WO2006005218A1 - Einrichtung und verfahren zum messen einer kraft und/oder kraftänderung und/oder schwere und/oder einer schwereänderung - Google Patents

Einrichtung und verfahren zum messen einer kraft und/oder kraftänderung und/oder schwere und/oder einer schwereänderung Download PDF

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WO2006005218A1
WO2006005218A1 PCT/CH2005/000405 CH2005000405W WO2006005218A1 WO 2006005218 A1 WO2006005218 A1 WO 2006005218A1 CH 2005000405 W CH2005000405 W CH 2005000405W WO 2006005218 A1 WO2006005218 A1 WO 2006005218A1
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lever
load
lever arm
iib
weight
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PCT/CH2005/000405
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Inventor
Christoph Marx
Original Assignee
Post-Akademisches Forum
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G1/00—Weighing apparatus involving the use of a counterweight or other counterbalancing mass
    • G01G1/18—Balances involving the use of a pivoted beam, i.e. beam balances

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring a force and / or force change and / or the severity and / or a change in gravity, wherein the device has the features of the preamble of claim 1.
  • Balances for weighing a load have a two-armed lever or bar, which is pivotable about a horizontal pivot axis.
  • the load is brought to engage a first lever arm, for example, placed in a hanging on the first lever arm shell.
  • the weight of the load and the dead weight of the first lever arm then exert a torque on the lever.
  • the lever is then balanced by a self-weight of the second lever arm and an attacking comparison weight and brought into an equilibrium position.
  • the balancing takes place either by placing stepped, together forming the comparative weight weights or by moving at least one weight.
  • FR 2 166 234 A discloses a balance with a two-armed lever, to whose one, first lever arm a load hangs and on whose other, second lever arm hangs a dome suspension. This has an electrical pressure transducer or Buchholz commentary.
  • the lever, the load and the dome suspension together have a center of gravity, which is clearly below the pivot axis in the drawn horizontal position of the lever and also has a relatively large distance from the pivot axis in any other lever positions.
  • US 4 036 318 A also discloses scales with a pivotally mounted two-armed lever.
  • first lever arm is movably connected to a weighing platform for receiving a load.
  • second lever arm is movably connected to the first end of an elastically bendable arm, the other end of which is either rigidly connected to the first-mentioned lever arm or to the support of the balance.
  • the elastically bendable arm is provided with strain gauges and serves as a measuring transducer. When a load to be weighed is placed on the weighing platform, it exerts a force on the lever's first lever arm.
  • the lever and the load held by the lever during weighing and / or additional components acting on it have a center of gravity that is located at a relatively large distance from the pivot axis of the lever in all known scales described above. Because of this, at least when weighing, relatively large distance of the center of gravity from the pivot axis such devices are not good or not at all suitable to measure the severity and / or changes in severity and / or changes in the load generated by a load, for example Changes in the weight-causing gravitational field are generated.
  • the invention is therefore based on the object to provide a device which makes it possible to overcome disadvantages of the known devices.
  • the development should in particular also make it possible to measure the force generated by a load and / or changes in such a force and / or the severity and / or at least changes in severity in a simple manner and, for example, also continuously or quasi-continuously.
  • the invention further relates to a measuring arrangement with a device and with a load carried by the first lever arm, wherein the measuring arrangement according to the invention has the features of claim 9.
  • the invention further relates to a method for measuring a load generated by a load and / or force change and / or the severity and / or a change in severity, the method according to the invention having the features of claim 11.
  • the lever and the load acting on it when performing a measurement together have a center of gravity which is at least approximately or for example at least temporarily exactly at the pivot axis.
  • the lever is then in the so-called indifferent equilibrium, which can also be called dynamic equilibrium. It has been shown that this arrangement makes it particularly well possible to determine changes in the gravitational field.
  • the device and measuring arrangement according to the invention can make it possible to investigate the dependence of the gravitational field on the geographical location and time-dependent influences of the gravitational field on the planetary positions, earthquakes, strong cyclones and the like.
  • the device in addition to at least one lever designed for holding and measuring a load on a reference lever, which is not designed to hold a load and its center of gravity without load at least approximately at of the Swivel axis is located. It is then possible to perform simultaneously a measurement with at least one lever loaded with a load and a reference measurement with the unloaded reference lever.
  • 1 is a schematic, partly in elevation and partly in section drawn representation of a device for measuring a force and / or force change and / or the severity and / or a change in severity
  • FIGS. 3 to 6 are diagrams for illustrating changes with time of measured forces
  • FIG. 8 is an oblique view of the device shown in Fig. 7,
  • FIG. 9 shows a detail from FIG. 7 on a larger scale, the bearing being cut along the line IX - IX in FIG. 10, and FIG
  • the apparent in Fig. 1 device 1 is used to measure a force and / or a force change and / or the Severity, namely the relative severity, and / or at least one severity change.
  • the device 1 has a housing 3 with a base 5 and a removable cover 7.
  • the base 5 has a flat, horizontal, for example, of a non-metallic material, such as wood or plastic existing plate, and feet.
  • the lid has four side walls and a top wall, is preferably substantially transparent, and is made of, for example, clear plastic or sheets of mineral glass.
  • the lid is, for example, on bearing surfaces of the base and / or is releasably attached to the base.
  • At least one two-armed lever 11 or bar 11 is pivotally mounted with a bearing 13 about a horizontal pivot axis 15.
  • the or each lever or beam is at least for the most part by a straight, rigid, one-piece rod, namely, for example, essentially by a cross-sectionally rectangular or T-shaped profile bar formed.
  • the or each lever 11 is provided on the lower side with a perpendicular to the longitudinal direction of the lever extending, straight and horizontal groove IIa, which is approximately V-shaped in a transverse to her vertical section, for example, and serves as a bearing cup.
  • the bearing 13 has, for example, a stand or pedestal fastened to the base 5, away from its plate, and has at the top a cutting edge 13a, which can be seen particularly clearly in FIG.
  • the pivot axis 15 is thus defined by the base or vertex of the groove IIa and the vertex of the cutting edge 13a.
  • the portion of the blade 13a located inside the groove IIa is Of course, narrower than the groove, so that the lever 11 can perform pivotal movements about the apex of the cutting edge 13a around.
  • the housing 3 instead of only one lever 11 has two or even more such, for example, they can be arranged next to one another and mounted around mutually aligned or coincident pivot axes.
  • the levers may then be supported, for example, by a common bearing 13 or each by a separate bearing.
  • the or each lever 11 has a first lever arm IIb and a second lever arm llc.
  • the two lever arms IIb, 11c are preferably approximately the same length and, for example, exactly the same length.
  • the first Helbelarm IIb is provided in the vicinity of its outer, free, the pivot axis remote from the end with at least one hole and / or at least one recess.
  • the first helm arm IIb has, for example, two holes Hd, He staggered along the lever arm IIb, each of which penetrates the first lever arm perpendicular to the longitudinal direction of the lever and in particular the first lever arm and approximately or exactly in the vertical longitudinal center plane of the lever 11 lying axis has.
  • Each hole Hd, He is in cross section, for example, circular and at least partially and for example, completely continuous cylindrical, so that it has the same diameter over its entire length.
  • the first, outer, further away from the pivot axis 15 hole Hd holds a load carrier 19, namely a closed bottom, open-top, tube-shaped or sleeve-shaped load container 19.
  • Load container is adjustable along the axis of the hole Hd, so height adjustable, fixed in the hole Hd and completely removable from the hole Hd and separable from the lever.
  • the load container 19 is for example slightly pressed in the hole Hd, so that it by a pressing and / or clamping connection in Lever IIb is slidably and removably held in the hole.
  • the load carrier 19 or load container 19 may be fixed and removable instead of by pressing in or in addition by any clamping and / or other fastening means.
  • a rubber-elastic clamping ring could be arranged at the lower and / or upper end of the hole Hd, for example in an extension of the hole Hd or on the lower or upper outer surface of the at least the major part of the (relevant) lever forming rod is applied. Furthermore, it would be possible, at least in part, to make the hole Hd
  • the load tank 19 has an end portion 19a projecting down from the first lever arm. This is, for example, like the remaining main portion of the load container substantially rotationally symmetrical to a first lever arm perpendicular, common axis of the hole Hd and the load container, tapers down to its free end and is for example in a through the axis the hole Hd and the load container extending section at least partially convex, namely bent approximately semicircular.
  • the protruding down from the hole Hd end portion 19a of the load container 19 is used in the manner explained as a transmission element 19a for transmitting a force.
  • the load carrier 19 or load container 19 can receive and form a load 21 or measuring sample 21 which is also described in greater detail Holding means for holding the load 21 together with the hole Hd of the lever 21.
  • the lever 11, load carrier 19 and load container 19 and the load 21 or measuring sample 21 together have a center of gravity designated by 23 in FIG.
  • the second, inner, closer to the pivot axis 15 located hole He is used in a manner described in more detail to compensate for the weight of the load and thus to balance the lever 11.
  • the hole He may also be used to instead of the hole Hd the load Support or load container 19 to keep.
  • the device 1 has for each lever at least one weighing device 25, 27, for example, at least one scale 25, 27, namely a balance or two such.
  • the or each balance 25, 27 is designed as an electromechanical or electronic balance, for example as a so-called analysis and / or laboratory balance.
  • the or each balance 25, 27 has a standing on the plate of the base 5 and possibly attached to this housing 31 and a serving for receiving the force or load to be measured transducer 33.
  • these and their pickup 33 are preferably associated with the first lever arm Hb of the (relevant) lever 11, as is the case for the drawn in Fig. 1 with full lines balance 25, the transducer 33 in the vicinity of the outer End of the first lever arm Hb below this, namely below the hole Hd, is located.
  • the additional scale and its receiver 33 are the second lever arm
  • the receiver 33 of the or each balance is designed and arranged to support the lever arm assigned to it.
  • the transducer 33 of the or each balance has, for example, as usual in analytical and / or laboratory balances on a more or less flat plate.
  • the center of the plate of the receiver 33 is at least approximately perpendicular below the centers of the hole Hd and the load carrier 19 or load container 19, so that the axes of the hole Hd and the load - Container 19, when the lever 11 is in a horizontal position and these axes are vertical, approximately coincident with the axis of the plate of the transducer 33.
  • the load container 19 of the or each holding a load container 19 lever 11 is positioned in the measurement in such a way in the first lever arm Hb and loaded in more detail described manner so that it rests with its lower end portion 19 a permanently on the plate of the pickup 33 , brings the lever into operative connection with the transducer 33 and thus just as a transmission element 19 a for transmitting a force from the first lever arm Ha is on the transducer 33.
  • the second lever arm Hc of the or each lever 11 holds in contrast to the first lever arm neither a load container nor else a load carrier. If the second lever arm 11 c of the or each lever 11 is associated with a scale 27, this also has a, for example, a plate having a transducer 33. Further, then for each second lever arm Hc of the or each lever 11 preferably a transmission element 35 is provided to the support the second lever arm at a defined position of the second lever arm on the pickup 33 of the associated scale 27 and bring into operative connection with this pickup.
  • the transmission member 35 may be fixedly connected to the second lever arm Hc and projecting downwardly therefrom Projection and / or form, which tapers down to its free end and, for example, or similar to serving as a transmission element end portion 19a of the load container 19 rotationally symmetrical to an axis perpendicular to the second lever arm and for example at least partially approximately conical and or at least partially convexly curved in a section running through said axis.
  • the transmission element 35 may, for example, rigidly and immovably attached to the second lever arm, glued to the lower side of this or be formed together with the rest of the lever of a one-piece body.
  • the second lever arm with a hole corresponding to the hole Hd and adjust the transmission element 35 along the axis of this hole adjustable or immovable in this hole. If the second lever arm Hc has no hole for attaching the transmission element 35, the second lever arm can be free of holes and / or recesses over its entire length, have a full cross-section and have the same cross-sectional shape and the same cross-sectional dimensions everywhere.
  • the or each lever 11 has a designated in Fig. 1 with L length.
  • the first lever arm and the second lever arm Hb Hc have facing away from the pivot axis 15 to their this, the outer, free ends of measured lengths a x or a 2.
  • Fig. 1 the effective for the transmission of power to the transducers of the scales 25 and 27 lever arm lengths bi and b 2 are also entered. These denote the distances of those locations of the pivot axis 15, in which the
  • Transmission elements 19a and 35 are supported on the transducer 33 of the scales 25 and 27 and attack.
  • the lengths L, ai, a 2 , bi, b 2 are all measured parallel to the defined by the (relevant) lever 11, extending through the two ends of the lever straight.
  • the or each lever is like that stored and supported by the associated transducer or by the associated transducers that it is at least approximately horizontal and for example at least in the unloaded state and / or in at least one loaded state exactly horizontal.
  • the two lever arms IIb, 11c of the or each lever 11 in the illustrated embodiment of the device are preferably approximately or exactly the same length. Accordingly, ai is about or equal to a 2 .
  • bi is also approximately equal to or exactly equal to b 2 .
  • the receiver 33 of the or each balance is held by the housing 31 of the scale 25 or 27 so that it can perform small movements in approximately vertical direction and absorb approximately vertically directed forces and transmitted via a force transmitter 37 to a Meßquösterumformer 39 of the balance.
  • the power transformer 37 can be designed for a power transmission in the ratio 1: 1 or even produce a reduction or translation of the force.
  • the measuring transducer 39 has a mechanical-electrical measuring cell, ie load cell, in order to convert a mechanical force, ie a weight force, into an electrical signal which, in analogous form and / or in digital form, gives a measure of the magnitude of the force.
  • the balance normally also has some kind of spring means for generating a restoring force, which counteracts the force exerted on the transducer 33 of the balance when carrying out a measurement or weighing.
  • spring means may, for example, comprise at least one separate spring and / or be integrated in the transducer 39 in some way.
