CH662655A5

CH662655A5 - LOW PASS FOR AN ELECTRONIC SCALE.

Info

Publication number: CH662655A5
Application number: CH111384A
Authority: CH
Inventors: Erich Knothe; Franz-Josef Melcher; Juergen Ober
Original assignee: Sartorius Gmbh
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1984-03-06
Publication date: 1987-10-15
Also published as: GB2138143A; DE3311831A1; GB2138143B; GB8402119D0; FR2543762A1; JPS59185418A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tiefpass zur Glättung eines von Störsignalen überlagerten Gleichspannungs-Messsignals in einer elektronischen Waage, wobei dieser Tiefpass in einem Signalpfad zwischen einem Messwertaufnehmer mit analogem Ausgangssignal und einem integrierenden Analog/Digital-Wandler geschaltet ist. The invention relates to a low-pass filter for smoothing a DC voltage measurement signal superimposed by interference signals in an electronic balance, this low-pass filter being connected in a signal path between a measurement sensor with an analog output signal and an integrating analog / digital converter.

Um Verfälschungen des Messsignals beispielsweise durch die Offsetspannung oder das niederfrequente Rauschen der benutzten Operationsverstärker zu vermeiden, ist es bekannt, den Tiefpass in Form eines Nebenschlussfilters auszubilden, bei dem das Störsignal an einer Stelle des Signalpfades kapazitiv ausgekoppelt wird und nach dem Durchlaufen einer Verstärker- und Filteranordnung an derselben Stelle des Signalpfades kapazitiv wieder eingekoppelt wird. Eine Schaltung dieser Art ist beispielsweise in der DE-AS 2 647 981 in verschiedenen Varianten gezeigt. In order to avoid falsifications of the measurement signal, for example by the offset voltage or the low-frequency noise of the operational amplifiers used, it is known to design the low-pass filter in the form of a shunt filter in which the interference signal is capacitively coupled out at one point in the signal path and after passing through an amplifier and Filter arrangement is capacitively coupled again at the same point in the signal path. A circuit of this type is shown, for example, in DE-AS 2 647 981 in various variants.

Nachteilig an dieser bekannten Schaltung ist, dass Ein-und Auskopplung des Störsignals an derselben Stelle erfolgen, so dass immer ein Reststörsignal erhalten bleiben muss, um das Eingangssignal für die Verstärker- und Filteranordnung zu liefern. A disadvantage of this known circuit is that the interference signal is coupled in and out at the same point, so that a residual interference signal must always be retained in order to supply the input signal for the amplifier and filter arrangement.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Tiefpass so weiterzubilden, dass unter Beibehaltung des günstigen Rausch- und Offset-Verhaltens eines Nebenschlussfilters eine verbesserte Unterdrückung von Störungen erreicht wird. The object of the invention is therefore to develop the low-pass filter in such a way that an improved suppression of interference is achieved while maintaining the favorable noise and offset behavior of a shunt filter.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass im Signalpfad ein Widerstand liegt, dass das eine Ende dieses Widerstandes mit dem Eingang einer invertierenden Verstärkerschaltung verbunden ist und dass der Ausgang dieser invertierenden Verstärkerschaltung über eine Serienschaltung von einem Kondensator und einem Widerstand mit dem anderen Ende des erstgenannten Widerstandes verbunden ist. According to the invention, this is achieved in that there is a resistor in the signal path, that one end of this resistor is connected to the input of an inverting amplifier circuit and that the output of this inverting amplifier circuit is connected via a series circuit of a capacitor and a resistor to the other end of the former resistor connected is.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Advantageous refinements result from the dependent claims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der einzigen Figur, die die Schaltung des Tiefpasses zeigt, beschrieben. The invention is described below with reference to the single figure, which shows the switching of the low pass.

