CH648121A5

CH648121A5 - DEVICE FOR MEASURING FORCES, IN PARTICULAR WEIGHTS.

Info

Publication number: CH648121A5
Application number: CH711480A
Authority: CH
Inventors: Werner Dipl-Ing Zumbrunn
Original assignee: Werner Zumbrunn Dipl El Ing
Priority date: 1980-09-23
Filing date: 1980-09-23
Publication date: 1985-02-28
Also published as: DE3136171C2; DE3136171A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäss dem Ober- den noch merkbare Messfehler und insbesondere Linearitäts- The invention relates to a device according to the above still noticeable measurement errors and in particular linearity

begriff des Anspruchs 1. abweichungen entstehen. Concept of claim 1. Deviations arise.

Bekannte Waagen weisen eine bewegbar von einem Ge- Dieses Ziel wird durch eine Einrichtung der einleitend ge- Known scales have a movable one from a device.

stell gehaltene Waagschale, einen Lagesensor, um deren Lage nannten Art gelöst, wobei die Erfindung ausgehend von der bezüglich des Gestells zu ermitteln, und einen elektrodynami- 65 aus der Schweizerpatentschrift 613 279 bekannten Einrich- weighing pan, a position sensor to solve its position, the invention being determined on the basis of that relating to the frame, and an electrodynamic device known from Swiss Patent 613,279.

schen Kraftkompensator auf, der aus einem am Gestell befe- tung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet ist. On the force compensator, which is characterized by the features of claim 1 from a fixation on the frame.

stigten Permanentmagneten und einer bezüglich diesem be- Zweckmässige Ausgestaltungen der Einrichtung ergeben wegbaren, mit der Waagschale verbundenen Spule gebildet sich aus den abhängigen Ansprüchen. The permanent magnets and a configuration of the device which is expedient with respect to this result in a movable coil connected to the weighing pan, which is formed from the dependent claims.

Bei der Benutzung der erfindungsgemässen Einrichtung kann den Wicklungen zusätzlich zu dem zur Kraftkompensation dienenden Gleichstrom bzw. den zur Kraftkompensation dienenden Gleichströmen mindestens noch ein Wechselstrom zugeführt werden, der in Abhängigkeit von der zu messenden und zu kompensierenden Kraft derart eingestellt wird, dass die im Kraftkompensator anfallende Gesamt-Verlustwärme-leistung von der Grösse der Kraft unabhängig ist. Dieser Wechselstrom kann derart durch die Wicklungen geschickt werden, dass sich seine Wechseldurchflutungen im wesentlichen kompensieren. Es werden daher auch fast keine Wechselkräfte erzeugt. When using the device according to the invention, in addition to the direct current serving for force compensation or the direct currents serving for force compensation, the windings can be supplied with at least one alternating current which is set in dependence on the force to be measured and compensated in such a way that the force accumulating in the force compensator Total heat loss is independent of the size of the force. This alternating current can be sent through the windings in such a way that its alternating floodings essentially compensate each other. Therefore, almost no alternating forces are generated.

Es ist zwar bei der praktischen Verwirklichung der Einrichtung im allgemeinen kaum möglich, Wicklungen derart herzustellen, dass der diese durchströmende Wechselstrom bzw. die diese durchströmenden Wechselströme sich vollständig kompensierende Durchflutungen erzeugen. Die sich nicht kompensierenden Reste der Wechseldurchflutungen und Wechselkräfte können jedoch ohne weiteres sehr viel kleiner gehalten werden, als die bei einer Waage gemäss der deutschen Auslegeschrift 27 22 093 entstehenden Wechseldurchflutungen und -kräfte. In the practical implementation of the device, it is in general hardly possible to produce windings in such a way that the alternating current flowing through them or the alternating currents flowing through them produce completely compensating floodings. However, the non-compensating residues of the alternating flow and forces can easily be kept much smaller than the alternating flows and forces that occur in a balance according to German specification 27 22 093.

Da es sich bei den bei der erfindungsgemässen Einrichtung verbleibenden, d.h. nicht-kompensierten Wechselkräften eben um Kräfte handelt, deren Richtungen abwechselnd ändern, kompensieren sie sich bei Mittelung über eine ganze Periode. Im Gegensatz zu der aus der schweizerischen Patentschrift 613 279 bekannten Waage, bei der Bifilaritäts-Abweichungen eine beträchtliche Nichtlinearität zurFolge haben, bewirken kleine Ungleichheiten der Wicklungen bei der erfindungsgemässen Einrichtung keine merkbare Nichtlinearität. Since the remaining in the device according to the invention, i.e. non-compensated alternating forces are forces whose directions change alternately, they compensate when averaged over an entire period. In contrast to the balance known from the Swiss patent specification 613 279, in which bifilarity deviations result in considerable non-linearity, small inequalities in the windings do not produce any noticeable non-linearity in the device according to the invention.

