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Einrichtung zur Gewichts-, Kraft-oder Druckmessung
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der Zeit immer grösser, u. zw. infolge eines laufenden Abfalles im Ablesewert auf der Kompensographskala. Keiner der konventionellen Kompensographen vermag diesen Fehler zu korrigieren.
Die erfindungsgemässe Einrichtung beseitigt all diese Mängel und bietet ausserdem eine Anzahl von Vorteilen.
Aus einer allgemeinen Übersicht ihrer Eigenschaften geht hervor, dass im Gegensatz zu früheren Konstruktionen in dieser Einrichtung keinerlei Bestandteile enthalten sind, die durch Abnutzung oder Verbrauch zu einer Verminderung der Messgenauigkeit führen könnten. Ein weiterer bemerkenswerter Vorteil, der besonders bei industriellen Instrumenten (Kompensograph, automatischer Kompensator usw., zur Geltung kommt, besteht darin, dass das Gerät keiner Instandhaltung bedarf.
Der bedeutendste Vorteil der Einrichtung besteht aber darin, dass sie bei der Herstellung regelbarer Spannungen oder Widerstände auf die Anwendung eines Schleifkontaktes verzichtet, infolgedessen die Möglichkeit einer Unterbrechung des Stromkreises durch unsichere Kontaktgabe ausschaltet und so die Gefahr einer Verminderung der Messgenauigkeit beseitigt.
Bei der Konstruktion von elektronischen Instrumenten trachtet man im allgemeinen danach, logarithmisch geteilte Skalen herzustellen, um die relative Ablesegenauigkeit über den ganzen Skalenbereich konstant zu halten. Die gegenwärtig bekannten Stromkreiselemente erwiesen sich als ungeeignet für die Aufgabe, den Anzeigemechanismus mit dem logarithmischen Charakter der Skala übereinstimmend arbeiten zu lassen. Die erfindungsgemässe Einrichtung erzielt durch einfache Mittel eine Skalenanzeige nach logarithmischer oder nach jeder andern beliebigen Funktion.
Die Messdose mit Dehnungsmessstreifen ist eine der am meisten gebräuchlichen Vorrichtungen bei den elektronischen Kraft-, Gewichts-und Druckmessungen ; sie besitzt einen Messkörper, der im Verhältnis zur Intensität der auf ihn einwirkenden Kraft eine gewisse Deformation erleidet, die durch den Messstreifen in eine elektrische Grösse umgewandeltwird. Die temperaturabhängigen Änderungen in dem Youngmodul des Messkörpermaterials führten zu Messfehlern. Diese Änderungen können durch den Einbau von elektrischen Stromkreiselementen bis zu einem gewissen Grade behoben, jedoch nicht völlig beseitigt werden.
Durch die Anwendung eines erfindungsgemässen Stromkreises, dem eine durch die Messdose erzeugte elektrische Grösse (Spannungs- oder Widerstandsänderung) zugeführt wird, ist es möglich, den besagten Messfehler restlos zu beheben, vorausgesetzt, dass die Messdose und der Kompensator oder Kompensograph mit dem erfindungsgemässen Stromkreis auf einer und derselben Temperatur gehalten werden.
Bei der Anwendung von Messstreifen für Gewichts-, Kraft- und Druckmessungen erwies es sich als störend, dass unter dem Einfluss einer dauernden statischen Belastung die Messdose an der Oberfläche des Messkörpers gegen die Ruhelage zu ins Kriechen gerät. Dadurch entstand ein mit der Zeit immer mehr zunehmender Messfehler. Solange das von der Messdose ausgesendete Signal mit den üblichen Kompen- sator- oder Kompensograph-Typen gemessen wurde, ergab sich aus dieser störenden Erscheinung bei lang anhaltenden Untersuchungen ein bedenklicher Unsicherheitsfaktor.
Durch den Gebrauch der hier beschriebenen Einrichtung als Konstruktionselement im Kompensator oder im Kompensograph, wird es möglich, den Tragkörper des Messstreifens und den Messkörper innerhalb der Messdose in der Grösse so aufeinander abzustimmen, dass die beiden in gleichem Mass (oder in einem bestimmten Massverhältnis zueinander) die Deformation erleiden. Infolgedessen kriechen die Messstreifen innerhalb der Dose und des Kompensatorstromkreises im gleichen Ausmass, die beiden Wirkungen neutralisieren einander und der Kriechfehler ist behoben.
Durch den Einbau der Einrichtung in elektronische Geräte für Gewichts-und Kraftmessung eröffnet sich ein Weg zur Erzeugung von solchen Instrumenten, die in Hinsicht auf Genauigkeit und Dauerstabilität den bisher bekannten Typen unvergleichlich überlegen sind, da sie jeden Fehler, der mit der Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls im Verhalten des Messkörpers und mit dem Kriechen des Messstreifens zusammenhängt, mit Sicherheit beheben.
