DE3543607A1

DE3543607A1 - High-accuracy weighing machine as a beam scale with arms of equal length

Info

Publication number: DE3543607A1
Application number: DE19853543607
Authority: DE
Inventors: Karl Ing Grad Speidel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-12-10
Filing date: 1985-12-10
Publication date: 1987-06-11

Abstract

The high-accuracy weighing machine according to the invention is a beam scale with arms of equal length, in which known hydrostatic laws are consistently used to determine weights when masses are relatively small. One advantage in particular of this principle is that it permits determination of extremely small changes in mass, such as those which occur during drying. If a cylindrical submersible body of a known cross section is partially suspended in an immersion vessel containing a liquid of known density, the weight of the submersible body is reduced by the weight of the liquid displaced. The apparent weight of the submersible body is reduced in a linear fashion as the depth of immersion increases. If an indifferently mounted balance beam is loaded with the submersible body on one side and a weighing scale of a comparable mass on the other side, a stable equilibrium is reached when a certain depth of immersion has been reached. A small addition to the mass on the weighing scale results in a new equilibrium at a shallower depth of immersion. Lowering the immersion vessel permits the balance beam to return to its original horizontal position; the weight of the additional mass can be calculated from the lowering distance.

Description

In den letzten Jahren wurde die mechanische Balkenwaage weitgehend durch Systeme ersetzt, die entweder auf der Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz belasteter Saiten von der Lastgröße oder auf der Lastkompensation durch ein elektromagnetisches Feld beruhen. Die Frequenzänderung oder der jeweils erforderliche Kompensationsstrom werden elektronisch ausgewertet und digital als Gewichtsgröße angezeigt.In recent years, the mechanical beam scale has been largely replaced by systems based either on dependency the oscillation frequency of strings loaded by the load size or on the load compensation by an electromagnetic Field based. The frequency change or the respectively The required compensation current is evaluated electronically and displayed digitally as a weight size.

Die Anschaffungskosten dieser Waagen sind vor allem dann, wenn eine Auflösung von 0,1 mg oder darunter gefordert ist, ganz beträchtlich; sie mögen allenfalls dann gerechtfertigt sein, wenn die Präzisionswaage häufig eingesetzt werden kann. Für nur gelegentlichen Bedarf fehlt ein System, das zu einem erheblich niedrigeren Preis auch hohen Ansprüchen gerecht wird und von dem Benutzer selbst gewartet werden kann.The acquisition costs of these scales are mainly when a resolution of 0.1 mg or less is required entirely considerably; at best they may be justified if the precision balance can be used frequently. For only Occasional needs lack a system that becomes significant lower price also meets high demands and of can be serviced by the user.

Die erfindungsgemäße Präzisionswaage erfüllt diese Bedingungen weitestgehend; die hydrostatische Gewichtskompensation ist nicht nur in physikalischer Hinsicht korrekt, sondern auch für den Anwender klar und überschaubar. Ein weiterer Vorteil liegt in der Robustheit und im Verzicht auf komplizierte Teile. Aus diesen Eigenschaften läßt sich leicht der Schluß ziehen, daß diese Präzisisonswaage nicht zuletzt auch für Schüler, Studenten und Amateure der verschiedenartigsten Interessenrichtungen attraktiv sein müßte.The precision balance according to the invention fulfills these conditions as far as possible; is hydrostatic weight compensation not only correct in physical terms, but also for clear and manageable for the user. Another advantage lies in the robustness and in the absence of complicated parts. It is easy to conclude from these properties that that this precision balance is not least for schoolchildren, Students and amateurs of various interests should be attractive.

Das bekannte "archimedische Prinzip" besagt, daß der Auftrieb, den ein fester Körper innerhalb einer Flüssigkeit erfährt, dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeitsmenge entspricht. Diese Tatsache kann man sich für die Berechnung des Volumens eines unregelmäßig begrenzten Körpers, der gänzlich in Wasser eingetaucht wird, zunutze machen.The well-known "Archimedean principle" states that the buoyancy, which a solid body experiences within a liquid, the Weight corresponds to the amount of liquid displaced. These The fact can be used to calculate the volume of a irregularly delimited body that is completely immersed in water will take advantage of.

Im Gegensatz dazu werden für den Erfindungsgegenstand zylindrische Tauchkörper mit genau bekanntem Querschnitt verwendet, die nur teilweise in das zu verdrängende Medium eintauchen und dabei infolge des Auftriebes einen scheinbaren Gewichtsverlust aufweisen, der proportional mit der Eintauchtiefe wächst.In contrast, the subject matter of the invention is cylindrical Immersion body with a precisely known cross section is used, which are only partially immersed in the medium to be displaced and an apparent weight loss due to the buoyancy which increases proportionally with the immersion depth.

Verfügt man über drei Tauchkörper, deren Querschnitt im Verhältnis 100 : 10 : 1 steht und wählt man ferner den Querschnitt des ersten Tauchkörpers so, daß bei einer Eintauchtiefe von 10 mm eine Flüssigkeitsmasse von 0,100 g verdrängt wird, dann erzielt man beim zweiten bei gleicher Eintauchtiefe eine Verdrängung von 0,010 g und beim dritten eine solche von 0,001 g oder 1 mg. Für diese Vorberechnung muß selbstverständlich die Dichte des zu verdrängenden Mediums exakt bekannt sein.If you have three immersion bodies, whose cross section in Ratio 100: 10: 1 stands and you also choose the cross section of the first immersion body so that at an immersion depth of 10 mm a liquid mass of 0.100 g is displaced, then achieved one displaces the second at the same immersion depth of 0.010 g and the third one of 0.001 g or 1 mg. For this precalculation the density of the to be displaced exactly known.

