DE3149990C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Eine solche Waage ist durch die DE-OS 30 02 462 bekannt.

Der zusätzliche Wechselstrom soll in der Spule und dem in Reihe dazu geschalteten Meßwiderstand für eine belastungs­ unabhängige Übertemperatur sorgen. Zur Regelung der Ampli­ tude des Wechselspannungsgenerators ist in der DE-OS 30 02 462 entweder ein Temperaturfühler, beispielsweise in Form eines NTC′s, der die Temperatur des Heizwiderstandes bestimmt, oder ein Strahlungssensor, der die Helligkeit des als Glühfaden ausgebildeten Heizwiderstandes bestimmt, vorgesehen. Weiter ist auf die Möglichkeit der digitalen Steuerung über einen Mikroprozessor hingewiesen. Alle diese Ausgestaltungen sind insofern verbesserungswürdig, da sie verhältnismäßig aufwendiger sind und teure Bauelemente benötigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für die oben bezeichnete Waage eine Schaltung zur Erzeugung einer belastungsunabhängigen Übertemperatur mit vermindertem Bauelementeaufwand zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Heizwiderstand parallel zur Spule geschaltet ist und einen stark temperaturabhängigen Widerstandswert aufweist und dieser Widerstandswert direkt als Eingangsgröße der Regel­ schaltung benutzt wird und Bestandteil einer Schaltung ist, deren Spannungsversorgung entweder durch den Kompensations­ gleichstrom oder durch den zusätzlichen Wechselstrom er­ folgt und daß die Regelschaltung die Amplitude des zusätz­ lichen Wechselstromes so regelt, daß der Abgleichpunkt der Schaltung und damit der Widerstandswert des Heizwider­ standes einen möglichst konstanten Wert behält.

Es ist zur Regelung der Amplitude des Wechselspannungs­ generators also ein Parallelpfad zu Spule und Meßwider­ stand vorgesehen, in dem Gleich- und Wechselstrom bei­ spielsweise um einen Faktor 10 größer sind als in der Spule und dem Meßwiderstand, so daß eine sehr viel höhere elek­ trische Leistung zur Verfügung steht. Dieser Parallelpfad enthält weiterhin einen stark temperaturabhängigen Wider­ stand und ist als Zweig einer Brückenschaltung so ausge­ bildet, daß der Widerstandswert dieses stark temperatur­ abhängigen Widerstandes direkt in der Schaltung bestimmt werden kann und das Eingangssignal der Regelschaltung für die Ampli­ tude des Wechselspannungsgenerators liefert.

Vorteilhafterweise wird der stark temperaturabhängige Wi­ derstand durch den Glühfaden einer Glühbirne gebildet. In diesem Fall läßt sich eine sehr hohe Übertemperatur erzie­ len, so daß eventuelle Änderungen der Umgebungstemperatur dagegen vernachlässigt werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Ausgang des Wechselspannungsgenerators über einen ersten Kondensator an eine Mittelanzapfung der Spule und über einen zweiten Kondensator an den mittleren Punkt des Spannungsteilers angeschlossen. In dieser Ausgestaltung bleibt die Induk­ tivität der Spule ohne Einfluß, so daß sich der benötigte Wechselstrom schon mit geringen Amplituden des Wechsel­ spannungsgenerators erzielen läßt. Ebenso erzeugt der zu­ sätzliche Wechselstrom in der Spule keine Kraft auf das Wägesystem und kann daher keine Schwingungen anregen.

Weiter kann der Meßwiderstand kapazitiv überbrückt sein, um den Wechselstromwiderstand gering zu halten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren be­ schrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausgestaltung der elektrischen Waage und

Fig. 2 eine zweite Ausgestaltung der elektrischen Waage.