Der Messwertaufnehmer der elektronischen Waage ist nur schematisch durch das Teil 1 mit der Waagschale 2 angedeutet, da er allgemein bekannt ist. Beispielsweise kann er als kraftkompensierendes System, wie es in der DE-OS 3 012 979 beschrieben ist, ausgeführt sein. Das analoge Ausgangssignal steht in Form einer Gleichspannung am Ausgang 3 zur Verfügung, wobei dieser Gleichspannung beispielsweise bei Erschütterungen der Waage Störsignale überlagert sind. Dieses Ausgangssignal des Messwertaufnehmers wird in einem Tiefpass 4, der weiter unten näher erläutert wird, geglättet und dem Eingang 18 eines integrierenden Analog/ Digital-Wandlers 13 zugeführt. Die Eingangsstufe dieses Analog/Digital-Wandlers 13 besteht aus einem Integrator 14, so dass der Eingang des Analog/Digital-Wandlers 13 eine Stromsenke bildet. Dem Integrator 14 wird weiter über einen Widerstand 15 und einen Schalter 16 zeitweise ein Strom aus einer Referenzspannungsquelle 17 mit zur Messspannung entgegengesetzter Polarität zugeführt. Das Schaltverhältnis des Schalters 16 wird durch eine digitale Steuerung 19 so eingestellt, dass der dem Integrator 14 zufliessende Strom im zeitlichen Mittel null ist. Aus diesem Schaltverhältnis kann in bekannter Weise der digitale Wert der Messspannung hergeleitet werden, der in der Anzeige 20 angezeigt wird. Einzelheiten der Schaltung und Funktion des Analog/Digital-Wandlers 13 sind beispielsweise in der DE-PS 2 114 141 beschrieben. The measuring sensor of the electronic balance is only indicated schematically by part 1 with the weighing pan 2, since it is generally known. For example, it can be designed as a force-compensating system, as described in DE-OS 3,012,979. The analog output signal is available in the form of a DC voltage at output 3, interference signals being superimposed on this DC voltage, for example when the scale is shaken. This output signal from the sensor is smoothed in a low-pass filter 4, which will be explained in more detail below, and fed to the input 18 of an integrating analog / digital converter 13. The input stage of this analog / digital converter 13 consists of an integrator 14, so that the input of the analog / digital converter 13 forms a current sink. The integrator 14 is also temporarily supplied with a current from a reference voltage source 17 with a polarity opposite to the measurement voltage via a resistor 15 and a switch 16. The switching ratio of the switch 16 is set by a digital controller 19 so that the current flowing to the integrator 14 is zero on average over time. The digital value of the measurement voltage, which is shown in the display 20, can be derived from this switching ratio in a known manner. Details of the circuit and function of the analog / digital converter 13 are described, for example, in DE-PS 2 114 141.

Der Tiefpass 4 besteht aus einem Widerstand 5, der im Signalpfad liegt und der gleichzeitig den Eingangswiderstand für den Integrator 14 des Analog/Digital-Wandlers 13 bildet; weiter besteht der Tiefpass aus einer invertierenden Verstärkerschaltung 6, deren Eingang mit dem vorderen Ende (in Signalflussrichtung gesehen) des Widerstandes 5 verbunden ist und deren Ausgang über einen Kondensator 7 und einen weiteren Widerstand 8 mit dem hinteren Ende (in Signalflussrichtung gesehen) des Widerstandes 5 verbunden ist. Die invertierende Verstärkerschaltung 6 ist in der Figur durch zwei Operationsverstärker 9 und 10 realisiert, von denen der erste Operationsverstärker 9 als Impedanzwandler und der zweite Operationsverstärker 10 als Inverter geschaltet ist. Der Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung 6 ist dann näherungsweise durch das Verhältnis der beiden Widerstände 12 und 11 gegeben. The low pass 4 consists of a resistor 5 which lies in the signal path and which at the same time forms the input resistor for the integrator 14 of the analog / digital converter 13; Furthermore, the low pass consists of an inverting amplifier circuit 6, the input of which is connected to the front end (seen in the signal flow direction) of the resistor 5 and the output of which is connected via a capacitor 7 and another resistor 8 to the rear end (seen in the signal flow direction) of the resistor 5 connected is. The inverting amplifier circuit 6 is realized in the figure by two operational amplifiers 9 and 10, of which the first operational amplifier 9 is connected as an impedance converter and the second operational amplifier 10 is connected as an inverter. The amplification factor of the amplifier circuit 6 is then approximately given by the ratio of the two resistors 12 and 11.

