DE2601165A1

DE2601165A1 - Eichfaehige, elektromagnetisch kompensierende waage

Info

Publication number: DE2601165A1
Application number: DE19762601165
Authority: DE
Inventors: Franz Josef Melcher; Heribert Ing Grad Rosenkranz
Original assignee: Sartorius Werke GmbH
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1976-01-14
Filing date: 1976-01-14
Publication date: 1977-07-21
Also published as: CH614285A5; DE2601165C3; DE2601165B2; US4156361A

Description

MÜLLER-BORA · GROENIKG · DEUrEL · SCHÖN · ITTlRTEL

Ί. JAN. 1976

DR. WOUFGANG MÜLLER-BORE HANS W. GROENING. DIPL.-1NG. DR. PAUL DEUFEL, DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS.

Hl/S 2828

SARTORIUS-WERKE GmbH (und vorm, Göttinger Präzisionswaagenfabrik GmbH)

34oo GÖttingen, Weender Landstr.9 6/1o4

Eichfähige, elektromagnetisch kompensierende Waage

Die Erfindung betrifft eine eichfähige, elektromagnetisch kompensierende Waage, insbesondere Präzisions- oder Feinwaage, mit Wäge- und Tariereinrichtung in Form eines Waagschalenträgers und einer diesem zugeordneten Parallelführung und einem Analog-Digital-Wandler und einer Anzeigeeinrichtung, sowie ein Verfahren zur Kompensation der die Empfindlichkeit und Genauigkeit beeinflussenden Größen der vorstehend angeführten, eichfähigen, elektromechanischen Waage und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Der oben verwendete Begriff Feinwaagen umfaßt nach DIN-Norm alle Arten von Analysen- und Mikrowaagen.

Bei allen derartigen Waagen muß für den nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler zum Vergleich eine Referenz bzw. eine Bezugsgröße vorgesehen sein, damit ein dem analogen Meßsignal entsprechendes Digitalsignal erhalten werden kann. Bei einer bekannten Ausführungsform von eichfähigen, elektromagnetisch kompensierenden Waagen wird hierzu eine

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elektronische Referenz, beispielsweise eine Referenzdiode mit einer ihr zugeordneten Schaltung, verwendet, welche von außen an- und abschaltbar sind. Diese Peferenzmethode ist jedoch schaltungstechnisch sehr aufwendig und erfordert hochaenaue Bauelemente, wie widerstände, Verstärker, Fagnetsysteme u.a., die sehr teuer sind. Trotz des schaltungstechnischen Aufwandes lassen sich jedoch gewisse Langzeiteffekte, wie beispielsweise ein Driften, oder eine Temperaturbeeinflussung, nicht in dem erforderlichen Maß ausschließen, damit die geforderten Genauigkeiten erreicht und zuverlässig gev/ährleistet werden können. Derartige Langzeiteffekte wirken sich jedoch bei eichfähigen Waagen besonders nachteilig aus, da diese verplombt sind und eine Nacheichung der Empfindlichkeit innerhalb der Eichperioden, im allgemeinen zwei Jahre, nicht zulässig und damit nicht möglich ist.

Bei einer weiteren bekannten, elektromagnetisch kompensierenden Wägevorrichtung, die auch als eichfähige Waage ausgebildet werden kann, sind zwei ringförmige Spulen, nämlich eine dem Lastteil zug eordnete Lastspule und eine dem Referenzteil zugeordnete, an einem mit einem konstanten Gewicht belasteten Träger befestigte Referenz spule in demselben magnetischen System, nämlich in einem Luftspalt zwischen einem Gehäuse aus magnetischem Material und dem zentrisch darin angeordneten Permanentmagneten vorgesehen. Hierbei sind die beiden Spulen mittels elastischer Aufhänger unabhängig voneinander beweglich und parallel geführt; Auslenkungen, beispielsweise bei einem Wägevorgang, werden jeweils mittels eines Paars Nulllagendetektoren festgestellt. Mit Hilfe einer aufv/endicren Schaltungsanordnung werden die Spulen durch entsprechende Kompensationsströme in ihre Ausgangslage zurückgebracht, v/obei dann die mechanischen Kräfte den zu kompensierenden Größen entsprechen und der Kompensationsstrom der Lastspule, gesteuert durch eine zugeordnete Schaltung, periodisch zugeführt wird.

