DE10336763B4

DE10336763B4 - Method for monitoring a measurement based on a resistive sensor, monitoring device and industrial scale

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Publication number: DE10336763B4
Application number: DE2003136763
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Amtmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2023-08-09
Also published as: WO2005017478A1; CN100445714C; EP1651936A1; DE10336763A1; CN1833162A

Abstract

Verfahren zur Überwachung einer Messung auf Basis eines resistiven Sensors (DMS) zur Erfassung mechanischer Größen (F), insbesondere zur Gewichtserfassung, wobei a) ein Soll-Impedanzwert (Zo) des resistiven Sensors (DMS) am Messort bei einer Inbetriebnahme ermittelt wird, b) ein Toleranzwert (lim) für eine maximale zulässige Abweichung vom Soll-Impedanzwert (Zo) vorgegeben wird, c) fortlaufend ein Wert (Z*) für die Impedanz (Z) am Messort des resistiven Sensors (DMS) ermittelt wird, und d) bei einer unzulässigen Abweichung eines aktuellen Impedanzwerts (Z*) vom Soll-Impedanzwert (Zo) eine Fehlermeldung (FA) ausgegeben wird.Method for monitoring a measurement based on a resistive sensor (DMS) for detecting mechanical variables (F), in particular for weight detection, wherein a) a target impedance value (Zo) of the resistive sensor (DMS) at the measuring location is determined during commissioning, b ) a tolerance value (lim) is specified for a maximum permissible deviation from the nominal impedance value (Zo), c) a value (Z *) for the impedance (Z) at the measuring location of the resistive sensor (DMS) is continuously determined, and d) if an impermissible deviation of a current impedance value (Z *) from the nominal impedance value (Zo) an error message (FA) is output.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Messung auf Basis eines resistiven Sensors zur Erfassung mechanischer Größen, insbesondere zur Gewichtserfassung. Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Industriewaage, insbesondere für die Automatisierungs- und Fertigungstechnik.The invention relates to a method for monitoring a measurement based on a resistive sensor for detecting mechanical variables, in particular for weight detection. The invention relates to a monitoring device for carrying out the method and an industrial scale, in particular for automation and manufacturing technology.

Aus der DE 30 20 423 C2 ist es bekannt, zur Überwachung einer Waage mit in einer Dehnungsmessbrücke verschalteten resistiven Sensoren am Ende eines Wiegevorganges und wenn die Waage zur Ruhe gekommen ist, ein Prüfsignal in die Waage einzugeben, zu verarbeiten und danach mit einem Bezugswert zu vergleichen, wobei die Überprüfung als erfolgreich angesehen wird, wenn das Vergleichsergebnis innerhalb eines Toleranzbereichs liegt. Zur Erzeugung des Prüfsignals wird eine asymmetrische Spannung an die Dehnungsmessbrücke angelegt.From the DE 30 20 423 C2 It is known to monitor a balance with connected in a strain gauge resistive sensors at the end of a weighing process and when the balance has come to rest, enter a test signal in the balance, process and then compare with a reference value, the review as successful is considered if the comparison result is within a tolerance range. To generate the test signal, an asymmetrical voltage is applied to the strain gauge bridge.

Aus der US 5 371 469 A ist ein Messverfahren bekannt, bei dem ein resistiver Sensor in Reihe mit einem Referenzwiderstand mit einem Konstantstrom gespeist wird und die an dem Sensor und dem Referenzwiderstand anfallenden Spannungen gemessen und zur Bildung eines Messergebnisses voneinander subtrahiert werden. Das Messergebnis ist daher von jeglichen parasitären Widerständen im Weg des Konstantstromes unabhängig.From the US 5,371,469 A For example, a measuring method is known in which a resistive sensor in series with a reference resistor is supplied with a constant current and the voltages occurring at the sensor and the reference resistor are measured and subtracted from each other to form a measurement result. The measurement result is therefore independent of any parasitic resistances in the path of the constant current.

