DE2365460B2

DE2365460B2 - Kraftmessgeraet

Info

Publication number: DE2365460B2
Application number: DE19732365460
Authority: DE
Inventors: Johann Brione Meier (Schweiz)
Original assignee: Ausscheidung aus: 23 17 756 Precisa AG Rechenmaschinenfabrik, Zürich (Schweiz)
Priority date: 1973-02-20
Filing date: 1973-04-09
Publication date: 1976-01-15
Also published as: DE2365460A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraft-Meßgerät zur Bestimmung der zwischen zwei relativ zueinander verschiebbaren Teilen auftretenden Kraft mittels magnetischer Kraftkompensation, bei welchem der eine erste Teil mit einem ein Primärmagnetfeld bildenden Element und der andere zweite Teil mit einem in diesem Magnetfeld sich befindenden Meß-Magnetspulensystem versehen ist, und das letztere bei Auftreten einer Kraft derart erregt wird, daß die beiden relativ zueinander verschiebbaren Teile eine bestimmte Lage zueinander einnehmen, so daß der durch das Meß-Magnetspulensyitem fließende Strom ein Maß für die einwirkende Kraft ist, und bei welchem das Magnetspulensystem über einen als Hebelarm ausgebildeten Parailelogrammarm einer einen Kraftfühler führenden Parallelogrammführung mit diesem Kraftfühler verbunden ist.

Die bisher bekannten, mittels magnetischer Kraftkompensation arbeitenden Präzisionswaagen weisen den Nachteil auf, daß sie zum Wägen von relativ großen Gewichten große Me3-Magnetspulensysteme benötigen, die einerseits teuer und schwer sind, und andererseits für eine genaue Ablesung eine lange Anwärmzeit verursachen. Soll nun ein kleines Gewicht auf einer solchen, für ein großes Maximalgewicht ausgelegten Waage bestimmt werden, dann ist für ein sehr genaues Meßresultat die Meßgenauigkeit infolge des viel zu großen Meßbereiches zu gering.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kraft-Meßgerätes, bei dem gleichzeitig zwei verschiedene Meßbereiche zur Verfügung stehen, das einfach im Aufbau und preisgünstig in der Herstellung ist, und bei dem gegenüber den bisherigen Konstruktionen bei gleichem Maximalmeßbereich ein viel kleineres Meß-Magnetspulensystem benötigt wird

Diese Aufgabe wird bei einem Kraft-Meßgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kraftfühler über einen im Meßgerätgehäuse schwenkbar gelagerten Hebelarm mit einem zweiten Kraftfühler verbunden ist, dieser Hebelarm einen Teil einer Parallelogrammführung darstellt und

ίο der zweite Kraftfühler mit dem parallel zum ersten Kraftfühier bewegbaren Teil der Parallelogrammführung starr verbunden ist.

Es ist zweckmäßig, wenn die beiden Parallelogrammiührungen durch Anbringen von Gegengewichten unabhängig von der Lage des Meßgerätes ausbalanciert sind.

Eine Ausführungtform des Kraft-Meßgerätes nach der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt, die nachstehend näher erläutert wird. Es ~e\gt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine beispielsweise Ausführungsform des Gerätes,

F i s· 2 ein Schaltschema des in F i g. 1 dargestellten Gerätes und

Fig.3 die Beziehung zwischen dem durch das Magnetspulensystem fließenden Strom und der dadurch erzeugten, auf den Spulenleiter wirkenden Kraft bei unterschiedlicher Ausbildung des Gerätes.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, weist das eine Gegenkraft auf den Kraftfühler 1 ausübende Magnetspulensystem 2 zwei voneinander unabhängig regulierbare Magnetspulen 3 und 4 auf, die von einem ein Magnetfeld erzeugenden Permanentmagneten 31 umgeben sind. Die eine Magnetspule 3 ist zur Einstellung einer Vorlast mit einem ersten regulierbaren Schaltkreis und die zweite Magnetspule 4 zur Feststellung der zu bestimmenden Kraft mit einem zweiten Schaltkreis verbunden, wobei der letztere mit einer die Lage des Kraftfühlers 1 abtastenden photoelektrischen Anordnung 9 und einer in Krafteinheiten geeichten, die durchfließende Stromstärke messenden Meßvorrichtung 26 (F i g. 2) versehen ist.

