DE3340512A1 - Elektrische waage - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische mit einem Meßwert aufnehmer zur Erzeugung· eines gewichtsabhängigen Signals, mit einer digitalen Signalverarbeitummeinheit und mit Mitteln zur Erfassung von auf den "!eßwertaufnehmer einwirkenden Störeinflüssen (Fühler) und mit "itteln zur Korrektur der aus diesen Störeinflüssen resultierenden Fehler des Meßwertaufnehmers.

V.'aagen dieser Art sind z.B. aus der DE-OS 32 13 016 bekannt. Tort ist vor allem die Korrektur von Temperaturfehle rri ϊ ^- schrieben. Weiterhin ist es aus der DE-OS 31 Ob 53^ bebnnt, auch Feuchte- und Druckfühler einzusetzen, up. enr.sprechen-.ic Feuchte- oder Druckabhängigkeiten des Keßwert-'vifnohners :;u korrigieren.

Nachteilig an diesen bekannten Waagen ist es Jedoch, daß· irnner nur der Momentanwert der jeweiligen Störgröße erfaßt und verrechnet werden kann. Das zeitliche Verhalten des jeweiligen Fühlers muß also dem zeitlichen Verhalten des Mo i?.-wertaufnehmers angeglichen werden. Bei einem Temperaturfühler beispielsweise muß dies durch einen riehtIp- rewähltnn Befestigungspunkt, richtig gewählte Wärmekapazität und richtig gewählten Wärmewiderstand zum Eefesti_;:ur.-:srunkt geschehen. Diese Anpassung des zeitlichen Verhaltens ist jedoch umständlich und auch nur in beschränkten Umf9ng riö^- lich, besonders da das zeitliche Verhalten des aus vielen verschiedenen Einzelteilen aufgebauten rießwertaufnehmers sich nicht durch eine einfache mathematische Pe-zlehung darstellen läßt. Weiterhin ist diese Anpassung ir.n->r nur für eine zu korrigierende Größe - wie z.B. die Empfindlichkeit -

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optimal durchführbar, da in allgemeinen jede zu korrigierende Größe ein anderes Zeitverhalten zeigt. Bei der Fehlerkorrektur in der digitalen Signalverarbeitungseinheit sollen aber möglichst alle Fehler korrigiert werden, also neben F.mpfindllchkeitsfehlern z.B. auch Nullpunktfehler und Linearitätsfphler.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Waage der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine einfachere Anpassung des zeitlichen Verhaltens des Fühlers oder der Fühler an das zeitliche Verhalten des Meßwertaufnehmers möglich ist und daß nit einem Fühler verschiedene Fehler des TVßwertaufnehmers mit verschiedenem Zeitverhalten korrigiert werden können.

F.rfiniun.Hrsremäß wird dies dadurch gelöst, daß im Rahmen der (1ify,it^rilen Signalverarbeitungseinheit ein Speicherbereich 20 vorhanden ist, den fortlaufend digitale Daten zugeführt werden 'ind dort für eine vorgegebene Zeit gespeichert vier den, wo^ei diese Daten aus den jeweiligen Ausgangssignal des Fühlers bzw. -Λ* ν Fühler 24 ', 24' ', 24' ' ', 25», 25" und gegebenenfalls den AuStTan^ssignal des Meßwertaufnehmers 1...17 hergeleitet werden, und daß die digitale SignalVerarbeitungseinheit die aus verschiedenen Zeiten stammenden Daten mit vorgegebenen Gewichtunp;sfaktoren bewertet und zur Bestimmung der Korrekturen, die p.n Aus~angssignal des Meßwertaufnehmers anzubringen sind, benutzt.

Dadurch stehen sowohl die momentanen Daten als auch die Daten der Vergangenheit zur Verfügung und die Anpassung an das Zeitverhalten des Meßwertaufnehmers läßt sich leicht durch entsprechende Wahl der Gewichtungsfaktoren nachbilden.

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Bei einem schnellen Temperaturfühler beispielsweise und einem langsam reagierenden Meßwertaufnehmer werden die älteren Daten stärker berücksichtigt als die neuesten Daten, während bei einem schnell reagierenden Fe S wer tauf nehmer vorallem die neuesten Daten berücksichtigt werden und die ältesten den Gewichtungsfaktor Mull erhalten. Die Anpassung ist also durch einfaches Ändern der Gewichtungsfaktoren möglich, ohne daß die Art, der Crt oder die Fefesti^unfnweise des Temperaturfühlers geändert werden müßte.

