CH650335A5 - Kraftmess- oder waegevorrichtung mit elektromagnetischer kraftkompensation und kapazitivem lagensensor. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetisch stens näherungsweise gleich gross sind.

kompensierende Kraftmess- oder Wägevorrichtung mit einer Um gute Ausbreitungsbedingungen für die Wechselspan-

im Luftspalt eines ortsfesten Permanentmagnetsygtems be- nung des kapazitiven Lagensensors auf den Elektroden zu weglichen, auf einem Spulenkörper gewickelten Kompensa- schaffen, wird zweckmässigerweise die Polplatte des Perma-

tionsspule, einem kapazitiven Lagensensor für die Lage der 45 nentmagnetsystems mit einem elektrisch gut leitendem Über-

Kompensationsspule und einem nachgeschalteten Regelver- zug versehen, ebenso die Abdeckplatte, falls sie als dritte stärker, dessen Ausgangsstrom die Kompensationsspule Elektrode benutzt wird.

speist und sie in einer vorgegebenen Nullage zu halten bestrebt ist. Durch die erfmdungsgemässe Ausgestaltung des kapaziti-

50 ven Lagensensors bei einer elektromagnetisch kompensieren-

Elektromagnetisch kompensierende Kraftmess- oder Wä- den Kraftmess- oder Wägevorrichtung entfällt der Einbau ge-gevorrichtungen sind bekannt. Eine Ausführung mit kapaziti- trennter Elektroden vollständig. Ebenso ergibt sich eine gute vem Lagensensor ist zum Beispiel in der US Patentschrift Nr. mechanische Fixierung der gegenseitigen Lage der wichtig-2 680 012 beschrieben. Einen Uberblick über die verschiede- sten Funktionsteile für die elektromagnetische Kraftkompen-nen Bauformen der kapazitiven Lagensensoren gibt z.B. 55 sation, nämlich des Permanentmagnetsystems, der Kompen-Christof Rohrbach im «Handbuch des elektrischen Messen sationsspule und der Elektroden des Lagensensors, so dass mechanischer Grössen» (1967). Meist wird die Kapazitätsän- auch bei Temperaturgradienten oder Erschütterungen eine re-derung zweier Elektroden bei Abstandsänderung ausgenutzt. produzierbare Nullage gewährleistet ist. Ebenso ist die Ab-Bei hoch auflösenden Kraftmess- oder Wägevorrichtungen schirmung einfach und in der Ausgestaltung mit Abdecksind meist 2 Kapazitäten vorgesehen, die sich gegensinnig än- 60 platte für das Permanentmagnetsystem bereits ohne zusätz-dern, um eine höhere Nullpunkt-Stabilität zu erreichen. Eine liehe Teile ausreichend sichergestellt.

Elektrode ist dann am beweglichen Teil der Kraftmess- oder Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren be-

Wägevorrichtung angebracht und kann sich zwischen zwei schrieben.

ortsfesten Elektroden bewegen. Dabei vergrössert sich die Dabei zeigt:

Kapazität der beweglichen Elektrode zu der einen der ortsfe- « Fig. 1 eine Übersicht über eine erfmdungsgemässe Wägesten Elektroden während sich die Kapazität der beweglichen Vorrichtung mit einer ersten Ausgestaltung des kapazitiven Elektrode zu der anderen ortsfesten Elektrode verkleinert. Bei Lagensensors und geringeren Anforderungen an den Lagensensor reichen auch Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Wägevorrichtung analog

Fig. 1 mit einer zweiten Ausgestaltung des kapazitiven Lagensensors.

Der mechanische Teil der Wägevorrichtung, der in Fig. 1 im Schnitt dargestellt ist, besteht aus einem beweglichen Lastaufnehmer 3, der die Lastschale 7 trägt und über zwei Lenker 5 und 6 in Form einer Parallelführung mit dem ortsfesten Teil 1 der Waage verbunden ist. Als Gelenke dienen jeweils Blattfedern 5a, 5b, 6a, 6b an den Enden der Lenker 5 und 6. An einem vorstehenden Arm 3a des Lastaufnehmers 3 ist über ein isolierendes Zwischenstück 8 ein Spulenkörper 9 befestigt, der die Kompensationsspule 11 trägt, die mit dem Feld eines ortsfesten Permenentmagnetsystems 2 in Wechselwirkung steht. Als Elektrode eines kapazitiven Lagensensors wirken der Spulenkörper 9 und die Polplatte 2a des Permanentmagnetsystems 2, die über Leitungen 12a und 12b mit dem Eingang einer Auswerteschaltung 12 verbunden sind, die ein von der Kapazität am Eingang abhängiges Gleichspannungssignal an einen Regel Verstärker 13 weitergibt. Der Regelverstärker 13 liefert den Kompensationsstrom, der über bewegliche Zuleitungen 10 der Spule 11 zugeführt wird und gleichzeitig den Messwiderstand 17 durchfliesst. Am Messwiderstand 17 wird eine stromproportionale Messspannung abgegriffen, in einem Analog/Digital-Wandler 14 digitalisiert, in einer digitalen Rechenschaltung 15 verarbeitet und in einer Digitalanzeige 16 angezeigt. Die elektronischen Baugruppen 12-16 sind jedem Fachmann bekannt und nicht Gegenstand dieser Erfindung, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.

