DE2753181A1

DE2753181A1 - Elektromagnetische kompensations- waegevorrichtung

Info

Publication number: DE2753181A1
Application number: DE19772753181
Authority: DE
Inventors: Enrico Realini
Original assignee: Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Instrumente AG
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1977-11-29
Publication date: 1979-01-11
Also published as: CH607003A5; US4159747A

Description

Patentanwälte

Dipl.-In:'. A. WEDDE
Dipl.- In j. K. L· M P L

München 80, Schumannstr. 2 — 3 -

2 9. !!cv.. !977

Mettler Instrumente AG, Greifensee (Schweiz)

Elektromagnetische Kompensations-Wägevorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kompensations-Wägevorrichtung, mit einer räumlich im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems angeordneten und elektrisch einem Schaltglied zugeordneten Kompensationsspule, wobei das Schaltglied periodisch den Strom vom Kompensationsstromgenerator für eine lastproportionale Zeit durch die Kompensationsspule leitet} mit einer Regel- und Vergleichsschaltung zur Steuerung des Schaltgliedes; mit einem Zähler zur Zählung von konstantfrequenten Impulsen während der Anschaltzeit des Kompensationsstromgenerators an die Kompensationsspule, und mit einer digitalen Anzeigeeinrichtung zur Darstellung des Zählergebnisses als Wägeresultat, sowie

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mit einer zweiten Kompensationsspule, die in Reihe zwischen dem Kompensationsstromgenerator und der ersten Kompensationsspule angeordnet ist, so, dass der im Luftspalt wirksame Kompensationsstrom sich aus einem im wesentlichen nur eine Vorlast der Wägevorrichtung kompensierenden, vom Schaltglied unbeeinflussten Anteil und einem im wesentlichen nur die Wägelast kompensierenden, vom Schaltglied gesteuerten Anteil zusammensetzt, wobei zur Ermittlung des Wägeresultates nur der letztgenannte Anteil dient, nach Patent ... (Patentanmeldung P 26 43 437).

Diese bevorzugte Ausführungsform des Hauptpatentes ist eine der Möglichkeiten zur Lösung des Problems, die Totlast resp. eine Vorlast der Waage derart unabhängig von der Wägelast zu kompensieren, dass die volle Auflösung wenigstens angenähert ausschliesslich für die Wägelast (einschliesslich einer eventuellen Tara) zur Verfügung steht.

Nun ist bekanntlich die Wärmeleistung (Verlustleistung) eines stromdurchflossenen Leiters proportional dem Quadrat des Stromes. Der Strom andererseits ist gemäss dem Arbeitsprinzip der hier betrachteten Waagen proportional zur Last. Es ändert sich also in Abhängigkeit von der zu kompensierenden Last die Temperatur im System, was zu merklichen Verfälschungen des Messresultates insbesondere bei höher auflösenden Waagen führen kann. Bei Waagen mit parallelgeführter Waagschale beispielsweise resultieren die Fehler im wesentlichen aus Temperatureinflüssen auf die beweglichen Enden der Lenker bzw. von deren Lagerung.

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So kann sich z.B. der Nullpunkt der Waage lastabhängig um mehrere Einheiten der letzten angezeigten Dezimale nach unten verschieben.

Aufgabe der Erfindung war es, die beschriebenen Temperatureinflüsse bei einer Waage der eingangs näher beschriebenen Art wesentlich zu reduzieren. Geraäss der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der zweiten Kompensationsspule, räumlich von dieser getrennt, ein Widerstand parallelgeschaltet ist.

Vorzugsweise weist dabei der Widerstand den gleichen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes auf wie die zweite Spule.

Zur Verfeinerung des Kompensationseffektes kann der Widerstand eine Spule mit mehreren Anzapfungen sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. In der nicht massstäblichen Zeichnung ist

Figur 1 eine Darstellung der wesentlichen Elemente

der Waage, und
Figur 2 ein Blockschema des elektrischen Teils zu

Figur 1.

Figur 1 zeigt schematisch eine übliche Waage der eingangs erwähnten Gattung. Ein Lastaufnehmer, bestehend im wesentlichen aus einem Rohr 10 und einer Waagschale 12, ist

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mittels zweier Lenker 14 im Waagengestell 16 parallel
geführt. Das Rohr 10 durchsetzt mit Spiel einen zentralen Kanal 18 in einem zylindrischen Eisenkern 20. Dieser ist befestigt an einer oberen runden Abschlussplatte 22 aus
ferromagnetischem Material. Konzentrisch zum Kern 20 ist ein Topf-Permanentmagnet 2 4 angeordnet, oben mit der Platte 22 und unten mit einer Polschuh-Platte 26 verbunden.
Ein ringförmiger Fuss 28 aus unmagnetischem Material bildet die Halterung des Magnetsystems im Waagengestell 16. In den ringförmigen Luftspalt 30 zwischen dem Kern 20 und dem Polschuh 26 tauchen zwei Kompensationsspulen 32 und Sie sind auf einen Träger 34 aus elektrisch isolierendem Materialgewickelt, der fest mit dem Lastaufnehmer (Rohr 10) verbunden ist.

