CH712509A2

CH712509A2 - Comparator balance and method of operation.

Info

Publication number: CH712509A2
Application number: CH00676/17A
Authority: CH
Inventors: Dr Thomas Fröhlich Prof; Falko Hilbrunner Dr; Fehling Thomas; Ilko Rahneberg Dr
Original assignee: Sartorius Lab Lnstruments Gmbh & Co Kg
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2017-11-30
Also published as: DE102016109744B4; CH712509B1; DE102016109744A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Komparatorwaage zur vergleichenden Gewichtsmessung eines Testgewichtsstücks (20) gegen ein Gegengewichtsstück (32) nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kompensation, umfassend ein schwenkbeweglich an einer Basis (14) gelagertes Hebelsystem (12) mit einem Lastarm (121), der eine Lastaufnahme (18) zur Aufnahme des Testgewichtsstücks (20) trägt, und mit einem Gegenlastarm (122), der eine Gegenlastaufnahme (30) zur Aufnahme eines Gegengewichtsstücks (32) trägt, wobei die Basis (14) eine erste Sensoranordnung (24) mit einer ersten Tauchspuleneinheit (22) trägt, deren beweglicher Teil (221) mit dem Gegenlastarm (122) gekoppelt ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass an der Basis (14) eine zweite Tauchspuleneinheit (34) angeordnet ist, deren beweglicher Teil (341) mit dem Lastarm (121) gekoppelt oder koppelbar ist.The invention relates to a comparator balance for comparative weight measurement of a test weight piece (20) against a counterweight piece (32) according to the principle of electromagnetic compensation, comprising a pivotally mounted on a base (14) lever system (12) with a load arm (121) a load mount (18) for receiving the test weight piece (20), and a counterweight arm (122) carrying a counter load receptacle (30) for receiving a counterweight piece (32), the base (14) having a first sensor assembly (24) a first immersion coil unit (22) carries, whose movable part (221) is coupled to the Gegenlastarm (122). The invention is characterized in that a second plunger coil unit (34) is arranged on the base (14), whose movable part (341) is coupled or can be coupled to the load arm (121).

Description

Beschreibung Gebiet der Erfindung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Komparatonwaage zur vergleichenden Gewichtsmessung eines Testgewichtsstücks gegen ein Gegengewichtsstück nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kompensation, umfassend ein schwenkbeweglich an einer Basis gelagertes Hebelsystem mit einem Lastarm, der eine Lastaufnahme zur Aufnahme des Testgewichtsstücks trägt, und mit einem Gegenlastarm, der eine Gegenlastaufnahme zur Aufnahme eines Gegengewichtsstücks trägt, wobei die Basis eine erste Sensoranordnung mit einer ersten Tauchspuleneinheit trägt, deren beweglicher Teil mit dem Gegenlastarm gekoppelt ist.Description Field of the Invention The invention relates to a comparative balance for comparative weight measurement of a test weight piece against a counterweight piece according to the principle of electromagnetic compensation comprising a lever system pivotally mounted on a base with a load arm carrying a load receiver for receiving the test weight piece. and a counterweight arm carrying a counterweight receptacle for receiving a counterweight, the base carrying a first sensor assembly having a first plunger unit whose movable portion is coupled to the counterweight arm.

[0002] Die Erfindung bezieht sich weiter auf verschiedene Verfahren zum Betrieb einer solchen Komparatorwaage. Stand der Technik [0003] Komparatorwaagen, die dem Fachmann seit langem bekannt sind, dienen der präzisen Messung von Gewichtsdifferenzen. Wie bei modernen Präzisionswaagen üblich, arbeiten sie in der Regel nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kompensation. In einem Wägesystem, welches häufig monolithisch ausgebildet ist, ist ein schwenkbar an einer Basis angelenktes Hebelsystem realisiert, welches zumindest einen Lastarm und einen Gegenlastarm aufweist. Im einfachsten Fall umfasst das Hebelsystem nach Art einer Balkenwaage zwei symmetrische, einfache Arme. Es sind jedoch auch Varianten mit asymmetrischer und/oder komplex gefalteter Hebelführung bekannt. Der Lastarm trägt eine Lastaufnahme, auf welcher die zu verwiegenden Gewichtsstücke aufgelegt werden können. Der Gegenlastarm ist mit einer ersten Sensoranordnung gekoppelt, die insbesondere eine Tauchspuleneinheit und einen Lagesensor umfasst. Die Tauchspuleneinheit besteht typischerweise aus einer mit dem Gegenlastarm verbundenen und daher relativ zur Basis beweglichen, elektrischen Spule und einem basisfesten Permanentmagneten, in dessen Feld die Spule eintaucht. Bestromung der Spule mit einem geregelten Kompensationsstrom führt zu einer Kraft auf den Gegenlastarm, der die Gewichtskraft des auf der Lastaufnahme positionierten Gewichtsstücks idealerweise exakt kompensiert. Dabei dient das Sensorsignal des Positionssensors als die auf eine vorgegebene «Nullstellung» einzuregelnde Regelgrösse des Regelkreises. Der zur Kompensation des Testgewichts erforderliche Kompensationsstrom dient zugleich als für die gemessene Kompensationskraft repräsentative Messgrösse. Um den Kompensationsstrom und mit diesem Aufheizeffekte und Rauschen möglichst niedrig halten zu können, trägt der Gegenlastarm bei Komparatoren ein Gegengewichtsstück auf einer Gegenlastaufnahme, dessen Nominalgewicht dem des Gewichtsstücks auf der Lastaufnahme entspricht. Die Anordnung befindet sich somit bei aufgelegtem Testgewichtsstück im Wesentlichen im Gleichgewicht, sodass der zur präzisen Kompensation erforderliche Spulenstrom und daher der Messstrom lediglich die geringe Gewichtsdifferenz zwischen dem Gewicht am Lastarm und dem Gegengewicht am Gegenlastarm repräsentiert. Zum Kalibrieren eines Testgewichtsstücks sind daher stets zumindest zwei Messungen erforderlich, nämlich eine Differenzmessung des Testgewichts gegen das Gegengewicht und eine Messung eines präzise bekannten Referenzgewichts ebenfalls gegen das Gegengewicht. Ein Vergleich der beiden Differenzmessungen führt zur Bestimmung der Gewichtsdifferenz zwischen Testgewicht und Referenzgewicht.The invention further relates to various methods for operating such a comparator balance. PRIOR ART Comparator balances, which have long been known to the person skilled in the art, serve for the precise measurement of weight differences. As usual with modern precision balances, they usually work according to the principle of electromagnetic compensation. In a weighing system, which is often formed monolithically, a pivotally hinged to a base lever system is realized, which has at least one load arm and a Gegenlastarm. In the simplest case, the lever system comprises two symmetrical, simple arms in the manner of a beam balance. However, variants are also known with asymmetrical and / or complex folded lever guide. The load arm carries a load bearing on which the weights to be weighed can be placed. The counter-load arm is coupled to a first sensor arrangement, which in particular comprises a plunger coil unit and a position sensor. The immersion coil unit typically consists of a connected to the Gegenlastarm and therefore movable relative to the base, electric coil and a base-fixed permanent magnet, in the field of the coil dips. Energizing the coil with a regulated compensation current results in a force on the counterweight arm which ideally ideally compensates for the weight of the weight piece positioned on the load receiver. The sensor signal of the position sensor serves as the control variable to be adjusted to a predetermined "zero position" of the control loop. The compensation current required to compensate for the test weight also serves as the measured variable representative of the measured compensation force. In order to keep the compensation current and with this heating effects and noise as low as possible, carries the Gegenlastarm comparators a counterweight on a counter load, whose nominal weight corresponds to that of the weight on the load bearing. The arrangement is thus substantially in equilibrium with the test weight placed on it, so that the coil current required for precise compensation and therefore the measuring current represents only the small weight difference between the weight on the load arm and the counterweight on the counterweight arm. For calibrating a test weight piece, therefore, at least two measurements are always required, namely a differential measurement of the test weight against the counterweight and a measurement of a precisely known reference weight also against the counterweight. A comparison of the two differential measurements leads to the determination of the weight difference between the test weight and the reference weight.

