CH277060A - Verfahren zum Wägen mit einer empfindlichen Waage und Wiegevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. - Google Patents

Description

  



  Verfahren zum WÏgen mit einer empfindlichen Waage und Wiegevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.



     I) ie Erfindung bet. rifft    ein Verfahren zum WÏgen mit einer empfindlichen Waage.



   Gemäss der Erfindung wird das Verfahren in der Weise durchgeführt, dass man eine dem Ausschlag proportionale Spannung und durch wenigstens einmalige Differentiation einer   Spammng    eine der Beschleunigung der Waage proportionale Spannung erzeugt.



   Die Erfindung betrifft ferner eine Wiegevorrichtung zur Durchf hrung dieses Verfahrens.



   Ein jedes System, welches sieh mit einer harmonisehen   Bewegung    bewegt, kann durch folgende Gleichung vollständig dargestellt werden :  - ks = M d2s/    dtS    wobei M die gesamte Masse des Systems, s die Verstellung bzw. der Ausschlag, t die Zeit, ks die dem   Aussehlag      proportionale wieder-    herstellende Kraft und d2s die Beschleuni dt2   gung    im Abstand s ist. Es werde   angenom-    men, dass keine äussern Kräfte, Dämpfung oder Reibung vorhanden sind.

   Wird das System durch eine äussere Kraft in Gestalt eines zugefügten Gewichtes w gest¯rt, so bewegt sich das System entsprechend der Glei  chung   
EMI1.1     
    Wenn-viel    kleiner   als J7    ist, so wird   i       9    sehr angenÏhert gleich w = ks + M d2s/dt2 wobei die ProportionalitÏtskonstante k von den Konstantendes Systems abhängt. Da, eine    freischwingende empfindliche Waage einem      solehen    System sehr Ïhnlich ist, so wird es m¯glich. das Gewicht w zu erkennen, wenn die   augenblickliehen Werte    des Ausschlages und der Beschleunigung bekannt sind.



   Auf der   Zeiehnung ist    ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemϯen Wiegevorrichtung dargestellt, an Hand dessen ein Ausführun, gsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben wird.



   Eine an einer der Pfannen einer Waage 2 angebrachte   Beende l bewegt sich zwischen    einer Lichtquelle 3 und einer   photoelektri-      schen    Zelle   4.    Das auf die Zelle gelangende,   clureh eine    Linse 5 fokussierte Licht ist konstant und derart, dass wenn   sie-h    die Blende bewegt, die Ausgangsspannung der photoelektrischen Zelle proportional zum Ausschlag der Waage ist. Der Ausgang der   photoelek-    trischen Zelle wird zwischen das Gitter und die Anode der R¯hre 6 geführt, welche R¯hre 6 praktisch nieht verstÏrkt und als Impe  danzwandler ausgebildet    ist.

   Ein   Filterkreis      FistparallelzumKathodenwiderstand    der Rohre 6   angesehlossen, wobei    der Ausgang   dieses Filterkreises mit dem Eingang von    zwei Kanälen 7, 9 verbunden ist, von denen der erstgenannte eine R¯hre 8 und der andere einen Schaltun. gsteil 10 mit Widerstand und    Kapazität enthält, welcher Sehaltungsteil    mit dem   Eingang der Verstärkerkaskade 12    verbunden ist, sowie einen   zweiten Seha. l-      tungsteil    11 mit Widerstand und KapazitÏt, welcher mit der zweiten Kathode der Kas  ka-de    12 verbunden ist, weiter eine zweite VerstÏrkerkaskade 13 aufweist, welche mit dem Sehaltungsteil 11 verbunden ist.

