DE2224135A1

DE2224135A1 - Elektrisch geregelte Präzisionswaage

Info

Publication number: DE2224135A1
Application number: DE19722224135
Authority: DE
Inventors: Sylvain Neuilly Janssen (Frankreich)
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1971-05-17
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1972-11-30
Also published as: CH553970A; FR2137240A1; FR2137240B1

Description

Unser Zeichen* C 2910

COMPTEURS SCHLUMBERGER
12, Place des Etats-Unis
92 Mont rouge, Frankreich

Elektrisch geregelte Präzisionswaage

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch geregelte Präzisionswaage, bei der der automatische Ausgleich rait Hilfe eines magnetelektrischen Antriebs systems erzielt w ir d.

Mit Hilfe der Erfindung soll der Gewichts- oder Kraftmeßbereich dadurch beträchtlich erweitert werden, daß außerhalb der eigentlichen Waage Bezugsgewichte verwendet werden und daß zusätzliche, gewöhnlich als "Reiter" bezeichnete Gewichte weggelassen werden.

Es ist bekannt, daß es bei einer elektrisch geregelten Kraftmeßwaage möglich ist, mit großer Ganauigkeit Kräfte in einen proportionalen Gleichstrom umzuwandeln. Der Meßbereich ist jedoch durch verschiedene Faktoren begrenzt, beispielsweise durch das Verhältnis des minimalen Stroms zum maximalen Strom, durch ein Grundrauschen unw. Außerdem begrenzt die Stabilität verschiedener Elemente, beispielsweise Permanentmagnete oder die Länge der Hebelarme, die Genauigkeit der Waage. Vernünftigerweise kann das Verhältnis

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der angelegten Kräfte und somit das Verhältnis des proportionalen Regelstroms von 1 bis 10 und sogar von 1 bis λθ unter Anwendung gewisser Vorsicht»maßnahmen verändert werden.

Auf diese Weise ist es möglich, sich zwischen 10 mg und ρ

10 mg ändernde Gewichte, die auf eine Waage mit automatischem Ausgleich gelegt sind, in einen sich zwischen 1 uA und 10 mA ändernden proportionalen Strom umzuwandeln.

Wenn es erwünscht ist, die Messung auf größere Gewichte, beispielsweise 10 g auszudehnen, müssen Regelströme von 1A zugelassen werden können, die mit einfachen Mitteln nicht mehr mit der Genauigkeit oder der Empfindlichkeit von uA geraasen werden können.

Die Anwendung einer Quelle eines de» Hauptregelstrom überlagerten Bezugsstroms ermöglicht die Erzeugung eines unechten Nullausgleichs bei einem Gewicht von 10 g, 1g oder 100 rag,doch führen die für diesen Strom erforderliche Präzision und Stabilität schnell zu sehr teuren Geräten. Überdies muß der Wert der Erdbeschleunigung am Ort des Wiegevorgangs berücksichtigt werden, und der unechte Nullstrom muß dementsprechend korrigiert werden, was im allgemeinen kaum möglich ist, da die Erdbeschleunigung nicht mit ausreichender Genauigkeit bekannt ist.

Es ist das Ziel der Erfindung,die vorstehend genannten Nachteile zu beseitigen, ohne daß die Verwendung einer teuren Quelle eines stabilisierten Stroms erforderlich ist.

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Die erfindungsgemäße Waage ist derart ausgebildet, daß ihr Waagebalken mit einer beweglichen Spule eines tnagnetelektrischen Hilfs ant riebs syste ms verbunden ist, das von einem Generator mit einem einem einstellbaren Gewicht proportionalen Strom gespeist wird.

Gemäß einer Vielter bildung der Erfindung besteht der Stromgenerator aus einer zweiten Waage mit automatischem Ausgleich.

