DE69711992T2

DE69711992T2 - Thermogravimetrische Vorrichtung

Info

Publication number: DE69711992T2
Application number: DE69711992T
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Nakamura; Haruo Takeda
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 2002-09-05
Anticipated expiration: 2017-07-30
Also published as: JPH1038785A; US6057516A; EP0822393B1; JP3581493B2; EP0822393A2; DE69711992D1; EP0822393A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein thermogravimetrisches Instrument für die Messung von Änderungen des Gewichts einer Probe, die durch Temperaturänderungen hervorgerufen werden.
Eine Differential-Thermowaage mit einem horizontal angeordneten Wiegebalken, die als ein herkömmliches Instrument dieser Art erhältlich ist, ist beschrieben in der Patentveröffentlichung Nr. 4654/1987, entsprechend JP 58072033A (frühere Literatur). Bei diesem Instrument ist ein Probenhalter zum Halten sowohl einer Probe als auch eines Probenbehälters von einem Gelenk beabstandet, welches seinerseits die Waage horizontal und in einer kippbaren Weise hält. Obwohl in der früheren Literatur nicht erwähnt, bewirkt ein als Gelenk für den Wiegebalken montierter Torsionsdraht das Aufhängen des Gewichts des Wiegebalkens und erzeugt ein Drehmoment innerhalb einer Ebene vertikal zur Achse aufgrund einer sehr kleinen Torsionssteifigkeit, um leichte Änderungen des Gewichts der Probe zu erfassen.
Wenn bei diesem Instrument die Probe überkocht oder der Probenbehälter schmilzt und am Balken haftet, um somit das Instrument unbrauchbar zu machen, ist es erforderlich, den Wiegebalken abzunehmen. In diesem Fall wird der Wiegebalken durch einen neuen ersetzt, indem der alte Wiegebalken an der Position eines Verbindungsabschnitts an der Mittelposition des Wiegebalkens abgenommen wird. Der Verbindungsabschnitt erlaubt die Montage eines Probenhalterseite-Wiegebalkens. Der alte Wiegebalken wird am Ort des Verbindungsabschnitts abgenommen. Anschließend wird der alte Wiegebalken durch einen neuen ersetzt.
Wenn der Wiegebalken abgenommen werden soll, kann auch das folgende Verfahren verwendet werden. Ein Teil des Wiegebalkens wird mit einer Klammer oder dergleichen verankert, um die Ausübung irgendeiner Last auf das Gelenk zu verhindern. Der Wiegebalken wird anschließend vom Verbindungsabschnitt getrennt. Anschließend wird der Wiegebalken abgenommen.
Mit der obenerwähnten Konfiguration ergeben sich folgende Probleme, wenn der Wiegebalken abgenommen wird.
Um die Gewichtsempfindlichkeit der Waage zu verbessern, sind der obenbeschriebene Wiegebalken und der Torsionsdraht so konstruiert, daß das Gewicht des Wiegebalkens minimiert wird und die Torsionssteifigkeit des Torsionsdrahtes minimiert wird. Obwohl die mechanische Steifigkeit des Torsionsdrahtes reduziert ist, um die Gewichtsempfindlichkeit der Waage zu verbessern, muß die mechanische Steifigkeit hoch genug sein, um mechanischen Belastungen standzuhalten, die während des Austauschs des Probenbehälters am Probenbehälter oder während normaler Meßoperationen auftreten. Das heißt, der Torsionsdraht sollte fest genug sein, um mechanischen Belastungen standzuhalten, die auftreten, wenn normale Meßoperationen durchgeführt werden.
