DE3423501C2 - - Google Patents
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- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/10—Measuring force or stress, in general by measuring variations of frequency of stressed vibrating elements, e.g. of stressed strings
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Description
Die Erfindung betrifft einen Meßwandler nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Fig. 1 der AT-PS 2 92 329 zeigt einen solchen Meßwandler,
bei dem sich eine Waagschale über einen Schalenträger auf
dem einen der beiden plattenförmigen Abschnitte abstützt.
Der Schalenträger ist mittels zweier einerseits mit dem
Schalenträger und andererseits mit einem Gehäuse (Basis)
verbundenen Federn unter Bildung eines Parallelogramms parallel
geführt. Dabei können die Gelenke zwischen den Federn
und dem Gehäuse als eine Hebelgelenkstelle, diejenigen
zwischen den Federn und den Schalenträger als eine Lastgelenkstelle
und der Auflagepunkt des Schalenträgers auf dem
ihn mit dem Stimmgabelvibrator verbindenden plattenförmigen
Abschnitt als Kraftgelenkstelle bezeichnet werden, wenngleich
letzteres nicht tatsächlich ein Gelenk sein muß.
Aus der CH-PS 6 27 841 ist ein Meßwandler zur Umsetzung
eines Gewichtes in ein elektrisches Signal bekannt, wobei
die eigentliche Umsetzung mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen
erfolgt, die an einem Meßbalken befestigt sind. Dieser einstückig
aus einem einzigen Teil durch Gießen, Fräsen oder
Fräsen und Gießen hergestellte bekannte Meßwandler umfaßt
eine Hebeleinheit mit zwei parallelogrammartig angeordneten
Hebeln, die je über eine Hebelgelenkstelle mit einem Basisabschnitt
verbunden sind. Der Meßbalken ist einerseits
starr mit dem Basisabschnitt und andererseits über Gelenke
mit einem der Hebel verbunden, und zwar an einer zwischen
dessen Hebelgelenkstelle und Kraftgelenkstelle gelegenen
Stelle. Zur Verminderung des Einflusses möglicher seitlich
zur eigentlichen Gewichtskraft wirkender Kräfte sind bei
diesem Meßwandler in zwei zueinander senkrechten Richtungen
wirkende Gelenke beschrieben, die die Herstellung kompliziert
machen.
Ein Gewicht unter Anwendung der Erscheinung
zu messen, daß die Eigenfrequenz einer Stimmgabel
abhängig von einer Spannkraft oder Kompressionskraft geändert
wird, die auf die Stimmgabel ausgeübt wird, ist auch in den
japanischen offengelegten Patentanmeldungen Nr. 133,390/79
und 51,329/80 beschrieben. Bei dem Gewichtmeßgerät unter
Verwendung einer Stimmgabel kann dann, wenn das Gewicht
in korrekter Weise in axialer Richtung auf die Gabel
zur Einwirkung gebracht wird, ein genaues Meßergebnis erhalten
werden. Wenn jedoch eine Drehkraft oder Biegekraft
auf die Stimmgabel ausgeübt wird oder wenn eine unerwünschte
Kraft senkrecht zur axialen Richtung der Gabel
aufgebracht wird, können verschiedene Meßfehler erzeugt
werden, durch die eine praktische Verwendung verhindert wird.
Wenn darüber hinaus die Stimmgabel an einem Meßgerät
befestigt wird, wird beispielsweise an einer Waage, so wird
die Gabel einer unerwünschten inneren Spannung ausgesetzt.