Während eines Fertigungsprozesses, insbesondere während eines automatisierten technischen Prozesses, sind genaue und zuverlässige Mengen- bzw. Gewichtsverhältnisse z. B. beim Mischen eines chemischen Produkts oder bei einer Zusammenstellung eines Baustoffs einzuhalten. Um eine hohe Qualität derartiger Produkte im Rahmen eines Qualitätssicherungssystems garantieren zu können, sind genaue, zuverlässige und hochverfügbare Industriewaagen notwendig. Derartige Waagen können z. B. mit einem Automatisierungssystem in Verbindung stehen, welches z. B. den Füllvorgang bei Erreichen einer vorgegebenen Füllmenge bzw. eines vorgegebenen Gewichts eines bestimmten Stoffes automatisch beendet. Die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit einer Wiegung sind daher von besonders hoher Bedeutung.During a manufacturing process, in particular during an automated technical process, accurate and reliable quantity or weight ratios z. B. to comply with the mixing of a chemical product or in a compilation of a building material. In order to be able to guarantee a high quality of such products in the context of a quality assurance system, exact, reliable and highly available industrial scales are necessary. Such scales can z. B. with an automation system in conjunction, which z. B. the filling process automatically ends upon reaching a predetermined filling quantity or a predetermined weight of a certain substance. The reliability and accuracy of weighing are therefore of particular importance.

Zur Gewichtsmessung sind verschiedene Messverfahren bekannt, wobei im industriellen Bereich vorzugsweise Wägezellen auf Basis von Dehnungsmessstreifen eingesetzt werden, da diese robust, sehr genau und langlebig sind. Die Dehnungsmessstreifen sind dabei z. B. auf einem Biegestab appliziert, welcher sich durch Krafteinwirkung durch das zu messende Gewicht verbiegt. Diese Verbiegung bewirkt eine proportionale Widerstandsänderung im mäanderförmigen Dehnungsmessstreifen. Die Änderung des Widerstands ist dabei ein Maß für die Verbiegung und somit letztendlich für das zu messende Gewicht selbst. Allgemein wird ein solcher Sensor auch als resistiver Sensor bezeichnet, bei welchem die Einwirkung einer physikalischen Größe, wie z. B. eine Kraft, Druck, Licht oder Temperatur etc., mit einer Widerstandsänderung einhergeht.Various measurement methods are known for weight measurement, with load cells based on strain gauges preferably being used in the industrial sector since they are robust, very accurate and durable. The strain gauges are z. B. applied to a bending rod, which bends by the action of force by the weight to be measured. This bending causes a proportional change in resistance in the meandering strain gauge. The change in the resistance is a measure of the bending and thus ultimately the weight to be measured itself. Generally, such a sensor is also referred to as a resistive sensor, in which the action of a physical quantity, such. As a force, pressure, light or temperature, etc., associated with a change in resistance.

Wegen ihrer hohen Empfindlichkeit und thermischen Stabilität kommt vorwiegend eine Vollbrückenschaltung mit vier Dehnungsmessstreifen als resistiver Sensor zum Einsatz, wie z. B. die bekannte Wheatstone'sche Brückenschaltung. Als sog. Vollbrucke wird der resistive Sensor zur Erregung zumeist von einer Spannungsquelle mit einer konstanten Spannung von einigen Volt betrieben. Typische Werte für die Stromaufnahme der Brückenschaltung sind dabei z. B. 250 mA. Zur weiteren Steigerung der Genauigkeit können auch mehrere resistive Sensoren parallel geschaltet werden, indem z. B. mehrere davon in einer Reihe oder in einem Feld auf dem o. g. beispielhaften Biegestab appliziert werden. Durch die Parallelschaltung vervielfältigt sich entsprechend der von der Spannungsquelle zur Verfügung gestellte Strom.Because of their high sensitivity and thermal stability is mainly a full bridge circuit with four strain gauges as a resistive sensor used, such. B. the well-known Wheatstone bridge circuit. As a so-called Vollbrucke the resistive sensor for excitement is usually operated by a voltage source with a constant voltage of a few volts. Typical values for the current consumption of the bridge circuit are z. B. 250 mA. To further increase the accuracy of several resistive sensors can be connected in parallel by z. B. several of them in a row or in a field on the o. G. exemplary bending rod can be applied. The parallel connection multiplies according to the current provided by the voltage source.