Die Organisation dieses Speicherbereichs kann je nach benutzter Hardware für die Elektronik gewählt werden. Vorteilhaft ist es z.B.., diesen Speicherbereich in Form einet; Schieberegisters zu organisieren, wobei beim Einsreicherr.

eines neuen Datensatzes alle bisher eingespeicherten Datensätze um einen Speicherplatz weiterrücken und der let::t:· Datensatz gelöscht wird.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform ergibt sich dann, wenn die digitale Signalverarbeitun^seinheit durch "inen Mikroprozessor realisiert ist; dann kann für den Speicherbereich ein Teil des (internen oder externen) RAM's dieses Mikroprozessors benutzt werden. Hierbei ist es auch möglich, jeden Datensatz auf einem festen Speicherplatz zu Nilassen und jeweils nur den ältesten Datensatz zu löschen ν.η-Λ durch den neuen Datensatz zu ersetzen.

Da im allgemeinen die Temperatur die wichtigste Störgröße darstellts ist es zweckmäßig, daß als Fühler mindestens ein Temperaturfühler vorhanden ist.

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Bei einen "leßwer tauf nehmer nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation wird in einer zweckmäßigen Ausgestaltung ein Temperaturfühler an der Kompensationsspule befestigt. Dadurch können die bei wechselnden Lasten durch den entsprechend wechselnden Kompensationsstrom verursachten Temperaturänderungen sowohl besonders schnell erfaßt werden als auch über die zeitliche Mittelwertbildung der im Speicherbereich gespeicherten Werte in ihren langsamen Auswirkungen auf thermisch träge Bauteile berechnet werden.

Als Temperaturfühler wird dabei zweckmäßigerweise ein Schwinger mit tenperaturabhängiger Resonanzfrequenz eingesetzt, da er ein leicht digitalisierbares Ausgangssignal liefert. Beispielsweise Ist ein Schwingquarz mit entsprechendem Schnittwinkel solch ein Schwinger mit temperaturabhängiger Resonanzfrequenz, der sich zusätzlich durch eine sehr gute Langzeitstabilität auszeichnet.

?.O nine besonders preisgünstige Auswerteschaltung erhält nan, wenn nan lie temperaturabhängige Ausgangsfrequenz des Schwingerp durch Teilerstufen, wie sie in kommerziellen Uhren-IC's enthalten sind, auf größenordnungsmäßig 1 Kz herunterteilt und die Dauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen mittels einer konstanten Referenzfrequenz auszählt; dieses Zählergebnis ist dann ein digitales "aß für die temperatur des Schwingers.

Bei einem "eßwertaufnehmer nach de~i Prinzip der elektrcmagnetlachen Kraftkompensation ändert sich die Verlustleistung in der Spule in Abhängigkeit vom Kompensationsstrom und damit In Abhängigkeit von der Last, und zwar

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steigt die Verlustleistung quadratisch mit der Last. Die digitale Signalverarbeitungseinheit kann damit aus dem Lastwertj, also dem Ausgangesignal des Meßwertaufnehmers, die momentane Verlustleistung in der Spule errechnen. Dementsprechend sieht eine v/eitere zweckmäßige Ausgestaltung vor, daß bei einen Heßwertaufnehmer nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation die dem Speicherbereich zugeführten Daten aus den Ausgangssignal eines Temperaturfühlers und dem quadrierten Ausgangssignal des Heßwertaufnehmers hergeleitet werden. Die Temperaturunterschiede durch die lastabhängige Verlustleistung in der Spule werden dann aus dem Ausgangesignal des Meßwertaufnehmeri errechnet, während der Temperaturfühler nur zusätzlich «lie Grundtemperatur des Meßwertaufnehners erfaßt. Für beide Temperaturdaten können verschiedene Gewichtungsfaktoren benutzt werden entsprechend dem unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Einfluß von Schwankungen der G rund temper-·· tür und von Schwankungen der Verlustleistung in der Spule.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß aln Fühler mindestens ein Feuchtefühler vorhanden ist. Eine Feuchte-Korrektur ist z.B. bei "eßwertaufnehmern mit aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen notwendig, da der Kleber im allgemeinen je nach umgebender Feuchte verschieden viel V/asr-ordampf aufnimmt und seine Eigenschaften dadurch ändert. Auch bei Meßwertaufnehmern nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation kann die Lackisolation der Konoensationsspule verschiedene Mengen Wasserdampf aufnehmen und so bei empfindlichen Waagen durch ihr verändertes Eigen_fewicht den Nullpunkt beeinflussen. Alle Feuchteeinflüsse zeigen eine starke zeitliche Verzögerung, da sich ein neues !"Jasserdampf-Gleichgewicht nur langsam einstellt. Dadurch wirkt sich die Verfügbarkeit von älteren Meßdaten hier Sesonders vorteilhaft aus.