Fig. 2 zeigt das Permanentmagnetsystem und den kapazitiven Lagensensor in einer anderen Ausgestaltung. Dabei besteht der kapazitive Lagensensor aus drei Elektroden, so dass sich eine bessere Nullpunkt-Stabilität ergibt. Der Rand des Permanentmagnetsystems 2 ist in Form eines dünnen Zylinders 2b verlängert und durch eine weichmagnetische Abdeckplatte 22 verschlossen. Dadurch wird das Austreten des magnetischen Streufeldes in den Aussenraum stark verringert. Zwischen Abdeckplatte 22 und der Verlängerung 2b des Permanentmagnetsystems ist eine dünne Isolierung 21 eingesetzt, die die Abdeckplatte 22 vom Permanentmagnetsystem 2 elektrisch isoliert, ohne den Übergang der magnetischen Feldlinien wesentlich zu erschweren. Auf der Unterseite trägt die Abdeckplatte 22 eine nichtmagnetische, elektrisch leitende Verstärkung 22a etwa mit dem Durchmesser des Spulenkörpers 9. Diese Verstärkung ist so dick, dass zwischen ihr und

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der Oberseite des Spulenkörpers 9 - ebenso wie zwischen der Unterseite des Spulenkörpers 9 und der Polplatte 2a des Permanentmagnetsystems 2 - nur ein geringer Abstand bleibt ( < 1 mm), um eine genügende Empfindlichkeit des kapaziti-5 ven Lagensensors sicherzustellen. Die beiden ortsfesten Elektroden des kapazitiven Lagensensors, nämlich die Polplatte 2a des Permanentmagnetsystems und die Abdeckplatte 22 mit ihrer Verstärkung 22a, sind durch Zuleitungen 12a und 12c mit der Auswerteschaltung 12 verbunden, die bewegliche io Elektrode, nämlich der Spulenkörper 9, ist über eine bewegliche Zuleitung 12b ebenfalls mit der Auswerteschaltung 12 verbunden. Die Auswerteschaltung 12 wird zweckmässigerweise so ausgelegt, dass ihr Ausgangssignal zu Null wird,

wenn die Kapazität zwischen ihren Anschlüssen 12a und 12b i5 gleich der Kapazität zwischen den Anschlüssen 12c und 12b ist. Die Nullage des beweglichen Teils der Kraftmess- oder Wägevorrichtung ist dann so, dass der Spulenkörper 9 etwa in der Mitte zwischen der Polplatte 2a und der Verstärkung 22a der Abdeckplatte liegt. In diesem Fall ist die Kennlinie des 2o kapazitiven Lagensensors etwa linear, was das Regelverhalten günstig beeinflusst.

Die Auswerteschaltung 12 erzeugt zur Kapazitätsmessung an ihren Eingangsanschlüssen 12a und 12b bzw. 12a, 12b und 12c eine hochfrequente Wechselspannung. Um die gleichmäs-25 sige Ausbreitung dieser Wechselspannung über die gesamte Fläche der jeweiligen Elektrode sicherzustellen, ist es zweckmässig, die weichmagnetischen Bestandteile, also die Polplatte 2a und, falls direkt benutzt, die Abdeckplatte 22, mit einem elektrisch gut leitenden Überzug zu versehen, der bis zum 3o jeweiligen Anschluss 12a bzw. 12c reicht.

Die erfmdungsgemässe Integration des kapazitiven Lagensensors in das aus Spulenkörper, Spule und Permanentmagnetsystem bestehende Kompensationssystem ist am Bei-35 spiel einer Wägevorrichtung mit einer Parallelführung nach Roberval beschrieben. Sie ist selbstverständlich auch für Wägevorrichtung mit Hebelübersetzung benutzbar, ebenso auch für Kraftmessvorrichtungen, ohne dass es wesentücher Änderungen bedürfte. Daneben ist es beispielsweise möglich, bei 40 Wägevorrichtungen, die neben dem Lastsystem ein Referenzsystem in einem getrennten Luftspalt des selben oder eines zweiten Permanentmagnetsystems beinhalten (zum Beispiel DE-OS 2 924 081), den beschriebenen kapazitiven Lagensensor für beide Systeme einzusetzen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. 650 335 2

