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Medical and biological engineering

, Volume 5, Issue 6, pp 579–589 | Cite as

A sensitive recording balance for weighing human subjects

  • D. McK Kerslake
Article
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Abstract

The weight of the subject and his support is counterbalanced by the buoyancy of floats immersed in oil. Changes in weight cause changes in the level at which the system floats. Errors due to changes in temperature of the oil are avoided by appropriate design of the float system and the tank which contains it. As the subject loses weight and the floats rise, oil is carried up with the emerging float stems, from which it drains slowly enough to introduce significant error. This process has been examined empirically, and corrections can be applied to allow for it.

Slow changes of an inert ‘payload’ of 100 kg can be measured with an accuracy of ±0·05 g, but in the case of a living subject the useful sensitivity at low rates of weight loss is about ±0·1 g. At high rates of weight loss (30 g/min) the useful sensitivity is ±0·35 g, about 1 per cent of the minutely weight loss. Errors due to oil accumulation on the float stems are of the same order, suggesting that observation over periods of 1 or 2 min should provide optimal resolution in time.

The balance is made from low precision parts, mostly from the building trade. Apart from one knife edge, which need not be of high quality, no accurate machining is required. The retail cost of the parts and materials including the oil was about £150 in 1964.

Keywords

Temperature Compensation Balance Beam Knife Edge Photographic Record Sweat Loss 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Sommaire

Le poids du sujet et de son support est contrebalancé par la poussée exercée sur des flotteurs immergés dans de l’huile. Un changement de poids entraine une variation du niveau auquel flotte le système. Les erreurs dués aux variations de température de l’huile sont compensées par une étude appropriée des flotteurs et de la cure qui les contient. Lorsque le sujet perd du poids et que les flotteurs s’élèvent, l’huile entrainée par la tige des flotteurs retombe suffisamment lentement pour n’entrainer aucune erreur significative.

Ce procèdé a été étudié empiriquement et il est possible d’y apporter des corrections. Les variations lentes dans le poids d’une charge inerte de 100 kg sont mesurées avec une précision de ±0·05 g, mais dans le cas d’un sujet vivant la sensibilité pratique pour de lentes pertes de poids est de ±0·1 g. Pour des pertes plus rapides (30 g/min) la sensibilité pratique est de l’ordre de ±0·35 g, soit environ 1% des pertes de poids par minute. Les erreurs entrainées par l’accumulation d’huile sur la tige des flotteurs sont du même ordre, suggérant ainsi que des observations s’étendant sur une ou deux minutes constituent des durées de résolution optimales.

La balance est faite de composants ne réclamant acune précision particulière, la plupart étant trouvés dans le commerce du batiment. En dehors du profil du couteau, qui n’a pas besoin d’être de très haute qualité, aucun usinage n’est nécessaire. Le coût des élements et de la matière, huile comprise, s’élevait à 150 livres en 1964.

Zusammenfassung

Das Gewicht einer Person und ihrer Unterstützung wird durch den Auftrieb von in 01 befindlichen Schwimmern ausgeglichen. Gewichtsänderungen verursachen Änderungen des Spiegels der Schwimmhöhe. Fehler durch Öltemperaturänderungen werden durch entsprechende Anlage des Schwimmersystems und des Tanks vermieden. Verliert die Person an Gewicht und steigen die Schwimmer auf, so steight mit den Schwimmerstielen Öl auf, von denen es so langsam abtropft, daß ein signifikanter Fehler eingeführt wird. Dieser Vorgang wurde empirisch untersucht. Korrekturen hierfür können eingesetzt werden.

Langsame Gewichtsänderungen einer inerten “Ladung” von 100 kg können mit einer Genauigkeit von ±0·05 g gemessen werden, während beim Lebenden die brauchbare Empfindlichkeit bei kleiner Gewichtsverlustgeschwindigkeit etwa ±0·1 g beträgt. Bei hohen Gewichtsverlustgeschwindigkeiten (30 g/min) liegt die brauchbare Empfindlichkeit bei ±0·35 g, etwa 1% des Gewichtsverlustes pro Minute. Die Fehler durch Ölansammlung auf den Schwimmerstielen sind von der gleichen Größenordnung. Die Beobachtung über Zeiträume von 1 bis 2 Minuten sollte daher die beste zeitliche Auflösung bieten.

Die Waage wird aus Teilen niedriger Präzision, hauptsächlich aus dem Baugewerbe stammend, hergestellt. Außer einer Messerkante, die nicht von hoher Qualität zu sein braucht, ist keine genaue Verarbeitung erforderlich. Der Verkaufspreis der Teile und Materialien einschließlich des Öls betrug 1964 etwa 150 englische Pfund.

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Copyright information

© International Federation for Medical and Biological Engineering 1967

Authors and Affiliations

  • D. McK Kerslake
    • 1
  1. 1.R.A.F. Institute of Aviation MedicineFarnborough, HampshireEngland

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