Elektronisches Auswertungsgerät an Waagen
Es ist bereits bekannt, zur Ermittlung einer physikalischen Grösse, z. B. eines Gewichtes, eine Messapparatur mit zwei schwingenden Saiten zu verwenden. Die zu messende Grösse beeinflusst die Frequenz der beiden vorgespannten Saiten und kann somit aus der Messung dieser zwei oder anderer daraus gewonnenen Frequenzen ermittelt werden. Es sind aber auch an- dere mechanische und elektronische Messapparaturen bekannt, bei denen das Resultat aus zwei durch die zu messende Grösse beeinflussten Frequenzen (oder aus einer durch die zu messende Grösse beeinflussten, und einer festen Frequenz) ermittelt werden kann.
In vielen Anwendungsfällen ist es von Vorteil, nebst der zu messenden Grösse eine ihr proportionale Grösse mit einstellbarem Proportionalitätsfaktor, z. B. den Preis, zu ermitteln.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein an einer Waage angebrachtes elektronisches Gerät zur digitalen Auswertung zweier, durch ein Gewicht be einflusster Frequenzen zur Ermittlung dieses Gewichtes, sowie einer ihm proportionalen Grösse, bei welchem zur Ermittlung des Gewichtes die Anzahl Perioden der einen Frequenz während einer gegebenen Anzahl Perioden der zweiten Frequenz gezählt werden.
Das erfindungsgemässe Gerät ist gekennzeichnet durch Mittel, um die Perioden der ersten Frequenz während eines dem Proportionalitätsfaktor entsprechenden Teils der genannten Anzahl Perioden der zweiten Frequenz zu zählen und durch weitere Mittel, um dazu eine Anzahl Perioden einer der beiden Frequenzen zu addieren, welche Anzahl gleich der Differenz zwischen der ersten Anzahl und dem genannten Teil ist.
In der beiliegenden Zeichnung sind die Schaltungen zweier Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei handelt es sich um ein Auswertegerät für Gewicht und Preis bei einer Waage, deren durch das Gewicht beeinflusste Frequenzen Fi und F2 bei Nullgewicht untereinander gleich und bei 5 kg Maximal-Gewicht um 10 % verschieden sind (d. h. Fr/F2 = 1,1 bei Maximal-Gewicht). Zwischen diesen Grenzwerten wächst das Verhältnis Fl/F2 linear mit dem Gewicht. Wenn das Gewicht G in Gramm ausgedrückt ist, hat also die Waage folgende Charakteristik : 50 000-L =50 000-)-G mit O z G/5000 (I) 2
Der Vervielfacher stellt lediglich ein Mittel zur numerischen Vergrösserung der Frequenzänderung der Saiten dar, hat aber keine systematische Bedeutung.
Man betrachte zunächst die Auswertung des Gewichtes. Das Signal von Frequenz Fi gelangt über den Vervielfacher 1 und das Tor 2 zum dekadischen Teiler 3, wobei im Vervielfacher 1 das ursprünglich sinusförmige Signal zusätzlich zur Vervielfachung in eine Impulsreihe umgeformt wird. Das Tor 2 bleibt offen während einer vorgewählten Anzahl Perioden der Frequenz F2. Dies geschieht dadurch, dass ein Signal am Ausgang 10 des Vorwahlzählers 8 bei dem ersten positiven Nulldurchgang des Signals der Frequenz F2 nach dem Startbefehl das Tor 2 öffnet und offen hält, bis die vorgewählte Anzahl weiterer positiver Nulldurchgänge erreicht wird.
Damit ist die Anzahl Impulse, welche im Zähler 3 gezählt werden, gleich einem festen Mehrfachen des Verhältnisses Fi/F2. Dieses Mehrfache ist gleich dem Vervielfachungsfaktor des Vervielfachers 1 und dem Teilungsfaktor des Vorwahl-Zählers 8 (Ausgang 10).
Mit den Angaben dieses Beispiels beträgt es 50 000. Weitere Bedingungen für die zwei einzelnen Faktoren existieren nicht. Natürlich beeinflusst die Wahl der einzelnen Faktoren die Messzeit, welche aber hier einfachheitshalber als nicht vorgeschrieben angesehen wird.
Die Angabe der im Teiler 3 gezählten Impulse beträgt
G* = 50 000 50 000 + G (II)
F2
Je nach Gewicht kann die Anzahl Impulse G* zwischen 50 000 und 55 000 variieren. Die letzten 4 Ziffern von G* sind aber identisch mit G und können zur Anzeige des Gewichtes dienen, ohne dass die grosse Zahl 50 000 irgendwie zu stören vermag, da im Beispiel nur 4 Dekaden zur Anzeige des Gewichtes bis 5000 g benötigt werden.
