DE2455550C3

DE2455550C3 - Compensation scale with electrical output signal

Info

Publication number: DE2455550C3
Application number: DE19742455550
Authority: DE
Inventors: Carel Hermann Dr. Massen; Johannes Aaldert Dr. Poulis; Erich 6382 Friedrichsdorf Robens
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1974-11-23
Filing date: 1974-11-23
Publication date: 1978-09-28
Also published as: DE2455550A1; DE2455550B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kompensationswaage mit elektrischem Ausgangssignal und mit einem unter Zug- oder Torsionsspannung gesetzten elastischen Körper, der eine Gegenkraft zu dem zu ermittelnden Gewicht hervorruft; ein solcher Körper hat im allgemeinen die Form eines Spann- oder Torsionsdrahtes, eines Bandes, Stabes, einer Feder od. dgl.The invention relates to a compensation balance with an electrical output signal and with a elastic body placed under tensile or torsional stress, which creates a counterforce to it ascertaining weight evokes; such a body generally has the shape of a clamping or Torsion wire, a band, rod, a spring or the like.

Es sind bereits nach verschiedenen Prinzipien konstruierte Waagen mit elektrischem Ausgangssignal sowie elektrisch kompensierende Waagen bekannt. Zum Beispiel wird bei Waagen mit Dehnungsmeßstreifen das Gewicht aus der Widerstandsänderung des Meßorgans ermittelt. Bei anderen bekannten Waagen wird die Druckabhängigkeit der Frequenz eines Schwingquarzes oder eines schwingenden Bandes zur Gewichtsermittlung ausgewertet. In elektromagnetischen Waagen führt das zu ermittelnde Gewicht zu einer bestimmten Verdrehung von Spulen gegeneinander oder gegen einen Permanentmagneten, woraus sich ein elektrisches Signal ableiten läßt.These are scales with an electrical output signal that have already been designed according to various principles and electrically compensating scales are known. For example, on scales with strain gauges the weight is determined from the change in resistance of the measuring element. With other known scales the pressure dependence of the frequency of a quartz crystal or an oscillating band becomes Weight determination evaluated. In electromagnetic scales, the weight to be determined leads to a certain twisting of coils against each other or against a permanent magnet, from which can derive an electrical signal.

Waagen mit elektrischem Ausgangssignal sind immer dann von großem Vorteil oder sogar erforderlich, wenn die Meßergebnisse automatisch registriert werden sollen oder wenn die Waage in einen automatisch gesteuerten Prozeß eingefügt werden soll. Nach den zuvor genannten bekannten Prinzipien ist jedoch zur Erzielung des elektrischen Ausgangssignals oder der elektrischen Anzeige stets ein erheblicher Aufwand erforderlich. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu überwinden und eine konstruktiv einfache und mit geringem Aufwand herzustellende Waage zu entwickeln, mit der dennoch direkt ein elektrisches Ausgangssignal gewonnen werden kann.Scales with an electrical output signal are always of great advantage or even necessary when the measurement results should be registered automatically or if the balance is in an automatic controlled process is to be inserted. According to the known principles mentioned above, however, is for Achieving the electrical output signal or the electrical display is always a considerable effort necessary. It is therefore the object of the invention to overcome this disadvantage and a structurally simple one and to develop scales that can be manufactured with little effort, with which nevertheless an electrical one Output signal can be obtained.

Es hat sich nun herausgestellt, daß diese Aufgabe mit der im beigefügten Anspruch 1 beschriebenen Kompensationswaage in technisch sehr fortschrittlicher Weise Kelöst werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Waage wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß sich die elastischen Eigenschaften eines unter Torsions- oder Zugspannung stehenden Körpers durch Steuerung der Temperatur ändern lassen, und daß diese Abhängigkeit der elastischen Eigenschaften von der Temperatur zur Kompensation der Kraft ausgenutzt werden kann, die von dem Wiegegut z. B. auf einen Torsionsdraht oder ein Spannband übertragen wird. Bei elektrischer Erhitzung des elastischen Körpers läßt sich also durchIt has now been found that this object with the compensation balance described in the attached claim 1 can be kelöst in a technically very advanced way. With the balance according to the invention the knowledge is exploited that the elastic properties of an under torsional or tensile stress standing body can change by controlling the temperature, and that this dependence of the elastic properties of the temperature can be used to compensate for the force that from the Wiegegut z. B. is transferred to a torsion wire or a tensioning strap. With electrical The elastic body can be heated through

