DE10058217B4

DE10058217B4 - Libra

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Publication number: DE10058217B4
Application number: DE2000158217
Authority: DE
Inventors: Mircea Naiu
Original assignee: GFI GES fur INFORMATIONSSYSTE; Gfi Gesellschaft fur Informationssysteme Mbh
Current assignee: GFI GES fur INFORMATIONSSYSTE; Gfi Gesellschaft fur Informationssysteme Mbh
Priority date: 2000-11-23
Filing date: 2000-11-23
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: DE10058217A1

Abstract

Waage, bei der zwischen einer Wiegegutaufnahme und einer Waagenbasis eine Dehnungsmessstreifenbrücke vorgesehen ist, die eine dem Gewicht des Wiegeguts entsprechende Signalspannung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass als Versorgungsspannung (Uv) Spannungsimpulse an die Dehnungsmessstreifenbrücke (12) gelegt sind, dass die die Versorgungsspannung (Uv) bildenden Spannungsimpulse über einen Impulstransformator (16) an die Dehnungsmessstreifenbrücke (12) gelegt sind, wobei die Impulsdauer der an die Dehnungsmessstreifenbrücke (12) gelegten Spannungsimpulse kürzer ist als die Impulspause und die Amplitude der an die Dehnungsmessstreifenbrücke (12) gelegten Spannungsimpulse größer als 50 V ist, und dass ein Nutzsignalübertrager (21) an die Dehnungsmessstreifenbrücke (12) angeschlossen ist, dem ein Verstärker (22) hoher Impedanz und diesem ein Abtast-Halte-Glied (23) nachgeschaltet sind.Libra, at the between a Wieggutaufnahme and a balance base one Strain gauge bridge is provided, which corresponds to the weight of the weighing good Signal voltage generated, characterized in that as supply voltage (Uv) Voltage pulses are applied to the strain gauge bridge (12) that the voltage pulses forming the supply voltage (Uv) via a Pulse transformer (16) to the strain gauge bridge (12) with the pulse duration of the voltage applied to the strain gauge bridge (12) shorter voltage pulses is the pulse break and the amplitude of the to the strain gauges bridge (12) voltage pulses greater than 50 V, and that a useful signal transformer (21) to the strain gauges bridge (12) connected to which an amplifier (22) high impedance and this a sample-and-hold member (23) connected downstream are.

Description

Die Erfindung betrifft eine Waage, bei der zischen einer Wiegegutaufnahme und einer Waagenbasis eine Dehnungsmessstreifenanordnung vorgesehen ist, die eine dem Gewicht entsprechende Signalspannung erzeugt.The The invention relates to a balance, in the hissing a Wiegestgutaufnahme and a balance base provided a strain gauge arrangement is that generates a signal voltage corresponding to the weight.

Bei vielen Waagen wird nach dem Stand der Technik als Kraftaufnehmer eine Dehnungsmessstreifenanordnung verwendet. Diese besteht beispielsweise aus einem Block mit Biegestellen, an denen Dehnungsmessstreifen angeordnet sind. Der Block ist mechanisch zischen der Wiegegutaufnahme und der Waagenbasis angeordnet. Entsprechend des Gewichts des Wiegeguts verformt sich der Block an den Biegestellen, wodurch sich auch die Dehnungsmessstreifen verformen. Dabei ändert sich ihr elektrischer Widerstand und die Dehnungsmessstreifenanordnung gibt ein elektrisches Signal ab, das über einen A/D-Wandler zu einem digitalen Messergebnis weiterverarbeitet wird. Gebräuchlich ist ein Block mit vier Biegestellen und vier Dehnungsmessstreifen. Diese sind elektrisch zu einer Wheatstoneschen Brücke geschaltet. An die Brücke ist eine elektrische Versorgungsspannung gelegt. Eine derartige Waage ist in der Firmenschrift "Grundlagen der Wägetechnik", Sartorius AG, 195, S. 9, beschrieben.at Many scales are known in the art as force transducers a strain gauge arrangement used. This consists for example from a block with bending points, on which strain gauges are arranged. The block is mechanically hiss the Wiegestgutaufnahme and the balance base. According to the weight of the weighing material deforms the block at the bending points, which also the Deform strain gauges. This changes their electrical Resistor and the strain gauge arrangement gives an electrical Signal off that over processed an A / D converter to a digital measurement result becomes. common is a block with four bends and four strain gauges. These are electrically connected to a Wheatstone bridge. To the bridge is laid an electrical supply voltage. Such a balance is in the company brochure "Basics weighing technology ", Sartorius AG, 195, P. 9.