Bei dieser bekannten Wägevorrichtung wird somit ständig eine Referenzmasse mitgeführt, damit die Waage als Quotientenmesser

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arbeiten kann, indem immer der Quotient aus der zu wägenden Masse und der Referenzmasse gebildet wird. Eine solche Einrichtung ist jedoch sehr aufwendig, da praktisch zwei Xtfaagen in einer Waage vorgesehen ssLn müssen. Außerdem ergeben sich wesentliche Schwierigkeiten bei der Parallelführung, da sich beispielsweise bei einer koaxialen Anordnung der Referenzmasse und des Wägeteils unterschiedlich lange Parallellenker ergeben, die in Abhängigkeit von der tatsächlichen Stellung sowie dem Aufstellungsort der Waage und in Abhängigkeit von den Ungebungsbed.inijungrn, wie insbesondere der Temperatur, im Bereich der erforderlichen hohen Genauigkeiten starke Abweichungen zeigen. Obendrein erfordern solche doppelten Parallelführungen eine hochgenaue Auswahl der Materialien sowie eine sehr genaue Herstellung der Parallellenker (DT-AS 2 233 85o).

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine eichfähige, elektromechanische Waage der eingangs genannten Gattung, ein Verfahren zur Kompensation der die Empfindlichkeit und Genauigkeit beeinflussenden Größen dieser Waagen, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei welcher bzw. bei welchem mit Hilfe eines geringen zusätzlichen konstruktiven und schaltungstechnischen Aufwandes irgendwelche die Wägeergebnisse der eichfähigen, elektromechanischen Waage beeinflussenden Fehlergrößen, wie beispielsweise die durch den Aufstellungsort bedingte Erdfeldabhängigkeit, die Umgebungseinflüsse, wie Temperatur-, Feuchtigkeitsänderungen u.a., die Streuungen und Alterungen der Bauelemente und der Versorgungseinrichtungen sowie die Änderungen der geometrischen, elektrischen und elektromechanischen Kenndaten, vollständig beseitigt und ausgeschlossen sind.

Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe bei einer eichfähigen, elektromechanischen Waage der eingangs genannten Gattung vorgesehen, daß ein Referenzgewicht in der Waage vorgesehen ist und zu seiner Gewichtsbestimmung von außen, d.h. von außerhalb des Waagengehäuses, schaltbar ist, und daß ein Hubmechanismus zum Abheben der Waagschale von ihrem Träger voraesehen ist. 7 0 9 8 2 9 / 0 A 8 A

Hierbei ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zur Schaltung des in der Waage angeordneten Referenzgewichtes eine von außen betätigbare Steuereinrichtung beispielsweise eine Kurvenscheibenanordnung vorgesehen, die über einen Hebelmechanismus mit einer dem Referenzgewicht zugeordneten Absenkeinrichtung und der Hubeinrichtung der Waage in Verbindung steht. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Kurvenscheibenanordnung sowie des Hebelmechanismusses sind den Unteransprüchen k bis 8 entnehmbar.

Weiterhin ist gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Kompensation der die Es]f indlictiksit und die Genauigkeit beeinflussenden Größen von eichfähigen, elektromechanischen Waagen der eingangs genannten Gattung vorgesehen ,beiden der Istwert des Referenzgewichtes unter den jeweils herrschenden Betriebsbedingungen mittels der Waage ermittelt und registriert wird, daß hierauf ein Quotient aus dem ermittelten Istwert und dem Sollwert des Referenzgewichtes gebildet wird, der in Form eines Faktors festgeilegt wird, und daß dann der jeweilige Meßwert des zu wägenden Gutes vor dieser Anzeige mit dem Korrekturfaktor multipliziert wird. Hierbei kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens der ermittelte Korrekturfaktor mechanisch, elektronisch oder elektromagnetisch gespeichert werden.