   PATENTANSPRÜCHE schon zwei Elektroden, deren Kapazität in der Nullage einen

   1. Elektromagnetisch kompensierende Kraftmess- oder vorgegebenen Sollwert besitzt.

   Wägevorrichtung mit einer im Luftspalt eines ortsfesten Per- Nachteilig bei diesem Aufbau gemäss dem Stand der manentmagnetsystems beweglichen, auf einem Spulenkörper Technik ist einmal der Platzbedarf für die flächenhaften Elek-

   gewickelten Kompensationsspule, einem kapazitiven Lagen- 5 troden, zum anderen können sich die Elektroden - beispiels-

   sensor für die Lage der Kompensationsspule und einem nach- weise durch Temperaturgradienten - verziehen, so dass sich geschalteten Regelverstärker, dessen Ausgangsstrom die eine andere Nullage der Kompensationsspule der Kraftmess-

   Kompensationsspule speist und sie in einer vorgegebenen oder Wägevorrichtung ergibt und damit eine Fehlanzeige.

   Nullage zu halten bestrebt ist, dadurch gekennzeichnet, dass Daneben bereitet die elektrische Abschirmung der Elektroden der Spulenkörper (9) der Kompensationsspule (11) und die io häufig Schwierigkeiten (siehe z.B. The. Gast/W. Kästel in

   Polplatte (2a) des Pennanentmagnetsystems (2) je eine Elek- VDI-Berichte 312(1978) Seite 15).

   trode des Lagensensors bilden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen kapazitiven La-
2. 2. Kraftmess-oder Wägevorrichtung nach Anspruch 1 gensensor für eine elktromagnetisch kompensierende Kraft-mit einer weichmagnetischen, feststehenden Abdeckplatte für mess- oder Wägevorrichtung anzugeben, der praktisch keinen das Permanentmagnetsystem, die das Streufeld des Perma- is zusätzlichen Platz benötigt, eine reproduzierbare Nullage si-nentmagnetsystems im Aussenraum reduziert, dadurch ge- cherstellt und sich leicht elektrisch abschirmen lässt. kennzeichnet, dass diese Abdeckplatte (22) gegenüber dem Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Permanentmagnetsystem (2) elektrisch isoliert ist und eine Spulenkörper der Kompensationsspule und die Polplatte des dritte Elektrode des Lagensensors darstellt. Permanentmagnetsystems je eine Elektrode des Lagensensors
3. 3. Kraftmess- oder Wägevorrichtung nach Anspruch 2, 20 bilden.

   dadurch gekennzeichnet, dass die weichmagnetische Abdeck- Wenn das Permanentmagnetsystem eine weichmagneti-

   platte (22) auf ihrer, dem Permanentmagnetsystem zuge- sehe, feststehende Abdeckplatte besitzt, die das Streufeld des wandten Seite eine nichtmagnetische, elektrisch leitende Ver- Permanentmagnetsystems im Aussenraum reduziert, ergibt

   Stärkung (22a) trägt. - sich eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung, indem diese
4. 4. Kraftmess- oder Wägevorrichtung nach Anspruch 3, 25 Abdeckplatte gegenüber dem Permanentmagnetsystem elek-dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität zwischen dem trisch isoliert wird und als dritte Elektrode des Lagensensors Spulenkörper (9) der Kompensationsspule (11) und der Pol- dient. Um dabei den Abstand der drei Elektroden möglichst platte (2a) des Pennanentmagnetsystems (2) und die Kapazi- klein zu halten, ohne die Abdeckplatte zu nahe an den Luft-tät zwischen dem Spulenkörper (9) der Kompensationsspule spalt zu rücken, trägt die Abdeckplatte zweckmässigerweise (11) und der Abdeckplatte (22) mit ihrer Verstärkung (22a) in 30 auf ihrer, dem Permanentmagnetsystem zugewandten Seite der vorgegebenen Nullage der Kompensationsspule wenig- eine nichtmagnetische, elektrisch leitende Verstärkung. Diese stens näherungsweise gleich gross sind. wird zweckmässigerweise so dicke gewählt, dass der Spulen-
5. 5. Kraftmess- oder Wägevorrichtung nach einem der An- körper der Kompensationsspule in seiner vorgegebenen Nullsprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polplatte (2a) läge zur Polplatte des Permanentmagnetsystems und zur Verdes Pennanentmagnetsystems (2) und gegebenenfalls auch die 35 Stärkung der Abdeckplatte etwa gleichen Abstand hat, so Abdeckplatte (22) mit einem elektrisch gut leitenden Überzug dass die Kapazität zwischen dem Spulenkörper der Kompen-versehen sind. sationsspule und der Polplatte des Pennanentmagnetsystems und die Kapazität zwischen dem Spulenkörper der Kompen-

   sationsspule und der Abdeckplatte mit ihrer Verstärkung in

   40 der vorgegebenen Nullage der Kompensationsspule wenig-