[0004] Entspricht das nominelle Testgewicht nicht dem nominellen Gegengewicht, sondern ist insbesondere geringer als letzteres, wird eine sogenannte Substitution erforderlich. Dies bedeutet, dass zusätzlich zu dem Testgewichtsstück bzw. Referenzgewichtsstück sogenannte Substitutionsgewichtsstücke auf die Lastaufnahme aufgelegt werden, sodass das nominelle Gesamtgewicht auf der Lastschale dem nominellen Gegengewicht entspricht. Im Übrigen erfolgt die Messung wie oben beschrieben. Eine solche Komparatorwaage ist bspw. aus der DE 10 2006 031 194 B3 bekannt.If the nominal test weight does not correspond to the nominal counterweight, but is in particular lower than the latter, a so-called substitution is required. This means that in addition to the test weight piece or reference weight piece so-called substitution weight pieces are placed on the load receiver, so that the nominal total weight on the load tray corresponds to the nominal counterweight. Otherwise, the measurement is carried out as described above. Such a comparator balance is known, for example, from DE 10 2006 031 194 B3.

[0005] Nachteilig bei solchen Komparatorwaagen ist der hohe Aufwand, der mit dem Wechsel der Substitutionsgewichte verbunden ist. Diese müssen zum einen aufwändig bevorratet werden. Zudem ergibt sich bei der konkreten Substitution neben dem Zeitaufwand stets das Risiko einer unpräzisen Positionierung auf der Lastaufnahme, was wiederum zu sogenannten Ecklastfehlern führen kann.A disadvantage of such comparator scales is the high cost, which is associated with the change of substitution weights. These must be stored consuming on the one hand. In addition, in addition to the time required, the concrete substitution always results in the risk of an imprecise positioning on the load bearing, which in turn can lead to so-called corner load errors.

Aufgabenstellung [0006] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemässe Komparatonwaage derart weiterzubilden, dass ihr Betrieb einfacher und zuverlässiger wird.[0006] It is the object of the present invention to develop a generic comparator balance in such a way that its operation becomes simpler and more reliable.

Darlegung der Erfindung [0007] Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass an der Basis eine zweite Tauchspuleneinheit angeordnet ist, deren beweglicher Teil mit dem Lastarm koppelbar oder gekoppelt ist.DISCLOSURE OF THE INVENTION This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 1, characterized in that a second immersion coil unit is arranged on the base, the movable part of which is coupled or coupled to the load arm.

[0008] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sowie bevorzugte Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Preferred embodiments of the invention as well as preferred methods of operating such a device are the subject of the dependent claims.

