DE3714916A1 - Waage mit eigenschwingungsabhaengiger gewichtswertmittelung - Google Patents
Waage mit eigenschwingungsabhaengiger gewichtswertmittelungInfo
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- G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Waage gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung
eine Waage oder Wiegevorrichtung, bei der der bei Belastung
erzeugte Gewichtswert sich zuerst schwingungsartig ändert
und die Periode dieser Schwingung von der Belastung der Waage
abhängt.
Aus der JA-OS 55-1 578 ist eine digitale Waage bekannt, die
als Tisch- oder Ladenwaage verwendet werden kann. Wie Fig.
4 schematisch zeigt, wird bei dieser bekannten Waage ein Wiegegut
(2) durch eine Wiegeeinheit (1) gemessen, welche einen
Gewichtsgeber, wie eine elektrische Widerstandslastzelle und
eine Kraftwaage enthält, und ein das Gewicht des Wiegegutes
(2) darstellendes analoges elektrisches Signal liefert. Dieses
Signal wird durch einen Verstärker (3) verstärkt und durch
einen zeitintegrierenden A/D-Konverter (21) ein digitales
Signal verwandelt, welches durch ein digitales Display (22)
als Gewichtswert angezeigt wird.
Der A/D-Konverter (21) ist so ausgebildet, daß er das Analogsignal
vom Verstärker (3) für eine bestimmte Zeitspanne (T) integriert
und das Resultat der Integration durch die Zeit (T) dividiert,
um den Digitalwert zu erzeugen. Die Wiegeeinheit (1) enthält
im allgemeinen ein elastisches, schwingungsfähiges System,
wie eine Feder und liefert, wenn sie belastet wird, zuerst
ein schwingendes Gewicht anzeigendes Signal, wobei die Periode
der Schwingung vom Gewicht des Wiegegutes (2) auf der Wiegeeinheit
(1) abhängt. Das Verhältnis der erwähnten Integrationszeit
zur Schwingungsperiode ändert sich daher mit dem Gewicht
des Wiegegutes (2), was unerwünschte Meßfehler zur Folge hat.
Nimmt man insbesondere an, daß die Schwingungen der Wiegeeinheit
sinusförmig sind, so kann das analoge elektrische Ausgangssignal
(e) des Verstärkers (3) durch die folgende Gleichung
dargestellt werden:
e = W + a sin ω t, ω = 2 π/τ
Dabei bedeuten:
W das Gewicht des Wiegeguts (2),
a die Amplitude der Schwingung und
τ die Schwingungsperiode,
wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Das integrierte und gemittelte Signal vom A/D-Konverter (21) enthält dann den folgenden Fehler (E).
W das Gewicht des Wiegeguts (2),
a die Amplitude der Schwingung und
τ die Schwingungsperiode,
wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Das integrierte und gemittelte Signal vom A/D-Konverter (21) enthält dann den folgenden Fehler (E).
Es ist auch aus Fig. 2 ersichtlich, daß der Fehler null ist,
wenn der Wert von T gleich der Schwingungsperiode τ oder gleich
einem ganzen Vielfachen hiervon ist, also in den Zeitpunkten
t 1, t 2, t 3 usw., wenn die Integrationszeit zum Zeitpunkt t 0
beginnt. Für andere Werte von T verschwindet der Fehler dagegen
nicht. Wenn die Integrationszeit T fest ist, wie bei der bekannten
Waage, besteht also wenig Aussicht, daß der Fehler (E)
gleich null ist. Bei den bekannten Waagen war es daher erforderlich,
die Integration unter Vermeidung des Schwingungsintervalles
A in Fig. 3 erst in einem Zeitintervall B durchzuführen, wo
die Schwingungen schon im wesentlichen abgeklungen sind. Dies
hat jedoch eine unerwünschte Verzögerung der Wiegeoperation
zur Folge.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe
zugrunde, den Wiegevorgang zu beschleunigen und gleichzeitig
den Meßfehler weitestgehend auszuschalten, insbesondere den
Restfehler (E) im Ausgangssignal des bekannten integrierenden
A/D-Konverters zu vermeiden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein A/D-Konverter vorgesehen,
der eine auf das augenblickliche Wiegegutgewicht ansprechende
Anordnung enthält, um ein Zeitintervall zu errechnen, welches
gleich der Eigenschwingungsperiode der Waage- oder Wiegeeinheit
oder ein ganzes Vielfaches hiervon ist, und eine Anordnung
zum Integrieren des Gewichtssignals von der Wiegeeinheit in
einem Integrationsintervall, das gleich dem errechneten Zeitintervall
ist. Der oben erwähnte Fehler (E) ist also auch in dem
Intervall (A) der Fig. 3, wo die Schwingungen noch eine erhebliche
Amplitude haben, immer gleich null, und es ist daher möglich,
genaue Wägungen in einem Minimum an Zeit durchzuführen.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung einer
Waage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 und 3 Graphen, auf die bei der Erläuterung der Erfindung
Bezug genommen wird, und
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer bekannten Waage der hier
interessierenden Art.
