Die Erfindung betrifft eine Waage, umfassend einen Lastteil und einen Referenzteil, die unabhängig voneinander vertikal beweglich am festen Teil der Waage aufgehängt sind und je eine in einem gemeinsamen Magnetfeld angeordnete Kompensationsspule aufweisen, wobei Detektoren die belastungsabhängigen Auslenkungen von Last- und Referenzteil aus einer Nullage feststellen und über Regelkreise Ströme in den Kompensationsspulen regeln, durch deren elektromagnetische Kraftwirkung Last- und Referenzteil jeweils für sich in die Nullage zurückgeführt werden.
Gemäss dem Patentanspruch des Hauptpatentes ist die dort beschriebene Waage dadurch gekennzeichnet, dass Schaltmittel vorgesehen sind, welche den durch die Referenzspule fliessenden Gleichstrom abhängig vom Detektorsignal des Lastteils entweder der Lastspule oder einer Ersatzlast zuleiten.
Im Verlauf der weiteren Entwicklung des Erfindungsgegenstandes des Hauptpatentes hat es sich gezeigt, dass die Anordnung mit einer Ersatzlast eine zwar durchaus mögliche, aber nicht die vorteilhafteste Realisierung für das dem Hauptpatent zugrundeliegende Prinzip darstellt, den die Referenzspule durchfliessenden Strom zeitweise auch durch die Lastspule fliessen zu lassen.
Da die Ersatzlast eine gewisse Verlustleistung und damit Verlustwärme bedeutet, wurde eine Realisierung ohne diese Ersatzlast angestrebt. Entsprechende Versuche ergaben, dass in der Tat darauf verzichtet werden kann.
Dementsprechend ist eine Waage der eingangs beschriebenen Art gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass Schaltmittel vorgesehen sind, welche den durch die Referenzspule fliessenden Gleichstrom abhängig vom Detektorsignal des Lastteils periodisch der Lastspule zuführen.
Vorzugsweise wird dabei den Schaltmitteln eine Haltediode zugeordnet, welche ein Stromloswerden der Referenzspule bei abgeschalteter Lastspule verhindert.
In einer Variante der Erfindung können die Schaltmittel dergestalt parallel zur Lastspule angeordnet sein, dass der Gleichstrom bei geöffneter Schalterstellung durch die Lastspule und bei geschlossener Schalterstellung durch die Schaltmittel fliesst.
Nachstehend wird der Gegenstand der Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind; dabei zeigen
Figur 1 das erste, und
Figur 2 das zweite Ausführungsbeispiel.
Bezüglich der grundsätzlichen Funktionsweise sowie insbesondere der Waage selbst wird auf die Beschreibung und Zeichnung des Hauptpatentes bezuggenommen, wobei aus letzterer der besseren Klarheit halber für gleiche Bestandteile auch die gleichen Bezugszeichen übernommen wurden.
Beispiel 1
Wie im Hauptpatent beschrieben ist, erzeugt die Auslenkung des Referenzteils aus der Nullage unter seinem Eigengewicht mittels zweier Ringkondensatoren 19, 19' ein Abtastsignal, welches in einer Geberschaltung 20 und einem PID Regler 21 bekannter Bauart mittels entsprechender Komponenten (Gleichrichter, Verstärker etc.) einen Kompensationsstrom erzeugt, der durch die Referenzspule 11 fliesst und den Referenzteil durch elektromagnetische Kraftwirkung (nahezu) in der Nullage hält. Anschliessend passiert dieser Strom einen unter Verwendung eines Feldeffekttransistors (FET) ausgeführten Trennverstärker 22 und gelangt von dort zum Schalter 23.
In dem im Hauptpatent beschriebenen Ausführungsbeispiel leitet der Schalter 23 den Strom abwechselnd der Lastspule 10 und einer Ersatzlast 24 zu. Hierzu ist es notwendig, den Schalter 23 mit zwei FET auszustatten, wobei der eine zum An /Abschalten der Lastspule 10, der andere zum Ab-/Anschalten der Ersatzlast 24 dient. Der Zweck der Ersatzlast ist dabei der, zu verhindern, dass die Referenzspule durch zu grosses Absinken der Spannung nach Abschalten der Lastspule 10 stromlos wird.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Zeitraum zwischen dem Abschalten der Lastspule 10 und dem Anschalten der Ersatzlast 24 (und umgekehrt) von jeweils ca. 10-20 ns noch gross genug ist, um einen kurzzeitigen starken Spannungsabfall zuzulassen, der zwar kleine, aber doch merkbare Rückwirkungen auf den Trennverstärker (TV) 22 und die Referenzspule 11 hat (Stromspitzen, die den Wert jedes Kompensationsstromimpulses unabhängig von dessen Länge verfälschen und damit bei entsprechend hoher Auflösung eine Unlinearität der Gewichtsanzeige zur Folge haben).