Um nun das Primärmagnetfeld in Abhängigkeit vom durch das Magnetspulensystem 2 des zweiten Teiles fließenden Strom derart beeinflussen zu können, daß das auf das Magnetspulensystem 2 wirkende Gesamtmagnetfeld immer konstant ist, ist der Permanentmagnet 31 mit den Korrekturspulen 5 und 6 versehen, wobei je eine Korrekturspule einer der Magnetspulen 3 und 4 zugeordnet ist.

Auf diese Weise kann ein zusätzliches, zum durch das Spulensystem 3, 4 erzeugten Magnetfeld umgekehrt gerichtetes Sekundärmagnetfeld der gleichen Stärke erzeugt werden.

Um die beiden entgegengesetzt zueinander gerichteten Sekundärmagnetfelder betragsmäßig abzugleichen, sind die Korrekturspulen 5 und 6 beim dargestellten Ausführungsbeispiel überdimensioniert, so daß ihr Einfluß mit je einem einstellbaren Parallelwiderstand 7 bzw. 8 geschwächt und genau eingestellt werden kann.

Mit Hilfe des Parallelwiderstandes 7 bzw. 8 läßt sich der Kompensationsgrad c der Korrekturspulen 5 und 6 genau auf 1 einstellen.

In F i g. 3 ist die Beziehung zwischen dem durch das Magnetspulensystem 2 fließenden Strom und der dadurch erzeugten, auf den Spulenleiter wirkenden Kraft bei unterschiedlicher Ausbildung des Kraft-Meßgerätes dargestellt, wobei die Kurve a für ein

herkömmliches Gerät ohne Konstanthaltung des auf das Magnetspulensystem wirkenden Gesamtmagnetfeldes und die Kurve b für ein Gerät mit Konstanthaltung des Gesamtmagnetfeldes mit Korrekturspulen 5 und 6 gilt.

Um einerseits den Kraftfühler 1 parallel verschiebbar zu führen und andererseits das Magnetspulensystem 2 möglichst klein ausbilden zu können, wird die Führung des Kraftfühlers 1 durch eine Parallelogrammführung 10, II, 12 gebildet, und das Magnetspulensystem 2 über einen als Hebelarm ausgebildeten Parallelogrammarm 12 mit dem Kraflfühler 1 verbunden.

Um das Meßgerät in allen Orientierungslagen gebrauchen zu können, ist das Parallelogramm-Führungssysteni Iß, 11,12 durch Anordnung von Gegengewichten so ausbalanciert, daß es lageunabhängig ist.

Wenn das Spulensystem 2 so ausgebildet ist. daß auf dem fest mit dem Kraftfühler 1 verbundenen Auflageteller 13 beispielsweise maximal 200 g gemessen werden können, dann kann der KraftfühLr 1 über einen im Meßgerätgehäuse 14 schwenkbar gelagerten einarmigen Hebel 15 mit einem zweiten Auflageteller 16, d. h. mit einem zweiten Kraftfühler, verbunden sein. Dabei stellt der Hebel 55 einen Teil einer zweiten Parallelogrammführung 17 dar, und der zweite Auflageteller 16 ist zu seiner Parallelverschiebung mit einem parallel zum ersten Kraftfühler 1 bewegbaren Teil 18 der zweiten Parallelogrammführung 17 verbunden. Auch dieses zweite Parallelogrammsystem ist mittels Gegengewichten ausbalarfciert und unabhängig von der Lage des Meßgerätes. Wenn nun das Untersetzungsverhältnis des einarmigen Hebels 10:1 beträgt, dann kann mit dem gleichen Magnetspulensystem 2 ein Gewicht von 2 kg gemessen werden.