Die an die Brücke gelegte Versorgungsspannung ist nach dem Stand der Technik eine konstante Gleichspannung. Diese beträgt in der Regel 5 bis 10 V, weil dadurch die maximal zulässige Verlustleistung der üblichen Dehnungsmessstreifen nicht überschritten wird. Die Empfindlichkeit üblicher Dehnungsmessstreifenbrücken beträgt 1 mV pro V bis 2 mV pro V der Versorgungsspannung, woraus sich bei Volllast eine Signalspannung von 5 mV bis 20 mV ergibt. Die zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stehende Signalspannung ist also klein. Marktübliche A/D-Wandler benötigen eine Eingangsspannung von 5 bis 10 V. Dementsprechend ist für die Signalaufbereitung ein elektronischer Verstärker mit einem Verstärkungsfaktor von 500 bis 1000 nötig. Ein solcher Verstärker verstärkt auch die Offset-Spannungsanteile und vor allem das Rauschen mit. Dies führt zu einer Verschlechterung des Signal/Rauschverhältnisses, wodurch die Messsignalauflösung und die Messgenauigkeit eingeschränkt ist.The to the bridge laid supply voltage is a according to the prior art constant DC voltage. This is usually 5 to 10 V, because this is the maximum allowable Power loss of the usual Strain gauges not exceeded becomes. The sensitivity of usual Strain gauge bridges is 1 mV per V to 2 mV per V of supply voltage, resulting in Full load results in a signal voltage of 5 mV to 20 mV. The to Further processing available standing signal voltage is so small. Commercially available A / D converters require one Input voltage from 5 to 10 V. Accordingly, for signal conditioning an electronic amplifier with a gain factor from 500 to 1000 needed. Such an amplifier reinforced also the offset voltage components and especially the noise with. this leads to to a deterioration of the signal / noise ratio, whereby the measurement signal resolution and the measuring accuracy is limited is.

In der DE 31 25 133 A1 ist eine Messzelle in Form einer Vollbrücke gezeigt, an die als Speisespannung eine Rechteckspannung gelegt ist. Bei einer solche Rechteckspannung ist die Impulsdauer ebenso lang wie die Impulspause. Ein Impulstransformator oder ein Nutzsignalübertrager sind nicht vorgesehen, weil es bei der DE 31 25 133 A1 nicht darauf ankommt, hohe Amplituden zu erreichen. Ziel der DE 31 25 133 A1 ist es vielmehr, bei einer Wechselspannungsspeisung der Brücke Langzeitschwankungen des Messergebnisses zu vermeiden.In the DE 31 25 133 A1 a measuring cell in the form of a full bridge is shown, to which a square-wave voltage is applied as the supply voltage. With such a rectangular voltage, the pulse duration is just as long as the pulse break. A pulse transformer or a Nutzsignalübertrager are not provided, because it is in the DE 31 25 133 A1 does not matter to achieve high amplitudes. goal of DE 31 25 133 A1 it is rather to avoid long-term fluctuations in the measurement result with an AC voltage supply of the bridge.

Aus der GB 1 287 024 ist es bekannt, eine Wechselspannung eines Oszillators mittels eines Transformators an Brückenelemente anzukoppeln. Ausgangsseitig ist ein weiterer Transformator zur Auskopplung des von einem Verstärker verstärkten Nutzsignals vorgesehen. Die Transformatoren sind nicht so ausgelegt, dass sie Amplituden erhöhen.From the GB 1 287 024 It is known to couple an AC voltage of an oscillator by means of a transformer to bridge elements. On the output side, another transformer for decoupling the amplified by an amplifier useful signal is provided. The transformers are not designed to increase amplitudes.

Sowohl bei der DE 31 25 133 A1 als auch bei der GB 1 287 024 wird die Brücke mit Wechselspannung gespeist.Both at the DE 31 25 133 A1 as well as at the GB 1 287 024 the bridge is supplied with AC voltage.

Die Messgenauigkeit und die mögliche Messgeschwindigkeit verringert sich nicht nur durch Rauschanteile im Nutzsignal, sondern auch durch mechanische Störungen. Diese bestehen insbesondere darin, dass äußere Einflüsse zu Vibrationen der Waagenbasis führen. Sind an der Wiegegutaufnahme Antriebselemente befestigt, wie dies beispielsweise bei Poststückwaagen vorgesehen ist, führen auch diese zu Vibrationen. Nach dem Stand der Technik zur Dämpfung solcher Störungen vorgesehene Maßnahmen, wie Marmorplatten, Stahlplatten, Dämpfungsfüße, sind aufwändig und teuer.The Measuring accuracy and the possible measuring speed is reduced not only by noise in the useful signal, but also by mechanical disturbances. These consist in particular that external influences to vibrations of the balance base to lead. Are attached to the weighing goods recording drive elements, like this for example, with mail piece scales is provided, also lead these to vibrations. According to the prior art for damping such disorders measures envisaged, like marble slabs, steel plates, damping feet, are elaborate and expensive.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Waage der eingangs genannten Art die Messgenauigkeit zu verbessern und/oder die Messgeschwindigkeit zu erhöhen.task The invention is in a balance of the type mentioned to improve the measuring accuracy and / or the measuring speed to increase.

Gelöst ist diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.This is solved Task by the features of patent claim 1.

