DE3324402A1

DE3324402A1 - Waage mit elektromagnetischer kraftkompensation

Info

Publication number: DE3324402A1
Application number: DE19833324402
Authority: DE
Inventors: Paul 8610 Uster Lüchinger; Bruno 8050 Zürich Nufer
Original assignee: Mettler Instrumente Ag 8606 Greifensee; Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Toledo GmbH Switzerland
Priority date: 1982-08-20
Filing date: 1983-07-06
Publication date: 1984-02-23
Also published as: JPS5931028U; JPS637877Y2; US4489800A; DE3324402C2; DE8319517U1; CH658516A5

Description

- 2 Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation

Die Erfindung betrifft eine Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation, bei der im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems eine bewegliche Spule angeordnet ist, die von einem lastabhängigen Kompensationsstrom durchflossen wird, dessen Mass von einer elektrischen Einrichtung bestimmt wird, die ein Korrekturnetzwerk zur Kompensation von Temperatureinflüssen enthält, wobei das Korrekturnetzwerk einen im Innern des Magnetkernes angeordneten Temperaturfühler aufweist. Eine bekannte Waage dieser Art ist in der DE-OS 26 04 437 beschrieben.

Das Korrekturnetzwerk in der elektrischen Einrichtung beeinflusst das Mass des lastabhängigen Kompensationsstromes in der Weise, dass die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Feldstärke des Permanentmagnetsystems weitgehend kompensiert wird.

Für die Bestimmung des Kompensationsstromes durch die Magnetspule massgebliche Schaltungselemente der elektrischen Einrichtung sind jedoch ebenfalls in ihren Eigenschaften mehr oder weniger stark temperaturabhängig. Erschwerend kommt hinzu, dass der Temperaturgang dieser Schaltungselemente von demjenigen des Permanentmagnetsystems verschieden ist und ein thermisches Gleichgewicht innerhalb der ganzen Waage nicht in gewünschtem Masse und kurzfristig überhaupt nicht erreichbar ist. Die störenden Folgen der sich durch das unterschiedliche Wärmeverhalten der Waagenteile ergebenden Temperaturdynamik sind u.a. Instabilität des Nullpunktes und Aenderungen der Empfindlichkeit, insbesondere bei Inbetriebnahme und grossen Laständerungen der Waage.

Es ist zwar bekannt, temperaturempfindliche Schaltungselemente z.B. dadurch von Temperatureinflüssen fernzuhalten,

dass sie mittels einer geregelten Heizeinrichtung auf konstanter Temperatur gehalten werden. Massnahmen dieser Art sind jedoch meist aufwendig und erfordern zusätzliche Energie. Beispielsweise enthalten elektromagnetisch kraftkompensierende Waagen in der Regel eine Referenzspannungsquelle mit einer Zener-Diode. In der Praxis verwendet man mit einer Heiz. " ung ausgerüstete Zener-Dioden, um die gewünschte Temperaturkonstanz zu erreichen. Beheizbare Zener-Dioden sind aber um ein Mehrfaches teurer als solche ohne Heizeinrichtung. Ausserdem schränkt das bei einer Beheizung erhöhte Wärmerauschen der Zener-Diode die Anzeigeempfindlichkeit der Waage ein.

Aufgabe der Erfindung war es, eine Verbesserung der Temperaturkompensation mit weniger aufwendigen Mitteln zu erreichen. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass wenigstens ein Teil der für die Bestimmung des Kompensationsstromes massgeblichen Schaltungselemente der elektrischen Einrichtung mit temperaturabhängigen Eigenschaften ebenfalls im Innern des Magnetkernes angeordnet ist. Auf diese Weise wird für die betreffenden Schaltungselemente wenigstens annähernd ein Temperaturgleichlauf bezüglich des Permanentmagnetsystems erreicht, so dass im allgemeinen ein einziger Temperaturfühler für die erforderliche Temperaturkompensation ausreicht und auf zusätzliche Kompensationsmassnahmen in der elektrischen Einrichtung verzichtet werden kann.

Bei einer Waage, deren elektrische Einrichtung eine Referenzspannungsquelle mit einer Zener-Diode aufweist, ist vornehmlich diese Zener-Diode ein für die Bestimmung des Kompensationsstromes massgebliches Schaltungselement mit temperaturabhängigen Eigenschaften. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht deshalb in diesem Zusammenhang darin, dass d_s Zener-Diode und der Temperaturfühler in

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einem Hohlraum des Magnetkernes angeordnet und mit der Wandung des Hohlraums thermisch verbunden sind. Im gleichen oder einem weiteren Hohlraum können auch noch andere temperaturempfindliche Schaltungselemente untergebracht werden. 5

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 den mechanischen Teil der Waage und Fig. 2 einen Schaltungsteil der zugehörigen elektrischen Einrichtung.

Die Kraft einer auf den Ausleger 1 aufgelegten Last wirkt auf das Gehänge 2, das über Parallelführungslenker 3 mit der Konsole 4 verbunden ist. Die Koppel 5 überträgt die Normalkomponente der Last auf den Hebel 6, der mit einem Biegelager 7 an einem Teil 8 der Konsole 4 aufgehängt ist. An diesem Hebel 6 wirkt auch die elektromagnetisch erzeugte Gegenkraft. Dazu ist am Hebel 6 eine im Luftspalt eines topfförmigen Permanentmagnetsystems 9 bewegliche Spule 10 angeordnet, die von einem lastabhängigen Strom durchflossen wird. Die Gleichgewichtslage wird von einem optoelektrischen Positionsgeber 11 kontrolliert, der in bekannter Weise eine den Spulenstrom beeinflussende Regeleinrichtung steuert.