  • the measuring cell or load cell of the measuring transducer 39 is designed to measure a compressive force and can, for example, in a manner known per se, at least one strain gage, at least one string oscillating during measurement, at least a capacitor, a differential transformer, a Hall generator, a piezoelectric or piezoresistive sensor or the like.
  • the or each scale 25, 27 still has a battery and / or a power supply with a power supply and electronic and / or other electrical circuit means to the Meßsumumformer 39, the required (n) electrical (s) voltage (s) supply and the To process and process measured quantity transformers supplied electrical signals.
  • the or each balance for example, still has a display device 41 for digital display of the measured force and at least one manually operable control element for switching on and off of the scale and for setting the zero point.
  • the or each balance is preferably connected to a display and / or registration device 43 arranged outside the housing 3 of the device, for example, for continuous analog display and registration of the measured values and / or for quasi-continuous digital display and / or registration as well Storage of the measured values is formed.
  • the or each lever 11 is - as already mentioned - preferably at least for the most part and for example - apart from the load carrier 19 or a possibly originally separate transmission element 35 - from a one-piece
  • Rod This preferably consists of a non-magnetic, electrically insulating, non-metallic material, which thus forms at least the greater part of the lever and is hereinafter referred to as a lever material.
  • the lever material consists for example of a plastic, for example from the known under the trade name Plexiglas acrylic glass, or from another dimensionally stable, thermoplastic or thermosetting plastic or possibly from wood, which is coated with a more or less waterproof lacquer.
  • the or each of a load container 19 existing load carrier 19 is also preferably made of a nonmagnetic, electrically insulating, non-metallic material, for example glass, and may be formed, for example, by a test tube or the like. However, it could possibly be made of the same material as the lever holding it.
  • the possibly present at the second lever arm 11c transmission element 35 is preferably also made of a non-magnetic, electrically insulating Vietnamese ⁇ metallic material, for example of the same material as the or each lever 11.
  • the bearing 13 or at least the upper, the cutting edge 13a forming portion for example, it also consists of a non-magnetic, electrically insulating, non-metallic material, such as a sufficiently strong and hard plastic.
  • the bearing may be made of a thermoplastic such as the polytetrafluoroethylene known by the trade name Teflon, or of a thermosetting plastic such as a phenoplast and / or melamine resin available under the tradename Formica.
  • Teflon polytetrafluoroethylene
  • thermosetting plastic such as a phenoplast and / or melamine resin available under the tradename Formica.
  • pan which consists of a different from the rest of the lever material, possibly metallic material.
  • bearing 13 could possibly at least partially made of metal.
  • a load 21 or measuring sample 21 is (normally) introduced into the load container 19 or a lever 11 serving as a load carrier 19.
  • the load 21 or measuring sample 21 consists - at least normally of a different load material from the lever material. If the device 1 has two or more levers 11, loads 21 or samples 21 made of different load materials or sample materials can be introduced into the load containers of the various levers, so that at the same time loads 21 or samples 21 can be measured, which consist of different load or sample materials.
  • the load 21 consists, for example, at least for the most part or completely of a metallic load material, for example of liquid mercury or of a solid metallic material, for example copper or lead or any other metal or metal alloy.
  • a metallic load material for example of liquid mercury or of a solid metallic material, for example copper or lead or any other metal or metal alloy.
  • the load may also be made of any non-metallic, solid, liquid or gaseous material other than the lever material.
  • the first lever arm IIb of the lever 11 shown in FIG. 1 has a smaller dead weight than the second lever arm Hc because of the holes Hd, He.
  • the first lever arm 11 is provided with a load carrier 19 and load container 19, but this contains no load or sample, the total weight of the first lever arm Hb and the empty load carrier 19 and load container is 19th still smaller than that
  • Lever arm Hc are then approximately in balance. At least if the device has a scale 25 only at the first lever arm of the or each lever, the size of the load or sample is such that the total weight of the first lever arm Hb, the load container 19 and the load 21 or sample 21st is slightly larger than the weight of the second lever arm Hc. Accordingly, the torque generated by the weights of the first lever arm, the load carrier or load container and the load is a little larger than the torque generated by the weight of the second lever arm.
  • the first lever arm Hb is then continuously supported by the transducer 33 of the balance 25 via the lower end portion 19a of the load container 19 serving as the transfer element 19a during a measurement.
  • Restoring force then compensates in the usual way for the first lever arm Hb transmitted to the transducer 33 force.
  • the weight of the separately, ie separately weighed by a lever 11 load 21 or sample 21 is expediently at least 1%, advantageously at most 100%, preferably at least 3%, preferably at most 50% and for example approximately 5% to about 20% of the weight of the lever without load with or without load container 19.
  • the latter is preferably much lighter than the load and has a weight, for example, at most or about 10% of Weight of the load and, for example, at most 3% of the weight of the lever.
  • the weight force transferred from a lever arm to a picker when measuring a load should conveniently be at most 5%, preferably at most 3% or even, for example, only at most or about 1% of the total weight of the lever, load, and any load holding member Holding means amount.
  • the design of the or each lever and the size of the load are also coordinated so that the center of gravity 23 of the or a lever 11, held by this load container 19 and arranged in this load 21 when measuring approximately at the Pivot axis 15 or at least as close to this. If the center of gravity 23 has a distance s from the pivot axis 15, as shown in FIG. 2, this distance should be as small as possible and at most 5%, advantageously at most 3%, preferably at most 1% and even better at most 0.5 % of the length L of the lever. The same or similar limits may apply to the center of gravity of the lever without load.
  • the center of gravity 23 of the or a load-bearing lever 11 is located for example, slightly below the pivot axis 15 and, namely, when the lever 11 is supported by the transducer 33 of the associated balance and / or is approximately balanced and approximately or exactly horizontal, for example approximately or exactly vertical below the pivot axis. Possibly, the center of gravity 23 of a load-bearing lever may, at least temporarily, even lie exactly on the pivot axis 15 during the measurement. Eventually, the center of gravity of the or each, designed to hold a load, but no such supporting lever exactly on the pivot axis.
  • the or each lever 11 is thus not only approximately in an equilibrium of any kind when measuring, but preferably at least approximately in an indifferent equilibrium and, for example, at least temporarily, even in an indifferent equilibrium. It can also be said that the or each lever is approximately or exactly in a dynamic equilibrium. If one disregards the support of the or each lever by the pickup at least one balance, namely, the lever can then be pivoted namely at least approximately without the action of a
  • FIGS. 3 to 6 are diagrams showing the time course of some measured weights or weight forces.
  • the measurements were carried out with a device having three juxtaposed, identically formed lever 11, each with two equal length lever arms IIb, 11c.
  • the three levers simultaneously measured three loads 21 or measuring samples 21 consisting of different metallic materials, namely one load or sample each of liquid mercury (Hg), solid copper (Cu) and solid lead (Pb).
  • Each of these levers consists of the same plastic, namely the acrylic glass or polymethacrylic ester available under the trade name Plexiglas, has a length of about 1 m, namely 96 cm, and a weight of about 0.76 kilopond or kg *, which corresponds to a weight of about 7.45 Newton.
  • Each load container used for the test series 19 has a weight of a few g * or Pond, which corresponds to a weight of a few hundredths of anewton.
  • the weights of the first lever arm IIb, the load container 19 and the load 21 or sample 21 are then together by a weight difference of preferably at most 0.01 kilopond or kg * and for example about 0.001 to about 0.005 kilopond or kg * greater than the weight of the second lever arm llc.
  • the first lever arm IIb holding a load container 19 with a load 21 thus exerts a weight force corresponding to this weight difference on the receiver 33 of the balance 25, this weight in Newton preferably being at most approximately 0.0981 Newtons or rounded up, preferably at most approximately 0, 1 Newton and, for example, about 0.00981 N to about 0.049 N or rounded up about 0.01 N to about 0.05 N.
  • each balance 25 has been adjusted such that a weight or weight exerted on the receiver 33 by the first lever arm electronically subtracts a balance or tare value for example, about 0.003 kiloponds or about 3 g * and one
  • Weight of about 0.03 N corresponds.
  • the weights or weight forces currently measured with the balances 25 are then - with the subtraction of the compensation or taring value - continuously displayed digitally and quasi-continuously by the display devices 41 of the balances 25 as well as with the display and / or registration device 43 registered, namely, for example, stored in a quasi-continuous manner in digital form and recorded simultaneously and subsequently in the form of a curve and displayed.
  • the time t given in hours h or days d is plotted on the abscissa.
  • the ordinates are the weights G or weight G measured with the scales minus the compensation or taring value.
  • the weights or weight forces are given in g * or mg * (Pond or Millipond) as well as in mN (Millinewton).
  • the curve 51 of the graph shown in Fig. 3 shows the load of mercury (Hg) during approximately one day measured of the weight G and the weight G.
  • the curve 53 of the graph shown in Fig. 4 shows that during approximately one day measured course of the weight or the weight force for a load consisting of copper (Cu).
  • the curve 55 of the graph shown in Fig. 5 shows the weight or weight force measured for about one day for a lead (Pb) load.
  • the curve 57 of the diagram in Fig. 6 shows the course of weight or weight measured for approximately one month for a load consisting of mercury (Hg). All diagrams show that the measured weight or the measured weight change over time. Of the three metals investigated, mercury, copper and lead, mercury gives the largest changes and lead the smallest changes.
  • Comparative measurements were also carried out in which the first lever arm carried no load or, more specifically, at least none of a material other than the lever material. It was an equal trained lever as for the measurements of a load, ie a lever with holes 41d, 41e used. Further, in the hole Hd of the first lever arm Hb, a load tank was fixed which was the same as the load tank 19 used to receive a metallic load and how it was made of glass. To balance the lever then a lever-material existing load replacement near the outer, free end of the first lever arm has been attached to this and fixed so that the first lever arm together with the empty load container and the load-replacement small weight force exerted on the transducer 33 of the associated scale.
  • the load replacement was in this case dimensioned and arranged such that the last-mentioned weight force exerted on the receiver of the balance was in the range of approximately 0.001 to approximately 0.005 kilopond or g * and thus in Newton approximately 0.00981 N to approximately 0.049 N or rounded up from about 0.01 N to 0.05 N.
  • the last-mentioned weight force exerted on the receiver of the balance was in the range of approximately 0.001 to approximately 0.005 kilopond or g * and thus in Newton approximately 0.00981 N to approximately 0.049 N or rounded up from about 0.01 N to 0.05 N.
  • Measurements have also been carried out with at least one shorter and lighter lever 11, which also has two equal length lever arms Hb, Hc, and with smaller loads 21.
  • the or each lever had a length L of about 200 mm and, without load, a weight of about 0.136 kiloponds or 136 g *, which corresponds to a force of about 1.33 N.
  • the load weighed separately from the lever, weighed approximately 0.014 kiloponds or 14 g *, which corresponds to a force of approximately 0.137 N.
  • the first, the load bearing lever arm was so much lighter formed by holes and / or recesses than the second lever arm, that the weight of the second, unloaded lever arm, the total weight of the first lever arm, of this held load container and arranged in this load in turn approximately compensated and balanced.
  • the weight exerted by the first lever arm on the pickup of the weighing device and the corresponding weight force was then at most approximately 0.001 kilopond or at most approximately 1 g * or at most approximately 0.01 N during the entire measuring period and in particular at the beginning of the measurement
  • the changes in weight or weight measured in the course of the measurements, relative to the maximum measured excess weight of the loaded first lever arm had similar relative magnitudes to those of the approximately 1 m long levers illustrated in FIGS.
  • the display and / or registration device 43 can then, for example, for the or each lever, only register the non-zero, positive or negative measured values and possibly display them continuously and, for example, record only one curve with positive and negative measured values for each lever.
  • the device shown in FIGS. 7 and 8, designated as a whole by 101, has a housing 103.
  • This has as its main component a portable, lockable case 105 with a base and side walls having lower part 105a, a cover 105b, this one with the lower part 105a connecting hinge 105c, a handle 105d and closing means 105e.
  • a base 107 which rests on the bottom of the case and / or is attached to the lower part 105a.
  • the case contains at least one lever, namely a plurality of identically designed, for measuring a load serving lever 111 with a groove purple, a first lever arm 111 b, a second lever arm 111 c and a hole llld or a recess.
  • the latter is in the vicinity of the free end of the first lever arm 111b, opens into the upper level
  • Limiting surface of the lever 111 and consists for example of a bottom closed blind hole.
  • the mouth of the hole llld can be closed with a plug 119 and together with this holding means for holding a load 121.
  • the groove purple is particularly clear in Figs. 9 and 10, extends transversely to the lever 111 perpendicular to its longitudinal direction therethrough, is open at the bottom and has two flat, mutually parallel side surfaces and uppermost a cross-sectionally V-shaped apex portion or groove bottom.
  • the vertex section. is arched transversely to the lever, so that the groove at the vertical longitudinal center plane of the lever continues upward than at their ends, where it opens into the vertical, flat side surfaces of the lever.
  • the groove purple of each lever 111 serves to support the respective lever and forms a kind of bearing cup.
  • the device 101 preferably also has a reference lever 131, which is likewise arranged in the case 105 and can be seen in FIG. 8, for carrying out a reference measurement.
  • the reference lever 131 has the same external dimensions as the lever 111 for measuring a load, a groove for supporting the reference lever similarly formed therewith, a first lever arm 131b, and a second lever arm 131c.
  • the reference lever 131 differs from the levers 111 in that it has a hole 131d or a recess in the second lever arm 131c instead of the hole l1d provided in the first lever arm.
  • This hole 131d existing in the second lever arm 131d has a smaller volume than the hole provided in the levers 111b in the first lever arm 111b. Therefore, the first lever arm 131b of the reference lever 131 produces a slightly larger torque than the second lever arm 131c, which is also unloaded, without a load acting on it.
  • the device 101 still has at least one bearing 113 serving for supporting the levers, namely a bearing 111 common to all levers 111, 131.
  • This consists of a base anchored and fixed in the base 107, which extends transversely to the levers 111, 131 and in whose grooves protrude purple.