Dadurch, dass bei der Lösung Gleichspannungsimpulse und keine konstante Gleichspannung als Versorgungsspannung an die Dehnungsmessstreifenbrücke gelegt sind, lassen sich die Amplituden der Gleichspannungsimpulse wesentlich höher wählen, als die konstante Gleichspannung nach dem Stand der Technik, ohne dass die maximal zulässige Verlustleistung der Dehnungsmessstreifen überschritten wird. Die vergleichsweise hohen Amplituden der Gleichspannungsimpulse führen zu entsprechend hohen Signalspannungsimpulsen. Die Verstärkung der Spannungsimpulse mittels des Impulstransformators ist im Gegensatz zu einer Verstärkung mittels eines elektronischen Verstärkers rauschfrei.Thereby, that at the solution DC pulses and no constant DC voltage as supply voltage to the strain gauge bridge are set, the amplitudes of the DC pulses can be choose much higher than the constant DC voltage according to the prior art, without the maximum permissible power loss exceeded the strain gauge becomes. The comparatively high amplitudes of the DC voltage pulses to lead to correspondingly high signal voltage pulses. The reinforcement of Voltage pulses by means of the pulse transformer is in contrast to a reinforcement by means of an electronic amplifier noise-free.

Vorzugsweise werden die Signalspannungsimpulse mittels eines transformatischen Nutzsignalübertragers nochmals – rauschfrei – erhöht. Insgesamt ist dadurch ein hoher Signal-Rausch-Abstand erreicht.Preferably the signal voltage pulses are transformed by means of a transformer Nutzsignalübertragers again - noise-free - increased. Overall is This achieves a high signal-to-noise ratio.

Um am Nutzsignalübertrager eine elektrische Leistung abgreifen zu können, ist ein Verstärker hoher Impedanz vorgesehen. Ein Abtast-Halte-Glied (sample-hold) formt aus den einzelnen Impulsen eine entsprechend gestufte Gleichspannung, wodurch das Signal in der nachfolgenden Filterstufe sicher weiterverarbeitbar ist.Around on Nutzsignalübertrager to be able to tap an electric power, is an amplifier higher Impedance provided. A sample-and-hold element (sample-hold) forms from the individual pulses a correspondingly stepped DC voltage, whereby the signal in the subsequent filter stage safely weiterverarbeitbar is.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the following description and the dependent claims.

Durch ein Trägheitssystem lassen sich dynamische Störungen, insbesondere Vibrationen, die auf die Wiegegutaufnahme und/oder die Waagenbasis wirken, auf elektrischem Wege kompensieren. Das Trägheitssystem weist ein Gewichtsstück auf, das durch die Vibrationen zum Schwingen angeregt wird. Aus diesen Schwingungen wird eine elektrische Spannung abgeleitet. Dies kann durch bekannte Kraftaufnehmer erfolgen. Vorzugsweise arbeitet auch das Trägheitssystem mit einer Dehnungsmessstreifenanordnung.By an inertial system can dynamic disturbances, In particular, vibrations on the Wiegegutaufnahme and / or the balance base act, compensate by electrical means. The inertia system has a weight piece on, which is excited by the vibrations to vibrate. Out These vibrations, an electrical voltage is derived. This can be done by known load cell. Preferably works too the inertia system with a strain gauge arrangement.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:advantageous Further developments emerge from the subclaims and the following description. In the drawing show:

1 schematisch den Aufbau einer Waage mit zusätzlichem Trägheitssystem, 1 schematically the construction of a balance with additional inertia system,

2 eine Alternative zu 1, 2 an alternative to 1 .

3 ein Teil-Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung der Waage, 3 a partial block diagram of an electrical circuit of the scale,

3a eine Schaltung zur Weiterverarbeitung eines Ausgangssignals der Schaltung nach 3, 3a a circuit for further processing of an output signal of the circuit 3 .

3b eine Alternative zur Schaltung nach 3a, 3b an alternative to the circuit after 3a .

3c eine weitere Alternative zur Schaltung nach 3a, 3c another alternative to the circuit after 3a .

4a Nutzsignalimpulse am Eingang des Abtast-Halte-Gliedes, 4a Useful signal pulses at the input of the sample-and-hold element,

4b das entsprechende Spannungssignal am Ausgang des Abtast-Halte-Gliedes und 4b the corresponding voltage signal at the output of the sample-and-hold member and

5 ein Blockschaltbild einer die Schaltung nach 3 ergänzenden Schaltung zur Signalabschwächung. 5 a block diagram of the circuit after 3 complementary circuit for signal attenuation.

Eine Waage 1 weist eine Waagenbasis 2 und eine Wiegegutaufnahme 3 auf, die von einer Plattform oder einer Waagschale gebildet ist. Zwischen der Waagenbasis 2 und der Wiegegutaufnahme 3 ist eine Dehnungsmessstreifenanordnung 4 als Messwertaufnehmer bzw. Kraftaufnehmer angeordnet. Diese besteht aus einem metallischen Block 5, an dem vier Biegestellen 6 ausgebildet sind. An jeder Biegestelle 6 ist ein Dehnungsmessstreifen 7 angeordnet.A balance 1 has a balance base 2 and a weighing material intake 3 which is formed by a platform or a scale. Between the balance base 2 and the weighing material intake 3 is a strain gauge arrangement 4 arranged as a transducer or force transducer. This consists of a metallic block 5 at the four bends 6 are formed. At every bend 6 is a strain gauge 7 arranged.