Durch die Erfindung, nach der vorgeschlagen wird, die. Quelle des Hilfsstroms für die unechte liullanzeige durch einen Stromgenerator zu ersetzen, der einen einem Gewicht proportionalen Strom liefert, werden der Waage folgende Vorteile verliehen:

- Dieser Generator , der selbst eine geregelte Hilfskraftwaage ist, liefert einen streng gewichtsproportionalen Strom, so daß die am Anwendungsort vorhandene Erdbeschleunigung berücksichtigt wird;

- er wird von Gewichten betätigt, deren Präzision, Stabilität und Reproduzierbarkeit unvergleichlich größer als die eines von einer stabilisierten Quelle gelieferten Stroms sind;

- das Verhältnis der Zahl der Weber/Meter der stroraerzeugenden Waage zur Zahl der Weber/Meter der eigentlichen Waage kann sehr unterschiedlich sein (beispielsweise 10 zu oder 100 zu 1), so daß auch das Arbeiten mit großen Gewichten (beispielsweise 10 g) und ihre Umwandlung in ein äquivalentes Gewicht von nur 1 g oder 100 mg auf der eigentlichen Waage ermöglicht werden;

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- der wegen der von Hand durchgeführten Bedienung dieser Gewichte auftretende Fehler wird auf diese Weise im Verhältnis von 1 zu 10 oder 1 zu 100 herabgesetzt;

- jede Art von Bedienungsgestänge erübrigt sich, da die Äquivalente der "Reiter" 10 oder 100 Mal schwerer sind;

- die gesamte Anordnung ist billiger als die lösung, bei der von einer Quelle eines stabilisierten Bezugsstroms Gebrauch gemacht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Fig.1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Waage und

Fig.2 ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Waage.

In Fig.1 wird die eigentliche Waage B1 von einem bei 2 drehbar gelagerten Waagebalken 1 gebildet; sie enthält am einen Ende des Waagebalkens eine Schale 15» die ein zu wiegendes Gewicht 13 trägt. Ein im Hinblick auf die Erfindung unwichtiger Winkelabweichdetektor 6 stellt das mangelnde Gleichgewicht des Waagebalkens fest, und er steuert einen Verstärker 5, der einer im Luftspalt eines Magnetkreises mit einem Permanentmagneten 3 beweglichen Spule 4 einen Strom i liefert. Der Permanentmagnet bildet zusammen mit dieser Spule das auf das andere Ende des Waagebalkens einwirkende magnetelektrische Ausgleichsantriebssystem M1 .

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Eine mit dem gleichen Waagebalken 1 verbundene Spule 8 ist im Luftspalt eines anderen Magnetkreises mit einem Permanentmagneten 7 beweglich, der zusammen mit der Spule ein magnetelektrisches Hilfsantriebssystem MA bildet. Die Spule 8 wird von einem Strom I durchflossen, der von einem Verstärker 9 eines automatischen Ausgleichskreises einer zweiten Waage B2 ausgeht, die die Rolle eines Hilfsstromgenerators spielt.

Diese zweite Waage, die viel gröber als die Wa.age B1 sein kann, wird von einer beweglichen Anordnung gebildet, die eine an einer Spule 11 , die im Luftspalt eines Magnetkreises mit einem Permanentmagneten 10 beweglich ist, befestigte Platte 16 enthält und ein magpetelektrisches Antriebssystem M2 bildet. Elastisch biegsame Plättchen 14 ermöglichen eine vertikale Translationsbewegung, und sie dienen als Führung. Ein Positionsabweichfühler 17, der die Bewegutigen der Waage B2 feststellt, steuert den Verstärker 9, der den Ausgleichsstrom I in der Spule 11 des Antriebssystems M2 und in der Spule 8 des Antriebs systems MA liefert.

Dieser Strom I ist dem von der Platte 16 getragenen Gewicht 12 proportional.