[0009] Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass die exakte Grösse der für die Substitution erforderlichen, zusätzlichen Kraft auf den Lastarm nicht präzise bekannt sein muss. Ebenso haben die Erfinder erkannt, dass die Herkunft dieser Substitutionskraft nicht von Bedeutung ist. Entscheidend ist lediglich ihre ungefähre Grösse und vor allem ihre Konstanz. Wie erläutert muss sie ungefähr so gross wie die Differenz zwischen den Nominalgewichten von Test- bzw. Referenz gewichtsstück einerseits und Gegengewichtsstück andererseits sein. Eine hohe zeitliche Konstanz ist insofern erforderlich, als die oben erläuterten Messungen von Testgewichtsstück und Referenzgewichtsstück unter denselben Substitutionsbedingungen erfolgen müssen. Dies kann durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung gewährleistet werden. Dabei wird die beim Stand der Technik mechanisch erzeugte und durch die Gewichtskraft der aufgesetzten Substitutionsgewichtsstücke hervorgerufene Substitutionskraft durch eine elektrisch erzeugte Substitutionskraft ersetzt. Es kann auch von «virtuellen Substitutionsgewichtsstücken» gesprochen werden. Wie bei den mechanischen Substitutionsgewichtsstücken, deren tatsächliches Gewicht in den seltensten Fällen mit derselben Präzision bekannt ist, mit der die Messung durchgeführt wird, so ist auch die elektrisch erzeugte Substitutionskraft, insbesondere ihre Abhängigkeit von dem an die zweite Tauchspuleneinheit angelegten Substitutionsstrom, nur wenig präzise bestimmbar. Diese elektrische Substitutionskraft über einen längeren Zeitraum auf einem exakt konstanten Niveau zu halten, ist für den Fachmann jedoch ohne weiteres möglich, hier bedarf es lediglich einer präzisen Konstantstromquelle, die an die zweite Tauchspuleneinheit angeschlossen wird.The invention makes use of the finding that the exact size of the additional force required for the substitution on the load arm need not be known precisely. Likewise, the inventors have recognized that the origin of this substitution force is not important. Decisive is only their approximate size and above all their constancy. As explained, it must be about the same as the difference between the nominal weights of test and reference weights on the one hand and counterweight on the other hand. A high temporal consistency is required inasmuch as the above-described measurements of the test weight and reference weight must be made under the same substitution conditions. This can be ensured by the inventive design. In the process, the substitution force generated mechanically in the prior art and caused by the weight of the substitution weight pieces is replaced by an electrically generated substitution force. It is also possible to speak of "virtual substitution weights". As with the mechanical substitution weight pieces whose actual weight is rarely known with the same precision with which the measurement is carried out, the electrically generated substitution force, in particular its dependence on the substitution current applied to the second immersion coil unit, can only be determined with little precision , However, it is readily possible for the person skilled in the art to keep this electrical substitution force at an exactly constant level over a relatively long period of time; here, only a precise constant current source which is connected to the second plunger coil unit is required.

[0010] Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Konstantstromquelle eine schaltbare Widerstandsbank von Präzisionswiderständen umfasst, sodass die nominelle Stromstärke und daher die nominelle Substitutionskraft in kleinen Stufen variierbar ist - ähnlich einem Magazin von gestuften Substitutionsgewichtsstücken. Wesentlich für die Erfindung ist, dass bei einer substituierten Gewichtsmessung eine Kraft übertragende Kopplung zwischen der zweiten Tauchspuleneinheit und dem Lastarm gegeben ist. Diese kann dauerhaft sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch der bewegliche Teil der zweiten Tauchspuleneinheit reversibel mit dem Lastarm koppelbar. Dies ermöglicht, wie weiter unten noch näher geschildert, besondere Anwendungsformen der erfindungsgemässen Komparatorwaage.It is particularly advantageous if the constant current source comprises a switchable resistance bank of precision resistors, so that the nominal current strength and therefore the nominal substitution force can be varied in small steps - similar to a magazine of stepped substitution weight pieces. Essential for the invention is that in a substituted weight measurement, a force transmitting coupling between the second immersion coil unit and the load arm is given. This can be permanent. In a preferred embodiment of the invention, however, the movable part of the second immersion coil unit is reversibly coupled to the load arm. This allows, as described in more detail below, special applications of the inventive comparator balance.

[0011] Wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, ist die Lastaufnahme bevorzugt als unterschalige Waagschale ausgebildet. Die zweite Tauchspuleneinheit ist dabei bevorzugt oberhalb des Lastarms positioniert. Die unterschalige Waagschalenausgestaltung der Lastaufnahme ist vorteilhaft im Hinblick auf dadurch vermeidbare Ecklastfehler. Die zweite Tauchspuleneinheit hingegen wird bevorzugt ähnlich einer oberschaligen, zusätzlichen Lastaufnahme positioniert. Oberhalb des Lastarms ist typischerweise genug Bauraum vorhanden. Zudem ergibt sich beim Aufbringen eines «virtuellen Substitutionsgewichts» kein Ecklastproblem, da der bewegliche und der unbewegliche Teil der Tauchspuleneinheit ohnehin berührungslos miteinander gekoppelt sind und der Kraftangriffspunkt der Tauchspuleneinheit am Lastaufnehmer sehr konstant ist.As is basically known from the prior art, the load bearing is preferably formed as an undershaped weighing pan. The second plunger coil unit is preferably positioned above the load arm. The undershaped Waagschalenausgestaltung the load bearing is advantageous in terms of thereby avoidable Ecklastfehler. By contrast, the second immersion coil unit is preferably positioned similar to an upper-shell, additional load suspension. Above the load arm is typically enough space available. In addition, there is no Ecklastproblem when applying a "virtual Substitutionsgewichts" because the movable and immovable part of the Tauchspuleneinheit are anyway coupled without contact with each other and the point of force application of the Tauchspuleneinheit is very constant on the load receptor.

[0012] Gleichwohl empfiehlt es sich, insbesondere im Fall der reversiblen Koppelbarkeit, einen Koppelpunkt am Lastarm zu wählen, der in vertikaler Richtung mit dem Anlenkpunkt der Lastaufnahme fluchtet. Dies führt zur Einbringung sowohl der «mechanischen» Gewichtskraft des Test- bzw. Referenzgewichtsstücks einerseits und der «virtuellen» Gewichtskraft durch die zweite Tauchspuleneinheit am selben effektiven Krafteinleitungspunkt des Lastarms.Nevertheless, it is recommended, especially in the case of reversible coupling, to choose a crosspoint on the load arm, which is aligned in the vertical direction with the pivot point of the load. This results in the introduction of both the "mechanical" weight of the test or reference weight piece on the one hand and the "virtual" weight force by the second voice coil unit at the same effective force application point of the load arm.