Die Funktionsweise des Tiefpasses 4 ist folgende: Tritt am Messwertausgang 3 eine Störwechselspannung höherer Frequenz auf, so fliesst dadurch über den Widerstand 5 ein Störwechselstrom in den Eingang 18 des Analog/Digital-Wandlers 13. Durch die invertierende Verstärkerschaltung 6 wird diese Störwechselspannung verstärkt und invertiert, so dass über den Kondensator 7 und den Widerstand 8 ein Störwechselstrom mit entgegengesetztem Vorzeichen in den Eingang 18 des Analog/Digital-Wandlers 13 eingespeist wird. Sind diese beiden Störwechselströme über den Widerstand 5 und über den Widerstand 8 in ihrer Amplitude gleich, so heben sie sich vollständig auf, so dass der Analog/Digital-Wandler 13 nur das reine Gleichspannungs-Messsignal erhält. Die Gleichheit der Amplituden der beiden Störwechselströme lässt sich leicht über die richtige Wahl des Widerstandes 8 im Verhältnis zum Widerstand 5 erreichen. Ist der Verstärkungsfaktor der invertierenden Verstärkerschaltung 6 beispielsweise zehn, so muss auch der Widerstand 8 um den Faktor zehn grösser sein als der Widerstand 5. Der Kondensator 7 dient in bekannter Weise zur Potentialtrennung und zur Einstellung der Eckfrequenz des Tiefpasses. The operation of the low-pass filter 4 is as follows: If an interference AC voltage of higher frequency occurs at the measured value output 3, an AC interference current flows through the resistor 5 into the input 18 of the analog / digital converter 13. This AC interference voltage is amplified and inverted by the inverting amplifier circuit 6 , so that an interference current with opposite sign is fed into the input 18 of the analog / digital converter 13 via the capacitor 7 and the resistor 8. If these two alternating interference currents via the resistor 5 and via the resistor 8 have the same amplitude, they cancel each other out completely, so that the analog / digital converter 13 receives only the pure DC voltage measurement signal. The equality of the amplitudes of the two spurious alternating currents can easily be achieved by choosing the right resistor 8 in relation to the resistor 5. If the gain factor of the inverting amplifier circuit 6 is, for example, ten, then the resistor 8 must also be ten times larger than the resistor 5. The capacitor 7 is used in a known manner for potential isolation and for setting the corner frequency of the low-pass filter.

Der Tiefpass ist in der Figur als Filter erster Ordnung gezeichnet. Selbstverständlich kann in entsprechender Weise The low pass is drawn in the figure as a first order filter. Of course, in a corresponding manner

2 2nd

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

auch ein Filter zweiter Ordnung realisiert werden, beispielsweise indem der Ausgang des Operationsverstärkers 9 und der Eingang des Operationsverstärkers 10 nicht über einen Ohmschen Widerstand, sondern über ein phasenschiebendes a second-order filter can also be realized, for example by the output of the operational amplifier 9 and the input of the operational amplifier 10 not via an ohmic resistor but via a phase-shifting one

662 655 662 655

Netzwerk verbunden sind. Oder die Rückführung des Operationsverstärkers 10 wird nicht durch einen Ohmschen Widerstand, sondern durch eine Impedanz mit entsprechender Frequenzabhängigkeit gebildet. Network are connected. Or the feedback of the operational amplifier 10 is not formed by an ohmic resistor, but by an impedance with a corresponding frequency dependence.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

662655 PATENT CLAIMS

1. Low pass for smoothing a DC voltage measurement signal superimposed by interference signals in an electronic balance, this low pass being connected in a signal path between a measurement sensor with an analog output signal and an integrating analog / digital converter, characterized in that

- that there is a resistor (5) in the signal path,

- That one end of this resistor (5) is connected to the input of an inverting amplifier circuit (6)

- And that the output of this inverting amplifier circuit (6) is connected via a series circuit of a capacitor (7) and a resistor (8) to the other end of the first-mentioned resistor (5).

2. Low pass according to claim 1, characterized in that the inverting amplifier circuit (6) is formed by two operational amplifiers (9, 10).

3. Low pass filter according to claim 2, characterized in that the first operational amplifier (9) is connected as an impedance converter and the second operational amplifier (10) is connected as an inverter.

4. Low pass according to claim 2 or 3, characterized in that the two operational amplifiers (9, 10) are connected by a phase-shifting network.

5. Low pass according to one of claims 1-4, characterized in that the resistor (8) connected in series to the capacitor (7) is larger than that in the signal path by a factor which is equal to the gain factor of the inverting amplifier circuit (6) lying resistance (5).