CN100445714C - 使用电阻传感器的测量过程的监视方法、监视装置及工业天平 - Google Patents

使用电阻传感器的测量过程的监视方法、监视装置及工业天平 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种测量操作的监视方法，该测量使用电阻传感器(DMS)采集机械变量(F)特别是测定重量。在该方法中，求运行中位于测量点的电阻传感器的一个目标阻抗值(Zo)，预先规定从目标阻抗值的最大允许偏离的容差值(lim)，连续为在电阻传感器的测量点的阻抗(Z)求值(Z*)，然后在当前阻抗值从目标阻抗值的偏离不被允许时输出出错信号(FA)。由此本发明极大的优点在于，不需中断实际的重量测量或者质量测量(F*)、从而无需限制例如在加工工业或者自动化工业中正在进行的技术处理，可以在测量接收设备(SENS)中监测电阻传感器的阻抗的小的偏离。因此能够在加工中直接采取对策。可以有利地识别多个彼此并联和/或串联的电阻传感器中的电阻传感器的故障。

Description

使用电阻传感器的测量过程的监视方法、监视装置及工业天平
技术领域
本发明涉及一种监视测量的方法，该测量使用电阻传感器采集机械变量特别是采集重量。本发明涉及为执行该方法的监视装置以及工业天平，特别用于自动化技术和加工技术。
背景技术
在加工处理期间，特别在自动化技术处理期间，必须保持精确的和允许的数量或者重量比，例如在混合一种化学产品或者在组配某种建筑材料时。为能够在质量保证体系的框架内保证这种产品的高质量，需要精确的、可靠的和高可用的工业天平。这种天平例如可以与自动化系统组合存在，后者例如在某种规定材料达到预定填充数量或者预定填充重量时自动结束填充过程。因此称量的可靠性和精确性具有很大的意义。
为进行重量测量已知各种测量方法，其中在工业领域优选使用基于伸长测量带的称重元件，因为它结实、非常精确和使用寿命长。这里伸长测量带例如施加在一个弯曲杆上，该杆通过由待测重量引起的力作用而变弯曲。这一弯曲在弯曲的伸长测量带中引起成比例的电阻变化。电阻的变化在此是弯曲度的一个度量值，因此最终是为待测重量自身的一个度量值。一般也把这样的传感器称为电阻传感器，其中，物理变量例如力、压力、光、或者温度等的的变化伴随着电阻的变化。
由于其高灵敏性和热稳定性，全桥式电路主要使用4个伸长测量带作为电阻传感器，构成例如公知的惠斯顿桥电路。作为所谓的全桥电路，电阻传感器大多由具有若干伏特数的恒定电压的电压源驱动，以激励传感器。在此桥电路接收电流的典型值例如是250mA。为进一步提高精确度也可以并联接入更多个电阻传感器，例如通过把其中多个施加在上述例举的弯曲杆上一行或者一个区域内。通过并联接通，由电压源提供使用的电流相应地倍增。
大量控制设备和特别是电动机执行元件和电磁执行元件等具有干扰电场和/或干扰磁场，其对生产环境具有高渗透度，从而必须通过一条被屏蔽的馈线把测量接收设备或者称重元件与测量分析单元分开。于是该测量分析单元优选位于一个测量室内，该测量室特别能屏蔽电磁干扰，且在其内还安装有用于生产加工的所有其他重要的测量分析单元。所述测量接收设备和分析单元彼此可相距达100m。
为避免在馈线上的电压降对测量技术的影响，除用于激励桥电路或者电阻传感器的两条导线外，还需要另外4根导线。通过这些导线，分析单元能够几乎无损失地因此无损耗地量取在测量现场和在桥电路上施加的激励电压以及测量电压。电阻传感器或者全桥的这些电气连接也在“6导线技术”的概念下公知。
由于在工业区中的烟雾环境，例如可以引入一根用于激励全桥的供电线或者一根用于量取激励电压的回馈导体。这类全桥电路可以借助阈值监视来确定，例如西门子公司的SIWAREX A、SIWAREX M或者SIWAREX V工业天平就是这种情况。