All diese Vorteile lassen sich dadurch erzielen, dass bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art der in eine vollständige Brücke geschaltete Kompensationswiderstand durch mindestens ein an sich bekanntes deformationsempfindliches Impedanzelement gebildet ist, welches auf einem deformierbaren Körper angeordnet ist, wobei der Servomotor einen diesen Körper deformierenden Teil antreibt und durch die Deformation dieses Körpers die genannte Spannungsdifferenz herabgesetzt wird.
Die Zeichnungen veranschaulichen einige beispielsweise angegebene Ausführungsformen. Fig. 1 stellt die Prinzipskizze des automatischen Kompensators ohne Schleifkontakte dar, als ein Beispiel für eine Ausführungsmöglichkeit der Erfindung. Das Instrument ist an eine Messdose mit Dehnungsmessstreifen angeschlossen. Natürlich ist die Erfindung weder auf diese Ausführungsform beschränkt, noch
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sollte ein Anschluss bloss an die Ausgangsspannung der Messdose möglich sein. Die Fig. 2 bis 7 illustrieren einige weitere Ausführungsbeispiele.
Der erfindungsgemässe Kompensationsbrückenkreis-KB-besteht aus einer oder aus mehreren deformationsempfindlichen Impedanzen, z. B. --1, 2,3 und 4--, in Verbindung mit einem Trag-
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Die erwünschte Spannungsänderung wird durch die beschriebene Kompensationsbrücke in der Weise hervorgerufen, dass ein Mittel - z. B. eine Profilscheibe, eine Schraube, oder ein Gleitgewicht usw. - auf
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Die Lage oder Winkellage des Deformationsorgans steuert eine Anzeige- oder Registriervorrichtung, auf der die Spannungs- oder Widerstandsänderung abzulesen ist.
Die deformationsabhängige Impedanz kann man in diesem Stromkreis mit Hilfe eines allgemein
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seine Deformation, die im Sinne einer nach Belieben gewählten Funktion erfolgt, eine Änderung in der Ausgangsspannung --U9-10--der Kompensationsbrücke im Sinne desselben Funktionszusammenhanges hervorruft.
Selbstverständlich kann man verschiedene Geber - z. B. Widerstandsdraht, induktive, kapazitive, piezoelektrische Geber usw., - ebensogut gebrauchen, um die deformationsabhängige Impedanz zu erzeugen. Die hier folgende Darlegung beschränkt sich einfachheitshalber auf den Gebrauch des Dehnungsstreifens, ohne aber die Möglichkeit verschiedener anderer Lösungen ausser Betracht zu lassen, bei welcher irgendein elektromechanischer Geber an die Stelle des Messstreifens tritt.
Um eine bessere Verständlichkeit zu erzielen, werden in Fig. l Einzelheiten verschiedener ohm Ischer und kapazitiver Kompensationskomplexe, Temperaturkompensations- und andere Regelungselemente weggelassen ; auch in der Prinzipskizze des Verstärkers sind die Einzelheiten nicht angegeben.
Der automatische Kompensator in Fig. l hat vier Eingangsklemmen --11, 12, 13 und 14-- und zwei Netzanschlüsse --15 und 16--. Gemäss einem Beispiel einer sehr vorteilhaften Anwendung des erfindungsgemässen automatischen Kompensators nach Fig. 1 ist an diesen eine Kraftmessdose mit Dehnungsmessstreifen angeschlossen, wodurch sich eine elektronische Waage ohne Schleifkontakt bildet. Die Klemmen --11', 12', 13' und 14' -- der Kraftmessdose -MZ-- sind mit den entsprechenden Klemmen des Kompensators --AK-- verbunden. In der Kraftmessdose enthält die Messbrücke die Dehnungsmessstreifen --1', 2',3'und4'--
Die Sekundärseite --17-- des Netztransformators speist über die Klemmen -14 - 141 und 12-12'-die Messbrücke in den Punkten --18 und 19-- mit der Eingangsspannung 9-'.
Der Wert der Ausgangsspannung --20-21 --beträgt null Volt, wenn sich die Kraftmessdose in unbelastetem Zustand befindet. --U20-21 --steigt, wenn auf die Messdose eine Belastung --F-- gegeben wird. Die Ausgangsspannung-U,.-der Kraftmessdose in Brückenschaltung und-U. -des Kompensations- kreises sind durch die Klemmen --13-13' und 11-11'--mit dem Eingang --22 und 23-- des Ver-
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jeweils eine Verminderung der Speisespannung unter den Grenzwert dadurch, dass er eine Profilscheibe --27-- in Umdrehung bringt, und so den Tragkörper --5-- deformiert. Ist der Gleichgewichtszustand wieder hergestellt, bleibt der Servomotor stehen und der Wert der an die Kraftdose gegebenen Belastung - kann mit Hilfe des Zeigers-28-- auf der Skala --29-- des automatischen Kompensators abgelesen werden.
Die Elemente-26, 27 und 28-- sind mit der Achse --34-- verbunden, die sich in den Lagern --35 und 36-- dreht.
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