CH659523A5 - Elektrische waage. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation mit wenigstens einer Spule, die sich im Luftspalt einer ortsfesten Permanentmagnetanordnung befindet und über einen Lagensensor und einen Regelverstärker mit einem von der Belastung der Waage abhängigen Kompensationsgleichstrom beaufschlagt wird, einem Messwiderstand, der von demselben Kompensationsgleichstrom durchflössen wird und an dessen beiden Enden ein von der Belastung der Waage abhängiges Signal abgreifbar und einem Analog/Digital-Wandler zuführbar ist, und einem von einer Regelschaltung in seiner Amplitude geregelten Wechselspannungsgenerator, der mindestens durch die Spule zusätzlich zum Kompensationsgleichstrom einen Wechselstrom fliessen lässt.

Eine Waage dieser Art ist aus der DE-OS 3 002 462 der Anmelderin bekannt.

Der zusätzliche Wechselstrom soll zumindest in der Spule für eine belastungsunabhängige Übertemperatur sorgen. Zur Regelung der Amplitude des Wechselspannungsgenerators ist es aus obiger Offenlegungsschrift bekannt, einen Heizwiderstand in Reihe zur Spule und zum Messwiderstand zu schalten, dessen Übertemperatur mit einem Thermofühler oder dessen Strahlungsintensität (bei Ausbildung als Glühfaden) mit einem Strahlungssensor gemessen und auf einen konstanten Wert geregelt wird. Verbesserungswürdig an diesen Schaltungen ist, dass bei Waagen mit geringer Höchstlast, also kleinem Kompensationsgleichstrom, die für den Heizwiderstand zur Verfügung stehende elektrische Leistung sehr gering ist, so dass es schwer wird, eine gut messbare Übertemperatur bzw. eine genügende Strahlungsintensität zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für obige Waage eine einfache Schaltung anzugeben, die es gestattet, unabhängig von der Grösse des Kompensationsgleichstromes eine empfindliche Regelung der Amplitude des Wechselspannungsgenerators zu erzielen.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass parallel zur Spule und dem Messwiderstand eine Spannungsteilerschaltung vorgesehen ist, die mindestens einen temperaturabhängigen Widerstand aufweist, wobei der Gleich- und Wechselstrom durch diesen temperaturabhängigen Widerstand proportional zum Gleich- und Wechselstrom durch die Spule ist, und dass die Regelschaltung die Amplitude des Wechselspannungsgenerators so regelt, dass der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstandes praktisch konstant bleibt.

Es ist zur Regelung der Amplitude des Wechselspannungsgenerators also ein Parallelpfad zu Spule und Messwiderstand vorgesehen, in dem Gleich- und Wechselstrom beispielsweise um einen Faktor 10 grösser sind als in der Spule und dem Messwiderstand, so dass eine sehr viel höhere elektrische Leistung zur Verfügung steht. Dieser Parallelpfad enthält weiterhin einen temperaturabhängigen Widerstand und ist als Zweig einer Brückenschaltung so ausgebildet, dass der Widerstandswert dieses temperaturabhängigen Widerstandes direkt in der Schaltung bestimmt werden kann und das Eingangssignal der Regelschaltung für die Amplitude des Wechselspannungsgenerators liefert.

Vorteilhafterweise wird der temperaturabhängige Widerstand durch den Glühfaden einer Glühbirne gebildet. In diesem Fall lässt sich eine sehr hohe Übertemperatur erzielen, so dass eventuelle Änderungen der Umgebungstemperatur dagegen vernachlässigt werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Ausgang des Wechselspannungsgenerators über einen ersten Kondensator an eine Mittelanzapfung der Spule und über einen zweiten Kondensator an den mittleren Punkt der Spannungsteilerschaltung angeschlossen. In dieser Ausgestaltung bleibt die Induktivität der Spule ohne Einfluss, so dass sich der benötigte Wechselstom schon mit geringen Amplituden des Wechselspannungsgenerators erzielen lässt. Ebenso erzeugt der zusätzliche Wechselstrom in der Spule keine Kraft auf das Wägesystem und kann daher keine Schwingungen anregen.

