CH655182A5

CH655182A5 - Elektromagnetisch kompensierende waage.

Info

Publication number: CH655182A5
Application number: CH808/82A
Authority: CH
Inventors: Oskar Schett; Richard Leemann
Original assignee: Mettler Instrumente Ag
Priority date: 1982-02-10
Filing date: 1982-02-10
Publication date: 1986-03-27
Also published as: GB2114754B; JPH0245783Y2; US4457386A; GB2114754A; JPS58119735U; GB8301239D0; FR2521290B1; DE3244853C2; DE3244853A1; FR2521290A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetisch kompensierende Waage, mit einer die lastabhängige Einschaltdauer einer Konstantstromquelle steuernden Regel-und Vergleichsschaltung, umfassend einen Komparator zum Vergleich einer periodischen Sägezahnspannung mit einem lastabhängigen Regelsignal, mit einer Zählschaltung zur Zählung von Taktimpulsen während einer Mehrzahl von Einschaltdauern, und mit einer Rechenschaltung zur Ermittlung des digitalen Gewichtsergebnisses aus der Impulszählung. Derartige Waagen sind in den US-Patentschriften 3 786 884 und 3 816 156 beschrieben.

Ein bekanntes Problem beim Betrieb derartiger Waagen sind Temperatureinflüsse, die sich z.B. durch die Erwärmung des Kompensationssystems unter Last, aber auch aus wechselnden Aussentemperaturen ergeben. In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt, einen Wärmefühler vorzusehen, welcher die Konstantstromquelle korrigiert (US-Patentschrift 3 786 678). Andere Waagen verfügen über ein Temperatureinflüsse korrigierendes Widerstandsnetzwerk (deutsche Offenlegungsschrift 2 400 881). Ferner ist bereits eine digital anzeigende Saitenwaage bekannt geworden (deutsche Auslegeschrift 2 519 727), bei welcher eine digitale Korrektur des Messwertes mittels fest abgespeicherter Faktoren vorgenommen wird, die gegebenenfalls auch gemäss den aktuellen Betriebsbedingungen verändert werden können, z.B. abgeleitet von den Signalen eines Temperaturfühlers

Zur Analog-Digital-Wandlung zweier Grössen mit unterschiedlichen Genauigkeitsanforderungen (wie z.B. Gewicht einerseits, Temperatur andererseits) könnten auf konventionelle Weise zwei separate Analog-Digital-Wandler eingesetzt werden. Der damit verbundene Mehraufwand ist jedoch s unerwünscht. Die vorliegende Erfindung entstand daher aus der Aufgabe, bei einer Waage der eingangs genannten Art auf einfache Weise und unter Verzicht auf einen zusätzlichen Analog-Digital-Wandler eine selbsttätige digitale Temperaturkompensation zu ermöglichen. Erfindungsgemäss wird io zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, dass in der Waage ein Temperaturfühler vorhanden ist, dass ein Komparator zum Vergleich des analogen Temperatursignals mit einer periodischen Sägezahnspannung vorgesehen ist, dass eine Zählschaltung zur Zählung von Taktimpulsen bis zum 15 Ansprechen des Komparators vorgesehen ist, dass ein Speicher zur Aufnahme des aus der Zählung resultierenden digitalen Temperaturwertes vorhanden ist, und dass die Rechenschaltung zur Verrechnung des digitalen Temperaturwertes mit dem digitalen Gewichtsergebnis ausgelegt ist. Das 20 analoge Temperatursignal kann dabei vor dem Vergleich verstärkt werden. Es läge nahe, für die Berücksichtigung des Temperatursignals einen konventionellen Multiplexer zu verwenden. Dies liefe auf eine etwa gleichwertige Berücksichtigung von Gewichts- und Temperatursignal hinaus, welche 25 jedoch nicht erforderlich ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist deshalb die Anordnung so getroffen, dass eine Steuerschaltung für die Zählschaltung vorgesehen ist, welche so ausgelegt ist, dass für eine eine Mehrzahl von Einschaltdauern umfassende 30 Gewichtsermittlung das Temperatursignal einmal ausgezählt wird. Das bedeutet, dass die Aktualität der Gewichtsermittlung praktisch nicht beeinflusst wird. Die (nur) einmalige Berücksichtigung des Temperatursignals ist dabei um so eher genügend, als es ja nur um eine Fehlerkorrektur geht, für 35 welche bei gegebener Auflösung des Gewichts eine wesentlich kleinere Auflösung genügt.