Um die Probenbehälterseite des obenbeschriebenen Wiegebalkens austauschbar zu machen, wird der Verbindungsabschnitt am Wiegebalken montiert, gedrückt, gezogen, gedreht oder anderweitig betätigt, um ein Abnehmen zu ermöglichen. Wenn der Wiegebalken am Ort des Verbindungsabschnitts abgenommen wird, wird eine mechanische Last auf den Torsionsdraht ausgeübt, der als Gelenk des Wiegebalkens dient. Diese mechanische Last muß groß genug sein, um das Abnehmen zu ermöglichen. Die minimale Kraft, die zum Abnehmen erforderlich ist, ist eine externe Kraft, die benötigt wird, um den Wiegebalken aus einem stationären Zustand, in dem der Verbindungsabschnitt mit dem Wiegebalken verbunden ist, in einen getrennten Zustand überzuführen, in welchem der Verbindungsabschnitt vom Wiegebalken getrennt ist. Die obenbeschriebene minimale Kraft ist ausreichend größer als die mechanischen Belastungen, die auf den Torsionsdraht während normaler Operationen ausgeübt werden, da ein Lösen des Verbindungsabschnitts während normaler Operationen, wie z. B. dem Austausch des Probenbehälters, vermieden werden sollte.
Wenn dementsprechend der obenbeschriebene Wiegebalken abgenommen wird, überschreitet die auf den Torsionsdraht ausgeübte mechanische Last die Festigkeit des Torsionsdrahtes, der mit einer geeigneten Festigkeit hergestellt worden ist, wodurch unerwünschte Ergebnisse hervorgerufen werden.
Um eine Beschädigung des Torsionsdrahtes zu verhindern, ist es erforderlich, die Festigkeit bis zu einem Niveau zu erhöhen, mit dem der Draht der maximalen Kraft standhalten kann, die für das Abnehmen erforderlich ist. Wenn die Festigkeit erhöht wird, wird die Wiegeempfindlichkeit deutlich beeinträchtigt, wodurch die Leistungsfähigkeit des Instruments beeinflußt wird.
In einer bestimmten Struktur ist die Bewegung des Wiegebalkens eingeschränkt durch Klemmen oder anderweitiges Halten eines Abschnitts, der näher am Gelenk der Waage liegt als der Verbindungsabschnitt des Wiegebalkens. Somit wird verhindert, daß die während des Abnehmens des Wiegebalkens ausgeübte Last auf das Gelenk der Waage übertragen wird.
In diesem Fall muß jedoch die Klammer während der normalen Messung abgenommen werden. Immer wenn der Wiegebalken ausgetauscht wird, muß der Balken festgeklemmt werden, was eine unbequeme Situation hervorruft.
Wenn der Probenhalter und der Wiegebalken irrtümlich abgenommen werden, ohne sie festzuklemmen oder anderweitig den Wiegebalken zu halten, wird eine große mechanische Last auf den Torsionsdraht ausgeübt, der als Gelenk des Wiegebalkens montiert ist. Es besteht die Gefahr eines Bruchs oder einer Beschädigung.
Wenn die relative Positionsbeziehung zwischen dem Wiegebalken und der Halteklammer aus irgendwelchen Gründen abweicht, unterscheidet sich die Position des Wiegebalkens vor und nach der Klemmoperation. Die Klemmoperation übt eine große mechanische Last auf den Torsionsdraht des Gelenkabschnitts des Wiegebalkens aus, mit unerwünschten Ergebnissen.
Sowohl CH 463137A als auch DE 1902192A offenbaren Wiegebalken, die einen Magneten und eine mit dem Magneten wechselwirkende Ansteuerspule umfassen, wobei die Spule mittels eines Torsionsdrahts gehalten wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mechanismus zu schaffen, der die Ausübung einer großen mechanischen Last auf einen Torsionsdraht verhindert, ohne die Festigkeit des als das Gelenk einer Waage wirkenden Torsionsdrahtes zu erhöhen, ohne die Gewichtsempfindlichkeit der Waage zu verringern, und ohne irgendwelche speziellen Klemmoperationen während des Austauschs des Wiegebalkens durchzuführen. Das heißt, die relative Bewegung zwischen dem unterstützten Abschnitt des Torsionsdrahtes und dem Wiegebalken ist beschränkt auf ein vorgeschriebenes Maß, um den Torsionsdraht an einer Verformung über seinen Elastizitätsbereich hinaus zu hindern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um die vorangehenden Probleme zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung ein thermogravimetrisches Instrument, das umfaßt:
eine Wiegebalken-Baueinheit;
