DE3709707C2 - Verfahren zum automatischen Abgleich einer hochauflösenden elektronischen Waage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum automa­ tischen Abgleich einer hochauflösenden elektronischen Waage, bei dem Änderungen von das Wägeergebnis beeinflussenden Para­ metern erfaßt werden und in Abhängigkeit von den erfaßten Än­ derungen eine dem Abgleich dienende Kalibrierung und/oder Li­ nearisierung der Waage angefordert und/oder eingeleitet wird.

Änderungen von Parametern, zu denen beispielsweise die Temperatur, der Luftdruck und die Alterung von Bauteilen ge­ hören, bewirken bei hochauflösenden Waagen, daß das ange­ zeigte Gewicht nicht mehr mit dem aufgelegten übereinstimmt. Ein wiederholter Abgleich der Waage ist deshalb unumgänglich.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art DE 28 42 041 A1) wird der elektronischen Auswerteschaltung der Waage anstelle des von einer Wägebrücke gebildeten Ge­ wichtssignals zu Kalibrierzwecken von einem Referenzsignalge­ ber ein Referenzsignal zugeführt. In einem Sollwertspeicher ist ein diesem Referenzsignal entsprechender Sollgewichtswert gespeichert. Wenn zum Zwecke der Kalibrierung das Referenzsi­ gnal an die elektronische Auswerteschaltung angelegt wird, wird der dadurch hervorgerufene Istwert in einem Istwertspei­ cher festgehalten und in einem Komparator mit dem Sollwert aus dem Sollwertspeicher verglichen. Ein eine etwaige Abwei­ chung zwischen dem Istwert und dem Sollwert anzeigendes Aus­ gangssignal des Komparators wird zu einem Korrektureingang der elektronischen Auswerteschaltung zurückgeführt und be­ wirkt dort, beispielsweise durch Nachstellen des Verstär­ kungsgrades eines Verstärkers, eine Neukalibrierung. Nach der Neukalibrierung wird von dem Referenzsignalgeber ein unab­ hängig erzeugtes zweites Referenzsignal zugeführt, das der Überprüfung der durchgeführten Neukalibrierung dient. Dieser Kalibriervorgang kann alternativ manuell oder automatisch in Abhängigkeit von an der Waage auftretenden Temperaturgradien­ ten vorgenommen werden. In diesem letztgenannten Fall, bei dem das Auftreten eines Temperaturgradienten zwangsläufig zur automatischen Nachkalibrierung führt, besteht der Nachteil, daß unnötige oder sogar schädliche Nachkalibrierungen ausge­ löst werden können. Insbesondere führt das die Kalibrierung beim Auftreten eines Temperaturgradienten zwangsweise auslö­ sende Verfahren selbst dann zu neuen Kalibrierungen, wenn andere, das Wägeergebnis beeinflussende Parameter kompensie­ rend einwirken und deshalb keine Kalibrierung notwendig ist.

Aus der DE-A1-31 06 534 ist bekannt, als Störgröße den aktuellen Luftdruck zu erfassen und den erfaßten Wert bei der elektronischen Auswertung des Wägewertes laufend zu berück­ sichtigen.

Es ist auch ein Kompensationsverfahren für Meßgeräte be­ kannt (CH-PS 624 773), bei dem Korrekturwerte mehrerer Bau­ elemente, die das Meßergebnis beeinflussen können, erfaßt und deren Referenzgrößen registriert werden. Außerdem werden Tem­ peraturkoeffizienten und alterungsbedingte Änderungswerte der Referenzgrößen auch bezüglich der Zeit seit dem Einsatz des Gerätes erfaßt und bei der Berechnung des endgültigen Meßer­ gebnisses durch den Computer berücksichtigt.

Diese bekannten Fehlerkompensationsverfahren benutzen Änderungswerte von das Meßergebnis beeinflussenden Parametern zur kontinuierlichen Korrektur des gerechneten Meßergebnis­ ses. Wenn nun aber Änderungen der wesentlichsten Parameter, die das Meßergebnis einer hochauflösenden Waage beeinflussen, dauernd zur Korrektur des Meßergebnisses herangezogen werden, ergibt sich oft ein sehr hoher Aufwand an der Waage, z. B. weil die für die Erfassung externer Störgrößen (Temperatur etc.) notwendigen Fühler für eine kontinuierliche Erfassung sehr genau arbeiten und reproduzierbare Werte erzeugen müssen und das Abgleichprozedere zu aufwendig wird.