Man betrachte nun die Auswertung des Preises P.
Dabei möchte man den Preis beispielsweise in Einheiten von 5 Rp. messen, was bedeutet, dass jeder Impuls zu 5 Rp. ausgewertet werden soll bzw. dal3 der Teiler, welcher für die Zählung der obgenannten Impulse und zur Anzeige des Preises vorgesehen ist, in der ersten Stufe ein Zweier-Teiler, in den übrigen Stufen ein Zelmer-Teiler ist. Ist E der sogenannte kg Preis in Fr. und G das Gewicht in g, so soll der Preis in 5 Rp.-Einheiten nach folgender Formel ausgewertet werden :
G G. E
1000 50'
Diese Auswertung soll nun direkt aus den zwei Frequenzen und nicht durch Multiplikation des angezeigten Gewichtes mit dem kg-Preis ermittelt werden.
Mit denselben Einheiten der Formeln II und III ist der Preis in Funktion der zwei Frequenzen Fl, Fa gemäss Formeln I und III gegeben durch
P = F : L-F2. 1000 E (IV) F2
Zur Vermeidung der Bildung der Differenz-Frequenz Fi-Fa wird auch hier anstelle des Preises P der Preis P* = P + 50 000 ausgerechnet, wobei die zu sätzliche Anzeige der runden Zahl 50000, welche einen Zusatzpreis von 50 000 5 Rp. d. h. Fr. 2500.00 darstellt, dadurch eliminiert wird, dass die Preis-Anzeige auf Fr. 99.95 beschränkt wird.
Wir können P* nach folgender Formel errechnen :
P* = F-F2-1000 E + 50 000 (V) z =-1000 Ew (50000-1000 E)
F2 F2
Setzt man beispielsweise den Vervielfachungsfaktor der Vervielfacher 1 und 4 der Fig. 1 gleich 5 fest, so können wir P* nach folgenden Formeln auswerten : F2/200 E F2/ (10 000200 VI
Mit andern Worten : Es soll zuerst die Frequenz 5 Fr während 200 E Perioden von F2 gezählt, dann soll die Frequenz 5 F2 während weiterer (10000 bis 200 E) Perioden der gleichen Frequenz Fs dazugezählt werden. Durch Einstellung des Vorwahlzählers 8, Ausgang 9, auf den Wert 200 E, kann für jedes Gewicht der Wert P* errechnet und der Preis P angezeigt werden.
Wird beispielsweise der kg-Preis E auf 50.-Fr./kg gelegt, so wird Formel VI : p*-5 Fl Fl. 50 000 = G* (VII) F2/10 000 E2
Mit anderen Worten : Bei E = 50.-Fr./kg wird nur die vervielfachte Frequenz Fi gemessen, und zwar geschieht die Auswertung des Preises genau gleich wie die Auswertung des jeweiligen Gewichtes. Kg Preise von mehr als 50.-Fr./kg sind mit dieser Methode und diesen beispielsweisen Werten nicht möglich.
Auch bei diesem begrenzten Wert des kg-Preises E ergäbe sich bei dem Maximal-Gewicht G = 5000 g ein Resultat, welches die früher erwähnte Fr. Grenze überschreiten wurde, nämlich P = Fr. 250.00.
Apparativ erhielte man P* = 55 000 in 5 Rp.-Einheiten oder P*) = Fr. 2750.00, von denen bei 4stelliger Anzeige nur Fr. 50.00 angezeigt würden.
Selbstverständlich soll in allen Fällen, in denen das Produkt über 99.95 beträgt, die Anzeige gesperrt werden. Es ist dies möglich, z. B. durch Betrachtung des Zählerwertes der Zehn-Franken-Dekade, wenn der Wert 9 überschritten wird, soll eine Sperre betätigt werden, was mit gut bekannten Mitteln realisiert werden kann.
Die Rechnung des Preises nach den verschiedenen Verfahren erfolgt nach Fig. 1 wie folgt : Vor Beginn der Auswertung ist der Umschalter 5 so gestellt, dass er die Ausgangs-Impulse des Vervielfachers 1, deren Frequenz ein Vielfaches der Frequenz Fi ist, über das Tor 6 an den Teiler 7 gibt. Das Tor 6 bleibt während 200 E-Perioden der Frequenz Fa offen.