Der Erfindungsgegenstand soll nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. In der Zeichnung zeigen die Figur 1 einen schematischen Schnitt durch eine Waage sowie ein Blockschema von deren Elektronikteil, The object of the invention will now be explained with reference to an embodiment shown in the drawing. 1 shows a schematic section through a balance and a block diagram of its electronic part,

die Figur 2 einen Schnitt durch einen Abschnitt der Spulen-Wicklungen, in grösserem Massstab, 2 shows a section through a section of the coil windings, on a larger scale,

die Figur 3 ein Schaltschema von einigen Elementen des Elektronikteils, 3 shows a circuit diagram of some elements of the electronic part,

die Figur 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des zeitlichen Verlaufs verschiedener Ströme beim Wägen einer Last und die Figur 5 ein dem in der Figur 4 dargestellten Diagramm entsprechendes Diagramm, aber beim Wägen einer schweren Last. 4 shows a diagram to illustrate the time profile of different currents when weighing a load; and FIG. 5 shows a diagram corresponding to the diagram shown in FIG. 4, but when weighing a heavy load.

In der Figur 1 ist eine Einrichtung zum Messen von Kräften, nämlich eine Waage dargestellt. Diese weist ein Gehäuse auf, das zusammen mit den Teilen 3,5 und weiteren, starr miteinander verbundenen Teilen den festen Support 1 der Waage bildet. An diesem ist mit einer Parallelführung bildenden und mit Biegegelenken 9 versehenen Lenkern 7 ein Kraftaufnehmer 11 vertikal bewegbar gehalten, der an seinem oberen Ende mit einer Waagschale 13 zum Tragen der zu wägenden Last versehen ist. FIG. 1 shows a device for measuring forces, namely a balance. This has a housing which, together with the parts 3, 5 and other parts which are rigidly connected to one another, forms the fixed support 1 of the balance. A force transducer 11, which is provided at its upper end with a weighing pan 13 for carrying the load to be weighed, is held vertically movably on this with a parallel guide forming and provided with bending joints 9.

Ein als Ganzes mit 21 bezeichneter, elektrodynamischer Kraftkompensator weist einen am Support-Teil 3 befestigten Magneten 23 auf, der als Topfmagnet ausgebildet ist und einen permanentmagnetischen Kern 25 aufweist, während der eigentliche Topf aus magnetisch weichem Material besteht. Der eine Rand des Topfes begrenzt zusammen mit einer am freien Ende des Kerns 25 angeordneten Polscheibe einen kreisringförmigen Luftspalt 27. Der Kraftkompensator 21 weist ferner eine Spule 29 mit einem starr am Kraftaufnehmer 11 befestigten, aus nicht-ferromagnetischem Material bestehenden Spulenkörper 31 und zwei sich mindestens im wesentlichen im Luftspalt 27 befindenden Wicklungen 33 und 35 auf. Die beiden Anschlüsse der Wicklung 33 sind mit 33a und An electrodynamic force compensator, designated as a whole by 21, has a magnet 23 fastened to the support part 3, which is designed as a pot magnet and has a permanent magnetic core 25, while the actual pot consists of magnetically soft material. One edge of the pot, together with a pole disk arranged at the free end of the core 25, delimits an annular air gap 27. The force compensator 21 also has a coil 29 with a coil body 31 made of non-ferromagnetic material and rigidly attached to the force transducer 11, and at least two windings 33 and 35 located essentially in the air gap 27. The two connections of the winding 33 are 33a and

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33b und die beiden Anschlüsse der Wicklung 35 mit 35a und 35b bezeichnet. 33b and the two connections of the winding 35 with 35a and 35b.

Die beiden Spulen-Wicklungen 33 und 35 sind räumlich möglichst nahe beieinander angeordnet. Die beiden Wicklun-5 gen 33,35 sind ferner derart ausgebildet, dass sie, wenn sie von identischen Gleichströmen gleichsinnig durchströmt werden, Magnetfelder erzeugen, die in bezug auf ihre Stärke und räumliche Verteilung möglichst identisch sind. Insbesondere sollen die zwei parallel zur Achse der Mehrfach-Spule 29 ge-io richteten Kräfte, die infolge der Wechselwirkung zwischen den von den Wicklungen erzeugten Magnetfeldern mit dem vom Magnet 23 erzeugten Feld entstehen, im wesentlichen die gleiche Richtung und Grösse haben. Die genannten Kräfte sollen dabei höchstens 20%, zweckmässigerweise höchstens 15 10%, vorzugsweise höchstens 2% voneinander abweichen. Des weitern soll die induktive Kopplung zwischen den beiden Wicklungen 33 und 35 möglichst gross sein. Der Kopplungsfaktor soll mindestens 0,8, vorzugsweise mindestens 0,9 und beispielsweise 0,98 bis 1 betragen. Ferner sind auch die ohm-20 sehen Widerstände der beiden Wicklungen mindestens annähernd gleich gross. The two coil windings 33 and 35 are spatially arranged as close as possible to one another. The two windings 5, 33, 35 are also designed in such a way that, when identical direct currents flow through them in the same direction, they generate magnetic fields that are as identical as possible in terms of their strength and spatial distribution. In particular, the two forces directed parallel to the axis of the multiple coil 29, which arise as a result of the interaction between the magnetic fields generated by the windings and the field generated by the magnet 23, should have essentially the same direction and magnitude. The forces mentioned should deviate from each other by at most 20%, expediently at most 15 10%, preferably at most 2%. Furthermore, the inductive coupling between the two windings 33 and 35 should be as large as possible. The coupling factor should be at least 0.8, preferably at least 0.9 and for example 0.98 to 1. Furthermore, the ohm-20 resistances of the two windings are at least approximately the same size.