  • the bearing 113 has a blade 113a for each lever to be supported, which is formed by two sections of a stepped recess 111b which are particularly clearly visible in FIG.
  • the recess 111b has a bottom and a mouth, which opens into the upper edge of the bearing 113 forming bar.
  • the recess 113 has a narrower bottom section at the bottom, another mouth section at the top, and a shoulder with a horizontal edge section on each side.
  • the horizontal edge portions of the two shoulders taper upwardly in vertical to the bearing in the longitudinal direction of the lever extending vertical sections V-shaped and together form the cutting edge for supporting the associated lever.
  • the lever 111 then lies on the cutting edge 113a in the case of the two ends of the vertex of the groove opening into the lateral surfaces of the lever, as can be seen in FIGS. 9 and 10.
  • the levers 111, 131 are, like the lever 11, for example, of a non-metallic material, namely of a plastic, such as acrylic glass, or possibly wood.
  • the bearing 113 is preferably also made of a Vietnamese ⁇ metallic material, for example, as the position ⁇ 13 of a plastic.
  • the plug 119 is also made of a Vietnamese ⁇ metallic material, such as cork or plastic.
  • the measured loads 121 may be made of metallic materials, for example.
  • the device 101 has, for each lever 111, 131, a transducer 133 and a transducer 139 or two transducers 133 and two transducers 139.
  • the Transducers have a housing mounted in and / or on the base 107 and include a measuring cell for converting a force, namely a compressive force into an electrical signal.
  • the receiver 133 consists for example of a pin which is vertically displaceable in the housing of the
  • Measuring transducer 139 this is so under the first lever arm of the respective lever 111, 131, that the first lever arm 111 b and 131 b is supported in the vicinity of its free end of the pickup 133 and acts on this. If there is still a second measuring transducer for each lever, it can be arranged under the second lever arm of the relevant lever, as shown in phantom in Fig. 7. The second lever arm can then act on the transducer 133 of the second measuring transducer.
  • Fig. 7 are still the length L of a lever 111, the entire lengths ai and b s of a first and second lever arm and the lever arm for the transmission of force lever lengths bi and b 2 located .
  • These lengths L, ai, a 2 , bi, b 2 are measured the same as explained for the device 1 shown in FIG.
  • the length L is the same for all levers 111, 131.
  • Lever arms are also the same size for all levers, where ai is equal to a 2 .
  • the effective Hebelarmin bi are also the same size for all levers. If at the second lever arms and mass transformers 139 are present, also measured to their pickups 133 effective Hebelarmin b 2 is the same size for all levers and also approximately or exactly the same size as bi.
  • the center axis of the «load 121 has a distance Ci from the pivot axis 115, which for the levers 111 is, for example, slightly less effective Hebelarmin b x different, namely a little smaller than this.
  • the case 105 may still contain electronic components connected to the transducers.
  • the measured value transformers are arranged directly and / or via the electronic components which may still be present in the case in an electrically conductive manner via a separable plug-in connection and a cable 145 with an outside of the case 105, for example common to all measured value converters
  • Display and / or registration device 143 connected. This can then have, for example, the power supply part with a power supply and / or batteries for the power supply of the measured variables converter as well as actuators and the like. But it could possibly be a
  • the device 101 makes it possible, simultaneously with a plurality of levers 111, to carry out measurements of different loads, in particular loads consisting of different load materials, and at the same time a reference measurement with the unloaded reference lever 131. Since the first lever arm 131b of the reference lever 131 is slightly heavier than the second lever arm due to the small hole 131d present in the second lever arm 131c, the first lever arm 131b rests on the receiver 133 provided under the first lever arm. The difference in weight by which the first lever arm 131b of the reference lever is heavier than its second lever arm 131c can have a similar magnitude as the possible weight difference by which the load bearing first lever arms 111b of the levers 111 are heavier than the second lever arms 111c of the lever 111.
  • the device 101 may be similarly configured and used similarly to the previously described device 1.
  • the facilities and the measurement or weighing methods can still be changed in various ways.
  • features of the devices 1 and 101 and the uses of these devices may be combined.
  • the magnitudes of the levers and loads can be varied within a wide range and smaller or very. be much larger than in the experiments described.
  • the number of levers are changed, the devices may for example have only a single lever.
  • the first lever arm IIb of the or each lever 11 could have only one through hole or more than two through holes.
  • first lever arm Hb, IHb, 131b and / or possibly the second lever arm Hc, IHc, 131c with a Slider be provided, which adjusts to balance the lever along the lever arm in question, ie moved and can be fixed in different sliding positions.
  • the slider should preferably consist of the same material as the lever.
  • the load carrier 19 of the device 1 could instead of a tubular container have a flat or cup-shaped, slightly concave curved plate and the hole Hd of the first lever arm penetrating pin.
  • loads or samples of solid materials to be measured or weighed could be in the device 1, as in the device 101, waive a separate load carrier at all, the through hole Hd through a top open blind hole or a top Replace open recess and insert the load or sample in this blind hole or recess.
  • the first lever arm could then be provided with an analogous to the transmission element 35 formed transmission element. Further, the or each lever arm, which could be a balance or otherwise
  • each lever 11, 111, 131 two at the same lever arm ie at the first or second lever arm, arranged transducer and Meßgrössenumformer.
  • the one pick-up could then be placed on the lower side and the other pick-up on the upper side of the lever and engage it and serve to transmit compressive forces.
  • the loads can also be dimensioned such that the first lever arm together with the load carried by him and the holding means for holding the load during a measurement at least temporarily the same weight as the second lever arm and / or at least temporarily an equal Torque generated like the second lever arm.
  • there are two transducers for the reference lever 131 as well, it is possible to omit the hole 131d of the reference lever and make both lever arms of the reference lever equally heavy, so that they generate the same large torques.
  • the or each lever could have two different length lever arms.
  • the load could then be sized and arranged such that the torque generated by the weight of the second lever arm at least approximately compensates for the torque generated by the total weight of the load, the load carrier, and the first lever arm. The one loaded from the first lever arm and the unloaded, second
  • Lever arm generated torques can, for example, be matched to one another analogously as in a lever of equal strength, that the weight, which is loaded with the first lever arm from the lever to the transducer or a weighing device or balance associated with this lever is conveniently not more than 20%, preferably not more than 10% and for example at most 5% of the weight, which would transfer the loaded lever on the relevant transducer, if the lever itself and the eventual load-carrier or load container is not its own Weight would have (s).
  • the or each lever can then again be located in measuring approximately or possibly at least temporarily even exactly in an indifferent or dynamic equilibrium.
  • the device may also be used, with some adjustments, to measure and examine forces and / or apparent forces arising in and / or on a body rotating about its own axis of rotation and / or about an external axis.
  • the device could be incorporated into a gyroscope, a gyroscope, or a satellite orbiting the earth, or the like.
  • the pivoting axis of the or at least one lever of such a device could then be approximately or exactly parallel to the said axis of rotation or to the said external axis, rather than horizontally as in the devices used to investigate the severity.

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Abstract

Die Einrichtung besitzt mindestens einen um eine horizontale Schwenkachse (15) schwenkbaren Hebel (11) mit einem ersten Hebelarm (11b) und einem zweiten Hebelarm (11c). Der erste Hebelarm (11b) kann bei der Durchführung einer Messung eine Last (21) tragen. Mindestens einer der beiden Hebelarme (11b, 11c), nämlich vorzugsweise mindestens der erste Hebelarm (11b), ist von einem Aufnehmer (33) abgestützt und/oder mit einem Aufnehmer (33) verbunden. Der Aufnehmer (33) ist seinerseits mit einem Messgrössenumformer (39) zur Umformung einer mechanischen Kraft in ein elektrisches Signal verbunden und/oder gehört zu einem solchen Messgrössenumformer (39). Der bzw. mindestens ein Hebel (11) ist derart ausgebildet, dass der Hebel (11) und die Last (21) zusammen einen Schwerpunkt (23) haben, der sich auf der Schwenkachse (15) oder höchstens in kleinem Abstand von dieser befindet.

Description

Einrichtung und Verfahren zum Messen einer Kraft und/oder Kraftänderung und/oder der Schwere und/oder einer Schwereänderung
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen einer Kraft und/oder Kraftänderung und/oder der Schwere und/oder einer Schwereänderung, wobei die Einrichtung die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.
Bekannte Einrichtungen zum Messen einer von einer Last infolge des Gravitationsfeldes erzeugten Kraft oder Kraftänderung, d.h. Waagen zum Wägen einer Last, besitzen einen zweiarmigen Hebel oder Balken, der um eine horizontale Schwenkachse schwenkbar ist. Bei der Benutzung einer solchen Waage wird die Last zum Angreifen an einem ersten Hebelarm gebracht, beispielsweise in eine am ersten Hebelarm hängende Schale gelegt. Das Gewicht der Last und das Eigengewicht des ersten Hebelarms üben dann ein Drehmoment auf den Hebel aus. Der Hebel wird dann durch ein vom Eigengewicht des zweiten Hebelarms und ein an diesem angreifendes Vergleichsgewicht ausbalanciert und in eine Gleichgewichtslage gebracht. Das Ausbalancieren erfolgt dabei entweder durch Auflegen von abgestuften, zusammen das Vergleichsgewicht bildende Gewichtsstücken oder durch Verschieben mindestens eines Gewichtsstücks.
Solche einen Hebel aufweisende Einrichtungen bzw. Waagen und mit Hilfe von solchen durchgeführten Mess-Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass das Messen einer von einer Last erzeugten Kraft relativ umständlich und zeitraubend ist. Ferner befindet sich der Schwerpunkt des Hebels bei Balken- Waagen sowohl bei unbelasteten Balken als auch beim Wägen einer Last in relativ grossem Abstand von der Schwenkachse des Hebels. Beim Wägen stellt sich der Hebel dann normalerweise derart ein oder wird derart eingestellt, dass sich ein stabiles Gleichgewicht ergibt.
Es sind ferner zahlreiche Waagen mit einem Hebel bekannt, bei denen eine direkt oder indirekt am Hebel angreifende Last ein Drehmoment erzeugt, das von einer mechanisch-elektrischen Wägezelle mit einem Messgrössenumformer kompensiert wird. So offenbart zum Beispiel die FR 2 166 234 A eine Waage mit einem zweiarmigen Hebel, an dessen einem, erstem Hebelarm eine Last hängt und an dessen anderem, zweitem Hebelarm ein Kuppelgehänge hängt. Dieses weist einen elektrischen Druckaufnehmer oder Zugaufnehmer auf. Der Hebel, die Last und das Kuppelgehänge haben zusammen einen Schwerpunkt, der sich in der gezeichneten horizontalen Stellung des Hebels offenbar deutlich unterhalb der Schwenkachse befindet und auch in allfälligen anderen Hebelstellungen einen relativ grossen Abstand von der Schwenkachse hat.
Die US 4 036 318 A offenbart ebenfalls Waagen mit einem schwenkbar gelagerten zweiarmigen Hebel. Dessen einer, erster Hebelarm ist beweglich mit einer Wägebühne zum Aufnehmen einer Last verbunden. Der andere, zweite Hebelarm ist beweglich mit dem ersten Ende eines elastisch biegbaren Arms verbunden, dessen anderes Ende entweder starr mit dem erstgenannten Hebelarm oder mit dem Support der Waage verbunden ist. Der elastisch biegbare Arm ist mit Dehnungsmessstreifen versehen und dient als Messgrössenumformer. Wenn eine zu wägende Last auf die Wägebühne gelegt wird, übt diese eine Kraft auf den ersten Hebelarm des Hebels aus. Dadurch wird der gemeinsame Schwerpunkt des Hebels, des bewegbaren Arms und der Wägebühne von der Schwenkachse weg auf die Seite des ersten Hebelarms verschoben und ein Drehmoment auf den Hebel ausgeübt. Dieses Drehmoment wird durch den elastisch biegbaren Arm kompensiert. Beim Wägen einer Last mit den aus der US 4 036 318 A bekannten Waagen haben also der Hebel, der elastisch biegbare, mit Dehnungsstreifen versehene Arm, die Wägebühne und die auf dieser liegende Last zusammen einen Schwerpunkt, der sich wiederum in relativ grossem Abstand von der Schenkachse befindet.
Der Hebel und die beim Wägen vom Hebel gehaltene und/oder über zusätzliche Bauteile an diesem angreifende Last haben also zusammen einen Schwerpunkt, der sich bei allen vorgängig beschriebenen, bekannten Waagen in einem relativ grossen Abstand von der Schwenkachse des Hebels befindet. Wegen dieses zumindest beim Wägen vorhandenen, relativ grossen Abstands des Schwerpunkts von der Schwenkachse sind solche Einrichtungen nicht gut oder überhaupt nicht geeignet, um die Schwere und/oder Änderungen der Schwere und/oder Änderungen der von einer Last erzeugten Kraft zu messen, die beispielsweise durch Änderungen des das Gewicht verursachenden Gravitationsfeldes erzeugt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die ermöglicht, Nachteile der bekannten Einrichtungen zu beheben. Dabei soll insbesondere ermöglicht werden, Änderungen des Gravitationsfeldes und den Einfluss solcher Änderungen auf die von einer Last erzeugte Kraft und/oder Schwere zu untersuchen. Die Entwicklung soll dabei insbesondere auch ermöglichen, die von einer Last erzeugte Kraft und/oder Änderungen einer solchen Kraft und/oder die Schwere und/oder mindestens Änderungen der Schwere auf eine einfache Weise und beispielsweise auch kontinuierlich oder quasikontinuierlich zu messen.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung betrifft ferner eine Messanordnung mit einer Einrichtung und mit einer vom ersten Hebelarm getragenen Last, wobei die Messanordnung gemäss der Erfindung die Merkmale des Anspruchs 9 aufweist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Messen einer von einer Last erzeugten Kraft und/oder Kraftänderung und/oder der Schwere und/oder einer Schwereänderung, wobei das Verfahren gemäss der Erfindung die Merkmale des Anspruchs 11 aufweist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Einrichtung und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Gemäss der Erfindung haben der Hebel und die an diesem beim Durchführen einer Messung angreifende Last zusammen einen Schwerpunkt, der sich mindestens annähernd oder beispielsweise mindestens zeitweise genau bei der Schwenkachse befindet. Der Hebel befindet sich dann im so genannten indifferenten Gleichgewicht, das auch als dynamisches Gleichgewicht bezeichnet werden kann. Es hat sich gezeigt, dass diese Anordnung besonders gut ermöglicht, Änderungen des Gravitationsfeldes zu ermitteln. Die erfindungsgemasse Einrichtung und Messanordnung können zum Beispiel ermöglichen, die Abhängigkeit des Gravitationsfeldes vom geografischen Ort und zeitabhängige Beeinflussungen des Gravitationsfeldes durch die Planetenstellungen, Erdbeben, starke Wirbelstürme und dergleichen zu untersuchen.