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Um das unterschiedliche Zeitverhalten verschiedener Fehler, beispielsweise Linearitätsfehler, Nullpunktsfehler oder Empfindlichkeitsfehler, nachbilden zu können, werden vorteilhafterweise die Gewichtungsfaktoren, mit denen die digitale Signalverarbeitungseinheit die im Speicherbereich gespeicherten Daten bewertet, für die verschiedenen Korrekturen verschieden vorgegeben.

Manche Heßwertaufnehmer zeigen einen Fehler, den nan allgemein als "Kriechen" bezeichnet. Dabei folgt das Ausgangssignal bei einem Lastwechsel diesen zuerst nur teilweise und kriecht erst allmählich auf den stationären Endwert. Auch diesen Fehler kann man durch Abspeichern der jeweiligen Lastwerte im Speicherbereich und durch Vergleich der älteren Lastwerte nit den aktuellen Last viert korrigieren. Je weiter ein Lastwechpel zurückliegt, desto geringer wird er dabei bewertet. Diese Kriechfehler sind stark temperaturabhängig. Vorteilhafterweise werden daher die Gewichtungsfaktoren, mit denen die digitale Signalverarbeitungseinheit die in Speicherbereich gespeicherten Daten bewertet, zunindeat teilweise temperaturabhängig vorgegeben.

Un den Speicherbedarf nicht zu groß werden zu lassen, ist es vorteilhaft, die Folgefrequenz, nit der den Speicherbereich neue Daten zugeführt werden, niedriger zu wählen als die Frequenz, nit der "eßwerte von rießwertauf nehmer abgegeben werden.

Zu denselben Zweck ist es vorteilhaft, den Speicherbereich in mindestens zwei Teilbereiche zu unterteilen und die Folgefrequenzen nit denen diesen Teilbereichen neue Daten zugeführt werden, verschieden zu wählen. Diese Teilbereiche

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können einmal für die Daten von verschiedenen Fühlern benutzt werden: Die Signale von sich schnell ändernden und nur kurz nachwirkenden Störeinflüssen werden häufiger abgespeichert und - bei vorgegebener Speicherkapazität - entsprechend schneller wieder gelöscht, während Signale von sich langsam ändernden und lang nachwirkenden Störeinf 3 üsr.en seltener abgespeichert werden und dementsprechend für einen längeren Zeitraun zur Auswertung zur Verfügung stehen. "um anderen können die beiden Teilbereiche auch hintereinander geschaltet sein: Alle Daten v/erden zuerst den ersten Teilbereich zugeführt, der damit also die Daten der jüngsten Vergangenheit enthält; dann wird jeweils der Mittelwert der ältesten η Daten des ersten Teilbereiches nit einer um den Faktor η niedrigeren Folgefrequenz in den r.woiv-n Teilbereich übertragen. Der zweite Teilbereich enthält tIpo die Daten der weiter zurückliegenden Vergangenheit nit einer geringeren zeitlichen Auflösung.

Um die lückenlose Abspeicherunr der Daten der verschi e-d Störeinflusse im Speicherbereich auch bei nicht benutzter Waage sicherzustellen, ist es zweckmäßig, eine Stand by-Schaltung vorzusehen und auch während des Stand by-Petriebes dem Speicherbereich weiterhin Daten zuzuführen.