Die beiden Wicklungen 33 und 35 haben zweckmässigerweise die gleiche Anzahl Windungen. Sie können beispielsweise gemäss der Figur 2 derart gewickelt sein, dass in jeder 25 Lage der Wicklung jeweils eine Windung 33c der Wicklung 33 neben einer Windung 35c der Wicklung 35 hegt. Eine andere Möglichkeit bestände darin, die beiden Wicklungen derart anzufertigen, dass abwechselnd eine Lage Windungen der Wicklung 35 und eine Lage Windungen der Wicklung 33 auf-3o einanderfolgen. The two windings 33 and 35 expediently have the same number of turns. For example, they can be wound according to FIG. 2 in such a way that in each 25 position of the winding there is one turn 33c of the winding 33 next to one turn 35c of the winding 35. Another possibility would be to manufacture the two windings in such a way that one layer of turns of winding 35 and one layer of turns of winding 33 follow one another in alternation.

Die Waage ist mit einem Elektronikteil 41 versehen. Dieser weist eine mit dem Lagesensor 37 verbundene Lage-Erfas-sungs-Schaltung 43 auf. Deren Ausgang ist mit einem Gleichstromregler 45 verbunden. Eine als Ganzes mit 47 bezeichne-35 te, steuerbare Wechselstromquelle weist einen steuerbaren Impulsgeber 49 und einen Stromwandler 51 mit einer mit dem Ausgang des Impulsgebers 49 verbundenen Primärwicklung 51a und einer Sekundärwicklung 51b auf. Die beiden End-Anschlüsse der Sekundärwicklung 51b sind mit 51c bzw. 51d « bezeichnet. Der End-Anschluss 51c ist mit dem einen An-schluss 33a der Spulen-Wicklung 33 und der End-Anschluss 51d mit dem Anschluss 35a der Spulen-Wicklung 35 verbun- • den. Die Sekundärwicklung 51b ist ferner noch mit einer Mittel-Anzapfung 5le versehen, die an den Ausgang des Gleich-45 stromreglers 45 angeschlossen ist. Die beiden andern Anschlüsse 33b und 35b der Wicklung 33 bzw. 35 sind miteinander und über eine Strom-Mess-Schaltung 53, die unter anderem einen Analog/Digital-Wandler enthält, mit der elektrischen Masse verbunden. Der Ausgang des Analog/Digital-50 Wandlers ist mit einem digitalen Anzeigeteil 55 verbunden. Ein Ausgang der Strom-Mess-Schaltung 53 ist mit dem Eingang des Impulsgebers 49 verbunden. The scale is provided with an electronic part 41. This has a position detection circuit 43 connected to the position sensor 37. Its output is connected to a DC regulator 45. A controllable alternating current source, designated as a whole by 47, has a controllable pulse generator 49 and a current converter 51 with a primary winding 51a and a secondary winding 51b connected to the output of the pulse generator 49. The two end connections of the secondary winding 51b are designated 51c and 51d «. The end connection 51c is connected to the one connection 33a of the coil winding 33 and the end connection 51d to the connection 35a of the coil winding 35. The secondary winding 51b is also provided with a center tap 5le which is connected to the output of the direct current regulator 45. The two other connections 33b and 35b of the winding 33 and 35 are connected to one another and to the electrical ground via a current measuring circuit 53, which contains, among other things, an analog / digital converter. The output of the analog / digital 50 converter is connected to a digital display part 55. An output of the current measuring circuit 53 is connected to the input of the pulse generator 49.

Der Impulsgeber 49 weist eine in der Figur 3 dargestellte Konstant-Gleichstromquelle 61 auf, deren Ausgang über ein 55 beispielsweise elektronisches Schaltorgan 63 wahlweise direkt oder über die Stromwandler-Primärwicklung 51a mit der elektrischen Masse verbindbar ist. Die von einem Ausgang der Strom-Mess-Schaltung 53 zum Impulsgeber 49 führende Verbindung ist mit dem Steuer-Eingang eines zum Impulsge-6o ber 49 gehörenden Zeitgebers 65 verbunden. Dessen Ausgang ist mit dem Steuer-Eingang des Schaltorgans 63 verbunden. The pulse generator 49 has a constant direct current source 61 shown in FIG. 3, the output of which can be connected to the electrical ground via a 55 electronic switching element 63, for example, either directly or via the primary transformer winding 51a. The connection leading from an output of the current measuring circuit 53 to the pulse generator 49 is connected to the control input of a timer 65 belonging to the pulse generator 49. Its output is connected to the control input of the switching element 63.