Bei vorteilhaften Weiterbildungen der Einrichtung, der Messanordnung und des Verfahrens weist die Einrichtung zusätzlich zu mindestens einem zum Halten und Messen einer Last ausgebildeten Hebel noch einen Referenz-Hebel auf, der nicht zum Halten einer Last ausgebildet ist und dessen Schwerpunkt sich ohne Last mindestens annähernd bei der Schwenkachse befindet. Man kann dann gleichzeitig eine Messung mit mindestens einem mit einer Last belasteten Hebel und eine Referenz-Messung mit dem unbelasteten Referenz-Hebel durchführen.
Der Erfindungsgegenstand wird nun anhand von einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie Varianten von diesem näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine schematische, teils in Ansicht und teils im Schnitt gezeichnete Darstellung einer Einrichtung zum Messen von einer Kraft und/oder Kraftänderung und/oder der Schwere und/oder einer Schwereänderung,
Fig. 2 den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt aus Fig. 1 in grosserem Massstab,
die Figuren 3 bis 6 Diagramme zur Veranschaulichung von zeitlichen Änderungen von gemessenen Kräften,
Fig. 7 eine teils in Ansicht, teils im Schnitt gezeichnete Variante der Einrichtung,
Fig. 8 eine Schrägansicht der in Fig. 7 dargestellten Einrichtung,
Fig. 9 einen Ausschnitt aus Fig. 7 in grosserem Massstab, wobei das Lager entlang der Linie IX-IX in Fig. 10 geschnitten ist, und
Fig. 10 einen Schnitt durch den Hebel und das Lager entlang der Linie X-X in Fig. 9.
Die in der Fig. 1 ersichtliche Einrichtung 1 dient zum Messen einer Kraft und/oder einer Kraftänderung und/oder der Schwere, nämlich der relativen Schwere, und/oder mindestens einer Schwereänderung. Die Einrichtung 1 weist ein Gehäuse 3 mit einem Sockel 5 und einem abnehmbaren Deckel 7 auf. Der Sockel 5 besitzt eine ebene, horizontale, beispielsweise aus einem nicht-metallischen Material, etwa Holz oder Kunststoff bestehende Platte, und Füsse. Der Deckel hat vier Seitenwände und eine Deckwand, ist vorzugsweise im Wesentlichen durchsichtig und besteht zum Beispiel aus durchsichtigem Kunststoff oder aus Platten aus mineralischem Glas. Der Deckel steht beispielsweise auf Auflageflächen des Sockels auf und/oder ist lösbar am Sockel befestigt.
Im Inneren des Gehäuses 3 ist mindestens ein zweiarmiger Hebel 11 oder Balken 11 mit einem Lager 13 um eine horizontale Schwenkachse 15 schwenkbar gelagert. Der bzw. jeder Hebel oder Balken ist mindestens zum grössten Teil durch einen geraden, verwindungssteifen, einstückigen Stab, nämlich zum Beispiel im Wesentlichen durch einen im Querschnitt viereckförmigen oder T-förmigen Profilstab, gebildet. Der bzw. jeder Hebel 11 ist auf der unteren Seite mit einer senkrecht zur Längsrichtung des Hebels verlaufenden, geraden sowie horizontalen Nut IIa versehen, die in einem quer zu ihr verlaufenden Vertikalschnitt beispielsweise ungefähr V-förmig ist und gewissermassen als Lagerpfanne dient. Das Lager 13 weist zum Beispiel einen am Sockel 5 befestigten, von dessen Platte weg nach oben ragenden Ständer oder Bock auf und hat zuoberst eine besonders deutlich in Fig. 2 ersichtliche Schneide 13a. Diese ragt in die als Lagerpfanne dienende Nut IIa des bzw. mindestens eines Hebels 11 hinein, so dass der Hebel 11 beim Grund oder Scheitel der Nut IIa auf dem Scheitel der Schneide 13a aufliegt und dort um die bereits erwähnte, horizontale Schwenkachse 15 schwenkbar gelagert wird. Die Schwenkachse 15 wird also durch den Grund oder Scheitel der Nut IIa und den Scheitel der Schneide 13a definiert. Im Übrigen ist der sich im Innern der Nut IIa befindende Abschnitt der Schneide 13a selbstverständlich schmäler als die Nut, so dass der Hebel 11 Schwenkbewegungen um den Scheitel der Schneide 13a herum ausführen kann.
Falls das Gehäuse 3 statt nur eines Hebels 11 zwei oder noch mehr solche aufweist, können diese zum Beispiel nebeneinander angeordnet und um miteinander fluchtende bzw. zusammenfallende Schwenkachsen gelagert sein. Die Hebel können dann zum Beispiel von einem gemeinsamen Lager 13 oder je von einem separaten Lager gelagert sein.
Der bzw. jeder Hebel 11 hat einen ersten Hebelarm IIb und einen zweiten Hebelarm llc. Die beiden Hebelarme IIb, 11c sind vorzugsweise ungefähr gleich lang und zum Beispiel genau gleich lang. Der erste Helbelarm IIb ist in der Nähe seines äusseren, freien, der Schwenkachse abgewandten Endes mit mindestens einem Loch und/oder mindestens einer Ausnehmung versehen. Der erste Helbelarm IIb weist nämlich zum Beispiel zwei entlang dem Hebelarm IIb gegeneinander versetzte Löcher Hd, He auf, von denen jedes den ersten Hebelarm senkrecht zur Längsrichtung des Hebels und insbesondere des ersten Hebelarms durchdringt und eine ungefähr oder genau in der vertikalen Längsmittelebene des Hebels 11 liegende Achse hat. Jedes Loch Hd, He ist im Querschnitt beispielsweise kreisförmig und mindestens zum Teil sowie beispielsweise vollständig durchgehend zylindrisch, so dass es über seine ganze Länge den gleichen Durchmesser hat. Das erste, äussere, weiter von der Schwenkachse 15 entfernte Loch Hd hält einen Last-Träger 19, nämlich einen unten geschlossenen, oben offenen, röhrchen- bzw. hülsenförmigen Last-Behälter 19. Der
Last-Behälter ist entlang der Achse des Lochs Hd verstellbar, also höhenverstellbar, im Loch Hd fixiert und vollständig aus dem Loch Hd herausnehmbar sowie vom Hebel trennbar. Der Last- Behälter 19 ist zum Beispiel leicht im Loch Hd eingepresst, so dass er durch eine Press- und/oder Klemmverbindung im Hebelarm IIb verschiebbar und herausnehmbar im Loch gehalten wird. Der Last-Träger 19 bzw. Last-Behälter 19 kann jedoch statt durch Einpressen oder zusätzlich dazu noch durch irgendwelche Klemm- und/oder sonstige Befestigungsmittel verstellbar und herausnehmbar fixiert sein. Man könnte zum Beispiel noch mindestens einen gummielastischen Klemmring versehen, der in einer Ringnut des Lochs Hd sitzt und den Last-Träger bzw. Last-Behälter verschiebbar und herausnehmbar festklemmt. Stattdessen oder zusätzlich könnte beim unteren und/oder beim oberen Ende des Lochs Hd ein gummielastischer Klemmring angeordnet werden, der beispielsweise in einer Erweiterung des Lochs Hd sitzt oder an der unteren bzw. oberen Aussenfläche des mindestens den grössten Teil des (betreffenden) Hebels bildenden Stabs anliegt. Ferner wäre es möglich, das Loch Hd mindestens zum Teil mit einem
Innengewinde zu versehen und den Last-Behälter 19 mit einem ein Aussengewinde aufweisenden, in das Innengewinde des Lochs Hd einschraubbaren Spannring festzuklemmen oder den Last- Behälter selbst mit einem in das genannte Innengewinde einschraubbaren Aussengewinde zu versehen.
Der Last-Behälter 19 hat einen unten aus dem ersten Hebelarm herausragenden Endabschnitt 19a. Dieser ist beispielsweise wie der restliche Hauptabschnitt des Last- Behälters im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer zum ersten Hebelarm senkrechten, gemeinsamen Achse des Lochs Hd sowie des Last-Behälters, verjüngt sich nach unten zu seinem freien Ende hin und ist zum Beispiel in einem durch die Achse des Lochs Hd und des Last-Behälters verlaufenden Schnitt mindestens zum Teil konvex, nämlich etwa halbkreisförmig gebogen. Der unten aus dem Loch Hd herausragende Endabschnitt 19a des Last-Behälters 19 dient in nach erläuterter Weise als Übertragungselement 19a zum Übertragen einer Kraft. Der Last- Träger 19 bzw. Last-Behälter 19 kann eine ebenfalls noch näher beschriebene Last 21 oder Mess-Probe 21 aufnehmen und bildet zusammen mit dem Loch Hd des Hebels Haltemittel zum Halten der Last 21. Der Hebel 11, Last-Träger 19 bzw. Last-Behälter 19 und die Last 21 bzw. Mess-Probe 21 haben zusammen einen in Fig. 2 mit 23 bezeichneten Schwerpunkt.
Das zweite, innere, sich näher bei der Schwenkachse 15 befindende Loch He dient in noch näher beschriebener Weise zum Kompensieren des Gewichts der Last und damit zum Ausbalancieren des Hebels 11. Das Loch He kann jedoch eventuell auch verwendet werden um statt des Lochs Hd den Last-Träger bzw. Last-Behälter 19 zu halten.
Die Einrichtung 1 weist für jeden Hebel mindestens eine Wägevorrichtung 25, 27, beispielsweise mindestens eine Waage 25, 27, nämlich eine Waage oder zwei solche auf. Die bzw. jede Waage 25, 27 ist als elektromechanische oder elektronische Waage, beispielsweise als so genannte Analysen- und/oder Laborwaage ausgebildet. Die bzw. jede Waage 25, 27 besitzt ein auf der Platte des Sockels 5 stehendes und eventuell an diesem befestigtes Gehäuse 31 und einen zum Aufnehmen der zu messenden Kraft bzw. Last dienenden Aufnehmer 33. Falls die Einrichtung 1 für den bzw. jeden Hebel nur eine Waage aufweist, sind diese und deren Aufnehmer 33 vorzugsweise dem ersten Hebelarm Hb des (betreffenden) Hebels 11 zugeordnet, wie es für die in Fig. 1 mit vollen Linien gezeichnete Waage 25 der Fall ist, deren Aufnehmer 33 sich in der Nähe des äusseren Endes des ersten Hebelarms Hb unterhalb von diesem, nämlich unterhalb des Lochs Hd, befindet. Falls für den bzw. jeden Hebel 11 zwei Waagen vorgesehen werden, sind die zusätzliche Waage und ihr Aufnehmer 33 dem zweiten Hebelarm
Hc des (betreffenden) Hebels 11 zugeordnet, wie es für die in Fig. 1 strichpunktiert gezeichnete Waage 27 der Fall ist. Die dem ersten Hebelarm zugeordnete Waage 25 wird dann als erste Waage und die dem zweiten Hebelarm zugeordnete Waage 27 als zweite Waage bezeichnet. Der Aufnehmer 33 der bzw. jeder Waage ist ausgebildet und angeordnet, um den ihm zugeordneten Hebelarm abzustützen. Der Aufnehmer 33 der bzw. jeder Waage weist zum Beispiel wie bei Analysen- und/oder Laborwaagen üblich einen mehr oder weniger ebenen Teller auf. Bei der den ersten Hebelarm IIb zugeordneten Waage 25 befindet sich das Zentrum des Tellers des Aufnehmers 33 mindestens annähernd senkrecht unter den Zentren des Lochs Hd sowie des Last-Trägers 19 bzw. Last- Behälters 19, so dass die Achsen des Lochs Hd und des Last- Behälters 19, wenn sich der Hebel 11 in einer horizontalen Lage befindet und diese Achsen vertikal sind, ungefähr mit der Achse des Tellers des Aufnehmers 33 zusammenfallen. Der Last- Behälter 19 des bzw. jedes einen Last-Behälter 19 haltenden Hebels 11 wird beim Messen derart im ersten Hebelarm Hb positioniert und in noch näherer beschriebener Weise derart belastet, dass er mit seinem unteren Endabschnitt 19a dauernd auf dem Teller des Aufnehmers 33 aufliegt, den Hebel in Wirkverbindung mit dem Aufnehmer 33 bringt und also eben als Übertragungselement 19a zum Übertragen einer Kraft vom ersten Hebelarm Ha auf den Aufnehmer 33 dient.