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist nunmehr eine Haltediode 50 vorgesehen, die einerseits zwischen Schalter 23' und TV 22, andererseits an das Potential Null (Erde) angeschlossen ist. Sie wirkt wie folgt: Solange der Schalter 23' geschlossen ist (Dauer des Kompensationsstromimpulses zur Lastspule), sperrt die Diode 50, d. h. es fliesst kein Strom gegen Null. Sobald der Schalter 23' den Stromlauf unterbricht, fällt die Spannung am Punkt P sehr rasch ab. Sobald sie den Wert Null erreicht, wird die Diode 50 leitend, und die Spannung - 15 Volt genügt, die Grösse des Stroms im Zweig Spule 11 / TV 22 praktisch unverändert zu lassen. Durch Verwendung einer rasch ansprechenden Diode 50 lassen sich dabei Schaltzeiten von ca. 1-2 ns erreichen, so dass für die oben beschriebene Rückwirkung auf Trennverstärker 22 und Referenzspule 11 buchstäblich keine Zeit bleibt.
Es ist im übrigen ersichtlich, dass der Schalter 23' nur einen FET aufweist, wogegen der Schalter 23 in der Ausführung mit Ersatzlast 24 gemäss dem Beispiel des Hauptpatentes deren zwei benötigt. Dies bedeutet weiterhin, dass die Steuerelektronik für den Schalter 23' einfacher geworden ist.
In Fig. ist schliesslich ein Kondensator 51 parallel zur Lastspule 10 gezeigt. Dieser Kondensator 51 dient in bekannter Weise zur Glättung, d. h. er verhütet Spannungsspitzen in der Lastspule 10: Während der Einschaltdauer des Kompensationsstroms (Impulslänge) nimmt er einen Teil dieses Stroms auf und gibt diesen Teil während der Pause zwischen zwei Stromimpulsen wieder an die Spule ab. Da der Transistor im Schalter 23' während der Pause sperrt, ist ein Rückfluss vom Kondensator 51 über den Schalter nicht möglich.
Beispiel2
In dieser Variante ist eine weitere Vereinfachung dadurch erreicht, dass der Schalter 23" nur noch einen einfachen Transistor enthält und parallel zur Lastspule 10 geschaltet ist.
Letzterer ist eine Diode 52 vorgeschaltet. Die Anordnung wirkt so, dass bei sperrendem Transistor (Schalter 23") der Strom in Durchlassrichtung der Diode 52 zur Lastspule 10 fliesst, während er bei leitendem Transistor 23" über diesen fliesst (die Diode sperrt gegen einen Rückfluss vom Kondensator 51).
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass durch die Verwendung eines einfachen Transistors für den Schalter 23" dessen Ansteuerung (aus dem Signal vom Flipflop 30) nochmals wesentlich vereinfacht wird.
Die Verwendung eines einfachen Transistors für den Schalter 23-' ist deshalb möglich, weil der benötigte Steuerstrom bei dieser Schaltung die Stärke des Stroms in der Lastspule 10 nicht beeinflusst. Anders beim Trennverstärker 22 und den Schaltern 23'(Beispiel 1) und 23 (Hauptpatent): Um auch kleine Verfälschungen der Kompensationsstromimpulse in der Spule 10 zu vermeiden, werden dort (stromlos gesteuerte) FET eingesetzt.
The invention relates to a scale, comprising a load part and a reference part, which are suspended vertically movable independently of one another on the fixed part of the scale and each have a compensation coil arranged in a common magnetic field, detectors determining the load-dependent deflections of the load and reference part from a zero position and regulate currents in the compensation coils via control loops, the electromagnetic force of which causes the load and reference parts to be individually returned to the zero position.
According to the patent claim of the main patent, the balance described there is characterized in that switching means are provided which feed the direct current flowing through the reference coil either to the load coil or to a substitute load depending on the detector signal of the load part.
In the course of the further development of the subject of the invention of the main patent, it has been shown that the arrangement with a substitute load is a possible but not the most advantageous implementation for the principle on which the main patent is based, in which the current flowing through the reference coil temporarily also flows through the load coil to let.