Ein Waagebalken mit zweckmäßigerweise zentraler Lagerung trägt an einem Ende den Tauchkörper und am anderen die Schale für das Wägegut. Wenn das Balkenlager und die beiden Aufhängungspunkte auf der Schwerlinie des Waagebalkens liegen, stellt sich ein indifferenter Gleichgewichtszustand ein, der den Balken - zum mindesten theoretisch - in jeder beliebigen Neigung zur Ruhe kommen läßt, wenn die beiden Belastungen entweder gleich groß oder durch Tarier-Elemente ausgeglichen worden sind. Die Hebelarme der angreifenden Vertikalkräfte in Bezug auf den Drehpunkt des Waagebalkens behalten ihre Übereinstimmung bei; dies gilt auch für die gegensätzlichen Drehmomente.A balance beam with appropriately central storage carries at one end the diving body and at the other the shell for the Weighed goods. If the beam bearing and the two suspension points lie on the center of gravity of the balance beam indifferent equilibrium state, which the bar - to at least theoretically - in any inclination to rest can come when the two loads are either equal or have been compensated for by taring elements. The lever arms the attacking vertical forces in relation to the pivot point the balance beam maintain their agreement; this also applies to the opposite torques.

Die Situation ändert sich grundlegend, wenn man den Tauchkörper mit einem Teil seiner Länge in ein Tauchgefäß eindringen läßt, das beispielsweise mit oberflächenentspanntem Wasser (rho = 1 g/cm³) gefüllt ist. Gleicht man jetzt den scheinbaren Gewichtsverlust des Tauchkörpers bei horizontaler Stellung des Waagebalkens durch entsprechende Tarierung aus, dann stellt sich ein quasi- stabiler Gleichgewichtszustand ein, der den Waagebalken in seiner Position fixiert. Gibt man nämlich der Waageschale einen leichten Stoß von oben nach unten, dann verringert sich die Eintauchtiefe; das scheinbare Tauchkörpergewicht wird größer und sorgt für die Wiederherstellung des vorherigen Zustandes. Ein Stoß von unten nach oben vergrößert die Eintauchtiefe und reduziert das scheinbare Tauchkörpergewicht; auch in diesem Falle wird die horizontale Stellung des Waagebalkens von neuem erzwungen. The situation changes fundamentally if the immersion body is allowed to penetrate part of its length into a diving vessel which is filled, for example, with surface-relaxed water (rho = 1 g / cm ³ ). If you now compensate for the apparent weight loss of the immersion body when the balance beam is in a horizontal position by appropriate taring, then a quasi-stable equilibrium is achieved which fixes the balance beam in its position. If you give the weighing pan a slight push from top to bottom, the immersion depth is reduced; the apparent immersion body weight increases and restores the previous state. A push from bottom to top increases the immersion depth and reduces the apparent immersion body weight; in this case too, the horizontal position of the balance beam is forced again.

Wird die Waagschale mit einem kleinen Gewicht - beispielsweise 100 mg - belastet, dann tritt der Gleichgewichtszustand ein, wenn der Tauchkörper A mit der Querschnittskennzahl 100 seine Eintauchtiefe um 100 mm verringert und folglich sein scheinbares Gewicht um 100 mg vergrößert hat.If the weighing pan is loaded with a small weight - for example 100 mg - then the equilibrium state occurs when the immersion body A with the cross-sectional index 100 has reduced its immersion depth by 100 mm and consequently increased its apparent weight by 100 mg.

Eine Reduzierung der Eintauchtiefe um 1 mm läßt darauf schliessen, daß auf der Waagschale ein Gewicht von 10 mg liegen muß.A reduction of the immersion depth by 1 mm suggests that a weight of 10 mg must be on the weighing pan.

Dieses "Ausschlagsverfahren" ermöglicht somit bei kleinen Lasten die Ermittlung der zunächst unbekannten Lastgröße aus der Verringung der Eintauchtiefe.This "deflection method" thus enables small loads the determination of the initially unknown load size from the Reduction of immersion depth.

Für die praktische Anwendung der erfindungsgemäßen Präzisionswaage ist jedoch das "Kompensationsverfahren" von Vorteil, bei dem die Höhenlage des Flüssigkeitsspiegels verändert wird.For the practical application of the precision balance according to the invention however, the "compensation method" is advantageous in which changes the height of the liquid level.

Zu diesem Zwecke setzt man das zylindrische Tauchgefäß auf eine Mikrometerschraube, deren Gewindesteigung vorzugsweise 1 mm beträgt. Die Gewindehülse ist in der Grundplatte fixiert. Setzt man die Grundplatte auf drei Füße von ausreichender Höhe, dann hat die Mikrometerschraube die Möglichkeit, ihre Höhenlage um ein beachtliches Maß zu verändern. Dasselbe gilt für das fest mit der Schraube verbundene Tauchgefäß und somit auch für den Spiegel der darin enthaltenen Flüssigkeit.For this purpose, the cylindrical dip tank is placed on a Micrometer screw, the thread pitch is preferably 1 mm is. The threaded sleeve is fixed in the base plate. If you place the base plate on three feet of sufficient height, then the micrometer screw has the option of changing its altitude to change a considerable amount. The same goes for that immersion vessel firmly connected to the screw and thus also for the level of the liquid it contains.

Das zunächst unbekannte Gewicht des Wägegutes wird ermittelt, indem man das Tauchgefäß im Uhrzeigersinne dreht, wodurch sich der Spiegel nach unter verschiebt. Nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen stellt sich das quasi-stabile Gleichgewicht des Waagebalkens, dessen Ausgangsposition vorteilhaft in der Horizontale lag, von neuem ein. Mit Hilfe einer Ringskala, die aus 100 Teilstrichen besteht und von einem Zeiger überlaufen wird, der drehwinkelstabil, jedoch höhenverschieblich, am Boden des Tauchgefäßes fixiert ist, läßt sich der Teilwinkel der letzten Umdrehung oder - besser ausgedrückt - die Zahl der hundertstel Millimeter Höhenverschiebung infolge der letzten Umdrehung, genau bestimmen. Die Zahl der vollen Umdrehungen ist problemlos über ein einfaches Zählwerk feststellbar. The initially unknown weight of the goods to be weighed is determined, by turning the dip tank clockwise, causing the mirror shifts down. After a certain number of revolutions is the quasi-stable equilibrium of the balance beam, the starting position of which is advantageous in the Horizontal lay anew. With the help of a ring scale, which consists of 100 divisions and is overrun by a pointer is, the rotation angle stable, but adjustable in height, on The bottom of the immersion vessel is fixed, the partial angle the last revolution or, better said, the number of Hundredths of a millimeter shift due to the last Revolution, determine exactly. The number of full revolutions is easily ascertainable via a simple counter.