Bei unbelasteter Waagschale 13 befindet sich der Kraftaufnehmer 11 und die Mehrfach-Spule 29 bezüglich des Supports 1 in einer vorgegebenen Ruhelage. Wenn nun eine zu 65 wägende Last auf die Waagschale 13 gebracht wird, ist diese Last bestrebt, den Kraftaufnehmer und die Spule nach unten auszulenken. Diese Auslenkung wird mittels des Lagesensors 37 erfasst. Der Regler 45 führt dann der Mittel-Anzapfung When the weighing pan 13 is not loaded, the force transducer 11 and the multiple coil 29 are in a predetermined rest position with respect to the support 1. If a load weighing 65 is now placed on the weighing pan 13, this load tends to deflect the load cell and the coil downward. This deflection is detected by means of the position sensor 37. The controller 45 then performs the medium tap

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51e der Stromwandler-Sekundärwicklung 51b einen Gleich- den Last auf die Waagschale auf einen zeitlich konstanten ström I] zu. Dieser wird in zwei mindestens annähernd gleich Wert eingeregelt worden ist. 51e, the current transformer secondary winding 51b is subjected to a constant load on the weighing pan at a current I] which is constant over time. This is set in two at least approximately the same value.

grosse Teile aufgezweigt, von denen jeder durch eine der Der Impulsgeber 49 führt der Primärwicklung 51a des large parts branched out, each of which passes through one of the pulse generator 49 leads the primary winding 51a

Wicklungen 33 bzw. 35 hindurch geleitet wird. Bei den An- Stromwandlers eine Folge von Rechteck-Impulsen zu. Der schlüssen 33b, 35b werden die beiden Gleichstrom-Teile wie- 5 zeitliche Stromverlauf dieser Impulsfolge ist in den mittleren der vereinigt und gelangen dann über die Strom-Mess-Schal- Diagrammen der Figuren 4 und 5 dargestellt, wobei der tung 53 und die elektrischen Masseverbindungen zum Regler Strom, der immer die gleiche Polarität hat, mit I2 bezeichnet 45 zurück. Die beiden Gleichstrom-Hälften erzeugen in der ist. Die Rechteck-Impulse wiederholen sich unabhängig von Spule 29 zwei weitgehend identische, magnetische Felder, die der Grösse des zu wägenden Gewichts und des Gleichstroms zusammen mit dem vom Magneten 23 erzeugten Magnetfeld io Ii nach einer konstanten Periodendauer T. Ferner hat auch eine der Auslenkung des Kraftaufnehmers 11 entgegenwir- die Impulshöhe oder Stromamplitude unabhängig von der kende Kraft erzeugen. Der Regler 45 regelt den Gleichstrom Grösse des Stroms L den konstanten Wert I0. Dagegen steuert L derart, dass der Kraftaufnehmer auch bei belasteter Waag- der Zeitgeber 65 das Schaltorgan 63 derart, dass die Impulsschale praktisch in seiner Ruhelage bleibt. Der Gleichstrom Ii dauer d gemäss der folgenden Beziehung von der Grösse des ist proportional zum Gewicht der sich auf der Waagschale be- is Gleichstroms I, abhängig ist: Windings 33 and 35 is passed through. In the case of the current transformer, a sequence of rectangular pulses. The conclusions 33b, 35b are the two direct current parts. The current flow of this pulse sequence is combined in the middle one and then reached via the current measuring circuit diagrams of FIGS. 4 and 5, the device 53 and the electrical ones Ground connections to the current controller, which always has the same polarity, labeled I2 45. The two direct current halves generate in the is. The rectangular pulses are repeated independently of coil 29, two largely identical magnetic fields, the size of the weight to be weighed and the direct current together with the magnetic field io Ii generated by the magnet 23 after a constant period T. Furthermore, one of the deflections of the Force transducer 11 opposing- generate the pulse height or current amplitude regardless of the kend force. The regulator 45 regulates the direct current magnitude of the current L the constant value I0. In contrast, L controls such that the force transducer, even when the scale is loaded, the timer 65, the switching element 63 in such a way that the pulse shell practically remains in its rest position. The direct current Ii duration d is dependent on the size of the in accordance with the following relationship and is proportional to the weight of the direct current I on the weighing pan:

findenden Last. (Falls die Waage derart konzipiert sein sollte, finding load. (If the scale is designed in this way,

dass bereits bei lastfreier Waagschale ein Gleichstrom fliesst, d=(l +Ii/I0) T/2. that a direct current already flows with a load-free weighing pan, d = (l + Ii / I0) T / 2.

ist mindestens noch der Differenzstrom zwischen belastetem und unbelastetem Zustand proportional zum Gewicht.) Die Die untersten Diagramme der Figuren 4 und 5 zeigen den the differential current between the loaded and unloaded state is at least proportional to the weight.) The bottom diagrams of FIGS. 4 and 5 show the