Die elektrische Waage in Fig. 1 besteht aus einem beweg­ lichen Lastaufnehmer 3, der die Lastschale 7 trägt und über zwei Lenker 5 und 6 in Form einer Parallelführung mit dem ortsfesten Teil 1 der Waage verbunden ist. Als Gelenke dienen jeweils Blattfedern 5 a, 5 b, 6 a, 6 b an den Enden der Lenker 5 und 6. Der Lastaufnehmer 3 trägt an einem vor­ stehenden Arm 4 eine Spule 9, die mit dem Feld eines orts­ festen Permanentmagnetsystems 2 in Wechselwirkung steht. Der Lagensensor 11 tastet die Lage des Lastaufnehmers 3 ab und liefert über einen Regelverstärker 12 den zur Kompen­ sation der Belastung notwendigen Kompensationsgleich­ strom. Dieser wird über bewegliche Zuleitungen 10 der Spule 9 zugeführt und durchfließt ebenfalls den Meßwider­ stand 13. Am Meßwiderstand 13 wird eine stromproportionale Meßspannung abgegriffen, in einem Analog/Digital-Wandler 14 digitalisiert, in einer digitalen Rechenschaltung 15 ver­ arbeitet und in der Digitalanzeige 16 angezeigt.

Parallel zur Spule 9 und dem Meßwiderstand 13 ist eine erste Spannungsteilerschaltung 21, 22 vorgesehen, die aus einem stark temperaturabhängigen Widerstand in Form des Glühfadens einer Glühlampe 21 und einem Festwiderstand 22 besteht. Weiter ist eine zweite Spannungsteilerschaltung aus zwei Festwiderständen 23 und 24 an den Ausgang des Re­ gelverstärkers angeschlossen. Weiterhin ist ein Wechsel­ spannungsgenerator 17 vorgesehen, der über den Konden­ sator 19 kapazitiv einen zusätzlichen Wechselstrom sowohl durch die Spule 9 und den Meßwiderstand 13, als auch durch den Spannungsteiler 21, 22, als auch durch den Spannungs­ teiler 23, 24 fließen läßt. Der Ausgang des Regelverstär­ kers 12 ist dabei hochohmig als Stromquelle ausgebildet, so daß über ihn kein Wechselstrom abfließen kann. Mit Hilfe des Vorwiderstandes 26 ist die Schaltung so abge­ glichen, daß das Verhältnis der Ströme durch den Span­ nungsteiler 21, 22 einerseits und durch Spule 9 und Meß­ widerstand 13 andererseits für Gleich- und Wechselstrom gleich ist. Soll z.B. der Gleichstrom durch den Spannungs­ teiler 21, 22 um den Faktor 10 größer sein als der Gleich­ strom durch die Spule 9 und den Meßwiderstand 13, so soll auch der Wechselstrom durch den Spannungsteiler 21, 22 um den Faktor 10 größer sein als der Wechselstrom durch die Spule 9 und den Meßwiderstand 13. Eine Vergrößerung des Vorwiderstandes 26 läßt bei konstantem Kompensationsgleich­ strom 9 einen höheren Gleichstrom durch den Spannungstei­ ler 21, 22 fließen, aber - bei ebenfalls konstant ange­ nommener Amplitude des Wechselspannungsgenerators 17 - ei­ nen geringeren Wechselstrom, so daß über diesen Vorwider­ stand 26 ein Abgleich möglich ist.

Die beiden Spannungsteilerschaltungen 21, 22 und 23, 24 sind so dimensioniert, daß beim Soll-Arbeitspunkt des stark temperaturabhängigen Widerstandes 21 die aus ihnen gebil­ dete Brücke abgeglichen ist; die Differenzspannung am Ein­ gang des integrierenden Verstärkers 25 ist dann Null, so daß sich seine Ausgangsspannung nicht verändert. Diese Ausgangsspannung wird dem Steuereingang 17 a des Wechsel­ spannungsgenerators 17 zugeführt und bestimmt dessen Ampli­ tude, die also ebenfalls konstant bleibt. Einzelheiten der Schaltung des Wechselspannungsgenerators 17 sind in der bereits zitierten DE-OS 30 02 462 erläutert.