Der zweite Hebelarm Hc des bzw. jedes Hebels 11 hält im Unterschied zum ersten Hebelarm weder einen Last-Behälter noch sonst einen Last-Träger. Falls dem zweiten Hebelarm 11c des bzw. jedes Hebels 11 eine Waage 27 zugeordnet ist, besitzt diese ebenfalls einen beispielsweise einen Teller aufweisenden Aufnehmer 33. Ferner ist dann für jeden zweiten Hebelarm Hc des bzw. jedes Hebels 11 vorzugsweise ein Übertragungselement 35 vorhanden, um den zweiten Hebelarm bei einer definierten Stelle des zweiten Hebelarms auf dem Aufnehmer 33 der zugeordneten Waage 27 abzustützen und in Wirkverbindung mit diesem Aufnehmer zu bringen. Das Übertragungselement 35 kann beispielsweise fest mit dem zweiten Hebelarm Hc verbunden sein und einen von diesem weg nach unten vorstehenden Vorsprung aufweisen und/oder bilden, der sich nach unten zu seinem freien Ende hin verjüngt und beispielsweise gleich oder ähnlich wie der als Übertragungselement dienende Endabschnitt 19a des Last-Behälters 19 rotationssymmetrisch zu einer zum zweiten Hebelarm senkrechten Achse sowie beispielsweise mindestens zum Teil ungefähr kegelförmig und/oder in einem durch die genannte Achse verlaufenden Schnitt mindestens zum Teil konvex gebogen ist. Das Übertragungselement 35 kann zum Beispiel starr sowie unverstellbar am zweiten Hebelarm befestigt, etwa an der unteren Seite von diesem angeklebt oder zusammen mit dem restlichen Hebel aus einem einstückigen Körper gebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, den zweiten Hebelarm mit einem dem Loch Hd entsprechenden Loch zu versehen und das Übertragungselement 35 entlang der Achse dieses Lochs verstellbar oder unverstellbar in diesem Loch zu befestigen. Falls der zweite Hebelarm Hc kein zum Befestigen des Übertragungselements 35 dienendes Loch besitzt, kann der zweite Hebelarm über seine ganze Länge frei von Löchern und/oder Ausnehmungen sein über seine ganze Länge einen vollen Querschnitt sowie überall die gleiche Querschnittsform und die gleichen Querschnittsabmessungen aufweisen.
Der bzw. jeder Hebel 11 hat eine in Fig. 1 mit L bezeichnete Länge. Der erste Hebelarm Hb und der zweite Hebelarm Hc haben von der Schwenkachse 15 zu ihren dieser abgewandten, äusseren, freien Enden gemessene Längen ax bzw. a2. In Fig. 1 sind ferner die für die Kraftübertragung auf die Aufnehmer der Waagen 25 und 27 wirksamen Hebelarmlängen bi und b2 eingetragen. Diese bezeichnen die Abstände derjenigen Stellen von der Schwenkachse 15, bei denen die
Übertragungselemente 19a bzw. 35 am Aufnehmer 33 der Waagen 25 bzw. 27 abgestützt sind und angreifen. Die Längen L, ai, a2, bi, b2 sind dabei alle parallel zu der vom (betreffenden) Hebel 11 definierten, durch die beiden Enden des Hebels verlaufenden Geraden gemessen. Im Übrigen ist der bzw. jeder Hebel derart gelagert und vom zugeordneten Aufnehmer bzw. von den zugeordneten Aufnehmern abgestützt, dass er mindestens annähernd horizontal und beispielsweise mindestens in unbelastetem Zustand und/oder in mindestens einem belasteten Zustand genau horizontal ist. Wie schon erwähnt, sind die beiden Hebelarme IIb, 11c des bzw. jedes Hebels 11 beim gezeichneten Ausführungsbeispiel der Einrichtung vorzugsweise ungefähr oder genau gleich lang. Dementsprechend ist ai ungefähr oder gleich a2. Wenn die Einrichtung 1 für jeden Hebelarm IIb, 11c eine Wägevorrichtung oder Waage aufweist, ist ferner auch bi ungefähr oder genau gleich b2.
Der Aufnehmer 33 der bzw. jeder Waage ist derart vom Gehäuse 31 der Waage 25 bzw. 27 gehalten, dass er kleine Bewegungen in ungefähr vertikaler Richtung ausführen und ungefähr vertikal gerichtete Kräfte aufnehmen sowie über einen Kraftübertrager 37 auf einen Messgrössenumformer 39 der Waage übertragen kann. Der Kraftübertrager 37 kann für eine Kraftübertragung im Verhältnis 1:1 ausgebildet sein oder noch eine Untersetzung oder Übersetzung der Kraft erzeugen. Der Messgrössenumformer 39 besitzt eine mechanisch-elektrische Messzelle, d.h. Wägezelle, um eine mechanische Kraft, d.h. eine Gewichtskraft, in ein elektrisches Signal umzuwandeln, das in analoger Form und/oder in digitaler Form ein Mass für die Grosse der Kraft gibt. Die Waage weist normalerweise auch noch irgend eine Art von Federmitteln zur Erzeugung einer Rückstellkraft auf, die der beim Durchführen einer Messung oder Wägung auf den Aufnehmer 33 der Waage ausgeübten Kraft entgegenwirkt. Diese Federmittel können zum Beispiel mindestens eine separate Feder umfassen und/oder auf irgend eine Weise in den Messgrössenumformer 39 integriert sein. Die Messzelle bzw. Wägezelle des Messgrössenumformers 39 ist zum Messen einer Druckkraft ausgebildet und kann zum Beispiel in an sich bekannter Weise mindestens einen Dehnungsmessstreifen, mindestens eine beim Messen schwingende Saite, mindestens einen Kondensator, einen Differentialtransformator, einen Hallgenerator, einen piezoelektrischen oder piezoresistiven Sensor oder dergleichen aufweisen. Die bzw. jede Waage 25, 27 besitzt noch eine Batterie und/oder einen Netzteil mit einem Netzanschluss sowie elektronische und/oder sonstige elektrische Schaltungsmittel, um dem Messgrössenumformer 39 die erforderliche (n) elektrische (n) Spannung (en) zuzuführen und die vom Messgrössenumformer gelieferten elektrischen Signale aufzubereiten und zu verarbeiten. Die bzw. jede Waage weist zum Beispiel noch eine Anzeigevorrichtung 41 zur digitalen Anzeige der gemessenen Kraft sowie mindestens ein manuell betätigbares Bedienungsorgan zum Ein- sowie Ausschalten der Waage und zum Einstellen des Nullpunkts auf. Ferner ist die bzw. jede Waage vorzugsweise mit einer zum Beispiel ausserhalb des Gehäuses 3 der Einrichtung angeordneten Anzeige- und/oder Registriervorrichtung 43 verbunden, die beispielsweise zur fortlaufenden analogen Anzeige sowie Registrierung der Messwerte und/oder zur quasikontinuierlichen digitalen Anzeige und/oder Registrierung sowie Speicherung der Messwerte ausgebildet ist.
Der bzw. jeder Hebel 11 besteht - wie schon erwähnt - vorzugsweise mindestens zum grössten Teil und beispielsweise - abgesehen vom Last-Träger 19 bzw. einem eventuell ursprünglich separaten Übertragungselement 35 - aus einem einstückigen
Stab. Dieser besteht vorzugsweise aus einem unmagnetischen, elektrisch isolierenden, nicht-metallischen Material, das also mindestens den grössten Teil des Hebels bildet und im Folgenden als Hebel-Material bezeichnet wird. Das Hebel- Material besteht beispielsweise aus einem Kunststoff, z.B. aus dem unter dem Handelsnamen Plexiglas bekannten Acrylglas, oder aus einem anderen formfesten, thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff oder eventuell aus Holz, das mit einem mehr oder weniger wasserdichten Lack überzogen ist. Der bzw. jeder aus einem Last-Behälter 19 bestehende Last-Träger 19 besteht vorzugsweise ebenfalls aus einem unmagnetisehen, elektrisch isolierenden, nicht-metallischen Material, zum Beispiel Glas und kann zum Beispiel durch ein Reagenzglas oder dergleichen gebildet sein. Er könnte jedoch eventuell aus dem gleichen Material bestehen wie der ihn haltende Hebel. Das allenfalls beim zweiten Hebelarm 11c vorhandene Übertragungselement 35 besteht vorzugsweise ebenfalls aus einem unmagnetischen, elektrisch isolierenden, nicht¬ metallischen Material, beispielsweise aus dem gleichen Material wie der bzw. jeder Hebel 11. Das Lager 13 oder mindestens dessen oberer, die Schneide 13a bildende Abschnitt besteht beispielsweise ebenfalls aus einem unmagnetischen, elektrisch isolierenden, nicht-metallischen Material, etwa einem ausreichend festen und harten Kunststoff. Das Lager kann zum Beispiel aus einem thermoplastischen Kunststoff, wie dem unter dem Handelsnamen Teflon bekannten Polytetrafluorethylen, oder aus einem duroplastischen Kunststoff, etwa einem unter dem Handelsnamen Formica erhältlichen Phenoplast und/oder Melaminharz, bestehen. Es wäre jedoch auch möglich, den Hebel mit einer im Vergleich zum restlichen Hebel kleinen
Lagerpfanne zu versehen, die aus einem vom restlichen Hebel- Material verschiedenen, eventuell metallischen Material besteht. Ferner könnte das Lager 13 eventuell mindestens zum Teil aus Metall bestehen.
Zur Durchführung einer Messung wird (normalerweise) eine Last 21 bzw. Mess-Probe 21 in den als Last-Träger 19 dienenden Last-Behälter 19 des bzw. eines Hebels 11 eingebracht. Die Last 21 bzw. Mess-Probe 21 besteht - zumindest normalerweise aus einem vom Hebel-Material verschiedenen Last-Material. Falls die Einrichtung 1 zwei oder mehr Hebel 11 aufweist, können aus verschiedenen Last-Materialien bzw. Probe- Materialien bestehende Lasten 21 bzw. Proben 21 in die Last- Behälter der verschiedenen Hebel eingebracht werden, so dass gleichzeitig Lasten 21 bzw. Proben 21 gemessen werden können, die aus verschiedenen Last- bzw. Probe-Materialien bestehen.
Die Last 21 besteht beispielsweise mindestens zum grössten Teil oder vollständig aus einem metallischen Last-Material, beispielsweise aus flüssigem Quecksilber oder aus einem festen metallischen Material, beispielsweise aus Kupfer oder Blei oder irgend einem anderen Metall oder irgend einer Metalllegierung. Die Last kann jedoch eventuell auch aus irgend einem nicht-metallischen, vom Hebel-Material verschiedenen, festen, flüssigen oder gasförmigen Material bestehen.
Der erste Hebelarm IIb des in Fig. 1 ersichtlichen Hebels 11 hat wegen der Löcher Hd, He ein kleineres Eigengewicht als der zweite Hebelarm Hc. Wenn der erste Hebelarm 11 zwar mit einem Last-Träger 19 bzw. Last-Behälter 19 versehen ist, dieser aber keine Last bzw. Probe enthält, ist das Gesamtgewicht des ersten Hebelarms Hb und des leeren Last- Trägers 19 bzw. Last-Behälters 19 immer noch kleiner als das
Gewicht des zweiten Hebelarms. Da zudem beide Hebelarme gleich lang sind, ist das durch das Eigengewicht des ersten Hebelarms und das Gewicht des eventuell vom ersten Hebelarm gehaltenen Last-Trägers 19 bzw. Last-Behälters 19 in unbelastetem Zustand, d.h. wenn er keine Last oder Probe trägt, erzeugte
Drehmoment kleiner als das durch das Eigengewicht des zweiten Hebelarms erzeugte Drehmoment. Analoges gilt auch für allfällige zusätzliche Hebel H, die wie der in Fig. 1 ersichtliche Hebel Löcher Hd, He aufweisen.
Beim Belasten eines gemäss dem gezeichneten
Ausführungsbeispiel zwei gleich lange Hebelarme aufweisenden Hebels wird die Grosse einer auf und/oder in den Last-Träger 19 bzw. Last-Behälter 19 gebrachten Last 21 bzw. Mess-Probe 21 nun derart bemessen, dass das Gewicht der Last 21 bzw. Probe 21 zusammen mit dem Gewicht des Last-Trägers 19 bzw. Last-Behälters 19 das aus den Löchern Hd, He resultierende Untergewicht des ersten Hebelarms gegenüber dem zweiten Hebelarm ungefähr oder genau kompensiert. Der eine Last tragende, erste Hebelarm Hb und der unbelastete, zweite
Hebelarm Hc befinden sich dann ungefähr im Gleichgewicht. Mindestens falls die Einrichtung nur beim ersten Hebelarm des bzw. jedes Hebels eine Waage 25 aufweist, wird die Grosse der Last bzw. Probe derart bemessen, dass das Gesamtgewicht des ersten Hebelarms Hb, des Last-Behälters 19 und der Last 21 bzw. Probe 21 geringfügig grösser ist als das Gewicht des zweiten Hebelarms Hc. Dementsprechend ist auch das durch die Gewichte des ersten Hebelarms, des Last-Trägers bzw. Last- Behälters und der Last erzeugte Drehmoment ein wenig grösser als das durch das Gewicht des zweiten Hebelarms erzeugte Drehmoment. Der erste Hebelarm Hb wird dann über den als Übertragungselement 19a dienenden, unteren Endabschnitt 19a des Last-Behälters 19 während einer Messung dauernd vom Aufnehmer 33 der Waage 25 abgestützt. Die beispielsweise von den erwähnten Federmitteln der Waage 25 erzeugte
Rückstellkraft kompensiert dann in üblicher Weise die vom ersten Hebelarm Hb auf den Aufnehmer 33 übertragene Kraft.
Zumindest wenn die beiden Hebelarme des bzw. jedes Hebels gemäss dem in Fig. 1 gezeichneten Ausführungsbeispiel der
Einrichtung 1 mindestens annähernd gleich lang sind, beträgt das Gewicht der separat, d.h. getrennt von einem Hebel 11 gewogenen Last 21 bzw. Probe 21 zweckmässigerweise mindestens 1%, zweckmässigerweise höchstens 100%, vorzugsweise mindestens 3%, vorzugsweise höchstens 50% und zum Beispiel ungefähr 5% bis ungefähr 20% des Eigengewichts des Hebels ohne Last mit oder ohne Last-Behälter 19. Der letztere ist vorzugsweise wesentlich leichter als die Last und hat ein Gewicht, das zum Beispiel höchstens oder ungefähr 10% des Gewichts der Last und zum Beispiel höchstens 3% des Gewichts des Hebels beträgt.