Bei einer z.B. aus der US-PS 3 786 884 bekannten Waagenausführung wird der Kompensationsstrom in Form von Impulsen geregelter Länge der Spule 10 zugeführt, wobei die Länge der Impulse mittels hochfrequenter Taktimpulse ausgezählt und aus der Summe der gezählten Taktimpulse die Gewichtsanzeige abgeleitet wird. Für die Erzeugung des Kompensationsstromes ist vornehmlich eine Präzisions-Konstantstromquelle vorgesehen, deren Ausgangsstrom durch eine von der Regeleinrichtung gesteuerte Schalteinrichtung in Stromimpulse konstanter Höhe und variabler Länge umgewandelt wird.

Eine beispielsweise Schaltungsanordnung für diesen Teil der elektrischen Einrichtung zeigt Fig. 2. Eine Zener-Diode 20 dient als Referenzspannungsquelle und bestimmt in erster Linie die Spannung über einem Präzisionswiderstand 21. Ein als Spannungsfolger beschalteter Operations-Verstärker 22 gewährleistet ein bestimmtes Verhältnis der Spannung über dem Präzisionswiderstand 21 zu derjenigen der Zener-Diode 20. Der Operations-Verstärker 22 steuert über einen FeIdeffektransistor 23 einen Leistungstransistor 24 an. Der konstant gehaltene Strom des Leistungstransistors 24 fliesst über eine gesteuerte Schalteinrichtung 25 entweder durch die Kompensationsspule 10 oder zur Masse. Bei der nur symbolisch angedeuteten Schalteinrichtung 25 handelt es sich vorzugsweise um eine elektronische Schalteinrichtung, deren Ansteuerung im bereits erwähnten Stand der Technik beschrieben ist.

Die Konstantstromquelle enthält ein zur Kompensation von Temperatureinflüssen bestimmtes Korrekturnetzwerk 26 in Form einer Brückenschaltung, welche einen Temperaturfühler 27, z.B. einen temperaturabhängigen Widerstand, und einen Abgleichwiderstand 28 aufweist. Am letzteren lässt sich das Mass der Kompensationswirkung einstellen.

Die Zener-Diode 20 und der Temperaturfühler 27 sind zusammen in einer zentralen Bohrung 12 des Magnetkernes 13 des Permanentmagnetsystems 9 angeordnet und mit der Wandung der Bohrung thermisch verbunden, z.B. mit Hilfe einer Wärmeleitpaste. Die genannten und eventuell weitere Schaltungselemente sind auf einer Schaltungsplatine 29 befestigt, welche mit einem schmalen Teil in die Bohrung 12 ragt.

Durch den Einbezug der Zener-Diode 20 in die Wärmezone des Permanentmagnetsystems 9 wird erreicht, dass Abweichungen in der Anzeigeempfindlichkeit
nach ibetriebnahme der Waage in. kürzester Zeit

verschwinden.

Eine weitere Verbesserung Ίορ Temperaturkompensation lässt sich dadurch erzielen, dass auch weniger stark als die Zener-Diode temperaturabhängige Schaltungselemente, z.B. der Präzisionswiderstand 21, in gleicher Weise in die Wärmezone des Permanentmagnetsystems 9 mit einbezogen werden.

Bei Waagen mit Analogkompensation, bei denen also ein Kompensations-Gleichstrom lastabhängiger Stärke die Magnetspule 10 durchfliesst und der Strom für die Anzeige digitalisiert wird, enthält die elektrische Einrichtung ebenfalls für die Bestimmung des Kompensationsstromes massgebliche _t Schaltungselemente mit temperaturabhängigen Eigenschaften, z.B. eine Referenzspannungsquelle im A/D-Wandler. Auch in diesem Fall ist die erfindungsgemässe Lösung in bezug auf die Anordnung der temperaturabhängigen Schaltungselemente anwendbar.

Claims

Patentanwälte _ .

Rosental 7/H. Aufs.
D-8000 München 2 _{Mettler Instrumente AG/} 8606 Greifensee/Schweiz

Patentansprüche _{6- Juli 1983}

/l._; Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation, bei der im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems eine bewegliehe Spule angeordnet ist, die von einem lastabhängigen Kompensationsstrom durchflossen wird, dessen Mass von einer elektrischen Einrichtung bestimmt wird, die ein Korrekturnetzwerk zur Kompensation von Temperatureinflüssen enthält, wobei das Korrekturnetzwerk einen im Innern des Magnetkernes angeordneten Temperaturfühler aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der für die Bestimmung des Kompensationsstromes massgeblichen Schaltungselemente der elektrischen Einrichtung mit temperaturabhängigen Eigenschaften ebenfalls im Innern des Magnetkernes angeordnet ist.
2. Waage nach Anspruch 1, deren elektrische Einrichtung zur Bestimmung des Kompensationsstromes eine Referenzspannungsquelle mit einer Zenerdiode aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zenerdiode und der Temperaturfühler in einem Hohlraum des Magnetkernes angeordnet und mit der Wandung des Hohlraums thermisch verbunden sind.