Ein hoher Durchsetzungsgrad der Fertigungsumgebung mit elektrischen und/oder magnetischen Störfeldern aufgrund einer Vielzahl von Steuergeräten und insbesondere motorischer und elektromagnetischer Aktoren etc. führt dazu, dass der Messaufnehmer oder die Wägezelle über eine abgeschirmte Zuleitung von der Messauswerteeinheit getrennt sein muss. Vorzugsweise befindet sich diese dann in einem Messraum, welcher besonders gegen elektromagnetische Störungen abgeschirmt ist und in welchem auch alle anderen wichtigen Messauswerteeinheiten für den Fertigungsprozess untergebracht sind. Messaufnehmer und Auswerteeinheit können dabei bis zu 100 m auseinander liegen.A high degree of enforcement of the manufacturing environment with electrical and / or magnetic interference fields due to a large number of control devices and in particular motor and electromagnetic actuators, etc., means that the sensor or the load cell has to be separated from the measurement evaluation unit via a shielded supply line. Preferably, this is then in a measuring room, which is particularly shielded against electromagnetic interference and in which all other important Messauswerteeinheiten for the manufacturing process are housed. Sensor and evaluation unit can be up to 100 m apart.

Zur Vermeidung messtechnischer Auswirkungen von Spannungsabfällen über die Zuleitung werden neben den beiden Leitungen zur Erregung der Brückenschaltung bzw. des resistiven Sensors noch vier weitere Leitungen benötigt. Über diese kann die Auswerteeinheit die am Messort und an der Brückenschaltung anliegende Erregerspannung sowie die Messspannung nahezu leistungslos und folglich verlustlos abgreifen. Diese elektrische Anschaltung des resistiven Sensors bzw. der Vollbrücke ist auch unter dem Begriff ”6-Leitertechnik” bekannt.To avoid metrological effects of voltage drops over the supply line, four further lines are required in addition to the two lines for excitation of the bridge circuit or the resistive sensor. By means of these, the evaluation unit can pick up the exciter voltage present at the measuring location and on the bridge circuit as well as the measuring voltage virtually without power and consequently without loss. This electrical connection of the resistive sensor or the full bridge is also known by the term "6-wire technology".

Aufgrund der rauhen Umgebung im industriellen Umfeld kann es vorkommen, dass z. B. eine Versorgungsleitung für die Erregung der Vollbrücke oder einer der rückgeführten Leiter zum Abgriff der Erregerspannung bricht. Derartige Brüche konnten mittels einer Schwellwertüberwachung festgestellt werden.Due to the harsh environment in the industrial environment, it may happen that z. B. breaks a supply line for the excitation of the full bridge or one of the returned conductors for tapping the exciter voltage. Such breaks could be determined by means of a threshold value monitoring.

Allerdings ist es mit der zuvor genannten Schwellwertüberwachung nicht möglich, z. B. den Ausfall einer von mehreren parallel geschalteten Vollbrücken bzw. resistiven Sensoren zu detektieren. Dies hat nachteilig zur Folge, dass es zu Fehlmessungen und folglich zu fehlerhaften Füllmengen und Gewichten eines Stoffes führt. Dies ist insbesondere dann kritisch, wenn eine Vielzahl von Vollbrücken parallel geschaltet ist. Fällt einer der resistiven Sensoren aus, so führt dies zu relativ geringen Änderungen der Messspannung, wie z. B. im einstelligen Prozentbereich. Diese Änderung ist aber aufgrund der hohen Anforderung an die Genauigkeit der o. g. abzuwiegenden Füllmengen und Stoffe schwerwiegend, da die Auswirkungen des Messfehlers erst nach einem längeren Zeitraum in der Qualitätssicherung feststellbar sind. Die zwischenzeitlich gefertigten Mischungen, Stoffe oder Produkte sind dann unbrauchbar.However, it is not possible with the aforementioned threshold monitoring, z. B. to detect the failure of one of several parallel full bridges or resistive sensors. This has the disadvantage that it leads to incorrect measurements and consequently to incorrect fill quantities and weights of a substance. This is particularly critical when a plurality of full bridges is connected in parallel. If one of the resistive sensors fails, this leads to relatively small changes in the measuring voltage, such as. In the single-digit percentage range. However, this change is due to the high accuracy requirement of the o. G. to be weighed quantities and substances seriously, since the effects of the measurement error can be determined only after a longer period in quality assurance. The mixtures, substances or products produced in the meantime are unusable.