Wird eine VTa age ohne Stand by-Schaltung v/i ede r eingeschaltet oder wird eine Waage mit Stand by-Schaltung von der Verr.orgungsspannung getrennt und wieder eingeschaltet, so dauert es eine Zeit, bis sich wieder thermisches Gleichgewicht eingestellt hat. In dieser Zeit ergibt sich häufig eine NuIL-punkts- und Empfindlichkeitsdrift. Um auch diesen Fehler korrigieren zu können, ist in einer weiterführenden Ausgestaltung vorgesehen, daß beim Einschalten der V/a a ge aus Jen

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ersten, aus dem jeweiligen Ausgangssignal der Fühler hergeleiteten Daten nach einem fest vorgegebenen Programm weiter« Daten berechnet werden, mit denen die weiteren, noch leeren Plätze des Speicherbereichs geladen werden. Der Speicherst bereich wird also mit Daten geladen, die nicht aus älteren Meßwerten stammen, sondern gerade so berechnet werden, daß die Einschaltdrift korrigiert wird. Diese Daten werden dann allmählich gelöscht und durch Meßdaten ersetzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren am Beispie] einer Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation erläutert, ohne daß die Anwendung der Erfindung jedoch auf solche Waagen eingeschränkt ist. Dabei zeigt:

Fi^. 1 einen Schnitt durch den mechanischen Teil der Waage

und ein Blockschaltbild der Elektronik,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf einer Störgröße, die daraus abgeleiteten Uerte im Speicherbereich und zwei Beispiele für Gewichtungsfaktoren und

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Speicherbereichs in einer zweiten Ausführungsform.

Die elektrische V7aage in Fig. 1 besteht aus einen 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 Vfägegutes und überträgt die der Masse des Wägegutes entsprechende Kraft über ein KoppeIeletnent 9 mit den Dünnstellen 12 und 13 auf

den kürzeren Hebelarm des Übersetzungshebels 7. Der (Jbersetzungshebel 7 ist durch ein Kreuzfedergelenk 8 am Stützteil 1 gelagert. Am längeren Hebelarm des Obersetzungshebels 7 greift die Konpensationskraft an, die durch eine strondurchflossene Spule 11 im Luftspalt eines Perrnanentnagnetsystems 10 erzeugt wird. Die Größe des Konpensatlonsstromes wird in bekannter Weise durch den Lagensensor 16 und den Regelverstärker 14 so geregelt, daß Gleichgewicht zwischen dem Gewicht des V/ägegutes und der elektromagnetischen Kompensationskraft herrscht. Der Kompensationsstron erzeugt am Meßwiderstand 15 eine Meßspannung, die einen Analog/Digital-Wandler 17 zugeführt wird. Das digitalisierte Ergebnis wird von einer digitalen Signalverarbeitun^K-einheit 1δ übernommen. In der digitalen Ci£-nalverarbeii"un:--seinheit ist nun ein Speicherbereich 20 vorhan-ien, vier in rezeichneten Beispiel als Schieberegister mit ζ wan zip; Sppieherplätzen dargestellt ist. Das Schieberegister 20 wird vo-i übrigen Teil 19 der digitalen Signalverarbeitun^seinheit, über die Leitung 21 getaktet und bei jeden Taktimpuls wird ein neuer Datensatz über die Leitungen 22 und 23 überno~irnen und im ersten (in der Zeichnung linken) Speicherplatz gespeichert; gleichzeitig wird der vorher im ersten Speicherplatz gespeicherte Datensatz in den zweiten Speicherplatz übernommen, der vorher in zweiten Speicherplatz gespeicherte Datensatz wird in den dritten Speicherplatz Übernonnen usw.

bis zum 20. Speicherplatz, dessen vorher gespeicherter Datensatz gelöscht wird.

Die dem Eingang des Schieberegisters zugeführten Daten stanncrj aus Fühlern 24 und 25 und werden in dazugehörigen Signalaufbereitungsbausteinen 26 und 27 aufbereitet. Bei analogen Fühlern bestehen diese Signalaufbereituru^nbsnsteine beinpioln—