Prinzipiell wäre es möglich, für die Gewichts- und die Temperaturerfassung denselben Komparator zu verwenden. Dies würde jedoch einen nennenswerten schaltungsmässigen 40 Mehraufwand bedeuten. Es wird daher eine Ausführungsform bevorzugt, bei welcher für die Gewichtserfassung und für die Temparaturerfassung je ein eigener Komparator vorgesehen ist.Dies ist um so einfacher realisierbar, als marktübliche integrierte Schaltkreise mit jeweils zwei Komparatoren 45 verfügbar sind.

Grundsätzlich würde es genügen, die Temperatur auf die erfindungsgemässe Weise digital zu berücksichtigen. Andererseits haben die üblicherweise für das Kompensationssystem verwendeten Werkstoffe (z.B. das Magnetmate-50 rial) typischerweise einen Temperaturkoeffizienten, der -mehr oder weniger stark - um einen Mittelwert streut. Im Hinblick darauf wird es als zweckmässig erachtet, dass der Temperaturfühler ausser an den Komparator auch an die Konstantstromquelle angeschlossen ist. Aus dieser Kombina-55 tion der klassischen mit der erfindungsgemässen Massnahme ergibt sich der Vorteil, dass die Gesamtkompensation des Temperatureinflusses bei gleichem Aufwand bezüglich der Genauigkeit der Temperaturerfassung wesentlich genauer erfolgen kann als bei rein digitaler Kompensation, da ja nur 60 noch die individuelle Streuung des Temperaturkoeffizienten digital berücksichtigt werden muss.

Bei geeigneter Auslegung der Steuerung der Zählvorgänge kann dieselbe Zählschaltung für die Zählung der Taktimpulse sowohl des Gewichtssignals als auch des Temperatur-65 signais vorgesehen werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.

Die einzige Figur ist ein Blockschaltbild der erfindungswe

sentlichen Bestandteile des Ausführungsbeispiels.

Die Waage 10 umfasst ein elektromagnetisches Kompensationssystem, symbolisiert durch eine Spule 12. Wie beispielsweise in der eingangs genannten US-Patentschrift 3.786.884. ausführlich beschrieben ist, verursacht eine Belastung der Waagschale 14 eine Auslenkung des mechanischen Teils der Waage aus einer Soll- oder Nullage. Diese Auslenkung erzeugt ein elektrisches Signal (Geberschaltung 16), das einem Regler 18 zugeführt wird. Das Regelsignal beaufschlagt einen Komparator 20, in welchem die Regelspannung mit einer periodischen Sägezahnspannung (Rampe) aus einem Rampengenerator 22 verglichen wird. Letzterer wird gesteuert von einem Frequenzteiler 23, der von einem hochfrequenten Oszillator (Taktimpulsgenerator) 30 beaufschlagt wird. Das Ausgangssignal des Komparators 20 steuert über einen Synchronisierungs-Flipflop 24 einen Schalter 26, der eine Konstantstromquelle 28 an die Kompensationsspule 12 an- bzw. wieder von ihr abschaltet. Der Konstantstroms i fliesst je Rampe so lange, bis - im Gleichgewichtszustand -die elektromagnetische Kompensationskraft der aufgelegten Last entspricht und die Sollposition des mechanischen Teils der Waage wieder erreicht ist.