Der Kompensationsvorgang läßt sich beschleunigen, wenn man das Gewicht des Wägegutes größenordnungsmäßig kennt und in grober Näherung durch ein verschiebbares Gewicht auf dem Waagebalken oder durch Eichgewichte auf einer kleinen Schale oberhalb des Tauchkörpers ausgleicht.The compensation process can be accelerated if you do that Weight of the goods to be weighed is of the order of magnitude and rough Approach by a movable weight on the balance beam or by calibration weights on a small bowl above the Compensates for the immersion body.

Eine andere Vereinfachung stellt der Einbau eines kleinen Schrittmotors dar, der das Drehen des Tauchgefäßes übernimmt und seine Befehle von einer Lichtschranke oder einem sonstigen geeigneten elektronischen Indikator erhält. In diesem Falle könnte auf die Anordnung einer Skala verzichtet werden, wenn der Schrittmotor die ihm erteilten Impulse über ein Zählwerk wiederzugeben in der Lage wäre.Another simplification is the installation of a small one Stepper motor, which takes over the rotation of the diving vessel and his orders from a light barrier or another appropriate electronic indicator. In this case the arrangement of a scale could be dispensed with if the stepper motor the impulses given to it via a counter would be able to reproduce.

Eine besonders günstige Lösung für die Überwachung der Horizontalstellung des Waagebalkens liegt im Einbau einer hochempfindlichen Röhrenlibelle oberhalb der Unterstützung. Dabei besteht durchaus die Möglichkeit, eine optische Abtastung der Luftblasenstellung für die Steuerung des Schrittmotors zu realisieren, wenn man eine weitgehende Automatisierung wünscht. Selbstverständlich bietet dieses Prinzip auch für die manuelle Kompensation beachtliche Vorteile.A particularly affordable solution for monitoring the Horizontal position of the balance beam is in the installation of a highly sensitive tubular spirit level above the support. Here there is quite the possibility of an optical scanning of the Air bubble position for the control of the stepper motor realize if you want extensive automation. Of course, this principle also applies to manual Compensation considerable advantages.

Für die Lagerung des Waagebalkens kommen in Anbetracht der geringen Maximalbelastung in erster Linie gehärtete Stahlspitzen oder Saphirspitzen infrage, die in polierten Konuspfannen ruhen. Dasselbe gilt für die Aufhängepunkte der Schale und des Tauchkörpers. Der Waagebalken selbst kann beispielsweise aus einem dünnwandigen Leichtmetallrohr mit einer Länge von etwa 250 bis 300 mm und einem Außendurchmesser von etwa 8 bis 10 mm bestehen.For the storage of the balance beam, consider the low maximum load primarily hardened steel tips or sapphire tips that rest in polished conical pans. The same applies to the suspension points of the shell and the immersion body. The balance beam itself can for example consist of one thin-walled light metal tube with a length of about 250 to 300 mm and an outer diameter of about 8 to 10 mm exist.

Ein überstülpbares Plexiglas-Gehäuse hält sowohl Staub als auch Zugluft ab; auf der Tauchgefäßseite befindet sich eine Öffnung mit Schieberverschluß, die das Nullstellen der drehbaren Skala und das Bedienen des Tauchgefäßes ermöglicht.A slip-on plexiglass case holds both dust and Drafts from; There is an opening on the side of the dip tank with slide lock, which resets the rotating scale and enables the operation of the immersion vessel.

Die Tarier- und Justiervorrichtungen, die nach reinen Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten angebracht werden, sind patentrechtlich nicht von Belang. The taring and adjustment devices, which are pure Appropriateness aspects are attached, are patent law not of concern.

Als besonders interessantes Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Präzisionswaage kann das gravimetrische Hygrometer, das man auch als SORPTIONS-HYGROMETER bezeichnen könnte, genannt werden, das sogar als Relativfeuchte-Normal einsetzbar ist:As a particularly interesting application example for the Precision balance according to the invention can the gravimetric hygrometer, which could also be called a SORPTIONS HYGROMETER that can even be used as a relative humidity standard:

Bei diesem Meßgerät wird anstelle der Waagschale eine aus einem dünnen Band des Sorptionsmediums gewickelte Spirale, die zwischen den einzelnen Windungen eine ausreichende Distanz zwecks Ermöglichung einer wirksamen Belüftung besitzt, aufgehängt. Die Gesamt-Oberfläche dieser Spirale kann bei extrem niedrigem Eigengewicht durchaus in der Größenordnung von 1500-2000 cm² liegen und somit einen großflächigen Kontakt mit der Umgebungsluft aufweisen.In this measuring device, instead of the weighing pan, a spiral, which is wound from a thin strip of sorption medium and has a sufficient distance between the individual turns to enable effective ventilation, is suspended. The total surface of this spiral can be in the order of 1500-2000 cm ² with an extremely low weight and can therefore have extensive contact with the ambient air.

Zwischen den Grenzfeuchten von 0-100% r. F. bilden sich die Sorptions-Isothermen aus, die bei vielen Stoffen eine geradezu typische S-Form erkennen lassen. Bei Epoxydharz und Bitumen hingegen steigen sie nahezu linear von Null bis zum Maximum an, das in Gewichtsprozenten ausgedrückt wird.Between the limit moisture of 0-100% r. F. form the Sorption isotherms, which are a real problem with many substances typical S-shape. For epoxy resin and bitumen on the other hand, they rise almost linearly from zero to the maximum, which is expressed in percentages by weight.