[0013] Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Tauchspuleneinheit Bestandteil einer zweiten Sensoranordnung und reversibel mit einer Kalibrieranordnung koppelbar ist, mittels welcher ihr beweglicher Teil auslenkbar und seine Geschwindigkeit relativ zu ihrem festen Teil messbar ist. Dabei ist es besonders günstig, wenn die zweite Sensoranordnung und die Kalibrieranordnung in einem Nachrüstmodul zusammengefasst sind. Dies ermöglicht nämlich die einfache Aufrüstbarkeit herkömmlicher Komparatoren zu erfindungsgemässen Komparatoren in einer besonders bevorzugten Ausführungsform. Die Wirkungen und Vorteile der genannten Weiterbildung sollen weiter unten im Zusammenhang mit einem besonderen Betriebsverfahren erläutert werden.In a further development of the invention it is provided that the second immersion coil unit is part of a second sensor arrangement and reversibly coupled to a calibration, by means of which its movable part deflectable and its speed is measured relative to its fixed part. It is particularly advantageous if the second sensor arrangement and the calibration arrangement are combined in a retrofit module. In fact, this makes it possible to easily upgrade conventional comparators to comparators according to the invention in a particularly preferred embodiment. The effects and advantages of said training will be explained below in connection with a particular operating procedure.

[0014] In der Grundform der erfindungsgemässen Komparatorwaage betrifft das bevorzugte Betriebsverfahren ein Verfahren zum Messen einer Gewichtsdifferenz zwischen dem Testgewicht eines Testgewichtsstücks bekannten Nominalgewichts und dem Referenzgewicht eines Referenzgewichtsstück gleichen Nominalgewichts. Die zweite Tauchspuleneinheit, insbesondere deren beweglicher Teil ist dabei an den Lastarm angekoppelt. Sofern auch eine zweite Sensoranordnung vorgesehen ist, ist die Tauchspuleneinheit von deren Kalibriereinheit abgekoppelt. Das bevorzugte Messverfahren umfasst sodann die folgenden Schritte: - Rechnerisches Ermitteln eines Differenzgewichtes zwischen dem Nominalgewicht und dem nominellen Gegengewicht des Gegengewichtsstücks, - Bestromen der zweiten Tauchspuleneinheit mit einem Substitutionsstrom, der zu einer dem ermittelten Differenzgewicht entsprechenden Substitutionskraft auf den Lastarm führt, - Auflegen des Testgewichtsstücks auf die Lastaufnahme, - Messen der Gewichtsdifferenz zwischen der Summe aus Testgewicht und Substitutionskraft einerseits und dem Gegengewicht andererseits mittels der ersten Sensoranordnung, - Abheben des Testgewichtsstücks von der Lastaufnahme, - Auflegen des Referenzgewichtsstücks auf die Lastaufnahme, - Messen der Gewichtsdifferenz zwischen der Summe aus Referenzgewicht und Substitutionskraft einerseits und dem Gegengewicht andererseits mittels der ersten Sensoranordnung, - Abheben des Referenzgewichtsstücks von der Lastaufnahme, - Rechnerisches Ermitteln der Gewichtsdifferenz zwischen dem Testgewicht und dem Referenzgewicht durch Vergleich der gemessenen Gewichtsdifferenzen.In the basic form of the inventive comparator scale, the preferred method of operation relates to a method for measuring a weight difference between the test weight of a test weight piece of known nominal weight and the reference weight of a reference weight piece of the same nominal weight. The second immersion coil unit, in particular its movable part is coupled to the load arm. If a second sensor arrangement is also provided, the immersion coil unit is decoupled from its calibration unit. The preferred method of measurement then comprises the following steps: Calculating a differential weight between the nominal weight and the nominal counterweight of the counterweight, equipping the second dipping coil unit with a substitution current which leads to a substitution force corresponding to the determined differential weight on the load arm, placing the test weight piece on the load bearing, - measuring the weight difference between the sum of test weight and substitution force on the one hand and the counterweight on the other hand by means of the first sensor arrangement, - lifting the test weight piece from the load bearing, - placing the reference weight piece on the load bearing, - measuring the weight difference between the sum of reference weight and substitution force on the one hand and the counterweight on the other hand by means of the first sensor arrangement, - lifting the reference weight piece of the load, - Calculating the Gewichtsdi Comparison between the test weight and the reference weight by comparing the measured weight differences.

[0015] Dies entspricht im Wesentlichen einer herkömmlichen Komparatormessung, wobei jedoch die «mechanische» Substitution durch eine «virtuelle», elektrische Substitution ersetzt ist.This essentially corresponds to a conventional comparator measurement, but the "mechanical" substitution is replaced by a "virtual" electrical substitution.