Weiter kann der Messwiderstand kapazitiv überbrückt sein, um den Wechselstromwiderstand gering zu halten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beispielsweise beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausgestaltung der elektrischen Waage und

Fig. 2 eine zweiten Ausgestaltung der elektrischen Waage.

Die elektrische Waage in Fig. 1 enthält einen 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. Der Lastaufnehmer 3 trägt an einem vorstehenden Arm 4 eine Spule 9, die mit dem Feld einer ortsfesten Permanentmagnetanordnung 2 in Wechselwirkung steht. Der Lagensensor 11 tastet die Lage des Lastaufnehmers 3 ab und liefert über einen Regelverstärker 12 den zur Kompensation der Belastung notwendigen Kompensationsgleichstrom. Dieser wird über bewegliche Zuleitungen 10 der Spule 9 zugeführt und durchfliesst ebenfalls den Messwiderstand 13. Am Messwiderstand 13 wird eine stromproportionale Mess-

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Spannung abgegriffen, in einem Analog/Digital-Wandler 14 digitalisiert, in einer digitalen Rechenschaltung 15 verarbeitet und in der Digitalanzeige 16 angezeigt.

Parallel zur Spule 9 und dem Messwiderstand 13 ist in der Regelschaltung 18 eine erste Spannungsteilerschaltung 21,22 vorgesehen, die aus einem temperaturabhängigen Widerstand in Form des Glühfadens einer Glühlampe 21 und einem Festwiderstand 22 besteht. Weiter ist eine zweite Spannungsteilerschaltung aus zwei Festwiderständen 23 und 24 an den Ausgang des Regelverstärkers angeschlossen. Weiterhin ist ein Wechselspannungsgenerator 17 vorgesehen, der über den Kondensator 19 kapazitiv einen zusätzlichen Wechselstrom sowohl durch die Spule 9 und den Messwiderstand 13, als auch durch den Spannungsteiler 21,22, als auch durch den Spannungsteiler 23,24 fliessen lässt. Der Ausgang des Regel Verstärkers 12 ist dabei hochohmig als Stromquelle ausgebildet, so dass über ihn kein Wechselstrom ab fliessen kann. Mit Hilfe des Vorwiderstandes 26 ist die Schaltung so abgeglichen, dass das Verhältnis der Ströme durch den Spannungsteiler 21, 22 einerseits und durch Spule 9 und Messwiderstand 13 andererseits für Gleich- und Wechselstrom gleich ist. Soll z.B. der Gleichstrom durch den Spannungsteiler 21, 22 um den Faktor 10 grösser sein als der Gleichstrom durch die Spule 9 und den Messwiderstand 13, so soll auch der Wechselstrom durch den Spannungsteiler 21,22 um den Faktor 10 grösser sein als der Wechselstrom durch die Spule 9 und den Messwiderstand 13. Eine Vergrösserung des Vorwiderstandes 26 lässt bei konstantem Kompensationsgleichstrom 9 einen höheren Gleichstrom durch den Spannungsteiler 21, 22 fliessen, aber - bei ebenfalls konstant angenommener Amplitude des Wechselspannungsgenerators 17 -einen geringeren Wechselstrom, so dass über diesen Vorwiderstand 26 ein Abgleich möglich ist.

Die beiden Spannungsteilerschaltungen 21,22 und 23,24 sind so dimensioniert, dass beim Soll-Arbeitspunkt des stark temperaturabhängigen Widerstandes 21 die aus ihnen gebildete Brücke abgeglichen ist; die Differenzspannung am Eingang des integrierenden Verstärkers 25 ist dann Null, so dass sich seine Ausgangsspannung nicht verändert. Diese Ausgangsspannung wird dem Steuereingang 17a des Wechselspannungsgenerators 17 zugeführt und bestimmt dessen Amplitude, die also ebenfalls konstant bleibt. Einzelheiten der Schaltung des Wechselspannungsgenerators 17 sind in der bereits zitierten DE-OS 3 002 462 erläutert.