Bei der Ausführung nach 1 ist an der Wiegegutaufnahme 3 ein Antriebselement 8 angeordnet, das der Förderung des Wiegeguts dient, wie dies beispielsweise bei Poststückwaagen der Fall ist.In the execution after 1 is at the weighing material intake 3 a drive element 8th arranged, which serves the promotion of the weighing good, as is the case for example with mail piece scales.

Das Gewicht des Wiegegutes belastet die Wiegegutaufnahme 3 in Richtung des Pfeiles G. Von außen können auf die Waagenbasis 2 Erschütterungen wirken, die zu Vibrationen in Richtung des Pfeiles Va führen (vgl. 1 und 2). Von dem Antriebselement 8 können Erschütterungen der Wiegegutaufnahme 3 ausgehen, die zu Vibrationen in Richtung des Pfeiles Vi führen. Die Vibrationen wirken auf die Dehnungsmessstreifenanordnung 4.The weight of the load weighs the load 3 in the direction of the arrow G. From the outside can on the balance base 2 Vibrations act, which lead to vibrations in the direction of the arrow Va (cf. 1 and 2 ). From the drive element 8th can shake the weighing material 3 go out, which lead to vibrations in the direction of the arrow Vi. The vibrations act on the strain gauge arrangement 4 ,

Zur Erfassung der Vibrationen in Richtung der Pfeile Va bzw. Va und Vi ist ein Trägheitssystem 9 vorgesehen, das ein durch die Vibrationen in Schwingungen bringbares Gewichtsstück 10 aufweist. Das Gewichtsstück 10 ist am freien Ende eines Kraftaufnehmers 11 befestigt. Dieser Kraftaufnehmer 11 kann eine Dehnungsmessstreifenanordnung sein, die ebenso aufgebaut ist, wie die Dehnungsmessstreifenanordnung 4. Das Trägheitssystem 9 ist nicht durch das statische Gewicht G des Wiegeguts belastet.For detecting the vibrations in the direction of the arrows Va or Va and Vi is an inertial system 9 provided, which can be brought by the vibrations in vibration weight 10 having. The weight piece 10 is at the free end of a force transducer 11 attached. This force transducer 11 may be a strain gauge arrangement constructed as well as the strain gauge arrangement 4 , The inertia system 9 is not burdened by the static weight G of the weighed material.

Der Kraftaufnehmer 11 erzeugt ein den Schwingungen des Gewichtsstücks 10 proportionales elektrisches Signal, das durch die unten beschriebene elektrische Schaltung derart auswertbar ist, dass der Einfluss der Vibrationen auf die Dehnungsmessstreifenanordnung 4 kompensiert wird.The force transducer 11 generates the vibrations of the weight piece 10 proportional electrical signal that is evaluable by the electrical circuit described below such that the influence of the vibrations on the strain gauge assembly 4 is compensated.

Bei der Ausführung nach 1 ist das Trägheitssystem 9 an derjenigen Seite des Blocks 5 der Dehnungsmessstreifenanordnung 4 befestigt, auf die das Gewicht G des Wiegeguts wirkt. Das Gewichtsstück 10 wird also sowohl durch Vibrationen der Wiegegutaufnahme 3 in Richtung des Pfeiles Vi als auch durch Vibrationen der Waagenbasis 2 in Richtung des Pfeiles Va in Schwingungen versetzt, die sich auf den Kraftaufnehmer 11 übertragen.In the execution after 1 is the inertia system 9 on the side of the block 5 the strain gauge arrangement 4 attached, on which the weight G of the weighed material acts. The weight piece 10 So is both by vibrations of Wiegestgutaufnahme 3 in the direction of the arrow Vi as well as by vibrations of the balance base 2 vibrated in the direction of the arrow Va, referring to the force transducer 11 transfer.

Bei der Ausführung nach 2 ist an der Wiegegutaufnahme 3 ein Antriebselement 8 nicht vorgesehen. Das Trägheitssystem 9 ist an der Waagenbasis 2 befestigt und damit deren Vibrationen ausgesetzt.In the execution after 2 is at the weighing material intake 3 a drive element 8th not provided. The inertia system 9 is at the balance base 2 attached and thus exposed to their vibrations.

Die Dehnungsmessstreifen 7 liegen elektrisch in einer Dehnungsstreifenbrücke 12, an die als gepulste Versorgungsspannung Uv Spannungsimpulse, insbesondere Gleichspannungsimpulse, gelegt sind. Die Spannungsimpulse werden ausgehend von einem Oszillator 13 über einen Impulsformer 14, über einen Leistungstreiber 15 und einen Impulstransformator 16 erzeugt (vgl. 3). Der Impulstransformator 16 weist eine Primärwicklung 17 und eine Sekundärwicklung 18' auf, an der die Dehnungsstreifenbrücke 12 massefrei, d.h. elektrisch nicht an Masse geschaltet, liegt. Außerdem weist in 3 der Impulstransformator 16 eine weitere, vorzugsweise gleiche, ebenfalls nicht an Masse geschaltete Sekundärwicklung 18'' auf.The strain gauges 7 lie elek in a stretchstrip bridge 12 to which are applied as pulsed supply voltage Uv voltage pulses, in particular DC voltage pulses. The voltage pulses are taken from an oscillator 13 via a pulse shaper 14 , about a power driver 15 and a pulse transformer 16 generated (cf. 3 ). The pulse transformer 16 has a primary winding 17 and a secondary winding 18 ' on, at the the stretch mark bridge 12 ground-free, ie electrically not connected to ground. In addition, points in 3 the pulse transformer 16 another, preferably the same, also not connected to ground secondary winding 18 '' on.

