Präzisions- oder Analysenwaage
In Neigungswaagen für grosse Belastungen ist in der Regel eine vom Waagebalken verschwenkte Messplatte vorgesehen, auf welcher alle durch die jeweilige Neigung des Waagebalkens bestimmten Gewichtsdezimalen ausschliesslich in codierter Form nach Art eines Rasters angebracht sind. Mittels einer ein Objektiv aufweisenden Projektionsvorrichtung wird sodann von dem sich gerade im optischen Strahlengang befindlichen Teilstück der Messplatte ein Abbild am Ort einer lichtelektrischen Abtastvorrichtung erzeugt. Diese Abtastvorrichtung liefert eine dem Wägeresultat entsprechende Anzahl elekrischer Impulse, die in üblicher Weise elektronische Verstärker beeinflussen. Die verstärkten und gegebenenfalls noch umgeformten Impulse können dann zur Fern anzeige des Wägeresultates und/oder zum Betrieb eines elektromechanischen Druckwerkes dienen.
Ferner ist dann meistens auch eine Fernsteuerung der Waage angebracht und der vollautomatische Betrieb derartiger für grosse Belastungen geeigneter Neigungswaagen bereitet wegen der vergleichsweise geringen absoluten Empfindlichkit derselben keine nennenswerten Schwierigkeiten.
Demgegenüber haben die vorwiegend in Laboratorien gebräuchlichen Präzisions- oder Analysenwaagen eine um Zehnerpotenzen höhere absolute Empfindlichkeit. Die Anwendung von derart hohen Empfindlichkeiten setzt indessen voraus, dass die Waage mit einer mechanisch-optischen Justiervorrichtung zur Nachstellung des Nullpunktes versehen ist, wobei oft diese Ju stiervorrichtung mit einer ebenfalls einstellbaren Tariervorrichtung kombiniert sein kann. Ausserdem ist bei Laboratoriumsuntersuchungen das Wägegut in der Regel zu beobachten und der Wägevorgang visuell fortlaufend zu kontrollieren, um die massgebenden Einstellungen an der Waage vornehmen zu können.
Um nun auch bei Präzisions- oder Analysenwaagen eine Fernanzeige oder den Betrieb eines das Wägeresultat festhaltenden Druckwerkes sowie gegebenenfalls eine dem Aufwand entsprechende Automatisierung zu ermöglichen, ist die erfindungsgemässe Präzisions- oder Analysenwaage gekennzeichnet durch die Kombination der nachstehend angeführten Merkmale:
a) es ist ein schwenkbar gelagerter Waagebalken vorgesehen, an welchem die durch seine jeweilige Neigung gegebenen Gewichtsdezimalen sowohl in der Form einer mit Ziffern beschrifteten Strichteilung als auch in codierter Form nach Art eines Rasters angebracht sind, b) es ist eine erste Projektionsvorrichtung angebracht, die von dem jeweils in ihrem optischen Strahlengang befindlichen Teilstück der Strichteilung auf einem von aussen ablesbaren Bildschirm ein optisch vergrössertes Abbild herstellt, c) es ist eine zweite Projektionsvorrichtung angebracht, die von dem jeweils in ihrem optischen Strahlengang befindlichen Teilstück des Rasters ein optisch vergrössertes Abbild an einer lichtelektrischen Abtastvorrichtung herstellt, welch letztere elektrische Messgrössen erzeugt, die dem im optischen Strahlengang befindlichen Teilstück des Rasters entsprechen, d)
es ist eine mechanisch-optische Justiervorrichtung zur Nachstellung des Nullpunktes der Waage angebracht, deren Justierglied gleichzeitig sowohl ein im optischen Strahlengang der ersten Projektionsvorrichtung befindliches strahlenablenkendes Justierelement als auch ein im optischen Strahlengang der zweiten Projektionsvorrichtung befindliches strahlenablenkendes Justierelement verstellt.
Bei Präzisions- oder Analysenwaagen, die höheren Anforderungen an die Genauigkeit zu entsprechen haben, wird die vorerwähnte Kombination zweckmässig noch mit den nachstehenden Merkmalen bereichert: e) es ist ein optischer Mikrometer mit Einstellvorrichtung zur Ermittlung der letzten Gewichtsdezimale des Wägeresultates angebracht, dessen Einstellvorrichtung gleichzeitig sowohl ein im optischen Strahlengang der ersten Projektionsvorrichtung befindliches strahlenablenkendes Einstellelement als auch ein im optischen Strahlengang der zweiten Proj ektionsvorrichtung befindliches strahlenablenkendes Einstellelement verstellt, f) die Einstellvorrichtung des optischen Mikrometers gemäss lit.e) verstellt ferner ein Ableseglied,
an welchem von aussen her die der jeweiligen Einstellung der strahlenablenkenden Einstellelemente entsprechende letzte Gewichtsdezimale des Wägeresultates ablesbar ist, g) die Einstellvorrichtung dcs optischen Mikrometers gemäss lit. e) verstellt ausserdem noch ein Messglied, auf welchem die der jeweiligen Einstellung der strahlenablenkenden Einstellelemente entsprechenden letzten Gewichtsdezimalen in codierter Form angebracht sind, h) es ist eine Abtastvorrichtung vorgesehen, welche die am Messgerät gemäss lit. g) jeweils auftretende letzte
Gewichtsdezimale des Wägeresultates in eine zugeord nete elektrische Messgrösse umwandelt.
Ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Zeichnung in perspektivischer Darstellung veranschaulicht, wobei alle für das Verständnis der Erfindung nicht unmittelbar erforderliche Einzelheiten aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen sind.
Auf dem nur teilweise gezeigten Waagengestell 1 ist in üblicher Wiese der Waagebalken 2 schwenkbar gelagert, wobei das seine Mittelschneide unterstützende Gegenlager nicht veranschaulicht ist. Auf der am kürzeren Waagebalkenarm angebrachten Aussenschneide ist das die Waageschale 3 tragende Gestänge 4 aufgehängt.
An die Stelle des Gestänges 4 kann jedoch aaich ein
Schalenträger treten, der an seinem oberen Ende mit der Waageschale versehan ist und mittels eines zusätzlichen Lenkers parallel geführt ist. Am längeren Arm des Waagebalkens 2 ist eine Messplatte 5 befestigt, auf welcher die der jeweiligen Neigung des Waagebalkens entsprechenden Gewichtsdezimalen in der Form einer mit Ziffern beschrifteter Strichteilung 6 angebracht sind.
Vermittels einer die Lampe 7, die Beleuchtungsoptik 8 und das Objektiv 9 aufweisenden ersten Projektionsvorrichtung wird das in ihrem optischen Strahlengang 10 sich jeweils befindliche Teilstück der Strichteilung 6 auf eine als Bildschirm 11 dienende Mattscheibe geworfen. Es erscheint dort als optisch stark vergrössertes Abbild 6', wobei in der Zeichnung der mit der Ziffer 21 beschriftete Teilstrich sich am Ort der auf dem Bildschirm 11 angebrachten Ablesemarke 12 befindet.
Der Bildschirm 11 ist normalerweise in einem Fenster des Waagengehäuses angebracht, so dass das erwähnte Abbild 6' von aussen her gut abgelesen werden kann.
Am längeren Arm des Waagebalkens 2 ist ferner eine weitere Messplatte 13 befestigt, auf welcher die der jeweiligen Neigung des Waagebalkens entsprechenden Gewichtsdezimalen nach Art eines Rasters 14 angebracht sind. Mit Hilfe einer die Lampe 15, die Beleuchtungsoptik 16 und das Objektiv 17 aufweisenden zweiten Projektionsvorrichtung wird das in ihrem optischen Strahlengang 18 sich jeweils befindliche Teilstück des Rasters 14 auf die Bildebene 19 einer lichtelektrischen Abtastvorrichtung geworfen. Auf der Bildebene 19 erscheint sodann das optisch vergrösserte Abbild 14' des betreffenden Teilstückes des Rasters 14, welches wie dargestellt ein Strichraster ist.
An die Bildebene 19 angrenzend ist innerhalb des Waagengehäuses für jede der beiden abzutastenden Dezimalstellen des Abbildes 14' eine feststehend angebrachte Photozelle 20 bzw. 21 vorgesehen. Diese Photozellen können indessen auch als lichtempfindliche Widerstände ausgebildet sein; sie sind wie üblich mit in der Zeichnung nicht näher veranschaulichten elektronischen Verstärkern verbunden. Der Abtastvorgang selbst wird mit Hilfe eines Schwenkspiegels 22 bewirkt, der sich im optischen Strahlengang 18 befindet, wobei die Verschwenkung des Spiegels 22 um die Welle 23 vermittels eines elektromechanischen Antriebes 24 erfolgt. Die Anordnung ist derart, dass bei einer Verschwenkung des Spiegels 22 um einen kleineren Winkel das Abbild 14' in einer quer zur Längserstreckung des Strichrasters verlaufenden Richtung an den Photozellen 20 bzw. 21 vorbeigeführt wird.
In den Photozellen entstehen dann elektrische Impulse, die der Anzahl Striche des Strich- rasters gleich ist, so dass also die Photozelle 20 zwei Impulse, die Photozelle 21 jedoch nur einen Impuls zählt, beide Photozellen 20 und 21 somit eine elektrische Messgrösse liefern, die der Ziffer 21 (vergleiche hierzu das Abbild 6' auf dem Bildschirm 11) entspricht.