[0016] Ein häufiges Problem bei Komparatorwaagen ist, dass wegen des vergleichsweise grossen Gegengewichts einerseits und der vergleichsweise klein ausgelegten Kompensationskraft der ersten Sensoranordnung, insbesondere der ersten Tauchspuleneinheit, andererseits das Abheben des Test- bzw. Referenzgewichtsstücks oder eines grösseren Substitutionsgewichtsstücks zu einem zu grossen Ausschlag des Hebelsystems führen kann, der zu einem Anschlägen der empfindlichen mechanischen Teile an der Basis führen kann. Um dies abzumildern sind häufig Polsterungen der Anschläge und/oder piezzoelektrische Puffer vorgesehen. Die erfindungsgemässe Ausgestaltung der Komparatorwaage kann jedoch zur vollständigen Verhinderung eines unerwünschten Anschlagens genutzt werden. Hierzu ist vorgesehen, dass die zweite Tauchspuleneinheit im Fall, dass die erste Sensoranordnung eine übermässige Auslenkung des Gegenlastarms registriert, automatisch mit einem kompensierenden Substitutionsstrom bestromt wird. Dies entspricht einem instantanen Auflegen eines das abgehoben Gewichtsstück ersetzenden Gewichtsstückes auf der Lastaufnahme, sodass das Hebelsystem insgesamt im Wesentlichen im Gleichgewicht bleibt. Diese Kopplung der zweiten Tauchspuleneinheit mit der ersten Sensoranordnung ist nur auf den ersten Blick widersprüchlich. Wie oben erläutert soll ja erfindungsgemäss gerade eine konstante, elektrische Substitutionskraft erzeugt werden. Es sind jedoch Schaltungen denkbar, in denen die konstante Bestromung der zweiten Tauchspuleneinheit lediglich in kritischen Fällen, d.h. wenn ein die Vorrichtung insgesamt gefährdendes Anschlägen des Hebelsystems droht, als Rettungsmassnahme von der erläuterten Anschlagsverhinderungsschaltung übersteuert wird.A common problem with comparator balances is that because of the comparatively large counterweight on the one hand and the comparatively small compensating force of the first sensor arrangement, in particular the first Tauchspuleneinheit, on the other hand, the lifting of the test or reference weight piece or a larger Substitutionsgewichtsstücks too large a rash of the lever system, which can lead to an attack of the sensitive mechanical parts on the base. In order to mitigate this, paddings of the stops and / or piezoelectric buffers are often provided. However, the inventive design of the comparator balance can be used to completely prevent unwanted striking. For this purpose, it is provided that, in the event that the first sensor arrangement registers excessive deflection of the counter-load arm, the second immersion coil unit is automatically supplied with a compensating substitution current. This corresponds to instantaneously placing a weight piece replacing the lifted weight piece on the load receiver so that the lever system as a whole remains substantially in equilibrium. This coupling of the second immersion coil unit with the first sensor arrangement is contradictory only at first glance. As explained above, according to the invention, a constant, electrical substitution force is to be generated in particular. However, circuits are conceivable in which the constant energization of the second immersion coil unit only in critical cases, i. if the device as a whole endangering attacks of the lever system threatens to be overridden as a rescue measure of the illustrated attack prevention circuit.

[0017] Bei einer dritten Verfahrensvariante wird das Vorhandensein der oben erläuterten zweiten Sensoranordnung mit Tauchspuleneinheit und Kalibrieranordnung vorausgesetzt. Das Verfahren startet in einem Zustand, in dem die zweite Tauchspuleneinheit von dem Lastarm abgekoppelt und an die Kalibrieranordnung angekoppelt ist. Es umfasst sodann die folgenden Schritte: - Auslenken derzweiten Tauchspuleneinheit mittels einer Aktoreinheit de Kalibrieranordnung, Messen der resultierenden Geschwindigkeit des beweglichen Teils der Tauchspuleneinheit relativ zu ihrem festen Teil sowie der resultierenden Spulenspannung und Ermitteln des Kalibrierfaktors der zweiten Tauchspuleneinheit aus den gemessenen Grössen, - Abkoppeln der zweiten Tauchspuleneinheit von der Kalibrieranordnung und Ankoppeln an den Lastarm, - Auflegen eines Testgewichts auf die Lastaufnahme und - Durchführen einer Gewichtsmessung mittels der zweiten Sensoreinheit.In a third variant of the method, the presence of the above-explained second sensor arrangement with immersion coil unit and calibration arrangement is required. The method starts in a state in which the second immersion coil unit is decoupled from the load arm and coupled to the calibration arrangement. It then comprises the following steps: deflecting the second immersion coil unit by means of an actuator unit of the calibration arrangement, measuring the resulting velocity of the moving part of the immersion coil unit relative to its fixed part and the resulting coil voltage and determining the calibration factor of the second coil unit from the measured variables, uncoupling the second immersion coil unit of the calibration arrangement and coupling to the load arm, - applying a test weight to the load receiving and - performing a weight measurement by means of the second sensor unit.

[0018] Die erste Sensoranordnung hat hierbei keine Funktion. Vielmehr erfolgt die Messung allein über die zweite Sensoranordnung, die allerdings wegen der exakten Bestimmung des Kalibrierfaktors der zweiten Tauchspuleneinheit keines Anschlusses an mechanische Referenzgewichte bedarf, sondern auf rein elektrische Grössen rückführbar ist. Die insbesondere zusammen mit der Kalibrieranordnung in einem Nachrüstmodul zusammengefasste zweite Sensoranordnung kann ausserdem, falls benötigt, für Wegmessungen, Positionieraufgaben und/oder die Aufnahme von Kraft/Weg-Kennlini-en genutzt werden.The first sensor arrangement has no function here. Rather, the measurement takes place solely via the second sensor arrangement, which, however, because of the exact determination of the calibration factor of the second immersion coil unit requires no connection to mechanical reference weights, but can be traced back to purely electrical quantities. The second sensor arrangement combined in particular in a retrofit module together with the calibration arrangement can also, if required, be used for path measurements, positioning tasks and / or the recording of force / displacement characteristics.

[0019] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following specific description and the drawings.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen: [0020]Show:

Fig. 1: eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Komparatorwaage,1 shows a first embodiment of a comparator according to the invention,

Fig. 2: eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Komparatorwaage.2 shows a second embodiment of a comparator balance according to the invention.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen [0021] Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS Like reference numerals in the figures indicate like or analogous elements.

[0022] Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung den grundlegenden Aufbau einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Komparatorwaage 10.FIG. 1 shows in a highly schematic representation the basic structure of a first embodiment of a comparator balance 10 according to the invention.

[0023] Das Hebelsystem 12 der Komparatorwaage 10 ist hier in Form eines einfachen, symmetrischen Balkens dargestellt, der an einer Basis 14 angelenkt ist. Ein Gelenk 16 unterteilt den Balken 12 in einen Lastarm 121 (links in Fig. 1) und einen Gegenlastarm 122 (rechts in Fig. 1). Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass in der Praxis das Hebelsystem 12 typischenweise komplizierter ausgebildet ist und insbesondere ein zur Wegübersetzung gefaltetes Hebelsystem sein kann.The lever system 12 of the comparator balance 10 is shown here in the form of a simple, symmetrical beam, which is hinged to a base 14. A hinge 16 divides the beam 12 into a load arm 121 (on the left in FIG. 1) and a counterweight arm 122 (on the right in FIG. 1). However, those skilled in the art will understand that in practice the lever system 12 is typically more complicated and, in particular, may be a lever system folded to translate away.