Dies geschieht dadurch, dass ein Signal am Ausgang 10 des Vorwählers 8 beim ersten positiven 0-Durchgang der Frequenz F2 nach dem Startbefehl das Tor 6 öffnet und nach 200-E-Perioden derselben Frequenz F2 (vom gesagten ersten Impuls nach dem Start aus gezählt) den Umschalter 5 be tätigt, womit die Verbindung zwischen Vervielfacher 1 und Tor 6 unterbrochen wird und dafür die durch den Vervielfacher 4 vervielfachte Frequenz F2 wäh- rend der restlichen 10000-200 E-Perioden derselben Frequenz F2 gezählt wird.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei ist die Auswertung des Gewichtes dieselbe wie in Fig. 1. Der dortige Vervielfacher 1 entspricht dem Vervielfacher 11, das Tor 2 dem Tor 12, der Teiler 3 dem Teiler 13, der Vorwahlzähler 8 dem Vorwahlzähler 18, der Ausgang 10 dem Ausgang 20 usw.
Für die Auswertung des Preises wird von Formel VI ausgegangen. Da aber F2 : F2 = 1 ist, d. h. weil der Wert von F2 während des zweiten Teils der Zäh- lung gleichgültig ist, wird der Preis P* bei diesem zweiten Beispiel wie folgt berechnet : F2/200E F, 1 (10000-200E)
Mit andern Worten : Es soll die Summe der positiven Null-Durchgänge der Frequenz 5 Fi während 200 E-Perioden der Frequenz F2, und direkt anschlie ssend während 10 000-200 E-Perioden der Frequenz Fi gebildet werden.
Dies geschieht nach Fig. 2 in folgender Weise : Die durch den Vervielfacher 11 vervielfachte Frequenz Fi erscheint am Ausgang in Form von Impulsen und gelangt durch das Tor 16 zum Zähler 17, wobei das Tor 16 während 200 E-Perioden von F2 und während 10000-200 E-Perioden von Fi offen bleibt. Dies wird mit folgenden Mitteln realisiert : Vor Beginn der Auswertung wurde der Schalter 15 so gestellt, dass das Signal von Frequenz F2 zum Vorwahlzähler 18 gelangt. Beim ersten positiven 0-Durch- gang der Frequenz F2 nach dem Startbefehl entsteht am Ausgang 19 des Vorwahlzählers 18 ein Signal, welches das Tor 16 öffnet und offen hält, bis 200 E Perioden der Frequenz Fz im Vorwahlzäer gezählt wurden.
In diesem Moment wird am Ausgang 20 des Vorwahlzählers 18 ein Signal entstehen, welches den Schalter 15 umstellt, so dass das Signal von Frequenz Fi zum Vorwahlzähler 18 gegeben wird. Beim ersten positiven 0-Durchgang von Fi nach dieser Umschaltung entsteht am Ausgang 19 des Vervielfachers 18 ein Signal, welches das Tor 16 wieder öffnet und offen hält, bis der Vervielfacher 18 die Gesamtperiodenzahl von 10 000 erreicht hat, d. h. wenn der genannte Vervielfacher 18 zusätzlich zu den 200 E-Perioden der Frequenz Es auch 10000-200 E-Perioden der Frequenz Fi gezählt hat.
In beiden Beispielen wurden Gewicht und Preis ohne Interferenzbildung, d. h. ohne Verwendung der Differenz-Frequenz Fi-Fg gerechnet. Beide Beispiele beschreiben ein vollständiges Auswerte-Gerät, bei welchem Preis und Gewicht gleichzeitig ermittelt werden können, wobei allerdings die Messzeit für Preis und Gewicht nicht identisch ist. In beiden Beispielen ist der Vorwahlzähler für die Einstellung des kg Preises Vorwahlzähler 8 bzw. 18, gleichzeitig auch für die Zählung des runden Wertes 10000 verwendet. Da aber die einstellbare Zahl 200-E zwischen 0 und 10000 schwanken kann, ist die Zählung auf 10000 mit keinem Mehraufwand verbunden.
Es ist schliesslich erwähnt, dass in beiden Beispielen Einzelheiten betreffend 0-Rückstellung und Start nicht angegeben wurden, da diese allgemein bekannt sind. Ebenfalls wurde auf die Beschreibung der einzelnen Elemente wie Frequenz-Teiler, Vervielfacher, fixe und einstellbare Vorwahlzähler und Umschalter verzichtet, da sie alle allgemein bekannt sind.
In den vorgehenden Beispielen wurde die Preisrechnung behandelt. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine gewichtsproportionale Grösse allein zu ermitteln, deren Wert wie ein Einheitspreis eingegeben wird. Es ist also eine Anpassung der digitalen Anzeige an ein fremdländisches Gewichtssystem oder der Einbezug von Gehaltsprozenten direkt möglich.