Während der Länge der Stromimpulse i werden Taktimpulse aus dem hochfrequenten Oszillator 30 gezählt, deren Summe nach Verrechnung von Proportionalitäts- und Korrekturfaktoren das digitale Gewichtsergebnis liefert. Hierzu ist eine Torschaltung 32 vorgesehen, deren Öffnungszeit durch den Komparator 20 bestimmt ist. Die gewichtsproportionalen Taktimpulsmengen gelangen in einen Zähler 34, der zum Zähl- und Speicherteil 36 eines Mikrocomputers 38 gehört (weitere Arbeitsspeicher sind mit 48,50 und 52 bezeichnet). Gemäss einem für die betreffende Waage festgelegten Programm (ROM 40) werden die gezählten Impulssummen von der zentralen Recheneinheit 42 (CPU) verarbeitet und zum fertigen digitalen Gewicht aufbereitet,

welches in konventioneller Weise über eine Decodier- und Treiberschaltung 44 in der digitalen Anzeige 46 erscheint.

Ein temperaturabhängiger Widerstand (Temperaturfühler) 54 im Kompensationssystem (12) der Waage 10 ist an einen Verstärker 56 angeschlossen. Dessen Ausgangssignal beein-flusst die Konstantstromquelle 28 derart, dass mit steigender Temperatur der Konstantstrom angenähert um so viel stärker wird, wie das Permanentmagnetfeld im Kompensationssystem aufgrund des mittleren Temperaturkoeffizienten des Magnetmaterials schwächer wird, so dass eine Grobkompensation des Temperatureinflusses auf das Messresultat erzielt wird.

Die bis hierher konventionelle Anordnung ist nun gemäss der Erfindung wie folgt modifiziert. Es ist ein zweiter Komparator 58 vorgesehen, der seine periodische Vergleichsspannung vom selben Rampengenerator 22 erhält wie der erste Komparator 20. Das verstärkte Signal des temperaturabhängigen Widerstandes 54 wird ständig mit der Rampe im Komparator 58 verglichen. Vor der Torschaltung 32 ist ein elektronischer Umschalter 60 angeordnet, der vom Mikrocomputer 38 gesteuert wird und entweder den Komparator 20 («Gewichtskomparator») oder den Komparator 58 («Tempe-raturkomparator») mit dem Eingang des Tores 32 verbindet.

Die Wirkungsweise sei im folgenden beispielsmässig anhand der wesentlichen Schritte einer Gewichtsermittlung erläutert.

Während 268 Rampen zu je zwei Millisekunden wird das Gewicht ausgezählt. Es folgt eine Leerrampe, d.h. eine Periode des Rampengenerators 20, während welcher keine Taktimpulse gezählt werden. In dieser Zeit wird

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- der Schalter umgesteuert,

- die Summe der Gewichtszählimpulse aus dem Zähler 34 in einen Speicher (z.B. 48) übernommen und der Zähler 34 auf Null gesetzt und io - ein interimistisches Gewicht berechnet. Dabei können z.B. anlässlich einer Werkseichung ermittelte und in einem Festwertspeicher (40) des Mikrocomputers 38 abgelegte Faktoren zur Korrektur von Linearität und Empfindlichkeit berücksichtigt werden

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Während der folgenden Rampe wird das Temperatursignal ausgezählt, d.h., im Zähler 34 läuft eine dem Signal des Temperaturfühlers 54 (und damit zur Temperatur im Kompensationssystem) proportionale Anzahl Taktimpulse ein. Es folgt 20 eine weitere Leerrampe, während welcher

- der Schalter 60 wieder umgesteuert wird auf den Ausgang des «Gewichts»-Komparators 20,

- der Inhalt des Zählers 34 in einen Speicher (z.B. 50)

25 übernommen und der Zähler 34 wieder auf Null gesetzt wird.

Hieran kann sich eine weitere nicht der Messwertgewinnung dienende Rampe anschliessen, während welcher beispielsweise eine Funktionsfehlersicherheitskontrolle vorge-30 nommen wird.