Zwischen den beiden Lenkern 14 ist auf der diesen gegenüberliegenden Seite am Rohr 10 eine Kondensatorplatte 36 befestigt. Sie befindet sich im Spalt zwischen zwei ortsfest im Waagengestell 16 angeordneten weiteren Kondensatorplatten 38 und bildet mit diesen einen Differentialkonddensator.

Weitere konventionelle mechanische Details wie Gehäuse,
Wegbegrenzer (Anschläge) etc. werden der Uebersichtlichkeit halber nicht gezeigt.

Der elektrische Teil der Waage, hier nur andeutungsweise dargestellt, umfasst ausser den Spulen 32, 33 und dem

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Differentialkondensator 36, 38, 38 noch

- eine über Leitungen 4 0 mit den Kondensatorplatten 38 verbundene Abtast- oder Geberschaltung 42,

- eine Kompensationsschaltung 44, welche u.a. (vgl. Figur 2) einen Regelverstärker, eine Stromquelle und eine Aus-· werteschaltung umfasst und mit welcher die Spulen 32, über die Leitungen 46 verbunden sind, und

- eine Anzeige 48.

Die dargestellte Waage arbeitet wie folgt: Eine Auslenkung aus der Null- oder Sollposition (diese ist durch gleiche Abstände der Kondensatorplatte 36 zu den beiden Platten definiert) erzeugt in der Geberschaltung 42, meist einer Brückenschaltung, ein Differenz- oder Fehlersignal. Dieses bestimmt im Regelteil der Schaltung 44 die Grosse eines Kompensationsstroms durch die Spulen 32 und 33. Die elektromagnetische Kraftwirkung des Spulenstroms im Magnetfeld des Luftspalts 30 bewirkt im eingeschwungenen Zustand einen Ausgleich der Gewichtswirkung des Wägegutes auf der Waagschale 12 (sowie der Totlast der Waage, d.h. ihres Eigengewichts) , und die Waage wird wieder in die Sollposition zurückgeführt. Die Grosse des hierfür notwendigen Kompensationsstroms wird im Auswerteteil in einen digitalen Gewichtswert verwandelt und in der Anzeige 48 dargestellt.

In Figur 2 ist das Blockschaltbild des elektrischen Teils dargestellt. Die hier gezeigte Schaltung arbeitet, insoweit bekannt, nach dem Prinzip der Pulsbreitenmodulation:

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Das Gebersignal gelangt in einen Regelverstärker 50 und von dort zu einem Pulsbreitenmodulator (PBM) 52. Hier wird es mit einer konstantfrequenten Sägezahnspannung der Periode T verglichen. Ein Oszillator 56 als Taktgeber startet - mit einer im Frequenzteiler 58 herabgesetzten Frequenz - die Sägezahnspannung im PBM 52} gleichzeitig gibt dieser ein Signal an einen elektronischen Schalter 60, der zu diesem Zeitpunkt öffnet und damit den Strom aus einer Konstantstromquelle 54 durch die Spule 32 leitet. Sobald die Sägezahnspannung im PBM 52 den Wert des Regelsignals erreicht hat, wird durch ein weiteres Signal des PBM 52 an den Schalter 60 dieser geschlossen und damit der Strom ausschliesslich durch den Schalter geleitet. Dies wiederholt sich in jeder Periode T.

Während der Anschaltzeit der Stromquelle 54 an die Spule 32 gehen hochfrequente Taktimpulse vom Oszillator 56 durch ein Tor 62 in einen Zähler 64. Beim Umschalten des Stroms von der Spule auf den Schalter wird das Tor 62 geschlossen, der Zählerstand wird in einen Speicher (nicht gezeigt) übertragen und in 48 als Gewichtsanzeige dargestellt. Zu Beginn der nächsten Periode T wird vom PBM 52 das Tor 62 wieder geöffnet und mittels einer Logik 68, gesteuert vom Frequenzteiler 58, der Zähler auf Null gesetzt; der nächste Auswertezyklus beginnt.

