DE2246500A1

DE2246500A1 - Kraft- oder laengenmesser

Info

Publication number: DE2246500A1
Application number: DE2246500A
Authority: DE
Inventors: Eugen Meier
Original assignee: Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Instrumente AG
Priority date: 1971-11-23
Filing date: 1972-09-22
Publication date: 1973-05-30
Also published as: FR2166912A5; CH538683A; US3788134A; NL7212392A; DE2246500C2; JPS5321308B2; GB1348615A; JPS4860967A

Description

Mettler Instrumente AG, Greifensee (Schweiz)

Kraft- oder Längenmesser

Die Erfindung betrifft einen Kraft- oder Längenmesser mit einem aus einer Anfangsstellung auslenkbaren beweglichen Teil und einem auf die Auslenkung ansprechenden Messglied, insbesondere einen Kraftmesser mit wenigstens einer vorgespannten Saite.

Bei derartigen Geräten spielen Einflüsse aus Temperaturschwankungen häufig eine unerwünschte Rolle; besonders bei PräzLsionsmessgeräteri können durch sie nennenswerte Messungenau Lgkei ten verursacht werden.

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Zu den merklich von Temperaturschwankungen beeinflussten Daten gehören der Nullpunkt und die Empfindlichkeit des Gerätes, d.h. die Aenderung des Messwertes bezogen auf die Aenderung der zu messenden Grosse.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Einflüsse von TemperatürSchwankungen auf das Messergebnis zu verringern. Erfindungsgemäss geschieht dies dadurch, dass bei einem Kraft- oder Längenmesser der eingangs erwähnten Art wenigstens ein Magnetsystem vorgesehen ist, welches kraftmassig auf den beweglichen Teil und/oder das Messglied einwirkt. Dabei ergeben sich besonders einfache Anordnungen, wenn man Permanentmagnete verwendet.

Nachstehend werden anhand der Zeichnung einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Anordnung sowie deren Wirkungsweise näher erläutert. In der schematischen Zeichnung stellen dar

Fig. 1 eine Seitenansicht einer als Kraftmesser arbeitenden oberschaligen Waage mit einer Messaite,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Federwaage, und Fig. 3 eine Variante zu Fig. 2.

Die Saitenwaage nach Fig. 1 weist ein Parallelführsystem mit den Lenkern 3, 3¹ sowie eine Waagschale 4 und deren Träger auf, wobei letztere derart angebracht sind, dass sie unter dem Einfluss einer Last P vertikal beweglich sind. An einem Ausleger 6 des Trägers 5 greift eine Zugfeder 7 an, an deren

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anderem Ende als Messglied eine Messaite 8 angeschlossen ist, deren zweites Ende am festen Teil der Waage fixiert ist. Die Messaite 8 verfügt über in bekannter Weise wirkende, hier nicht dargestellte Mittel, welche sie zu Querschwingungen anregen, deren Frequenz sich unter dem Einfluss der Last P verändert. Diese Frequenzänderung bildet ein Mass für die Grosse der Last P und wird mit ebenfalls bekannten elektronischen Mitteln ausgewertet bzw. zur Anzeige gebracht.

An der Verbindungsstelle von Zugfeder 7 und Messaite 8 ist ein Ausleger 9 befestigt und über elastische Gelenke 9a mit dem festen Teil der Waage verbunden. Der Ausleger 9 trägt einen Magneten 11. Mit diesem wirkt ein zweiter Magnet II¹ zusammen, der auf einem Halter 12 ruht, welcher am festen Teil der Waage angebracht ist.

Die Magnetanordnung 10 wirkt wie folgt: Die einander zugekehrten ungleichnamigen Pole üben eine anziehende Kraft aufeinander aus. Da der Magnet 11* ortsfest angeordnet ist, wirkt sich die Kraft in einer Verringerung der Vorspannung der Saite 8 aus. Bei einem Ansteigen der Temperatur verlängert sich die Saite entsprechend ihrem linearen Ausdehnungskoeffizienten, ausserdem nimmt ihre Biegesteifigkeit ab. Beide Erscheinungen wirken sich additiv im Sinne einer Verkleinerung der Resonanzfrequenz der Saite aus'. Infolge des Temperaturanstiegs nimmt nun jedoch die anziehende Magnetkraft ab. Bei entsprechender Dimensionierung ist es somit

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möglich, den bei zunehmender Temperatur sich einstellenden Frequenzabfall durch eine zunehmende Zugkraft in der Saite zu kompensieren (für ein Absinken der Temperatur gilt das gleiche im umgekehrten Sinn).

Diese Anordnung erlaubt also, die Ausdehnung der Saite sowie die Aenderung der Biegesteifigkeit soweit zu. korrigieren, dass sie sich praktisch nicht mehr auf den Nullpunkt, d.h. hier die S chw inguiigs frequenz der Messaite nur unter der Vorspannung, also ohne Messlast, auswirkt.

Zweckmässigerweise wird man, um die Dimension der Magnete klein halten zu können, solche mit einem grossen Teruperaturkoeffizienten verwenden, beispielsweise aus Ferrit,

Um eine Justierung der Magnetanordnung 10 zu ermöglichen, kann der Halter 12 am festen Teil der Waage vertikal verschieblich befestigt seixijj Ein zweites Magnetsystem 13 ist folgendermassen angeordnet: Je ein Magnet 14 bzw. 14' ist über Je einen Ausleger 15 bzw. 15* mit dem Träger 5 der Waagschale 4 verbunden. Im Zwischenraum zwischen den Magneten l4 und l4' sind zwei weitere Magnete 16 und 16' angeordnet, welche über Halter 17 und 17' am festen Teil der Waage angebracht sind, und zwar zu Justierzwecken ebenfalls vertikal verschieblieh.