Die in Präzisions- oder Analysenwaagen erforderliche Justiervorrichtung zur Nachstellung des Nullpunktes der Waage weist bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ein als Spiegel ausgebildetes Justierelement 25 auf, das sich im optischen Strahlengang 10 der ersten Projektionsvorrichtung 7 bis 11 befindet und am kürzeren Arm eines Justierhebels 26 angebracht ist. Der letztere ist um eine im Waagengestell gelagerte Welle 27 verschwenkbar. In analoger Weise ist ein weiteres ebenfalls als Spiegel veranschaulichtes Justierelemente 28 im optischen Strahlengang 18 der zweiten Projektionsvorrichtung 15 bis 19 angeordnet. Der zur Halterung des Spiegels 2 dienende Justierhebel 29 ist jedoch mit einem Arm von einstellbarer Länge versehen und er ist um die weitere im Waagengestell drehbar gelagerte Welle 30 verschwenkbar angebracht.
Zur manuellen Bedienung dieser Justiervorrichtung ist ein von aussen zugänglicher Drehknopf 31 vorgesehen, der auf einer im Waagengestell drehbar gelagerten Welle 32 sitzt. Die Welle 32 ist dabei mit einer exzentrisch angebrachten Spindel 33 versehen, an welcher die beiden Justierhebel 26 und 29 vermittels der Zugfeder 34 zum Anliegen gebracht werden. Bei der Bedienung des als Justierglied dienenden Drehknopfes 31 werden somit die beiden optischen Strahlengänge
10 und 18 gleichzeitig und je in gleichem Sinne verstellt.
Durch entsprechende Bemessung der Länge des Justierhebels 29 kann man ferner den unterschiedlichen optischen Vergrösserungen in den Strahlengängen 10 und 18 in der Weise Rechnung tragen, dass beispielsweise eine vermittels des Abbildes 6' vorgenommene Nullpunktseinstellung auch genau auf das an der lichtelektrischen Abtastvorrichtung 19 bis 24 herrschende Abbild 14' übertragen wird. Im übrigen können in der Justiervorrichtung 25 bis 34 an der Stelle der Spiegel 25 und 28 auch andere strahlenablenkende Justierelemente wie etwa Prismen oder planparallele Platten benützt werden.
In Präzisions- oder Analysenwaagen mit höchsten Anforderungen an die Genauigkeit ist noch ein optischer Mikrometer mit Einstellvorrichtung zur Ermittlung der letzten oder auch der beiden letzten Gewichtsdezimalen des Wägeresultates vorhanden. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform kann der optische Mikrometer vermittels eines von aussen bedienbaren Drehknopfes 35 eingestellt werden, der auf einer im Waagengestell drehbar gelagerten Welle 36 sitzt. Auf der Welle 36 ist eine gleichzeitig auch als Zahnrad dienende Kurvenscheibe 37 befestigt, vermittels welcher ein als Spiel gel ausgebildetes strahlenablenkendes Einstellelement 38 um die im Waagengestell drehbar gelagerte Welle 39 um geringe Winkel verschwenkbar ist. Der Spiegel 38 befindet sich dabei im optischen Strahlengang 10 der ersten Projektionsvorrichtung 7 bis 11.
Gleichzeitig mit Spiegel 38 wird auch ein Hebel 40 verschwenkt, der seinerseits über eine angelenkte Obertragungsstange 41 den weiteren Hebel 42 verstellt. Der letztere ist auf einer im Waagengestell drehbar gelagerten Welle 43 befestigt und diese dient zur Verschwenkung eines weiteren und ebenfalls als Spiegel ausgebildeten Einstellele- mentes 44, das sich im optischen Strahlengang 18 der zweiten Projektionsvorrichtung 15 bis 19 befindelt. An der Stelle der beiden Spiegel 38 und 44 können auch hier als strahlenablenkende Einstellelemente Prismen oder planparallele Platten passender Abmessungen benützt sein.
Ebenso können an der Stelle der beiden Hebel 40 und 42 sowie der Übertragungsstange 41 andere mechanische Übertragungsmittel angewendet werden, um die gleichzeitige Verschwenkung der Spiegel 38 und 44 zu bewerkstelligen. Wichtig ist nur, dass das dabei benützte mechanische Übersetzungsverhältris dieser Übertragungsmittel den in den beiden Strahlengängen 10 und 18 herrschenden optischen Vergrösserungsfaktoren derart angepasst ist, dass bei einer Drehung des Knopfes 35 die beiden Abbilder 6' und 14' um zueinander äquivalente Strecken in Richtung der Längserstreckung der Teilungen verschoben werden.
