Lastschalenaufhängung an einer mechanischen Präzisionsbalkenwaagezur Wägung in abgeschlossenen Räumen Die Erfindung betrifft eine Lastschalenaufhängungan einer mechanischen Präzisionsbalkenwaage zur Wägung in abgeschlossenen, evakuiertenoder gasgefüllten Räumen.Load pan suspension on a mechanical precision beam scalefor weighing in closed rooms The invention relates to a load pan suspensionon a mechanical precision beam balance for weighing in closed, evacuatedor gas-filled rooms.
Für Wägungen in Räumen der oben bezeichneten Art war es bisher erforderlich,entweder das gesamte Wägesystem oder eine speziell entwickelte Waage in den betreffendenRaum einzubauen. Dabei waren aber nicht nur die konstruktiven Möglichkeiten fürein solches Wägesystem begrenzt, sondern es war darüber hinaus oft sehr schwierig,bei der Erzeugung und Aufrechterhaltung eines guten Hochvakuums den damit verbundenenNebenumständen voll und ganz zu entsprechen. Denn schon bei der Konstruktion einerWaage mit einer an der unteren Grenze für einen bestimmten Verwendungszweck liegendenTragkraft ist man stets auf gasende Werkstoffe angewiesen, oder es sind nur schwerauspumpbare Lufträume in den Konstruktionselementen, z. B. in den Schraubverbindungen,vorhanden. So war es bisher auch nicht möglich, eine Feinwaage mit genügender Tragkraftzu bauen, die im Vakuum ausgeheizt werden konnte, was zur Erreichung eines gutenHochvakuums aber unbedingt erforderlich ist. For weighing in rooms of the type described above, it was previously necessaryeither the entire weighing system or a specially developed scale in the relevantTo build in space. But it wasn't just the constructive options forsuch a weighing system is limited, but it was also often very difficult toin creating and maintaining a good high vacuum the associatedTo fully comply with the incidental circumstances. Because already in the construction of aScales with one at the lower limit for a specific purposeLoad-bearing capacity is always dependent on gassing materials, or it is difficult to do sopumpable air spaces in the construction elements, e.g. B. in the screw connections,available. So it was not possible until now to have a precision balance with sufficient load capacityto build that could be baked out in a vacuum, leading to a good achievementHigh vacuum is absolutely necessary.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lastschalenaufhängung für einean sich bekannte mechanische Waage zu schaffen, die es ermöglicht, innerhalb einesabgeschlossenen Versuchsgefäßes Wägungen durchzuführen, während der überwiegendeTeil der Waagenbauteile außerhalb des Gefäßes angeordnet ist. The object of the invention is to provide a load pan suspension for ato create known mechanical balance that makes it possible within acompleted test vessel to carry out weighings during the predominantPart of the balance components is arranged outside the vessel.
Diese Aufgabe wird nun dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß das Gehängein zwei mechanisch nicht miteinander verbundene Teilgehänge unterteilt ist, vonwelchen der untere Teil (Untergehänge) in dem abgeschlossenen Raum und der obereTeil (Obergehänge) außerhalb des geschlossenen Raumes an dem Waagebalken angeordnetist, und daß die beiden Teilgehänge durch eine an sich bekannte, nach außen kraftmäßigneutrale magnetische Kopplung in bezug auf ihre Vertikalbewegung quasi starr miteinanderverbunden sind, derart, daß die beiden Teilgehänge den Schwingungen des Waagebalkensfolgen. This object is now achieved in that the hanger according to the inventionis divided into two mechanically not interconnected partial slings, ofwhich the lower part (lower hangers) in the closed room and the upper partPart (upper hangings) arranged outside the closed space on the balance beamis, and that the two part hanger by a known per se, in terms of force to the outsideneutral magnetic coupling with respect to their vertical movement quasi rigidly with one anotherare connected in such a way that the two partial hangers the vibrations of the balance beamfollow.
Durch diese Lösung ist es möglich, innerhalb des Versuchsgefäßesnur noch die unumgänglich notwendigen Waagenbauteile zu belassen. Daraus ergibtsich der Vorteil, daß sich in dem abgeschlossenen Raum ein geringes Werkstoffvolumenmit entsprechend geringen gasabgebenden Oberflächen befindet. Ein anderer Vorteilliegt darin, daß man die wenigen, in dem Versuchsgefäß angeordneten Bauteile, hinsichtlichihrer Oberflächenreaktion im Vakuum oder innerhalb eines Gases besser auswählenkann. With this solution it is possible inside the test vesselleaving only the absolutely necessary scale components. From this it followsthe advantage that there is a small volume of material in the closed spacewith correspondingly small gas-emitting surfaces. Another advantagelies in the fact that the few components arranged in the test vessel, with regard tobetter choose their surface reaction in a vacuum or within a gascan.
