einem inhomogenen Bereich des Magnetfeldes erreichen,
da8 der eingestellte Bezugswert der Messkraft bei konstantem Erregerstrom auch von
der Messbewegung der tragspule unabhängig ist.
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Die genaue LlnearltAt der Messfedem kommt so ungoschmälert zur Wirkung,
und zwar r auch bei vergleichatoisa größeren Messbewegungen.
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Bol einer Waage, deren Tragspule als sich in Messbewegungsrichtung
erstreckende und in den ringförmigen Luftspalt eines Magnetkernes eintauchende zylinderspule
ausgebildet ist, läßt sich die Xonstanz der wirksamen Tragspulendurchflutung innerhalbdes
Magnetfledes gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung dadurch erreichen,
daL die das radiale Magnetfeld durchgreifende Tragspule um mindestens den maximale
Messwog langer als der Luftspalt ist. Diese
Lösung kommt besonders
fUr kürzere Magnetanordnungen bzw. Luftspalte in Betracht, die einen im wasentlichan
homogenen Feldbereich nicht aufweisen. Dan gesamte Magnetfeld liegt hier bel allon
Tragspulenstellungen Snnorhalb der gleichmäßig verteilten Tragspulendurchflutung
und erzeugt go eine konstante Kraftwirkung. Bei längeren luftspalten wird gemäß
einer anderen Ausführung der Erfidnung umgekehrt die Longe der Tragspule in Messbewegungsrichtung
zuzüglich dem maximalen Messweg innerhalb eines homogenen Bereiches dez radialen
magnetfeldes angeordnet.
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Gag£. kann auch bei der erfindungsgemäßen Waage eine elektrische Messung
und Anzeige der Tragspulenverschiebung als Messbewogung vorgesehen werden. Zweckmäßig
wird dabei z. B. die Tragspule mit einer induktiven Abtasteinrichtung fUr die Messwertanzeige
vorbunden. Auch hierbei unterscheidet sioh die erfindungsgetoäße Waage #von den
bekannten selbsttätig arbeitenden Kraftkompensatoren dadurch, daß eine Steuerung
des Erregerstromes durch die Abtasteinrichtung, d. h. also ein geschlossener Regelkreis
fUr die Aufrechterhaltung der Tragspulenstellung mit entsprechenden Steuerverstarkern
und dergl. nicht erforderlich ist. Die induktive Abtasteinriohtung kann auf einfache
Weise derart ausgeblldet werden,
daß mit der Tragspule ein Magnetkern
verbundon ist der in eine Abtastspule eintaucht.
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Die Erfindung wird weiter an Hand des in den Zeiohnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels erläutert. Hierin zeigt Fig. sine erfindungsgemäße Waage im
Vertikalsohnitt in vereinfachter Darstellung und Fig. 2 sine als Messfeder vorgesehene
Membranfeder.
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Gemäß Fig. 1 umfasst die erfindungsgemäße Waage eine Aufnahme l für
den zu wiegenden Gegenstand, die über elne Stage. 2 mit dem Flansch 12 einer zuylinderförmigen
Tragspule 3 vorbunden ist. Letztere greift in das Magnetfeld 11 im Luftspalt 4 eine8
Magnet@ernes 5 adt Erregerwicklung 6 ein. Die Stange 2 ist Uber zwei horizontal
angeordnete, mombranförmige messfedern 7 und 8 ait dem Gehäuse 9 verbunden und somit
sonierechter Richtung geai3 Pfeil 10 elastisch beweglich aufgehängt. Die Wicklung
der Tragspule 3 ist über die metallischen und gleichzeitig als Stromzuführungen
dlanzndon Messfedern 7, 8 mit einer nicht dargestellten,
einstellbaren
Stromquelle verbunden. Die obere Messfeder 7 ist dazu durch Isolierringa 16, 17
und 19, 20 vom Gahluce bzw. von der Stange 2 elektrisch gotrennt. Die Verbindungsleitung
zwischen der Messfeder 7 und dem zugehörigen Anschluß der Tragspulenwickung ist
nicht dargestellt. Die mit dem anderen AnsohluS der Tragspule verbundene untere
Messfeder 8 ist unmittelbar gegen Masse gesohaltet. Duroh die Anordnung der Tragspule
zwischen den beiden Mossfedern ergibt sioh eine vertikal gedrängte Baufora. An unteren
Ende der Stange 2 ist eine inductive Abtasteinrichtung zur Erfassung und Umsetzung
des Messausschlags in eine elektrische Anzeigegröße vorgesehen.
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Zetztere beateht im Beispiels@all aus einew@ magnetkern 24, z. B.
cinem Ferritkern, der in eine gehäusefeste Abtastspule 25 eintaucht.
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In einer Gewindebohrung eines gehäusefesten Flanches 26 unterhalb
der Abtastspule 25 ist eine Anschlagschraube 27 angeordnet, mittels deren der maximale
Messausschlag der Stange 2 und damit die maximale Belastung der Messfedarn 7 und
8 genau einstellbar ist.
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Von dem Magnetikern 5 ausgchend ist der mangetische Kreis der Erregerwicklung
6 Uber ein zylindrisches GebSusetoLl 5d aus entsprechend magnetischem Werkstoff
sowie über + in eine Halterung 23 eingesetzten
eine Lochscheibe
5b und eine zur Stange 2 coaxiale Pulse 50 geschlossen. Zur Halterung der HUlge
50 gegenüber dem Hagnotkern 5 ist ein unmagnetischer Plansch 14 vorgesahen, welcher
somit die LAnge des Luftspaltes 4 nicht beeinflusst.
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Zwsichen der Gehäuseunterseite 29 und veiner die MMje tragenden Platte
30 ist eine schwingungsdämpfende Beilage 28 angeordnet.
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Zum Einstellen eines Bezugswertes fUr @ferenzmessungen wird die Aufnahme
1 mit einem Tariergewicht belAstet, welches z. B. geringfügig leichter als der zu
wiegende Gegenstand ist. Danach wird das auf die Mossfedern 71, 8 einwirkende Gewicht
durch Einstellen des Erregerstromes der Tragspule 3 soweit ausgeglichen, daß die
Tragspule sine vorbestimmte Nullstellung einnimmt, bei welcher die Kessfßdem z.
B. völlig entlastet oder geringfügig in oiner Richtung vorgespannt sind. Anachliehend
wird das Tariergowicht durch den zu wiegenden Gegenstand ersetzt, wobei die Messfedern
mit der Differenz zwlsohen dom Tariergewicht und dam Gewicht des Messobjekts belastet
werden. Dieses Differenzgewioht wird Über den proportionalen Messausschlag und die
induktive Abtaateihrichtungzur
Anzeige gebracht. Bei entsprechend
geringer Differenz zwisohen Tariergewicht und Messobjekt werden die Messfedern nur
geringfügig belastet und bleiben in ihrem linearen Kennlinienbereich.