Wirkt nun eine Kraft K auf den Auflageteller 13, dann erfolgt eine Auslenkung des Hebelarmes 12 und somit der Fahne 19 der photoelektrischen Abtastanordnung 9.

Dies hat, wie aus F i g. 2 ersichtlich, zur Folge, daß die Phototratisistoren 20 und 21 verschieden stark von der Lampe 22 beleuchtet werden und mit Hilfe des Verstärkers 23 am Eingang des Proportional-Integral-Keglers 24 eine Spannung Ur bewirken. Der Regler 24 verursacht darauf einen Stromfiuß /1 durch den Widerstand 25 und die Spule 4 bis die Fahne 19 sich wieder in einer symmetrischen Lage bezüglich der beiden Phototransistoren 20 und 21 befindet und diese wieder gleich stark beleuchtet werden, was zur Folge hat, daß Ur = 0 ist und der Strom /1 konstant bleibt.

Da der Strom /1 proportional zu der auf den Auflageteller 13 wirkenden Kraft ist, kann die letztere am Digitalvoltmeter 26 abgelesen werden. Geeicht wird die Schaltung mit Hilfe des veränderlichen Widerstandes 25.

Der vom Digitalvoltmeter 26 gemessene analoge Spannungswert Um erscheint am Ausgang desselben als binär codierter Digitalwert. Soll nun die z. B. durch ein Gefäß bewirkte Kraft K nicht gemessen werden, sondern nur das in dieses Gefäß einzugießende Gut, dann betätigt man mittels des Schalters 27 einen Speicher 28, der diesen binär codierten Digitalwert speichert. Der an den Speicher 28 angeschlossene Digital-Analog-Wandler 29 wandelt den binär codierten Wert wieder in eine analoge Spannung Up = Um um, worauf die Konstantstromquelle 30 einen lastunabhängigen konstanten Strom /2 liefert, der proportional Up — Um ist. Somit übernimmt nun die Magnetspule 3 die ursprünglich von der Magnetspule 4 besorgte elektromagnetische Krafterzeugung, und /1 sowie Um wird Null.

Der gesamte Arbeitsbereich der Magnetspule 4 steht somit wieder vollständig für den Meßvorgang zur Verfügung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraft-Meßgerät zur Bestimmung der zwischen zwei relativ zueinander verschiebbaren Teilen auftretenden Kraft mittels magnetischer Kraftkompensation, bei welchem der eine erste Teil mit einem ein Primärmagnetfeld bildenden Element und der andere zweite Teil mit einem in diesem Magnetfeld sich befindenden Meß-Magnetspulensystem versehen ist, das letztere bei Auftreten einer Kraft derart erregt wird, daß die beiden relativ zueinander verschiebbaren Teile eine bestimmte Lage zueinander einnehmen, so daß der durch das Meß-Magnetspuiensystem fließende Strom ~ir. Maß für die einwirkende Kraft ist, und bei welchem das Magnetspulensystem über einen ais Hebelarm ausgebildeten Parallelogrammarm einer einen Kraftfühler führenden Parallelogrammführung mit diesem Kraftfühler verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kraftfühier (1) über einen im Meßgerätgehäuse (14) schwenkbar gelagerten Hebelarm (15) mit einem zweiten Kraftfühler (16) verbunden ist, dieser Hebelarm (15) einen Teil einer Parallelogrammführung (15,17,18) darstellt und der zweite Kraftfühler (16) mit dem parallel zum ersten Kraftfühler (1) bewegbaren Teil (18) der Parallelogrammführung starr verbunden ist.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Parallelogrammführungen (10, 11, 12; 15, 17, 18) durch Anbringen von Gegengewichten unabhängig von der Lage des Meßgerätes ausbalanciert sind.