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weise aus einem Analog/Digital-Wandler mit Datenspeicher; bei Fühlern mit frequenzanalogem Ausgangssignal, wie z.E. bei den Quarz-Temperaturfühlern, können sie aus einem Zähler bestehen. Cder sie bestehen aus Untersetzerstufen zum Herunterteilen der Meßfrequenz auf ca. 1 Hz; diese niedrige Frequenz kann dann durch Auszählen der Periodendauer von der digitalen Signalverarbeitungseinheit 19 bestimmt werden. Die dem Eingang des Schieberegisters 20 zugeführten Daten können jedoch auch (über die Leitung 29) von der digitalen Signalverarbeitungseinheit aus dem Ausgangssignal des Meßwertaufnehmers 1...17 ermittelt werden. Ebenso könnten die !"leßdaten der Fühler 24 und 25 über die Signalaufbereitungshausteine 2β und 27 direkt der digitalen Signalverarbeitungseinheit 19 ungeführt werden und von dort zum Schieberegister relanf-en, ohne daß sich die Funktionsweise ändert. Die digitale Sirnalverarbeitungseinheit 19 hat über die Leitunren 28 Zugriff zu den einzelnen Speicherplätzen des Schieheregisters 20. Sie kann die einzelnen Datensätze übernehmen, mit C-ewichtungsfaktoren multiplizieren und aus dem Ergebnis die notwendigen Korrekturen für das Ausgangssignal des Meßwertaufnehmers 1...17 errechnen und das Ergebnis in die digitale Anzeige 30 veitergeben.

Der durch diese Schaltung gegebene Funktionsablauf läßt sich anhand der Beispiele in Fig. 2 erläutern. Dort ist nur die Störgröße Temperatur betrachtet, die von einem einzigen Temperaturfühler renessen wird; weiter sind für das Schieberegister nur zehn Speicherplätze angenommen. Im oberen Teil von Fig. ist als Kurve der angenommene zeitliche Verlauf der Temperatur aufgetragen, wobei der Zeitmaßstab von rechts nach links fortschreitet. Die aktuelle Temperatur (Balken X₁^ ^ist in ersten Speicherplatz des Schieberegisters gespeichert;

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die Temperatur λ₂» ^{die νοΓ} einer Taktperiode - beispielsweise also vor einer Minute - herrschte, ist im zweiten Speicherplatz gespeichert; die Temperatur X^* die vor zwei Taktperioden herrschte, ist im dritten Speieherplatz gespeichert; usw.. Der angenommene Kurvenverlauf zeigt also eine Temperaturerhöhung in den letzten zwei Taktperioden und eine etwa konstante Temperatur in der Zeit davor.

Soll nun ein thermisch träges System korrigiert werden, beispielsweise in Fig. 1 die Empfindlichkeit, die im wesentlichen durch den verhältnismäßig großen und schweren Permanentmagneten 10 bestimmt wird, so wird der obere Γ-ats flewlohtungsfaktoren aus Fig. 2 benutzt. Dabei v/erden die mittleren Speicherplätze stärker gewichtet und die vorderen und hinteren Speicherplätze, also die neuesten und die ältesten Daten, geringer. Damit wirkt sich die in Fig. 2 angenommene Temperaturerhöhung in den letzten zwei Taktperioden erst allmählich und zeitverzögert in der Größe der temperaturahhängigen Korrektur aus - genauso wie sich das empfind liehkeitsbestimnende Pauteil, der Magnet, erst allmählich erwärmt .

Der untere Satz Gewichtungsfaktoren in Fig. 2 ist für ein thei*.

misch schnell reagierendes System gedacht, beispielsweise im Meßwertaufnehmer aus Fig. 1 für den Nullpunkt, der weitpehenu von den dünnen Federn 6 und den Lenkern 4 und 5 bestimmt wird. In Fig. 2 ist angenommen, daß der benutzte Temperaturfühler auf eine Temperaturänderung langsamer reagiert als der Meßwortaufnehmer. Deshalb wird aus den gespeicherten Temperaturfühler-Meßwerten der Vergangenheit auf den zu erwartendf-n

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nächsten Meßwert extrapoliert: zu dem neuesten Meßwert χ wird ein Wert addiert, der sich zu 3/4 aus der· Steigung zwischen den beiden letzten Meßwerten (X₁-X₂) und zu 1/4 aus der Steigung zwischen den beiden letzten Meßwerten X₂ - X₃ ergibt:

X₁ + a (X₁-X₂) ₊ j (X₂-XS)- J <* xr^{2 χ}2-^χϊ >"

Der untere Satz Gewichtungsfaktoren in Fig. 2 (ohne Normierungsfaktor angegeben) stellt also eine Vorausschätzung dar, die Temperaturkorrektur wird in der vorausgeschätzten Höhe durchgeführt, wie sie der Temperaturfühler erst in den nächsten (zukünftigen) Taktperioden etwa messen wird. Dies Beispiel soll zeigen, daß durch richtig gewählte Gewichtungsfaktoren in gewissem Umfang auch Fehler des Meßwertaufnehmers korrigiert werden können, die bei Änderungen der Störgröße schneller auftreten als der benutzte Fühler erkennen kann.

