DD245720A1

DD245720A1 - DEVICE FOR FORCE MEASUREMENT UNDER INFLUENCE OF CHANGING ACCELERATION

Info

Publication number: DD245720A1
Application number: DD28587386A
Authority: DD
Inventors: Heyo Mennenga; Werner Kessel; Rolf Eggert
Original assignee: Seefahrt Inghochschule
Priority date: 1986-01-02
Filing date: 1986-01-02
Publication date: 1987-05-13

Abstract

Die Vorrichtung zur Kraftmessung unter wechselndem Beschleunigungseinfluss ist vorzugsweise zur Waegung in Transport- und Umschlagprozessen geeignet. Ihr Vorteil ist, dass sie hinreichend genaue Messwerte liefert, ohne dass der Transport- oder Umschlagprozess waehrend des Waegens verlangsamt oder unterbrochen werden muss. Eine Verarbeitungseinheit ermittelt aus dem Ausgangssignal eines oder mehrerer Kraftaufnehmer in Verbindung mit dem Ausgangssignal eines Beschleunigungskomperators den statischen Anteil der gemessenen Kraft bzw. den Wert der Masse des zu waegenden Koerpers. Mit Hilfe eines Beschleunigungsaufnehmers wird die Zeitverzoegerung zwischen der Messwertaufnahme des Kraftaufnehmers und des Beschleunigungskomperators festgestellt und in der Verarbeitungseinheit durch geeignete Massnahmen verhindert, dass hieraus eine Messwertverfaelschung entsteht.The device for force measurement under changing acceleration influence is preferably suitable for the application in transport and handling processes. Its advantage is that it provides sufficiently accurate measured values without the transport or handling process having to be slowed or interrupted during operation. A processing unit determines the static component of the measured force or the value of the mass of the body to be moved from the output signal of one or more load cells in conjunction with the output signal of an acceleration comparator. With the aid of an acceleration sensor, the time delay between the measured value recording of the force transducer and the acceleration comparator is determined and prevented in the processing unit by suitable measures that this results in a Verwertverfaiche.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

In Transport- und Umschlagprozessen ist es erforderlich, die Masse der bewegten Güter ohne Unterbrechung des Prozesses mit hinreichender Genauigkeit zu bestimmen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die zweckmäßig z. B. in Kran-, Gleis-, Fuhrwerks- und Behälterwaagen eingesetzt werden kann.In transport and handling processes, it is necessary to determine the mass of the moving goods without interruption of the process with sufficient accuracy. The present invention relates to a device which expedient z. B. can be used in crane, track, wagon and container scales.