Sobald der Strom i in der Spule 4 einen Grenzwert erreicht hat, der wahlweise eingestellt werden kann, wird das Gewicht 12 der Hilfswaage verändert. Es erscheint ein Strom I, der in der Spule 8 die gleiche Wirkung wie ein gegebener Bruchteil des Gewichts 12, beispielsweise der hundertste Teil, hervorruft. Wenn der Strom i den Wert 10 nA entsprechend einem Gewicht 13 von 10 mg hat, genügt es in diesem Pail, auf die Platte 16 eine Masse 12 von 1 g zu legen, um den Strom i den Wert Null annehmen zu lassen.

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Das Gewicht von 1 g ersetzt somit einen Reiter von 10 mg, und die Bedienung ist stark: erleichtert, da sie sich ohne jede Vorsicht mit Pinzetten durchführen läßt. Auf diese Weise können die Gewichte 12 immer verändert werden, bis der Strom i innerhalb vernünftiger Grenzen liegt. Dies kann bis zur Grenze der Regelunssmöglichkeit der den Strom I erzeugenden Hilfswaage erfolgen.

Vorzugsweise wird der Strom i mit Hilfe eines einstellbaren Präzisionswiderstandes 19 in eine proportionale Spannung V umgewandelt. Diese Spannung V wird an eiiem numerischen Voltmeter 18 abgelesen, das nun die Rolle einer Peinanzeigevorrichtung spielt.

Wie in der in Fig.2 schematisch dargestellten Ausführungsform gezeigt ist, kann die den Strom I erzeugende Hilfswaage B2 vorteilhafterweise den gleichen Ausgleichspermanent magneten wie die mit uüT Waage B1 verbundene Hilfsspule verwenden. Der eigentliche Permanentmagnet 21 liefert dabei zugleich den Kraftfluß im Luftspalt der Spule 8 und den Kraftfluß im Luftspalt der Spule 11. Die beiden Kraftflüsse sind proportional, und der Temperaturkoeffizient dieses Magnetkreises spielt in diesem Fall für dLe Genauigkeit der Anordnung keine Rolle. Das Verhältnis zwischen dem Gewicht 12 und der auf die mit der Waage B1 verbundene bewegliche Spule 8 ausgeübten Kraft ist _ _Λ

11 konstant; es hängt nur vom Verhältnis der Produkte -—-r

2 2 ab, wobei η die Windungszahl ist und Φ der von den Spulen 11 bzw. 8 entwickelte Kraftfluß ist. Dieses Verhältnis spielt die gleiche Rolle wie ein Hebelarmverhältnis. Durch Verwendung einer veränderlichen Windungszahl, wobei die Spule 11 beispielsweise mehrere Anzapfungen aufweisen kann, kann dieses Verhältnis der fiktiven Hebelarme verändert werden.

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Der Wie ge vor gang läuft folgendermaßen ab:

Das Anbringen der zu wiegenden Hasse 13 bewirkt im allgemeinen das Auftreten eines maximalen Strome i. Es werden nun immer schwerere Gewichte auf die stromerzeugende Hilfswaage B2 gelegt, bis der Strom i auf einen Wert innerhalb normaler Grenzen zurückkehrt. Das zu messende Gewicht 13 ist nun gleich einem bekannten Bruchteil des auf die Platte der den Strom I erzeugenden Waage B2 gelegten Gewichts 12, vermehrt um das dem Strom i proportionale Gewicht. Dieser Strom i wird in eine proportionale Span- . nung V umgewandelt, die mit Hilfe eines numerischen Voltmeters 18 gemessen wird, das wie in der in Fig.1 gezeigten Anordnung als Feinanzeigevorrichtung dient.