Es ist bereits bekannt, eine Wägung in einem magnetischen Feld durchzuführen.Man verwendet hierbei jedoch keine mechanische Waage, sondern geht so vor, daß immagnetischen Feld eine bestimmte Gleichgewichtslage eingestellt wird und die elektischeKraft, die zur Einstellung dieses Gleichgewichtsverhältnisses erforderlich ist,gemessen wird. Eine derartige Vorrichtung eignet sich jedoch nicht für Messungenim Vakuum. Dies liegt daran, daß bei der bekannten Vorrichtung ein Dämpfungsglied,vorzugsweise ein Ölbad, erforderlich ist, dessen Verwendung im Vakuum große Schwierigkeitenbereiten würde. Es ist noch eine ähnliche Vorrichtung, eine magnetische Suspensionswaage,bekannt, bei der gleichfalls zur Wägung die magnetische Kraft in einem Feld verwendetwird. It is already known to carry out weighing in a magnetic field.However, one does not use a mechanical balance, but proceeds in such a way that in themagnetic field a certain equilibrium position is set and the electricalForce that is required to establish this equilibrium ratio,is measured. However, such a device is not suitable for measurementsin a vacuum. This is due to the fact that in the known device an attenuator,preferably an oil bath is required, the use of which in a vacuum presents great difficultieswould prepare. There is another similar device, a magnetic suspension balance,known, in which the magnetic force in a field is also used for weighingwill.
Im Gegensatz zu diesen bekannten Vorrichtungen wird nach der Erfindungeine mechanische Balkenwaage verwendet und deren lastseitiges Gehänge wird so unterteilt,daß man den unteren Teil desselben in einem geschlossenen Gefäß anordnen kann. DieHandhabung dieser Waage erfolgt in der für Balkenwaagen bekannten Art und Weise. In contrast to these known devices, according to the inventiona mechanical beam balance is used and its load-side hanger is subdivided in such a way thatthat you can arrange the lower part of the same in a closed vessel. theThis scale is handled in the manner known for beam scales.
Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem weiteren Merkmal dadurchaus, daß das frei schwebende Untergehänge den Kraftfluß des im Obergehänge angeordnetenMagnetsystems unter Zwischenschaltung von Verstärkern steuert, derart, daß ein vorbestimmterAbstand(Luftspalt) zwischen den beiden Gehäuseteilen konstant bleibt. The invention is characterized in accordance with a further featurefrom that the freely floating lower hangers the power flow of the arranged in the upper hangersMagnet system with the interposition of amplifiers controls, such that a predetermined distance(Air gap) between the two housing parts remains constant.
Dabei kann das am Obergehänge angeordnete Magnetsystem aus einemMagneten mit Polschuh und Kern sowie einer Indikatorspule und Steuerspule und dasam Untergehänge angeordnete Magnetsystem aus einem von einer Metallplatte abgedecktenMagneten bestehen. The magnet system arranged on the top hanging can consist of oneMagnets with pole piece and core as well as an indicator coil and control coil and thatMagnet system arranged on the lower hangers and made up of a magnet system covered by a metal plateMagnets exist.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die am Untergehängebefestigte Metallspule induktiv auf die Indikatorspule des am Obergehänge angeordnetenMagnetsystems zur gleichbleibenden Abstandssteuerung einwirken. According to a further feature of the invention, on the lower hangersfastened metal coil inductively on the indicator coil of the arranged on the overhangMagnet system for constant distance control act.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung kann die von einem Oszillatorgespeiste Indikatorspule über einen Gleichrichterverstärker mit Zeitgliedern einennachgeschalteten, mit der Steuerspule verbundenen Leistungsverstärker steuern. According to another feature of the invention, that of an oscillatorfed indicator coil via a rectifier amplifier with timing elementscontrol downstream power amplifier connected to the control coil.
Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß eine lichtelektrische,auf die Abstandsänderung ansprechende Steuervorrichtung in an sich bekannter Weisedas am Obergehänge angeordnete Magnetsystem steuern. The arrangement can also be made so that a photoelectric,control device responsive to the change in distance in a manner known per secontrol the magnet system located on the overhang.
Man kann die Anordnung auch so treffen, daß ein Kondensator, dessenbewegliche Platte mit dem Untergehänge verbunden ist, den Strom durch die Steuerspulesteuert. You can also make the arrangement so that a capacitor, itsmovable plate is connected to the lower hanger, the current through the control coilcontrols.