Die Waage gemäß Fig. 1 enthält eine Wiegeeinheit (1) und einen
Verstärker (3), die in bekannter Weise ausgebildet sein können,
wie es oben unter Bezugnahme auf die Fig. 4 erläutert worden
ist. Das schwingungsfähige System der Wiegeeinheit (1) kann
als mechanische Feder mit der Federkonstante (a) angesehen
werden, die eine Waagschale mit dem Gewicht (m) trägt, welche
mit Wiegegut des Gewichtes Mx belastet ist. Dieses schwingungsfähige
System hat dann die folgende Eigenschwingungsperiode:
wobei g die Erdbeschleunigung bedeutet.
Das Ausgangssignal des Verstärkers (3) wird einem Integrator
(4) zugeführt, der das analoge Eingangssignal (e) über ein
vorgegebenes Zeitintervall (T) integriert. Gemäß einem Merkmal
der vorliegenden Erfindung wird der Wert von T gleich dem
Wert von τ oder einem Vielfachen hiervon mit der obigen Gleichung
auf der Basis des augenblicklichen gemessenen Wiegegutgewichtes
(Mx) errechnet. Das Ergebnis der Integration wird einem Dividierer
(5) zugeführt und durch T dividiert, das in der oben beschriebenen
Weise errechnet wurde. Das gemittelte Ausgangssignal vom Dividierer
(5) wird einem Gewichtserzeuger oder Gewichtsrechner (6)
zugeführt, der eine Tara-Kompensation und andere erforderliche
Prozesse durchführt und einen Wert (Mx) erzeugt, der dann
durch ein Display (7) angezeigt wird.
Zur Errechnung der Integrationsperiode (T) auf der Basis des
Gewichtswertes (Mx) vom Ausgang des Gewichtsrechners (6) dient
eine Recheneinheit (8). Wie erwähnt ist der Wert von T gleich
n τ (n = 1, 2 . . .). Der errechnete Wert T wird durch ein Verzögerungsglied
(9), wie eine Verzögerungsleitung geeignet verzögert
und dem Integrator (4) und dem Dividierer (5) zugeführt.
Wenn die Wiegeeinheit (1) am Anfang noch unbelastet ist, errechnet
die Recheneinheit (8) den Wert T mit der obigen Gleichung,
wobei Mx = 0 ist, also T 0 = 2nπ√m/k · g. Wenn die Wiegeeinheit
(1) dann mit Wiegegut des Gewichts (M 1) belastet wird, wird
dieser Wert T 0 für den Mittelungsprozeß in den Schaltungsanordnungen
(4) und (5) verwendet. Es wird daher bei dieser ersten
Messung ein Fehler infolge der Fehlkoinzidenz des Wertes von
Mx auftreten. Wenn jedoch die zweite Messung mit dem Wiegegutgewicht
(M 2) durchgeführt wird, wird das Mittel mit einem Wert
von T errechnet, der gleich
ist. Der mögliche Fehler wird daher minimal sein solange die
Werte M 1 und M 2 nicht extrem verschieden sind. Die folgenden
Messungen werden jeweils in entsprechender Weise mit dem Wert
von T durchgeführt, der mittels der obigen Gleichung auf der
Basis des Wiegegutgewichts der vorangegangenen Messung errechnet
wurde.
Claims (2)
1. Waage mit einer Wiegeeinheit (1), welche eine Eigenschwingungsperiode
aufweist, die vom Gewicht des gewogenen Wiegeguts
(2) abhängt und welche ein elektrisches Signal liefert, das
das Gewicht des Wiegegutes darstellt, ferner mit einem Integrierer
(4) zum Integrieren des elektrischen Signals über ein bestimmtes
Zeitintervall, und mit einer Rechenvorrichtung (5) zum Mitteln
des Resultates der Integration durch das genannte Zeitintervall
(T) unter Erzeugung eines gemessenen Gewichtswertes, gekennzeichnet
durch eine Anordnung zum Errechnen des bestimmten Zeitintervalles
(T) als Wert, der gleich der dem gemessenen Gewichtswert
entsprechenden Eigenschwingungsperiode oder einem ganzen Vielfachen
hiervon ist und zur Zuführung dieses Wertes zum Integrator
(4) und zur Rechenvorrichtung (5) für die weitere Verwendung.
2. Wiegeverfahren zur Gewinnung des Gewichtes eines Wiegegutes
aus einem schwingenden gewichtsanzeigenden Signal, dessen
Schwingungsperiode sich mit dem Wiegegutgewicht ändert, bei
welchem das Signal über ein bestimmtes Zeitintervall integriert
und das Resultat der Integration mit dem Zeitintervall gemittelt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsperiode entsprechend
dem Wiegegutgewicht laufend ermittelt wird und als bestimmtes
Zeitintervall die ermittelte Schwingungsperiode oder ganzes
Vielfaches hiervon verwendet werden.
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