CH637473A5

CH637473A5 - Waage mit elektromagnetisch kompensiertem lastsystem.

Info

Publication number: CH637473A5
Application number: CH25779A
Authority: CH
Inventors: Erich Knothe; Franz-Josef Melcher
Original assignee: Sartorius Gmbh
Priority date: 1978-01-27
Filing date: 1979-01-11
Publication date: 1983-07-29
Also published as: GB2013433B; GB2013433A; US4236590A; FR2415798B1; FR2415798A1; DE2803682A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Waage mit einem elektroma-35 gnetisch kompensierten Lastsystem und einem elektromagnetisch kompensierten Bezugssystem, bei der im Lastpfad auftretende oder abgeleitete Signale zu im Bezugspfad auftretenden oder abgeleitenten Signalen zur Gewinnung von Anzeigewerten in Bezug gesetzt werden.

40 Aus der DE-PS 1 194 167 und der DE-AS 2 233 850 sind Waagen bekannt, bei denen die Grösse eines elektrischen Stromes, der eine Bezugssystemkompensationsspule durch-fliesst, in Abhängigkeit von deren Auslenkung bestimmt wird. Der Strom dieser Grösse wird dann als Kompensations-45 ström der Lastspule in Form von im Abstand voneinander angeordneten rechteckigen Impulsen mit einer durch die Auslenkung der Lastspule bestimmten Impulslänge zugeführt. Die Lastkompensation erfolgt somit nur in voneinander getrennten Zeitintervallen, was zu Abweichungen führen kann.. so Hierbei werden die Impulslängen in Digitalwerte umgesetzt. Bei den bekannten Waagen führen mechanische Erschütterungen, die in der Regel während des Betriebs der Waage unvermeidlich sind, zu Abweichungen in der Anzeige, da kurzzeitige Stösse, die kurzzeitige Änderungen der Grösse des ss Stroms durch die Bezugssysteme-Kompensationsspule verursachen, sich verschieden stark auswirken, je nachdem, ob sie gerade zwischen Beginn und Ende eines Impulses durch die Lastspule oder während einer nachfolgenden Impulspause auftreten.

60 Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine Waage der eingangs genannten Art eine Digitalisierungsvorrichtung anzugeben, die die oben angegebenen Nachteile vermeidet, nämlich selbst bei kurzzeitigen Änderungen auf dem Lastpfad und dem Bezugspfad eine optimale Verarbeitung der Signale 65 erlaubt.

Eine optimale Verarbeitung der Signale wird erfindungs-gemäss durch Massnahmen erzielt, die durch die Merkmale aus dem Patentanspruch 1 definiert sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Waage sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt. Von besonderem Vorteil ist, dass jedem der in der erfindungsgemässen Waage im Last- und im Bezugspfad vorhandenen, Zählsignale liefernden Wandler je ein Zähler nachgeschaltet ist, deren Zählstellung gegebenenfalls nach einer Verarbeitung mit einem Rechner einer Anzeige bzw. einem Datenausgang zuführbar ist.

Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn die Spulen der Wandler des Last- und des Bezugspfades in einem gemeinsamen Dauermagnetsystem angeordnet sind und die Bezugsspule eine konstante Last trägt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung unter Bezugsnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Prinzipschaltung und

Fig. 2 eine Schaltung, die bei einer Quotientenwaage Anwendung findet.

In Fig. 1 sind schematisch im oberen Abschnitt zwei Pfade 25 und 26 dargestellt. Der Pfad 25 ist der Last- oder Messpfad einer Waage mit einem elektromagnetisch kompensierten Lastsystem. Die Einzelheiten der Waage sind nicht dargestellt. In diesem Last- oder Messpfad treten bestimmte Signale auf oder werden bestimmte Signale abgeleitet, die weiterverarbeitet werden sollen. Weiterhin ist schematisch ein Bezugspfad dargestellt, der dem elektromagnetisch kompensierten Bezugssystem zugeordnet ist, und die in diesem Pfad auftretenden oder abgeleiteten Signale sollen zur Messung oder Wägung zu den Signalen im Last- oder Messpfad in Bezug gesetzt werden.

Die Signale der beiden Pfade 25 und 26 sollen nun zur Digitalisierung gleichzeitig beginnend und gleichzeitig endend miteinander koinzidierend integriert werden.