Diese innere Spannung ist je nach der Befestigungsart
verschieden, und es können daher die Eigenschaften der Stimmgabeln
bei den jeweiligen Gabeln bzw. Anwendungen der Gabeln
verschieden sein. In einigen Fällen können eine Hysterese
und ein allmähliches Verformen erzeugt werden, und die Auflösung
kann vermindert werden. Es sei ferner darauf hingewiesen,
daß, da verschiedene Abschnitte aus Materialien
mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
hergestellt sind, ein Fehler aufgrund von Temperaturveränderungen
auftreten kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Meßwandler
zur Umsetzung eines Gewichtes in eine Frequenz unter Verwendung
eines Stimmgabelvibrators zu schaffen, wobei der
Meßwandler durch eine kleine Anzahl von Herstellungsschritten
zusammengesetzt werden kann und bei einfacher Konstruktion
eine hohe Genauigkeit, insbesondere Unempfindlichkeit
gegenüber Quer- und Torsionskräften bietet.
Ausgehend von einem Meßwandler nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Im folgenden werden der Erfindung Ausführungsbeispiele
unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Frontansicht einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Frontansicht einer vierten Ausführungsform
der Erfindung; und
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform eines Stimmgabelvibrators nach der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine prinzipielle Konstruktion des Meßwandlers
nach der vorliegenden Erfindung. Ein Stimmgabelvibrator 1
umfaßt ein Paar von länglichen Streifen als Vibratorschenkel 1 a
und 1 b, ein Paar von U-förmigen Brückenabschnitten
2 a und 2 b, die die Vibratorschenkel 1 a und 1 b an
ihren jeweiligen Enden miteinander verbinden, und umfaßt ein
Paar von dünnen plattenförmigen Abschnitten 3 a und 3 b zur
Halterung des Stimmgabelvibrators an seinen beiden Enden
wenn man in axialer Richtung blickt.
Um eine
kontinuierliche Vibration zu erzeugen, sind auf den
jeweiligen Seiten des Brückenabschnitts 2 b ein
erstes und ein zweites piezoelektrisches Element 4 a und
4 b angeordnet, und zwar jeweils mit Hilfe eines Bindematerials
oder mit Hilfe der Aufdampftechnik. Diese Elemente
sind jeweils mit einem Eingang bzw. einem Ausgang eines
Verstärkers 5 verbunden, der außerhalb des Vibrators 1
vorgesehen ist. Das erste piezoelektrische Element 4 a
dient dazu, den Vibrator 1 zu erregen, und das zweite piezoelektrische
Element 4 b arbeitet als Abtaster bzw. Aufnehmer.
Durch geeignete Wahl der Verstärkung und der
Frequenzeigenschaften des Verstärkers 5 vibrieren die
länglichen Vibrationsstreifen 1 a und 1 b symmetrisch bei einer
Eigenfrequenz, die dem Gewicht, d. h. der auf den
Stimmgabelvibrator 1 wirkenden Kraft entspricht. Durch
Feststellen der Frequenz mit Hilfe eines Frequenzzählers
6 ist es somit möglich, das aufgebrachte Gewicht zur Anzeige
zu bringen.
Nach der vorliegenden Erfindung ist der Stimmgabelvibrator
1 nicht unabhängig als Einzelteil hergestellt, sondern
ist einstückig mit einem Hebel 10 und einem Basisabschnitt
11 aus einem einzigen Teil hergestellt. Ein Ende
des Stimmgabelvibrators 1 ist mit einem Ende des Hebels
10 mit Hilfe des dünnen plattenförmigen Abschnitts
3 a an einer Kraft-Gelenkstelle 12 des Hebels 10 verbunden.
Das andere Ende des Stimmgabelvibrators 1 ist mit
Hilfe des dünnen plattenförmigen Abschnitts 3 b mit dem
Basisabschnitt 11 verbunden. Das andere Ende des Hebels
10 ist bei einer Last-Gelenkstelle 14
mit Hilfe eines dünnen plattenförmigen Spannungsstreifens
15 mit einem ein Gewicht aufnehmenden Teil oder Abschnitt 16 verbunden.
Der Hebel 10 wird an einer Hebelgelenkstelle 13 von
dem Basisabschnitt 11 getragen. Das Gewicht F, welches an
dem das Gewicht aufnehmenden Abschnitt 16 angehängt wird oder
aufgesetzt wird, wird so mit Hilfe des Hebels 10 auf
den Stimmgabelvibrator 1 übertragen.
