DE1902192C3 - Elektronische Mikrowaage - Google Patents
Elektronische MikrowaageInfo
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Description
in Abstand einander gegenüberliegenden Magnetpolen von entgegengesetzter Polarität angeordnet ist. Diese
Anordnung kann auch umgekehrt werden, in der Weise, daß die durch einen Abstand voneinander getrennten
Magnetpole am Waagebalken und der Magnet oder das Weicheisenstück ortsfest außerhalb des Balkens angeordnet
sind.
Der Magnet, dessen Pole durch einen Abstand voneinander getrennt sind, kann entweder sin Dauermagnet
oder ein Elektromagnet sein. Es ist auch möglich, ein entsprechend geformtes Weicheisenstück
zu verwenden. Der zwischen den Magnetpolen angeordnete Teil der Vorrichtung kann in den beiden
erstgenannten Fällen entweder ein Weicheisenstück, ein Dauermagnet oder ein Elektromagnet sein, im letztgenannten
Fall kann er als Dauermagnet oder Elektromagnet ausgebildet sein.
3ei der Verwendung von Elektromagneten ergibt sich der Vorteil, daß die Magnetkraft äußerst genau auf den
erforderlichen Wert eingestellt werden kann. Außerdem können die Magnetspulen eine sehr geringe Masse
bilden, was beim Gebrauch kernloser Spulen am Waagebalken von großer Bedeutung ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß am Waagebalken eine
Spule und außerhalb des Waagebalkens ein fester Magnet angeordnet ist, wobei die Richtung Jes die
Spule durchfließenden Stroms so auf die Polarität des Magneten abgestimmt ist, daß die auf die Spule
einwirkende Kraft mit dem Ausschlag des Waagebalkens aus der Ruhelage zunimmt und in der gleichen
Richtung wirkt, in der sich der Waagebalken bewegt.
Befindet sich die Spule in größerem Abstand vom Spanndraht, so hat das von der Spule auf den
Waagebalken wirkende Moment einen weitaus größeren Hebelarm als dann, wenn die Spule nahe am
Spanndraht angebracht ist, wo sich zumeist die Meßspule befindet. Es ergibt sich dadurch eine
einfachere und leichtere Konstruktion sowie die Möglichkeit zu sehr genauer Einstellung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß die Spule in einem zwischen den Polen des
ortsfesten Magneten gebildeten Luftspalt angeordnet ist, dessen seitliche Begrenzungen tangential zum
Waagebalken bzw. parallel zu Tangenten an den Waagebalken verlaufen, und aus zwei Spulenteilen
besteht, die vom Strom in zueinander entgegengesetzten Richtungen durchflossen werden.
Dringt einer der Spulenteile weiter in den Spalt ein, so steigert sich die auf diesen Teil wirksame Magnetkraft,
während gleichzeitig der andere Spulenteil aus dem Spalt teilweise austritt und sich die auf diesen Teil
wirkende Magnetkraft entsprechend verringert. Da die Kräfte gegeneinander gerichtet sind, wird die Bewegung
der Spule unterstützt, und zwar mit einer mit dem Ausschlag des Waagebalkens zunehmenden Kraft.
Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Spule an zwei dicht nebeneinander angeordneten
Magnetpolen von entgegengesetzter Polarität entlang bewegbar ist, wobei die Bewegungsrichtung der
Spule senkrecht zu der die beiden Magnetpole voneinander trennenden Ebene verläuft. Die Stromrichtung
in der Spule wird dabei so gewählt, daß die Kräfte in den Spulenteilen nach einander entgegengesetzten
Richtungen wirken. Bewegt sich die Spule aus ihrer Mittelstellung vom Spalt weg, so erhöht sich die auf
diesen Teil wirkende Kraft, während der andere Sntilenteil sich auf den Spalt zubewegt und dadurch die
auf diesen Teil wirksame Kraft abnimmt
Ausgehend von diesem Prinzip sind mehrere Ausführurigsformen möglich. Die Spule ist vorzugsweise
