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Kraftwaage mit selbsttätiger elektromagnetischer Kompensation Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kraftwaage mit selbsttätiger elektromagnetischer
Kompensation der auslenkenden Kraft. Derartige Einrichtungen werden vielfach für
die Durchflußmessung benutzt. In Ahhängigkeit vom Differenzdruck in der Durchflußmeß
strecke wird dabei ein Waagebalken ausgelenkt. Hierdurch wird ein Indikator beeinflußt,
der einen Verstärker aussteuert, dessen Ausgang eine Einrichtung speist, welche
die elektromagnetische Kompensationskraft erzeugt. Durch die Kompensationskraft
wird die Auslenkung des Waagebalkens durch die Meßkraft bis auf einen sehr kleinen
Rest kompensiert, der um so kleiner ist, je größer die Verstärkung des zwischengeschalteten
Verstärkers gewählt ist. Die Ausgangsgröße des Verstärkers, der den Kompensationsstrom
für die elektromagnetische Kompensationseinrichtung erzeugt, wird als Maß für die
Meßgröße angezeigt.
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Um eine lineare Anzeige des Durchflusses zu erhalten, wird gewöhnlich
eine elektrodynamische Kompensationskraft erzeugt, welche quadratisch vom Ausgaflgsstrom
des Verstärkers abhängt.
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Es hat sich nun gezeigt, daß bei derartigen Systemen mit elektrodynamischer,
quadratischer Kompensation im Bereich großer Durchflüsse leicht Unstabilitäten auftreten.
Das System neigt besonders dann zu störenden Regelschwingungen, wenn der zwischengeschaltete
Verstärker einen großen Verstärkungsfaktor besitzt. Ein hoher Verstärkungsfak -tor
ist jedoch notwendig, um bei kleinen Durchflüssen eine ausreichende Meßgenauigkeit
zu erhalten. Bei großen Durchflüssen entspricht einem bestimmten Waagebalkenausschlag
eine verhältnismäßig große Kraftänderung im Kompensationssystem, und dies führt
zur Auslösung von selbsterregten Schwingungen des Systems.
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Gemäß der Erfindung wird die Schwingungsnei gung dadurch beseitigt,
daß zwischen den Indikator für die Auslenkung des Waagebalkens und die Einrichtung
zur Erzeugung der elektromagnetischen Kompensationskraft ein nichtlineares Glied
mit steiler Charakteristik bei kleinen Ausschlägen und flacher Charakteristik bei
großen Ausschlägen des Waagebalkens eingeschaltet ist. Als nichtlineares Glied kann
beispielsweise in den Eingang des Verstärkers ein Gleichrichter eingeschaltet werden.
Wird zur Verstärkung ein magnetischer Verstärker benutzt, so ist die nichtlineare
Charakteristik durch eine in den Ausgang des Verstärkers geschaltete induktive Bürde
zu erhalten. Schließlich kann der nichtlineare Zusatz menhang zwischen Waagebalkenausschlag
und Ausgangsgröße des Verstärkers auch erreicht werden, wenn zur Anzeige der Auslenkung
des Waagebalkens ein Indikator mit nichtlinearer Charakteristik benutzt wird.
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Werden die Maßnahmen gemäß der Erfindung an gewendet, so kann der
Verstärkungsfaktor des zwischengeschalteten Verstärkers vergrößert und dadurch die
Meßgenauigkeit vergrößert werden, ohne daß selbst im Bereich großer Durchflüsse
störende selbsterregte Schwingungen auftreten.
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In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung sind die Kennlinien eines Systems
mit Kraftwaage und selbsttätiger Kompensation mit einem zwischengeschalteten nichtlinearen
Glied den Kennlinien gegenübergestellt, die bei linearem Zusammenhang der Übertragungsglieder
erhalten werden. In Fig. 3 ist schließlich ein Schaltungsbeispiel für ein Kraftvergleichssystem
angegeben.