   Der Katho  denwiderstand der Verstärkerrohre 8 und    der   Kathodenwiderstand    der Verstärkerkaskade 13 sind gemeinsam über Widerstände an die Gitterelektrode der   Verstärkerrohre 14 ange-    schlossen, welche ebenfalls einen Kathoden  widerstand a, ufweist, der    mit einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise einem   Messinstru-    ment oder einer elektrisehen   Zuführungs-    regelungsvorriehtung für Wägegut verbunden ist. Die Anodenkreise aller Rohren und die photoelektrische Zelle werden von einer gemeinsamen Batterie oder einer geeigneten Quelle gleichgerichteten Wechselstromes gespeist.



   Die beiden   Sehafitungsteile    10, 11 mit    Widerstand und Kapazität haben kurze Zeit-      ltonstanten und    wirken als   Differentia. toren.   



   Das Messinstrument M, z. B. ein Gleichstromvoltmeter, zeigt die Summe der Ruhespannung am m Kathodenwiderstand der R¯hre 14 und der Signalspannung entsprechend der aufgelegten Last innerhalb des Arbeitsbereiehes der Waa an.



   Das Ausgangssignal des Kanals 9 ist angenÏhert die zweite Ableitung des Signals am m Eingang des Kanals 9. Da das   Eingangs-    signal dem Ausschlag proportional ist, so ist der   AusgangproportionalderBeschleuni-      gling    :   Wenn @ w ein pl¯tzlich aufgelegtes ge-    ringes   Gewieht    und s (t) den Aussehlag der Blende bedeutet und e (t) die Anzeige der   Waagebewegung durch    eine Photozelle in Form einer   Spannungsänderung    ist, so gilt    @ w @ e (t) k + d2e(t)/dt2   
Die Ausgangsspannung der Kaskade 13 variiert entsprechend der Beschleunigung der Waage.



   Die   Ausgangsspannungen beider Kanäle      werden am Gitter der Rohre H    in geeignetem   Verhältnis addiert.    Die   Ansgangsspannung    dieser Röhre 14 ist unabhÏngig davon, ob die Waage schwingt oder stillsteht, jederzeit gleich dem Gewieht auf der Waage. Wird die Last auf der Waage geändert, so ändert sich die Ausgangssapannung der R¯hre fast augen  blicklich auf den neuen Weit    der Last. Die Steuerspannung der R¯hre 14 kann zur BetÏtigung eines Me¯instrumentes verwendet werden. Diese   Spannung kann zusätzlich    auch dazu verwendet werden, um eine   Zu-    uf hrungsvorrichtung zu steuern, welche zu   wiegendes Material direkt auf    die   Wagage    entladet (Fig. 2).

   Wenn daher ein gewisses Gewicht   auf eine Schale    der Waage   aufgeset, zt    wird, so bewirkt die im Ausgang der   Robre      14    entstehende Spannung, dass die Zuführungsvorrichtung so viel Material auf die andere Sehale entladet, da¯ das Gleichgewicht wieder hergestellt, wird. Die beiden Thyratronrohren 15, 16 mit den angeschlossenen Relais 17, 18 schalten die   Schüttelzufüh-    rungsvorrichtung 19 ein oder aus. Diese Vorrichtung ist in üblieher Bauweise mit einem    Elektromotor versehen, jedoch derart ausge-    bildet,   da.    ¯ sie f r kleine Mengen wirksam ist.



   Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung kann das Me¯instrument m ein Voltmeter mit Ausschla beiden Seiten mit einer sol   Empfindlichkeit sein, dass    der ganze Bereich des   Voltmeters    dem   voHenAusschlag    der Waage entspricht.



   Es sind zwei   Thyratrone und Relais    vorgesehen, wobei anfangs die Zuf hrungsgeschwindigkeit gro¯ ist. Wenn Gleichgewicht nahezu erreicht   ist,, wird zunächst    die R¯hre 15 ausgeschaltet, was durch Einführung eines Widerstandes in die Zufüh  rungsanordnung vorläufig nur    die   Zufiih-      rungsgeschwindigkeit verringert.    Bei   Gleich-    gewicht wird auch die R¯hre 16 ausgeschaltet und die   Sehüttelzuführungsvorriehtungstill-    gesetzt. Der Ausschaltungspunkt der beiden  Thyratrone in bezug aufeinander wird durch den Regler 21 gesteuert, wÏhrend der Zeitpunkt der vollständigen Ausschaltung durch den Regler 20 bestimmt wird.