Ferner ist bei einer Einrichtung zur Durchführung des vorstehend angeführten erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß zur Bildung des Quotienten aus dem 1st- und Sollwert des Referenz« gewichtes, d.h. des Korrekturfaktors, zwischen den Analog- und Digitalwandler und die Anzeigeeinrichtung ein Kleinrechner geschaltet ist, dem ein Speicher zugeordnet ist. Hierbei kann der dem Kleinrechner zugeordnete Speicher ein manuell einstellbarer Speicher in Form eines Contraves -Schalters, ein elektromagnetischer Speicher oder ein Halbleiterspeicher in Form eines RAM- oder Direktzugriffsspeichers sein.

Gemäß der Erfindung ist somit in einer eichfähigen, elektromechanisch en Waage ein schaltbares Referenzgewicht vorgesehen,

^r7 Π Q P ? Q / Π L R L

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das von außerhalb des Gehäuses der eichfähigen Waage aufgeschaltet werden kann, damit unter den jeweiligen Betriebsbedingungen sein jeweiliger Istwert bestimmt werden kann. Dieser Istwert wird dann mit dem Sollwert des Referenzgewichtes vorzugsweise in einem Kleinrechner verglichen bzw. aus diesen beidai Werten, wird ein Quotient gebildet, der dann in Form eines Faktors eingespeichert wird. Mit dem auf diese Weise ermittelten Faktor werden dann die anschließend mit der Waage durchgeführter* Wägungen multipliziert, und es erscheint dann in einer der Waage zugeordneten Anzeigeeinrichtung ein Meßergebnis, in dem praktisch alle nur möglichen Fehlergrößen ausgeschlossen und beseitigt sind. Mit der Erfindung ist daher eine sowohl konstruktiv wie 'schaltungstechnisch einfache Waage geschaffen, bei welcher immer mit der gleichen Genauigkeit und Zuverlässigkeit Wägungen durchgeführt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigen: '

Fig.IA schematisch eine eichfähige, elektromechanische Waage gemäß der Erfindung in Wägestellung;

Fig. IB eine der Fig.lA entsprechende Waage in Tarier st el lung;

Fig.IC eine der Fig.lA entsprechende Waage in einer Stellung, in welcher der Istwert eines Referenzgewichtes bestimmt wird; und

Fig.2 eine Darstellung der in Fig.lA bis IC dargestellten Waage und ihr zugeordneter Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig.lA sind die in Zusammenhang mit der Erfindung wichtigen Teile einer eichfähigen, elektromechanischen Waage 1 dargestellt. Eine Waagschale .la ist auf einen Träger 2 aufgesetzt, welcher über eine Parallelführung 2a an einem schematisch angedeuteten

ist.
Waagengehäuse Ib angelenkt/ Ein Hubmechanismus 3 ist in Fig.IA

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" Γ" ZÖÜ 1 165

W-

so. τ*ΐ t abgesenkt, daß eine Wägung durch ihn nicht beeinflußt wird. Ein Topfmagnet k und eine in diesem bewegliche Spule 5 ist innerhalb des Hubmechanismus angeordnet; an der Spule 5 ist ein Gehänge 6 angebracht, an welchem der Träger 2 mittels einer nicht näher bezeichneten Querverbindung befestigt ist. Unter der Parallelführung 2a ist in Fig.IA ein Referenzgewicht 7 angeordnet, das mittels einer Absenkeinrichtung 8 von dem Gehänge 6 ab« gehoben ist. Ferner ist in Fig.IA eine mechanisch oder mittels eines Motors betätigbare Antriebswelle 11 dargestellt, an welcher ähnlich ausgebildete Kurvenseheiben 9 und 10 so befestigt sind, daß sie, wie in Fig»IA dargestellt, um l80 gegeneinander versetzt sind. An den beiden Kurvenscheiben 9 und 10 liegen Rollen l6 und 17 an, die jeweils an dem einen Ende von Hebeln 12 bzw. 13 drehbar gelagert sind. Die beiden anderen Enden der He-« bei 12 und 13 sind jeweils mit Federn 15 bzw. Ik verbunden, die zwischen dem schematisch dargestellten Gehäuse Ib und der Absenkeinrichtung 8 bzw. dem Hubmechanismus 3 befestigt sind. Die beiden Hebel 12 und I3 sind in der dargestellten Ausführungs— form etwa in der Mitte an dem Waagengehäuse Ib angelenkt.