Wie schon ihr Name sagt, sind die Sorptionskurven temperaturabhängig; mit zunehmender Umgebungswärme verschieben sie sich nach unten, also in Richtung der Abszisse des Sorptionsdiagramms.As its name suggests, the sorption curves are temperature dependent; they shift with increasing ambient heat downwards, i.e. in the direction of the abscissa of the sorption diagram.

Die Ermittlungen der Ordinaten wird in zahlreichen Einzelversuchen durchgeführt, bei denen man die Umgebungsfeuchte bei konstanter Temperatur allmählich ansteigen läßt.The investigation of the ordinates is carried out in numerous individual experiments carried out, in which the ambient humidity at constant Temperature rises gradually.

Ermittelt man die Ordinaten bei abnehmender Umgebungsfeuchte, dann erhält man die Desorptions-Isothermen, die mit den zugehörigen Sorptions-Isothermen normalerweise eine "Hysteresis- Schleife" bilden, wobei die Desorptionskurve die höhere Lage einnimmt.If you determine the ordinates with decreasing ambient humidity, then you get the desorption isotherms, with the associated ones Sorption isotherms usually a "hysteresis- Loop ", with the desorption curve the higher position occupies.

Bei geschichter Auswahl des Sorptionsmediums, wobei der hauptsächlich interessierende Relativfeuchtebereich berücksichtigt werden sollte, wird sich ein Ergebnis finden, das bei sehr geringer Hysterese reproduzierbare Werte mit unbedeutenden Schwankungen liefert. Bereits für diese Fleißarbeit ist die Präzisionswaage eine große Hilfe. When selecting the sorption medium, the main one the relative humidity range of interest is taken into account a result will be found which is very low hysteresis reproducible values with insignificant fluctuations delivers. The precision balance is already for this hard work a big help.

Hat man nun eine Sorptionsspirale aus geeignetem Material hergestellt und kalibriert, wird sie mit dem Tauchkörper B und C gepaart. Es ist dabei von Vorteil, wenn man die Spirale zuvor eine gewisse Zeit in einem Gefäß mit SILICA-GEL aufbewahrt hat, um ihren Wassergehalt weitestgehend zu beseitigen, ohne die Spirale selbst zu schädigen.If you have now produced and calibrated a sorption spiral made of a suitable material, it is paired with the immersion bodies B and C. It is an advantage if the spiral has been stored in a container with SILICA-GEL for a certain time in order to remove most of its water content without damaging the spiral itself.

Aus der zu messenden Umgebungsluft wird schon sehr bald Wasserdampf absorbiert; dieser Prozeß dauert so lange, bis die sogenannte Gleichgewichtsfeuchte erreicht ist. Die Rotationszahl des Tauchgefäßes gibt ein Maß für die Gewichtszunahme der Spirale, das - in Gewichtsprozenten ausgedrückt - unter Berücksichtigung der zugehörigen Sorptions-Isotherme zur Ermittlung der Relativfeuchte der Umgebungsluft führt.The ambient air to be measured soon becomes water vapor absorbed; this process continues until the so-called Equilibrium moisture has been reached. The rotation number the dip tank gives a measure of the weight gain of the Spiral, which - expressed in percentages by weight - taking into account the associated sorption isotherm to determine the Relative humidity of the ambient air leads.

Wird ein Mikro-Computer eingesetzt, der ein Linearisierungsprogramm für die Sorptionskurve verarbeitet, und steht dieser in Verbindung mit den Schrittmotor-Aktivitäten, dann vollzieht sich die Relativfeuchtemessung bei digitaler Anzeige mit zwei Dezimalstellen selbsttätig, so lange die Umgebungstemperatur ungefähr konstant bleibt. Ist letzteres nicht der Fall, kann ein geeigneter Thermoschalter das Computerprogramm auf die Linearisierungsdaten der jetzt gültigen Sorptionskurve umstellen.If a micro-computer is used, the linearization program processed for the sorption curve, and this is in Connection with the stepper motor activities, then takes place the relative humidity measurement with digital display with two decimal places automatically as long as the ambient temperature is approximately remains constant. If the latter is not the case, a suitable thermal switch the computer program to the linearization data change the current sorption curve.

Da die erfindungsgemäße Präzisionswaage bereits auf 10 Mikrogramm zuverlässig anspricht, sind Sorptionsspiralen verwendbar, deren maximale Wasserdampf-Aufnahme nur ungefähr 1 Gewichtsprozent beträgt. Bei einem Trocknungsgewicht der Spirale von beispielsweise 10 g entspricht dies einer Gewichtszunahme um 100 mg, also von durchschnittlich 1 mg = 1000 µg je Prozent r. F. Eine Anzeige von zwei Dezimalstellen ist somit auch in diesem Extremfalle durchaus gerechtfertigt.Since the precision balance according to the invention is already at 10 micrograms responds reliably, sorption spirals can be used, whose maximum water vapor absorption only about 1 percent by weight is. With a drying weight of the spiral, for example 10 g corresponds to a weight gain of 100 mg, so with an average of 1 mg = 1000 µg per percent r. F. An ad of two decimal places is therefore also in this extreme case quite justified.

Im Interesse einer möglichst geringen Ansprechtätigkeit der Sorptionsspirale ist bei homogenem Material wie beispielsweise Nadelholzfurnier eine Dicke von wenigen zehntel Millimeter zu wählen bzw. durch Abschleifen herzustellen. Alternativ kann eine hydrophile Beschichtung auf beiden Seiten eines hydrophoben Trägerbandes von günstigem Effekt sein. In the interest of the lowest possible contact activity of the Sorption spiral is with homogeneous material such as Softwood veneer to a thickness of a few tenths of a millimeter choose or manufacture by grinding. Alternatively, you can a hydrophilic coating on both sides of a hydrophobic Carrier tape to be of favorable effect.