Bei einem anderen bekannten Überwachungsverfahren wird ein Prüfwiderstand in der Auswerteelektronik über die Leitungen zum Messaufnehmer parallel geschaltet und die dadurch bewirkte Messsignaländerung ermittelt. Nachteilig daran ist aber, dass während der Prüfung die Signalerfassung unterbrochen werden muss. Folglich können keine Messungen für den eigentlichen Fertigungsprozess durchgeführt werden.In another known monitoring method, a test resistor is connected in parallel in the transmitter via the lines to the sensor and determines the measurement signal change caused thereby. The disadvantage of this is that the signal acquisition must be interrupted during the test. Consequently, no measurements can be made for the actual manufacturing process.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Überwachungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, welche zuverlässig Messstörungen erkennen und anzeigen.The invention is therefore based on the object of specifying a method and a monitoring device for carrying out the method, which reliably detect and indicate measurement errors.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit einem Verfahren zur Überwachung einer Messung auf Basis eines resistiven Sensors zur Erfassung mechanischer Größen, insbesondere zur Gewichtserfassung. Dabei wird ein Soll-Impedanzwert des resistiven Sensors am Messort bei einer Inbetriebnahme oder bei einem beispielhaften zyklischen Kalibriervorgang ermittelt, ein Toleranzwert für eine maximale zulässige Abweichung vom Soll-Impedanzwert vorgegeben, fortlaufend ein Wert für die Impedanz am Messort des resistiven Sensors ermittelt und dann bei einer unzulässigen Abweichung eines aktuellen Impedanzwerts vom Soll-Impedanzwert eine Fehlermeldung ausgegeben.The object of the invention is achieved with a method for monitoring a measurement based on a resistive sensor for detecting mechanical variables, in particular for weight detection. In this case, a setpoint impedance value of the resistive sensor at the measurement location is determined during commissioning or during an exemplary cyclic calibration process, a tolerance value for a maximum permissible deviation from the nominal impedance value specified, continuously determined a value for the impedance at the measurement location of the resistive sensor and then at an impermissible deviation of a current impedance value from the nominal impedance value an error message.

Damit ist der große Vorteil verbunden, dass ohne Unterbrechung der eigentlichen Gewichts- oder Massemessung und somit ohne Einschränkungen auf den o. g. beispielhaften Fertigungsprozess selbst geringfügige Abweichungen der Impedanz des Messaufnehmers festgestellt werden können. Weicht ein gemessener Impedanzwert z. B. um 1% vom Soll-Impedanzwert ab, so erfolgt sofort eine Fehlermeldung, und es können somit unmittelbar Gegenmaßnahmen in der Fertigung eingeleitet werden. Es ist somit auch der Ausfall eines resistiven Sensors in einer Vielzahl von untereinander parallel und/oder seriell verschalteter resistiver Sensoren, wie die eingangs genannte Vollbrücke bzw. Wheatstone'sche Brückenschaltung mit Dehnungsmessstreifen, erkennbar.This has the great advantage that without interrupting the actual weight or mass measurement and thus without any restrictions on the o. G. even slight deviations of the impedance of the sensor can be detected. If a measured impedance value differs z. B. from 1% of the nominal impedance value, so immediately an error message, and it can thus be initiated immediate countermeasures in manufacturing. It is thus also the failure of a resistive sensor in a plurality of parallel and / or series-connected resistive sensors, such as the aforementioned full bridge or Wheatstone bridge circuit with strain gauges recognizable.

Vorzugsweise wird laufend ein aktueller Impedanzwert aus einer am resistiven Sensor anliegenden Erregerspannung und zwar am Messort, d. h. im Messaufnehmer und direkt am resistiven Sensor, und aus einem zugehörigen Erregerstrom ermittelt.Preferably, a current impedance value from a current applied to the resistive sensor excitation voltage and that at the measuring location, ie. H. in the sensor and directly on the resistive sensor, and determined from an associated exciter current.

Es ist auch möglich, einen Impedanzwert in der Weise zu messen, dass nur die am resistiven Sensor anliegende Erregerspannung ermittelt bzw. gemessen wird. Um letztendlich den Impedanzwert rechnerisch ermitteln zu können, wird ein konstanter Strom zur Erregung des resistiven Sensors in diesen eingeprägt. Dies kann z. B. mit einer Präzisionsstromquelle realisiert werden. Da der Wert des konstanten Stroms bekannt ist, kann sofort und ohne weitere Strommessung der Impedanzwert ermittelt werden.It is also possible to measure an impedance value in such a way that only the exciter voltage applied to the resistive sensor is determined or measured. In order to finally be able to determine the impedance value by calculation, a constant current for exciting the resistive sensor is impressed into it. This can be z. B. be realized with a precision power source. Since the value of the constant current is known, the impedance value can be determined immediately and without further current measurement.

