DE3234372A1

DE3234372A1 - Elektrische waage

Info

Publication number: DE3234372A1
Application number: DE19823234372
Authority: DE
Inventors: Rainer Ing.(Grad.) 3429 Wollbrandshausen Exner; Erich Ing.(grad.) 3406 Bovenden Knothe; Franz-Josef Ing.(grad.) 3414 Hardegsen Melcher; Eberhard Dipl.-Phys. 3400 Göttingen Stadler
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1982-09-16
Filing date: 1982-09-16
Publication date: 1984-03-22
Also published as: US4494620A; GB2127154B; FR2533312A1; GB8322864D0; DE3234372C2; GB2127154A; CH662178A5; FR2533312B1; JPS5961719A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Waage hoher Auflösung, mit einem Meßwertaufnehmer, einem l-Ükroprozessor zur digitalen Signalverarbeitung und einer Digitalanzeige.

Die bekannten Waagen dieser Art müssen nach jeder Veränderung ihres Aufstellortes unter Beobachtung der eingebauten Libelle waagerecht ausgerichtet werden. Dies geschieht im allgemeinen durch eine Höhenveränderung von mindestens zwei Füfcen. Diese waagerechte Ausrichtung muß ziemlich genau erfolgen, ua zum Beispiel eine Fehleinstellung von 0,5 Winkelgrad bei einer Waage mit 10 d Auflösung bei Höchstlast bereits zu einem Fehler von 40 d führt. Diese Prozedur ist jedoch ziemlich umständlich und bei häufigem Wechsel des Aufstellortes deshalb lästig. Zusätzlich ergibt sich bei Waagen ab einigen Kilogramm Höchstlast aufwärts eine Veränderung ihres Aufstellortes häufig bereits beim Aufbringen der Last, nämlich durch die Nachgiebigkeit der Aufstellfläche. Diese lastabhängige Abweichung von der waagerechten Ausrichtung wird von der Bedienungsperson meist nicht beachtet und führt dadurch zu i:eßfehlern.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Waage der eingangs angegebenen Art so weiterzuentwickeln, daß Abweichungen von der vorgesehenen waagerechten Normalstellung sich im Ergebnis nicht auswirken.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein elektrischer Neigungsmesser in die Waage eingebaut ist, der die neigungsabhängigen Fehler der Waage kompensiert.

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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt

Figur 1 die wesentlichen Teile einer elektrischen Waage mit Neigungsmesser im Schnitt,

Figur 2 eine andere Ausgestaltung eines Neigungsmessers und Figur 3 eine weitere Ausgestaltung eines Neigungsmessers.

Die elektronische Waage in Figur 1 besteht aus einem gehäusefesten Stützteil 1, an dem über zwei Lenker 4 und 5 mit den Gelenkstellen 6 ein Lastaufnehmer 2 in senkrechter Richtung beweglich befestigt ist. Der Lastaufnehmer trägt in seinem oberen Teil die Lastschale 3 zur Aufnahme des Wägegutes und überträgt die der f-'asse des Wägegutes entsprechende Kraft über ein Koppelelement 9 mit den Dünnstellen 12 und 13 auf den kürzeren Hebelarm des Übersetzungshebels 7· Der Übersetzungshebel 7 ist durch ein Kreuzfedergelenk δ am Stütz teil 1 gelagert. Am längeren Hebelarm des Übersetzungshebeis 7 greift die Kompensationskraft an, die durch eine stromdurchflossene Spule 11 im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems 10 erzeugt wird. Die Größe des Kompensationsstromes wird in bekannter Weise durch den Lagensensor 16 und den Regelverstärker 14 so geregelt, daß Gleichgewicht zwischen dem Gewicnt des Wägegutes und der elektromagnetischen Kompensationskraft herrscht. Der Korapensationsstrom erzeugt am Meßwiderstand 15 eine Meßspannung, die einem Analog/Digital-Wandler 17 zugeführt wird. Das digitalisierte Ergebnis wird von einem Mikroprozessor 18 übernommen und in der Anzeige digital angezeigt.

