DE7232612U

DE7232612U - Optical zero indicator for an electric balance

Info

Publication number: DE7232612U
Application number: DE7232612U
Authority: DE
Original assignee: Sartorius Werke GmbH
Current assignee: Sartorius Werke GmbH
Publication date: 1974-09-26

Description

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN DIPL.-PHYS. DIPL.-INC β MÖNCHEN 25 · LI POWS K.YSTR. IO HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN DIPL.-PHYS. DIPL.-INC β MÖNCHEN 25 · LI POWS K.YSTR. IO

Sartorius-Werke OmbH. sar-57Sartorius-Werke OmbH. sar-57

28.Aug. 1972 S/Bi.28 Aug 1972 S / Bi.

Optischer Nullindikator für eine elektrische WaageOptical zero indicator for an electric balance

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Nullindikator .... (Oberbegriff von Anspruch 1).The invention relates to an optical zero indicator .... (preamble of claim 1).

Ein derartiger optischer Nullindikator für eine elektrische Waage ist z.B. aus der DT-AS 1 190 220 bekannt. Der Nullindikatoi soll anzeigen, wann das Meßglied der Waage, z.B. der Balken oder eine Tauchspule oder eine Drehspule in eine bestimmte Lage einspielt. Durch einen Regelverstärker wird in eine das Meßglied bewegende Spule ein Strom solcher Größe geliefert, daß die Last aufgewogen wird, wobei der Spulenstrom ein Maß für die Last ist.Such an optical zero indicator for an electrical balance is known from DT-AS 1 190 220, for example. The zero indicator is intended to indicate when the measuring element of the balance, e.g. the beam or a moving coil or a moving coil, moves into a certain position. By means of a control amplifier, a current of such magnitude is supplied to a coil that moves the measuring element that the load is weighed, with the coil current being a measure of the load.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Nullindikator von hohem Auflösungsvermögen zu schaffen, wodurch dann eine hohe Empfindlichkeit der Waage erreichbar ist. Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst.The object of the invention is to create an optical zero indicator of high resolution, which then results in a high resolution Sensitivity of the balance is achievable. This object is achieved according to claim 1.

Von der Lichtquelle her fällt durch den Schlitz der Blende ein schmales Lichtbündel auf die lichtempfindlichen Flächen der beiden Wandler. Zur Justierung werden die Wandler um die Bündelachse so gedreht, daß in Nullstellung das Lichtbündel beide lichtempfindlichen Flächen etwa zur Hälfte ausleuchtet.Durch ein elektronische Schaltung wird festgestellt, wann beide Wandler gleich viel Licht erhalten. Durch Drehung der Wandler läßt sich eine Einstellung finden, bei der maximales Auflösungsvermögen erzielbar ist. Versuche haben gezeigt, daß dies in der Größe von l/um und darunter liegt.From the light source, a narrow bundle of light falls through the slit of the diaphragm onto the light-sensitive surfaces of the both converters. For adjustment, the transducers are rotated around the beam axis so that both light beams are in the zero position half of the light-sensitive surfaces are illuminated. An electronic circuit determines when both transducers receive the same amount of light. By turning the transducer, a setting can be found with the maximum resolution is achievable. Tests have shown that this is on the order of 1 / µm and below.

PotuchccLkonto MUndwn 1679 41 · Dniodic Built MUnctxn Konto 70/37)69 · Telegramme: Schroeptt MUnchen ■ Telefon: (08 II) 77 S9 56PotuchccLkonto MUndwn 1679 41 · Dniodic Built MUnctxn account 70/37) 69 · Telegrams: Schroeptt Munich ■ Telephone: (08 II) 77 S9 56

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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt in fertigungstechnischer Hinsicht. Der für die Empfindlichkeit bedeutsame senkrechte Abstand der lichtempfindlichen Flächen vom Maximum der Beleuchtungsstärke des durch den Spalt fallenden LichtbUnrinl r, wird nämlich durch Drehung der Wandler eingestellt.Die größte..Empfindlichkeit ergibt sich bei einer Stellung, in der beide lichtempfindlichen Flächen etwa zur Hälfte ausgeleuchtet sind. In diesem Falle hat eine bestimmte Auslenkung des Spalts die größte Änderung des von den lichtelektrischen Wandlern abgegebenen elektrischen Signals zur Folge.A major advantage of the invention is in terms of manufacturing technology. The vertical distance between the light-sensitive surfaces and the maximum illuminance of the light beam falling through the gap , which is important for the sensitivity, is set by turning the converter are. In this case, a certain deflection of the gap results in the greatest change in the electrical signal emitted by the photoelectric transducers.