   Das System kann an einer Waage verwendet werden, welehe eine Eigenschwin  gungsperiode    von 8 Sekunden hat, um Mate  rialmengen      von ungefähr    100 mg in   etwa 5    bis 6 Sekunden mit einer Genauigkeit von         1    mg ru wiegen. Anderseits kann die   Aus-    gangsspannung der R¯hre 14, dazu verwendet werden, um ein Messinstrument zu betätigen, welches praktisch sofort die Ruhelage der Waage anzeigt.



   Es braucht selbstverständlich nicht notwendig eine Photozelle zum Erzeugen der dem Ausschlag proportiona len Spannung verwendet zu werden. Vielmehr kann die dem Ausschlag proportionale Spannung durch ¯nderung einer KapazitÏt oder ¯nderung einer Selbstinduktion oder einer Kopplung erzeugt werden. Ferner kann eine der genannten Massnahmen dazu verwendet werden, um die dem   Ausschlag'proportionale Spannung zu    erzeugen, während gleichzeitig die Waage einen permanenten   Magnez. en    in einem Solenoid bewegt, um eine Spannung zu erzeugen, welche proportional der Geschwindigkeit der Waage ist.

   In cliesem Falle ist nur ein einstufiges   Differentialwerk    erforderlich, um die   Beschleunigung zu erhalten.    Die der Beschleunigung proportionale Spannung und die dem   Ausseht    lag proportionale Spannung werden dann in der beschriebenen Weise kombiniert.



   Die gebrÏuchlichen automatischen Waagen mit   elektrisehen    Steuersystemen weisen Mittel zum automatischen Unterbrechen der   Zuführungsbewegung    des zu   wiegenden Ma-    terials zu einer Waage auf, wenn ein vorausbestimmtes Gewicht erreicht ist. Dies wird   gewohnlieh    dadtlreh erreicht, dass das An  zeigeorgan    einer Waage zwischen einer Lichtquelle und einer photoelektrischen Zelle derart angeordnet wird, da¯, wenn sieh die Waage im Gleichgewieht befindet, kein Licht in die photoelektrische Zelle eindringt.

   Wird das   Gleichgewicht durch Aufsetzen von Ge-      wie'ht      au±      die Waage gestort,    so bewegt sich das Anzeigeorgan aus seiner Ruhelage und erm¯glicht dadurch, da¯ Licht die photoelekt. risehe Zelle erreicht, welche ihrerseits eine Zuf hrungsvorrichtung betÏtigt, die Material zur Waage gelangen lässt. Wenn die Waage sieh ihrer normalen Ruhelage nähert, so wird durch die Bewegung des Anzeigeorganes der Betrag des die photoelektrische Zelle errei  chenden    Lichtes verringert, was zu einer all  mählichen    Verringerung des der Waage zugeführten Materials führt, bis Gleichgewicht erreicht ist.

   Dieses System kann ausgezeichnete Resultate liefern, wenn verhältnismässig gro¯e Gewichte gemessen werden, eignet sich jedoch nicht bei empfindliehen Waagen, wie beispielsweise analytischen Waagen, wie sie zum Wiegen kleiner   Materialmengen verwen-    det werden, und zwar nicht wegen der Länge der zum Herstellen des Gleichgewichtes   erfor-    derlichen Zeit.