Erfindungsgemäß kommt für die Füllung des Tauchgefäßes nicht nur eine Flüssigkeit wie entspanntes Wasser oder Alkohol, sondern auch ein Schwergas in Betracht, dessen Dichte die Luftdichte um das Mehrfache überschreiten sollte.According to the invention does not come for the filling of the immersion vessel just a liquid like relaxed water or alcohol, but also consider a heavy gas, the density of which is the air density should exceed several times.

Da im Gegensatz zur Flüssigkeit keine eindeutige Spiegelbildung möglich ist, bedarf das Tauchgefäß eines Deckels, der eine Öffnung für den Tauchkörper besitzt, die diesem eine reibungsfreie Vertikalbewegung erlaubt. Zwecks Reduzierung der zu erwartenden Diffusionserscheinungen zwischen Umgebungsluft und Schwergas wird der Spalt, den man auf das absolute Minimum begrenzen sollte, nach jedem Kompensationsvorgang mittels zweier Schieber, die jeweils eine halbkreisförmige Ausnehmung entsprechend dem Tauchkörperradius aufweisen, geschlossen.In contrast to the liquid, there is no clear mirror formation is possible, the immersion vessel needs a lid, the one Opening for the immersion body, which has a frictionless Vertical movement allowed. In order to reduce the expected Diffusion phenomena between ambient air and Heavy gas becomes the gap that you get to the bare minimum should limit, after each compensation process by means of two Slider, each corresponding to a semicircular recess have the plunger radius, closed.

Die unvermeidlichen Gasverluste können durch einen Reservespeicher mit mäßigem Uberdruck kontinuierlich oder sporadisch ersetzt werden.The inevitable gas losses can be done by a reserve storage replaced with moderate overpressure continuously or sporadically will.

Erforderlichenfalls läßt sich die Spielfreiheit des Tauchkörpers durch radial angebrachte Düsen, die am Gefäßdeckel fixiert sind und den Tauchkörper mit einem horizontal gerichteten Luftstrahl beaufschlagen, zusätzlich absichern. Die Bildung vertikaler Kraftkomponenten ist dabei nicht erlaubt.If necessary, the clearance of the immersion body can be through radially attached nozzles, which are fixed to the vessel lid and the immersion body with a horizontally directed air jet apply, secure additionally. The formation of vertical Power components are not allowed.

Sehr wahrscheinlich ließe sich derselbe Zweck mit Hilfe eines niederfrequenten Vibrators von sehr geringer Leistung erzielen, der mit geringfügigen Mehrkosten auf den Gefäßdeckel montiert werden kann.It is very likely that the same purpose could be achieved with the help of a achieve low-frequency vibrators of very low power, which is mounted on the vessel lid with a small additional cost can be.

Das Schwergas-Prinzip kann vor allem dann von Nutzen sein, wenn es um die Registrierung kleinster Gewichtsänderungen geht, die beim Flüssigkeitsprinzip einen extrem kleinen Tauchkörperquerschnitt erfordern würden. Da die Dichte eines geeigneten Gases in jedem Falle weit weniger als 1 Prozent der Flüssigkeitsdichte beträgt, kann der Tauchkörperdurchmesser bei gleichem Effekt ungefähr 12 mal so groß sein wie beim Flüssigkeitsprinzip. Ferner besteht die berechtigte Aussicht, den 1-Mikrogramm-Bereich zu erschließen und für Spezialaufgaben nutzbar zu machen. The heavy gas principle can be particularly useful if it's about registering the smallest weight changes that with the liquid principle, an extremely small submersible cross-section would require. Because the density of a suitable gas in any case far less than 1 percent of the liquid density is the immersion body diameter with the same effect about 12 times the size of the liquid principle. Further there is a justified prospect, the 1 microgram range open up and make it usable for special tasks.

drawings

Fig. I stellt einen Längsschnitt im Maßstab von ungefährt 1 : 2 dar, der alle wesentlichen Teile - wenigstens schematisch - enthält. Auf der Fußplatte 1 mit einer fixierten Fußschraube 2 und zwei verstellbaren Fußschrauben 3 ist der vorzugsweise U-förmig ausgebildete Tragständer 4 befestigt. Der Waagebalken 5 besteht vorteilhaft aus einem dünnwandigen Leichtmetallröhrchen, das in seiner Mitte mit der Traverse 7 fest verbunden ist. Die Schwerlinie 6 des kompletten Waagebalkens, der an beiden Enden je eine Lagerpfanne, besser noch je ein Lagerpfannenpaar trägt und in der Mitte eine vertikal wirksame Justiervorrichtung mit der selbsthemmenden Gewindedoppelmuffe 13 aufweist, geht korrekterweise durch die Berührungspunkte der Lagerspitzen mit den zugehörigen Pfannen. Die Lagerpfannen 10 für die Lagerspitzen 11 der durch die Lasche 8 auf den Waagebalken gepreßten Traverse 7 ruhen auf den Konsolen 9, die mit dem Tragständer 4 in fester Verbindung stehen. Die U-förmig dargestellten Lastträger 12 können bei Verwendung von Lagerpfannenpaaren auch eine andere Form besitzen. Die horizontal wirksame Justiervorrichtung mit der Gewindemuffe 14 ist auf Höhe der Schwerlinie 6 angeordnet. Die bisher beschriebenen Vorkehrungen sind nötig, um den Waagebalken in einen indifferenten Gleichgewichtszustand zu versetzen und auf diese Weise zu neutralisieren. Fig. I shows a longitudinal section on a scale of approximately 1: 2, which contains all essential parts - at least schematically. On the foot plate 1 with a fixed foot screw 2 and two adjustable foot screws 3 , the preferably U-shaped support stand 4 is attached. The balance beam 5 advantageously consists of a thin-walled light metal tube which is fixedly connected to the cross member 7 in its center. The center of gravity 6 of the complete balance beam, which carries a bearing pan at both ends, better still a pair of bearing pans and has a vertically effective adjusting device with the self-locking double threaded sleeve 13 in the middle, goes correctly through the points of contact of the bearing tips with the associated pans. The bearing pans 10 for the bearing tips 11 of the cross member 7 pressed through the tab 8 on the balance beam rest on the brackets 9 , which are firmly connected to the support stand 4 . The U-shaped load carriers 12 can also have a different shape when using pairs of bearing cups. The horizontally effective adjustment device with the threaded sleeve 14 is arranged at the level of the center line 6 . The precautions described so far are necessary to put the balance beam in an indifferent equilibrium state and to neutralize it in this way.