Wird nun beispielsweise zusätzliche Last auf die Waagschale 7 gebracht, so erhöht sich der vom Regelverstärker 12 gelieferte Kompensationsgleichstrom. Dadurch steigt die Verlustleistung in der Spule 9, im Messwiderstand 13, im stark temperaturabhängigen Widerstand 21 und in den Festwiderständen 22,23 und 24. Im stark temperaturabhängigen Widerstand 21 führt dies zu einer Widerstandsänderung, und zwar bei der in Fig. 1 gezeichneten Realisation des stark temperaturabhängigen Widerstandes 21 als Glühfaden einer Glühlampe mit positivem Temperaturkoeffizienten zu einer Erhöhung des Widerstandes. Dadurch ist die aus den Widerständen 21 bis 24 gebildete Brücke nicht mehr abgeglichen und der integrierende Verstärker 25 erhält eine - durch die RC-Glieder 32 und 33 vom Wechselspannungsanteil befreite - Differenzgleichspannung, so dass sich die Steuerspannung für den Wechselspannungsgenerator 17 und damit dessen Wechselspannungsamplitude solange verringert, bis die Verlustleitung im stark temperaturabhängigen Widerstand 21 ihren Soll-Wert wieder erreicht hat. Wegen der Proportionalität der Gleich- und Wechselströme in der Spule 9 und im Messwiderstand 13 einerseits und im stark temperaturabhängigen Widerstand 21 andererseits, bleibt damit auch in der

Spule 9 und im Messwiderstand 13 die Verlustleistung auf ihrem Soll-Wert.

Eine andere Ausgestaltung der elektrischen Waage zeigt Fig. 2. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. In dieser Ausgestaltung ist der Ausgang des Wechselspannungsgenerators 17 über einen Kondensator 19 an eine Mittelanzapfung 10a der Spule 9 angeschlossen. Der zusätzliche Wechselstrom fliesst dann von der Mittelanzapfung 10a einmal über die eine Spulenhälfte und den Messwiderstand 13 und zum anderen über die andere Spulenhälfte, den Symmetriewiderstand 20 und den in dieser Ausgestaltung niederohmigen Ausgang des Regelverstärkers 12 ab. Der Symmetriewiderstand 20 ist so abgeglichen, dass diese beiden Teilströme gleich sind.

Der Ausgang des Wechselspannungsgenerators 17 ist weiter über einen Kondensator 29 an den mittleren Punkt 27 des Spannungsteilers 21, 22 angeschlossen, so dass ein zusätzlicher Wechselstrom auch über den Festwiderstand 22 und den stark temperaturabhängigen Widerstand 21 fliesst. Das Abgleichpotentiometer 30 wird so eingestellt, dass wieder Gleich- und Wechselstrom in der Spule 9 und im Messwiderstand 13 proportional sind zum Gleich- und Wechselstrom in dem stark temperaturabhängigen Widerstand 21.

Die Widerstände 21 bis 24 bilden wieder eine Widerstandsmessbrücke, die vom Ausgang des Regelverstärkers 12 mit Spannung versorgt wird. Bei Abweichungen des Widerstandswertes des stark temperaturabhängigen Widerstandes 21 von seinem Soll-Wert regelt der integrierende Verstärker 25 die Amplitude des Wechselspannungsgenerators 17 nach, bis dieser Soll-Wert wieder erreicht ist. Wegen der Proportionalität der Gleich- und Wechselströme im stark temperaturabhängigen Widerstand 21 einerseits und in Spule 9 und Messwiderstand 13 andererseits bedeutet eine konstante Verlustleistung im stark temperaturabhängigen Widerstand 21 auch eine konstante Verlustleistung in der Spule 9 und im Messwiderstand 13.