Strom-Mess-Schaltung 53 führt dann dem Anzeigeteil 55 ein 20 zeitlichen Verlauf des Wechselstroms I3, der in der Sekundär-die Grösse von I[ darstellendes Digital-Signal zu, so dass der Wicklung 51b dem Gleichstrom L überlagert wird. Die PeriAnzeigeteil das Gewicht der zu messenden Last anzeigt. Die odendauer dieses Wechselstroms ist gleich der Periodendauer Waage ist im übrigen derart konzipiert, dass der Betrag des T der in den mittleren Diagrammen dargestellten Impulsfol-Gleichstroms im vorgesehenen Wägebereich unter einem ge. Die den Wechselstrom bildenden, aufeinanderfolgenden, Current measuring circuit 53 then supplies the display part 55 with a temporal course of the alternating current I3, which is a digital signal representing the magnitude of I [so that the winding 51b is superimposed on the direct current L. The display part shows the weight of the load to be measured. The od duration of this alternating current is equal to the period duration of the balance. The rest of the balance is designed in such a way that the amount of the T of the pulse sequence direct current shown in the middle diagrams in the intended weighing range is less than one ge. The successive,

Wert I0 bleibt. 2s positiven und negativen Impulse sind, wenn I) nicht gerade Value I0 remains. 2s are positive and negative impulses if I) are not straight

Den beiden Wicklungen 33,35 wird nun zusätzlich zum den Wert Null hat, voneinander verschieden, und zwar umso Gleichstrom von den beiden End-Anschlüssen 5 lc, 5 ld der mehr, je grösser der Betrag von L ist. Die Dauer der einen Im-Stromwandler-Sekundärwicklung 51b her noch ein Wechsel- pulse des Wechselstroms nämlich im gezeichneten Fall die ström zugeführt, dessen momentane Grösse den Wert I3 habe. Dauer der positiven Impulse, ist gleich der Dauer d, während Der Wechselstrom tritt beispielsweise beim Anschluss 33a in 30 die Dauer der negativen Impulse die Grösse T-d hat. die Wicklung 33 ein, durchströmt zuerst die Wicklung 33 und Die von den Gleichstrom-Teilen und dem diesen überla-danach im entgegengesetzten Umlauf- oder Drehsinn die gerten Rechteck-Impuls-Wechselstrom in den beiden Wick-Wicklung 35, aus der er beim Anschluss 35a wieder austritt. lungen 33,35 insgesamt freigesetzte Wärmeleistung ist nun Der momentane Strom hat also beispielsweise in der Wiek- eben so gross, dass ihr über eine oder mehrere Perioden gemit-lung 33 die Grösse It/2+13 und in der Wicklung 35 die Grösse 35 telter Mittelwert einen konstanten Wert hat. Dadurch wird I]/2 -13. gewährleistet, dass die von den Gleichstrom-Teilen allein er zeugte, von der Grösse I] abhängige Verlustwärme keine Wie erwähnt, ist der Kopplungsfaktor der beiden Wiek- Messfehler verursacht. In addition to having the value zero, the two windings 33, 35 are now different from one another, specifically the more direct current from the two end connections 5 lc, 5 ld, the larger the amount of L, the more. The duration of the in-current transformer secondary winding 51b is still an alternating pulse of the alternating current, namely in the case shown the current, the current size of which has the value I3. The duration of the positive pulses is equal to the duration d, while the alternating current occurs, for example, at connection 33a in 30, the duration of the negative pulses has the size T-d. the winding 33, first flows through the winding 33 and the rectified pulse alternating current in the two winding 35, from which it flows at the connection 35a emerges again. The total heat output released is 33.35. The current, for example, is so large in weight that it has the size It / 2 + 13 over one or more periods and the size 35 in winding 35 Mean has a constant value. This makes I] / 2 -13. ensures that the heat generated by the DC parts alone, which depends on the size I], is none. As mentioned, the coupling factor of the two Wiek measurement errors is caused.

lungen 33,35 mindestens annähernd gleich 1. Da die beiden Da der Wechselstrom die beiden Wicklungen 33,35 in lungs 33.35 at least approximately equal to 1. Since the two Da the alternating current the two windings 33.35 in

