DE3149990C2 - - Google Patents
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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.
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