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In Fig. 1 ist der Zusammenhang zwischen dem Ausgangsstrom I des Verstärkers,
der die Einrichtung zur Erzeugung der Kompensationskraft speist und dem Waagebalkenausschlag
a dargestellt. Bisher wurde immer angestrebt, diesen Zusammenhang entsprechend Kurve
1 möglichst linear zu wählen. Durch die Maßnahmen der Erfindung soll jedoch ein
Zusammenhang entsprechend Kurve 2 erreicht werden, der, wie sich gezeigt hat, zur
Unterdrückung störender selbsterregter Schwingungen besonders günstig ist. In Fig.
2 ist schließlich noch die Abhängigkeit der Kompensationskraft K vom Waagebalkenausschlag
a dargestellt. Bei linearem Verhalten der Übertragungsglieder wird die Kurve 3 erhalten.
Man sieht, daß bei großen Durchflüssen geringen Änderungen des Waagebalkenausschlages
eine große Kraftänderung des Kompensationssystems entspricht. Sieht man gemäß der
Erfindung ein nichtlineares Glied im Übertragungssystem vor, so läßt sich ein Zusammenhang
gemäß Kurve 4 erreichen, bei der der Anstieg der Kompensationskraft in Abhängigkeit
vom Waagebalkenausschlag
im Bereich großer Durchflüsse wesentlich
flacher ist.
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Im Schaltungsbeispiel nach Fig. 3 wird als Verstärker ein Magnetverstärker
benutzt. Der Differenzdruck einer Durchflußmeßstrecke wirkt auf eine Membran 5,
die mit dem einen Ende des Waagebalkens 6 verbunden ist. Der Waagebalken ist im
Punkt 7, z. B. in einer Schneide oder einem Spannband, gelagert. Am anderen Ende
des Waagebalkens ist eine Platte oder ein Stift 8 aus magnetischem ilaterial befestigt,
dem eine Induktionsspule 9 gegenübersteht. Diese als Indikator dienende Spule wird
über eine Wechselspannungsquelle 10 gespeist. Der im Ausgang des Gleichrichters
11 fließende Strom ist von der Induktivität der Spule 9 abhängig. Diese wiederum
ändert sich mit der Lage des magnetischen Körpers 8 und damit mit dem Ausschlag
des Waagebalkens 6. Der Ausgangsstrom des Gleichrichters 11 speist die Steuerwicklungen
12 und 13 eines Magnetverstärkers, der im Beispiel der Zeichnung als ein einstufiger
Verstärker in Selbstsättigungsschaltung dargestellt ist. Auf diese bekannte Schaltung
des Magnetverstärkers soll nicht näher eingegangen werden. Der Strom der in bekannter
Weise über Gleichrichter den Arbeitswicklungen 14, 15 des Magnetverstärkers entnommen
wird, durchfließt das Anzeigeinstrument 16 und das elektromagnetische oder elektrodynamische
Kompensationssystem 17, das die Kompensationskraft erzeugt. Dient das System der
Durchflußmessung, so wird ein elektrodynamisches System benutzt, so daß die abgegebene
Kraft quadratisch vom Ausgangsstrom des Verstärkers abhängt. In diesem Fall kann
das Meßgerät 16 mit einer linearen Skala versehen werden. Um gemäß der Erfindung
eine nichtlineare Charakteristik gemäß Kurve 2 in Fig. 1 zu erhalten, wird entweder,
wie durch punktierte Kreise in der Zeichnung angedeutet ist, in den
Eingang des Magnetverstärkers
ein Gleichrichter 18 oder in den Ausgang des Verstärkers eine induktive Bürde 19
eingeschaltet.
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Wie bereits erwähnt, kann die gekrümmte Kenn linie auch durch andere
Maßnahmen, beispielsweise durch einen Indikator, erhalten werden, dessen Ausgangsstrom
oder Ausgangsspannung bereits diesen nichtlinearen Zusammenhang besitzt.
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PATENTANSPROCHE: 1. Kraftwaage mit selbsttätiger elektromagne tischer
Kompensation der auslenkenden Kraft, vorzugsweise für die Durchflußmessung, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den die Auslenkung des Waagebalkens anzeigenden Indikator
und die Einrichtung zur Erzeugung der Kompensationskraft ein nichtlineares Glied
mit steiler Charakteristik bei kleinen Ausschlägen und flacher Charakteristik bei
großen Aus schlägen des Waagebalkens eingeschaltet ist.