Der Hebel 10 kann ein gewünschtes Hebelverhältnis
a : b haben. Wenn das umzusetzende Gewicht kleiner
ist als 49 N, ist es praktisch, die Anordnung so zu
treffen, daß a kleiner ist als b. in dem Basisabschnitt 11
sind Öffnungen oder Bohrungen 17 und 18 ausgebildet, um
den Meßwandler an einem Gehäuse einer Waage zu befestigen.
Der das Gewicht aufnehmende Abschnitt 16 kann mit einem
Haken 19 ausgestattet sein, der mit unterbrochener Linie
gezeichnet ist. Das umzusetzende Gewicht kann je nach
Bedarf an den Haken angehängt werden. In der Nähe der
Gelenkstelle 12 und der Gelenkstelle 14 sind Vorsprünge
20 und 21 ausgebildet, die jeweils einstückig mit dem
Basisabschnitt 11 ausgebildet sind, so daß der Hebel
10 durch kleine Abstände von dem Basisabschnitt 11 getrennt
ist.
Wenn bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die dem zu
messenden Gewicht entsprechende Kraft F auf den das Gewicht
aufnehmenden Abschnitt 16 einwirkt, wird die Kraft (b/a)F
mit Hilfe des Hebels 10 auf den Stimmgabelvibrator 1
übertragen, wenn der Hebel das Hebelverhältnis a:b
besitzt. Es wird dann durch Messen der Vibrationsfrequenz
des Vibrators 1 und der des dünnen plattenförmigen Streifens
15 wirkt oder irgendeine störende Kraft mit Ausnahme der
Meßkraft F auf irgendwelche Teile des Meßwandlers einwirkt,
wird der Stimmgabelvibrator 1 in keiner Weise beschädigt.
Wenn beispielsweise eine Kraft F′ mit einer unerwünschten
Komponente in einr Richtung X parallel zu einer Ebene des
Basisabschnitts auf den das Gewicht aufnehmenden Abschnitt
16 einwirkt, so wird auch diese X-Komponente auf den Hebel
10 einwirken und eine seitliche Kraft auf die Hebelgelenkstelle
13 ausüben. Da jedoch der Hebel 10 in
Längsrichtung schwer verformbar ist, beeinflußt die unerwünschte
Kraftkomponente den Stimmgabelvibrator 1 nicht,
und es wird daher der Vibrationszustand des Stimmgabelvibrators
1 nicht verändert. Wenn weiter die Kraft F eine
Dreh- oder Torsionskomponente enthält, so wird diese
Komponente durch den dünnen plattenförmigen Streifen 15
absorbiert und beeinflußt somit nicht den Stimmgabelvibrator
1.
Wenn die Kraft F eine Komponente in Richtung Y senkrecht
zu dem Basisabschnitt enthält, so wird eine Drehkraft M
um eine Z-Achse erzeugt, die durch die Hebelgelenkstelle
13 verläuft. Diese Drehkraft wird durch die Hebelgelenkstelle
13 unterdrückt und der Einfluß der Drehkraft auf
den Vibrator 1 wird merklich reduziert und zwar abhängig
von den Abmessungen der Hebelgelenkstelle 13 und den
Richtungen X und Y. Es sei darauf hingewiesen, daß die
Drehkraft noch weiter dadurch reduziert werden kann, daß man
den Haken 19 auf geeignete Weise mit dem das Gewicht
aufnehmenden Abschnitt 16 verbindet.