Zur Inbetriebnahme der Waage nach dem Ruhezustand, wobei das Untergehängeentweder vollständig aus dem Bereich der magnetischen Anziehung herausgefallen oderaber nach oben angezogen sein kann (»klebt«), sind besondere Mittel im Vakuumgehäusevorzusehen. For putting the scales into operation after the idle state, with the lower hangerseither completely fallen out of the range of magnetic attraction orbut can be tightened upwards ("sticks"), are special means in the vacuum housingto be provided.
Diese Mittel können mechanischer, magnetischer oder elektrischerArt sein. Um das Vakuum nicht zu beeinträchtigen, müssen sie ferner von außen fernsteuerbarsein. Gegebenenfalls ist diese Zusatzeinrichtung auch mittels eines Servo-Motorsanzutreiben, der z. B. mit Batteriebetrieb arbeiten könnte. Es wäre ferner aucheine vakuumdichte Stromdurchführung möglich. These means can be mechanical, magnetic or electricalBe kind. In order not to impair the vacuum, they must also be remotely controllable from the outsidebe. If necessary, this additional device is also by means of a servo motorto drive the z. B. could work on battery power. It would also bea vacuum-tight electrical feedthrough is possible.
Die für die Inbetriebnahme der Waage vorgesehenen Mittel können gleichzeitigso ausgebildet sein, daß sie eine Arretierung ermöglichen. The means provided for commissioning the balance can be used simultaneouslybe designed so that they allow locking.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielenschematisch erläutert. Es stellt dar F i g. 1 das Gehänge der außerhalb des Versuchsgefäßesaufgestellten Waage im Schnitt, bestehend aus dem äußeren Obergehänge und dem imVersuchsgefäß befindlichen Untergehänge, F i g. 2 ein Blockschaltbild der automatischen,induktiven Abstandssteuerung mittels elektronischer Schaltelemente, F i g. 3 einUntergehänge mit eingebauter Lichtschranke, F i g. 4 ein Blockschaltbild der automatischenfotoelektrischen Abstandssteuerung. The invention is based on the drawings of several exemplary embodimentsexplained schematically. It represents F i g. 1 the hanger of the outside of the test vesselset up scales in section, consisting of the outer upper hanging and the imLower hangers located in the experimental vessel, F i g. 2 a block diagram of the automatic,inductive distance control by means of electronic switching elements, FIG. 3 aLower suspension with built-in light barrier, Fig. 4 is a block diagram of the automaticphotoelectric distance control.
In F i g. 1 ist mit 1 der Waagebalken bezeichnet. In Fig. 1 is denoted by 1 of the balance beam.
Das Obergehänge, das in herkömmlicher Weise mittels Schneide 2 undPfanne 3 am Waagebalken befestigt ist, enthält das Magnetsystem, bestehend aus demMagneten 4 mit Polschuh 5, dem Kern 6 und einem Weicheisentopf 7. Mit 8 ist dieIndikatorspule und mit 9 die Steuerspule bezeichnet.The upper limbs, which in a conventional manner by means of cutting edge 2 andPan 3 is attached to the balance beam, contains the magnet system, consisting of theMagnet 4 with pole piece 5, the core 6 and a soft iron pot 7. With 8 is theIndicator coil and 9 denotes the control coil.
Das im evakuierten und/oder gasgefüllten Versuchsgefäß 10 frei schwebendeUntergehänge enthält den Magneten 11, der sich in dem vorzugsweise aus weichmagnetischemWerkstoff bestehenden Topf 12 befindet. Dieser ist mit der Kupferplatte 13 hochvakuumdichtverlötet. Am Boden von Topf 12 ist ein Stab t4 befestigt, der an dem Haken 15 dieSchale 16 mit der zu wägenden Substanz trägt. The one floating freely in the evacuated and / or gas-filled test vessel 10Lower hangers contain the magnet 11, which is preferably made of soft magneticMaterial existing pot 12 is located. This is highly vacuum-tight with the copper plate 13soldered. At the bottom of pot 12, a rod t4 is attached to the hook 15 theCarrying shell 16 with the substance to be weighed.