Es sollen also mit anderen Worten die bruchteiligen Verschiebungen der Abbilder 6' und 14' - bezogen auf ihre Tei lungseinheit - gleich gemacht werden. Um nun die durch die Interpolation gewonnene letzte Dezimalstelle des Wägeresultates ziffernmässig kenntlich zu machen, ist das Zahnradgetriebe 45 vorgesehen, vermittels welchem eine um die Welle 46 drehbare Ablesetrommel 47 von der Welle 36 aus bewegt wird. Die abzulesende letzte Dezimalstelle erscheint dann in einem Fenster 48, das zweckmässig direkt neben der Ablesemarke 12 angebracht ist. Um diese letzte Dezimalstelle zu ermitteln, wird der Mikrometer zuerst in die Nullstellung gebracht, bei welcher also im Fenster 48 die Ziffer 0 zu erscheint.
Dann wird der Drehknopf 35 so lange gedreht, bis ein zunächstliegender Teilstrich des Abbildes 6' der Strichteilung genau in der Ablesemarke 12 zentriert ist. Die sodann im Fenster 48 erscheinende Ziffer gibt die letzte Dezimalstelle an. In der Zeichnung würde man somit als vollständiges Wägeresultat 212 > ablesen. Es versteht sich indessen, dass die Strichteilung 6 sehr oft dreistellig und der Mikrometer in der Regel zweistellig ausgebildet ist.
Die letzte Dezimaistelle des Wägeresultates muss jedoch nicht nur visuell, sondern auch elektrisch ablesbar gestaltet werden, sofern man beispielsweise eine Fernanzeige des vollständigen Wägeresultates erhalten möchte. Um dies zu erreichen, ist auf der Welle 36 ein scheibenförmiges Messglied 49 befestigt, auf welchem die der jeweiligen Einstellung der Spiegel 38 und 44 entsprechende letzte Gewichtsdezimale in codierter Form nach Art eines Rasters 50 angebracht sind. Die Abtastung des Rasters 50 erfolgt mittels einer weiteren Projektionsvorrichtung, welche die Lampe 51, die Beleuchtungsoptik 52, das Objektiv 53 sowie einen feststehend angebrachten Spiegel 54 enthalten kann. Der diesbezügliche optische Strahlengang ist mit 55 bezeichnet; er führt ebenfalls über den Spiegel 22, der vom elektromechanischem Antrieb 23, 24 verschwenkt werden kann.
Auf der Welle 23 des letzteren könnte jedoch neben dem Spiegel 22 ein besonderer, nur für den Strahlengang 55 vorgesehener Spiegel angebracht sein. Die genannte Projektionsvorrichtung ist nun derart ausgeführt, dass in der Bildebene 56 einer weiteren lichtelektrischen Abtastvorrichtung ein optisch vergrö ssertes Abbild 50' ! des sich jeweils im optischen Strah- lengang 55 befindlichen Teilstückes des Rasters 50 hergestellt wird. An die Bildebene 56 angrenzend ist eine weitere feststehend angebrachte Photozelle 57 vorgesehen, an welcher somit bei einer Verschwenkung des als Spiegel 22 ausgebildeten Abtastgliedes das Abbild 50' vorbeigeführt wird. Bei diesem Abtastvorgang zählt dann die Photozelle 57 zwei Impulse, was der im Fen ster 48 sichtbaren Ziffer 2 entspricht.
Wie aus der Zeichnung bereits ersichtlich ist, werden die beiden lichtelektrischen Abtastvorrichtungen 19 bis 24 und 56 bis 57 vorzugswiese zu einer einzigen Abtastvorrichtung vereinigt, so dass mit Hilfe eine und desselben elektromechanischen Antriebes 23 bis 24 alle Dezimalstellen des Wägeresultates gleichzeitig in elektrische Messgrössen umgewandelt werden. Die von den Photozellen 20, 21 und 57 gelieferten elektrischen Impulse können nach elektronischer Verstärkung zur Betätigung von nicht mit der Waage zusammengebauten Zusatzgeräten benützt werden, die in Abhängigkeit vom ermittelten Wägeresultat betrieben werden.
Der besondere Vorzug der beschriebenen Präzisionsoder Analysenwaage besteht jedoch darin, dass der Wägevorgang auch visuell dauernd überwacht werden kann. Auftretende Unregelmässigkeiten werden sofort sichtbar und können noch vor der Durchführung der elektrischen Abtastung berücksichtigt werden. Anderseits gestattet die elektrische Ermittlung des Wägeresultates eine weitgehende Automatisierung vieler Untersuchungen und insbesondere die selbsttätige Aufzeichnung von Wägeresultaten vermittels eines gegebenenfalls ferngesteuerten Druckwerkes.