Spulen für den Wechselstrom I3 gegengekoppelt sind, hat ihre 40 entgegengesetztem Dreh- bzw. Umlaufsinn durchströmt und Induktivität für den Wechselstrom annähernd den Wert Null, da die beiden Wicklungen 33,35 im übrigen soweit als mög-Die beiden Wicklungen stellen daher für den Wechselstrom lieh identisch sind, kompensieren sich die vom Wechselstrom einen annähernd rein ohmschen Widerstand dar. Dement- erzeugten Wechsel-Magnetfelder in jedem Zeitpunkt annä-sprechend verursachen sie auch keine merkbaren Phasenver- hernd. Falls wegen geringfügigen Unterschieden der beiden Schiebungen, so dass unter anderem die Phasenwinkel der an 45 Wicklungen 33,35 in diesen ein kleines magnetisches Wech-den beiden Wicklungsanschlüssen 33a, 3 5a anliegenden selfeld entstehen sollte, kann dieses zusammen mit dem vom Coils for the alternating current I3 are fed through, has flowed through their 40 opposite sense of rotation or circulation and the inductance for the alternating current is approximately zero, since the two windings 33, 35 are otherwise as far as possible. The two windings therefore borrowed for the alternating current are identical, the alternating current compensates for an almost purely ohmic resistance. As a result, alternating magnetic fields generated at any time do not cause any noticeable phase loss. If, owing to slight differences between the two shifts, so that, among other things, the phase angle of the small magnetic change present at 45 windings 33, 35 in these, the two winding connections 33a, 35a should arise, this can be done together with that of

Wechselspannungen praktisch genau 180° gegeneinander ver- Magneten 23 erzeugten, statischen Feld an der Spule 31 anschoben sind. greifende Wechselkräfte erzeugen. Diese sind jedoch minde- Alternating voltages practically exactly 180 ° against each other, generated magnetic field 23 are pushed onto the coil 31. generate gripping alternating forces. However, these are

Die durch die beiden Wicklungen 33,35 strömenden stens im allgemeinen viel kleiner als die infolge des Gleich- The currents flowing through the two windings 33, 35 are generally much smaller than those due to the

Gleichstrom-Teile und der ihnen überlagerte Wechselstrom I3 50 Stroms Ii auftretenden Kräfte. Im übrigen mittein sich die erzeugen in den beiden Wicklungen 33,35 Wärme. Wechselkräfte bei Mitteilung über eine Periode oder über Direct current parts and the superimposed alternating current I3 50 current Ii forces occurring. Incidentally, they generate heat in the two windings 33, 35. Alternating forces when communicating over a period or over

Der Wechselstrom wird nun derart gesteuert, dass die mehrere Perioden aus. Die Frequenz des Wechselstroms beSumme der in den beiden Spulen-Wicklungen 33,35 erzeug- trägt zweckmässigerweise mindestens 100 Hz und höchstens ten Wärmeleistungen bei Mitteilung über eine ganze Wechsel- etwa 10 bis 20 kHz. Der Kraftaufnehmer 11 vermag dann we-stromperiode für alle unterhalb IQ liegenden Werte des 55 gen seiner mechanischen Trägheit und der verschiedenen The alternating current is now controlled so that the several periods are off. The frequency of the alternating current, the sum total of those generated in the two coil windings 33, 35, expediently carries at least 100 Hz and at most ten thermal outputs when communicating an entire alternation, approximately 10 to 20 kHz. The force transducer 11 is then able to carry out the current period for all values below the IQ of the mechanical inertia and the various

Gleichstroms einen konstanten Wert hat. Dämpfungswirkungen den Wechselkräften praktisch nicht zu DC has a constant value. Damping effects practically do not affect the alternating forces

Die Steuerung des Wechselstroms soll anhand der Figu- folgen. The control of the alternating current should follow the figures.

ren 4 und 5 erläutert werden. Die Figuren 4 und 5 weisen je Die in der Zeichnung dargestellte und beschriebene Waa- ren 4 and 5 are explained. FIGS. 4 and 5 each show the Waa shown and described in the drawing.

drei Diagramme auf, die die Grösse von drei Strömen Ih I2 ge ist zum Wägen von Massen bis in der Grössenordnung von und I3 in Abhängigkeit von der Zeit t veranschaulichen. Die «0 beispielsweise 1 kg vorgesehen. Bei einer derartigen Waage Figur 4 zeigt die Ströme beim Wägen einer relativ leichten ändert der Gleichstrom I) seine Polarität normalerweise nicht Last, bei der der Gleichstrom Ii etwa einen Viertel des vorge- und variiert also zwischen Null und dem beispielsweise positi-sehenen Maximal-Stroms I0 beträgt. Die Figur 5 zeigt dage- ven Maximalwert I0. Bei Waagen, die zum Ermitteln grösse-gen die Ströme für den Fall einer schweren Last, bei deren rer Gewichte dienen, wird zwischen der Waagschale und der Wägung der Gleichstrom Ii ungefähr drei Virtel des vorgese- «s spuie des Kraftkompensators zweckmässigerweise ein Hebel-henen Maximal-Stroms I0 beträgt. In den beiden obersten werk zwischengeschaltet, das die auf die Spule übertragene Diagrammen der Figuren 4 und 5 ist die Grösse des Gleich- Kraft herabsetzt. Bei einer derartigen Waage führt der stroms I] ersichtlich, der nach dem Aufbringen der zu wägen- Gleichstromregler den Wicklungen unter Umständen manch- three diagrams illustrating the magnitude of three currents Ih I2 ge for weighing masses up to the magnitude of and I3 as a function of time t. The "0" provided for example 1 kg. In the case of such a balance, FIG. 4 shows the currents when weighing a relatively light direct current I) normally does not change its polarity load, in which direct current Ii is about a quarter of the one that is present and therefore varies between zero and the positive maximum current, for example Is I0. FIG. 5 shows the maximum value I0. In the case of scales which are used to determine the currents greater in the case of a heavy load and whose weights are used, between the weighing pan and the weighing of the direct current Ii, approximately three virtels of the force compensator provided is expediently levered Maximum current I0. Interposed in the top two works that the diagrams of FIGS. 4 and 5 transferred to the coil reduce the magnitude of the direct force. In the case of such a balance, the current I] leads, which, after the DC regulator to be weighed has been attached, may under certain circumstances