einen Torsionsdraht, der als ein Gelenk für die Wiegebalken-Baueinheit montiert ist; und
einen stationären Abschnitt, der ein Wiegemittel enthält zum Festhalten des Torsionsdrahtes, dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument ferner umfaßt:
ein Anschlagmittel zum Begrenzen der relativen Bewegung zwischen dem Wiegemittel und der Wiegebalken-Baueinheit, wobei das Anschlagmittel ein erstes Anschlagelement, das am stationären Abschnitt montiert ist, und ein zweites Anschlagelement, das an der Wiegebalken-Baueinheit montiert ist, umfaßt und wobei das erste und das zweite Anschlagelement dazwischen einen Spalt definieren, und wobei eines der ersten und zweiten Anschlagelemente eine Öffnung definiert und das andere der ersten und zweiten Anschlagelemente einen Abschnitt aufweist, der sich durch die Öffnung erstreckt.
In einem spezifischeren Aspekt kann dieses thermogravimetrische Instrument umfassen:
die horizontal angeordnete Wiegebalken-Baueinheit;
einen Probenhalter, auf dem ein Probenbehälter plaziert wird und der an einem Ende der Wiegebalken-Baueinheit angeordnet ist;
den Torsionsdraht, der als Gelenk montiert ist und mit dem anderen Ende verbunden ist;
einen Verbindungsabschnitt, der zwischen dem Gelenk und dem Probenhalter montiert ist, wobei die Wiegebalken-Baueinheit eine Probenbehälterseite aufweist, die abnehmbar am Verbindungsabschnitt angebracht ist; und
einen oder mehrere Sätze von Anschlagmechanismen zum Begrenzen der relativen Bewegung zwischen dem unterstützten Abschnitt des Torsionsdrahtes und dem Wiegebalken auf ein vorgeschriebenes Maß, um eine Kraft zu begrenzen, die auf den Torsionsdraht, der als Gelenk dient, während des Abnehmens des Wiegebalkens ausgeübt wird.
Am Waagenabschnitt des thermogravimetrischen Instruments, das mit dem neuartigen Mechanismus wie oben beschrieben konstruiert ist, bewegt sich der Wiegebalken während normaler thermogravimetrischer Messungen nur über geringe Strecken, wobei die Strecken innerhalb des vorgeschriebenen Maßes der Anschlagmittel liegen. Somit kann die Messung unabhängig von den Anschlagmechanismen ausgeführt werden.
Wenn der Wiegebalken abgenommen wird, muß der Wiegebalken gezogen, geschoben oder anderweitig betätigt werden, wobei der Wiegebalken sich über eine große Strecke bewegt. Die Bewegung um das Gelenk ist jedoch auf das vorgeschriebene Maß beschränkt und liegt innerhalb des Elastizitätsbereiches. Somit wird keine große Last auf den Torsionsdraht am Gelenk der Waage ausgeübt. Somit kann der Draht vor einer Beschädigung bewahrt werden.
Auf diese Weise schafft die Erfindung einen Mechanismus zum Schützen des Torsionsdrahtes und erfordert keine Klemmoperation oder dergleichen während des Austauschs des Wiegebalkens. Der Mechanismus kann thermogravimetrische Messungen im Takt durchführen. Ferner können der Probenhalter und der Wiegebalken unbeschädigt abgenommen werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer Ausführungsform eines thermogravimetrischen Instruments zeigt, das ein Beispiel der Erfindung darstellt;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Gelenkabschnitts des Wiegebalkens des in Fig. 1 gezeigten Beispiels;
Fig. 3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem mehrere Anschlagmechanismen montiert sind, um eine verbesserte Anschlagfunktion zu schaffen; und
Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines Anschlagmechanismus, der so abgeändert ist, daß die Anschlagmechanismen auf jede Kraft wirken, die aus irgendeiner Richtung auf einen Wiegebalken ausgeübt wird; Fig. 4a ist eine perspektivische Ansicht des Anschlagmechanismus; und Fig. 4b ist eine Querschnittsansicht des Anschlagmechanismus.