Das Gewicht der Last 21 bzw. Probe 21 ist zumindest bei einem gemäss dem gezeichneten Ausführungsbeispiel zwei gleich lange Hebelarme aufweisenden Hebel ferner derart auf die Gewichtsdifferenz zwischen dem ersten Hebelarm IIb und dem zweiten Hebelarm 11c abgestimmt, dass die beim Messen auf den Aufnehmer 33 der Waage 25 oder einer der dem Hebel zugeordneten Waagen 25, 27 übertragene Gewichtskraft zweckmässigerweise höchstens 20%, vorzugsweise höchstens 10% und zum Beispiel höchstens 5% des Gewichts der separat, d.h. vom Hebel getrennt, gewogenen Last bzw. Probe beträgt.
Des Weiteren soll die beim Messen einer Last von einem Hebelarm auf einen Aufnehmer übertragene Gewichtskraft zweckmässigerweise höchstens 5%, vorzugsweise höchstens 3% oder zum Beispiel sogar nur höchstens oder ungefähr 1% des Gesamtgewichts des Hebels, der Last und der allfälligen zum Halten der Last dienenden Haltemittel betragen.
Die Ausbildung des bzw. jedes Hebels und die Grösse der Last werden zudem derart aufeinander abgestimmt, dass der Schwerpunkt 23 des bzw. eines Hebels 11, des von diesem gehaltenen Last-Behälters 19 und der in diesem angeordneten Last 21 sich beim Messen ungefähr bei der Schwenkachse 15 oder zumindest möglichst nahe bei dieser befindet. Falls der Schwerpunkt 23 - wie in Fig. 2 dargestellt - von der Schwenkachse 15 einen Abstand s hat, sollte dieser Abstand möglichst klein sein und höchstens 5%, zweckmässigerweise höchstens 3%, vorzugsweise höchstens 1% und zum Beispiel noch besser höchstens 0,5% der Länge L des Hebels betragen. Gleiche oder ähnliche Grenzwerte können eventuell auch für den Schwerpunkt des Hebels ohne Last gelten. Der Schwerpunkt 23 des bzw. eines eine Last tragenden Hebels 11 befindet sich zum Beispiel ein wenig unterhalb der Schwenkachse 15 und nämlich, wenn der Hebel 11 vom Aufnehmer 33 der zugeordneten Waage abgestützt und/oder ungefähr ausbalanciert sowie ungefähr oder genau horizontal ist, zum Beispiel ungefähr oder genau vertikal unter der Schwenkachse. Eventuell kann der Schwerpunkt 23 eines eine Last tragenden Hebels beim Messen mindestens zeitweise sogar genau auf der Schwenkachse 15 liegen. Eventuell kann auch der Schwerpunkt der bzw. jedes, zum Halten einer Last ausgebildeten, aber keine solche tragenden Hebels genau auf der Schwenkachse liegen. Der bzw. jeder Hebel 11 befindet sich also beim Messen nicht nur ungefähr in einem Gleichgewicht beliebiger Art, sondern vorzugsweise mindestens annähernd in einem indifferenten Gleichgewicht und kann sich beispielsweise mindestens zeitweise sogar genau in einem indifferenten Gleichgewicht befinden. Man kann auch sagen, dass der bzw. jeder Hebel sich ungefähr oder genau in einem dynamischen Gleichgewicht befindet. Wenn man von der Abstützung des bzw. jedes Hebels durch den Aufnehmer mindestens einer Waage absieht, kann der Hebel dann nämlich mindestens annähernd ohne Einwirkung eines Drehmoments verschwenkt werden.
Die Figuren 3 bis 6 enthalten Diagramme, welche den zeitlichen Verlauf von einigen gemessenen Gewichten bzw. Gewichtskräften darstellen. Die Messungen wurden dabei mit einer Einrichtung durchgeführt, die drei nebeneinander angeordnete, gleich ausgebildete Hebel 11 mit je zwei gleich langen Hebelarmen IIb, 11c aufweist. Dabei wurden mit den drei Hebeln gleichzeitig drei aus verschiedenen metallischen Materialien bestehende Lasten 21 bzw. Mess-Proben 21, nämlich je eine Last bzw. Probe aus flüssigem Quecksilber (Hg) , festem Kupfer (Cu) und festem Blei (Pb) gemessen. Jeder dieser Hebel besteht aus dem gleichen Kunststoff, nämlich aus dem unter dem Handelsnamen Plexiglas erhältlichen Acrylglas bzw. Polymethacrylester, hat eine Länge von ungefähr 1 m, nämlich 96 cm, und ein Gewicht von ungefähr 0,76 Kilopond bzw. kg*, das einer Gewichtskraft von ungefähr 7,45 Newton entspricht. Jede untersuchte Last hat - separat vom Hebel 11 gemessen bzw. gewogen - ein Gewicht von ungefähr 0,05 Kilopond bzw. kg*, das einer Gewichtskraft von ungefähr 0,49 Newton entspricht.
Jeder für die Versuchsreihe verwendete Last-Behälter 19 hat ein Gewicht von einigen wenigen g* bzw. Pond, das einer Gewichtskraft von einigen wenigen Hundertstelnewton entspricht. Die Gewichte des ersten Hebelarms IIb, des Last- Behälters 19 und der Last 21 bzw. Probe 21 sind dann zusammen um eine Gewichtsdifferenz von vorzugsweise höchstens 0,01 Kilopond bzw. kg* und zum Beispiel ungefähr 0,001 bis ungefähr 0,005 Kilopond bzw. kg* grösser als das Gewicht des zweiten Hebelarms llc. Der einen Last-Behälter 19 mit einer Last 21, haltende erste Hebelarm IIb übt also eine dieser Gewichtsdifferenz entsprechende Gewichtskraft auf den Aufnehmer 33 der Waage 25 aus, wobei diese Gewichtskraft in Newton vorzugsweise höchstens ungefähr 0,0981 Newton oder aufgerundet vorzugsweise höchstens ungefähr 0,1 Newton und zum Beispiel ungefähr 0,00981 N bis ungefähr 0,049 N oder aufgerundet ungefähr 0,01 N bis ungefähr 0,05 N beträgt.
Beim Beginn der Messung wurde der Nullpunkt jeder Waage 25 zum Beispiel derart eingestellt, dass vom Gewicht bzw. von der Gewichtskraft, das bzw. die vom ersten Hebelarm auf den Aufnehmer 33 ausgeübt wird, elektronisch ein Ausgleichs- oder Tarier-Wert subtrahiert wird, der zum Beispiel ungefähr 0,003 Kilopond bzw. ungefähr 3 g* beträgt und einer
Gewichtskraft von ungefähr 0,03 N entspricht. Die momentan mit den Waagen 25 gemessenen Gewichte bzw. Gewichtskräfte werden dann - unter Abzug des Ausgleichs- oder Tarier-Werts - von den Anzeigevorrichtungen 41 der Waagen 25 fortlaufend sowie quasikontinuierlich digital angezeigt sowie mit der Anzeige- und/oder Registriervorrichtung 43 registriert, nämlich beispielsweise in digitaler Form quasikontinuierlich gespeichert sowie gleichzeitig oder nachträglich in Form einer Kurve aufgezeichnet und angezeigt.
In den in den Figuren 3, 4, 5, 6 dargestellten Diagrammen ist auf den Abzissen die in Stunden h oder Tagen d angegebene Zeit t aufgetragen. Auf den Ordinaten sind die mit den Waagen abzüglich des Ausgleichs- oder Tarier-Werts gemessenen Gewichte G bzw. Gewichtskräfte G aufgetragen. Die Gewichte oder Gewichtskräfte sind dabei sowohl in g* oder mg* (Pond oder Millipond) als auch in mN (Millinewton) angegeben.
Die Kurve 51 des in Fig. 3 ersichtlichen Diagramms zeigt den für eine aus Quecksilber (Hg) bestehende Last während ungefähr eines Tages gemessenen Verlauf des Gewichts G bzw. der Gewichtskraft G. Die Kurve 53 des in Fig. 4 ersichtlichen Diagramms zeigt den während ungefähr eines Tages gemessenen Verlauf des Gewichts bzw. der Gewichtskraft für eine aus Kupfer (Cu) bestehende Last. Die Kurve 55 des in Fig. 5 dargestellten Diagramms zeigt den während ungefähr eines Tages gemessenen Verlauf des Gewichts bzw. der Gewichtskraft für eine aus Blei (Pb) bestehende Last. Schliesslich zeigt die Kurve 57 des Diagramms in Fig. 6 den während ungefähr eines Monats gemessenen Verlauf des Gewichts bzw. der Gewichtskraft für eine aus Quecksilber (Hg) bestehende Last. Alle Diagramme zeigen, dass das gemessene Gewicht bzw. die gemessene Gewichtskraft im Verlauf der Zeit ändert. Von den drei untersuchten Metallen Quecksilber, Kupfer und Blei ergibt Quecksilber die grössten und Blei die kleinsten Änderungen.
Es wurden auch Vergleichsmessungen durchgeführt, bei denen der erste Hebelarm keine Last oder - genauer gesagt - zumindest keine aus einem vom Hebel-Material verschiedenen Material bestehende Last trug. Dabei wurde ein gleich ausgebildeter Hebel wie für die Messungen einer Last, d.h. ein Hebel mit Löchern 41d, 41e verwendet. Ferner wurde im Loch Hd des ersten Hebelarms Hb ein Last-Behälter fixiert, der gleich ausgebildet war wie die zum Aufnehmen einer metallischen Last verwendeten Last-Behälter 19 und wie diese aus Glas bestand. Zum Ausbalancieren des Hebels wurde dann ein aus Hebel- Material bestehender Last-Ersatz in der Nähe des äusseren, freien Endes des ersten Hebelarms derart an diesem angebracht und fixiert, dass der erste Hebelarm zusammen mit dem leeren Last-Behälter und dem Last-Ersatz eine kleine Gewichtskraft auf den Aufnehmer 33 der zugeordneten Waage ausübte. Der Last- Ersatz wurde dabei derart bemessen und angeordnet, dass die letztgenannte, auf den Aufnehmer der Waage ausgeübte Gewichtskraft im Bereich von ungefähr 0,001 bis ungefähr 0,005 Kilopond bzw. g* lag und also in Newton ungefähr 0,00981 N bis ungefähr 0,049 N oder aufgerundet ungefähr 0,01 N bis 0,05 N war. Bei diesen Vergleichsmessungen wurden während der Messzeit innerhalb der 1 mg* bzw. 0,000 001 Kilopond bzw. 0,00981 mN betragenden Mess-Auflösung der Waage keine Schwankungen der gemessenen Gewichtskraft oder höchstens viel kleinere Schwankungen als beim Messen einer Last festgestellt.
Es wurden auch Messungen mit mindestens einem kürzeren und leichteren, ebenfalls zwei gleich lange Hebelarme Hb, Hc aufweisenden Hebel 11 und mit kleineren Lasten 21 durchgeführt. Bei diesen Messungen hatte der bzw. jeder Hebel eine Länge L von ungefähr 200 mm und ohne Last ein Gewicht von ungefähr 0,136 Kilopond bzw. 136 g*, was einer Kraft von ungefähr 1,33 N entspricht. Die Last hatte - separat vom Hebel gewogen - ein Gewicht von ungefähr 0,014 Kilopond bzw. 14 g*, was einer Kraft von ungefähr 0,137 N entspricht. Der erste, die Last tragende Hebelarm war durch Löcher und/oder Ausnehmungen soviel leichter ausgebildet als der zweite Hebelarm, dass das Gewicht des zweiten, unbelasteten Hebelarms das Gesamtgewicht des ersten Hebelarms, des von diesem gehaltenen Last-Behälters und der in diesem angeordneten Last wiederum annähernd kompensierte und ausbalancierte. Das vom ersten Hebelarm auf den Aufnehmer der Wägevorrichtung bzw. Waage ausgeübte Gewicht und die diesem entsprechende Gewichtskraft betrug dann während der ganzen Messdauer und insbesondere am Anfang der Messung höchstens ungefähr 0,001 Kilopond bzw. höchstens ungefähr 1 g* bzw. höchstens ungefähr 0,01 N. Die im Verlauf der Messungen gemessenen Änderungen des Gewichts bzw. der Gewichtskraft hatten - relativ zum maximal gemessenen Übergewicht des belasteten, ersten Hebelarms - ähnliche relative Grossen wie bei den in den Figuren 3 bis 6 veranschaulichten Messergebnissen mit den ungefähr 1 m langen Hebeln.
Die für die untersuchten metallischen Lasten 21 bzw.
Proben 21 gemessenen Gewichtskräfte und deren Änderungen geben ein Mass für die relative Schwere und/oder mindestens für die Änderungen der Schwere dieser Lasten bzw. Proben. Die Einrichtungen sind also sehr gut geeignet für wissenschaftliche und sonstige Untersuchungen der Schwere sowie von Schwereänderungen und von diese bewirkenden Feldern und Ursachen, insbesondere des Gravitationsfeldes.