[0024] Der Lastarm 121 trägt eine unterschalige Lastaufnahme 18, die der Aufnahme eines Test- oder Referenzgewichtsstücks 20 dient. Der Gegenlastarm 122 trägt hingegen eine Tauchspule 221, die in das Magnetfeld eines basisfesten Permanentmagneten 222 eintaucht. Gemeinsam bilden die Tauchspule 221 und der Permanentmagnet 222 eine erste Tauchspuleneinheit 22. Die Tauchspuleneinheit 22 ist Bestandteil einer ersten Sensoranordnung 24, die ausser der ersten Tauchspuleneinheit 22 auch einen Lagesensor 26 umfasst, mittels dessen die Auslenkungslage des Gegenlastarms 122 erfassbar ist. Die erste Sensoranordnung 24 ist Steuer- und messtechnisch mit einer Steuereinheit 28 verbunden. Insbesondere ist ein Regelkreis realisiert, mittels dessen ein Kompensationsstrom durch die Tauchspule 222 derart gere gelt wird, dass eine durch das Test- oder Referenzgewicht 20 verursachte Auslenkung des Gegenlastarms 122 instantan derart kompensiert wird, so dass der vom Lagesensor 26 übenwachte Lageindikator des Gegenlastarms 122 in seiner «Nulllage» verbleibt. Der hierfür notwendige Kompensationsstrom wird zugleich als Messstrom genutzt. Er repräsentiert die erforderliche Kraft, um das Hebelsystem 12 im Gleichgewicht zu halten.The load arm 121 carries a lower-shell load-bearing 18, which serves to receive a test or reference weight piece 20. The Gegenlastarm 122, however, carries a plunger coil 221, which dips into the magnetic field of a base-fixed permanent magnet 222. Together, the plunger coil 221 and the permanent magnet 222 form a first plunger coil unit 22. The plunger coil unit 22 is part of a first sensor arrangement 24, which in addition to the first plunger coil unit 22 also includes a position sensor 26, by means of which the deflection position of the counter-load arm 122 can be detected. The first sensor arrangement 24 is connected in terms of control and measurement technology to a control unit 28. In particular, a control loop is realized, by means of which a compensation current is regulated by the plunger coil 222 so regulated that a caused by the test or reference weight 20 deflection of Gegenlastarms 122 is instantaneously compensated so that the monitored by the position sensor 26 position indicator of Gegenlastarms 122 in his "zero position" remains. The compensating current required for this purpose is also used as measuring current. It represents the force required to balance the lever system 12.

[0025] Weiter trägt der Gegenlastarm 122 eine Gegenlastaufnahme 30 zur Aufnahme eines Gegengewichtsstücks 32. Ein derartiger Komparator ist primär dazu geeignet, Test- bzw. Referenzgewichtsstücke mit einem Nominalgewicht, welches dem nominellen Gegengewicht des Gegengewichtsstücks 32 entspricht, im Vergleich zu dem Gegengewicht zu messen. Nominalgewicht des Test- bzw. Referenzgewichtsstücks 20 und Nominalgewicht des Gegengewichtsstücks 32 müssen dabei nicht vollkommen identisch sein. Es genügt eine Ähnlichkeit, die in den Bereich des in den von der ersten Sensoranordnung 26 abgedeckten Messfensters fällt.Further, the counterweight arm 122 carries a counterweight receptacle 30 for receiving a counterweight 32. Such a comparator is primarily adapted to measure test or reference weights having a nominal weight corresponding to the nominal counterweight of the counterweight 32 as compared to the counterweight , Nominal weight of the test or reference weight piece 20 and nominal weight of the counterweight piece 32 need not be completely identical. A similarity that falls within the range of the measuring window covered by the first sensor arrangement 26 suffices.

[0026] Soll ein Test- oder Referenzgewichtsstück 20 gewogen werden, welches um mehr als die Messfensterbreite kleiner ist als das Nominalgewicht des Gegengewichtsstücks 32, bedarf es einer Substitution, d.h. der Lastarm 121 muss mit einer zusätzlichen Substitutionskraft belastet werden, die so gross ist, dass das Hebelsystem 12 in etwa im Gleichgewicht ist, d.h. sich die erste Sensoranordnung 24 innerhalb ihres Messfensters befindet.If a test or reference weight piece 20 is to be weighed which is smaller than the nominal weight of the counterweight piece 32 by more than the measuring window width, it requires a substitution, i. E. the load arm 121 must be loaded with an additional substitution force that is so large that the lever system 12 is approximately in equilibrium, i. the first sensor arrangement 24 is located within its measuring window.

[0027] Hierzu ist erfindungsgemäss eine zweite Tauchspuleneinheit 34 vorgesehen, deren zweite Tauchspule 341 in das Magnetfeld eines zweiten, basisfesten Permanentmagneten 342 eintaucht und mit dem Lastarm 121 kräfteübertragend gekoppelt ist. Die Tauchspule 341 ist mittels eines wählbaren Konstantstroms aus einer Konstantstromquelle 36 bestrombar. Von der Konstantstromquelle ist in Fig. 1 lediglich eine Bank schaltbarer Präzisionswiderstände dargestellt, die dazu dienen, den Konstantstrom in kleinen Schritten einzustellen. Der Konstantstrom dient als Substitutionsstrom, um mittels der zweiten Tauchspuleneinheit 34 eine Substitutionskraft auf den Lastarm 121 auszuüben, die mittels des Substitutionsstroms erzeugte Substitutionskraft kann genauso verwendet werden, wie die durch mechanische Substitutionsgewichtsstücke auf der Lastaufnahme 18 beim Stand der Technik.For this purpose, a second immersion coil unit 34 is provided according to the invention, the second plunger coil 341 is immersed in the magnetic field of a second, base-fixed permanent magnet 342 and coupled with the load arm 121 to transmit power. The plunger coil 341 can be supplied with current from a constant current source 36 by means of a selectable constant current. Of the constant current source is shown in Fig. 1, only a bank switchable precision resistors, which serve to adjust the constant current in small steps. The constant current serves as a substitution current to exert a substitution force on the load arm 121 by means of the second voice coil unit 34, the substitution force generated by the substitution current can be used as well as that by mechanical substitution weights on the load receiver 18 in the prior art.