Ein anderes bekanntes Verfahren (EP-A2-0 044 707) umfaßt eine automatische Neu-Kalibrierung, die immer dann ausgelöst wird, wenn eine bestimmte Zeit verstrichen ist oder eine ge­ gebene Anzahl Wägungen vorgenommen wurde oder aber nach jeder Tarierung. Eine solche starre Festlegung führt dazu, daß auch dann kalibriert wird, wenn es objektiv gar nicht erforderlich wäre bzw. sogar schädlich sein könnte. Sie bildet somit eine häufig unnötige Störung beim Wägen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß im wesentlichen nur dann ein Abgleich durch Kalibrierung und/oder Linearisierung ausgelöst wird, wenn er wirklich nö­ tig ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß aus den erfaßten Änderungen mindestens zweier Parameter eine Bewertungszahl gebildet wird, die mit einem vorgegebenen Aus­ lösewert Xa verglichen und durch deren Erreichung des Aus­ lösewertes Xa die Anforderung und/oder Einleitung des Ab­ gleichs bewirkt wird.

Bei der Erfindung wird die Notwendigkeit eines Abgleichs nicht unmittelbar aus dem Auftreten von Änderungen der das Wägeergebnis beeinflussenden Parameter hergeleitet, sondern es werden zunächst die erfaßten Änderungen entsprechend der Art der Waage, deren Empfindlichkeit und deren Einsatzbereich und -ort bewertet. Durch diese Bewertung können die einzelnen erfaßten Änderungen derart gewichtet und zueinander in Bezie­ hung gesetzt werden, daß ihr gesamtes Zusammenwirken Berück­ sichtigung findet und erst dann ein neuer Abgleich angefor­ dert wird, wenn dies als Ergebnis des gesamten Zusammenwir­ kens tatsächlich notwendig ist. Einzelne Parameteränderungen, die infolge eines gegenläufigen Verhaltens der übrigen Para­ meteränderungen unschädlich sind, führen daher zu keinen unnötigen Abgleichvorgängen.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesent­ lichen darin zu sehen, daß die Änderungen der berücksich­ tigten Parameter nicht zur dauernden Korrektur des Meßer­ gebnisses herangezogen werden. Erst wenn ein Gesamtfehler­ wert erreicht ist, der eine Korrektur tatsächlich notwendig macht, wird eine Kalibrierung und/oder Linearisierung ausge­ löst. Meistens erfolgt dieser Abgleich, wenn nicht gerade eine Wägung im Gange ist. Insbesondere können auch Störgrö­ ßen berücksichtigt werden, deren direkte Verarbeitung im Messergebnis nur schwer oder gar nicht möglich ist.

Anhand von Beispielen wird die Erfindung für den Fall einer Kalibrierung näher erläutert; für die Linearisierung ver­ läuft das Verfahren analog.

In der einzigen Figur sind durch Kreisringe an einer Waage einige Sensoren bezeichnet, mit denen das Meßergebnis be­ einflussende Störgrößen erfaßt werden können.

Die Waage 1 umfaßt einen vertikal beweglichen Träger 10, an dessen oberem Ende eine Waagschale 12 befestigt ist. Er durchsetzt mit Spiel eine zentrale Bohrung eines Permanent­ magnetsystems 14, das ortsfest auf einem Ausleger 16 des Waagengestells 18 angeordnet ist. Ein Anschlag 20 verhindert unzulässig große Auslenkungen des Trägers 10.

Zwei Biegelenker 22, 22' in Dreieckform, an einer Seitenwand 24 des Waagengestells 18 fixiert, führen den Träger 10 parallel. Ein Positionsgeber 28 signalisiert bei Belastung der Waagschale 12 eine Auslenkung des Trägers 10 aus der Sollstellung. Dieses Signal dient zur Regelung des Spulen­ stromes, welcher in einer elektrischen Auswerteschaltung 30 verarbeitet und auf einer Anzeigeeinrichtung 34 in Gewichts­ einheiten digital dargestellt wird.

Ein Mikroprozessor 33 - innerhalb oder außerhalb der Waage 1 angeordnet - dient zur Verarbeitung und Auswertung von Signalen von Sensoren, die inner- und außerhalb der Waage 1 angeordnet sind. Der Mikroprozessor 33 ist mit dem Mikropro­ zessor bzw. der Auswerteschaltung 30 verbunden. Er kann auch mit dem Mikroprozessor der Auswerteschaltung 30 identisch sein.

Im Mikroprozessor 33 werden die von den Sensoren kommenden Werte individuell in einer vorgegebenen Weise verrechnet und in eine Punktezahl Xe umgewandelt. Ebenfalls in einer Punk­ tezahl berücksichtigt werden die Kalibrations- und/oder Linearisierungswerte der letzten, der letzten zwei, drei oder mehr Kalibrationen und/oder Linearisierungen.