Es soll nun im folgenden die Betriebsweise erläutert
werden für den Fall, daß eine übermäßig große Kraft, die
außerhalb des Meßbereiches liegt, aufgebracht wird. In
diesem Fall wird der Hebel 10 um die Hebelgelenkstelle
13 im Uhrzeigersinn gedreht und
gegen den Vorsprung 21 in der Nähe der Lastgelenkstelle
14 gedrückt und daher die Drehung des Hebels
10 begrenzt. Auf diese Weise läßt sich der
Stimmgabelvibrator 1 gegen eine übermäßig große Kraft wirksam
schützen. Wenn eine übermäßige große Druckkraft auf den das
Gewicht aufnehmenden Abschnitt 16 ausgeübt wird, wird
der dünne plattenförmige Streifen 15 gebogen, und es
wird somit der Stimmgabelvibrator 1 gegen die übermäßig
große Druckkraft geschützt. Selbst wenn die übermäßig
große Druckkraft direkt auf den Hebel 10 ausgeübt
wird, wird die Drehbewegung des Hebels 10 durch den
Anschlag des Hebels gegen den Vorsprung 20 nahe der
Kraftgelenkstelle 12 begrenzt. Auf diese Weise läßt sich
der Stimmgabelvibrator 1 wirksam gegenüber einer übermäßig
großen Zugkraft und Druckkraft schützen.
Der zuvor erläuterte Meßwandler kann mit Hilfe verschiedener
Verfahren in der Praxis hergestellt werden, und es
wird empfohlen, ihn aus einer einzelnen Platte mit Hilfe
einer elektrischen Entladungsdraht-Schneidemaschine herzustellen.
In diesem Fall kann der Meßwandler mit Ausnahme
der piezoelektrischen Elemente 4 a und 4 b aus einem einzigen
Material durch einen einzigen Herstellungsprozeß hergestellt
werden, und es kann daher der Herstellungsschritt
sehr einfach durchgeführt werden. Ferner werden auch keine
unterschiedlichen Eigenschaften zwischen den jeweiligen
hergestellten Einheiten eingeführt, und es tritt auch
keine innere Spannung auf, da während der Herstellung
keine Zusammenbauarbeit erforderlich ist. Daher
gibt es auch keine Hysterese oder ein allmähliches Verformen
bzw. eine Überdehnung, und es lassen sich einheitliche
Eigenschaften und ein hohes Auflösungsvermögen erzielen.
In der Praxis kann der Meßwandler aus einer Platte
hergestellt werden, die aus einer Legierung mit konstantem
Elastizitätskoeffizienten besteht, wobei nach dem Schneidvorgang
das gesamte Teil wärmebehandelt bzw. geglüht wird, so
daß irgendwelche inneren Spannungen aufgrund der Bearbeitung
vollständig beseitigt werden. Da ferner das gesamte
Teil des Meßwandlers aus einem einzigen Material hergestellt
ist, sind auch die Wärmeausdehnungskoeffizienten
der verschiedenen Abschnitte untereinander gleich, und es
wird daher auch selbst bei Temperaturschwankungen des
Hebelverhältnis b/a konstant gehalten, und ein Meßfehler
aufgrund von Temperaturveränderungen wird nicht erzeugt.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Meßwandlers
nach der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zwischen der
ersten Ausführungsform nach Fig. 1 besteht darin, daß der Hebel
10 und der Basisabschnitt 11 nicht nur an der
Hebelgelenkstelle 13 miteinander gekoppelt sind, sondern
auch nahe der Lastgelenkstelle 14, und zwar mit Hilfe
einer dünnen ringförmigen Feder 22, die einen kleinen
Federkoeffizienten hat. Es sei darauf hingewiesen, daß
die Feder 22 auch einstückig mit dem Hebel 10 und
dem Basisabschnitt 11 ausgebildet ist.
Wenn beispielsweise eine Spannkraft von 49 N auf den
Stimmgabelvibrator 1 zur Einwirkung gebracht wird, so wird
dieser um eine sehr kleine Strecke von ca. 0,01 mm gedehnt,
und sein Federkoeffizient hat somit einen ziemlich großen
Wert wie beispielsweise 4900 N/mm. Es ist einfach, den
Federkoeffizienten der Feder 22 auf einen kleinen Wert wie
beispielsweise 49 N/mm einzustellen. Unter einer solchen
Bedingung wird ca. nur 1% der zu messenden Kraft F durch
die Feder 22 absorbiert, und die verbleibende Kraft wird
wirksam auf den Stimmgabelvibrator 1 übertragen. Das Vorsehen
der Feder 22 beeinflußt daher die Messung in keiner
Weise.