Wie aus Fig.lAzu ersehen ist, ist in ihr die Wägstellung der eichfähigen Waage 1 wiedergegeben. Hierbei ist der Hubmechanismus 3 ^so weit abgesenkt, daß die auf dem Träger 2 aufgesetzte Waagschale 1 und damit die Wägung selbst nicht beeinflußt wird. Das Referenzgewicht7ist mittels der Absenkeinrichtung 8 von dem Gehänge 6 abgehoben. Die Antriebswelle 11 und die auf ihr befestigten Kurvenscheiben 9 und 10 befinden sich in ihrer Ausgangsstellung, und an den Kurvenscheiben 9 und 10 liegen die Rollen l6 und 17 unter der Wirkung der Federn Ik und I5 an, die in Fig.IA vorzugsweise Zugfedern sind.

Wenn nach der Durchführung einer Wägung die Waage austariert wer den soll, wird sie in die in Fig.IB wiedergegebene Tarierstellung gebracht. Hierzu wird die Antriebswelle 11 mechanisch von Hand oder mit Hilfe eines nicht dargestellten Motors zusammen mit den auf ihr befestigten Kurvenscheiben 9 und 10 im Uhrzeigersinn um 90 gedreht. Durch diese Drehung wird die Lage des Referenzgewichts 7 nicht beeinflußt, so daß es in der angehobe-

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-/tönen Stellung verbleibt. Dagegen wird die Waagschale 1 von dam Träger 2 abgehoben, da gesteuert durch die Kurvenscheibe 9 der Hubmechanismus 3 über den Hebel 13 angehoben worden ist. Sobald die Waage die in Fig.IB wiedergegebene Stellung einnimmt, wird von einem nicht dargestellten Mikroschalter ein Steuerimpuls an eine automatische Tariereinrichtung abgegeben, und dadurch ein ebenfalls nicht dargestelltes Meßwerk oder eine Anzeigeeinrichtung auf Null zurückgestellt.

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Wenn nunmehr im Anschluß an die vorbeschriebene Tarierung eine Wägung des Roferenzgewichts vorpoiaaen werden soll, wird die Waage in die in Fig.IC wiedergegebene Stellung gebracht. Hierzu wird die Antriebswelle 11 zusammen mit de« auf ihr befestigten Kurvenscheiben 9 und 10 im Uhrzeigersinn um weitere 90 gedreht. Hierdurch wird dann das Referenzgewicht mittels der Absenkeinrichtung 8 auf das Gehänge 6 abgesenkt, da gesteuert durch die Kurvenscheibe 10 der Hebel 12 durch die Feder 15 in die in Fig. IC dargestellte Lage gebracht ist. Mittels eines zweiten, ebenfalls nicht dargestellten Mikroschalters wird dann ein weiterer Steuerimpuls an eine nicht dargestellte elektronische Einrichtung der Waage abgegeben, woraufhin dann der Istwert des Referenzgewichts 7 festgestellt und registriert wird. Mit Hilfe dieses Istwerts des Referenzgewichts 7 kann dann ein Korrekturfaktor ermittelt werden, wie anhand von Fig.. 2 noch näher beschrieben wird.