An der Primärwicklung 17 stehen Spannungsimpulse mit beispielsweise 24 V an. An der Sekundärwicklung 18' ergeben sich Spannungsimpulse höherer Spannung, beispielsweise 80 V oder mehr. Die Amplitude der Spannungsimpulse ist mittels des Impulstransformators 16, insbesondere rauschfrei, erhöht. Die Pulsamplitude, die Pulsdauer und die Pulsfrequenz sind so aufeinander abgestimmt, dass die maximal zulässige Verlustleistung der Dehnungsmessstreifen 7 nicht überschritten wird, um die Dehnungsmessstreifen 7 nicht durch die in der Amplitude hohen Spannungsimpulse elektrisch zu schädigen. Die Impulsdauer beträgt beispielsweise 0,01 ms; die Impulspause beträgt beispielsweise etwa 0,99 ms, entsprechend einer Pulsfrequenz von 1 kHz.At the primary winding 17 are voltage pulses with, for example 24 V on. At the secondary winding 18 ' arise voltage pulses of higher voltage, for example 80 V or more. The amplitude of the voltage pulses is by means of the pulse transformer 16 , especially noise-free, increased. The pulse amplitude, the pulse duration and the pulse frequency are coordinated so that the maximum allowable power loss of the strain gauges 7 does not exceed the strain gages 7 not electrically damaged by the high voltage pulses in the amplitude. The pulse duration is for example 0.01 ms; the pulse interval is for example about 0.99 ms, corresponding to a pulse frequency of 1 kHz.

Der Querzweig der Dehnungsstreifenbrücke 12 liegt einerseits an Masse und andererseits an einem Abgriff 19 einer einzigen Wicklung 20 eines Nutzsignalübertragers 21 (Autotransformator). Die Wicklung 20 liegt einerseits an Masse und andererseits an einem Eingang eines elektronischen Verstärkers 22. Durch den Nutzsignalübertrager 21 wird die am Abgriff 19 anliegende Signalspannung, d.h. die Gleichspannungsimpulse, etwa um den Faktor 5 bis 20, insbesondere 10, insbesondere rauschfrei, erhöht. Der elektronische Verstärker 22 weist eine hohe Eingangsimpedanz auf, die im hohen MOhm-Bereich liegt, damit das Nutzsignal nicht bei der weiteren Verarbeitung zusammenbricht. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 22 kann 1 oder > 1, insbesondere 300 bis 1000, sein.The transverse branch of the stretch mark bridge 12 is on the one hand to ground and on the other hand on a tap 19 a single winding 20 a Nutzsignalübertragers 21 (Autotransformer). The winding 20 is on the one hand to ground and on the other hand to an input of an electronic amplifier 22 , Through the Nutzsignalübertrager 21 will be the tap 19 applied signal voltage, ie the DC voltage pulses, for example by a factor of 5 to 20, in particular 10, in particular noise-free, increased. The electronic amplifier 22 has a high input impedance, which is in the high MOhm range, so that the useful signal does not collapse during further processing. The amplification factor of the amplifier 22 may be 1 or> 1, especially 300 to 1000.

Der Ausgang des Verstärkers 22 ist an ein Abtast-Halte-Glied 23 (Sample-Hold-Glied) gelegt. 4a zeigt einige während eines Wiegevorgangs am Eingang des Abtast-Halte-Gliedes 23 beispielsweise auftretende Impulse einer Impulsfolge, die sich ergeben kann, wenn ein zu wiegendes Wiegegut noch nicht ruhig auf der Wiegegutaufnahme 3 aufliegt und/oder Vibrationen Va, Vi auftreten.The output of the amplifier 22 is to a sample-and-hold member 23 (Sample hold member). 4a shows some during a weighing operation at the input of the sample-and-hold member 23 For example, occurring pulses of a pulse train, which can result if a weighing material to be weighed not yet calm on the Wiegestgutaufnahme 3 rests and / or vibrations Va, Vi occur.

In die Zeit eines Wiegevorgangs fallen sehr viele Impulse. Beträgt beispielsweise die Pulsfrequenz 1 kHz und für die Messung steht beispielsweise 0,5 s zur Verfügung, dann ergeben sich 500 Impulse zur Gewinnung des Messergebnisses. Damit lassen sich genaue Messergebnisse in kurzen Messzeiten gewinnen.In the time of a weighing process falls a lot of impulses. For example the pulse rate 1 kHz and for the measurement is available for example 0.5 s, then there are 500 Impulses for obtaining the measurement result. This can be accurate Gain measurement results in short measuring times.

4b zeigt die bei den Impulsen der 4a am Ausgang des Abtast-Halte-Gliedes 23 auftretende gestufte Gleichspannung. 4b shows the pulses at the 4a at the output of the sample-and-hold member 23 occurring stepped DC voltage.