Falls eine Einrichtung sowohl für den ersten Hebelarm IIb als auch für den zweiten Hebelarm 11c des bzw. jedes Hebels 11 eine Waage 25 bzw. 27 aufweist, kann der bzw. jeder Hebel beispielsweise derart ausbalanciert werden, dass der bzw. ein Hebel beim Messen zeitweise nur den Aufnehmer der einen Waage und zeitweise nur den Aufnehmer der anderen Waage belastet. Dabei erzeugt dann diejenige Waage, deren Aufnehmer momentan vom Hebel mit einer Gewichtskraft beaufschlagt wird, eine diese Gewichtskraft kompensierende Rückstellkraft. Die Nullpunkte der Waagen können dabei zum Messen so eingestellt werden, dass beide Waagen im unbelasteten Zustand den Wert Null anzeigen. Die Anzeige- und Registriervorrichtung 43 kann dann beispielsweise die Messwerte, die mit den beiden ein und demselben Hebel zugeordneten Waagen 25, 27 gemessen werden, beide separat registrieren und separat als Kurve darstellen. Es besteht jedoch zum Beispiel auch die Möglichkeit, den mit der ersten Waage 25 gemessenen Gewichtskräften ein positives Vorzeichen und den mit der zweiten Waage gemessenen Gewichtskräfte ein negatives Vorzeichen zuzuordnen. Die Anzeige- und/oder Registriervorrichtung 43 kann dann zum Beispiel für den bzw. jeden Hebel nur die von Null verschiedenen, positiven oder negativen Messwerte registrieren sowie eventuell fortlaufend anzeigen und zum Beispiel für jeden Hebel nur eine Kurve mit positiven und negativen Messwerten aufzeichnen.
Die in den Fig. 7 und 8 dargestellte, als Ganzes mit 101 bezeichnete Einrichtung weist ein Gehäuse 103 auf. Dieses besitzt als Hauptbestandteil einen tragbaren, verschliessbaren Koffer 105 mit einem einen Boden und Seitenwände aufweisenden Unterteil 105a, einem Deckel 105b, einem diesen mit dem Unterteil 105a verbindenden Scharnier 105c, einem Handgriff 105d und Verschlussmitteln 105e. Im Inneren des Koffers befindet sich ein Sockel 107, der auf dem Boden des Koffers aufliegt und/oder am Unterteil 105a befestigt ist.
Der Koffer enthält mindestens einen Hebel, nämlich mehrere identisch ausgebildete, zum Messen einer Last dienende Hebel 111 mit einer Nut lila, einem ersten Hebelarm 111b, einem zweiten Hebelarm 111c und einem Loch llld oder einer Ausnehmung. Das letztere befindet sich in der Nähe des freien Endes des ersten Hebelarms 111b, mündet in die obere ebene
Begrenzungsfläche des Hebels 111 und besteht zum Beispiel aus einem unten geschlossenen Sackloch. Die Mündung des Lochs llld kann mit einem Stopfen 119 verschlossen werden und bildet mit diesem zusammen Haltemittel zum Halte einer Last 121. Die Nut lila ist besonders deutlich in den Fig. 9 und 10 ersichtlich, verläuft quer zum Hebel 111 senkrecht zu dessen Längsrichtung durch diesen hindurch, ist gegen unten offen und hat zwei ebene, zueinander parallele Seitenflächen und zuoberst einen im Querschnitt V-förmigen Scheitelabschnitt bzw. Nutgrund. Der Scheitelabschnitt . ist quer zum Hebel gewölbt, so dass die Nut bei der vertikalen Längsmittelebene des Hebels weiter nach oben reicht als bei ihren Enden, bei denen sie in die vertikalen, ebenen Seitenflächen des Hebels mündet. Die Nut lila jedes Hebels 111 dient zum Lagern des betreffenden Hebels und bildet eine Art Lagerpfanne.
Die Einrichtung 101 weist vorzugsweise noch einen ebenfalls im Koffer 105 angeordneten, in Fig. 8 ersichtlichen Referenz-Hebel 131 zur Durchführung einer Referenz-Messung auf. Der Referenz-Hebel 131 hat gleiche Aussenabmessungen wie die zum Messen einer Last dienenden Hebel 111, eine gleich wie bei diesen ausgebildete Nut zum Lagern des Referenz-Hebels, einen ersten Hebelarm 131b und einen zweiten Hebelarm 131c. Der Referenz-Hebel 131 unterscheidet sich jedoch von den Hebeln 111 dadurch, dass er anstelle des im ersten Hebelarms vorhanden Lochs llld ein Loch 131d oder eine Ausnehmung im zweiten Hebelarm 131c hat. Dieses im zweiten Hebelarm 131d vorhandene Loch 131d hat ein kleineres Volumen als das bei den Hebeln 111 im ersten Hebelarm 111b vorhandene Loch. Der erste Hebelarm 131b des Referenz-Hebels 131 erzeugt daher ohne das eine Last auf ihn einwirkt, ein geringfügig grosseres Drehmoment als der zweite, ebenfalls unbelastete Hebelarm 131c.
Die Einrichtung 101 hat noch mindestens ein zum Lagern der Hebel dienendes Lager 113, nämlich ein für alle Hebel 111, 131 gemeinsames Lager 113. Dieses besteht aus einer im Sockel 107 verankerten und befestigten Leiste, die quer zu den Hebeln 111, 131 verläuft und in deren Nuten lila hineinragt. Das Lager 113 hat für jeden zu lagernden Hebel eine Schneide 113a, die durch zwei besonders deutlich in Fig. 10 ersichtliche Abschnitte einer abgestuften Ausnehmung 111b gebildet ist. Die Ausnehmung 111b hat einen Grund und eine Mündung, die in den oberen Rand der das Lager 113 bildenden Leiste mündet. Die Ausnehmung 113 hat unten einen engeren Grundabschnitt, oben einen weiteren Mündungsabschnitt und dazwischen auf beiden Seiten eine Schulter mit je einem horizontalen Randabschnitt. Die horizontalen Randabschnitte der beiden Schultern verjüngen sich nach oben in quer zum Lager in der Längsrichtung des Hebels verlaufenden Vertikalschnitten V-förmig und bilden zusammen die Schneide zum Lagern des zugeordneten Hebels. Der Hebel 111 liegt dann bei den zwei in die Seitenflächen des Hebels mündenden Enden des Scheitels der Nut lila auf der Schneide 113a auf, wie es in den Figuren 9 und 10 ersichtlich ist.
Die beim Mündungsabschnitt einer Ausnehmung 113b auf beiden Seiten von dieser vorhandene Abschnitte der Leiste ragen nach oben über die Nut lila des Hebels hinauf und bilden Führungen 113c, die den Hebel mit kleinem Spiel seitlich führen.
Die Hebel 111, 131 bestehen, wie der Hebel 11, zum Beispiel aus einem nicht-metallischen Material, nämlich aus einem Kunststoff, etwa Acrylglas, oder eventuell Holz. Das Lager 113 besteht vorzugsweise ebenfalls aus einem nicht¬ metallischen Material, zum Beispiel wie das Lage^ 13 aus einem Kunststoff. Der Stopfen 119 besteht ebenfalls aus einem nicht¬ metallischen Material, etwa Kork oder Kunststoff. Die gemessenen Lasten 121 können zum Beispiel aus metallischen Materialien bestehen.
Die Einrichtung 101 weist für jeden Hebel 111, 131 einen Aufnehmer 133 und einen Messgrössenumformer 139 oder zwei Aufnehmer 133 und zwei Messgrössenumformer 139 auf. Die Messgrössenumformer haben ein im und/oder am Sockel 107 befestigtes Gehäuse und enthalten eine Messzelle zum Umwandeln einer Kraft, nämlich einer Druckkraft in ein elektrisches Signal. Der Aufnehmer 133 besteht zum Beispiel aus einem Stift, der vertikal verschiebbar im Gehäuse des
Messgrössenumformers geführt ist. Falls die Einrichtung 101 für jeden Hebel 111, 131 nur einen einzigen
Messgrössenumformer 139 aufweist, befindet sich dieser derart unter dem ersten Hebelarm des betreffenden Hebels 111, 131, dass der erste Hebelarm 111b bzw. 131b in der Nähe seines freien Endes vom Aufnehmer 133 abgestützt wird und an diesem angreift. Falls für jeden Hebel noch ein zweiter Messgrössenumformer vorhanden ist, kann dieser unter dem zweiten Hebelarm des betreffenden Hebels angeordnet werden, wie es strichpunktiert in Fig. 7 dargestellt ist. Der zweite Hebelarm kann dann am Aufnehmer 133 des zweiten Messgrössenumformers angreifen.
In Fig. 7 sind noch die Länge L eines Hebels 111, die gesamten Längen ai und bs eines ersten bzw. zweiten Hebelarms und die für die Kraftübertragung wirksamen Hebelarmlängen bi und b2 eingezeichnet. Diese Längen L, ai, a2, bi, b2 sind dabei gleich gemessen wie es für die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung 1 erläutert wurde. Die Länge L ist bei allen Hebeln 111, 131 gleich gross. Die Längen ax und a2 der
Hebelarme sind ebenfalls bei allen Hebeln gleich gross, wobei ai gleich a2 ist. Die wirksamen Hebelarmlängen bi sind ebenfalls bei allen Hebeln gleich gross. Falls bei den zweiten Hebelarmen auch Messgrössenumformer 139 vorhanden sind, ist ferner auch die bis zu deren Aufnehmern 133 gemessene wirksame Hebelarmlänge b2 bei allen Hebeln gleich gross und ferner ungefähr oder genau gleich gross wie bi. Die Mittelachse der« Last 121 hat von der Schwenkachse 115 einen Abstand Ci, der bei den Hebeln 111 zum Beispiel ein wenig von der wirksamen Hebelarmlänge bx verschieden, nämlich ein wenig kleiner als diese ist.
Der Koffer 105 kann eventuell noch mit den Messgrössenumformern verbundene Elektronik-Bauteile enthalten. Die Messgrössenumformer sind direkt und/oder über die allenfalls noch im Koffer vorhandenen Elektronik-Bauteile elektrisch leitend über eine trennbare Steckverbindung und ein Kabel 145 mit einer ausserhalb des Koffers 105 angeordneten, beispielsweise für alle Messgrössenumformer gemeinsamen
Anzeige- und/oder Registriervorrichtung 143 verbunden. Diese kann dann zum Beispiel den Stromversorgungsteil mit einem Netzteil und/oder Batterien für die Stromversorgung der Messgrössenumformer sowie Betätigungsorgane und dergleichen aufweisen. Eventuell könnte jedoch auch ein
Stromversorgungsteil im Koffer untergebracht sein.
Die Einrichtung 101 ermöglicht, gleichzeitig mit mehreren Hebeln 111 Messungen von verschiedenen Lasten, insbesondere von aus verschiedenen Last-Materialien bestehenden Lasten, und gleichzeitig noch eine Referenz-Messung mit dem unbelasteten Referenz-Hebel 131 durchzuführen. Da der erste Hebelarm 131b des Referenz-Hebels 131 wegen des im zweiten Hebelarm 131c vorhandenen, kleinen Lochs 131d geringfügig schwerer ist als der zweite Hebelarm, liegt der erste Hebelarm 131b beim Messen auf dem unter dem ersten Hebelarm vorhandenen Aufnehmer 133 auf. Die Gewichtsdifferenz, um die der erste Hebelarm 131b des Referenz-Hebels schwerer ist als dessen zweiter Hebelarm 131c kann dabei eine ähnliche Grosse haben, wie die allfällige Gewichtsdifferenz, um welche die eine Last tragenden ersten Hebelarme 111b der Hebel 111 schwerer sind als die zweiten Hebelarme 111c der Hebel 111.
Der Einbau der Hebel in einen Koffer 105 ermöglicht einen einfachen Transport der Einrichtung 101. Dies erleichtert die Untersuchung der Ortsabhängigkeit des Gravitationsfeldes. Im Übrigen können nicht benötigte Hebel 111 oder der Referenz- Hebel 131 ohne Weiteres vom Lager 113 abgehoben und aus dem Koffer herausgenommen werden.
Soweit vorgängig nichts anderes geschrieben wurde, kann die Einrichtung 101 ähnlich ausgebildet sein und ähnlich verwendet werden, wie die vorher beschriebene Einrichtung 1.
Die Einrichtungen und die Mess- bzw. Wäge-Verfahren können noch auf verschiedene Arten geändert werden. So können beispielsweise Merkmale der Einrichtungen 1 und 101 und der Verwendungen dieser Einrichtungen miteinander kombiniert werden. Des Weiteren können die Grossen der Hebel und Lasten in weiten Grenzen variiert werden und kleiner oder auch sehr . viel grösser sein als bei den beschriebenen Versuchen. Ferner kann beispielsweise auch die Anzahl der Hebel geändert werden, wobei die Einrichtungen beispielsweise nur einen einzigen Hebel aufweisen können. Im Übrigen könnte der erste Hebelarm IIb des bzw. jedes Hebels 11 statt der zwei gezeichneten, durchgehenden Löcher nur ein durchgehendes Loch oder mehr als zwei durchgehende Löcher aufweisen. Falls bei dem oder jedem Hebel 11 anstelle der zwei zylindrischen, durchgehenden Löcher Hd, He zwei oder mehr Löcher irgendwelcher Art und/oder Ausnehmungen vorhanden sind, können diese analog wie die beiden Löcher Hd, He in der Nähe des äusseren Endes des ersten Hebelarms entlang von diesem verteilt sein. Eventuell können auch zwei oder drei oder sogar noch mehr nebeneinander angeordnete, quer zur Hebel-Längsrichtung voneinander in kleinem Abstand stehende Löcher und/oder Ausnehmungen oder nebeneinander entlang dem Hebelarm verlaufende Reihen von Löchern und/oder Ausnehmungen vorhanden sein.
Ferner kann der erste Hebelarm Hb, IHb, 131b und/oder eventuell der zweite Hebelarm Hc, IHc, 131c mit einem Schieber versehen werden, der zum Ausbalancieren des- Hebels entlang dem betreffenden Hebelarm verstellt, d.h. verschoben und in verschiedenen Schiebstellungen fixiert werden kann. Der Schieber soll dabei vorzugsweise aus dem gleichen Material bestehen wie der Hebel.