Characteristic of the known technical solutions

Es sind Vorrichtungen bekannt, die elektronisch mit oder ohne zusätzliche Beschleunigungsmessung den statischen Kraftanteil bei dynamischen Wägevorgängen ermitteln. Aus der DE-OS 1774137 ist eine elektrische Wägevorrichtung für sich bewegende Massen bekannt, die mittels Kraftmeßdose und Beschleunigungsaufnehmer die Kraft und die Beschleunigung bestimmt. Beide Werte werden elektrisch so miteinander verknüpft, daß durch das vom Beschleunigungsaufnehmer abgegebene Signal der dynamische Anteil des von der Kraftmeßdose abgegebenen Signals, eleminiert wird. Infolge der analogen Meßwertverarbeitung, dem großen Toleranzbereich sowie der Nichtlinearität der Meßwertaufnehmer treten bei dieser Vorrichtung ausgeprägte Meßfehler auf, die nur durch ständiges aufwendiges Kalibrieren zu vermeiden sind. Weiter wird eine Vorrichtung unter der Registriernummer DD-WP 212847 vorgestellt, die Gewichtskräfte unter Beschleunigungseinwirkung nach dem Prinzip ermittelt, daß Beschleunigung und Kraft voneinander unabhängig, gleichzeitig und gleichgerichtet im Raum gemessen werden und daraus in einem Mikroprozessor die Masse bestimmt wird. Die Entwicklung von in der Wägetechnik eingesetzten Kraftmeßdosen hat einen technischen Stand erreicht, der unter statischen Bedingungen das Messen von Gewichtskräften bis 0,03% v. E. ermöglicht, während, während die zur Zeit gefertigten und für diesen Anwendungsfall geeigneten Beschleunigungsaufnehmer einen um Größenordnungen höheren Fehler aufweisen. Bei der vorgeschlagenen Lösungsvariante geht der Fehler des Beschleunigungsaufnehmers linear in das Meßergebnis ein. Weiterhin ist eine Vorrichtung unter DD-WP 217308 bekannt, die Kraft-und Beschleunigungsaufnehmer in einer Meßdose vereint. Beide Aufnehmer arbeiten nach dem gleichen Wirkprinzip. Kraft und Beschleunigung werden am gleichen Ort, gleichberechtigt und zeitparallel gemessen. Nachteilig wirkt sich aus, daß die Beschleunigungsaufnahme mit einer seismischen Masse erfolgt, diefür hohe Empfindlichkeiten in Abhängigkeit von der Elastizität der ,Biegefeder relativ groß sein muß. Daraus resultiert ein erhöhtes Überschwingen der Beschleunigungsfunktion, welches die zeitparallele Messung mit der Masse erheblich erschwert. Unter der Registrierung DD-WP G 01 G/261262 ist eine Vorrichtung bekannt, die mit einer Geschwindigkeitsmeßeinrichtung für Lastseile von Kranen den günstigsten Meßzeitpunkt bestimmt und die Schnittpunkte des Funktionsverlaufes der Gewichtskraft F(t) mit der fiktiven Geraden der statischen Beschleunigung und die Minima sowie Maxima der Funktion F(t) ermittelt und in einer Verarbeitungseinheit die Gewichtskraft berechnet. Diese Vorrichtung liefert nur dann hinreichend genaue Meßwerte, wenn es sich bei den auftretenden ungleichförmigen Beschleunigungen um ungestörte gedämpfte Schwingungen handelt. Die bekannten technischen Lösungen berücksichtigen Ungenauigkeiten und Drift der Beschleunigungsaufnehmer sowie Nichtlinearitäten der Kennlinie nur unzureichend, was eine Verfälschung des Meßergebnisses zur Folge hat.Devices are known which determine the static force component in dynamic weighing processes electronically with or without additional acceleration measurement. From DE-OS 1774137 an electric weighing device for moving masses is known, which determines the force and acceleration by means of load cell and accelerometer. Both values are electrically linked to one another such that the dynamic component of the signal emitted by the load cell is eliminated by the signal emitted by the accelerometer. As a result of the analog measured value processing, the large tolerance range and the nonlinearity of the transducers, pronounced measurement errors occur in this device, which can only be avoided by constant, expensive calibration. Further, a device under the registration number DD-WP 212847 is presented, the weight forces under acceleration determined on the principle that acceleration and force are measured independently, simultaneously and rectified in space and it is determined in a microprocessor mass. The development of load cells used in weighing technology has reached a technical standard that under static conditions, the measurement of weight forces to 0.03%. E. allows while while the currently manufactured and suitable for this application accelerometer have orders of magnitude higher errors. In the proposed solution variant of the error of the accelerometer is linear in the measurement result. Furthermore, a device under DD-WP 217308 is known, which combines force and accelerometer in a load cell. Both transducers work according to the same principle of action. Force and acceleration are measured in the same place, on an equal footing and time-parallel. A disadvantage is that the acceleration recording takes place with a seismic mass which must be relatively large for high sensitivities as a function of the elasticity of the bending spring. This results in an increased overshoot of the acceleration function, which greatly complicates the time-parallel measurement with the mass. Under the registration DD-WP G 01 G / 261262 a device is known which determines with a speed measuring device for load ropes of cranes the most favorable measuring time and the intersections of the function curve of the weight F (t) with the notional lines of static acceleration and the minima and Maxima of the function F (t) determined and calculated in a processing unit, the weight. This device provides only sufficiently accurate measured values, if it is at the occurring non-uniform accelerations to undisturbed damped oscillations. The known technical solutions consider inaccuracies and drift of the accelerometers and nonlinearities of the characteristic only insufficient, which has a distortion of the measurement result.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, bei kombinierten und gleichzeitigen Kraft- und Beschleunigungsmessungen unter wechselndem Beschleunigungseinfluß den Fehleranteil der Beschleunigungsmessung zu verringern und die zur Bestimmung des statischen Anteils der Kraft erforderliche Meßzeit zu verkürzen.The aim of the invention is to reduce combined with simultaneous force and acceleration measurements under varying acceleration influence the error component of the acceleration measurement and to shorten the time required to determine the static portion of the force measuring time.