[0028] Hierzu ist keine Verbindung mit der Steuereinheit 28 erforderlich, wie durch die Unterbrechung der Steuer- und Messstrecke zwischen der Steuereinheit 28 und der Konstantstromquelle 36 in Fig. 1 angedeutet. Gleichwohl kann es Ausführungsformen geben, in denen eine derartige Verbindung vorteilhaft ist. Insbesondere kann im Rahmen eines er-findungsgemässen Betriebsverfahrens vorgesehen sein, dass die zweite Tauschspuleneinheit 34 in Fällen, in denen die erste Sensoranordnung 24 einen übermässigen Ausschlag des Gegenlastarms 122 registriert, kompensatorisch bestromt wird, so dass das Hebelsystem 12 nicht hart an einem basisfesten Anschlag anschlägt.For this purpose, no connection with the control unit 28 is required, as indicated by the interruption of the control and measurement path between the control unit 28 and the constant current source 36 in Fig. 1. However, there may be embodiments in which such a connection is advantageous. In particular, in the context of an operating method according to the invention, it can be provided that the second exchange coil unit 34 is energized in a compensatory manner in cases in which the first sensor arrangement 24 registers an excessive deflection of the counter-load arm 122, so that the lever system 12 does not hit hard against a base-fixed stop ,

[0029] Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemässen Komparatorwaage 10, deren nachfolgend erläuterte Besonderheiten auch in Kombination mit den oben in Kontext von Fig. 1 beschriebenen Eigenschaften und Elementen einsetzbar sind. Die zweite Tauchspuleneinheit 34 ist bei dieser Ausführungsform Bestandteil einer zweiten Sensoranordnung 38, die ausser besagter zweiter Tauchspuleneinheit 34 auch einen zweiten Lagesensor 40 aufweist, der bevorzugt als ein Interferometer ausgebildet ist. Die zweite Tauchspule 341 ist einerseits über eine erste Koppelstelle 42 reversibel mit dem Lastarm 121 und andererseits über eine zweite Koppelstelle 44 ebenfalls reversibel mit einem Aktor 46 gekoppelt. Eine derartige Ausführungsform der erfindungsgemässen Komparatonwaage ist auch ohne den Einsatz der ersten Sensoranordnung 24 betreibbar, wie durch die Unterbrechung der Steuer- und Messstrecke zwischen der ersten Sensoranordnung 24 und der Steuereinheit 28 in Fig. 2 angedeutet. Dabei wird in einem ersten Schritt die zweite Tauchspule 341 vom Lastarm 121 abgekoppelt. Andererseits wird sie jedoch an den Aktor 46 angekoppelt. In diesem Zustand wird die zweite Tauchspule 341 mittels des Aktors 46 relativ zum Permanentmagneten 342 ausgelenkt, vorzugsweise in einer periodischen, besonders bevorzugt in einer harmonischen Schwingung. Dabei wird einerseits die in der zweiten Tauchspule 341 induzierte Spannung gemessen. Andererseits wird die Geschwindigkeit der zweiten Tauchspule 341 relativ zur Basis mittels des interferometrischen Lagesensors 40 gemessen. Hieraus kann der Kalibrierfaktor «B1 » der zweiten Tauchspuleneinheit 34 bestimmt werden. Dies erlaubt es, in einer nachfolgenden Gewichtsmessung, bei der die zweite Tauchspule 341 vom Aktor 46 abgekoppelt und an den Lastarm 121 angekoppelt ist, den KompensationsVMessstrom ohne Anschluss an ein Gewichtsnormal und unter Rückführung auf rein elektrische Grössen in eine Kraft umzurechnen. Diese Kraft entspricht dem Differenzgewicht zwischen dem auf den Lastarm 121 wirkenden Gewicht des Test- oder Referenzgewichtsstücks und dem auf den Gegenlastarm 122 wirkenden Gewicht des Gegengewichtsstücks 32.FIG. 2 shows an alternative embodiment of the inventive comparator balance 10, whose special features explained below can also be used in combination with the properties and elements described above in the context of FIG. 1. In this embodiment, the second plunger coil unit 34 is part of a second sensor arrangement 38 which, besides said second plunger coil unit 34, also has a second position sensor 40, which is preferably designed as an interferometer. The second plunger 341 is also reversibly coupled via a first coupling point 42 to the load arm 121 and on the other hand via a second coupling point 44 also reversibly connected to an actuator 46. Such an embodiment of the inventive Komparatonwaage is operable without the use of the first sensor assembly 24, as indicated by the interruption of the control and measurement path between the first sensor assembly 24 and the control unit 28 in Fig. 2. In this case, the second plunger coil 341 is decoupled from the load arm 121 in a first step. On the other hand, however, it is coupled to the actuator 46. In this state, the second plunger 341 is deflected by means of the actuator 46 relative to the permanent magnet 342, preferably in a periodic, more preferably in a harmonic oscillation. In this case, on the one hand, the voltage induced in the second plunger coil 341 is measured. On the other hand, the speed of the second plunger coil 341 relative to the base is measured by the interferometric position sensor 40. From this, the calibration factor "B1" of the second plunger coil unit 34 can be determined. This makes it possible, in a subsequent weight measurement, in which the second plunger coil 341 is decoupled from the actuator 46 and coupled to the load arm 121, to convert the compensation metering current into a force without connection to a weight standard and with reference to purely electrical quantities. This force corresponds to the difference in weight between the weight of the test or reference weight piece acting on the load arm 121 and the weight of the counterweight piece 32 acting on the counter load arm 122.