Wenn bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kraft F
nicht parallel zur Achse des Stimmgabelvibrators 1 wirkt
oder eine Kraftkomponente in Y-Richtung enthält, die ein
Moment M um die Z-Achse erzeugt, so wird eine Scherkraft
in Y-Richtung auf die Feder 22 übertragen. Da jedoch die
Feder 22 einen sehr großen Widerstand gegenüber der in
Y-Richtung wirkenden Kraft hat, wird der Hebel 10
nicht um die Z-Achse verdreht, und es wird daher das
Moment M nicht auf den Stimmgabelvibrator 1 übertragen.
Auf diese Weise wird bei der Ausführungsform nach Fig. 2
nur diejenige Kraft, welche parallel zur Achse des
Stimmgabelvibrators 1 verläuft, auf diesen zur Einwirkung gebracht,
und andere unerwünschte störende Kräfte werden sämtlich
entfernt, und es wird somit eine extrem hohe Meßgenauigkeit
erhalten. Wenn weiter ein Abstand zwischen der
oberen Hälfte 22 a und einer unteren Hälfte 22 b der Feder
22 auf einen kleinen Wert eingestellt wird, so werden diese
Hälften 22 a und 22 b für den Fall, daß eine übermäßig große
Kraft zur Einwirkung gelangt, zuerst in Berührung miteinander
gebracht, und es kann somit der Stimmgabelvibrator 1
vor einer Zerstörung wirksam geschützt werden.
Fig. 3 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform des Meßwandlers
nach der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
ist die Hebelgelenkstelle 13 nicht in der
Mitte zwischen der Lastgelenkstelle 14 und der Kraftgelenkstelle
12 angeordnet, sondern ist an einer Stelle gegenüber
der Lastgelenkstelle 14 in bezug auf die Kraftgelenkstelle
12 angeordnet. Ferner ist der das Gewicht aufnehmende
Abschnitt 16 oberhalb der Lastgelenkstelle 14 vorgesehen
und mit dem Hebel 10 mit Hilfe eines dünnen
plattenförmigen Streifens 15 verbunden. Die aufgrund des
zu messenden Gewichtes erzeugte Kraft F muß daher nach oben
im Sinne des Pfeiles gerichtet sein. Ferner ist zwischen
dem Hebel 10 und dem Basisabschnitt 11 einstückig
eine Feder 23 ausgebildet, die ähnlich der Feder 22 bei
dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist. Die Feder 23 hat
eine U-förmige Gestalt, kann jedoch irgendeine gewünschte
Form oder Gestalt wie beispielsweise eine S-förmige Gestalt
haben, solange sie einen kleinen Federkoeffizienten
besitzt und einen hohen Widerstand gegen eine
Scherkraft bietet.
In Fig. 4 ist eine vierte Ausführungsform des Meßwandlers
nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die einen
größeren Widerstand gegenüber einer unerwünschten Kraft
bietet als im Falle der ersten Ausführungsform nach Fig. 1
Diese Ausführungsform umfaßt einen Parallellenker mit
einem ersten Lenker 24 mit Biegestellen 24 a und 24 b an
beiden Enden und mit einem zweiten Lenker 25 mit Biegestellen
25 a und 25 b an beiden Enden, wobei sich diese Lenker oder
Verbindungsstücke parallel zum Hebel 10 erstrecken.
Die Lenker 24 und 25 sind einerseits mit dem Basisabschnitt
11 über die Biegestellen 24 a und 25 a verbunden und sind
andererseits mit einer Verbindungsstange 26 verbunden, deren
unteres Ende mit dem das Gewicht aufnehmenden Abschnitt 16
gekoppelt ist.