Nun wiederholt sich der ganze Zyklus, beginnend mit der Auszählung von 268 Gewichtsrampen.

Der abgespeicherte digitale Temperaturwert wird nach 35 einer fest vorgegebenen Korrekturformel mit dem interimistischen Gewicht verrechnet und das sich daraus ergebende korrigierte (wahre) Gewicht zur Anzeige bereitgestellt (Treiberschaltung 44, Digitalanzeige 46).

Formeln zu Berücksichtigung von Korrekturfaktoren sind 40 bekannt und müssen daher hier nicht im einzelnen angeführt werden.

Durch die beschriebenen Massnahmen ist mit einfachen Mitteln eine praktisch vollständige Kompensation von Temperatureinflüssen möglich. Dabei ist, wie eingangs erwähnt, 4S die Kombination der digitalen Korrektur mit der analogen Korrektur (Beeinflussung der Konstantstromquelle 28) zwar in vielen Fällen vorteilhaft, aber keineswegs unerlässlich. Im Prinzip kann auch eine digitale Korrektur allein vorgesehen werden. In jedem Fall resultiert eine beachtliche Vereinfa-s0 chung bei der Herstellung der Waagen und in deren Betrieb dadurch, dass eine Justierung beispielsweise mittels Potentiometern vollständig entfällt. Ausserdem ist letzterer Gesichtspunkt besonders für eichpflichtige Waagen von Bedeutung.

Das Ausführungsbeispiel wurde beschrieben mit einem 55 Mikrocomputer, der die notwendigen Rechnungen und die meisten Steuerfunktionen entsprechend seinem Programm ausführt. Es sei jedoch betont, dass die Verwendung eines Mikrocomputers zwar eine besonders elegante Realisierung der Erfindung ermöglicht, jedoch durchaus nicht zwingend 60 ist - die Erfindung kann ohne weiteres auch durch entsprechend aufgebaute diskrete Schaltungen verwirklicht werden.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

655182 PATENTANSPRÜCHE

1. Elektromagnetisch kompensierende Waage, mit einer die lastabhängige Einschaltdauer einer Konstantstromquelle steuernden Regel- und Vergleichsschaltung, umfassend einen Komparator zum Vergleich einer periodischen Sägezahnspannung mit einem lastabhängigen Regelsignal, mit einer Zählschaltung zur Zählung von Taktimpulsen während einer Mehrzahl von Einschaltdauern und mit einer Rechenschaltung zur Ermittlung des digitalen Gewichtsergebnisses aus der Impulszählung, dadurch gekennzeichnet, dass in der Waage ein Temperaturfühler (54) vorhanden ist, dass ein Komparator (58) zum Vergleich des analogen Temperatursignais mit einer periodischen Sägezahnspannung vorgesehen ist, dass eine Zählschaltung (34) zur Zählung von Taktimpulsen bis zum Ansprechen des Komparators (58) vorgesehen ist, dass ein Speicher (48) zur Aufnahme des aus der Zählung resultierenden digitalen Temperaturwertes vorhanden ist, und dass die Rechenschaltung (38) zur Verrechnung des digitalen Temperaturwertes mit dem digitalen Gewichtsergebnis ausgelegt ist.

2. Waage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung für die Zählschaltung (34), welche so ausgelegt ist, dass für eine eine Mehrzahl von Einschaltdauern umfassende Gewichtsermittlung das Temperatursignal einmal ausgezählt wird.

3. Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Gewichtserfassung und für die Temperaturerfassung je ein eigener Komparator (20,58) vorgesehen ist.

4. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (54) ausser an den Komparator (58) auch an die Konstantstromquelle (28) angeschlossen ist.

5. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe Zählschaltung (34) für die Zählung der Taktimpulse sowohl des Gewichtssignals als auch des Temperatursignals vorgesehen ist.