An den Pfad 25 schliesst sich ein A/D-Wandler 27 an und an den Pfad 26 schliesst sich ein A/D-Wandler 28 an. Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die beiden A/D-Wandler 27 und 28 über eine gemeinsame Leitung 36 mit ein- und derselben Referenzspannungsquelle 29 verbunden. Diese Referenzspannungsquelle führt die erforderlichen Referenzspannungen und Kompensationsspannungen zur Aufintegration und Ab-integration den A/D-Wandlern zu.

Diese A/D-Wandler 27 und 28 sind über Leitungen 37 und 38 mit einer A/D-Wandlersteuerung 14 verbunden. Die A/D-Wandlersteuerung 14 steht über eine Leitung 39 mit der CPU eines Rechners 16 in Verbindung, wobei dieser Rechner 16 zu einer Datenverarbeitungseinrichtung gehört, welche die von den A/D-Wandlern 27 und 28 abgegebenen Signale weiterverarbeitet. Die A/D-Wandlersteuerung 14 wird von einem Taktgeber 40 mit Taktpulsen beaufschlagt.

Die so weit beschriebene Schaltung arbeitet in der Weise, dass unter der Steuerung des Rechners 16 und unter Zwischenschaltung der A/D-Wandlersteuerung 14 über die Leitungen 37 und 38 die Referenzspannungsquelle 29 gleichzeitig den beiden A/D-Wandlern 27 und 28 zugeschaltet und von den Komparatoren (11,20) abgeschaltet wird, so dass eine Verarbeitung der über die Pfade 25 und 26 zugeführten Signale gleichzeitig beginnt, koinzidierend miteinander durchgeführt wird, so dass die von den A/D-Wandlern 27 und 28 abgegebenen Signale identischen Ablaufphasen der Wägung entsprechen.

Die von den A/D-Wandlern 27 und 28 abgegebenen Signale werden in den zugeordneten Zählern 15 und 23 gezählt und im Rechner 16 verarbeitet. Insbesondere können im Rechner 16 Quotienten aus den Werten der Zähler 15 und 23 gebildet werden, und diese Quotienten können dann an der Anzeige 24 dargestellt werden, oder können als Datenausgang abgegeben werden.

3 637 473

Durch diese Schaltung wird eine optimale Auswertung der Signale im Mess- und Bezugspfad möglich.

In Fig. 2 ist schematisch eine Quotientenwaage dargestellt. Bei dieser Quotientenwaage ist an einem Ständer 1 ein 5 Dauermagnet 2 mit Kern 3 befestigt. In den vom Dauermagneten 2 und dem Kern 3 gebildeten Luftspalt taucht eine Lastspule 4 ein, die durch Parallelführungen 6 geführt ist. Diese Lastspule 4 trägt eine Lastschale 40, auf die eine Last m aufgelegt ist.

io Die hierdurch erzwungene Lage der Lastspule 4 wird von einem Lagensensor 8 gemessen, und es wird hierdurch in bekannter Weise ein Signal erzeugt, welches im Verstärker 9 verstärkt wird und zur Kompensation der Lastspule 4 zugeführt wird. Aus der Lastspule 4 gelangt dieses Signal über die Präzi-i5 sionswiderstandsschaltung 10 zum Integrator 11.

Dieser Integrator 11 steht über einen Widerstand 12 und einen Schalter 30 in einer A/D-Wandlersteuerung 14 mit einer Referenzspannungsquelle 29 in Verbindung. Diese Referenzspannungsquelle kann beispielsweise zur Abintegration dem 20 Integrator 11 eine in der Polarität entgegengesetzte Spannung zuleiten. Der sich hierbei einstellende Zustand des Integrators 11 wird mit einem nachgeschalteten Komparator 13 gemessen und logisch der zentralen A/D-Wandlersteuerung 14 zugeführt. Diese Wandlersteuerung 14 bildet eine dem logischen 25 Messwert entsprechende Impulsmenge, und diese Impulsmenge wird im Zähler 15 summiert und im Rechner 16 weiterverarbeitet.