ίο die Messung des benötigten Stromes ein Signal gewinnen, das dem zu ermittelnden Gewicht entspricht und d"s direkt zur Registrierung, Regelung oder Steuerung des Prozesses, in dem die Waage eingesetzt ist, verwendet werden kann, wobei zugleich derίο the measurement of the required current a signal win that corresponds to the weight to be determined and d "s directly for registering, regulating or controlling the process in which the balance is used is, can be used, at the same time the

!■> Anschlag der Waage elektrothermisch kompensiert wird.! ■> The stop of the balance is electrothermally compensated will.

Einige vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben. Gemäß Anspruch 2 läßt sich eine extrem einfach aufgebaute, herkömmliche Torsionswaage mit sehr geringem Aufwand zu der erfindungsgemäßen Kompensationswaage mit elektrischem Ausgangssignal ausgestalten. Ähnliche Vorteile gelten für die Ausführungsart der Erfindung nach Anspruch 3. bei der die Längenänderung eines gespannten Drahtes unter dem Einfluß des Wiegegutes direkt in ein elektrisches Signal umgesetzt und die Längenänderung kompensiert wird. Auf eine besonders einfache Methode zur automatischen Messung der Verdrehung, Verschiebung oder Längenänderung des elastischen, die Gegenkraft ausübenden Körpers unter dem Einfluß des Wiegegutes bezieht sich Anspruch 4.Some advantageous embodiments of the invention are given in the subclaims. According to Claim 2 can be an extremely simple, conventional torsion balance with very little Develop outlay for the compensation balance according to the invention with an electrical output signal. Similar advantages apply to the embodiment of the invention according to claim 3, in which the change in length a tensioned wire converted directly into an electrical signal under the influence of the material to be weighed and the change in length is compensated. A particularly simple method for automatic measurement the rotation, displacement or change in length of the elastic, which exerts the opposing force Body under the influence of the item to be weighed refers to claim 4.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Waage besteht darin, daß sie auch für die Verwendung imAnother advantage of the balance according to the invention is that it is also suitable for use in

Γι Vakuum geeignet ist. In diesem Fall genügt es, die wenigen Teile der eigentlichen Waage — die im wesentlichen nur aus dem Waagebalken mit seiner Aufhängung und aus dem die Gegenkraft erzeugenden Körper besteht — innerhalb des Rezipienten anzuord-Γι vacuum is suitable. In this case it is sufficient to use the few parts of the actual balance - which essentially only consists of the balance beam with its Suspension and from which the counterforce-generating body consists - to be arranged within the recipient-

K) nen, während die Stromquelle, der Regler und das Anzeigeinstrument außerhalb verbleiben können. Außerdem macht es keine Schwierigkeiten, die Waage aus korrosionsfestem Material herzustellen oder mit einem korrosionsfesten Überzug zu versehen, so daß dieK) can, while the power source, the controller and the display instrument can remain outside. In addition, it is not difficult to manufacture or use the scales from corrosion-resistant material to provide a corrosion-resistant coating so that the

4^r> gesamte Anordnung auch in korrosiver Atmosphäre verwendet werden kann.4 ^r > entire arrangement can also be used in a corrosive atmosphere.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung sowie aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen derFurther advantages and possible applications of the invention can be found in the following description as well from the representations of exemplary embodiments of

w Erfindung hervor.w invention.

hs zeigt in schematischer Vereinfachung und in Prinzipdarstellunghs shows in schematic simplification and in Schematic representation

Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Torsionswaage, 1 shows a torsion balance designed according to the invention,

π F i g. 2 als weitere Ausführungsart der Erfindung eine Anordnung, bei der die Gegenkraft durch einen Spanndraht erzeugt wird, π F i g. 2 as a further embodiment of the invention, an arrangement in which the counterforce is generated by a tension wire,

Fig. 3 die Waage nach F i g. 1 mit einem optischen Detektor der Lage des Waagebalkens, und3 shows the balance according to FIG. 1 with an optical detector of the position of the balance beam, and

ho F i g. 4 im Diagramm die Abhängigkeit des Waagebalken-Ablenkwinkels von der dem elastischen Körper zugeführten elektrischen Leistung.ho F i g. 4 shows the dependency of the balance beam deflection angle in the diagram on the electric power supplied to the elastic body.