An den Ausgang des Abtast-Halte-Gliedes 23 ist ein Tiefpassfilter 24 geschaltet, der im Ausgangssignal des Abtast-Halte-Gliedes 23 in den Spannungssprüngen enthaltene hochfrequente Anteile unterdrückt. Im Endergebnis steht am Ausgang des Tiefpassfilters 24 eine Gleichspannung Ul an, die dem Gewicht des Wiegegutes proportional ist.To the output of the sample-and-hold member 23 is a low pass filter 24 connected in the output signal of the sample-and-hold member 23 suppressed in the voltage jumps high-frequency components. The end result is at the output of the low-pass filter 24 a DC voltage Ul, which is proportional to the weight of the weighing good.

Bei Vibrationen Va und/oder Vi kann im Gleichspannungssignal Ul ein Gleichspannungsanteil enthalten sein, dessen Ursache die Vibrationen sind. Der vibrationsbedingte Gleichspannungsanteil des Gleichspannungssignals Ul wird separat erfasst, um ihn zu kompensieren:
Der Impulstransformator 16 weist die zweite Sekundärwicklung 18'' auf, die den elektromechanischen Kraftaufnehmer 11, der insbesondere ebenfalls eine Dehnungsmessstreifenbrücke 12' ist, mit Versorgungsspannungsimpulsen gleichspannungsfrei versorgt.For vibrations Va and / or Vi may be included in the DC signal Ul a DC component, the cause of which are the vibrations. The vibration-induced DC voltage component of the DC signal Ul is detected separately to compensate for it:
The pulse transformer 16 has the second secondary winding 18 '' on that the electromechanical force transducer 11 in particular also a strain gauge bridge 12 ' is supplied with supply voltage pulses DC-free.

Das elektrische Ausgangssignal des Kraftaufnehmers 11 ist an einen Abgriff 19' der Wicklung 20' eines Nutzsignalübertragers 21' gelegt, der die Amplitude des Ausgangssignals – wie der Nutzsignalübertrager 21 – erhöht. Dem Nutzsignalübertrager 21' sind ein elektronischer Verstärker 22', ein Abtast-Halte-Glied 23' und ein Tiefpassfilter 24' nachgeschaltet. Deren Funktionen entsprechen den beschriebenen Funktionen des elektronischen Verstärkers 22, des Abtast-Halte-Gliedes 23 und des Tiefpassfilters 24.The electrical output signal of the force transducer 11 is at a tap 19 ' the winding 20 ' a Nutzsignalübertragers 21 ' set the amplitude of the output signal - as the Nutzsignalübertrager 21 - elevated. The Nutzsignalübertrager 21 ' are an electronic amplifier 22 ' , a sample-and-hold member 23 ' and a low-pass filter 24 ' downstream. Their functions correspond to the described functions of the electronic amplifier 22 , the sample-and-hold member 23 and the low-pass filter 24 ,

Im Endergebnis steht am Ausgang des Tiefpassfilters 24' eine Gleichspannung U2 an, die den auf Vibrationen Va bzw. Va und Vi beruhenden Störungen entspricht.The end result is at the output of the low-pass filter 24 ' a DC voltage U2, which corresponds to the vibrations Va and Va and Vi based disturbances.

Die Gleichspannungssignale U1 und U2 lassen sich in verschiedenen Weisen (vgl. 3a, 3b, 3c) zum Messergebnis weiterverarbeiten, wobei die vibrationsbedingten Störungen des Nutzsignals kompensiert werden.The DC voltage signals U1 and U2 can be in different ways (see. 3a . 3b . 3c ) process to the measurement result, whereby the vibration-related disturbances of the useful signal are compensated.

Nach 3a werden die Gleichspannungsignale U1 und U2 über ein analoges Summierglied 25 derart verarbeitet, dass der im Gleichspannungssignal U1 enthaltene, durch Vibrationen Va bzw. Vi verursachte Gleichspannungsanteil, den das Gleichspannungssignal U2 beinhaltet, vom Gleichspannungssignal U1 abgezogen wird. Das analoge Ergebnis wird mittels eines A/D-Wandlers 26 digitalisiert und einem Mikrocontroller 27 zugeführt, der das Messergebnis digital zur Anzeige bringt und/oder weiterverarbeitet.To 3a The DC voltage signals U1 and U2 via an analog summing 25 processed such that the dc voltage component contained in the DC voltage signal U1, caused by vibrations Va and Vi, which includes the DC voltage signal U2, is subtracted from the DC voltage signal U1. The analogue Er The result is an A / D converter 26 digitized and a microcontroller 27 supplied, which brings the measurement result digitally displayed and / or further processed.

Nach 3b werden die analogen Gleichspannungen U1 und U2 je einzeln über A/D-Wandler 28, 28' digitalisiert und an den Mikrocontroller 27 gelegt, der die beiden Signale weiterverarbeitet.To 3b are the analog DC voltages U1 and U2 each individually via A / D converter 28 . 28 ' digitized and sent to the microcontroller 27 which processes the two signals further.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3c werden die beiden analogen Gleichspannungen U1, U2 an einen Multiplexer 29 gelegt, der beide Signale, insbesondere zeitversetzt, über den A/D-Wandler 26 an den Mikrocontroller 27 legt.According to the embodiment 3c Both analog DC voltages U1, U2 are sent to a multiplexer 29 placed, the two signals, in particular time-delayed, via the A / D converter 26 to the microcontroller 27 sets.