Wird nun beispielsweise zusätzliche Last auf die Waag­ schale 7 gebracht, so erhöht sich der vom Regelverstär­ ker 12 gelieferte Kompensationsgleichstrom. Dadurch steigt die Verlustleistung in der Spule 9, im Meßwiderstand 13, im stark temperaturabhängigen Widerstand 21 und in den Festwiderständen 22, 23 und 24. Im stark temperaturab­ hängigen Widerstand 21 führt dies zu einer Widerstands­ änderung und zwar bei der in Fig. 1 gezeichneten Realisa­ tion des stark temperaturabhängigen Widerstandes 21 als Glühfaden einer Glühlampe mit positivem Temperaturkoeffi­ zienten zu einer Erhöhung des Widerstandes. Dadurch ist die aus den Widerständen 21 bis 24 gebildete Brücke nicht mehr abgeglichen und der integrierende Verstärker 25 er­ hält eine - durch die RC-Glieder 32 und 33 vom Wechsel­ spannungsanteil befreite - Differenzgleichspannung, so daß sich die Steuerspannung für den Wechselspannungsgene­ rator 17 und damit dessen Wechselspannungsamplitude so­ lange verringert, bis die Verlustleistung im stark tempera­ turabhängigen Widerstand 21 ihren Soll-Wert wieder erreicht hat. Wegen der Proportionalität der Gleich- und Wechsel­ ströme in der Spule 9 und im Meßwiderstand 13 einerseits und im stark temperaturabhängigen Widerstand 21 anderer­ seits, bleibt damit auch in der Spule 9 und im Meßwider­ stand 13 die Verlustleistung auf ihrem Soll-Wert.

Eine andere Ausgestaltung der elektrischen Waage zeigt Fig. 2. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. In dieser Ausgestaltung ist der Ausgang des Wechselspannungsgenerators 17 über einen Kon­ densator 19 an eine Mittelanzapfung 10 a der Spule 9 ange­ schlossen. Der zusätzliche Wechselstrom fließt dann von der Mittelanzapfung 10 a einmal über die eine Spulenhälfte und den Meßwiderstand 13 und zum anderen über die andere Spu­ lenhälfte, den Symmetrierwiderstand 20 und den in dieser Ausgestaltung niederohmigen Ausgang des Regelverstärkers 12 ab. Der Symmetrierwiderstand 20 ist so abgeglichen, daß diese beiden Teilströme gleich sind.

Der Ausgang des Wechselspannungsgenerators 17 ist weiter über einen Kondensator 29 an den mittleren Punkt 27 des Spannungsteilers 21, 22 angeschlossen, so daß ein zusätz­ licher Wechselstrom auch über den Festwiderstand 22 und den stark temperaturabhängigen Widerstand 21 fließt. Das Abgleichpotentiometer 30 wird so eingestellt, daß wieder Gleich- und Wechselstrom in der Spule 9 und im Meßwider­ stand 13 proportional sind zum Gleich- und Wechselstrom in dem stark temperaturabhängigen Widerstand 21.

Die Widerstände 21 bis 24 bilden wieder eine Widerstands­ meßbrücke, die vom Ausgang des Regelverstärkers 12 mit Spannung versorgt wird. Bei Abweichungen des Widerstands­ wertes des stark temperaturabhängigen Widerstandes 21 von seinem Soll-Wert regelt der integrierende Verstärker 25 die Amplitude des Wechselspannungsgenerators 17 nach, bis die­ ser Soll-Wert wieder erreicht ist. Wegen der Proportiona­ lität der Gleich- und Wechselströme im stark temperaturab­ hängigen Widerstand 21 einerseits und in Spule 9 und Meß­ widerstand 13 andererseits bedeutet eine konstante Ver­ lustleistung im stark temperaturabhängigen Widerstand 21 auch eine konstante Verlustleistung in der Spule 9 und im Meßwiderstand 13.

Varianten dieser Schaltungen kann jeder Fachmann leicht angeben. Z.B. kann statt des stark temperaturabhängigen Widerstandes 21 mit positivem Temperaturkoeffizienten ein Festwiderstand benutzt werden und der Widerstand 22 wird statt als Festwiderstand als NTC ausgebildet. Es können sogar beide Widerstände 21 und 22 einen Temperaturkoeffi­ zienten mit entgegengesetztem Vorzeichen aufweisen, wo­ durch die Empfindlichkeit der Schaltung erhöht wird.