Die erfindungsgemäße Waage nach Fig.! ist nach dem Prinzip einer bekannten Torsionswaage aufgebaut.The balance according to the invention according to FIG. is after built on the principle of a well-known torsion balance.

h^r. Als wesentlichen Bestandteil besitzt sie einen Waagebalken 1 mit einer Waagschale 2, deren Gewicht durch ein Gegengewicht 3 sm anderen Ende des Waagebalkens I kompensiert w rd. Aufgehängt ist der Waagebai-h ^r . As an essential component, it has a balance beam 1 with a weighing pan 2, the weight sm by a counterweight 3 the other end of the balance beam I compensated ng. Hung is the Waagebai-

ken 1 in diesem Ausführungsbeispiel an einem Torsionsdraht oder Spannband 4, das an seinen Enden mit Klemmen 7, 8 an der — hier nicht gezeigten — Halterung der Waage befestigt ist. Ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen würde bei Belastung der Waagschale 2 der Waagebalken 1 ausgelenkt und dadurch das Spannband 4 verdreht werden, bis die durch die Torsion erzeugte Gegenkraft in dem Spannband 4 ein Gleichgewicht mit der nun am geneigten Waagebalken 1 angreifenden Last herbeiführt.ken 1 in this embodiment on a torsion wire or tension band 4, which at its ends with clamps 7, 8 on the - is attached to the bracket of the balance - not shown here. Without the invention Measures would be deflected when the weighing pan 2 of the balance beam 1 is loaded and thereby the tensioning band 4 are rotated until the through the torsion generated opposing force in the tensioning band 4, an equilibrium with that now on the inclined balance beam 1 causing the attacking load.

Erfindungsgemäß wird jedoch das Spannband 4 elektrisch beheizt Die hierzu notwendige elektrische Leistung wird der Stromquelle 6 entnommen, mit Hilfe des Regulierwiderstandes 5 auf den gewünschten Wert eingestellt und mit dem Amperemeter 9 der durch das gesamte oder einen Teil des Spannbandes 4 fließende Strom gemessen. Der Stromfluß wird dabei — von Hand oder selbsttätig — so lange verändert, bis der Waagebalken I wieder seine Nullage eingenommen hat. Die Gewichtsänderung ist in etwa dem Quadrat des Stromes proportional, wie die in dem Diagramm (Fig. 4) dargestellten, mit einer solchen Waage ermittelten Meßergebnisse zeigen.According to the invention, however, the tensioning band 4 is electrically heated Power is taken from the power source 6, with the help of the regulating resistor 5 to the desired value set and with the ammeter 9 the flowing through the whole or part of the tensioning strap 4 Current measured. The current flow is changed - by hand or automatically - until the Balance beam I has returned to its zero position. The change in weight is roughly the square of the Current proportional, as shown in the diagram (Fig. 4), with such a scale show the measured results.

Bei einer anderen Ausführungsforin der erfindungsgemäßen Waage (siehe F i g. 2) wird statt der Torsion eines Spannbandes die Zugspannungsänderung bzw. die Längenänderung eines Spanndrahtes 10, der in Klemmen II, 12 befestigt ist, durch Temperalurar.dcrung kompensiert und wiederum die aufgenommene Leistung als Maß für das zu ermittelnde Gewicht ausgewertet. In diesem Fall erhält der Spanndraht 10, der auch als Drahtwendel oder Band ausgebildet sein kann, mit Hilfe einer etwa in der Mitte zwischen den Klemmpunkten 11 und 12 angreifenden Feder 14, die in der Klemme 15 befestigt ist, eine Vorspannung. Wird die Last in der Waagschale 18, die über den Waagebalken 17 mit dem zentral gelagerten Rad 16 verbunden ist, verändert, wird der Waagebalken 17 ausgelenkt und dessen Bewegung über das Rad 16 auf den Draht oder Stab 13 übertragen. Zweckmäßigerweise sind die Rolle 16 und/oder das Element 13 mit einem Haftbelag oder gar mit einer ineinandergreifenden Verzahnung versehen. Die über den Draht oder den Stab 13 auf den Spanndraht 10 übertragene Zugspannung wird auch inIn another embodiment of the invention Balance (see Fig. 2) instead of the torsion of a tension band, the tensile stress change or the Change in length of a tension wire 10, which is fastened in terminals II, 12, by Temperalurar.dcrung compensated and in turn the power consumed as a measure of the weight to be determined evaluated. In this case, the tension wire 10, which can also be designed as a wire helix or band, is provided can, with the help of a spring 14 acting approximately in the middle between the clamping points 11 and 12, which in the clamp 15 is attached, a bias. If the load in the weighing pan 18, which is above the balance beam 17 is connected to the centrally mounted wheel 16, changed, the balance beam 17 is deflected and the movement of which is transmitted to the wire or rod 13 via the wheel 16. Appropriately are the role 16 and / or the element 13 is provided with an adhesive coating or even with interlocking teeth. The tensile stress transmitted to the tension wire 10 via the wire or rod 13 is also shown in FIG