Since the substitute load means a certain power loss and thus heat loss, implementation without this substitute load was sought. Corresponding tests showed that it can indeed be dispensed with.
Accordingly, a balance of the type described at the outset according to the present invention is characterized in that switching means are provided which periodically supply the direct current flowing through the reference coil to the load coil as a function of the detector signal of the load part.
A holding diode is preferably assigned to the switching means, which prevents the reference coil from becoming de-energized when the load coil is switched off.
In a variant of the invention, the switching means can be arranged parallel to the load coil in such a way that the direct current flows through the load coil when the switch is in the open position and through the switching means when the switch is in the closed position.
The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments which are shown in the drawing; show
Figure 1 the first, and
Figure 2 shows the second embodiment.
With regard to the basic mode of operation and in particular the balance itself, reference is made to the description and drawing of the main patent, the same reference numerals also being adopted for the same components for the sake of clarity.
example 1
As described in the main patent, the deflection of the reference part from the zero position under its own weight by means of two ring capacitors 19, 19 'generates a scanning signal, which in a transmitter circuit 20 and a PID controller 21 of known design by means of appropriate components (rectifier, amplifier, etc.) Compensation current is generated, which flows through the reference coil 11 and keeps the reference part (almost) in the zero position by the effect of electromagnetic force. This current then passes through an isolating amplifier 22 implemented using a field effect transistor (FET) and from there arrives at switch 23.
In the exemplary embodiment described in the main patent, the switch 23 alternately supplies the current to the load coil 10 and to a substitute load 24. For this purpose, it is necessary to equip the switch 23 with two FETs, one used to switch the load coil 10 on / off and the other to switch the substitute load 24 on / off. The purpose of the equivalent load is to prevent the reference coil from being de-energized as a result of the voltage dropping too much after the load coil 10 has been switched off.
It has been shown, however, that the period between switching off the load coil 10 and switching on the substitute load 24 (and vice versa) of approx. 10-20 ns in each case is still large enough to allow a brief, strong voltage drop, which is small but but has noticeable repercussions on the isolation amplifier (TV) 22 and the reference coil 11 (current peaks which falsify the value of each compensation current pulse regardless of its length and thus result in a non-linearity of the weight display with a correspondingly high resolution).
As can be seen from Fig. 1, a holding diode 50 is now provided, which is connected on the one hand between switch 23 'and TV 22, on the other hand to the potential zero (earth). It works as follows: As long as the switch 23 'is closed (duration of the compensation current pulse to the load coil), the diode 50 blocks, i. H. there is no current flowing towards zero. As soon as the switch 23 'interrupts the current flow, the voltage at point P drops very quickly. As soon as it reaches the value zero, the diode 50 becomes conductive, and the voltage - 15 volts is sufficient to leave the magnitude of the current in the coil 11 / TV 22 branch practically unchanged. By using a rapidly responding diode 50, switching times of approximately 1-2 ns can be achieved, so that there is literally no time for the above-described reaction on the isolation amplifier 22 and reference coil 11.
It can also be seen that the switch 23 'has only one FET, whereas the switch 23 in the version with equivalent load 24 according to the example of the main patent requires two. This also means that the control electronics for the switch 23 'have become simpler.
Finally, FIG. 1 shows a capacitor 51 parallel to the load coil 10. This capacitor 51 is used in a known manner for smoothing, i. H. it prevents voltage peaks in the load coil 10: During the switch-on period of the compensation current (pulse length) it absorbs part of this current and returns this part to the coil during the pause between two current pulses. Since the transistor in switch 23 'blocks during the pause, backflow from capacitor 51 via the switch is not possible.
Example2
In this variant, a further simplification is achieved in that the switch 23 ″ now only contains a simple transistor and is connected in parallel with the load coil 10.
The latter is preceded by a diode 52. The arrangement works in such a way that when the transistor (switch 23 ″) is blocked, the current flows in the forward direction of the diode 52 to the load coil 10, while when the transistor 23 ″ is conductive it flows over the latter (the diode blocks against reverse flow from the capacitor 51).
Another advantage of this arrangement is that the use of a simple transistor for the switch 23 ″ significantly simplifies its control (from the signal from the flip-flop 30).
The use of a simple transistor for the switch 23- 'is possible because the required control current in this circuit does not affect the strength of the current in the load coil 10. The situation is different with the isolating amplifier 22 and the switches 23 '(example 1) and 23 (main patent): In order to avoid small falsifications of the compensation current pulses in the coil 10, FETs (normally controlled) are used there.