Die beiden Sätze Gewichtungsfaktoren in Fig. 2 sollen beispielhaft verschiedene Möglichkeiten der Anpassung des zeitlichen Verhaltens von Fühler und Ileßwertaufnehner zeigen. Andere Zusamnenstellungen von Gewichtungsfaktoren sind in großer Vielzahl möglich und müssen entsprechend den speziellen Eigenschaften von Fühler und ITeßwertaufnehmer ermittelt und der digitalen Signalverarbeitungseinheit Implementiert werden.

Genauso wie die Festlegung der Gewichtungsfaktoren waagenspezifisch erfolgen muß, muß auch die Wahl der Fühler 24 und 25 waagenspezifisch nach den Störgrößen mit größtem Einfluß erfolgen. Die folgenden Beispiele sollen also wieder nur die Bandbreite der Möglichkeiten aufzeigen.

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Beispiel 1:

Am Spulenkörper 11 oder in seiner Nähe ist ein Feuchtefühler 25" angebracht, am gehäusefesten Stützteil 1 ist ein Temperaturfühler 24' angebracht. Aus den Daten des Feuchtefühlers wird der Feuchte-Einfluß der Spulenwindungen korrigiert^ aus den Daten des Temperaturfühlers wird der Temperaturfehler des gesamten Meßwertaufnehmers korrigiert. Dabei sind die Gewichtungsfaktoren für den Feuchte-Einfluß temperaturabhängig vorgegeben_s um das temperaturabhängige Zeitverhalten der Feuchteaufnahme und um die temperaturabhängige Größe der Feuchteaufnahme zu berücksichtigen.

Beispiel 2:

Am Spulenkörper 11 ist ein erster Temperaturfühler 25'' angebracht,, am gehäusefesten Stützteil ir-t ein weiterer Temperaturfühler 24'' angebracht. Der Temperaturfühler 24'' mißt die mittlere Temperatur des "eßwertaufnehmers, der Temperaturfühler 25'" mißt die Temperatur der Spule, die Differenz der beiden Temperaturen ergibt die lastabhängig Übertemperatur der Spule. Aus den abgespeicherten Vierten des Temperaturfühlers 24'' wird der Temperaturkoeffizient des gesamten Heßwertaufnehmers korrigiert, aus der Differenz der abgespeicherten Daten der beiden Temperaturfühler wird der Einfluß des sich aus der Ubertemperatur der Spule ergebenden geänderten Hebelverhältnisse am Hebel 7 und der geänderten Feldstärke des Permanentmagnetsystems 10 korrigiert=

Beispiel 3:

Fs ist nur ein Temperaturfühler 24' " am gehäusefesten Stützteil 1 vorhanden, dann errechnet die digitale Signalver-^r-

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beitungseinheit 19 die Verlustleistung in der Spule 11 aus dem Ausgangs signal des Keßwertaufnehmers 11...17. Die Auswertung erfolgt wie im Eeispiel 2.

Beispiel 4:

Bei einem Feßwertaufnehmer aus einem Federkörper mit aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen ist ein Temperaturfühler und ein Peuchtefühler in der Nähe des Federkörpers vorhanden. In das Schieberegister wird neben den Daten dieser beiden Fühler noch das gewichtsabhängige Ausgangssignal des Meßwert auf nehme rs übernommen. Aus den gespeicherten Temperaturwerten wird einmal der Temperaturfehler des Meßwertaufnehmers (z.B. der Temperaturkoeffizient des Elastizitätsmoduls) korrigiert, weiter werden die Gewichtungsfaktoren für den Feuchte-Einfluß je nach Temperatur verschieden vorKegeben und zum dritten werden zur Kriechkompensation die Gewichtungsfaktoren der gespeicherten Lsstvrerte je nach Temperatur verschieden vorgegeben.