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Weiter ist ein elektrischer Neigungsmesser 20 in <iie Waage eingebaut. Er besteht aus einem durchsichtigen Benälter dl, der teilweise mit einer Flüssigkeit 22 gefüllt ist, so Aa.n sich eine Gasblase 23 an der höchsten Stelle des uehälters _i bildet. Wegen der Krümmung der oberen Begrenzungsfläche des Behälters 21 ist die Lage dieser Gasblase 23 abhängig von d>--r Schrägstellung der Waage; in der Figur ist diese Krümmung der Deutlichkeit halber übertrieben stark gezeichnet. Unterhalb des Behälters 21 ist mittig eine Leuchtdiode 2k angeordnet, die ihre emittierte Strahlung senkrecht nach oben durch die untere Behälterwand, die Flüssigkeit 22, die ■ asblase 23 und die obere Behälterwand sendet. Dort wird die nicht absorbierte Strahlung von einem ebenfalls mittig angebrachten, rotationssymmetrischen lichtempfindlichen Empfänger 25, beispielsweise einer Photodiode, registriert. Die Flüssigkeit 22 ist nun so ausgewählt bzw. so angefärbt, daiä sie die Strahlung der Leuchtdiode teilweise absorbiert, so daß die am lichtempfindlichen Empfänger 25 ankommende Strahlungsiüenge stark von der durchstrahlten Flüssigkeitsdicke - und damit von der Lage der Gasblase 23 - abhängt. Die Leuchtdiode 24 wird von einer Stromversorgungseinheit 28 mit einem konstanten Strom versorgt. Das Ausgangssignal des lichtempfindlichen Empfängers wird in einem Verstärker 26 verstärkt und in einem Analog/ Digital-Wandler 27 digitalisiert. Der Mikroprozessor Id Kann dann aus diesem Signal und der bekannten Kennlinie des Neigungsmessers die Schrägstellung der Waage berechnen und den Meßwert des Wägesystems, der vom Analog/Digital-Wandler 17 geliefert wird, entsprechend korrigieren.

Dabei wird vorausgesetzt, daß der Neigungsaufnehmer 20 so zum Gehäuse 1 des Wägesystems justiert ist, daß bei mittiger Lage der Gasblase 23 die Meßrichtung des Wägesystems mit der Lotrechten zusammenfällt. Dann ist eine Abweichung des Meii-

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ergebnisses des Wägesystems nur von der Größe der Schrägstellung abhängig, nicht jedoch von der Richtung dieser Schrägstellung. Dasselbe gilt auch für das Signal des lichtempfindlichen Empfängers 25, das unabhängig von der Auswanderungsrichtung der Gasblase 23 ist.

Eine andere Ausgestaltung des elektrischen Neigungsmessers zeigt Figur 2. Hier ist eine Masse in Form einer Kugel 30 an einem dünnen Stab 33 mit quadratischem Querschnitt beweglieh aufgehängt. Bei Schrägstellung wird der Stab 33 auf Biegung beansprucht, diese Biegung wird durch aufgeklebte Dehnungsmeßstreifen 31 in der einen Richtung und 32 in der dazu senkrechten Richtung in bekannter und daher in der Figur nicht dargestellten Weise in je ein elektrisches Signal umgewandelt. Diese beiden Signale werden - wie in Figur 1 verstärkt, digitalisiert und dem !Mikroprozessor 18 zugeführt. Dort kann dann aus beiden Signalen sowohl die Größe als auch die Richtung der Schrägstellung errechnet werden. Dies ist zum Beispiel dann vorteilhaft, wenn neben der Empfindlichkeit auch der Nullpunkt der Waage kompensiert werden soll. Aufgrund des unsymmetrischen Aufbaus der Parallelführung 2, 4 und 5 und des Ubersetzungshebels 7 der Waage in Figur 1 wirkt sich eine Schrägstellung parallel oder senkrecht zur Drehachse des Ubersetzungshebels 7 und der Lenker 4 und 5 verschieden stark auf den Nullpunkt aus. Mit dem Neigungsmesser 34 nach Figur 2 können also sowohl der Nullpunkt als auch die Empfindlichkeit der Waage korrigiert werden, auch wenn sie verschiedene Ri cntungsabhängigkeiten aufweisen.