[0030] Wie durch den strichpunktierten Kasten in Fig. 2 angedeutet, sind die zweite Sensoranordnung 38 und der Aktor 46 bevorzugt als Nachrüstmodul 48 zusammengefasst. Bei Ausführungsformen ohne Aktor 46 kann auch die zweite Sensoranordnung 36 allein, d.h. die zweite Tauchspuleneinheit 34 zusammen mit dem zweiten Lagesensor 40, in einem Nachrüstmodul zusammengefasst sein.As indicated by the dot-dashed box in Fig. 2, the second sensor assembly 38 and the actuator 46 are preferably summarized as a retrofit module 48. In embodiments without actuator 46, the second sensor array 36 alone, i. the second immersion coil unit 34 together with the second position sensor 40, be combined in a retrofit module.

[0031] Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere sind die Betriebsverfahren für eine erfindungsgemässe Komparatorwaage nicht auf die explizit beschriebenen Beispiele beschränkt. Denkbar sind insbesondere ausser Kraftmessungen auch Wegmessungen, Positionieraufgaben und die Aufnahme von Kraft-/Weg-Kenn-linien.Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures represent only illustrative embodiments of the present invention. A broad range of possible variations will be apparent to those skilled in the art in light of the disclosure herein. In particular, the operating methods for a comparator balance according to the invention are not limited to the examples explicitly described. In addition to force measurements, path measurements, positioning tasks and the recording of force / displacement characteristics are also conceivable.

Claims

Reference Numeric List 10 Comparator balance 12 Lever system 121 Load arm of 12 122 Counterweight arm of 12 14 Base 16 Joint 18 Load bearing 20 Test / reference weight piece 22 First plunger coil unit 221 First plunger coil 222 First permanent magnet 24 First sensor assembly 26 First position sensor 28 Control unit 30 Counter load receptacle 32 Counter weight piece 34 Second Immersion coil unit 341 second plunger coil 342 second permanent magnet 36 constant current source 38 second sensor assembly 40 second position sensor 42 first coupling point 44 second coupling point 46 actuator of the calibration assembly 48 retrofit module claims

A comparator scale for comparative weight measurement of a test weight piece (20) against a counterweight piece (32) according to the electromagnetic compensation principle, comprising a lever system (12) pivotally mounted on a base (14) with a load arm (121) supporting a load receiver (18 ) for receiving the test weight piece (20) and with a counterweight arm (122) which carries a counter load receptacle (30) for receiving a counterweight piece (32), wherein the base (14) has a first sensor arrangement (24) with a first plunger coil unit (15). 22), whose movable part (221) is coupled to the counterweight arm (122), characterized in that a second plunger coil unit (34) is arranged on the base (14), the movable part (341) of which is connected to the load arm (121). coupled or can be coupled.

2. Comparator balance according to claim 1, characterized in that the movable part (341) of the second plunger coil unit (34) is reversibly coupled to the load arm (121).

3. Comparator balance according to one of the preceding claims, characterized in that the load receptacle (18) is designed as an undershaped weighing pan and the second plunger coil unit (34) is positioned above the load arm (121).

4. Comparator balance according to claim 3, characterized in that a coupling point (22) for reversible coupling of the movable part (341) of the second plunger coil unit (34) vertically with the articulation point of the load receiving device (18) is arranged in alignment on the load arm (121).

5. Comparator balance according to claim 2 or one of claims 3 to 4, as far as dependent on claim 2, characterized in that the second immersion coil unit (34) component of a second sensor arrangement (38) and reversibly with a calibration arrangement (46) can be coupled, by means of which their movable part (341) is deflectable and its speed is measurable relative to its fixed part (342).

6. Comparator balance according to claim 5, characterized in that the second sensor arrangement (34) and the calibration arrangement (46) are combined in a retrofit module.

7. A method for measuring a weight difference between the test weight of a test weight of known nominal weight and the reference weight of a reference weight of the same nominal weight by means of a Kompatatonwaage (10) according to any one of the preceding claims, wherein the second Tauchspuleneinheit (34) coupled to the load arm (121) and, if present, is decoupled from the calibration arrangement (46), comprising the steps: - calculating a differential weight between the nominal weight and the nominal counterweight of the counterweight piece (32), - energizing the second dipping coil unit (34) with a substitution stream which results in a - Determining the weight difference between the sum of the test weight and the substitution force on the one hand and the counterweight on the other hand by means of the first Sen - Measuring weight difference between the sum of test weight and substitution force on the load arm (121) soranordnung (24), -Abheben the test weight piece of the load bearing (18), -Passing the reference weight piece on the load bearing (18), - Measuring the weight difference between the sum of reference weight and substitution force on the one hand and the counterweight on the other hand by means of the first sensor arrangement (24) - lifting the reference weight piece from the load receiver (18), - calculating the weight difference between the test weight and the reference weight mathematically by comparing the measured weight differences.

8. A method for operating a comparator balance according to one of claims 1 to 6, characterized in that the second immersion coil unit (34) in the case that the first sensor arrangement registers excessive deflection of the Gegenlastarms (122), is automatically energized with a compensating substitution.

9. A method for operating a comparator balance according to one of claims 5 to 6, wherein the second plunger coil unit (34) is decoupled from the load arm (121) and coupled to the calibration assembly (46), comprising the steps of: - deflecting the second plunger coil unit ( 34) by means of an actuator unit (46) of the calibration arrangement, measuring the resulting velocity of the moving part (341) of the second immersion coil unit (34) relative to its fixed part (342) and the resulting coil voltage and determining the calibration factor of the second coil unit (34) the measured quantities, - decoupling the second immersion coil unit (34) from the calibration arrangement (46) and coupling to the load arm (121), applying a test weight to the load receptacle (18) and - performing a weight measurement by means of the second sensor unit (38).