但是使用前面提到的阈值监视不能检测例如多个并联的全桥或者多个电阻传感器中一个的损坏。其不良结果是导致错误测量并因此导致材料的错误的添加量和重量。当并联多个全桥时这点尤其重要。如果一个电阻传感器故障，则它将导致测量电压相对小的变化，例如百分之十以下的变化范围。但是这一变化由于对上述要称重的填充量和材料的精确性的高的要求十分严重，因为上述测量错误的影响仅在一段较长的时间后才可在质量保证步骤中被发现。于是在这期间生产完成的混合物、材料或者产品不能使用。
在另一种公知的监视方法中，测试电阻在分析电子部件中通过导线与测量接收设备并联，并测量由此引起的测量信号变化。例如在西门子公司的型号为SIWAREX S的工业天平中就是这种情况。但是它的缺点在于，在测试期间必须中断信号采集。因此不能为实际加工过程执行测量。
发明内容
因此本发明的任务在于提供一种可靠识别和显示测量故障的方法以及用于执行该方法的监视设备。
本发明的任务通过一种对使用电阻传感器采集机械参量特别是采集重量的测量进行监视方法来解决，其中，在运行中或者例如周期校准过程中确定在测量点的电阻传感器的目标阻抗值，预先规定从该目标阻抗值偏离的最大允许的容差值，连续监测测量点的电阻传感器的阻抗值，然后在当前阻抗值从目标阻抗值的偏离不被允许时输出出错信号。
由此很大的优点在于，不需中断实际的重量测量或者质量测量，从而不限制生产过程，就可以检测到测量接收设备的阻抗的微小偏离。如果测量的阻抗值例如从目标阻抗值偏离1％，则立即输出出错信号，因此能够在生产加工中直接采取对策。因此还可以识别多个彼此并联和/或串联的电阻传感器中的电阻传感器的故障，电阻传感器的连接方式例如为在开始时提到的具有伸长测量带的全桥电路或者惠斯顿桥电路。
优选地，利用在电阻传感器上、更确切说在测量点、亦即在测量设备和直接在电阻传感器上施加的激励电压及其激励电流连续求当前阻抗值。
也可以只求取或测量施加在电阻传感器上的激励电压来测量阻抗值。为最后能够计算求得阻抗值，给电阻传感器供给一个恒定激励电流。这点例如可以使用一个精密电流源实现。因为恒定电流的值已知，因此可以立即而且不需电流测量就可求得阻抗值。
另一个优点是，通过前述方法，在馈线上的导线电阻引起的不利的电压降对阻抗的测量值不起任何作用。同样有利的是，由温度决定的导线电阻的变化或者迁移电阻的变化，例如在测量传感器的接触点上的迁移电阻的变化，不会影响阻抗的测量值。
在一个优选的方法变体中，根据一种比率测量方法，从激励电压和与激励电流相应的电流测量电压来求当前阻抗值。在该已知的测量方法中有利的是仅考虑两个测量参量的比率。与测量参量的绝对测量相比，该方法的准确度显著提高。
在另一个方法变体中，使用同样的测量原理，从施加在位于测量点的电阻传感器上的测量电压和激励电压，求得当前要测量的物理参量，特别是机械参量如力或压力。
最后，将力作为待采集的机械物理参量进行检测，作为重量值或者质量值来输出。该值可以在生产过程或者自动化过程中被后继处理。
此外本发明的任务通过用于执行本发明的方法的监视装置来完成，它用于一个或者更多个彼此并联的电阻传感器，这些传感器通过馈线可连接到该监视装置。在此监视装置具有一个至少用于采集施加在传感器上的激励电压及其激励电流的A/D转换器，和一个控制单元，该控制单元通过数据线例如数据总线与该A/D转换器连接。此外，该控制单元，例如一微控制器，具有第一装置，该装置根据A/D转换器采集的激励电压连续地求得所述电阻传感器的阻抗值，并从当前求得的阻抗值和一个可预先给定的目标阻抗值之间求差，然后，如果该差在数值上超过一个可预先规定的容差值，则输出出错信号。
为在生产过程或者自动化过程中实际进行测量值的采集，A/D转换器另外采集施加在电阻传感器上的测量电压。上述控制单元为进行数据技术处理具有第二装置，该第二装置求出测量电压和激励电压的比率，然后输出一个与该比率成比例的重量值或者质量值。