In 3 liegt parallel zur Sekundärwicklung 18 eine Kompensationsschaltung 30, die so einstellbar ist, dass das Eigengewicht der Wiegegutaufnahme 3 nicht in das am Abgriff 19 anstehende Nutzsignal eingeht.In 3 is parallel to the secondary winding 18 a compensation circuit 30 , which is adjustable so that the dead weight of Wiegestgutaufnahme 3 not in the tap 19 incoming useful signal is received.

Durch die hohe – für kleine Gewichte G ausgelegte – Verstärkung der Signalspannungsimpulse kann bei im Vergleich zu kleinen Gewichten hohen Gewichten G der elektronische Verstärker 22 in die Sättigung kommen und der zulässige Eingangsspannungsbereich des A/D-Wandlers 26, 28 kann überschritten werden. Damit wäre eine Messung des großen Gewichts G nicht mehr möglich.Due to the high - designed for small weights G - amplification of the signal voltage pulses in comparison to small weights high weights G of the electronic amplifier 22 come into saturation and the allowable input voltage range of the A / D converter 26 . 28 can be exceeded. Thus, a measurement of the large weight G would no longer be possible.

Um dieses Problem zu beheben, ist eine Messsignal-Korrekturschaltung 31 (vgl. 5) vorgesehen. Die Messsignal-Korrekturschaltung 31 ist in die Schaltung nach 3 in gleicher Weise wie die Kompensationsschaltung 30 geschaltet.To fix this problem is a measurement signal correction circuit 31 (see. 5 ) intended. The measurement signal correction circuit 31 is in the circuit after 3 in the same way as the compensation circuit 30 connected.

Die Messsignal-Korrekturschaltung 31 umfasst mehrere Schaltstufen, insbesondere binär gestufte Widerstands-Schaltstufen R, 2R, 4R, 8R, 16R, 32R, 64R, 128R, die, insbesondere je einzeln, vom Mikrocontroller 27 aktivierbar sind. Je nach der Aktivierung der Schaltstufen wird die Amplitude der von der Sekundärwicklung 18 an die Dehnungsstreifenbrücke 12 der Dehnungsmessstreifenanordnung 4 gelegten Spannungsimpulse abgeschwächt.The measurement signal correction circuit 31 comprises a plurality of switching stages, in particular binary stepped resistance switching stages R, 2R, 4R, 8R, 16R, 32R, 64R, 128R, which, in particular individually, from the microcontroller 27 can be activated. Depending on the activation of the switching stages, the amplitude of the secondary winding 18 to the stretch mark bridge 12 the strain gauge arrangement 4 attenuated voltage pulses.

Mit der Schaltung nach 3 werden bei einem Wiegevorgang im wesentlichen folgende Funktionsschritte durchgeführt:With the circuit after 3 In a weighing process, essentially the following functional steps are carried out:

1. Schritt:Step 1:

Bei dem Wiegen eines großen Gewichts G erkennt der Mikrocontroller 27, dass eine exakte Gewichtsmessung nicht möglich ist, weil der Verstärker 22 in Sättigung gegangen und/oder der zulässige Eingangsspannungsbereich des A/D-Wandlers 26, 28 überschritten ist. Der Mikrocontroller 27 kann dies dadurch erkennen, dass an ihm dauerhaft das Maximalsignal anliegt. Daraufhin reduziert der Mikrocontroller 27 dementsprechend den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 22 so weit, dass das Ausgangssignals des Nutzsignalübertragers 21 den elektronischen Verstärker 22 nicht mehr in die Sättigung bringt und die maximale Eingangsspannung des A/D-Wandlers 26, 28 nicht mehr überschritten wird.When weighing a large weight G, the microcontroller detects 27 that an exact weight measurement is not possible because of the amplifier 22 saturated and / or the permissible input voltage range of the A / D converter 26 . 28 is exceeded. The microcontroller 27 This can be recognized by the fact that the maximum signal is permanently applied to it. As a result, the microcontroller reduces 27 accordingly the amplification factor of the amplifier 22 so far that the output signal of Nutzsignalübertragers 21 the electronic amplifier 22 no longer saturates and the maximum input voltage of the A / D converter 26 . 28 is no longer exceeded.

Der Mikrocontroller 27 hält fest, um welchen Faktor er hierfür herabgesetzt hat und bildet daraus einen binären Grundwert bzw. Grobwert der Wägung, den er speichert (Grobanalyse). Die Messsignal-Korrekturschaltung 31 ist in diesem ersten Schritt inaktiv.The microcontroller 27 Determines the factor by which he has reduced this and forms a binary basic value or rough value of the weighing, which he saves (rough analysis). The measurement signal correction circuit 31 is inactive in this first step.