Da bei dieser Ausführungsform der das Gewicht aufnehmende
Abschnitt 16 und die Verbindungsstange 26 einen festen Körper
bilden, können sie dann, wenn die Verschiebung klein ist,
nur in einer rechtwinklig zu den Lenkern 24, 25 verlaufenden
Richtung bewegt werden, d. h. also in der Richtung
parallel zur Achse des Stimmgabelvibrators 1. Selbst wenn
also eine Kraft F′ mit einer Kraftkomponente in Richtung
der X-Achse auf den das Gewicht aufnehmenden Abschnitt 16
einwirkt, wird die unerwünschte Kraftkomponente in der X-Achse
durch die Lenker 24 und 25 absorbiert und beeinflußt nicht
den dünnen plattenförmigen Streifen 15 und den Stimmgabelvibrator
1. Selbst wenn auf ähnliche Weise ein Drehmoment auf
den das Gewicht aufnehmenden Abschnitt 16 einwirkt, wird dieses
Drehmoment durch den Lenkermechanismus mit den Lenkern 24 und
25 und der Verbindungsstange 26 absorbiert, so daß also der
Stimmgabelvibrator 1 dadurch nicht beeinflußt wird. Ferner
ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Vorsprung
27 einstückig mit dem das Gewicht aufnehmenden Abschnitt 16
ausgebildet und liegt dem Basisabschnitt 11 in einem kleinen
Abstand gegenüber. Der Vorsprung 27 dient somit als Anschlag,
wenn eine übermäßig große Kraft auf den das Gewicht aufnehmenden
Abschnitt 16 einwirkt.
Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung einer
weiteren Ausführungsform des Stimmgabelvibrators nach der
vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind
Abschnitte, ähnlich denjenigen von Fig. 1, durch die
gleichen Bezugszeichen der Fig. 1 bezeichnet.
An den mittleren Bereichen eines
Paares von Vibratorschenkeln 1 a und 1 b sind einstückig
zylinderförmige Abgleichgewichte 28 a bzw. 28 b ausgebildet.
Es ist wichtig, daß die Abgleichgewichte 28 a und 28 b in
der axialen Richtung der Stimmgabel 1 kleine Abmaße aufweisen,
so daß die Abgleichgewichte irgendeine gewünschte
Gestalt außer einer zylinderischen Gestalt haben können.
Wenn die Ablgeichgewichte 28 a und 28 b an den mittleren
Stellen der Vibratorschenkel 1 a und 1 b vorgesehen sind,
so wird, obwohl die Eigenfrequenz der Stimmgabel 1 abgesenkt
wird, kein unerwünschter Einfluß mehr auf die Stimmgabel
1 zur Einwirkung kommen, da die mittlere Stelle einer
Schleife bzw. dem Bauch einer Schwingung oder Vibration
entspricht. Wenn die Eigenfrequenzen der Vibratorschenkel
1 a und 1 b voneinander abweichen sollten, so wird
das Abgleichgewicht 28 a oder 28 b an dem Schenkel
welcher die niedrigere Vibrationsfrequenz hat,
in einem solchen Ausmaß herausgeschnitten, daß seine Vibrationsfrequenz
gleich wird mit der höheren Vibrationsfrequenz
des anderen Schenkels. Wenn ferner die Vibrationsarten
der Vibratorschenkel 1 a und 1 b nicht gleich sind, so können sie gleich
gemacht werden, indem man von einem oder von beiden der
Abgleichgewichte 28 a und 28 b etwas abschneidet. Auf diese
Weise können die Vibrationseigenschaften der Vibratorschenkel
1 a und 1 b in einer sehr genauen Weise gleichgemacht
werden, und es lassen sich somit genaue symmetrische
Vibrationen mit keinerlei Phasendifferenz erhalten. Als
Ergebnis wird der Wert Q groß gemacht, und es entstehen
auch keine Leckverluste der Vibrationsenergie der
Stimmgabel 1. Es läßt sich ferner der Einfluß einer externen
Vibration vermeiden und nur die Kraft sehr genau auf die
Stimmgabel 1 übertragen, die sich aufgrund des zu messenden
Gewichtes ergibt. Es wird daher die Vibrationsfrequenz
der Stimmgabel 1 nur durch das angehängte oder aufgesetzte
Gewicht bestimmt, so daß das Gewicht auf sehr genaue
Weise gemessen werden kann.