Anstelle der sehr leichten Waagschale 15 kann selbstverständlich ein Haken für die direkte Aufhängung des Wägegutes vorhanden sein. Der zylindrische Tauchkörper 16 trägt die Gewichtsschale 17, die für die Kompensation übergroßer Massen auf der Wägegut-Seite benötigt wird. Das zylindrische Tauchgefäß 18 trägt im Zentrum seines Bodens die Mikrometerschraube 19, deren Steigung vorteilhaft 1,00 mm aufweist. Die Gewindescheibe 20 ist fest in oder über der Fußplatte 1 verankert, die eine Bohrung als Passage für die Mikrometerschraube besitzt. Die Ringskala 21 hat eine Radialteilung mit 100 Strichen, die jeweils einer Höhenverschiebung um 0,01 mm entsprechen. Der Zeiger 22 ist durch die Konsole 23 am Tauchgefäß 18 fixiert und gleitet über den Skalenring, während ersich in der Konsolenbohrung verschiebt. Die Dosenlibelle 24 ermöglicht die Grobhorizontierung der Fußplatte 1, die auf den ein symmetrisches Dreieck einschließenden Fußschrauben einen stabilen Stand hat.Instead of the very light weighing pan 15 , a hook can of course be provided for the direct suspension of the goods to be weighed. The cylindrical immersion body 16 carries the weight pan 17 , which is required for the compensation of oversized masses on the weighing goods side. The cylindrical immersion vessel 18 carries the micrometer screw 19 in the center of its base, the pitch of which is advantageously 1.00 mm. The threaded washer 20 is firmly anchored in or above the base plate 1 , which has a bore as a passage for the micrometer screw. The ring scale 21 has a radial division with 100 lines, each of which corresponds to a height shift of 0.01 mm. The pointer 22 is fixed by the bracket 23 to the immersion vessel 18 and slides over the scale ring while it moves in the bracket hole. The circular level 24 enables the base plate 1 to be roughly leveled, which has a stable position on the foot screws enclosing a symmetrical triangle.

Die Bezugsstange 25 kann aus dem gleichen Profil wie der Waagebalken 5 hergestellt sein, wenn der Einbau der Röhrenlibelle 26, deren Empfindlichkeit 30 Winkelsekunden betragen sollte, dabei problemlos erfolgen kann. Mit Hilfe der Traverse 27, die vom Ständer 4 getragen wird und die Feinjustierschraube 28 sowie die Druckfeder 29 aufweiset, läßt sich die Bezugsstange 25 genau horizontieren. Diese Maßnahme ist vor allem dann von Vorteil, wenn der Waagebalken aus irgendwelchen Gründen vom indifferenten in einen stabilen Gleichgewichtszustand übergewechselt sein sollte.The reference rod 25 can be made of the same profile as the balance beam 5 if the installation of the tubular spirit level 26 , the sensitivity of which should be 30 arc seconds, can be carried out without problems. With the help of the traverse 27 , which is carried by the stand 4 and has the fine adjustment screw 28 and the compression spring 29 , the reference rod 25 can be precisely leveled. This measure is particularly advantageous if the balance beam should have changed from an indifferent to a stable equilibrium for some reason.

Das Tauchgefäß 18 ist zu ungefähr vier Fünfteln mit der Flüssigkeit 30 gefüllt; im einfachsten Falle eignet sich dafür oberflächenentspanntes destilliertes Wasser. Die anzustrebende kleinere Dichte läßt sich beispielsweise realisieren, wenn man als Füllung Alkohol wählt, der außerdem einen niedrigeren Gefrierpunkt besitzt. Auch bestimmte Mineralöle können infrage kommen.The dip tank 18 is about four-fifths filled with the liquid 30 ; in the simplest case, surface-relaxed distilled water is suitable for this. The desired lower density can be achieved, for example, by choosing alcohol as the filling, which also has a lower freezing point. Certain mineral oils can also be considered.

Eine mäßige Verdunstung der Füllflüssigkeit ist nicht von Nachteil, weil sich die Nullstellung der Mikrometerschraube durch Drehen der Ringskala 21 und durch Korrigieren des Umdrehungszählers aufrechterhalten läßt. Von Zeit zu Zeit ist allerdings ein Nachfüllen notwendig. Durch Abschließend des Tauchgefäßes mit einem gelochten Deckel während längerer Benutzungsphasen würde die Verdunstung etwas gedrosselt; während der Ruhezeiten kann die Gewichtsskala 17 als Behelfsverschluß dienen, wenn man den Tauchkörper nicht abnehmen, sondern nur absenken möchte.A moderate evaporation of the filling liquid is not a disadvantage because the zero position of the micrometer screw can be maintained by rotating the ring scale 21 and by correcting the revolution counter. Refilling is necessary from time to time. By closing the immersion vessel with a perforated lid during long periods of use, the evaporation would be somewhat reduced; During the rest periods, the weight scale 17 can serve as a makeshift lock if you do not want to remove the immersion body, but only want to lower it.