Ein weiterer Vorteil ist, dass durch das zuvor beschriebene Impedanzmessverfahren die nachteiligen Spannungsabfälle über den Leitungswiderständen in den Zuleitungen keine Auswirkung auf den gemessenen Wert der Impedanz haben. Auch temperaturbedingte Änderungen der Leitungswiderstände oder auch Änderungen von Übergangswiderständen wie z. B. an den Anschlusskontakten des Messsensors wirken sich vorteilhaft nicht auf den Messwert der Impedanz aus.Another advantage is that, by the impedance measurement method described above, the adverse voltage drops across the line resistances in the leads have no effect on the measured value of the impedance. Also, temperature-induced changes in the line resistance or changes in contact resistance such. B. at the connection contacts of the measuring sensor advantageously have no effect on the measured value of the impedance.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird ein aktueller Impedanzwert auf Basis eines ratiometrischen Messverfahrens aus Erregerspannung und aus einer zum Erregerstrom korrespondierenden Strolmmessspannung ermittelt. Bei diesem bekannten Messverfahren wird vorteilhaft nur das Verhältnis zweier Messgrößen betrachtet. Im Vergleich zur absoluten Messung von Messgrößen ist dieses Verfahren erheblich genauer.In a preferred variant of the method, a current impedance value is determined on the basis of a ratiometric measuring method from exciter voltage and from a current measuring voltage corresponding to the exciter current. In this known measuring method, only the ratio of two measured variables is considered advantageous. Compared to the absolute measurement of measured values, this method is considerably more accurate.

In einer weiteren Verfahrensvariante wird das gleiche Messprinzip auf die aktuell zu messende physikalische Größe, insbesondere der mechanischen Größe wie Kraft oder Druck, aus einer am resistiven Sensor am Messort anliegenden Messspannung und aus der Erregerspannung ermittelt.In a further variant of the method, the same measuring principle is determined on the physical variable currently to be measured, in particular the mechanical variable such as force or pressure, from a measuring voltage applied to the resistive sensor at the measuring location and from the exciter voltage.

Schließlich wird die Kraft als mechanische physikalische Große, die es zu erfassen gilt, als Gewichtswert bzw. als Massewert ausgegeben. Dieser Wert kann im Rahmen des Fertigungs- oder Automatisierungsprozesses weiterverarbeitet werden.Finally, the force is output as a mechanical physical quantity to be detected, as a weight value or as a mass value. This value can be further processed as part of the manufacturing or automation process.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst mit einer Uberwachungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen oder mehrere untereinander parallel verschaltbare resistive Sensoren, welche über eine Zuleitung an die Überwachungseinrichtung anschließbar sind. Die Überwachungseinrichtung weist dabei einen A/D-Umsetzer zumindest zur Erfassung einer am Sensor anliegenden Erregerspannung und eines zugehörigen Erregerstroms und eine Steuereinheit auf, welche mit dem A/D-Umsetzer über eine Datenleitung, wie z. B. einen Datenbus, verbunden ist. Die Steuereinheit, wie z. B. ein Mikrocontroller, weist weiterhin erste Mittel auf, welche einen Wert für die Impedanz des resistiven Sensors aus der vom A/D-Umsetzer erfassten Erregerspannung fortlaufend ermitteln, eine Differenz aus dem aktuell ermittelten Impedanzwert und einem vorgebbaren Soll-Impedanzwert ermitteln, und dann eine Fehlermeldung ausgeben, falls die Differenz einen vorgebbaren Toleranzwert betragsmäßig übersteigt. The object of the invention is further achieved with a monitoring device for carrying out the method according to the invention for one or more resistive sensors which can be interconnected in parallel with one another and which can be connected to the monitoring device via a supply line. In this case, the monitoring device has an A / D converter at least for detecting an exciter voltage applied to the sensor and an associated excitation current and a control unit which is connected to the A / D converter via a data line, such. As a data bus is connected. The control unit, such. As a microcontroller, further comprises first means which continuously determine a value for the impedance of the resistive sensor from the excitation voltage detected by the A / D converter, determine a difference between the currently determined impedance value and a predefinable target impedance value, and then Issue an error message if the difference exceeds a predefinable tolerance value.

