DE914445C - Eine registrierende Torsionswaage mit elektrischer Kompensation - Google Patents

Description

• Die Wägung kleiner Mengen spielt in Wissenschaft und Technik eine sehr bedeutende Rolle. Demgemäß ist die Entwicklung feinster Waagen sehr weit getrieben und in einzelnen Fällen bis zur selbsttätigen Aufzeichnung gelangt, ohne daß allerdings dem Bedürfnis nach einem einfachen und wenig störempfindlichen MeßsSstem zum Registrieren kleiner Gewichtsänderungen ganz entsprochen werden konnte.
• Gegenstand der Erfindung ist eine registrierende Torsionswaage, die Gewichtsänderungen von der Größenordnung In log bei einer Grundlast von etwa 1 g aufzuschreiben vermag. Das eigentliche Meßsystem ist dabei sehr einfach und wenig störanfällig. Die zusätzlichen elektrischen Hilfsmittel können in einer gesonderten Baueinheit zusammengefaßt werden, die sich ebenfalls stabil und störungssicher gestalten läßt.
• Die Anordnung arbeitet folgendermaßen (Fig. I): Im homogenen Feld einer Spulenanordnung nach Helmholtz A ist eine Drehspule B in Verbindung mit einem Waagebalken C an Spannbändern D aufgehängt, die gleichzeitig als Zuleitungen dienen. Der Waagebalken trägt auf der einen Seite die Last E und auf der anderen ein Gegengewicht F. In den Feldspulen fließt ein hochfrequent pulsierender Gleichstrom. Steht die Drehspule senkrecht zu der Feldspulenebene, dann wird keine Spannung induziert.
• Durch das beim Wägevorgang entstehende mechanische Drehmoment wird die Spule gedreht. Bei kleinen Auslenkungen wächst die induzierte Spannung proportional dem Drehwinkel. Wesentlich ist nun, daß diese Wechselspannung verstärkt und phasenabhängig gleichgerichtet wird. Der resultierende Gleichstrom fließt über eine elektrische Weiche wieder durch die Drehspule. Je nach der Richtung verstärkt oder schwächt dieser Steuerstrom das Richtmoment des Spannbandes. Man hat also entweder die Möglichkeit, die natürliche Rückstellkraft der Torsionswaage bis zur Labilität zu schwächen und bei gleichen Abmessungen die Empfindlichkeit zu steigern oder die Stellung des Waagebalkens zu stabilisieren und die Federkraft der Aufhängung bis auf einen beliebig kleinen Rest elektrisch abzulösen. In beiden Fällen ist der Steuerstrom ein Maß für die Last; bei der Labilisierung auf dem Umweg über Direktionskraft des Spannbandes, Verstärkungsfaktor und Spulenkonstanten, bei der Stabilisierung im wesentlichen nur mittelbar über die Spulenkonstanten mit einem Restfehler, der beliebig klein gehalten werden kann.
• Bei gleicher mechanischer Anordnung hat die erste Schaltung höhere Empfindlichkeit, die zweite höhere Genauigkeit und Konstanz.
• Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Schaltung mit Kompensation des Lastmomentes (Fall 2) und elektrischer Dämpfung durch Zumischen der ersten Ableitung zum Steuerstrom. Die überlagerte Hochfrequenz wird durch einen kleinen Röhrensender G mit der Triode I erzeugt, dessen Schwingkreis und Induktivität durch die FeldspulenA der Waage gebildet werden. Die Drehspule B ist abgestimmt und liegt im Gitterkreis einer Hochfrequenzpentode 2, die gleichzeitig die mittels einer Duo-Diode 3 phasenabhängig gleichgerichtete verstärkte Hochfrequenzspannung nochmals verstärkt. Von einem Arbeitswiderstand in ihrem Kathodenkreis wird über einen komplexen SpannungsteilerH die Gitterspannung für die Endröhre 4 entnommen, deren Anodenstrom über eine elel;trische Weiche I die Drehspule und das Anzeigesowie Registriergerät K durchfließt. Die Leistung genügt zum Aussteuern eines Tintenschreibers. Änderungen von IO Hg werden reproduzierbar gemessen.
• Die Anordnung kann weiter als Stromnormal dienen, wenn Feldspulen und Drehspule in Reihe geschaltet werden. Der sich einstellende Strom ist dann sehr nahe proportional der Wurzel aus dem Drehmoment, das man durch Auflegen von Gewichten erzeugt. Bei gegebenen Abmessungen und Windungszahlen der Spulen läßt sich die Proportionalitätskonstante streng berechnen.
• Weiter besteht die Möglichkeit, die Waage bei fest eingestelltem Moment in gewissen Grenzen als Kehrwert Rechner für Steuerungs- und Regelungszwecke zu benutzen, da das Produkt aus Feldstrom 1F und Drehspulenstrom Is, selbsttätig konstant, und zwar gleich dem eingestellten Moment gehalten wird: IF = ISP = Mconst. Es gilt: Is, = M I Schaltet man im Feldkreis ein Meßinstrument und gibt verschiedene Feldströme vor, dann ist die Anzeige des Strommessers im Drehspulkreis stets proportional zum Kehrwert von 19.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Torsionswaage, dadurch gekennzeichnet, daß eine am Waagebalken angebrachte Drehspule sich in einem hochfrequent pulsierenden Gleichfeld bewegt, eine induzierte Spannung eingeprägt bekommt und von dem aus dieser Spannung durch Verstärkung und phasen abhängige Gleichrichtung entstehenden Strom durchflossen wird, so daß ein der Auslenkung proportionales elektrodynamisches Drehmoment entsteht, welches die Richtkraft des Spannbandes je nach Schaltungssinn kompensiert oder ablöst, wobei der das Moment erzeugende Gleichstrom durch einen registrierenden Strommesser angezeigt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei Reihenschaltung der festen und beweglichen Spule das Quadrat des sich einstellenden Stromes einem durch Auflegen von Gewichten reproduzierbar einzustellenden Drehmoment verhältnisgleich ist und somit das System als Stromnormal verwendbar wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei fest eingestelltem Moment Feldspulenstrom und Drehspulenstrom ein konstantes Produkt bilden, so daß bei vorgegebenen Werten des Feldspulenstromes das Instrument im Drehspulenkreis jeweils den reziproken Wert des Feldstromes anzeigt und damit die automatische Ausrechnung von Kehrwerten möglich ist.