Bei paralleler Lage des Waagebalkens 5 zur horizontierten Bezugsstange 25 ist die Schwerlinie 6 ebenfalls horizontal ausgerichtet. Die Parallelität wird mit Hilfe der nur symbolisch dargestellten Indikatoren 31 und - erforderlichenfalls - 31′ eingestellt und überwacht. Eine zweckmäßige Lösung ist beispielsweise das Anlegen einer Niederspannung von etwa 24 V an zwei einander gegenüberstehende Metallspitzen, zwischen denen sich eine kleine Funkenstrecke ausbilden kann. Geht die Parallelität verloren, wird auch die Funkenbildung unterbrochen; nähert sich der Waagebalken erneut der Sollposition, setzt die Funkenbildung wieder ein. Die Stromversorgung des Waagebalkens muß von 10 über 11 und 7 stattfinden.When the balance beam 5 is parallel to the horizontal reference rod 25 , the center of gravity 6 is also aligned horizontally. The parallelism is set and monitored using the only symbolically represented indicators 31 and - if necessary - 31 ' . An expedient solution is, for example, the application of a low voltage of approximately 24 V to two mutually opposing metal tips, between which a small spark gap can form. If the parallelism is lost, the sparking is also interrupted; If the balance bar approaches the target position again, the sparking starts again. The power supply to the balance beam must take place from 10 to 11 and 7 .

Alternative Möglichkeiten liegen in der Anwendung kapazitiver, induktiver oder elektro-optischer Systeme.Alternative possibilities lie in the application of capacitive, inductive or electro-optical systems.

Für normale Ansprüche genügt jedoch eine stark vergrößernde Lupe zur Beobachtung einer Strichplatte, die an einem Ende des Waagebalkens befestigt ist und an der Bezugsstange, die eine Markierung aufweist, in kleinem Abstand vorbeiläuft. Die Lupe kann an der Bezugsstange fest montiert sein.However, a magnifying magnifying glass is sufficient for normal requirements to observe a graticule at one end of the balance beam is attached and to the reference rod, which is a mark has, runs by at a short distance. The magnifying glass can be firmly attached to the reference rod.

Aufwendigere Lösungen sind nur dann zu erwägen, wenn sie zur Steuerung eines kleinen Schrittmotors, der das Tauchgefäß in Rotation zu bringen hat, verwendet werden sollen. Trotzdem ist auch der Kompromiß denkbar, den Schrittmotor zwar einzubauen, aber ihn nur manuell zu bedienen und damit etwas Zeit zu sparen. In diesem Falle erfüllt die Lupe durchaus ihren Zweck.More complex solutions should only be considered if they are for Control of a small stepper motor that puts the dip in Rotation has to be used. Still is also the compromise conceivable to install the stepper motor, but only operate it manually and save some time. In this case, the magnifying glass does its job.

Fig. II zeigt einen Querschnitt, aus dem vor allem die U-Form des Ständers 4 und die Ausbildung der Traverse 7 deutlich hervorgeht. Auch das Kipplager 32 der Bezugsstange 25 ist leicht zu erkennen. Fig. II shows a cross section, from which, above all, the U-shape of the stand 4 and the design of the crossmember 7 clearly emerge. The tilting bearing 32 of the reference rod 25 is also easy to see.

Der dargestellte Tauchkörper entspricht in seinem Durchmesser ungefähr dem Typ A, bei dem die Auftriebsänderung von 100 mg/10 mm betragen soll. Je nach Durchmesser des Tauchgefäßes ist dabei die Beeinflussung des relativen Flüssigkeitsspiegel-Niveaus, bezogen auf den Gefäßboden, größer oder kleiner. Außerdem spielt dabei die Füllhöhe und damit die maximale Eintauchtiefe eines wesentliche Rolle. Die Beurteilung wird am einfachsten, wenn man von dem vorhandenen Flüssigkeitsvolumen ausgeht und dieses mit dem Verdrängungsvolumen je 10 mm Tauchkörperlänge vergleicht. Bei Wasser beträgt dieses 0,100 cm³. Unterstellt man nun eine Füllmenge von 50 cm³, dann ergibt sich beim Tauchkörper A eine Relation von 500 : 1; bei B käme man auf 5000 : 1 und beim dünnsten Tauchkörper C auf 50 000 : 1. Man erkennt sofort, daß nur der Tauchkörper A einen bemerkenswerten Einfluß auf das relative Niveau des Flüssigkeitsspiegels ausüben kann.The diameter of the immersion body shown corresponds approximately to type A , in which the change in buoyancy should be 100 mg / 10 mm. Depending on the diameter of the immersion vessel, the influence of the relative liquid level, based on the vessel bottom, is greater or smaller. In addition, the fill level and thus the maximum immersion depth play an important role. The assessment is easiest if one starts from the available liquid volume and compares it with the displacement volume per 10 mm immersion body length. For water this is 0.100 cm ³ . Assuming a filling quantity of 50 cm ³ , then the relation with immersion body A is 500: 1; with B one would get 5000: 1 and with the thinnest immersion body C to 50 000: 1. You can immediately see that only immersion body A can have a remarkable influence on the relative level of the liquid level.

Nimmt man eine maximale Nutzung der Eintauchtiefe von delta h = 50 mm an, dann verringert sich die Relation auf 500/5 : 1 = 100 : 1. Bei einem Eintauchweg von 50 mm ergibt sich somit eine Spiegelverschiebung um 1,00%, die sich der Mikrometerschraubenverschiebung beim Kompensationsvorgang überlagert. Bei einer vermeintlichen Spiegelabsenkung von 50,00 mm ist in Wirklichkeit eine Absenkung von 50,50 mm vorhanden. Das vermeintliche Gewicht des Wägegutes ist in diesem Verhältnis kleiner als das tatsächliche, weil der auf 50,50 mm bezogene Auftrieb für die Kompensation maßgebend ist und somit für das wirkliche Gewicht.Assuming a maximum use of the immersion depth of delta h = 50 mm, the relation is reduced to 500/5: 1 = 100: 1. With an immersion path of 50 mm, there is a mirror shift of 1.00% the micrometer screw displacement during the compensation process. With an alleged mirror drop of 50.00 mm there is actually a drop of 50.50 mm. In this ratio, the supposed weight of the goods to be weighed is smaller than the actual weight, because the 50.50 mm buoyancy is decisive for the compensation and thus for the real weight.