Zur eigentlichen Messwerterfassung im Rahmen eines Fertigungs- oder Automatisierungsprozesses erfasst der A/D-Umsetzer weiterhin die am resistiven Sensor anliegende Messspannung. Die Steuereinheit verfügt zur datentechnischen Verarbeitung über zweite Mittel, welche das Verhältnis aus Messspannung und Erregerspannung ermitteln und dann einen zum Verhältnis proportionalen Gewichts- bzw. Massewert ausgeben.For the actual measured value acquisition within the scope of a production or automation process, the A / D converter continues to record the measuring voltage applied to the resistive sensor. For data processing purposes, the control unit has second means which determine the ratio of measuring voltage and excitation voltage and then output a weight or mass value proportional to the ratio.

Bevorzugt ist an die Überwachungseinrichtung als resistiver Sensor eine Wheatstone'schen Brückenschaltung. Der resistive Sensor besteht dabei aus zumindest einem Dehnungsmessstreifen.Preferably, a Wheatstone bridge circuit is connected to the monitoring device as a resistive sensor. The resistive sensor consists of at least one strain gauge.

Wie eingangs beschrieben, sind im industriellen Bereich besonders Wägezellen mit Dehnungsmessstreifen vorteilhaft, da diese robust, sehr genau und langlebig sind.As described above, particularly load cells with strain gauges are advantageous in the industrial sector, since they are robust, very accurate and durable.

Schließlich können mehrere resistive Sensoren parallel und/oder seriell untereinander verschaltet sein. Die „Verdrahtung” erfolgt dann im Messaufnehmer selbst. In Summe entspricht die ganze Schaltung somit einer einzigen Bruckenschaltung, welche über eine Zuleitung an die Überwachungseinrichtung anschließbar ist.Finally, several resistive sensors can be interconnected in parallel and / or in series with one another. The "wiring" then takes place in the sensor itself. In sum, the entire circuit thus corresponds to a single bridge circuit which can be connected via a supply line to the monitoring device.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft einsetzbar in einer Industriewaage, insbesondere für die Automatisierungs- und Fertigungstechnik, welche eine Wägezelle mit zumindest einem resistiven Sensor aufweist, wobei die Wägezelle über eine Zuleitung an eine Überwachungseinrichtung dann anschließbar ist.The device according to the invention can be advantageously used in an industrial scale, in particular for automation and production technology, which has a load cell with at least one resistive sensor, wherein the load cell can then be connected to a monitoring device via a supply line.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows

1: einen beispielhaften Aufbau einer Wägezelle mit applizierten Dehnungsmessstreifen auf einem Biegestab, und 1 FIG. 2 shows an example of a construction of a load cell with applied strain gauges on a bending rod, and FIG

2: ein beispielhaftes Funktionsschema der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung, an welcher ein Messaufnehmer mit einem resistiven Sensor in einer Wheatstone'schen Brückenschaltung angeschlossen ist. 2 : An exemplary functional diagram of the monitoring device according to the invention, to which a sensor with a resistive sensor is connected in a Wheatstone bridge circuit.