Gemäss der Erfindung des Hauptpatentes ist eine weitere Kompensationsspule 33 vorgesehen. Sie ist (vgl. Figur 1)

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gemeinsam mit der Spule 32 auf den Spulenträger 34 gewickelt. Gemäss Figur 2 ist sie zwischen die Konstantstromquelle 54 und die Parallelschaltung aus Spule 32 und Schalter 60 geschaltet. Das bedeutet, dass sie, unabhängig von der Stellung des Schalters 60, stets von einem konstanten Strom durchflossen wird. Durch geeignete Wahl der Anzahl Windungen der Spule 33, abgestimmt auf die Amplitude des Konstantstroms und die Stärke des Magnetfeldes, lässt sich ein gewünschter Anteil der Vorlast auf dem Gewicht des Trägers 10 und der Waagschale 12 mit dieser Spule kompensieren, so dass der durch die Spule 32 intermittierend fliessende, ausgezählte Strom praktisch allein für den Wägebereich zur Verfügung steht. Aus Stabilitätsgründen empfiehlt es sich, nur etwa 80 bis 90 % der Vorlast über die Spule 33 zu kompensieren und den Rest über die Spule 32. Mittels einer elektrischen Nullstelleinrichtung (Tariereinrichtung) kann dann der dem Rest entsprechende Impulsanteil vom zu ermittelnden Gewichtswert getrennt werden. Dies kann beispielsweise mittels einer für sich bereits bekannten und daher nicht gesondert dargestellten Einrichtung geschehen, bei der als Zähler 64 ein setzbarer Vor-Rückwärts-Zähler verwendet wird, dem ein separater Taraspeicher zugeordnet ist.

Gemäss der vorliegenden Erfindung ist nun der Totlastspule 33 eine weitere Spule 35 parallelgeschaltet. Sie ist räumlich entfernt von der Totlastspule 33 angeordnet, damit

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Temperaturänderungen der Spule 33 sich nicht auf ihre Temperatur auswirken. Beide Spulen 3 3 und 35 sind aus dem gleichen Material (hier: Kupfer) gewickelt, damit Aenderungen der Umgebungstemperatur nicht ihrerseits eine neue Nullpunktsdrift bewirken. Wichtig ist dabei nicht die Gleichheit des Materials, sondern diejenige des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes beider Spulen. Sind Schwankungen der Umgebungstemperatur nicht zu erwarten, so könnte statt der Spule 35 auch z.B. ein Metallfilmwiderstand verwendet werden.

Die Spule 35 wirkt sich wie folgt aus: Wenn sich die Kraftkompensationsspule 32 auf dem Spulenkörper infolge des lastproportionalen Stromflusses erwärmt, wird auch die dem selben Spulenkörper 34 aufgewickelte zweite Spule 33 wärmer, und ihr Widerstand steigt. Ist parallel dazu ein Widerstand (Spule 35) ausserhalb angebracht, so ergibt sich infolge des gestiegenen Widerstandes der Spule 33 eine andere Stromaufteilung, d.h. der Strom durch die Spule 33 wird kleiner. Bei entsprechender Dimensionierung kann damit eine negative Nullpunktsdrift (zu kleiner angezeigter Wert) wesentlich verkleinert bis ganz beseitigt werden. Die Dimensionierung hängt dabei sowohl vom mechanischen Aufbau der Waage als auch von der Grosse der zu kompensierenden Totlast wie auch vom Wägebereich ab. Ein typischer Fall ergab ein Verhältnis der Widerstände beider Spulen (35 und 33) wie 20:1.

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Zur Verfeinerung der Kompensationswirkung ist ein Abgriff 37 vorgesehen, der die Wahl zwischen mehreren Anzapfungen der Spule 35 lässt.

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eerseite

Claims

-yr-

Patentansprüche

Elektromagnetische Kompensations-Wägevorrichtung, mit einer räumlich im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems angeordneten und elektrisch einem Schaltglied zugeordneten Kompensationsspule, wobei das Schaltglied periodisch den Strom vom Kompensationsstromgenerator für eine lastproportionale Zeit durch die Kompensationsspule leitet; mit einer Regel- und Vergleichsschaltung zur Steuerung des Schaltgliedes; mit einem Zähler zur Zählung von konstantfrequenten Impulsen während der Anschaltzeit des Kompensationsstromgenerators an die Kompensationsspule, und mit einer digitalen Anzeigeeinrichtung zur Darstellung des Zählergebnisses als Wägeresultat, sowie mit einer zweiten Kompensationsspule, die in Reihe zwischen dem Kompensationsstromgenerator und der ersten Kompensationsspule angeordnet ist, so, dass der im Luftspalt wirksame Kompensationsstrom sich aus einem im wesentlichen nur eine Vorlast der Wägevorrichtung kompensierenden, vom Schaltglied unbeeinflussten Anteil und einem im wesentlichen nur die Wägelast kompensierenden, vom Schaltglied gesteuerten Anteil zusammensetzt, wobei zur Ermittlung des Wägeresultates nur der letztgenannte Anteil dient, nach Patent ... (Patentanmeldung P 26 43 437), dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Kompensationsspule (33), räumlich von dieser getrennt, ein Widerstand (35) parallelgeschaltet ist.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Wägevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (35) den gleichen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands aufweist wie die zweite Spule.
3. Wägevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (35) eine Spule mit mehreren Anzapfungen (37) ist.

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