Das zum induktiven Steuersystem gehörende Blockschaltbild nach Fi g. 2 läßt erkennen, daß die Indikatorspule8' des Obergehänges (Magnetsystems)ineine Induktivitätsmeßbrücke oder eine ähnliche Meßvorrichtung eingeschaltet ist.17 ist ein Oszillator, 18 ein Gleichrichter-Verstärker und 19 ein Leistungsverstärker.Mit 20 sind in der Regeltechnik übliche Zeitglieder, z. B. RC-Glieder, bezeichnet. The block diagram belonging to the inductive control system according to Fi g. 2 shows that the indicator coil 8 'of the top hanging (magnet system)inan inductance bridge or a similar measuring device is switched on.17 is an oscillator, 18 is a rectifier amplifier, and 19 is a power amplifier.With 20 are usual timing elements in the control technology, z. B. RC elements referred to.
Das in Fig. 3 dargestellte System zur fotoelektrischen Steuerungenthält die Lampe 21, den Kondensor 22 und das Objektiv 23 sowie eine am Stab 14'des Untergehänges befestigte Blende 24. Mit 25 ist ein Fotoempfänger bezeichnet.Die Teile 21, 22, 23 und 25 sind sämtlich starr mit dem Obergehänge verbunden, sofernman sie nicht gehäusefest anbringt und mit dem Obergehänge eine zweite, in den Strahlengangeingreifende Blende verbindet. The photoelectric control system shown in FIG. 3contains the lamp 21, the condenser 22 and the objective 23 as well as one on the rod 14 'of the lower hanging attached panel 24. With 25 a photo receiver is referred to.The parts 21, 22, 23 and 25 are all rigidly connected to the overhang, ifit is not attached to the housing and a second one is attached to the top hanging in the beam pathengaging aperture connects.
Das Blockschaltbild nach F i g. 4 gehört zum fotoelektrischen System.Darin bedeuten 25' den Fotoempfänger, 26 einen Verstärker und 27 einen Endverstärker;mit 28 sind auch in diesem Falle Zeitglieder bezeichnet. The block diagram according to FIG. 4 belongs to the photoelectric system.Therein, 25 'denotes the photoreceiver, 26 an amplifier and 27 an output amplifier;with 28 timers are also referred to in this case.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Wägeeinrichtung ist folgende:An den während des Wägevorganges frei schwingenden Waagebalken 1 ist das zweiteiligeGehänge in bekannter Weise über Schneide 2 und Pfanne 3 angelenkt. Die mit der Erfindungverbundene Aufgabenstellung, nämlich eine berührungslose Gewichtsbestimmung durchdie Wandung des Versuchsgefäßes, beispielsweise eines Vakuumgefäßes hindurch, wirddurch mechanische Trennung des Gehänges in zwei Hälften erreicht. An Stelle dermechanischen Verbindung ist ein zwischen dem Ober- und Untergehänge wirkendes Magnetfeldgetreten, welches beide Gehängehälften in einem räumlich definierten Abstand voneinanderhält. Dann ist die wägetechnisch ausnutzbare Schwingungsamplitude des Waagebalkens1 gleich diesem Abstand (Luftspalt), verringert um die Dicke der zwischen Ober-undUntergehänge liegenden Wandung des Versuchsgefäßes 10. Um ein störungsfreies Arbeitenzu gewährleisten, darf das Magnetfeld mit dem Vakuumgefäß nicht interferieren, d.h., dieses darf nicht aus einem ferro- bzw. paramagnetischen oder elektrisch leitendenWerkstoff bestehen. Wie ferner leicht einzusehen ist, muß die gesamte Belastungder Waage, die sich aus dem Eigengewicht des Untergehänges und dem jeweiligen Gewichtder in die Schale 16 zur Wägung befindlichen Substanz zusammensetzt, stets kleinersein als die von dem im Obergehänge befindlichen Magnetsystem maximal erzeugte Hubkraft. The described weighing device works as follows:On the balance beam 1, which oscillates freely during the weighing process, the two-partHanger articulated in a known manner via cutting edge 2 and pan 3. The one with the inventionrelated task, namely a non-contact weight determination bythe wall of the test vessel, for example a vacuum vessel through it, isachieved by mechanical separation of the hanger in two halves. Instead ofmechanical connection is a magnetic field acting between the upper and lower hangersentered, which both halves of the hanger at a spatially defined distance from each otherholds. Then is the usable vibration amplitude of the balance beam for weighing purposes1 equal to this distance (air gap), reduced by the thickness of the between top andThe wall of the test vessel 10 lying under the hangings. To ensure trouble-free workTo ensure that the magnetic field must not interfere with the vacuum vessel, i.This means that this must not consist of a ferromagnetic or paramagnetic or electrically conductive oneMaterial. As can also be easily seen, the entire burden mustthe scales, which are made up of the dead weight of the lower hanger and the respective weightcomposed of the substance located in the bowl 16 for weighing, always smallerthan the maximum lifting force generated by the magnet system located in the overhang.