   Demgegenüber ist mit der Waage nach Fig.   1    möglich, die Anzeigezeit um einen Faktor 50 bis   100      Z,    verringern, und zwar, ohne die Empfindlichkeit der Waage verringern oder mechanische Änderungen vornehmen zu m ssen. Der Faktor 50 bis 100 ist die praktische mit   normalen elektrischen Mitteln    erreiehbare Grenze.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : I. Verfahren zum Wägen mit einer empfindlichen Waage, dadurch, gekennzeichnet, dass man eine dem Ausschlag proportionale Spannung und durch wenigstens einmalige Differentiation einer Spannung eine der Besehleunigung der Wagage proportionale Span nung erzeugt.

   II. Wiegevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemϯ Patentanspruch I, gekennzeichnet durch eine empfindliche Waage, durch Mittel zum Erzeugen einer vom Ausschlag der empfindlichen Waage abhängigen Spannung und durch Mittel, durch welche diese Spannung zwei Kanälen zugeführt wird, derart, dass in dem einen Kanal eine dem Ausschlag der Waage proportionale Spannung, und in dem zweiten Kana. l eine Span nung erzeugt wird, welche der zweiten zeit liehen Ableitung des Ausschlages der Waage proportional ist.

   UNTEBANSPRÜCHE : 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da clureh gekennzeiehnet, dass man eine vom Ausschlag der empfindlichen Waage abhän- gige Spannung erzeugt, diese Spannung zwei solchen Kanälen zuführt,dassindem einen Kanal eine dem Ausschlag der Waage proportionale Spannung und in dem zweiten Kanal eine Spannung erzeugt wird, welche der zweiten zeitlichen Ableitung des Aussehlages der Waage proportional ist.

   2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Ausgangsspannungen der beiden KanÏle addiert und die resultierende Spannung zur Betäti- gung einer Einrichtung zur Zuf hrung von zu wägendem Materiat auf die Waage verwendet.

   3. Wiegevorrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet, durch eine am einen Arm der Waage angebrachte tmd mit ihm sich be wegende Blende, eine Lichtquelle auf der einen Seite der Bewegungsebene der Blende, Mittel auf der andern Seite der Beweglmgs- ebene der Blende zum Erzeugen einer mit der Bewegung der Blende variierenden Spannun, welche dann beiden genannten KanÏlen zugeführt, wird, wobei im einen Kanal die Spannung mindestens angenähert linear ver stärkt wird, und im Ausgang eine zum Aus- schlag der Waage proportionale Spannung erscheint und wobei der andere Kanal zwei Kreise mit Widerstand und KapazitÏt aufweist,

   welche die zugeführte Spannung zwei- mal differentiieren, ferner gekennzeichnet durch Mittel zum Addieren der Ausgangs- spannungen der beiden KanÏle, wodurch eine Spannung erhalten wird, welche auf Ände- rungen des auf die Waage aufgelegten Ge- wichtes sofort anspricht.

   4. Wiegevorriehtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das 3littel zur Erzeugung der mit der Bewegung der Blende variierenden Spannung eine photoelektrisehe Zelle ist.

   5. Wiegevorrichtung nach Unteranspruch 3, gekennzeichnet durch eine Elektronenrohre (14) mit einer Gitterelektrode, wobei die Aus- gangsspannungen der beiden genannten Ka- nÏle dem Gitter dieser Robre zugeführt werden.

   6. Wiegevorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, da. ¯ der Kanal, in welchem die von cler Photozelle gelieferte Ausgangsspannung zweimal differentiiert wird, zwei VerstÏrkerkaskaden enthÏlt.

   7. Wiegevorrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mess- instrument mit dem Ausgang der Elektronen- robre (14) verbunden ist.

   8. Wiegevorrichtung nach Unteranspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Zuf hrung von zu wÏgendem Material auf die Waage.

   9. WiegevorriehtungnachUnteranspruch 8, daSdereh gekennzeichnet, cdass die genannte Einrichtung durch die Ausgangsspannung der Elektronenröhre (14) gespiesen wird.

   10. Wiegevorrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Va kuumröhre (6) mit der photoelektrisehen Zelle verbunden ist.