ringartig ausgebildet und weist einen rechtwinkligen 5 oder zylindrischen Querschnitt auf. Der Luftspalt kann
dann im Inneren der Spule liegen und im Querschnitt rechteckig sein. Er kann auch die Form eines Ringes
aufweisender von der Spule umschlossen ist.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform sind die
ίο entgegengesetzt geschalteten Spulenteile und die
Magnetpole konzentrisch zum den Waagebalken lagernden Spanndraht angeordnet Dabei ist die
Anordnung se getroffen, daß jeder der beiden Spulenteile mit einem Polpaar des Magneten zusammen
wirkt.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Waage nach der Erfindung in schematisierter, perspektivischer Darstellung,
F i g. 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der am Waagebalken befestigte Teil zwischen zwei gleich starken Magnetpolen angeordnet ist,
F i g. 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der am Waagebalken befestigte Teil zwischen zwei gleich starken Magnetpolen angeordnet ist,
Fig.3 eine Ausführungsform, bei der eine zylindrisehe,
am Waagebalken befestigte Spule in den Luftspalt eines ortsfesten Topfmagneten eingreift,
Fig.4 einen Schnitt quer zur Erstreckung des Waagebalkens durch eine Flachspule, die im Luftspalt
eines ortsfesten Magneten liegt,
F i g. 5 eine andere Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 5 eine andere Ausführungsform der Erfindung,
Fig.6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
bei der eine Spule an einem ortsfesten flachen Magneten entlang bewegbar ist,
F i g. 7 einen vergrößerten senkrechten Teilschnitt durch Fig. 1,
F i g. 8 einen Schnitt durch F i g. 7 auf der Linie VIlI-VIII,
F i g. 9 einen vergrößerten Teilschnitt durch F i g. 7,
F i g. 10 eine Einzeldarstellung des Spulenhalters nach F i g. 7 und 8 in perspektivischer Darstellung und
Fig. II, 12 und 13 die einzelnen Bestandteile des
Spulenhalters nach Fig. 10.
F i g. 1 zeigt eine Feinwaage, deren Waagebalken 1 an einem waagerechten, quer zur Richtung des Balkens
verlaufenden Spannband 2 aufgehängt ist. Anstelle des schmalen Bandes 2 kann auch ein Spanndraht
verwendet werden. Das Spannband 2 ist zwischen nicht dargestellten Festpunkten gehaltert. Am Waagebalken
1 sind Schalen oder Gefäße 3, 4 zur Aufnahme von Gewichten bzw. des zu wiegenden Materials angeordnet.
Ferner ist an dem Balken 1 eine in Fig. 1 nicht gezeigte Meßspule angeschlossen, die mit ortsfesten
Magnetpolen zusammenwirkt. Die Teile der magnetischen Vorrichtung sind in einem Gehäuse 5 untergebracht,
das an Hand der Fig. 7 bis 13 noch näher erläutert wird.
Durch die Meßspule wird mit Hilfe einer Meßvorrichtung 6 ein Strom geleitet, der den Waagebalken in der
Gleichgewichtslage hält oder ihn in diese Lage bringt. Die Gleichgewichtslage wird durch eine Lichtquelle 7
und eine lichtempfindliche Zelle 8 festgestellt Die Stärke des die Meßspule durchfließenden Stromes ist
ein Maß für das zu ermittelnde Gewicht. Mit Hilfe einer solchen Waage lassen sich Gewichtsdifferenzen von 0,1
Mikrogramm nachweisen.
Die Meßspule braucht nicht konzentrisch zum Spannband 2 angebracht zu sein. F i g. 3 zeigt ein
Beispiel, bei dem sich die iVießspüie am Ende des
Waagebalkens befindet. In diesem Falle ist das Spannband nicht in der Mitte, sondern an einem Ende
des Waagebalkens befestigt.
Die der Auslenkung des Waagebalkens entgegenwirkenden Torsionsmomente der Spanndrähte- oder
-bänder sowie der Stromzu- und -ableitungen werden erfindungsgemäß durch ein von Magnetkräften hervorgerufenes
labilisierendes Moment ausgeglichen.