Weiter kann z.B. der Spannungsteiler 23, 24 entfallen, wenn der Widerstandswert des Festwiderstandes 22 etwa mit dem Soll-Wert des stark temperaturabhängigen Widerstandes 21 übereinstimmt. In diesem Fall kann der aus dem Symmetrier­ widerstand 20 und der einen Hälfte der Spule 9 einerseits und aus der anderen Hälfte der Spule 9 und dem Meßwider­ stand 13 andererseits gebildete 1 : 1 Spannungsteiler be­ nutzt werden. Der Eingang 33 des integrierenden Verstär­ kers 25 müßte also über ein RC-Glied zur Unterdrückung der Wechselspannung an die Mittelanzapfung 10 a der Spule 9 an­ geschlossen werden.

Weiterhin kann es bei Waagen mit geringem Kompensations­ gleichstrom auch ausreichend sein, wenn in der Spule 9 die Verlustleistung belastungsunabhängig bleibt. In diesem Fall kann der Meßwiderstand durch einen in Fig. 2 angedeuteten Kondensator 28 überbrückt werden. Der Symmetrierwider­ stand 20 braucht dann nur noch einen sehr kleinen Wider­ standswert aufzuweisen. Das Abgleichpotentiometer 30 müßte dann entsprechend unsymmetrisch eingestellt werden. Diese Variante hat den Vorteil, daß wegen des geringen Symmetrier­ widerstandes 20 praktisch die volle Ausgangsgleichspannung des Regelverstärkers 12 für die Spule 9 und den Meßwider­ stand 13 zur Verfügung steht.

Claims (4)

1. Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation mit

• a) wenigstens einer Spule, die sich im Luftspalt eines ortsfesten Permanentmagnetsystems befindet und über einen Lagensensor und einen Regelverstärker mit einem von der Belastung der Waage abhängigen Kompen­ sationsgleichstrom beaufschlagt wird,
• b) einem Meßwiderstand, der von demselben Kompen­ sationsgleichstrom durchflossen wird und an dessen beiden Enden ein von der Belastung der Waage ab­ hängiges Signal abgegriffen und einem Analog/ Digital-Wandler zugeführt werden kann,
• c) einem Heizwiderstand, der mit der Spule und dem Meß­ widerstand geschaltet ist,
• d) und einem von einer Regelschaltung in seiner Ampli­ tude geregelten Wechselspannungsgenerator, der durch die Spule, den Meßwiderstand und den Heizwiderstand zusätzlich zum Kompensationsgleichstrom einen Wech­ selstrom fließen läßt, dadurch gekennzeichnet,
• e) daß der Heizwiderstand (21) parallel zur Spule (9) geschaltet ist und einen stark temperaturabhängigen Widerstandswert aufweist und dieser Widerstandswert direkt als Eingangsgröße der Regelschaltung (18) be­ nutzt wird und Bestandteil einer Schaltung (9, 13, 19, 21 bis 33) bzw. (9, 10 a, 13, 19 bis 33) ist, deren Spannungsversorgung entweder durch den Kompensa­ tionsgleichstrom oder durch den zusätzlichen Wech­ selstrom erfolgt,
• f) und daß die Regelschaltung (18) die Amplitude des zusätzlichen Wechselstromes so regelt, daß der Ab­ gleichpunkt der Schaltung (9, 13, 19, 21 bis 33) bzw. (9, 10 a, 13, 19 bis 33) und damit der Widerstandswert des Heizwiderstandes (21) einen möglichst konstanten Wert behält.

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der stark temperaturabhängige Widerstand (21) durch den Glühfaden einer Glühbirne gebildet ist.

3. Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - der Ausgang des Wechselspannungsgenerators (17) über einen Kondensator (19) an eine Mittelanzapfung (10 a) der Spule (9) und über einen weiteren Kondensator (29) an den mittleren Punkt (27) des Spannungsteilers (21, 22) angeschlossen ist.

4. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - der Meßwiderstand (13) durch einen dritten Kondensator (28) kapazitiv überbrückt ist.