Wie vorangegangen im einzelnen erläutert wurde, ist bei dem
Meßwandler nach der vorliegenden Erfindung der Stimmgabelvibrator
einstückig mit dem Basisabschnitt und dem Hebel
ausgebildet, und es kann jegliche unerwünschte
störende Kraft ausgeschaltet oder beseitigt werden, so daß
sich dadurch eine ausgezeichnete Umsetzgenauigkeit erreichen
läßt. Da darüber hinaus die gesamten Teile einstückig
ausgebildet sind, läßt sich der Herstellungsprozeß sehr
einfach durchführen, da dabei keine Zusammenbauarbeit
erforderlich ist.
Claims (8)
1. Meßwandler zur Umsetzung eines Gewichtes in eine
Frequenz, umfassend
einen Stimmgabelvibrator (1) mit zwei parallelen länglichen, plattenförmigen Vibratorschenkeln (1 a, 1 b) und zwei Brückenabschnitten (2 a, 2 b), die die beiden Vibratorschenkel an ihren beiden Enden miteinander verbinden, wobei die Eigenfrequenz des Stimmgabelvibrators (1) sich abhängig von der Kraft ändert, welcher der Stimmgabelvibrator (1) in axialer Richtung ausgesetzt ist,
eine Hebeleinheit (10) mit einer Kraftgelenkstelle (12), einer Lastgelenkstelle (14) und einer Hebelgelenkstelle (13),
ein Basisabschnitt (11), mit welchem die Hebeleinheit (10) über die Hebelgelenkstelle verbunden ist,
einen ersten plattenförmigen Abschnitt (3 a) zwischen einem der Brückenabschnitte (2 a) und der Kraftgelenkstelle (12) der Hebeleinheit,
einen zweiten plattenförmigen Abschnitt (3 b) zwischen dem anderen Brückenabschnitt (2 b) und dem Basisabschnitt (11), und
einen das Gewicht aufnehmenden Teil, an den das Gewicht angehängt wird oder auf den das Gewicht aufgelegt wird
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hebeleinheit (10) ein Hebel ist, dessen Kraftgelenkstelle (12), Lastgelenkstelle (14) und Hebelgelenkstelle (13) längs dem Hebel zu verschiedenen Stellen angeordnet sind
daß ein dritter plattenförmiger Abschnitt (15) die Lastgelenkstelle (14) mit dem das Gewicht aufnehmenden Teil (16) verbindet und so dünn ist, daß Drehkomponenten der eingeleiteten Kraft absorbiert werden, und
daß der Stimmgabelvibrator (1), der Hebel (10), der Basisabschnitt (11), der erste, der zweite und der dritte dünne plattenförmige Abschnitt (3 a, 3 b, 15) gemeinsam aus einer einzigen Platte ausgeschnitten sind.