Bei der Ausführungsform nach Fig.2 ist am Ende
eines mittels eines Spar.nbandes 22 aufgehängten Waagebalkens 21 ein Teil 23 der magnetischen
Einrichtung befestigt. Dieser Teil wird magnetisch von zwei ortsfest angeordneten Einrichtungen 24 und 25 in
zueinander entgegengesetzten Richtungen angezogen. Die Einrichtungen 24 und 25 können die beiden Pole
eines Dauermagneten sein. Der Teil 23 kann ein Weicheisenstück oder auch ein Dauermagnet sein,
dessen Pole den jeweils benachbarten Polen der Einrichtung 24 und 25 entgegengesetzte Polarität
aufweisen. Gerät der Waagebalken 21 aus der Gleichgewichtslage und bewegt sich mit seinem
rechtsbefindlichen Ende nach unten, so verringert sich der Abstand zwischen dem Teil 23 und der ortsfesten
Einrichtung 25, während sich der Abstand zwischen dem Teil 23 und der anderen ortsfesten Einrichtung 24
vergrößert. Bei entgegengesetzter Bewegung des Waagebalkens ändern sich die Abstände in umgekehrtem
Sinne. Das Gleichgewicht zwischen den von den Einrichtungen 24 und 25 auf den Teil 23 ausgeübten
Kräfte wird dadurch gestört, und zwar derart, daß diejenige Kraft, die den Waagebalken in der Richtung
seines Ausschlags zu bewegen sucht, zunimmt.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist ein Waagebalken 31 an einem Ende an einem Spannband 32
aufgehängt und trägt am anderen Ende eine Schale 33 zur Aufnahme des zu wiegenden Materials. Am freien
Ende des Waagebalkens 31 ist ferner eine aus den Teilen 34, 35 und 36 bestehende zylinderringförmige Spule
vorgesehen. Der Spulenteil 35 bildet die Meßspule, während die Spulenteile 34 und 36 eine erfindungsgemäße
Indifferenzspule darstellen. Die Spule befindet sich in einem ringförmigen Luftspalt, der zwischen den
zylindrischen Polschuhen eines Topfmagneten 37 gebildet ist.
Der Magnet 37 kann auch flach ausgebildet sein, so daß sich zwei hintereinanderliegende Luftspalte ergeben.
In diesem Falle hat die Spule einen rechteckigen Querschnitt und zwei einander gegenüberliegende
Seiten der rechteckigen Spule befinden sich in je einem der Spalte.
Die Stromrichtung im Spulenteil 34 ist derjenigen im Teil 36 entgegengesetzt, und zwar derart, daß die auf
diese Spulenteile wirkenden Kräfte gegeneinander gerichtet sind Bewegt sich der Waagebalken aufwärts,
so nimmt die Kraft auf den Spulenteil 36 zu, während die auf den Spulenteil 34 wirkende Kraft abnimmt Die
resultierende Kraft ist somit aufwärtsgerichtet
Bei der in F i g. 4 schematisch dargestellten Ausfüh-
rungsform ist eine Flachspule 42 senkrecht am Ende eines Waagebalkens 41 angebracht Die Spule greift in
einen flachen Luftspalt ein, der zwischen den Polen eines C-förmigen Magnets 43 liegt Die zwei einander
gegenüberliegenden Seiten der in Fig.4 im Schnitt dargestellten, im wesentlichen rechteckigen Spule 42
bilden die wirksamen Teile, während die beiden senkrecht verlaufenden Seiten der Spule, die in F i g. 4
nichi erscheinen, an der Wirkung der Anordnung nicht beteiligt sind. Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach
Fig.4 entspricht derjenigen gemäß Fig. 3. Die Meßspule befindet sich bei der Ausführungsform nach
F i g. 4 an einer anderen Stelle.
Bei den in den Fig.5, 6 und 9 dargestellten Anordnungen bewegt sich die Spule an zwei Polen von
entgegengesetzter Polarität entlang.
Die Spule besteht aus einem Stück, weist aber dennoch einen Teil auf, der im wesentlichen jeweils von
dem einen Pol, und einen anderen Teil auf, der im wesentlichen von dem anderen Pol beeinflußt wird. Die
auf die Spule wirkenden Kräfte haben daher zueinander entgegengesetzte Richtungen. Kommt der Waagebai
ken aus der Gleichgewichtslage, so vergrößert sich dei Einfluß des einen Pois auf den benachbarten Spuienteii
während der Einfluß des anderen Pols auf den ihnbenachbarten Spulenteil sich verringert. Die resultieren
de Kraft wirkt somit auch hier in Richtung de! Waagebalkenausschlags.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 ist eine zylindrische Spule 52 am Ende eines Waagebalkens 51
befestigt. Die Spule umschließt einen scheibenförmiger Luftspalt zwischen den Polen eines C-förmiger
Magneten 53.
Bei der Anordnung nach F i g. 6 bewegt sich eir Spulenteil 61, von dem einige Windungen im Schniti
schematisch dargestellt sind, an den Polen eines flacher Magneten 62 entlang. Ausbildung und Aufstellung dei
Spule entspricht derjenigen der Spule 17 in den Fig. 7
bis 13.
Das Gehäuse von F i g. 1 ist in den F i g. 7 und 8 ir vergrößertem Maßstab wiedergegeben. Es besteht au!
Weicheisen und ist auf einer Bodenplatte 9 befestigt. Irr Gehäuse 5 ist ein zylindrischer Magnet angeordnet, dei
mit Polschuhen 11 und 12 versehen ist (siehe aucr Fig.9). Die Stellung des Magnets mit seinen Polschu
hen kann durch Drehung eines Knopfes 13 geänder werden. Die einmal vorgenommene Einstellung de>
Magneten wird später nicht mehr verändert.