Genaue Beschreibung

Im folgenden werden Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben. Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die die Konfiguration einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die das Gelenk der Ausführungsform genauer zeigt.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Wiegebalken 1 horizontal angeordnet und mit einem Probenhalter 9 an seinem einen Ende versehen. Eine (nicht gezeigte) Probe ist auf diesem Halter 9 angeordnet. Eine Wiegebalken-Gelenkträger 2 ist an einem Waagesystem-Montageabschnitt (nicht gezeigt) montiert und hält das Gelenk des Wiegebalkens 1. Der Waagesystem-Montageabschnitt ist fixiert. Der Wiegebalken 1 ist durch einen Torsionsdraht 3 unterstützt, der seinerseits fest am Wiegebalkengelenkabschnitt 2 montiert ist. Der Wiegebalken 1 kann um den Torsionsdraht 3 oder eine Achse rotieren. Dieser Torsionsdraht 3 bewirkt eine Aufhängung des Gewichts des Wiegebalkens 1 und die Erzeugung eines Drehmoments innerhalb einer Ebene vertikal zur Achse aufgrund einer geringen Torsionssteifigkeit, um geringe Änderungen des Gewichts der Probe zu erfassen.
Eine Spule 7 ist fest an der Gelenkposition des Torsionsdrahtes 3 angebracht. Eine Metallplatte 5 ist mit der Spule 7 verklebt oder anderweitig verbunden, so daß sie sich in Richtung zum Wiegebalken 1 erstreckt. Der Wiegebalken 1 ist mit der Metallplatte 5 verklebt, verschweißt oder anderweitig verbunden. Das heißt, der Wiegebalken 1, die Metallplatte 5 und die Spule 7 sind aneinander befestigt, um eine Unterbaueinheit zu bilden, die um den Torsionsdraht 3 rotiert. In dieser Ausführungsform umklammert die Spule 7 einen Spulenkörper, um den die Spule gewickelt ist.
Ein Magnet 6 ist ein Permanentmagnet, der am Waagesystem-Montageabschnitt fixiert ist, um mit der Spule 7 elektromagnetisch in Wechselwirkung zu treten, um den Kippwinkel bezüglich des Wiegebalkens 1, d. h. bezüglich der Achse des Torsionsdrahtes 3, einzustellen. Wenn ein elektrischer Strom, der mittels einer (nicht gezeigten) Rückkopplungsschaltung eingestellt wird, der Spule 7 zugeführt wird, erzeugt die elektromagnetische Wechselwirkung mit dem Magneten ein Moment, das den Wiegebalken 1 um den Torsionsdraht 3 dreht, der ein Gelenk darstellt. Das heißt, die Spule 7 treibt den Wiegebalken 1 an. Ein Wiegebalkenwinkeldetektor 8 ist an einer leichten Balkenstange 20 befestigt, die an der Spule 7 oder dem Gelenk des Wiegebalkens befestigt ist. Die Balkenstange 20 ist auf der bezüglich des Wiegebalkens 1 gegenüberliegenden Seite des Torsionsdrahtes 3 angeordnet. Der Wiegebalken 1, der Torsionsdraht 3 und die Balkenstange 20 bilden gemeinsam eine sogenannte Waage. Der Wiegebalkenwinkeldetektor 8 erfaßt den Kippwinkel des Wiegebalkens 1 unter Verwendung eines Photosensors oder dergleichen. In einem Gleichgewichtszustand sind normalerweise das Drehmoment, das dem Gewicht des gesamten Wiegebalkens einschließlich des Probengewichts zugeordnet ist, die Torsionssteifigkeit des Torsionsdrahtes 3 und die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Magneten 6 und der Spule 7 im Gleichgewicht. Der Wiegebalken 1 ist horizontal angeordnet.
Das Waagesystem wird durch den im folgenden beschriebenen Mechanismus gesteuert. Die Probe wird durch einen Heizofen 13 aufgeheizt, der um die Probe montiert ist. Wenn das Gewicht dieser Probe ansteigt oder abnimmt, weicht die Winkelposition des Wiegebalkens 1 etwas von der Horizontalen ab. Dementsprechend wird ein Signal vom Wiegebalkenwinkeldetektor 8 zur Rückkopplungsschaltung gesendet. Der durch die Spule 7 fließende Strom wird unmittelbar angepaßt, wodurch der Wiegebalken 1 in die Horizontale zurückkehrt. Das heißt, die Position wird mittels eines Null- Verfahrens geregelt. Die resultierende Änderung des elektrischen Stroms wird in eine Gewichtsänderung der Probe umgesetzt. Die Wiegebalkenposition wird kontinuierlich geregelt und aufgezeichnet. Auf diese Weise wird eine thermogravimetrische Kurve erhalten.