Die Bezugs- oder Referenzwaage weist eine Bezugsspule 5 auf, die in den Luftspalt eintaucht, der vom gleichen Dauer-30 magneten 2 und Kern 3 gebildet wird. Diese Bezugsspule 5 wird durch eine Parallelführung 7 geführt und trägt ein Bezugsgewicht mr, welches beispielsweise konstant sein kann. Die Lage der Spule 5 wird vom Lagensensor 17 gemessen, und es wird wiederum in an sich bekannter Weise ein entspre-35 chendes Signal erzeugt und im Verstärker 18 verstärkt und durch die Bezugsspule 5 über den Präzisionswiderstand 19 einem Integrator 20 zugeführt. Dieser Integrator 20 ist ebenfalls über den Schalter 30 mit der gleichen Referenzspannungsquelle 29 verbunden, die zur Abintegration diesem Integrator io 20 ein in der Polarität entgegengesetztes Signal über den Widerstand 21 zuführt. Der hierbei erreichte Zustand des Integrators 20 wird mit einem nachgeschalteten Komparator 22 gemessen und logisch der zentralen A/D-Wandlersteuerung 14 zugeführt, die eine dem logischen Messergebnis entspre-45 chende Impulsmenge erzeugt und dem Zähler 23 zur Summierung zuführt, wobei diese Impulsmenge dann vom Rechner 16 weiterverarbeitet wird.

Der Rechner 16 bildet in bekannter Weise den Quotienten aus den beiden Messwerten der Zähler 15 und 23, und das Er-50 gebnis wird an der Anzeige 24 und am Datenausgang 24 zur Verfügung gestellt.

Wie Fig. 2 zeigt, ist der Rechner 16 schematisch über eine Leitung 41 mit der A/D-Wandlersteuerung 14 verbunden, und diese Verbindung dient zur Steuerung des Doppelschal-55 ters 30. Dieser Doppelschalter 30 weist zwei parallele gleichzeitig miteinander bewegbare Schaltarme 32 und 33 auf. Ein gleichliegendes Ende dieser Schaltarme 32 und 33 ist, wie bei 31 gezeigt, miteinander verbunden und diese Enden stehen gemeinsam mit der Referenzspannungsquelle 29 in Verbindung. 60 Es sind im Schalter 30 zwei Schaltpole 34 und 35 vorgesehen, und von diesen Schaltpolen 34 und 35 führen Leitungen zu den Integratoren 11 und 20. Der Schalter ist in seiner Öffnungsstellung dargestellt. In dieser Stellung sind die beiden Integratoren 11 und 20 gleichzeitig von der gemeinsamen 65 Spannungsquelle 29 getrennt. Wenn durch den Rechner 16 der Doppelschalter 30 in seine Schliessstellung gebracht wird, in welcher die Kontaktarme 32 und 33 die Kontaktpole 34 und 35 berühren, so werden die beiden Integratoren 11 und 20

637 473 4

gleichzeitig mit der Referenzspannungsquelle 29 verbunden Die Widerstände 10,19,12 und 21 können bei einer ent-

und können gleichzeitig mit der Integration der getrennt zuge- sprechenden Auslegung der Schaltung entfallen.

führten Signale beginnen. Wenn der Schalter 30 in die dargestellte Öffnungsstellung gebracht wird, so werden die beiden Die Anzahl und der zeitliche Zusammenhang der Teil-Integratoren 13 und 22 von der Referenzspannungsquelle 29 5 messergebnisse werden vorteilhafterweise vom Rechner beabgeschaltet, und die Integration wird beendet. stimmt.