Die in praktischer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens erforderlichestabile Lage der unteren Gehängehälfte wird durch elektronische Mittel erreicht,und zwar ist die Indikatorspule 8' des Magnetsystems z. B. in eine Induktivitätsmeßbrückederart eingeschaltet, daß bei einer Veränderung ihrer Induktivität, im vorliegendenFall durch Annäherung der am Untergehänge befindlichen Kupferscheibe 13 hervorgerufen,am Ausgang der Meßbrücke eine Wechselspannung auftreten läßt. Diese wird in 18 verstärktund gleichgerichtet und schließlich dem Leistungsverstärker 19 zugeleitet, der dieSteuerspule 9 in der Weise speist, daß sie bei Annäherung der Kupferplatte 13 andie Indikatorspule 8 das Magnetfeld des Obergehäuses schwächt. Um diesen zum Pendelntendierenden dynamischen Vorgang im Sinne einer stationären Lage zu beeinflussen,sind zwischen dem Gleichrichter 17 und der Verstärkerstufe 19 an sich bekannte Zeitglieder20 (z. B. RC-Glieder) eingeschaltet. Unter der Voraussetzung, daß die PolungendesMagnetfeldes richtig gewählt wurden, bewirkt das Gleichspannungssignal über dieEndverstärkerstufe 19 eine mittelbare Steuerung des Magnetfeldes mit dem Ergebnis,daß das Untergehänge in der Schwebe gehalten wird. The necessary in a practical embodiment of the inventive conceptstable position of the lower part of the hanger is achieved by electronic means,namely, the indicator coil 8 'of the magnet system z. B. in an inductivity measuring bridgeturned on in such a way that when there is a change in its inductance, in the presentFall caused by the approach of the copper washer 13 located on the lower hangers,an alternating voltage can occur at the output of the measuring bridge. This is reinforced in 18and rectified and finally fed to the power amplifier 19, which theControl coil 9 feeds in such a way that it approaches the copper plate 13 onthe indicator coil 8 weakens the magnetic field of the upper case. To this to commuteto influence the tendency of the dynamic process in the sense of a stationary position,are timing elements known per se between the rectifier 17 and the amplifier stage 1920 (e.g. RC elements) switched on. Provided that the polaritiesofCorrectly selected magnetic field causes the DC voltage signal via thePower amplifier stage 19 an indirect control of the magnetic field with the result,that the hanging is held in suspension.
Soll die Abstandssteuerung fotoelektrisch erfolgen, gelangt ein vonder Lampe 21 ausgehender Lichtstrahl über einen Kondensor 22 und eine Optik 23 aufdie lichtelektrische Zelle des Fotoverstärkers 25. Dessen Fotostrom wird von deram Gehänge 14' befestigten Blende 24 gesteuert. Das elektrische Signal der Fotozelle25 wird schließlich in einem Verstärker 26 verstärkt und nach nochmaliger Verstärkungin 27 zur Steuerung der Spule 9 verwendet. Es ist hierbei wesentlich, daß die gesamteOptik außer der Blende 24 mit dem Obergehänge starr verbunden ist, oder wenigstenseine zweite, am Obergehänge befestigte Blende in den Strahlengang eingreift. If the distance control is to take place photoelectrically, an from comesthe light beam emanating from the lamp 21 via a condenser 22 and an optic 23the photoelectric cell of the photo amplifier 25. Its photo current is from theon the hanger 14 'attached panel 24 controlled. The electrical signal from the photocell25 is finally amplified in an amplifier 26 and after further amplificationused in 27 to control the coil 9. It is essential that the entireOptics other than the aperture 24 is rigidly connected to the top hang, or at leasta second diaphragm attached to the top hang engages in the beam path.
Wird als Indikator schließlich ein außerhalb des Versuchsgefäßesam Obergehänge angeordnetes Kondensatorsystem, d. h. eine variable Kapazität verwendet,bleibt zwar die beschriebene Meßanordnung im wesentlichen bestehen, es wird aberdie Meßeinrichtung für die Induktivität in eine sonst analoge Kapazitätsmeßeinrichtungverwandelt werden müssen. Finally, an indicator outside the test vessel is used as an indicatorcondenser system arranged on the overhang, d. H. uses a variable capacity,Although the measuring arrangement described remains essentially in place, it isthe measuring device for the inductance in an otherwise analog capacitance measuring deviceneed to be transformed.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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