2. Schritt:2nd step:

Der Mikrocontroller 27 aktiviert je nach dem gespeicherten Grundwert bzw. Grobwert die zugehörige Schaltstufe bzw. Schaltstufen der Messsignal-Korrekturschaltung 31, wodurch die Amplitude der an die Dehnungsstreifenbrücke 12 gelegten Spannungsimpulse entsprechend reduziert wird. Die sich ergebenden Signalspannungsimpulse werden mit dem nun nicht mehr herabgesetzten Verstärkungsfaktor verstärkt, d.h. es wird vom Mikrocontroller 27 wieder der ursprüngliche Verstärkungsfaktor eingestellt, und von dem Mikrocontroller 27 über die beschriebene Schaltung (vgl. 3) digitalisiert erfasst. In diesem zweiten Schritt erfolgt also eine Feinanalyse des Restgewichts, soweit es nicht schon in der Grobanalyse des ersten Schritts erfasst wurde.The microcontroller 27 activated depending on the stored basic value or coarse value, the associated switching stage or switching stages of the measuring signal correction circuit 31 , causing the amplitude of the to the stretchstrip bridge 12 set voltage pulses is reduced accordingly. The resulting signal voltage pulses are amplified with the now no longer reduced gain factor, ie it is from the microcontroller 27 set back the original gain, and from the microcontroller 27 over the described circuit (see. 3 ) digitized. In this second step, therefore, a fine analysis of the residual weight takes place, as far as it has not already been recorded in the rough analysis of the first step.

3. Schritt:3rd step:

Die Ergebnisse der Grobanalyse und der Feinanalyse setzt der Mikrocontroller 27 zu einem binären Gesamtergebniswert zusammen, der das Gewicht G des Wiegeguts repräsentiert.The results of the coarse analysis and the fine analysis is set by the microcontroller 27 to a binary total score representing the weight G of the weighed item.

Vorteilhaft ist bei der Messsignal-Korrekturschaltung 31 der 5, dass ein sehr großer Gewichtsbereich mit hoher Auflösung gemessen werden kann, wobei auch bei hohen Gewichten G die bei niedrigeren Gewichten gegebene hohe Auflösung erreicht ist.It is advantageous in the measuring signal correction circuit 31 of the 5 in that a very large weight range can be measured with high resolution, whereby even at high weights G the high resolution given at lower weights is reached.

Claims

Libra in which a strain gauge bridge is provided between an item to be weighed and a balance base, which generates a signal voltage corresponding to the weight of the item to be weighed, characterized in that as supply voltage (Uv) voltage pulses are applied to the strain gauge bridge ( 12 ), that the voltage pulses forming the supply voltage (Uv) are fed via a pulse transformer ( 16 ) to the strain gauge bridge ( 12 ), wherein the pulse duration of the strain measuring strip bridge ( 12 ) voltage pulses is shorter than the pulse interval and the amplitude of the voltage to the strain gauges bridge ( 12 ) voltage pulses is greater than 50 V, and that a Nutzsignalübertrager ( 21 ) to the strain gauge bridge ( 12 ), to which an amplifier ( 22 ) high impedance and this a sample-and-hold element ( 23 ) are connected downstream.

Scales according to claim 1, characterized in that the Nutzsignalübertrager ( 21 ) increases the amplitude of the signal voltage pulses.

Balance according to claim 1 or 2, characterized in that the pulse transformer ( 16 ) a secondary winding ( 18 ' ), which supply the voltage pulses ground-free to the strain gauge bridge ( 12 ).

Scales according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the frequency of the voltage pulses is so high that while a weighing process many DC pulses occur.

Balance according to one of the preceding claims, characterized in that the Nutzsignalüberträger ( 21 ) a single winding ( 20 ), at the tap of which ( 19 ) the strain gauge bridge ( 12 ) is placed.

Scales according to claim 5, characterized in that the Nutzsignalübertrager ( 21 ) increases the useful signal by a factor of 1: 5 to 1:20.

Scales according to claim 6, characterized in that the Nutzsignalübertrager ( 21 ) Increases the useful signal by a factor of 1:10.

Balance according to one of the preceding claims, characterized in that the impedance of the amplifier ( 22 ) is at least several MOhms.

Balance according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic amplifier ( 22 ) has a gain factor between 1 and 1000.

Scales according to one of the preceding claims, characterized in that between a secondary winding ( 18 ' ) of the pulse transformer ( 16 ) and the strain gauge bridge ( 12 ) a measurement signal correction circuit ( 31 ), with which the amplitude of the voltage applied to the strain gauge bridge ( 12 ) set voltage pulses is adjustable.

Scales according to claim 10, characterized in that the amplitude of the voltage pulses by means of a microcontroller ( 27 ) is adjustable, with which also the amplification factor of the amplifier ( 22 ) is adjustable.

Scales according to claim 11, characterized in that the microcontroller ( 27 ) the output signal of the sample-and-hold element ( 23 ) via an A / D converter ( 26 ) evaluates.

Scales according to one of the preceding claims, characterized in that between a secondary winding ( 18 ' ) of the pulse transformer ( 16 ) and the strain gauge bridge ( 12 ) a compensation circuit ( 30 ), with which the dead weight of the weighing goods receptacle ( 3 ) is compensatable.