优选地，一个惠斯顿桥电路在监视装置上作为电阻传感器。在此该电阻传感器由至少一个伸长测量带组成。
如在开始时提到的，在工业领域中具有伸长测量带的天平特别具有优点，因为它结实、非常准确和使用寿命长。
最后，可以把更多个电阻传感器彼此并联和/或串联，该“布线”在测量接收设备中进行。因此全部电路在总和上相当于一个唯一的桥电路，它通过馈线可连接到监视装置上。
本发明的设备可有利地用于工业天平，尤其是用于自动化技术和加工技术的工业天平，它具有带至少一个电阻传感器的称重元件，该称重元件可通过馈线连接到监视设备上。
附图说明
根据附图详细说明本发明。附图中：
图1表示称重元件的例示结构，在弯曲杆上设置有伸长测量条，
图2表示本发明的监视设备的功能的示意图，其中一个具有电阻传感器的测量接收设备连接在惠斯顿桥电路中。
具体实施方式
图1表示一种称重元件WZ的公知的结构示意图，它具有设置有伸长测量带R1-R4，它们平整地安置在称重元件WZ的一个弯曲杆BS上面。这种安排可以使用粘接剂进行。这些伸长测量带R1-R4按照图1的实施例这样设置，使得都能为形成测量信号共同有效作用。这样做的优点不仅是为了灵敏性，而且也为了热稳定性。当所示的4个伸长测量带R1-R4在全桥电路例如惠斯顿桥电路DMS中彼此被“布线”时，由于温度变化影响造成的所有电阻的相同的变化不会使测量信号变化。为概括起见，未图示伸长测量带R1-R4彼此的“布线”。这点在下面的图2中由相应电路表示。
图2表示本发明的监视设备AE的实施例的功能示意图，该监视设备连接一个测量接收设备SENS，其中带有连接在惠斯顿桥电路中的电阻传感器DMS。上述测量接收设备SENS和上述监视设备AE例如通过具有6根导线的馈线L以及连接触点彼此连接。在图的左边可看到电阻传感器DMS的所属的电路图。伸长测量带R1-R4在此作为欧姆电阻表示。此外，馈线L中的分布电阻用虚线代表性地表示两个电气符号RL。用Z表示上述各电阻传感器DMS的欧姆电阻的阻抗，在测量位置处的测量接收设备上，向电阻传感器DMS“向里看”去时给出该阻抗。US表示实际输出信号，即测量电压，该电压随后被分析利用。UD是激励电压，它通过惠斯顿桥电路施加。
图右边表示的监视设备AE例如具有一个双通道CH1、CH2模拟/数字变换器ADC，以及一个微控制器C，微控制器C的输入侧通过数据连接线DV与模拟/数字变换器ADC连接。数据连接线DV也可以是数据总线连接方式。所带的箭头基本上表示主数据方向。在微控制器C的输出侧象征性地提供两条导线，用于输出测得的重量F*的测量值，或者输出测得的质量的测量值，及用于在测量故障时输出出错消息FA。两个信号F*、FA是由用虚线表示的微控制器C的第一和第二装置M1和M2产生的。上述装置M1、M2也可例如是由软件实现。模拟/数字变换器ADC在输入侧有一个用于参考电压Uref的输入端。如前文所述，该电压Uref在比率测量方法中同时形成一个比较参量，并且相对应于激励电压UD的电压值。在模拟/数字变换器ADC的模拟输入通道CH1上输入一个用于确定重力F*的第二比较参量，即测量电压US。此外，监视设备AE为激励电阻传感器DMS而具有一个电压为UV的恒定电压源。IV表示通过电阻传感器DMS建立的激励电流IV。
根据本发明，为测量阻抗Z，需要测量激励电流IV。在图示例子中，这是借助一个低欧姆的测量电阻RM，例如一个分流电阻，来实现的。在该电阻RM上降落的成比例的电流测量电压UM，通过模拟/数字变换器ADC的第二输入通道CH2读入，然后在微控制器C中由第一装置M1进一步处理。第一装置M1从激励电压UD对电流测量电压UM的比值计算求出阻抗值Z*，用测量电阻RM的欧姆值乘这个比值就可结束这一计算。接着从该值Z*减去目标阻抗值Zo。如果该差在数值上大于容差值lim，则立即输出出错信号FA。上述目标阻抗值Zo以及上述测量电阻RM的欧姆值在此作为常数以电方式在微控制器C中存储。