Varianten dieser Schaltungen kann jeder Fachmann leicht angeben. Z.B. kann statt des stark temperaturabhängigen Widerstandes 21 mit positivem Temperaturkoeffizienten ein Festwiderstand benutzt werden und der Widerstand 22 wird statt als Festwiderstand als NTC ausgebildet. Es können sogar beide Widerstände 21 und 22 einen Temperaturkoeffizienten mit entgegengesetztem Vorzeichen aufweisen, wodurch die Empfindlichkeit der Schaltung erhöht wird.

Weiter kann z.B. der Spannungsteiler 23, 24 entfallen, wenn der Widerstandswert des Festwiderstandes 22 etwa mit dem Soll-Wert des stark temperaturabhängigen Widerstandes 21 übereinstimmt. In diesem Fall kann der aus dem Symme-trierwiderstand 20 und der einen Hälfte der Spule 9 einerseits und aus der anderen Hälfte der Spule 9 und dem Messwiderstand 13 andererseits gebildete 1:1 Spannungsteiler benutzt werden. Der Eingang 34 des integrierenden Verstärkers 25 müsste also über ein RC-Glied zur Unterdrückung der Wechselspannung an die Mittelanzapfung 10a der Spule 9 angeschlossen werden.

Weiterhin kann es bei Waagen mit geringem Kompensationsgleichstrom auch ausreichend sein, wenn in der Spule 9 die Verlustleistung belastungsunabhängig bleibt. In diesem Fall kann der Messwiderstand durch einen in Fig. 2 angedeuteten Kondensator 28 überbrückt werden. Der Symmetrier-widerstand 20 braucht dann nur noch einen sehr kleinen Widerstandswert aufzuweisen. Das Abgleichpotentiometer 30 müsste dann entsprechend unsymmetrisch eingestellt werden. Diese Variante hat den Vorteil, dass wegen des geringen Symmetrierwiderstandes 20 praktisch die volle Ausgangsgleichspannung des Regelverstärkers 12 für die Spule 9 und den Messwiderstand 13 zur Verfügung steht.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

659 523 PATENTANSPRÜCHE

1. Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation mit wenigstens einer Spule, die sich im Luftspalt einer ortsfesten Permanentmagnetanordnung befindet und über einen Lagensensor und einen Regelverstärker mit einem von der Belastung der Waage abhängigen Kompensationsgleichstrom beaufschlagt wird, einem Messwiderstand, der von demselben Kompensationsgleichstrom durchflössen wird und an dessen beiden Enden ein von der Belastung der Waage abhängiges Signal abgreifbar und einem Analog/Digital-Wandler zuführbar ist, und einem von einer Regelschaltung in seiner Amplitude geregelten Wechselspannungsgenerator, der mindestens durch die Spule zusätzlich zum Kompensationsgleichstrom einen Wechselstrom fliessen lässt, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Spule (9) und dem Messwiderstand (13) eine Spannungsteilerschaltung (21,22) vorgesehen ist, die mindestens einen temperaturabhängigen Widerstand (21) aufweist, wobei der Gleich- und Wechselstrom durch diesen temperaturabhängigen Widerstand (21) proportional zum Gleich- und Wechselstrom durch die Spule (9) ist, und dass die Regelschaltung

( 18) die Amplitude des Wechselspannungsgenerators ( 17) so regelt, dass der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstandes (21) praktisch konstant bleibt.

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturabhängige Widerstand (21 ) durch den Glühfaden einer Glühbirne gebildet wird.

3. Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Wechselspannungsgenerators (17) über einen Kondensator (19) an eine Mittelanzapfung (10a) der Spule (9) und über einen weiteren Kondensator (29) an den mittleren Punkt (27) der Spannungsteilerschaltung (21,22) angeschlossen ist.

4. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dàss der Messwiderstand (13) durch einen dritten Kondensator (28) kapazitiv überbrückt ist.