In dem Raum zwischen den Polschuhen 11 und 12 ir dem Gehäuse 5 ist ein zylindrischer Spulenhalter 14
drehbar angebracht. Der aus Aluminium hergestellt« Spulenhalter 14 ist mit seinem Boden am Waagebalker
1 befestigt. Ferner ist eine Büchse 15 vorgesehen, die sich frei in einer öffnung des Magnets 10 drehen kann
Die Büchse 15 umgibt das Spannband 2 und ist mit Hilf« einer Klemme 16, die sich an einer nach außer
vorstehenden Verlängerung der Büchse befindet, an Spannband 2 befestigt.
Auf dem Spulenhalter 14 sind drei Spulen angeordnet nämlich eine erfindungsgemäße Indifferenzspule 17
eine Meßspule 18 und eine Dämpferspule 19. Dies< Spulen sind in den Fig. 11 bis 13 wiedergegeben. Dm
Dämpferspule 19 hat die Aufgabe, einen zu schneller Ausschlag zu vermeiden und ist deshalb Teil einei
Schaltung, zu der auch die Meßspule gehört
Aus Fertigungsgründen liegen die Köpfe dei verschiedenen Spulen 17, 18 und 19 auf den
Spulenhalter 14 hinter einem radial nach außei vorstehenden Flansch 80 (Fig.8 und 10). Bein
Zusammenbau wird zunächst der Spulenhalter 14 übe
die Polschuhe 11, 12 geschoben. Dann wird zu
Verringerung des Luftspalts ein aus Weicheisei bestehender Ring 81 in das Gehäuse 5 eingelegt
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Elektronische Mikrowaage mit an einem waagerecht verlaufenden Spanndraht schwenkbar
aufgehängtem Waagebalken, der mit Hilfe eines an ihm befestigten Teiles und einer elektrischen
Meßspule in Gleichgewichtslage gebracht und gehalten wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der am Waagebalken (1; 21; 31; 41; Sl) befestigte Teil (23; 34,35,36; 42; 52; 62; 17) ein Teil
einer zweiteiligen magnetischen Vorrichtung ist und mit deren ortsfesten zweiten Teil (11,12; 24,25; 37;
43; 53; 61) in der Weise zusammenwirkt, daß bei jeder Stellung des Waagebalkens ein dem vom
Spanndraht (2) ausgeübten Torsionsmoment entgegengerichtetes Moment auf den Waagebalken wirkt
2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der am Waagebalken (1) befestigte Teil ein
Magnet oder Weicheisenstück (23) ist, der zwischen zwei gleichstarken, im Abstand einander gegenüberliegenden Magnetpolen (24, 25) von entgegengesetzter Polarität angeordnet ist.
3. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Waagebalken (31) eine Spule (34,35,36)
und außerhalb des Waagebalkens ein fester Magnet (37) angeordnet ist, wobei die Richtung des die Spule
durchfließenden Stroms so auf die Polarität des Magneten abgestimmt ist, daß die auf die Spule
einwirkende Kraft mit dem Ausschlag des Waagebalkens aus der Ruhelage zunimmt und in der
gleichen Richtung wirkt, in der sich der Waagebalken bewegt.
4. Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der am Waagebalken (31, 32,
41, 51) befestigte Teil (23; 34, 35, 36; 52; 62) der magnetischen Vorrichtung an einer vom Spanndraht
(2) entfernten Stelle angeordnet ist.
5. Waage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (34, 35, 36, 42) in
einem zwischen den Polen des ortsfesten Magneten (37, 43) gebildeten Luftspalt angeordnet ist, dessen
seitliche Begrenzungen tangential zum Waagebalken bzw. parallel zu Tangenten an den Waagebalken
verlaufen, und aus zwei Spulentcilen (34, 36; 42)
besteht, die vom Strom in zueinander entgegengesetzten Richtungen durchflossen werden.
6. Waage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (34,35,36) zylinderringförmig und
der Manget (37) topfartig ausgebildet ist.
7. Waage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (42) flach rechteckig ausgebildet
ist und in zwei einander gegenüberliegende Teile unterteilt ist, die entgegengesetzt geschaltet sind.
8. Waage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (52,61) an zwei dicht
nebeneinander angeordneten Magnetpolen von entgegengesetzter Polarität entlang bewegbar ist,
wobei die Bewegungsrichtung der Spule senkrecht zu der die beiden Magnetpole voneinander trennenden Ebene verläuft.