Der Last-Träger 19 der Einrichtung 1 könnte statt eines röhrchenförmigen Behälters einen ebenen oder schalenförmigen, leicht konkav gebogenen Teller und einen das Loch Hd des ersten Hebelarms durchdringenden Zapfen aufweisen. Insbesondere wenn nur Lasten oder Proben aus festen Materialien gemessen oder gewogen werden sollen, könnte man bei der Einrichtung 1, wie bei der Einrichtung 101, überhaupt auf einen separaten Last-Träger verzichten, das durchgehende Loch Hd durch ein oben offenes Sackloch bzw. eine oben offene Ausnehmung ersetzen und die Last bzw. Probe in dieses Sackloch bzw. diese Ausnehmung einsetzen. Der erste Hebelarm könnte dann mit einem analog zum Übertragungselement 35 ausgebildeten Übertragungselement versehen werden. Ferner könnte der bzw. jeder Hebelarm, dem eine Waage oder sonst ein
Messgrössenumformer zugeordnet ist, eventuell nicht nur auf einem Aufnehmer der Waage bzw. des Messgrössenumformers abgestützt, sondern durch irgend eine Gelenkverbindung zumindest beim Messen dauernd, aber eventuell lösbar mit dem Aufnehmer verbunden werden.
Eventuell könnte man auch für jeden Hebel 11, 111, 131 zwei beim gleichen Hebelarm, d.h. beim ersten oder zweiten Hebelarm, angeordnete Aufnehmer und Messgrössenumformer vorsehen. Der eine Aufnehmer könnte dann auf der unteren Seite und der andere Aufnehmer auf der oberen Seite des Hebels angeordnet werden und an diesen angreifen und zum Übertragen von Druckkräften dienen. Falls für jeden zum Messen einer Last dienenden Hebel 11, 111 zwei bei verschiedenen Hebelarmen oder zwei beim gleichen Hebelarm angeordnete Messgrössenumformer vorhanden sind, können die Lasten zudem derart bemessen werden, dass der erste Hebelarm zusammen mit der von ihm getragenen Last und den allfälligen Haltemitteln zum Halten der Last während einer Messung mindestens zeitweise gleich schwer wie der zweite Hebelarm ist und/oder mindestens zeitweise ein gleich grosses Drehmoment erzeugt wie der zweite Hebelarm. Wenn auch für den Referenz-Hebel 131 zwei Messgrössenumformer vorhanden sind, kann man das Loch 131d des Referenz-Hebels weglassen und beide Hebelarme des Referenz- Hebels gleich schwer ausbilden, so dass sie gleich grosse Drehmomente erzeugen.
Es ist auch möglich, nur beim zweiten, unbelasteten Hebelarm des bzw. jedes Hebels einen zum Messen einer Druckkraft ausgebildeten Messgrössenumformer mit einem den zweiten Hebelarm abstützenden Aufnehmer vorzusehen. Das Gewicht einer zu messenden Last kann dann so gewählt werden, dass das Gewicht des zweiten Hebelarms ein wenig grösser ist als das Gewicht des ersten Hebelarms und der von diesem getragenen Last. Des Weiteren könnte man Messgrössenumformer verwenden, die zum Messen einer von einem Hebel auf den zugeordneten Aufnehmer ausgeübten Zugkraft ausgebildet sind.
Ferner könnte der bzw. jeder Hebel zwei verschieden lange Hebelarme aufweisen. Die Last könnte dann derart bemessen und angeordnet werden, dass das vom Gewicht des zweiten Hebelarms erzeugte Drehmoment das vom Gesamtgewicht der Last, des allfälligen Last-Trägers und des ersten Hebelarms erzeugte Drehmoment mindestens annähernd kompensiert. Die vom belasteten, ersten Hebelarm und vom unbelasteten, zweiten
Hebelarm erzeugten Drehmomente können beispielsweise analog wie bei einem gleicharmigen Hebel derart aufeinander abgestimmt werden, dass die Gewichtskraft, die bei belastetem, erstem Hebelarm vom Hebel auf den Aufnehmer der bzw. einer diesem Hebel zugeordneten Wägevorrichtung oder Waage übertragen wird, zweckmässigerweise höchstens 20%, vorzugsweise höchstens 10% und zum Beispiel höchstens 5% der Gewichtskraft beträgt, die der belastete Hebel auf den betreffenden Aufnehmer übertragen würde, wenn der Hebel selbst und der allfällige Last-Träger bzw. Last-Behälter kein eigenes Gewicht hätte (n) . Der bzw. jeder Hebel kann sich dann beim Messen wiederum ungefähr oder eventuell mindestens zeitweise sogar genau in einem indifferenten bzw. dynamischen Gleichgewicht befinden.
Die Einrichtung kann eventuell - mit gewissen Anpassungen - auch zum Messen und Untersuchen von Kräften und/oder Scheinkräften benutzt werden, die in und/oder an einem Körper entstehen, der um eine eigene Rotationsachse und/oder um eine äussere Achse rotiert. So könnte die Einrichtung zum Beispiel in ein Gyroskop, in einen Kreiselkompass oder in einen sich um die Erde bewegenden Satelliten oder dergleichen eingebaut werden. Die Schwenkachse des oder mindestens eines Hebels einer solchen Einrichtung könnte dann - statt horizontal wie bei den zu Untersuchung der Schwere dienenden Einrichtungen - ungefähr oder genau parallel zur genannten Rotationsachse oder zur genannten äusseren Achse sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Einrichtung zum Messen einer Kraft und/oder Kraftänderung und/oder der Schwere und/oder einer Schwereänderung, mit mindestens einem Hebel (11, 111) , der einen ersten Hebelarm (IIb, 111b) sowie einen zweiten Hebelarm (llc, 111c) aufweist und um eine Schwenkachse (15, 115) schwenkbar ist, wobei der erste Hebelarm (IIb, 111b) zum Halten einer Last (21, 121) ausgebildet ist, wobei mindestens einer der beiden Hebelarme (IIb, llc, 111b, 111c) des bzw. jedes Hebels (11, 111) von einem Aufnehmer (33, 133) abgestützt und/oder mit diesem Aufnehmer (33, 133) verbunden ist und wobei dieser Aufnehmer (33, 133) mit einem Messgrössenumformer (39, 139) verbunden ist und/oder zu einem solchen gehört, dadurch gekennzeichnet, dass der oder mindestens ein Hebel (11, 111) derart ausgebildet ist, dass' die Last (21, 121) derart vom ersten Hebelarm (IIb, 111b) gehalten und/oder mit diesem verbunden und derart bemessen werden kann, dass der Hebel (11, 111) zusammen mit der Last (21, 121) und allfälligen, zum Halten von dieser dienenden Haltemitteln einen Schwerpunkt (23, 123) hat, der sich mindestens annähernd bei der Schwenkachse (15, 115) befindet und/oder von dieser höchstens einen kleinen Abstand (s) hat.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (15, 115) horizontal ist und vorzugsweise mindestens der erste Hebelarm (IIb, 111b) vom Aufnehmer (33, 133) des bzw. eines Messgrössenumformers (39, 139) abgestützt und/oder mit diesem Aufnehmer (39, 139) verbunden ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den bzw. jeden Hebel (11, 111) zwei Messgrössenumformer (39, 139) vorhanden sind, von denen jeder mit einem Aufnehmer (33, 133) verbunden und/oder versehen ist und dass jeder der beiden Hebelarme (IIb, 11c, 111b, 111c) des bzw. jedes Hebels (11, 111) von einem der Aufnehmer (33, 133) abgestützt und/oder mit einem der Aufnehmer (33, 133) verbunden ist oder dass ein und derselbe Hebelarm (IIb, 11c, 111b, 111c) auf zwei einander abgewandten Seiten mit einem Aufnehmer (33, 133) verbunden ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. jeder Messgrössenumformer (39, 139) als mechanisch-elektrischer Messgrössenumformer (39, 139) zur Umformung einer Kraft in eine elektrische Grosse ausgebildet und elektrisch mit mindestens einer Anzeige- und/oder mit einer Registriervorrichtung (41, 43, 141, 143) verbunden ist, wobei der bzw. jeder Messgrössenumformer (39, 139) und der zu diesem gehörende Aufnehmer (33, 133) zum
Beispiel durch Teile einer elektromechanischen Waage (25, 27) gebildet sind und/oder der bzw. jeder Messgrössenumformer (39, 139) zum Beispiel zum Messen einer Druckkraft ausgebildet ist.
,
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (11, 111) mindestens zum grössten Teil und vorzugsweise vollständig aus einem unmagnetischen, elektrisch nicht-leitenden und vorzugsweise nicht-metallischen Hebel-Material, beispielsweise Kunststoff oder Holz, besteht.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hebelarme (IIb, 11c, 111b, 111c) derart bemessen und ausgebildet sind, dass der erste Hebelarm (IIb, 111b) bei Abwesenheit einer Last (21, 121) infolge seines Gewichts ein Drehmoment erzeugt, das kleiner ist als das vom zweiten Hebelarm (Hc, 111c) infolge von dessen Gewicht erzeugte Drehmoment, wobei die beiden Hebelarme (Hb, Hc, IHb, HIc) vorzugsweise mindestens annähernd gleich lang sind, wobei der erste Hebelarm (Hb, IHb) vorzugsweise leichter als der zweite Hebelarm (Hc, 111c) ist und wobei der Hebel (11, 111) vorzugsweise derart ausgebildet ist und die Last (21, 121) derart bemessen werden kann, dass der Schwerpunkt des unbelasteten Hebels (11, 111) von der Schwenkachse (15, 115) einen Abstand hat und der Hebel (11, 111) zusammen mit der Last (21, 121) einen Schwerpunkt (23, 123) hat, der sich auf der Schwenkachse (15, 115) befindet und/oder dessen Abstand von der Schwenkachse (15, 115) kleiner ist als derjenige des Schwerpunkts des unbelasteten Hebels (11, 111) .
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei zum Halten einer Last (21, 121) ausgebildete Hebel (11, 111) und/oder zusätzlich zu mindestens einem zum Halten einer Last ausgebildeten Hebel
(11, 111) noch mindestens einen Referenz-Hebel (131) aufweist, der zur Durchführung einer Referenz-Messung ohne Last vorgesehen ist, einen ersten Hebelarm (131b) und einen zweiten Hebelarm (131c) besitzt und vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass der unbelastete, erste Hebelarm (131b) mindestens ein gleich grosses Drehmoment erzeugt wie der unbelastete, zweite Hebelarm (131c), und dass dem bzw. jedem zum Messen einer Last (21, 121) dienenden Hebel (11, 111) und dem gegebenenfalls vorhandenen Referenz-Hebel (131) je mindestens ein Messgrössenumformer (39, 139) zugeordnet ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (11, 111) im Wesentlichen gerade ist.
9. Messanordnung mit einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mit einer vom ersten Hebelarm (IIb, 111b) des bzw. eines Hebels (11, 111) getragenen Last (21, 121), dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (11, 111) zusammen mit der vom ersten Hebelarm (IIb, 111b) getragenen Last (21, 211) und allenfalls zum Halten von dieser dienenden Haltemitteln einen Schwerpunkt (23, 123) hat, der sich mindestens annähernd bei der Schwenkachse (15, 115) befindet und/oder von dieser höchstens einen kleinen Abstand (s) hat.
10. Messanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Schwerpunkt (23, 123) des Hebels (11, 111), der Last (21, 121) und der allenfalls vorhandenen, zum Halten der Last (21, 121) dienenden Haltemittel sich auf der Schwenkachse (15, 115) befindet oder von- der Schwenkachse (15, 115) höchstens einen Abstand (s) hat, der höchstens 5%, zweckmässigerweise höchstens 3%, vorzugsweise höchstens 1% und zum Beispiel höchstens 0,5% der Länge (L) des Hebels (11) ist.
11. Verfahren zum Messen einer Kraft und/oder Kraftänderung und/oder der Schwere und/oder einer Schwereänderung, unter Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Last (21, 121) zum Angreifen am ersten Hebelarm (IIb, 111b) des bzw. eines Hebels (11, 111) gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem bzw. einem Messgrössenumformer (39, 139) die vom Hebel (11, 111) auf den bzw. einen diesem Hebel (11, 111) zugeordneten Aufnehmer (33, 133) ausgeübte Kraft und/oder Kraftänderung gemessen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hebel (11, 111) verwendet wird, dessen erster Hebelarm (IIb, 111b) bei Abwesenheit einer Last (21, 121) infolge seines Gewichts ein Drehmoment erzeugt, das kleiner ist als ein vom zweiten Hebelarm (Hc, 111c) infolge von dessen Gewicht erzeugtes Drehmoment, und dass die Last (21, 121) derart bemessen wird, dass die Drehmomente, die vom ersten Hebelarm (Hb, 111b) zusammen mit der von diesem getragenen Last (21, 121) sowie von allfälligen zum Halten der Last (21, 121) dienenden Haltemitteln und vom zweiten Hebelarm (llc, 111c) erzeugt werden, den Hebel (11, 111) mindestens annähernd ausbalancieren und/oder dass die Gewichtskraft, die bei mit einer Last (21, 121) belastetem, erstem Hebelarm (IIb, 111b) vom Hebel (11, 111) auf den bzw. einen diesem zugeordneten Aufnehmer (33, 133) übertragen wird, höchstens
20%, vorzugsweise höchstens 10% und zum Beispiel höchstens 5% der Gewichtskraft beträgt, die der Hebel (11, 111) bei belastetem erstem Hebelarm (IIb, 111b) auf den betreffenden Aufnehmer (33, 133) übertragen würde, wenn der Hebel (11, 111) und die allfälligen Haltemittel (19, 119) kein eigenes Gewicht hätte (n) .
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Last (21, 121) aus einem Last- Material besteht, das von dem bzw. einem mindestens den grössten Teil des Hebels (11, 111) bildenden Hebel-Material verschieden ist, wobei das genannte Hebel-Material vorzugsweise -unmagnetisch, elektrisch isolierend und nicht¬ metallisch ist und wobei das Last-Material vorzugsweise metallisch ist.
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