Nach Durchführung der Wägung des Referenzgewichts 7 wird die Waage 1 dadurch wieder in die in Fig.IA dargestellte Wägstellung zurückgebracht, daß die Antriebswelle 1 und damit die mit ihr verbundenen Kurvenscheiben 9 und 10 entgegen dem Uhrzeigersinn um l80° zurückgedreht werden.

In Fig.2 ist der in Blockform dargestellten Waage 1 mit der Waagschale la in bekannter Weise ein Analog-Digital-Wandler 20 nachgeschaltet. Ferner ist in Fig.2 zwischen der Waagschale la und der Waage 1 das mittels der Absenkeinrichtung anhebbare bzw. absenkbare Referenzgewicht 7 dargestellt. Links unten ist in

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Fig.2 der in Fig.IA bis IC im einzelnen dargestellte Steuermechanismus schematisch in Form eines Schalthebels 18 angedeutet»

Zwischen dem Analog-Digital-Wandler 20 und einer der üblicherweise verwendeten Anzeigeeinrichtungen 22 ist ein Kleinrechner 21 vorgesehen, welchem ein Speicherregister 23 zugeordnet ist. Das Speicherregister kann ein mechanischer Speicher, beispielsweise in Form eines Contraves-Schalters, sein; genauso gut kann aber auch ein elektromagnetischer oder ein aus Halbleitern aufgebauter Speichel- verwendet werden. Hierbei haben jedoch die beiden letztgenannten Speicher den Nachteil, daß nach Abschaltung der Versorgungsspannung der jeweilige Speicherinhalt verloren gegangen ist und wieder rseu eingegeben werden muß»

Zur Ermittlung eines Korrekturfaktors F muß die Waage in dem entlasteten, in Fig.IB dargestellten Zustand tariert werden. Danach wird, wie anhand von Fig.IC vorstehend im einzelnen beschrieben wird, das Referenzgewicht 7 auf das Gehänge 6 abgesenkt und sein Istwert M bestimmt; der Sollwert des Referenzgewichts 7 beträgt m. In dea Kleinrechner wird dann automatisch der Quotient aus dem bekannten Sollwert m und dem ermittelten Istwert M des Referenzgewichts 7 gebildet; der Korrekturfaktor F erscheint dann in der Anzeigeeinrichtung k und kann beispielsweise manuell in das Speichez'register 23 eingegeben werden. Wenn es sich bei dem Speicherregister· 23 um einen elektromagnetischen oder um einen aus Halbleitern aufgebauten Speicher .ι handelt, kann der ermittelte Korrekturfaktor F parallel zu seiner Anzeige in der Anzeigeeinrichtung k automatisch in das Speicherregister 5 eingegeben werden. Nach der Einspeicherung des Korrekturfaktors F in dem Speicherregister 23, bei welchem es sich, um die bei Präzision«- und Feinwaagen geforderte Genauigkeit zu erreichen, um einen sechsstelligen Faktor handelt, kann nunmehr mit dem normalen Wägebetrieb begonnen werden.

Nachdem das Referenzgewicht 7 von dem Gehänge 6 wieder abgehoben ist (siehe Fig.IA)₁ kann auf die Waagschale eine bestimmte Menge des zu wägenden Gutes aufgebracht werden. Der ermittelte

Nettowert N des zu wägenden Gutes wird dann in dem Kleinrechner 21 mit dem in dem Speicherregister 23 gespeicherten Korrekturfaktor F multipliziert, und es erscheint dann in der Anzeigeeinrichtung 4 ein Anzeigewert A = F.N, welcher dann das tatsächliche Gewicht des gewogenen Gutes darstellt.