Der Speicherbedarf richtet sich nach der Taktfrequenz, mit der die Daten eingeschrieben und weitergeschoben werden und nach der benötigten Zeitsnanne, aus der Daten zum Errechnen der Korrekturen benötigt werden. Um den Speicherbedarf nicht zu groß werden zu lassen, empfiehlt es sich, nicht für jeden neuen Meßwert vom Meßwertaufnehmer auch einen neuen Wert in den Speicherbereich einzuspeichern. Während die Meßwerte vom Heßwertaufnehmer etwa jede Sekunde neu geliefert werden, reicht es in Fielen Fällen , wenn etwa jede Minute ein neuer Wert in den Speicherbereich übernommen wird.

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Eine andere Ilogllchkeit_s Speicherplatz zu sparen zeigt Pig» 3 wieder am Beispiel eines Schieberegisters. Hier besteht das Schieberegister aus einem ersten Teilbereich 20' mit 16 Speicherplätzen^ in die Daten mit der vorgegebenen Taktfrequenz wie in Pig. 1 eingegeben werden. Der Takt für den zweiten Teilbereich 20'' mit ebenfalls 16 Speicherplätzen wird in Fig. 3 durch einen Frequenzteiler 31 um den Faktor 4 heruntergesetzt. In den zweiten Teilbereich wird jeweils der Mittelwert aus den letzter, vier Speicherplätzen des ersten Teilbereiches übertragen (Ilittelwertbildner 32). Da dieser Übertrag nur bei jedem vierten Taktimpuls des ersten Teilbereiches erfolgt, wird jeder Wert aus dem ersten Teilbereich genau einmal für den übertrat in den zweiten Teilbereich berücksichtigt. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung der Teilbereiche des Schieberegisters erlaubt es, mit 16 + = 32 Speicherplätzen die Daten aus maximal 4 χ 16 + 16 = 80 Taktperioden des Taktes aus dem ersten Teilbereich zu speichern» Daß dabei die älteren Daten nur als Mittelwert über vier Taktperioden vorliegen^ stört in allgemeinen nicht, da für die weiter zurückliegenden Zeiträume die feine zeitliche Auflösung nicht mehr so wichtig ist.

Diese eben am Beispiel eines Schieberegisters demonstrierte Teilung des Speichers läßt sich sinngemäß auch auf andere Speicherorganisationen übertragen.

Nach dem Einschalten der Waage ist der Speicherbereich zunächst leer und füllt sich erst allmählich mit Daten. Tie vorgesehene und im vorhergehenden beschriebene Funktionsweise ist also noch nicht möglich. Es ist deshalb zweckmäßigj, die Waage in bekannter Welse mit einer Stand by-Schaltung zu versehen^ bei der die wesentlichen Teile der

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Elektronik eingeschaltet bleiben und nur die Anzeige und andere, einer erhöhten Alterung im eingeschalteten Zustand unterliegende Bauteile abgeschaltet werden. In diesem Fall können auch im Stand by-Betrieb laufend Daten in den Speicherbereich übernommen werden und die Meßwertkorrektur ist nach den vollen Einschalten sofort hundertprozentig gewährleistet.

Ist die Waage doch einmal vollständig von ihrer Versorgungsppannung getrennt worden und wird wieder eingeschaltet, so werden zweckmäßigerweise aus den ersten Meßwerten der Fühler weitere Daten berechnet und in die leeren Plätze des Speicherbereichs eingespeichert. Diese berechneten Daten können zwar die individuelle Vorgeschichte der Waage vor dem Einschalten nicht wiedergeben, sie können aber so gewählt werden, daß das einschaltbedingte Einlaufen der Waage bei etwa konstanter Temperatur und Feuchte in etwa korrigiert wird.

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Claims (16)

1. Sartorius GmbH Akte SW 8305

   Weender Landstraße 94-108 Κδ/kl

   D-3400 Gottingen

   Elektrische ^T.7aage

   Ansprüche:

   Elektrische Waage mit einem ^eäwertaufnehmer zur Erzeugung eines gewiehtsabhängigen Signals, mit einer ^i^italen Signalverarbeitungseinheit, mit Mitteln zur Erfassung von auf den Meßwertaufnehmer einwirkenden Störeinflüssen (Fühler) und mit Mitteln zur Korrektur der aus diesen Störeinflüssen resultierenden Fehler des MeP-wertaufnehmers, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der digitalen Signalverarbeitungseinheit (18) ein Speicher bereich (20) vorhanden ist, den .fortlaufend digitale Daten zugeführt werden und dort für eine vorgegebene Zeit gespeichert werden, wobei diese Daten aus dem jeweiligen Ausgangs signal des Fühlers bzw. der Fühler '2'!', 24" ,24" ' ,25' ,25*') und gegebenenfalls der Aus^anpn-