Der Torsionsdraht 3 ist das Gelenk des Wiegebalkens 1 und dient zum Unterstützen des Balkens. Der Draht weist eine sehr kleine Steifigkeit gegen eine Torsionskraft innerhalb einer Ebene vertikal zur Achse auf. Die Größe der Torsionssteifigkeit ist groß genug, um Messungen im Mikrogrammbereich mit der Empfindlichkeit des Gewichts der Waage durchzuführen. Die Obergrenze der Torsionssteifigkeit wird bestimmt durch den festgesetzten Wert der Gewichtsempfindlichkeit. Der optimale Wert sorgt für die minimale Festigkeit des Torsionsdrahtes, die den mechanischen Belastungen standhält, die während normaler Meßoperationen auftreten.
Jeder zylindrische, metallische fixierte Anschlag 4 ist am Waagesystem- Montageabschnitt montiert, welcher ein festes Element ist. Mit dem Waagesystem-Montageabschnitt ist ein Abschnitt bezeichnet, der sich während der Messung relativ zum Wiegebalken 1 und dergleichen nicht bewegt. Der feste Anschlag 4 wird in einer festen Beziehung zum Waagesystem-Montageabschnitt gehalten. Der Anschlag 4 ist vorzugsweise nahe am Torsionsdraht oder dem Gelenk angeordnet, so daß eine Drehbewegung des Wiegebalkens um den Torsionsdraht 3 innerhalb einer Ebene vertikal zur Achse nicht beeinflußt wird, und die Horizontalbewegung während der Verschiebung des Wiegebalkens beschränkt werden kann. In der dargestellten Ausführungsform ist der Anschlag 4 mit dem Magneten 6 nahe am Gelenk des Wiegebalkens mittels Kleber, mittels einer Schraube oder mit einem anderen Verfahren verbunden.
Die Metallplatte 5 ist im wesentlichen in der Mitte mit einer runden Bohrung 5a versehen, so daß der feste Anschlag 4 mit einem Spalt in die Platte 5 eingesetzt werden kann. Der Spalt zwischen der Bohrung 5a in der Metallplatte 5 und dem festen Anschlag 4 beschränkt die relative Bewegung zwischen dem Wiegebalken 1 und dem festen Anschlag 4 auf ein vorgeschriebenes Maß. Das heißt, die Metallplatte 5 dient als ein Anschlag, der die Bewegung des Wiegebalkens 1 arretiert. Genauer ist das Spiel zwischen diesem so eingestellt, daß sie während der normalen Steuerung der Waage nicht stören und die Beschädigung des Torsionsdrahtes 3 während des Austauschs des Wiegebalkens verhindern. In der dargestellten Ausführungsform beträgt das Spiel 1 mm. In der Ausführungsform ist die Metallplatte 5 ursprünglich montiert worden, um die Spule 7 und den Wiegebalken 1 zu integrieren. Wenn eine Funktion des Stoppens des festen Anschlags 4 auf die Metallplatte 5 ausgeübt wird, wird das Gewicht des gesamten Wiegebalkens nicht erhöht. Vielmehr kann dieses reduziert werden. Ferner kann eine Zunahme des Gewichtsempfindlichkeit verhindert werden. Der Anschlagmechanismus der Erfindung beeinflußt keineswegs die Bewegung des Wiegebalkens während einer normalen Messung und erlaubt den Austausch des Wiegebalkens.
Es ist wichtig, daß der Anschlagmechanismus so geformt ist, daß ein Raum zwischen beiden Elementen ausgebildet ist, der kleiner ist als das vorgeschriebene Maß. In der dargestellten Ausführungsform sind ein Zylinder und eine kreisförmige Bohrung vorhanden. Selbstverständlich ist die Funktion des Anschlagmechanismus sichergestellt, wenn seine Rolle in der Ausführungsform geändert wird. Ferner stellen die Anschlagmechanismen der Erfindung keine Probleme dar, wenn sie nicht kreisförmig ausgebildet sind, solange die Vorteile der Erfindung erreicht werden können. Zum Beispiel können sie verschiedene Formen annehmen, entsprechend dem später beschriebenen Zweck.