mal einen positiven und manchmal einen negativen Gleichstrom zu. Es sei nun daraufhingewiesen, dass die steuerbare Wechselstromquelle auch bei einer derart modifizierten Waage im wesentlichen gleich ausgebildet sein kann, wie die Wechselstromquelle 47. Dabei ist lediglich dafür zu sorgen, dass der Betrag des Gleichstroms kleiner als I0 bleibt. sometimes a positive and sometimes a negative direct current. It should now be pointed out that the controllable alternating current source can also be designed essentially in the same way as the alternating current source 47, even with such a modified scale. It is only necessary to ensure that the amount of the direct current remains less than I0.

Der zur Konstanthaltung der in der Spule des Kraftkom-pensators anfallenden Wärmeleistung dienende Wechselstrom könnte statt des rechteckförmigen zeitlichen Verlaufs zum Beispiel auch einen sinusförmigen zeitlichen Verlaufhaben. In diesem Fall wäre dann statt der Rechteckbreite beispielsweise die Amplitude in Abhängigheit vom Gleichstrom zu regeln. The alternating current used to keep the heat output in the coil of the force compensator constant could, for example, also have a sinusoidal time profile instead of the rectangular time profile. In this case, instead of the rectangular width, for example, the amplitude would have to be regulated as a function of the direct current.

Des weitern bestände die Möglichkeit, die Spule des Kraftkompensators mit drei Wicklungen auszurüsten und die einen Anschlüsse von allen drei Wicklungen miteinander zu verbinden. Die andern Enden der drei Wicklungen könnten dann mit verschiedenen Polen einer steuerbaren Drehstromquelle verbunden werden. Ferner wäre noch in irgend einer Weise der Gleichstrom für die Kraftkompensation einzuspeisen, wobei es nicht unbedingt erforderlich ist, dass über alle drei Wicklungen ein gleich grosser Gleichstrom-Teil fliesst. Während also bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Spulen-Wicklungen vorhanden sind, in die gewissermassen Wechselströme mit um 180° gegeneinan- Furthermore, there was the possibility to equip the coil of the force compensator with three windings and to connect the one connections of all three windings with one another. The other ends of the three windings could then be connected to different poles of a controllable three-phase source. Furthermore, the direct current for the force compensation would still have to be fed in in some way, it not being absolutely necessary that an equally large direct current part flows over all three windings. So while there are two coil windings in the embodiment shown in the drawing, in which to a certain extent alternating currents with each other by 180 °

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der verschobenen Phasenwinkeln eingespiesen werden, würden den drei Spulen-Wicklungen bei der Drehstromvariante um Phasenwinkel von 120° gegeneinander verschobene Wechselströme zugeführt. Bei entsprechender Steuerung der Drei-s phasen-Wechselströme könnte auch eine Konstanthaltung der Wärmeleistung erzielt werden, ohne dass durch die Wechselströme Magnetfelder erzeugt würden. of the shifted phase angles would be fed to the three coil windings in the three-phase variant with alternating currents shifted against one another by a phase angle of 120 °. With appropriate control of the three-phase alternating currents, the heat output could also be kept constant without magnetic fields being generated by the alternating currents.

Man könnte die Spule sogar mit noch mehr als drei Wicklungen ausrüsten und diesen derart Gleichstrom-Teile und io Wechselströme zuführen, dass in den Wicklungen insgesamt eine kraftunabhängige Wärmeleistung freigesetzt wird, ohne dass die Wechselströme Magnetfelder erzeugen. One could even equip the coil with more than three windings and supply it with direct current parts and alternating currents in such a way that overall a force-independent heat output is released in the windings without the alternating currents generating magnetic fields.

Des weitern besteht bei der Verwendung einer Spule mit zwei Wicklungen die Möglichkeit, durch die beiden Wicklun-15 gen je einen Gleichstrom derart hindurch zu schicken, dass die beiden Gleichströme einander entgegengesetzte Magnetfelder erzeugen. Dies erlaubt beispielsweise, sowohl positive als auch negative Kräfte, d.h. Kräfte mit einander entgegengesetzten Richtungen zu kompensieren, indem entsprechend 20 dem Vorzeichen der momentanen Kraft der eine Gleichstrom grösser gemacht wird als der andere. Furthermore, when using a coil with two windings, it is possible to send a direct current through the two windings in such a way that the two direct currents generate opposing magnetic fields. This allows, for example, both positive and negative forces, i.e. Compensate forces with opposite directions by making one direct current greater than the other according to the sign of the instantaneous force.