Das Eichen dieses Wiegesystems ist sehr leicht und schnell:

a) Ohne daß auf die Platte 16 der WaageB2 ein Gewicht 12 gelegt wird (oder auch unter Auftrennen des Kreises des Stroms I), wird die Waage B2 geeicht: In Abwesenheit des Gewichts 13 wird die Waage B1 auf i = O abgeglichen. Das Anbringen eines bekannten Gewichts (beispielsweise 10 mg) auf der Schale 15 soll einen Strom i (von beispielsweise 10 mA) hervorrufen, der den Widerstand 19 durchfließt. Der Widerstand wird so eingestellt, daß beispielsweise eine Spannung von 1,0000 Volt an dem als Feinanzeigevorrichtung dienenden Voltmeter 18 abgelesen wird.

b) Durch Schließen des Kreises des Hilfsstroms I soll die am Voltmeter 18 abgelesene Spannung nun auf dem Wert von 1,0000 V₀It bleiben, wenn kein Gewicht auf die Platte gelegt wird. Diese Spannung wird gegebenenfalls auf den gewünschten Wert von 1,0000 Volt zurückgeführt, indem auf die Platte 16 kleine Einstellmassen gelegt werden.

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Das Auflegen eines bekannten Gewichts (von beispielsweise 1g) auf die Platte 16 soll den Wert der am Voltmeter 18 abgelesenen Spannung V auf den Wert O (0,000O)VoIt zurückführen. Dieser Wert wird dadurch eingestellt, daß das Verhältnis der aktiven Kraftflüsse in den Spulen 8 und 11 verändert wird. Zu diesem Zweck wird die Reluktanz eines der Luftspalte verändert, indem beispielsweise ein magnetischer Keil 20 in den luftspalt der Spule 11 mehr oder weniger tief eingeschoben wird. Schließlich kann festgestellt werden, ob die gleichzeitige Anbringung eines Gewichts in der Schale 15 und eines 10 oder 100 mal schweren Gewichts 12 auf der Platte 16 immer noch einen Strom i = erzeugt.

Der Strom I braucht nie gemessen zu werden. Er enthält für die Waage bestimmte Informationen, die nur mit Schwierigkeiten unter Zuhilfenahme eines elektrischen Meßgeräts mit der ganzen gewünschten Genauigkeit entnommen werden kann.

Die hier beschriebenen Präzisionswaagen eignen sich besonders für die Anwendung in Laboratorien, Apotheken usw. zum Messen von kleinen Gewichten oder kleinen Kräften.

Patentansprüche

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Patentansprüche

fj'Präzisionswaage mit automatischem Ausgleich mit Hilfe eines magnetelektrischen Antriebssystems, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Waagebalken (1) mit einer beweglichen Spule (8) eines magnetelektrischen Hilfsantriebssystems (MA) verbunden ist, das von einem Generator (B2) mit einem einem einstellbaren Gewicht (12) proportionalen Strom (I) gespeist wird.

4· Präzisionswaage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (B2) aus einer zweiten Waage mit automatischem Ausgleich besteht, bei der die Zahl der Weber/Meter der beweglichen Spule (11) ihres magnetelektrischen Ausgleichsantriebssystems (M2) mit der Zahl der Weber·Meter der beweglichen Spule (8) des magnetelektrischen Hilfsantriebssystems (MA) in einem festgelegten Verhältnis steht.

3. Präzisionswaage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetelektrische Ausgleichs a nt r ie bssystems (M2) der zweiten Waage (B2) und das Hilfsantriebssystem einen gemeinsamen Magnetkreis (21) aufweisen.

4. Präzisionswaage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der aktiven magnetischen Kraftflüsse des magnetischen Hilfsantriebssystems (MA) und des magnetelektrischen Ausgleichsantriebssystems (M2) der zweiten Waage (B2) durch Veränderung der Reluktans eines der Luftspalte mit Hilfe eines magnetischen Keils(2O) einstellbar ist.

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Präzisionswaage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Spule (4) des magnetelelctrischen Antriebssystems der Waage (B1) in Serie mit einem einstellbaren Widerstand (19) geschaltet ist,
mit dessen Anschlüssen ein numerisches Voltmeter (18)
verbunden ist.

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