ίο diesem Ausführungsbeispiel durch Änderung der dem Spanndraht 10 aus der Stromquelle 6 zugeführten Heizleistung kompensiert. Wiederum ist vorgesehen, den Waagebalken !7 in die Nullage zurückzuführen und die Änderung des Stromes zur Ermittlung des auf derίο this embodiment by changing the dem Tension wire 10 from the power source 6 supplied heating power compensated. Again it is provided return the balance bar! 7 to the zero position and the change in the current to determine the on the

ι ■> Waagschale 18 aufliegenden Gewichtes auszuwerten.ι ■> Weighing pan 18 to evaluate the weight lying on it.

I Im eine automatische Regelung der erfindungsgemäßen Waage zu erreichen, wird nach der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsart der Erfindung auf dem Waagebalken 17 ein Lagedetektor angebracht. DieI Im an automatic control of the invention To reach Libra, according to the in F i g. 3 embodiment of the invention shown on the Balance beam 17 attached a position detector. the

2» hierzu gezeigte, besonders einfache Anordnung besteht im wesentlichen aus einer Lampe 19, deren Lichtstrahl 10 eine an dem Waagebalken 1 befestigte Fahne 21 streift und auf eine Pholozelle 22 trifft. Diese steuert in bekannter Weise einen Regler 23, der den Strom durch 2 »arrangement shown for this purpose, particularly simple consists essentially of a lamp 19, the light beam 10 touches a fixed to the balance beam 1 flag 21 and strikes a Pholozelle 22nd This controls in a known manner a regulator 23, which the current through

2ί das Spannband 4 so lange verändert, bis sich die Nullage des Waagebalkens 1 wieder eingestellt hat. Der dazu erforderliche Strom wird an dem in Gewichtseinheiten geeichten Amperemeter 9 abgelesen. An dieser Stelle kann auch ein Registrierinstrument oder Einrichtungen2ί the tensioning band 4 changed until the zero position of the balance beam 1 has set again. The current required for this is given in units of weight calibrated ammeter 9 read. A recording instrument or facilities can also be used at this point

i» zur Prozeßregelung angeschlossen werden.i »can be connected for process control.

Es ist denkbar, anstelle des Reglers 23 Photowiderstände einzusetzen, die den Heizstrom direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung einer Regeleinrichtung, steuern. Es sind zahlreiche weitere Varianten denkbar.It is conceivable, instead of the controller 23, to use photoresistors that generate the heating current directly, i. H. without Interposition of a regulating device, control. Numerous other variants are conceivable.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Compensation scale with electrical output signal and with a pull or Torsional stress set elastic body, which creates a counterforce to the weight to be determined causes, characterized in that the elastic body (4, 14) directly or indirectly is electrically heated and that by changing the heating power and thus the body temperature The elasticity of this body (4.14) can be changed until the weight to be determined corresponding change in tensile or torsional stress is balanced

2. Balance according to claim 1, characterized in that it works on the principle of a torsion balance is constructed.

3. Balance according to claim 1, characterized in that it has a tension wire (10) on which, depending on the weight to be determined, a tensile stress can be exerted.

4. Scales according to one of claims 1 to 3, characterized in that this is a photocell (22), which in the event of a change in position or rotation of the elastic body (4) or the balance beam (l) a Reset signal triggers.