Ferner ist das Material nicht auf Metalle beschränkt, wenn eine ausreichende Festigkeit erreicht wird. Der Probenhalter 9 ist am vorderen Ende des Wiegebalkens 1 montiert, um die Probe zu halten. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Thermoelement für die Messung der Probentemperatur unmittelbar unter den Probenhalter 9 geschweißt, wobei Leitungsdrähte vom Thermoelement durch den Wiegebalken 1 geführt sind und mit einer Erfassungsschaltung verbunden sind.
Ein Verbindungsabschnitt 10 auf der Seite des Probenhalters und ein Verbindungsabschnitt 11 auf der Seite des Gelenks der Waage sind um die Mitte des Wiegebalkens 1 angeordnet und befinden sich näher am Probenhalter 9 als an der Metallplatte 5. Das heißt, der Wiegebalken 1 kann unterteilt sein. Jeder Verbindungsabschnitt besitzt einen mechanischen Verbindungsabschnitt und einen elektrischen Verbindungsabschnitt. Diese können leicht eingesetzt und zurückgezogen werden, da sie ähnlich einer Buchse konfiguriert sind. Ferner weisen sie ein geringes Gewicht auf. Die mechanische Verbindung dient zum Integrieren des Wiegebalkens 1. Die elektrische Verbindung dient zum Übertragen eines Signals, das die Probentemperatur anzeigt und eine elektromotorische Kraft widerspiegelt, die vom Thermoelement erzeugt wird. In der dargestellten Ausführungsform sind als mechanische Verbindung Röhren aus rostfreiem Stahl, die sich längs der Achse des Wiegebalkens 1 erstrecken, an kleinen Basisbrettern der Verbindungsabschnitte 10 und 11 auf der Seite des Probenhalters und auf der Seite des Gelenks der Waage angebracht. Der Außendurchmesser einer der rostfreien Stahlröhren stimmt mit dem Innendurchmesser der anderen überein, so daß sie ineinander eingesetzt sind. Sie bestimmen die Achse des Wiegebalkens und verhindern ein Zittern der Achse. Als elektrische Verbindung sind ferner Paare von kleinen metallischen Buchsen und Stiften an den Verbindungsabschnitten befestigt, um elektrische Signale weiterzuleiten. Die Buchsen und Stifte halten gleichzeitig mechanisch den Wiegebalken in Axialrichtung.
Beim Instrument der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird eine Operation zum Austauschen des Wiegebalkens in der folgenden Weise bewerkstelligt. Wenn die Probe versehentlich den Probenhalter 9 verunreinigt, oder wenn die Probe und der Behälter verschweißen und den Halter 9 unbrauchbar machen, wird zuerst der Probenhalterseite-Verbindungsabschnitt 10 am Wiegebalken abgenommen. Er wird durch einen Wiegebalken ersetzt, der mit einem neuen Probenhalter ausgestattet ist. In der dargestellten Ausführungsform sind die Verbindungsabschnitte 10 und 11 aus Buchsen hergestellt, die parallel zum Wiegebalken verlaufen. Der vordere Endabschnitt des Wiegebalkens wird horizontal nach links gezogen, wie in Fig. 1 gezeigt, so daß der Balken abgenommen wird. Der Balken wird nach rechts gedrückt und kann somit leicht montiert werden. Wenn der Balken herausgezogen wird, bewegt sich der gesamte Wiegebalken etwa um 1 mm. Der Anschlagmechanismus verhindert jedoch eine weitere Bewegung. Der Balken wird weiter nach links gezogen. Als Ergebnis kann der Balken abgenommen werden, ohne eine große Last auf den Gelenktorsionsdraht 3 auszuüben. Wenn der Wiegebalken 1, der mit einem neuen Probenhalter 9 ausgerüstet ist, hineingedrückt wird, kann der Balken montiert werden, ohne irgendeine mechanische Last auf den Torsionsdraht 3 auszuüben, aus den gleichen Gründen wie oben.