Claims (15)

1.监视一种测量的方法，该测量使用电阻传感器(DMS)采集机械参量(F)，其中，
a)确定运行中在测量点处的上述电阻传感器(DMS)的目标阻抗值(Zo)，
b)规定一个从上述目标阻抗值(Zo)偏离的最大允许的容差值(lim)，
c)连续测算测量点处的上述电阻传感器(DMS)的阻抗(Z)的值(Z*)，
d)在当前阻抗值(Z*)从上述目标阻抗值(Zo)的偏离不被允许时输出出错信号(FA)。
2.根据权利要求1的方法，其中，上述当前阻抗值(Z*)从测量点处的电阻传感器(DMS)上施加的激励电压(UD)及一个附带的激励电流(IV)来求得。
3.根据权利要求1或2的方法，其中，上述当前阻抗值(Z*)根据比率测量方法，从激励电压(UD)和相应于激励电流(IV)的电流测量电压(UM)来求得。
4.根据权利要求1或2的方法，其中，上述当前要测量的机械参量(F)根据比率测量方法，从测量点上的电阻传感器(DMS)上施加的测量电压(US)和从激励电压(UD)来求得。
5、根据权利要求3的方法，其中，上述当前要测量的机械参量(F)根据比率测量方法，从测量点上的电阻传感器(DMS)上施加的测量电压(US)和从激励电压(UD)来求得。
6.根据权利要求4的方法，其中，上述机械参量(F)是一种力，其被采集的值作为重量值(F*)或者作为质量值输出。
7.监视装置(AE)，用于一个或者更多个彼此并联的电阻传感器(DMS)，这些传感器可通过一条馈线(L)连接到该监视装置(AE)上，监视装置(AE)具有：
a)一个A/D转换器(ADC)，至少用于采集一个在传感器(DMS)上施加的激励电压(UD)和一个附带的激励电流(IV)，
b)一个控制单元(C)，它通过数据线(DV)与上述A/D转换器(ADC)连接，而且它具有第一装置(M1)，所述第一装置
b1)根据由A/D转换器(ADC)采集的激励电压(UD)连续为电阻传感器(DMS)的阻抗(Z)求值(Z*)，
b2)从当前求得的阻抗值(Z*)和一个预先规定的目标阻抗值(Zo)求差，
b3)如果该差在数值上超过一个预先规定的容差值(lim)，则输出出错信号(FA)。
8.根据权利要求7的监视装置(AE)，其中，上述A/D转换器(ADC)用于采集施加在电阻传感器(ADC)上的测量电压(US)；上述控制单元(C)具有第二装置(M2)，第二装置(M2)根据测量电压(US)和激励电压(UD)求其比率，并输出与该比率成比例(K)的重量值(F*)或者质量值。
9.根据权利要求7或8的监视装置(AE)，其中，具有设置在惠斯顿桥电路中的电阻传感器(DMS)。
10.根据前述权利要求7或8的监视装置(AE)，其中，上述电阻传感器(DMS)由至少一个伸长测量带(R1-R4)组成。
11、根据权利要求9的监视装置(AE)，其中，上述电阻传感器(DMS)由至少一个伸长测量带(R1-R4)组成。
12.根据前述权利要求7、8或11的监视装置(AE)，其中，更多的电阻传感器(DMS)并联，它们通过馈线(L)连接到该监视装置(AE)。
13、根据权利要求9的监视装置(AE)，其中，更多的电阻传感器(DMS)并联，它们通过馈线(L)连接到该监视装置(AE)。
14、根据权利要求10的监视装置(AE)，其中，更多的电阻传感器(DMS)并联，它们通过馈线(L)连接到该监视装置(AE)。
15.工业天平，用于自动化技术和生产加工技术的工业天平，它具有一个至少带一个电阻传感器(DMS)的称重元件(WZ)，其中，上述称重元件(WZ)通过馈线(L)连接到根据前述权利要求7到14中之一的监视装置(AE)上。
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