Der Zusammenhang zwischen der Änderung des Parameters (Tem­ peraturen, Druck, usw.) und der Punktezahl Xe kann durch eine Funktion allgemeiner Art beschrieben werden. In dieser Funktion können neben den einzelnen Parameterverläufen auch deren erste oder höhere Ableitungen sowie Integrale einbe­ zogen sein. Die Punktezahl Xe kann beispielsweise eine Funktion folgender Art sein: Xe = Funktion (T1(t), T2(t), ΔT1(t)/Δt, ΔT2(t)/Δt, p(t), . . .,

dt', . . ., usw.), wobei p=Druck, T1, T2 Fühlertemperaturen und t = Zeit bedeutet.

Im Fall der Linearisierung wird sich die Funktion in der Re­ gel von derjenigen im Fall der Kalibrierung unterscheiden.

Die Anordnung oder Bewertung der Änderung der Parameter (Störgrößen) muß nicht einzeln erfolgen. Es können auch komplexere Zusammenhänge formuliert werden, bei denen zwei oder mehr Parameter in einer Funktion verknüpft eine Punkte­ zahl ergeben.

Sobald eine im voraus eingegebene auslösende Punktezahl Xa oder ein Gesamtwert oder eine im voraus eingegebene Punkte­ zahl Xe eines einzelnen Parameters erreicht ist, wird die Fälligkeit einer Kalibrierung und/oder Linearisierung der Waage 1 angezeigt z. B. optisch oder akustisch; oder aber sie wird automatisch vorgenommen.

Die Kalibrierung und die Linearisierung können miteinander oder unabhängig voneinander vorgenommen werden.

Die Technik, wie die Kalibrierung und/oder die Linearisie­ rung erfolgt, ist nicht Gegenstand dieser Erfindung und wird daher nicht näher beschrieben; sie kann in bekannter Weise erfolgen. Häufig wird die Kalibrierung mit einem oder mehre­ ren in die Waage eingebauten, zweckmäßigerweise motorisch angetriebenen Kalibriergewichten vorgenommen werden.

Die Linearisierung erfolgt in der Regel mit zwei oder mehre­ ren eingebauten, zweckmäßigerweise motorisch betriebenen Gewichten. Diese Gewichte können mit den Kalibriergewichten identisch sein.

Das nachfolgend aufgeführte Beispiel weist der Einfachheit und der Anschaulichkeit halber einen linearen Zusammenhang zwischen den Parametern und der bewerteten Punktezahl Xe auf.

Beispiel

Mit Bezugszeichen A ist ein Temperaturfühler für eine Tempe­ ratur T1 innerhalb, mit B ein Temperaturfühler für eine Tem­ peratur T2 außerhalb des Gehäuses der Waage 1 bezeichnet. C ist ein Luftdruckfühler (p) und D ein Sensor, mit dem die Neigung (N) der Waage 1 zur Senkrechten festgestellt werden kann.

Beispiel (für den Fall einer Kalibrierung)

Im Fall der Linearisierung ist in der Regel die Gewichtung und die Punktezahl Xe anders, da die Abhängigkeiten nicht mit denjenigen der Kalibrierung übereinstimmen.

Das Vorgehen bei der Linearisierung ist hingegen gleich wie für die Kalibrierung.

Auslösende Punktezahl Xa ist 2.0.

In diesem Beispiel ist damit der vorgegebene auslösende Aus­ lösewert Xa von 2.0 Punkten erreicht bzw. überschritten, und es wird eine Kalibrierung ausgelöst oder die Notwendigkeit einer Kalibrierung angezeigt.

Im Beispiel wird der vorgegebene Auslösewert Xa von 2.0 zu 70% von der Temperaturänderung ΔT1 bewirkt, die Temperatur­ änderung ΔT2 hat nur einen Anteil von 5% am Auslösewert Xa der gewichteten Summe.

Statt der im Beispiel aufgeführten Parameter können auch we­ niger oder mehr Parameter beigezogen werden, z. B. die rela­ tive und die absolute Luftfeuchtigkeit, die Gaszusammenset­ zung z. B. bei Wägungen in Schutzgas oder in verschmutzter Luft, die Luft- oder Gasdichte, elektrische und magnetische Felder, Erschütterungen bzw. deren Auswirkungen auf die Waa­ ge, die Radioaktivität, Strahlungen aller Art, die Alterung von Bauteilen, der Mond- und der Sonnenstand sowie die Gezei­ ten etc.

Im Beispiel ist als der eine Kalibrierung auslösende Auslöse­ wert Xa = 2.0 festgesetzt worden. Der Auslösewert Xa = 2.0 kann ein waagenspezifischer Erfahrungswert sein, welcher sich als zweckmäßig erwiesen hat.