Da der Spiegelfehler linear von Null bis zum Höchstwert bei delta h _max ansteigt, besteht die Möglichkeit, eine Korrekturtabelle anzuwenden oder eine Korrekturrechnung durchzuführen.Since the mirror error increases linearly from zero to the maximum value at delta h _max , it is possible to use a correction table or to carry out a correction calculation.

Da beim Ausschlagsverfahren im Gegensatz zum Kompensationsverfahren nicht die Vertikalbewegung des Tauchgefäßes, sondern die Distanzveränderung zwischen dem Flüssigkeitspiegel und dem Tauchkörperkopf das Ergebnis bestimmt, ist dieses Verfahren prinzipiell fehlerfrei. Dies gilt weitgehend sogar für den Fall, daß man die Strichplattenverschiebung relativ zur Bezugsstangenmarkierung als Basis der Gewichtsbestimmung verwendet, weil der Strichplattenhub zwangsläufig begrenzt ist, wenn man von einer denkbaren Gabelung oder seitlichen Versetzung der Bezugsstange absieht, wodurch eine Vergrößerung des maximalen Neigungswinkels des Waagebalkens möglich würde.Because in the rejection process in contrast to the compensation process not the vertical movement of the diving vessel, but the Distance change between the liquid level and the This method is principally determined by the immersion body head flawless. This is largely true even in the event that the reticle displacement relative to the reference bar mark used as the basis for weight determination because of Graticule stroke is inevitably limited if one of conceivable bifurcation or lateral displacement of the reference rod declines, causing an increase in the maximum tilt angle of the balance beam would be possible.

Wären zwei Tauchgefäße und zwei Tauchkörper auf beide Enden des Waagebalkens verteilt und bestünde eine Verbindung zwischen den Gefäßen nach Art einer kommunizierenden Röhre, dann würde ein selbsttätiger Spiegelausgleich erfolgen; ein Spiegelfehler könnte somit nicht auftreten. Nach dieser Konzeption könnten beispielsweise Großwaagen gebaut werden.Would be two dipping tanks and two diving bodies on both ends of the Balance beam distributed and there would be a connection between the Vessels like a communicating tube, then one would automatic mirror compensation take place; a mirror error could thus do not occur. According to this conception, for example Large scales are built.

Claims

1. Precision balance as a lever arm balance, characterized by a hydrostatic compensation of the mass of the goods to be weighed with the help of a rod-shaped immersion body with a known constant circular cross-section, whereby the immersion body is immersed in part of its length in a liquid or in a heavy gas and thus an apparent mass reduction due to the buoyancy experiences, which grows in proportion to the depth of penetration and at a certain relative height of the immersion body creates the initial balance of the largely indifferent balance beam, which is initially lost after the weighing sample has been applied, but by lowering the vessel containing the liquid or heavy gas on one of the base plates of the Libra penetrating micrometer screw rests and its height is continuously changed by turning, is restored, the total angle of rotation of the compensation process being directly related to the mass of the weighing sample, which in the event of an overshoot The compensation margin, which depends primarily on the cross-section of the immersion body, can be partially compensated for by calibration weights.

2. Precision balance according to claim 1, characterized in that the immersion body cross section with the Density of the medium in the dip tank in the way is voted that a change in immersion depth 10 mm of buoyancy change by 0.1-0.01 or 0.001 g corresponds to what three different immersion bodies are for are needed, which are easily interchangeable from case to case are and advantageously the same apparent mass Have the balance beam at rest.

3. Precision balance according to claim 1 or 2, characterized characterized that the rest position of the balance beam is registered by a reading microscope that also serves to monitor the compensation process.

4. Precision balance according to claim 1 or 2, characterized characterized that the rest position of the balance beam is indicated by a signal, a reference part of the encoder on one above the balance beam Rod that is rigidly connected to the support stand and runs parallel to the footplate level, sits while the part corresponding to it at the end of the balance beam is arranged.

5. Precision balance according to claim 4, characterized in that the rod with a sensitive Tube level is provided and by means of a fine adjustment device relative to the support stand by a certain angle can be swiveled so that even with a light footplate the rod is brought into an exact horizontal position and can be checked from time to time in this regard.

6. Precision balance according to claim 4 or 5, characterized characterized that as an indicator of the exact Parallelism of the balance beam with the rod two metal tips Find application where sufficient electrical Voltage is around a registerable spark gap generate when the two peaks are facing each other Send away or if they are in the process of compensation almost touch again.

7. Precision balance according to claim 4, 5 or 6, characterized characterized in that the signal automatically a small stepper motor that controls the rotary movement of the Dipping vessel causes and if necessary for the Forwarding their respective activities to a printer suitable, the possible changes in the mass of the goods in one determinable timing documented.

8. precision balance according to claim 1 and further claims, characterized in that the indifferent Balance status of the balance beam not only for that Compensation, but also for the deflection principle - for example, when tracking a Drying process in the absence of automatic - an ideal Prerequisite offers because neither mass nor angle of inclination of the balance beam has an influence on that of the result depending on lift difference, if you consider the extremely low friction of the needle-fine support pairs leaves out of consideration.

9. Precision balance according to claim 1 or 8, and others Claims, characterized in that they when using a water vapor absorbing material is used as a new type of gravimetric hygrometer, that reacts to the relative humidity of the ambient air and the more reproducible the sorption isotherms, the more reliable and the hysteresis phenomena to be taken into account with the chosen fabric.

10. Precision balance according to claim 9, characterized in that the sorbent advantageously as Spiral is formed from a thin, either homogeneous or weakly coated on both sides in the band Is wrapped in such a way that between the individual courses Distance arises, which is a sufficient contact of the surfaces with the ambient air.

11. Precision balance according to Claim 10, characterized in that that the new hygrometer is not only used in Labot - for example as a relative humidity standard - but can also be used in weather stations because the scale despite high precision, unusually robust and easy to maintain is when wind and rain protection are given.