Ferner kann der Anschlagmechanismus erregt werden, mit Ausnahme während des Austauschs des Wiegebalkens. Wenn z. B. der Probenbehälter ausgetauscht wird, werden Zangen oder dergleichen veranlaßt, den Wiegebalken zu festzuhalten. Eine Kraft, die größer ist als diejenige während der normalen Operation, wird auf den Wiegebalken ausgeübt. Selbst in diesem Fall ist die Bewegung des Wiegebalkens am Gelenk beschränkt. Eine mechanische Last vom Wiegebalken wird durch den Anschlagmechanismus absorbiert. Somit wird der Torsionsdraht 3 kaum beeinflußt.
Figur. 3 zeigt ein Beispiel, in welchem mehrere Anschlagmechanismen montiert sind, um eine verbesserte Anschlagfunktion zu erhalten. Wenn wie in Fig. 1 gezeigt zwei Anschlagmechanismen verwendet werden, entsteht dann, wenn eine große externe, nach oben gerichtete Kraft auf den Wiegebalken 1 ausgeübt wird, wie sie auftritt, wenn Zangen auf den Wiegebalken fallengelassen werden, die Möglichkeit, daß eine Last von der Umgebung des Probenhalters 9 auf den Torsionsdraht 3 ausgeübt wird, wobei der Anschlag als Drehpunkt dient. In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform werden mehrere Sätze von Anschlagmechanismen entweder am Wiegebalken 1 oder an beliebigen Positionen von Abschnitten verwendet, die am Wiegebalken oder am Gelenk des Wiegebalkens befestigt sind. Der Torsionsdraht 3 kann vor einer Beschädigung bewahrt werden durch Konstruieren des Waagenabschnitts derart, daß einige Anschlagmechanismen als ein Drehpunkt dienen und irgendwelche anderen Anschlagmechanismen als Beaufschlagungspunkt dienen. Im Beispiel der Fig. 3 sind zwei Sätze von Anschlagmechanismen montiert, die in der Position und Struktur bezüglich des Gelenks der Waage symmetrisch sind.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel des Anschlagmechanismus, der gegen Kräfte wirkt, die auf den Wiegebalken aus irgendeiner Richtung ausgeübt werden. Die relative Bewegung zwischen dem unterstützten Abschnitt des Torsionsdrahtes 3 am Gelenk des Wiegebalkens und dem Wiegebalken 1 wird durch den Anschlagmechanismus auf ein endliches Maß beschränkt. Der Bereich der relativen Bewegung ist beschränkt durch einen dreidimensionalen Raum, der zwischen dem festen Anschlag 4 und dem Anschlag 5 auf der Seite der Waage erzeugt wird. Wenn der Anschlagmechanismus als eine dreidimensionale Form ausgebildet ist, wird die Anschlagwirkung in der Richtung einer Ebene vertikal zum Torsionsdraht 3 und in Axialrichtung des Drahtes erzeugt. Somit wird die Anschlagwirkung in jeder Richtung von drei Dimensionen erzeugt. Dies kann die Möglichkeit einer Beschädigung des Torsionsdrahtes weiter reduzieren.
Wie bisher beschrieben worden ist, schafft diese Erfindung ein thermogravimetrisches Instrument, das einen horizontal angeordneten Wiegebalken, einen als Gelenk für den Wiegebalken montierten Torsionsdraht und einen Anschlagmechanismus zum Begrenzen einer relativen Bewegung zwischen dem festen Abschnitt des Torsionsdrahtes und dem Wiegebalken auf ein vorgeschriebenes Maß umfaßt. Irgendeine Operation zum Anregen der Anschlagfunktion während eines Austauschs des Wiegebalkens ist nicht erforderlich. Die thermogravimetrische Messung und das Abnehmen des Probenhalters und des Wiegebalkens können unbeschadet durchgeführt werden.
Der Anschlagmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner später zum thermogravimetrischen Instrument eines Horizontaltyps, das keinen Anschlagmechanismus aufweist, hinzugefügt werden, ohne die Gewichtsempfindlichkeit der Waage zu beeinflussen. Wenn irgendeine große Kraft auf den Wiegebalken aus einer unerwarteten Richtung ausgeübt wird, verhindern mehrere Anschlagmechanismen zum Beschränken der Bewegung in drei Richtungen eine Beschädigung des Gelenks.
Die vorangehende Beschreibung ist lediglich beispielhaft, wobei für Fachleute offensichtlich ist, daß daran Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Thermogravimetrisches Instrument, das umfaßt:

eine Wiegebalken-Baueinheit (1);

einen Torsionsdraht (3), der als ein Gelenk für die Wiegebalken- Baueinheit (1) montiert ist; und

einen stationären Abschnitt, der ein Wiegemittel (2) enthält zum Festhalten des Torsionsdrahtes (3), dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument ferner umfaßt:

ein Anschlagmittel (4, 5) zum Begrenzen der relativen Bewegung zwischen dem Wiegemittel (2) und der Wiegebalken-Baueinheit (1), wobei das Anschlagmittel (4, 5) ein erstes Anschlagelement (4), das am stationären Abschnitt montiert ist, und ein zweites Anschlagelement (5), das an der Wiegebalken-Baueinheit (1) montiert ist, umfaßt und wobei das erste und das zweite Anschlagelement dazwischen einen Spalt definieren, und wobei eines der ersten und zweiten Anschlagelemente eine Öffnung (5a) definiert und das andere der ersten und zweiten Anschlagelemente einen Abschnitt aufweist, der sich durch die Öffnung (5a) erstreckt.

2. Thermogravimetrisches Instrument nach Anspruch 1, das einen Magneten (6) und eine Antriebsspule (7) enthält, die mit dem Magneten (6) wechselwirkt, wobei die Spule (7) drehbar vom Torsionsdraht (3) gehalten wird, und wobei die Wiegebalken-Baueinheit (1) an der Spule (7) befestigt ist, um sich mit dieser zu bewegen.

3. Thermogravimetrisches Instrument nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das einen Probenhalter (9) enthält, auf dem ein Probenbehälter plaziert ist und der an einem Ende der Wiegebalken-Baueinheit (1) angeordnet ist.

4. Thermogravimetrisches Instrument nach Anspruch 3, das einen Verbindungsabschnitt (10, 11) enthält, der zwischen dem Gelenk und dem Probenhalter (9) montiert ist, wobei die Wiegebalken-Baueinheit (1) eine Probenhalterseite aufweist, die abnehmbar am Verbindungsabschnitt (10, 11) angebracht ist; und wobei das Anschlagmittel (4, 5) so angeordnet ist, daß es die relative Bewegung zwischen einem unterstützten Abschnitt des Torsionsdrahtes (3) und der Wiegebalken-Baueinheit (1) auf ein vorgeschriebenes Maß beschränkt, um eine Verformung des Torsionsdrahtes (3) über seinen Elastizitätsbereich hinaus zu verhindern.

5. Thermogravimetrisches Instrument nach Anspruch 4, bei dem das Anschlagmittel (4, 5) so angeordnet ist, daß es die dreidimensionale Bewegung zwischen dem unterstützten Abschnitt des Torsionsdrahtes (3) und der Wiegebalken-Baueinheit (1) auf einen vorgeschriebenen Volumenbereich beschränkt und insbesondere die Bewegung in jeder Richtung innerhalb einer Ebene vertikal zum Torsionsdraht (3) auf ein vorgeschriebenes Maß beschränkt.

6. Thermogravimetrisches Instrument nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, das ein Thermoelement zum Messen der Temperatur der Probe enthält, die auf dem Probenhalter (9) angeordnet ist, wobei der abnehmbare Verbindungsabschnitt (10, 11) mechanisch abnehmbar ist und gleichzeitig das Thermoelement elektrisch getrennt werden kann.

7. Thermogravimetrisches Instrument nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das zweite Anschlagelement (5) ein Öffnungsplattenelement neben dem Gelenk der Wiegebalken-Baueinheit (1) umfaßt, wobei das erste Anschlagelement (4) in die Öffnungsplatte eingesetzt ist, und wobei ein vorgegebener Spalt zwischen dem ersten Anschlagelement (4) und der Wiegebalken-Baueinheit (1) vorhanden ist.

8. Thermogravimetrisches Instrument nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Anschlagmittel (4, 5) mehrere Anschlagelemente umfaßt, die an gegenüberliegenden Seiten des Gelenks angeordnet sind.

9. Thermogravimetrisches Instrument nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das zweite Anschlagelement (5) ein Öffnungsplattenelement umfaßt; und wobei das erste Anschlagelement (4) einen Ringbereich aufweist für einen lockeren Eingriff innerhalb des Öffnungsplattenelements, sowie ein Vorsprungsmittel zum Verhindern einer Bewegung des ersten Anschlagelements (4) aus dem Eingriff mit der Öffnungsplatte.

10. Thermogravimetrisches Instrument nach Anspruch 9, bei dem das Vorsprungsmittel Scheiben umfaßt, die auf jeder Seite des Ringbereiches angeordnet sind.