Weiterhin ist die Genauigkeit der Vorrichtung unabhängig von der Genauigkeit, mit der Aufnahmeöffnungen für die lichtelektrischen Wandler gebohrt wurden. Die Wandler brauchen auch nicht in Bezug auf Übereinstimmung der Empfindlichkeitsmaxima besonders ausgewählt zu werden.Furthermore, the accuracy of the device is independent of the accuracy with the receiving openings for the photoelectric Transducers were drilled. The transducers also do not need to match the sensitivity maxima to be specially selected.

Von Bedeutung sind weiterhin die geometrischen Verhältnisse und Abmessungen, die in Unteransprüchen gekennzeichnet sind.The geometric relationships and dimensions, which are characterized in the subclaims, are also of importance.

Dadurch, daß Lichtquelle und Wandler einander dicht benachbart sein können, nämlich so dicht, daß die Blende gerade noch ohne Reibung zwischen ihnen schwingen kann, kann man auf Mittel zur Bündelung des Lichts verzichten, z. B. auf einen Kondensor. Nun ist zwar auch nach der oben erwähnten Vorveröffentlichung in Abbildung 1 kein Kondensor gezeigt. Dort hat aber die Lichtquelle einen derart großen Abstand von den Wandlern, daß vernünftigerweise ein Kondensor vorgesehen sein müßte, wenn man zur Vermeidung unnötiger Wärmeentwicklung mit einer kleinen Lichtquelle auskommen will.Because the light source and converter can be closely adjacent to one another, namely so close that the aperture is straight can still oscillate between them without friction, one can dispense with means for focusing the light, e.g. B. on a condenser. Now, even after the above-mentioned prior publication, no condenser is shown in Figure 1. There, however, the light source has such a large distance from the transducers that a condenser is sensibly provided would have to be if one wants to get by with a small light source to avoid unnecessary heat generation.

Werden in Weiterbildung der Erfindung als Lichtquelle eine Gallium-Arsenid-Diode und als lichtelektrische Wandler Siliziurn-Phototransistoren verwendet, so ergibt sich der Vorteil, daß die Lichtquelle vorwiegend Licht desjenigen Spektralbereiches aussendet, für das die Silizium-Phototrahsistoren besonders empfindlich sind, Während durch Verwendung von Halbleiter-Bau-In a further development of the invention, a gallium arsenide diode is used as the light source and silicon phototransistors are used as photoelectric converters used, there is the advantage that the light source predominantly light of that spectral range emits, for which the silicon phototrahsistors are particularly sensitive, while the use of semiconductor construction

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steinen an sich schon Licht unter geringer Wärmeentwicklung erzeugt werden kann, wird durch diese speziellen Halbleiter-Bausteine die Wärmeentwicklung noch weiter herabgesetzt. Dies ist im Waagenbau wesentlich, da Wärmequellen zu Wägefehlern führen können.stones in and of themselves light can be generated with low heat generation, is made possible by these special semiconductor components the heat development is further reduced. This is essential in the construction of scales, since heat sources lead to weighing errors being able to lead.

Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt in schematischer Seitenansicht und teilweise im Schnitt einen Nullindikator nach der Erfindung,Fig. 1 shows a schematic side view and partially in Section through a zero indicator according to the invention,

Pig. 2 zeigt in Draufsicht die lichtelektrischen Wandler und ihre Halterung.Pig. 2 shows a plan view of the photoelectric converters and their mounting.

Die Blende 2 ist mit ihrem einen, z.B. oberen, Ende am Meßglied der Waage befestigt, z.B. am Balken einer elektrischen Mikrowaage. Sie bewegt sich bei Auslenkungen des Meßgliedes in Richtung des Doppelpfeiles h unmittelbar zwischen einer Lichtquelle 6 und den lichtempfindlichen Flächen 8, 9 der beiden lichtelektrischen Wandler. Die Blende hat einen Schlitz 12, der quer zur Zeichenebene verläuft und eine Weite von z.B. 1 mm hat. DieThe diaphragm 2 is fastened at one end, for example the upper end, to the measuring element of the balance, for example to the beam of an electric microbalance. When the measuring element is deflected in the direction of the double arrow h, it moves directly between a light source 6 and the light-sensitive surfaces 8, 9 of the two photoelectric converters. The diaphragm has a slot 12 which runs transversely to the plane of the drawing and has a width of, for example, 1 mm. the

Lichtquelle 6 ist ein Halbleiter-Baustein, insbesondere eine Gallium-Arsenid-Diode mit einer lichtaussendenden Fläche 14, deren Breite vorzugsweise etwas größer ist als die Spaltbreite, z.B. 1,5 mm beträgt. Die Längsrichtung der Licht aussendenden Fläche verläuft ebenfalls quer zur Zeichenebene und parallel zum Spalt 12.Light source 6 is a semiconductor component, in particular a gallium arsenide diode with a light-emitting surface 14, the width of which is preferably somewhat larger than the gap width, e.g. 1.5 mm. The longitudinal direction of the light emitting The surface also runs transversely to the plane of the drawing and parallel to the gap 12.