Patentansprüche

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/2

Leerseite

Claims

Patentansprüche

/T) Eichfähige, elektromagnetisch kompensierende Waage, insbesondere Präzisions- oder Feinwaage, mit w^ge- und Tariereinrichtung in Form eines Waagschalenträgers und einer diesem zugeordneten Parallelführung und einem Analoa-Digital-Wandler und einer AnsLgeeinrichtung, dadurch gekennzeic h net, daß das Referenzgewicht (7) in der Waage (1) vorgesehen ist, und zu seiner Gewichtsbestimraung von außen, d.h. von außerhalb des Waagengehäuses, schaltbar ist und daß ein Hubmechanismus (3) zum Abheben der Kaaqschale (1a) von ihrem Träger (2) vorgesehen ist.
2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS zur Schaltung des in der Waage (1) angeordneten Peferenzgewichts (7) eine von außen betätigbare Steuereinrichtung (9 bis 15) vorgesehen ist.
3. Waage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine von außen betMtigbare Kurvenscheibenanordnung (9, 1o) ist, die über einen Hebelmechanismus (12, 13) mit einer dem Referenzgewicht (7) zugeordneten Absenkeinrichtung (8) und dem Hubmechanismus (3) der Waage (1) in Verbindung steht.
4. Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die von außen betätigbare Kurvenscheibenanordnuna zwei ähnlich ausgebildete Kurvenscheiben (9, 1o) aufweist, die um etwa 180 gegeneinander verdreht auf einer die Kurvenscheibenanordnung tragenden Welle (11) befestigt sind.
5. Waage nach den Ansprüchen 3 und 4 , dadurch gekennzeic hnet, daß der Hebelmechanismus vorzugsweise zwei Hebel (12, 13) aufweist, die mit ihrem einen Ende (über Rollen 16, 17) jeweils an einer der Kurvenscheiben (1o, 9) in Anlage gehalten sind und mit ihren anderen Enden an der dem Feferenzgewicht zugeordneten Absenkeinrichtung (8) bzw. dem Hubmechanis-

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mus (3) der Waage (l) angreifen.
6. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß dem Referenzgewicht (7) ein Gehänge (6) zugeordnet ist, da3 ebenso wie der Waagschalnnträger (2) mit der Spule (5) verbunden ist und auf das das Referenzgewicht (7) mittels der durch die Steuereinrichtung (9 bis 15) betätigbaren Absenkeinrichtung (8) aufschaltbar ist.
7. Waage nach Anspruch 5> dadurch gekennzei chnet, daß die zwei Hebel (12, 13) des Hebelmechanismus mittels Federn (I5i 1^) in Anlage an den Kurvenscheiben (9» 10) gehalten sind.
^. Waage nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Federn, vorzugsweise Zugfedern (14, 15) sind, die an den Enden der Hebel (I3i 12) angebracht sind, mit "weichen diese an der Absenkeinrichtung (8) bzw. dem Hubmechanismus (3) an« gebracht sind.
9. Verfahren zur Kompensation der die Empfindlichkeit und die Genauigkeit beeinflussenden Größen von eichfähigen, elektromechanischen Waagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert (M) des Referenzgewichts (7) unter den jeweils herrschenden Betriebsbedingungen mit der Waage (1) ermittelt und registrieret wird, daß hierauf ein Quotient aus dem ermittelten Istwert (M) und dem Sollwert (m) des Referenzgewichts (7) gebildet wird, der in Form eines Faktors (F) festgelegt wird, und daß dann der jeweilige Meßwert des zu wägenden Gutes vor dessen Anzeige mit dem Korrekturfaktor (F) multipliziert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ermittelte,Korrekturfaktor (F) mechanisch, elektronisch oder elektromagnetisch gespeichert wird.
11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprü-

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chen 9 und 10, dadurch gekennzeichn et, daß zur Bildung des Quotienten aus dem Ist- (M) und dem Sollwert (m) des Referenzgewichts (7)» d.h. des Korrekturfaktors (F) zwischen den Analog-Digital-Wandler (20) und die Anzeigeeinrichtung (4) ein Kleinrechner (21) geschaltet ist, dem ein Speicher (23) zugeordnet ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Kleinrechner (21) zugeordnete Speicher ein manuell einstellbarer Speicher in "Form eines Contraves-Schalters, ein elektromagnetischer Speicher oder ein aus Halbleitern aufgebauter Speicher in Form eines RAM- oder Direktzugriffsspeichers ist.

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