Explanation of the essence of the invention

Die zu lösende Aufgabe besteht darin, eine geeignete Beschleunigungsmessung zu finden. Dabei soll von der bekannten Erscheinung ausgegangen werden, daß die Beschleunigung Nullstellen aufweist.The problem to be solved is to find a suitable acceleration measurement. It should be assumed from the known phenomenon that the acceleration has zeros.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, einen Beschleunigungskomperator zu verwenden, der nur beim Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen Beschleunigungswertes einen Impuls oder einen Signalwechsel liefert, der eine gleichzeitige Messung der Kraft auslöst.The solution according to the invention is to use an acceleration comparator, which delivers a pulse or a signal change only when exceeding or falling below a predetermined acceleration value, which triggers a simultaneous measurement of the force.

Sei der Beschleunigungskomperator auf Null (a = 0) eingestellt, so ist die ermittelte Kraft die Gewichtskraft. Es ist eine bekannte Tatsache, daß mit Komperatoren eine höhere Meßgenauigkeit erzielt werden kann als mit analogen Gebern.If the acceleration comparator is set to zero (a = 0), the determined force is the weight force. It is a known fact that with comparators a higher accuracy can be achieved than with analog encoders.

Bei Komperatoren entfallen auch Nichtlinearitäten der Kennlinie und Drifterscheinungen lassen sich besser beherrschen. Die Drift des Nullpunktes ist leicht zu korrigieren und das Übertragungsverhalten spielt keine Rolle.With comparators also non-linearities of the characteristic are eliminated and drift phenomena can be better controlled. The drift of the zero point is easy to correct and the transmission behavior does not matter.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese Vorrichtung besteht aus einem Kraftaufnehmer 1, dessen Meßsignal zeitlich diskret abgetastet, gewandelt und einer Verarbeitungseinheit 4 zur Verfügung gestellt wird. Weiterhin besteht die Vorrichtung aus einem Beschleunigungskomperator 2 und einem Beschleunigungsaufnehmer 3, die ebenfalls mit der Verarbeitungseinheit 4 verbunden sind. In Abhängigkeit des Beschleunigungskomperators 2 werden die Werte des Kraftaufnehmers 1 in der Verarbeitungseinheit 4 verifiziert und abgespeichert. Die zwischen der Meßwertaufnahme der Kraft und dem Gültigkeitssignal des Beschleunigungskomparators liegende Zeitverzögerung At (Figur2), die von der einwirkenden Beschleunigungsgröße abhängig ist, wird durch die Verarbeitungseinheit 4 in Zusammenarbeit mit dem Beschleunigungsaufnehmer 3 rückwirkend kompensiert, indem aus der Kraft F* die Kraft Fs bestimmt wird (Figur 2). Die in der Verarbeitungseinheit 4, bei der es sich vorzugsweise um einen Mikrorechner handelt, ermittelte Gewichtskraft Fs stehtfür weitere Anwendungsfälle (z. B. Anzeige auf Display) zur Verfügung..Figure 1 shows an embodiment of the device according to the invention. This device consists of a force transducer 1, the measurement signal is scanned time discrete, converted and a processing unit 4 is provided. Furthermore, the device consists of an acceleration comparator 2 and an acceleration sensor 3, which are likewise connected to the processing unit 4. As a function of the acceleration comparator 2, the values of the force transducer 1 in the processing unit 4 are verified and stored. The time delay Δt (FIG. 2), which depends on the applied acceleration quantity, between the measured value recording of the force and the acceleration comparator, is compensated by the processing unit 4 in cooperation with the accelerometer 3 by determining the force Fs from the force F * becomes (Figure 2). The weight Fs determined in the processing unit 4, which is preferably a microcomputer, is available for other applications (eg display).

Claims

claims:

1. A device for measuring force under the influence of changing acceleration in the force and acceleration are measured simultaneously, characterized in that the accelerometer is a comparator (2).

2 .. Apparatus according to claim 1, characterized in that in response to the increase of the output from an accelerometer (3) measuring signal, the time delay between Meßwertaufnahme the force transducer and the Beschleunigungskomperators is eliminated.