Die lichtempfindlichen Flächen 8 und 9 der beiden lichtelektrisphen Wandler sind vorzugsweise kreismnd und haben insbesondere einen Durchmesser von 2 mm, während zwischen ihnen ein Zwischenraum von vorzugsweise 1 mm verbleibt. Der Zwischenraum hat dann also die gleiohe Breite wie der Spalt, während die Lichtquelle eine etwas größere Breite hat. Beide lichtelektrischen WandlerThe light-sensitive surfaces 8 and 9 of the two light electrics Transducers are preferably circular and in particular have a diameter of 2 mm, while there is a gap between them of preferably 1 mm remains. The gap then has the same width as the gap, while the light source has a slightly larger width. Both photoelectric converters

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sind in einem Drehkörper 16 untergebracht, der in einer Halterung 18 drehbar gelagert ist. Die Halterung 18 und die Lichtquelle 6 sind am Gestell der Waage fest angebracht.are accommodated in a rotating body 16 which is rotatably mounted in a holder 18. The holder 18 and the light source 6 are firmly attached to the frame of the balance.

Im Betrieb fällt ein Lichtbalken 2o, der in Figur 2 gestrichelt angedeutet ist, auf die lichtempfindlichen Flächen 8 und 9> wobei durch die nachgeschaltete, nicht dargestellte elektronische Schaltung angezeigt wird, wann beide Flächen 8 und 9 gleich stark ausgeleuchtet sind. Durch Drehung des Drehkörpers 16 läßt sich eine Einstellung finden, mit; der höchstes Auflösungsvermögen erzielbar ist. In einer solchen Stellung und bei Nullstellung der Waage sind nur beide lichtelektrischen Wandler etwa zur Hälfte ausgeleuchtet.During operation, a light bar 2o, which is indicated by dashed lines in FIG. 2, falls on the light-sensitive surfaces 8 and 9> the following electronic circuit, not shown, indicates when both surfaces 8 and 9 are the same are strongly illuminated. By rotating the rotating body 16, a setting can be found with; the highest resolution is achievable. In such a position and when the balance is set to zero, only both photoelectric converters are about half illuminated.

Wegen der Breite des Spalts im Verhältnis zur Breite der Lichtquelle wird vom Spalt ein sehr verwaschenes Abbild der Lichtquelle erzeugt, nämlich ein Lichtbalken 2o, dessen Beleuchtungsstärke in seiner Längsachse 22 am größten ist und nach den beiden Rändern 24 abnimmt. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß mit einem derartigen Lichtbalken ein hohes Auflösungsvermögen erzielbar ist. Die Anordnung spricht auf Verschiebungen der Blende und Beträge von 1 /um und weniger bereits an.Because of the width of the gap in relation to the width of the light source, the image of the gap is very blurred Light source generated, namely a light bar 2o, the illuminance of which is greatest in its longitudinal axis 22 and after the two edges 24 decreases. It turned out surprisingly found that a high resolution can be achieved with such a light bar. The order already responds to shifts of the aperture and amounts of 1 / µm and less.

Claims

sar-57 4. 7. S / Pf PROTECTION CLAIMS

1. Optical zero indicator for an electric balance, with a light source, two arranged near it light-sensitive surfaces of two photoelectric converters and a diaphragm between the light source and the light-sensitive surfaces - under the influence of load changes - is arranged adjustable, thereby characterized in that the diaphragm (2) has a gap (12) running transversely to the direction of movement has, and that the light-sensitive surfaces (8, 9) of the transducer are arranged with a gap next to one another and for adjustment together around one of the light source (6,] A) to a point between the photosensitive ones Straight lines extending across surfaces are pivotably arranged.

2. Optical zero indicator according to claim 1, characterized in that the space between the light-sensitive surfaces (8, 9) about the size of the gap width.

3. Optical zero indicator according to claim 1 or 2, characterized in that the width of the light- emitting surface (14) of the light source is slightly larger ice the gap width.

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4. Optical zero indicator according to claim 5 *, characterized in that the width of this area is approximately 1.5 times the gap width.

5. Optical zero indicator according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the light-emitting surface (14) and the light-sensitive Areas (8, 9) of the diaphragm (2) are closely adjacent, leaving free play.

6. Optical zero indicator according to at least one of the preceding Claims, characterized in that that the two photoelectric converters are housed in a rotationally symmetrical component (Ιό), which is in a Bracket (18) is rotatably mounted «

7. Optical zero indicator according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the light-sensitive surfaces (8, 9) are circular disks.

8. Optical zero indicator according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the light source and the photoelectric converter Semiconductor building blocks are.

9. Optical zero indicator according to claim 8, characterized in that the light source is a gallium arsenide diode and the transducers are silicon phototransistors.