einen Stimmgabelvibrator (1) mit zwei parallelen länglichen, plattenförmigen Vibratorschenkeln (1 a, 1 b) und zwei Brückenabschnitten (2 a, 2 b), die die beiden Vibratorschenkel an ihren beiden Enden miteinander verbinden, wobei die Eigenfrequenz des Stimmgabelvibrators (1) sich abhängig von der Kraft ändert, welcher der Stimmgabelvibrator (1) in axialer Richtung ausgesetzt ist,
eine Hebeleinheit (10) mit einer Kraftgelenkstelle (12), einer Lastgelenkstelle (14) und einer Hebelgelenkstelle (13),
ein Basisabschnitt (11), mit welchem die Hebeleinheit (10) über die Hebelgelenkstelle verbunden ist,
einen ersten plattenförmigen Abschnitt (3 a) zwischen einem der Brückenabschnitte (2 a) und der Kraftgelenkstelle (12) der Hebeleinheit,
einen zweiten plattenförmigen Abschnitt (3 b) zwischen dem anderen Brückenabschnitt (2 b) und dem Basisabschnitt (11), und
einen das Gewicht aufnehmenden Teil, an den das Gewicht angehängt wird oder auf den das Gewicht aufgelegt wird
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hebeleinheit (10) ein Hebel ist, dessen Kraftgelenkstelle (12), Lastgelenkstelle (14) und Hebelgelenkstelle (13) längs dem Hebel zu verschiedenen Stellen angeordnet sind
daß ein dritter plattenförmiger Abschnitt (15) die Lastgelenkstelle (14) mit dem das Gewicht aufnehmenden Teil (16) verbindet und so dünn ist, daß Drehkomponenten der eingeleiteten Kraft absorbiert werden, und
daß der Stimmgabelvibrator (1), der Hebel (10), der Basisabschnitt (11), der erste, der zweite und der dritte dünne plattenförmige Abschnitt (3 a, 3 b, 15) gemeinsam aus einer einzigen Platte ausgeschnitten sind.
2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Hebel (10) ein Endabschnitt
(21) des Basisabschnitts (11) nahe der Lastgelenkstelle
(14) mit kleinem Abstand derart gegenüberliegt, daß
dann, wenn ein übermäßig großes Gewicht auf die Lastgelenkstelle
(14) einwirkt, die Bewegung des Hebels (10)
durch den Endabschnitt (21) begrenzt wird.
3. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hebel (10) einem Endabschnitt
(20) des Basisabschnitts (11) nahe der Kraftgelenkstelle
(12) mit einem kleinen Abstand gegenüberliegt,
derart, daß dann, wenn eine übermäßig große Druckkraft auf
die Hebeleinheit (10) einwirkt, die Bewegung des Hebels
(10) durch den Endabschnitt (20) begrenzt wird.
4. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hebel (10) und der Basisabschnitt
(11) nahe der Lastgelenkstelle (14) durch eine
flache Druckfeder (22) miteinander gekoppelt sind, wobei
diese Druckfeder einen kleinen Federkoeffizienten besitzt
und einstückig mit diesen Abschnitten ausgebildet ist.
5. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Paar von parallel verlaufenden
Lenkern (24, 25) mit Biegestellen (24 a, 24 b, 25 a, 25 b) an
beiden Enden vorgesehen sind, daß eine Seite der Lenker
(24, 25) mit dem Basisabschnitt (11) und die andere Seite
mit einer Verbindungsstange (26) verbunden ist, die mit
dem das Gewicht aufnehmenden Teil (16) gekoppelt ist,
und daß die Bewegung des das Gewicht aufnehmenden
Teils (16) auf eine Richtung parallel zur axialen
Richtung des Stimmgabelvibrators (1) begrenzt ist.
6. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kraftgelenkstelle (12) zwischen
der Hebelgelenkstelle (13) und der Lastgelenkstelle
(14) gelegen ist und daß der das Gewicht aufnehmende
Teil (16) oberhalb der Lastgelenkstelle (14) angeordnet
ist.
7. Meßwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Ende des Hebels (10),
welches hinsichtlich der Hebelgelenkstelle (13) der
Kraftgelenkstelle (12) gegenüberliegt, mit dem Basisabschnitt
(11) über eine flache Feder (23) gekoppelt ist, die einstückig
mit diesem ausgebildet ist.
8. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils ein Abgleichgewicht (28 a, 28 b)
einstückig mit den Vibratorschenkeln (1 a, 1 b)
an deren mittleren Stellen ausgebildet ist.
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