Anstelle eines Erfahrungswertes kann, nachdem bei der Instal­ lation der Waage vorerst einmal ein Erfahrungswert eingegeben worden ist, z. B. 2.0, als Auslösewert Xa jeweils ein Wert festgelegt werden, welcher sich aus den Änderungen der letzten zwei oder mehr Kalibrationswerte er­ gibt. Ein einfacher Fall ist ein Mittelwert berechnet aus den Punktezahlen der beiden vorangegangenen Kalibrierungen.

Das automatische Auslösen einer Kalibrierung und/oder Linearisierung setzt in der Regel voraus, daß die Waage im Bereich von "0" steht und die Gewichtsänderung (dG/dt) unter einer vorgegebenen Grenze liegt.

Um auch während einer über einen längeren Zeitraum andauern­ den Wägung die Bedienungsperson auf die Notwendigkeit einer Kalibrierung und/oder Linearisierung aufmerksam zu machen, kann z. B. eine optische oder akustische Anzeige vorgesehen werden. Der Entscheid, die Wägung zu unterbrechen bzw. abzubrechen, bleibt dann dem Benutzer freigestellt.

Die im Beispiel gewählte Gewichtung der Änderung der Para­ meter ist rein beispielsweise und willkürlich; sie muß selbstverständlich entsprechend der Art der Waage, der Em­ pfindlichkeit und dem Einsatzbereich und -ort gewählt und allenfalls auch nachträglich angepaßt werden.

Insbesondere ist es auch möglich, die Kalibrierung und/oder Linearisierung nicht nur bei Erreichen des Aus­ lösewertes Xa, sondern auch schon durch das Erreichen einer vorgegebenen Punktezahl Xe eines einzelnen Parameters auszu­ lösen bzw. anzuzeigen, wobei die letztere Punktezahl Xe auch wesentlich unter dem Auslösewert Xa liegen kann.

Die Gesamtsumme kann sich selbstverständlich aus positiven und negativen Werten zusammensetzen, weshalb die Wahrschein­ lichkeit besteht, daß häufig trotz Änderung einiger Para­ meter keine Kalibrierung und/oder Linearisierung notwendig wird, weil sich die Änderungen gegenseitig kompensieren.

Beim vorliegenden Verfahren brauchen die verwendeten Fühler (z. B. für die Temperaturerfassung) nicht die gleich hohen Anforderungen wie im Fall der direkten Fehlerkompensation zu erfüllen.

Das Verfahren ist bei allen elektronischen Waagen anwendbar, unabhängig vom angewandten Meßprinzip.

Claims (6)

1. Verfahren zum automatischen Abgleich einer hochauflö­ senden elektronischen Waage, bei dem Änderungen von das Wäge­ ergebnis beeinflussenden Parametern erfaßt werden und in Ab­ hängigkeit von den erfaßten Änderungen eine dem Abgleich dienende Kalibrierung und/oder Linearisierung der Waage ange­ fordert und/oder eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus den erfaßten Änderungen mindestens zweier Parameter eine Bewertungszahl gebildet wird, die mit einem vorgegebenen Auslösewert Xa verglichen und durch deren Erreichung des Aus­ lösewertes Xa die Anforderung und/oder Einleitung des Ab­ gleichs bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Parameter die Änderung der Temperaturen inner­ halb und/oder außerhalb der Waage (1) und/oder des Luft­ druckes und/oder der Neigung der Waage und/oder die re­ lative oder die absolute Feuchtigkeit und/oder die Gaszu­ sammensetzung und/oder die Luft- oder Gasdichte der Umge­ bung und/oder elektrische oder magnetische Felder und/oder die seit der letzten Wägung erfolgten Erschütterungen und/oder die Radioaktivität und/oder die Alterung der Bauteile und/oder der Mond- oder der Sonnenstand und/oder die Gezeiten erfaßt und berücksichtigt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösewert Xa aus dem oder den Kalibrierungs- und/oder Linearisierungswert(en) des letzten oder der letzten zwei, drei oder mehr Kali­ brierungen und/oder Linearisierungen und/oder einem oder mehreren beeinflussenden Parametern errechnet oder vorgegeben wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungszahl aus den Para­ metern gemäß einer vorgegebenen Funktion errechnet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das automatische Kalibrieren und/oder Linearisieren bei Erreichen eines einem einzelnen Parameter zugeordneten Auslösewertes, der kleiner ist als der Auslösewert Xa, ausgelöst wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösewerte und/oder die die Bewertungszahl in Abhängigkeit von den Parametern bestimmende Funktion zu jedem Zeitpunkt neu vorgebbar oder neu bestimmbar ist.