9. Waage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzt geschalteten Spulenteile (17, 18) und die Magnetpole (U, 12) konzentrisch
zum den Waagebalken (1) lagernden Spanndraht (2) angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft eine elektronische Mikrowaage mit an einem waagerecht' verlaufenden Spanndraht
schwenkbar aufgehängtem Waagebalken, der mit Hilfe eines an ihm befestigten Teiles und einer elektrischen
Spule in Gleichgewichtslage gebracht und gehalten wird.
Trotz der bekannten Vorteile, die die Spanndrahtaufhängung für einen Waagebalken im Vergleich zu einer
Schneidenlagerung bietet, nämlich Fehlen von Reibung,
ίο widerstandsfähige Konstruktion und kein Verziehen der
Drehachse (jede Schneide entspricht im Grunde einer Rolie), hat sich diese Art der Aufhängung bisher noch
nicht in größerem Umfang durchsetzen können. Der hauptsächliche Grund hierfür liegt darin, daß beim
Ausschlag des Waagebalkens infolge von Torsion des Spanndrahtes ein dem Ausschlag proportionales Moment auftritt, das dem Waagebalken-Ausschlag entgegenwirkt und die Empfindlichkeit der Waage verringert.
Bekanntlich läßt sich die Empfindlichkeit einer
Balkenwaage steigern, wenn man den Schwerpunkt des
Waagebalkens und der mit ihm verbundenen Teile möglichst dicht an seine Schwenkachse heranbringt.
Dies erfolgt in vielen Fällen mit Hilfe einer Stellschraube, mit der die Waage nivelliert wird.
Nachteilig hierbei ist jedoch, daß eine genaue Nivellierung nur unter Zuhilfenahme einer Wasserwaage möglich ist.
Bei einer bekannten elektronischen Mikrowaage der eingangs genannten Art ist am Waagebalken eine
Drehspule befestigt, weiche mit einer feststehenden Wechselstromfeldspule zusammenwirkt, um bei Ausschlägen des Waagebalkens ein Kompensationsmoment
zu erzeugen. Dabei ist eine Stromzufuhr sowohl zur beweglichen Drehspule als auch zur ortsfesten Wechsel
stromfeldspule vorgesehen. Eine derartige Mikrowaage
hat auch die oben angegebenen Nachteile und ist wegen der doppelten Stromzufuhr verhältnismäßig kompliziert
(vgl. Chemiker-Zeitung, chemische Apparatur, Heft 8/65, Sonderdruck, Abb. 2 mit Beschreibung).
Aufgabe der Erfindung ist es, eine vereinfachte elektronische Mikrowaage mit an einem Spanndraht
aufgehängtem Waagebalken zu schaffen, die außerordentlich empfindlich ist und zur Nivellierung keine
mechanischen Einrichtungen benötigt.
Diese Aufgabe wird bei einer Mikrowaage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß der am Waagebalken befestigte Teil ein Teil einer zweiteiligen magnetischen Vorrichtung ist und mit
deren ortsfesten zweiten Teil in der Weise zusammen
wirkt, daß bei jeder Stellung des Waagebalkens ein dem
vom Spanndraht ausgeübten Torsionsmoment entgegengerichtetes Moment auf den Waagebalken wirkt.
Auf diese Weise kann ein indifferentes Gleichgewicht erzielt werden, ohne daß der Waagebalken zusätzlich
belastet und ohne daß hierzu die Schwerkraftwirkung benutzt wird. Daher kommen die Vorteile der
Spanndrahtlagerung voll zur Geltung. Auch entfällt eine Stromzufuhr zu wenigstens einem Teil der Mikrowaage
und vorzugsweise zu deren beweglichen Teilen.
Die Erfindung kann in sehr unterschiedlichen Ausführungsformen verwirklicht werden, welche alle
darin übereinstimmen, daß sich der am Waagebalken befestigte Teil der magnetischen Vorrichtung bei
Gleichgewichtslage des Waagebalkens in labilem
Gleichgewicht befindet.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der am Waagebalken befestigte Teil ein Magnet oder
Weicheisenstück sein, der zwischen zwei gleich starken.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL6801106 | 1968-01-25 | ||
NL6801106A NL6801106A (de) | 1968-01-25 | 1968-01-25 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1902192A1 DE1902192A1 (de) | 1969-08-28 |
DE1902192B2 DE1902192B2 (de) | 1977-07-07 |
DE1902192C3 true DE1902192C3 (de) | 1978-02-23 |
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