Wie im Patent ... (Patentgesuch Nr. 9157/7I) beschrieben wurde, eignen sich Magnetanordnungen gut zur Linearisierung der Frequenz-Laatfunktion der Messaite. Eine dabei jedoch zu berücksichtigende Begleiterscheinung ist die

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Temperaturabhängigkeit der Magnetkraft, welche eine Fehlerquelle darstellt, die sich unter Umständen sogar bei Verwendung von Magneten mit kleinem Temperaturkoeffizienten auswirken kann. Dieser Fehlerquelle kann durch die Magnetanordnung 13 begegnet werden. Mit ihr wird neben der linearisierenden Wirkung auch eine Kompensation der Auswirkung von Temperaturschwankungen auf die Magnetkräfte dadurch erzielt, dass bei deren Auftreten sowohl die anziehende Kraft zwischen den Magneten 14 und 16 als auch die abstossende zwischen den Magneten Ik¹ und l6' sich über den Auslenkbereich annähernd gleichermassen ändert. Dies bewirkt, dass eine Veränderung der Empfindlichkeit der Anordnung aufgrund des Temperaturverhaltens der Linearisierungsmagnete praktisch eliminiert wird.

Zur Kompensation des Temperaturkoeffizienten der Magnete könnten auch Anordnungen verwendet werden, bei denen einer oder mehrere der Magnete mit einer stromdurchflossenen Spule versehen sind, deren Strom sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, jedoch ist eine solche Ausführung wegen des grösseren Aufwandes weniger zweckmässig.

Eine weitere Fehlerquelle bildet die veränderliche Empfindlichkeit der Saite bei Temperaturschwankungen. Dieser kann auf einfache Weise dadurch begegnet werden, dass man den Abstand zwischen den Magneten l4 und l6 bzw. lV und I6¹ ungleich justiert. Man kann damit eine absichtliche Variation der Empfindlichkeit der Magnetan^prdnung bei sich

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ändernder Temperatur erhalten, welche diejenige der Saite innerhalb des Auslenkbereichs des beweglichen Teils gerade kompensiert.

Die in Fig. 2 dargestellte Federwaage ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie die in Fig. 1 gezeigte Saitenwaage. Dementsprechend sind für dei Grundaufbau die gleichen Bezugszeichen verwendet worden (3-5). Die Messfunktion wird hier in bekannter Weise von einer Zugfeder 18 wahrge nommen, die einerseits am festen Teil der Waage» andererseits über einen Ausleger 19 am Träger 5 der Waagschale befestigt ist. Ein Magnetsystem 20 besteht aus einem ebenfalls am Ausleger 19 befestigten Magneten 21 und zwei diesem zugeordneten Magneten 22 und 22', welche an Haltern 23 und 23' angebracht sind, die ihrerseits, vorzugsweise wiederum verschieblich in vertikaler Richtung, am festen Teil der Waage befestigt sind.

Mit dieser Magnetanordnung, die eine in erster Näherung lineare "magnetische Feder" mit negativer Federkonstante darstellt, ist es wiederum möglich, aus temperaturbedingten Aenderungen der Konstanten der Messfeder resultierende Einflüsse auf die Empfindlichkeit der Waage weitgehend zu korrigieren.

Fig. 5 zeigt eine funktionell gleichwertige, einfachere Möglichkeit, die vorstehend beschriebene Kompensation zu erreichen. Bei dieser Anordnung wirkt ein Magnetpaar 24, 24'

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mit vertikalem Luftspalt aufeinander, und die Korrekturkräfte werden durch die bei der Auslenkung des Schalenträgers 5 auftretenden Magnetkraftkomponenten, die zur Horizontalen geneigt sind, gebildet.

In Fig. 1 wurde am Beispiel eines Saitenkraftmessers die weitgehende Kompensation von Nullpunktsabweichungen infolge von Temperaturschwankungen erläutert. Es ist dabei zu bemerken, dass die gleiche Anordnung generell zur Anwendung bei allen Systemen geeignet ist, bei denen das Messglied (hier: die Saite) praktisch weglos arbeitet, also auch beispielsweise für Geräte mit elektromagnetischer Kraftkompensation.

Näher beschrieben wurde die Erfindung anhand von Geräten, bei denen über einen Weg eine Kraft ermittelt wird. Es versteht sich von selbst, dass die Darlegungen prinzipiell ebenso für den umgekehrten Fall gelten, wenn nämlich ein Weg bzw. eine Länge über eine Kraftänderung gemessen wird.

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Claims

Patentanwälte
Dipl. In-T A ¹VTrDDE
DipL-lng. K. hi IvI P L

München Schumannstr.2 ^

Patentansprüche 22. September 1972

Akte» P. 7443 /l> Kraft- oder Längenmesser mit einem aus einer Anfangsstellung auslenkbaren beweglichen Teil und einem auf die Auslenkung ansprechenden Messglied, insbesondere Kraftmesser mit wenigstens einer vorgespannten Saite, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung der Einflüsse von TemperatürSchwankungen auf das Messergebnis wenigstens ein Magnetsystem vorgesehen ist, welches kraftmässig auf den beweglichen Teil und/oder das Messglied einwirkt.
2. Kraft- oder Längenmesser nach Anspruch 1, dadurch ' gekennzeichnet, dass das Magnetsystem aus Permanentmagneten besteht. V
5. Kraft- oder Längenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete aus Material mit grossem Temperaturkoeffizienten hergestellt Sind.
4. Kraft- oder Längenmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den einzelnen Magneten einstellbar ist.

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