Eine weitere Ausgestaltung des elektrischen Neigungsmessers zeigt Figur 3· Auf einer konkaven Fläche 41 sucht sich eine Kugel 40 ihre stabile (= tiefste) tage. Die Krümmung ist in der Figur der Deutlichkeit halber wieder übertrieben-dargestellt. Eine obere Abdeckung 43 verhindert beim Transport ein

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Herausfallen der Kugel. Die Lage der Kugel wird kapazitiv abgetastet: die Elektrode 44 bildet mit der großflächigen Elektrode 42 auf der konkaven fläche 41 einschließlich der Kugel 40 einen Kondensator mit neigungsabhängiger Kapazität. Die ringförmige Elektrode 45 und die ringförinige Gegenelektrode 46 bilden eine konstante Referenzkapazität. Gemessen wird das Verhältnis der beiden Kapazitäten in einer Wechselspannungsbrückenschaltung. Dadurch werden Temperatureffekte und zum Beispiel die Feuchteabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten der Luft kompensiert. Der Elektronikblock 47 enthält den Wechselspannungsgenerator zur Speisung der Brücke und die Auswerteschaltung für die Brückenverstimmung. Er gib·; ein Gleichspannungssignal ab, das - wie in Figur 1 - über einen Analog/Digital-Wandler dem Mikroprozessor zugeführt wird. Bei rotationssymmetrischer Anordnung der Elektroden ist das Ausgangssignal des Neigungsmessers 48 unabhängig von der Richtung der Schräglage, genauso wie bei der Ausbildung des Neigungsmessers nach Figur 1.

Die in den Figuren gezeigten Neigungsmesser sollen beispielhafte Ausgestaltungen angeben. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen für den Neigungsmesser :;iöglich; ebenso läßt sich zum Beispiel die Lageabweichung der Kugel in Figur durch andere bekannte Verfahren, wie optische Verfahren oder induktive Verfahren, messen.

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Claims

Sartorius GmbH Akte SW 8209

Weender Landstraße 94-lOS Kö/hs

D-3400 Göttingen

Elektrische Waage

Patentansprüche:

Elektrische Waage hoher Auflösung nit einem Tießwertaufnehiner, einem Mikroprozessor zur digitalen Signalverarbeitung und einer Digitalanzeige, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Neigungsmesser (20, 34, 48) in die Waage eingebaut ist, der die neigungsabhängigen Dehler aer Waage kompensiert.

1[: 2. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Neigungsmesser (34) eine beweglieh aufgehängte Masse (30) enthält.

3. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Neigungsmesser (20) einen behälter (21J enthält, der unter Bildung einer üasblase (23) teilweise mit Flüssigkeit (22) gefüllt ist.

4. Elektrische Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß optische Hilfsmittel (24, 25) zur Abtastung der Lage der Gasblase (23) vorhanden sind.

5· Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Neigungsmesser (48) eine Kugel (40) enthält, deren stabile Gleichgewichtslage auf einer konicaven Fläche (41) sich neigungsabhängig ändert.

6. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des elektrischen Neigungsmessers (20, 3^j 48) die Empfindlichkeit und den Nullpunkt der Waage beeinflußt.

7« Elektrische Waage nach einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des elektrischen Neigungsmessers (20, 34, 48) digitalisiert wird und dem Mikroprozessor (18) zur digitalen Korrektur der neigungsabhängigen Fehler der Waage zugeführt wird.

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