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   signal des Meßwertaufnehmers (1...17) hergeleitet werden, und daß die digitale Signalverarbeitungseinheit die aus verschiedenen Zeiten stammenden Daten mit vorgegebenen Gewichtungsfaktoren bewertet und zur Bestimmung der Korrekturen, die am Ausgangssignal des Meßwertaufnehmers anzubringen sind, benutzt.
2. 2. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbereich (20) in Form eines Schieberegisters organisiert ist.
3. 3. Elektrische Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Signalverarbeitungseinheit (18) durch einen Fikroprozessor realisiert ist und daß für den Speicherbereich (20) ein Teil des RAM's dieses Mikroprozessors benutzt wird.
4. 4. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Fühler mindestens ein Temperaturfühler (24',24'',24·'·,25 " ) vorhanden ist.
5. 5. Elektrische Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einen Meßwertaufnehmer nach den Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation ein Temperaturfühler (25'') an der Kompensationsspule (11) befestigt ist.
6. 6. Elektrische Waage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler ein Schwinger mit tenperaturabhangiger Resonanzfrequenz eingesetzt ist.
7. 7· Elektrische Waaeie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwinger mit temperaturabhängiger Resonanzfrequenz ein Schwingquarz mit entsprechendem Schnittwinkel benutzt v/lrd.

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8. 8. Elektrische Waage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch

   gekennzeichnet, daß die temperaturabhängige Resonanzfrequenz durch Teilerstufen heruntergeteilt wird, daß die Periodendauer dieser heruntergeteilten Impulsfolge mittels einer wenigstens nährungsweise konstanten Referenzfrequenz ausgezählt wird und daß dieses Zählergebnis ein digitales Maß für die Temperatur des
   Schwingers ist.
9. 9. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

   dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Meßwertaufnehmer nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation die den Speicherbereich (20) zugeführten Daten aus dem Ausgangssignal eines Temperaturfühlers (24·'') und dem quadrierten Ausgangs signal des r'eßwertaufnehi:u?rs (1...17) hergeleitet werden.
10. 10. Elektrische V.^raage nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Fühler mindestens ein Feuchtefühler (25') vorhanden ist.
11. 11. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtun^sfaktoren, nit denen die digitale SignalVerarbeitungseinheit (19) die im Speicherbereich (20) gespeicherten Daten bewertet, Tür die verschiedenen Korrekturen, wie z.B. Linearität, Nullpunkt oder Empfindlichkeit, verschieden vorgegeben sind.
12. 12. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

    dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungsfaktoren, mit denen die digitale Signalverarbeitungseinheit (19) die im Speicherbereich (20) gespeicherten Daten bewertet, zumindest teilweise temperaturabhängig vorgegeben sind.

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13. 13. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten mit einer vorgegebenen Folgefrequenz den Speicherbereich (20) zugeführt werden und daß diese Folgefrequenz niedriger ist als die Frequenz, mit der Meßwerte vom Meßwertaufnehmer (1... 17) abgegeben werden.
14. 14. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbereich (20) in mindestens zwei Teilbereiche (2O',2O^fl) unterteilt ist, und daß die Folgefrequenzen, mit denen diesen Teilbereichen neue Daten zugeführt werden, verschieden sind.
15. 15. Elektrische VJaage nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

    dadurch gekennzeichnet, daß ein Stand by-Betrieb vorgesehen ist und daß während des Stand by-Betriebes dem Speicherbereich (20) weiterhin Baten zugeführt werden.
16. 16. Elektrische Waage nach einen der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschalten der V/aage aus den ersten, aus den je v/eil igen Ausgangssignal des Fühlers bzw. der Fühler (24·,24'',24^!'',25'25'') und gegebenenfalls dem Ausgangssignal des Meßwertaufnehme rs (1...17) hergeleiteten Daten nach einem fest vorge- ^ebenen Programm weitere Daten berechnet werden, mit denen die weiteren, noch leeren Plätze des Speicherbereichs (20) geladen werden.

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