Ferner sei noch vermerkt, dass der feste Magnet des Kraftkompensators statt eines Permanentmagneten auch eine mit Gleichstrom gespiesene Spule aufweisen könnte, um ein 25 konstantes Magnetfeld zu erzeugen. It should also be noted that the fixed magnet of the force compensator could also have a coil fed with direct current instead of a permanent magnet in order to generate a constant magnetic field.

C C.

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

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PATENT CLAIMS is. Furthermore, a is connected to the position sensor and the coil

1. Device for measuring forces, in particular the electronics part available. During weighing, the coil is weighted with a force compensator (21) which is supplied with a measure by means of a control circuit with an electronic part (23) for the generation of a constant magnetic field and is regulated in such a way that the coil and in an air gap (27 ) and an at least partially in the weighing pan despite the load on the latter in their Ruhela air gap (27), provided with windings (33, 35). The current supplied to the coil is then and with respect to the magnet (23) movable coil (29) is a measure of the weight to be determined.

points, and one connected to the windings (33, 35). If a direct current is supplied to the coil,

Electronics part (41) around this one to compensate a sen size proportional to the weight. Accordingly, the force to be measured acting on the coil (29) is used - the electrical energy converted into heat in the coil

the direct current and also one depending on the power to see with increasing weight. This from the

to supply this variable current in order to generate the heat depending on the importance of heat generated from different coil (29) cause measurement errors regardless of the reasons. There are now various

This means that the direct current used for force compensation is known to be used to keep such measurement errors constant, characterized in that the electronics 15 are to be eliminated.

Part (41) for generating the additional current to be supplied In Swiss Patent 611418, a scale for or of additional currents to be supplied is disclosed to be controllable, in which temperature sensors at various AC sources (47) and that the windings measure the local temperatures , averaged and (33, 35) designed and then connected to the electronic part (41) for the implementation of a correction, so that the operating state changes from one to the other. This solution therefore does not prevent the change in the magnetic fields generated in the coil (29) in each generation of time, and it is also not possible to at least approximately compensate for the point. those resulting from the change in heat generation

2. Device according to claim 1, characterized in that errors are completely switched off.

that the coil (29) has different windings (33, 35). From German specification 27 22 093, one now has one that is known when the same currents flow through the same balance, in which the heat loss generated in the coil

Circulation sense is at least approximately identical magnetic fields me regardless of the size of the load to be weighed. At generate, and that the electronic part (41) with this scale becomes the one used for force compensation

It is connected to windings (33, 35) that in the coil operating state it is not a direct current, but an alternating current with both direct current and alternating positive and negative pulses being produced by each of the latter.

flows through it. 30 performed, the amplitudes independent of the weight

3. Device according to claim 2, characterized, remain stant. By regulating the width ratio between the electronic part (41) and a current transformer (51) with a positive and negative pulse, the primary and secondary windings can have the secondary magnetic field strength winding (51b ) a middle tap (5le) and two end and forces are changed. Since the current Kräf connections (51c, 51d) show that the latter two change their direction at 35 te with each current pulse, a connection (33a, 35a) of two different windings creates strong alternating forces that the bending bearings and other elements gen (33,35) that the other connections of the balance put a heavy load. In addition, disturbing noise (33b, 35b) between the two windings (33, 35) and noise can occur.

are connected to the electronic part (41) and that the last part of the Swiss patent specification 613 279 is provided with circuit means to reduce the direct current necessary for coil winding compensation in addition to the 40 The device, to which a direct current tapping (51e) serving for force compensation and the two halves of the current transformer cable is fed, is to be provided with a second, bifilar coil secondary winding (51b) by the two coil windings. This will be passed through when using the scales (33, 35). a direct current is supplied, the size of which depends

4. Device according to one of claims 1 to 3, thereby «of the weighed weight is such that the sum of the characterized that the different windings (33,35) generated in the two windings are designed such that their coupling factor at least constant size independent of weight. Since a bi-approximate one. filare winding in practice is never really ideal bifilar,

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized by the current supplied to the bifilar winding also shows that the controllable alternating current source (47) still has a certain force which causes a measurement error. Since it has means for generating an alternating current, which is formed from the heat conduction, successive, positive and negative rectangular outputs generated by the currents in the windings, which are proportional to the square of the current, pulse and in which the pulses of one polarity In particular, the desired, linear relationship between the weight and the duration d, which is dependent on the magnitude of the direct current I], is between the load on the weighing pan, while the duration of the pulses of the other SSs lose the current supplied for force compensation. Polarity is equal to the difference T - d, where T is the period. The invention has now set itself the goal of designating a set-up time. to create forces for measuring forces and especially weights, in which the heat generated in the force compensator

measurement losses are independent of the size of the force. Here

60, however, no significant alternating forces are to be generated