C

2 Blatt Zeichnungen

Claims

637 473

PATENTANSPRÜCHE

1. Waage mit einem elektromagnetisch kompensierten Lastsystem und einem elektromagnetisch kompensierten Bezugssystem, bei der im Lastpfad auftretende oder abgeleitete Signale zu im Bezugspfad auftretenden oder abgeleiteten Signalen zur Gewinnung von Anzeigewerten in Bezug gesetzt werden, gekennzeichnet durch je einen A/D-Wandler (27,28), denen die Signale des Lastpfades (25) bzw. des Bezugspfades (26) zugeführt werden, und einer A/D-Wandlersteuereinrich-tung (14), welche die beiden A/D-Wandler (27,28) so steuert, dass die Signale der beiden Pfade (25,26), gleichzeitig beginnend und gleichzeitig endend, miteinander zeitlich koinzident verarbeitet werden.
2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide A/D-Wandler (27,28) mit einer gleichen Referenzspannungsquelle (29) verbunden sind.
3. Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannungsquelle (29) die entgegengesetzte Polarität zu den Signalen auf dem Last- und Referenzpfad (25,26) aufweist.
4. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem A/D-Wandler (27,28) je ein Zähler (15,23) nachgeschaltet ist, deren Zählstellung, gegebenenfalls nach einer Verarbeitung mit einem Rechner (16), einer Anzeige (24) bzw. einem Datenausgang zugeführt wird.
5. Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung im Rechner (16) eine Quotientenbildung aus den Werten der Zähler (15,23) ist.
6. Waage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage einer Lastspule (4) im zugeordneten Magnetluftspalt von einem Lagensensor (8) feststellbar und ein entsprechendes Signal über die Lastspule (4) einem Integrator (11) zuführbar ist, dem zur Abintegration eine Referenzspannung aus der gemeinsamen Referenzspannungsquelle (29) zuleitbar und dessen Ausgang mit der A/D-Wand-lersteuerung (14) verbunden ist.
7. Waage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lagensensor (8) und der Lastspule (4) ein Verstärker (9) für das Signal eingeschaltet ist.
8. Waage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Integrator (11) eine Präzisionswiderstandsschaltung (10) vorgeschaltet ist.
9. Waage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Integrator (11) und der Referenzspannungsquelle (29) ein Widerstand (12) eingeschaltet ist.
10. Waage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Integrator (11) ein dessen Integrationszustand messender Komparator (13) nachgeschaltet ist, der einen entsprechenden logischen Messwert an die A/D-Wandlersteuerung (14) abgibt, die eine dem Messergebnis entsprechende Impulsmenge dem zugeordneten Zähler (15) zuführt.
11. Waage nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage einer Bezugsspule (5) im zugeordneten Magnetluftspalt von einem Lagensensor (17) feststellbar und ein entsprechendes Signal über die Bezugsspule (5) einem Integrator (20) zuführbar ist, dem zur Abintegration eine Referenzspannung aus der Referenzspannungsquelle (29) zuleitbar und dessen Ausgang mit der A/D-Wand-lersteuerung (14) verbunden ist.
12. Waage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lagensensor (17) und der Bezugsspule (5) ein Verstärker (18) für das Signal eingeschaltet ist.
13. Waage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Integrator (20) eine Präzisionswiderstandsschaltung (19) vorgeschaltet ist.
14. Waage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeinet, dass zwischen dem Integrator (20) und der Re-ferenzspannüngsquelle (29) ein Widerstand (21) eingeschaltet ist.
15. Waage nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch 5 gekennzeichnet, dass dem Integrator (20) ein dessen Integrationszustand messender Komparator (22) nachgeschaltet ist, der einen entsprechenden logischen Messwert an die A/D-Wandler Steuerung (14) abgibt, die eine dem Messergebnis entsprechende Impulsmenge dem zugeordneten Zähler (23)

io zuführt.
16. Waage nach Anspruch 10 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der A/D-Wandlersteuerung (14) ein Doppelschalter (30), der von den Komporatoren (13,22) schaltbar ist, angeordnet ist und dass dessen eine Seite (31) mit der Reis ferenzspannungsquelle (29) verbunden ist und dessen beide

Schaltelemente (32,33) mit Anschlusspolen (34,35) verbindbar sind, von denen aus Leitungen zu den beiden Integratoren (11,20) führen.
17. Waage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, 20 dass sich die aus der Öffnungszeit und der Schliesszeit der

Schaltelemente (32,33) ergebende Schaltfrequenz wesentlich höher liegt als die mechanische Resonanzfrequenz des Lastsystems und des Referenzsystems.
18. Waage nach Anspruch 6 und 11, dadurch gekenn-

25 zeichnet, dass die Lastspule (4) und die Bezugsspule (5) in einem gemeinsamen Dauermagnetsystem (2,3) angeordnet sind.
19. Waage nach einem der Ansprüche 11 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsspule (5) eine konstante Last

30 (mr) trägt.