1 zeigt einen an sich bekannten beispielhaften Aufbau einer Wägezelle WZ mit applizierten Dehnungsmessstreifen R1–R4, welche flächig auf einem Biegestab BS der Wägezelle WZ appliziert sind. Die Applizierung kann z. B. mittels eines Klebers erfolgen. Die Dehnungsmessstreifen R1–R4 sind gemäß dem Beispiel in der 1 so angeordnet, dass alle aktiv an der Bildung eines Messsignals mitwirken können. Dies hat nicht nur Vorteile im Hinblick auf die Empfindlichkeit, sondern auch bezüglich der thermischen Stabilität. Eine gleichmäßige Änderung aller Widerstände durch Temperatureinflüsse lässt das Messsignal unverändert, wenn die vier dargestellten Dehnungsmessstreifen R1–R4 in einer Vollbruckenschaltung, wie z. B. in einer Wheatstone'schen Brückenschaltung DMS untereinander „verdrahtet” werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die „Verdrahtung” der Dehnungsmessstreifen R1–R4 untereinander nicht dargestellt. Dies zeigt die korrespondierende Schaltung in der folgenden 2. 1 shows a known exemplary construction of a load cell WZ with applied strain gauges R1-R4, which are applied flat on a bending bar BS of the load cell WZ. The application can z. B. by means of an adhesive. The strain gauges R1-R4 are according to the example in 1 arranged so that all can actively participate in the formation of a measurement signal. This not only has advantages in terms of sensitivity, but also in terms of thermal stability. A uniform change of all resistances by temperature influences leaves the measurement signal unchanged when the four strain gauges R1-R4 shown in a Vollbruckenschaltung such. B. be "wired" in a Wheatstone bridge circuit DMS with each other. For reasons of clarity, the "wiring" of the strain gauges R1-R4 with each other is not shown. This shows the corresponding circuit in the following 2 ,

2 zeigt ein beispielhaftes Funktionsschema der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung AE, an welcher ein Messaufnehmer SENS mit einem resistiven Sensor DMS in einer Wheatstone'schen Brückenschaltung angeschlossen ist. Messaufnehmer SENS und Überwachungseinrichtung AE sind beispielhaft über eine Zuleitung L mit sechs Leitern und über Anschlusskontakte miteinander verbunden. Im linken Bild der Figur ist das zugehörige elektrische Schaltbild des resistiven Sensors DMS ersichtlich. Die Dehnungsmessstreifen R1–R4 sind folglich als ohmsche Widerstände dargestellt. Des Weiteren sind stellvertretend für die verteilten Leitungswiderstände in der Zuleitung L zwei elektrische Schaltsymbole RL strichliiert dargestellt. Mit Z ist die Impedanz respektive der ohmsche Widerstand des resistiven Sensors DMS bezeichnet, welche sich ergibt, wenn man am Messaufnehmer SENS an einem Messort in den resistiven Sensor DMS „hineinsieht”. US stellt das eigentliche Ausgangssignal, d. h. die Messspannung dar, welches nachfolgend ausgewertet wird. UD ist die Erregerspannung, die über der Wheatstone'schen Bruckenschaltung anliegt. 2 shows an exemplary functional diagram of the monitoring device AE according to the invention, to which a sensor SENS with a resistive sensor DMS is connected in a Wheatstone bridge circuit. Sensor SENS and monitoring device AE are connected by way of example via a supply line L with six conductors and via connection contacts. In the left image of the figure, the associated electrical circuit diagram of the resistive sensor DMS is visible. The strain gauges R1-R4 are thus shown as ohmic resistors. Furthermore, two electrical circuit symbols RL are shown by dashed lines in place of the distributed line resistances in the supply line L. Z denotes the impedance or the ohmic resistance of the resistive sensor DMS, which results when "looking" into the resistive sensor DMS at the measuring sensor SENS at a measuring location. US represents the actual output signal, ie the measuring voltage, which is subsequently evaluated. UD is the excitation voltage applied across the Wheatstone bridge circuit.

Die Überwachungseinrichtung AE, dargestellt im rechtens Teil der Figur, weist beispielhaft einen zweikanaligen CH1, CH2 Analog/Digitalumsetzer ADC sowie einen Mikrocontroller C auf, welcher eingangsseitig über eine Datenverbindung DV mit dem Analog/Digital-Umsetzer ADC verbunden ist. Die Datenverbindung DV kann auch eine Busverbindung sein. Der eingetragene Pfeil soll im Wesentlichen die Hauptdatenrichtung darstellen. Ausgangseitig stellt der Mikrocontroller C symbolisch zwei Leitungen zur Ausgabe eines Messwertes für das gemessene Gewicht-F* oder für die gemessene Masse sowie zur Ausgabe einer Fehlermeldung FA bei einer Messstörung zur Verfügung. Die Generierung der beiden Signale F*, FA erfolgt über punktstrichliiert dargestellte erste und zweite Mittel M1, M2 des Mikrocontrollers C. Die Mittel M1, M2 sind beispielsweise Softwareroutinen. Auf der Eingangsseite weist der Analog/Digital-Umsetzer ADC einen Eingang für eine Referenzspannung Uref auf. Diese Spannung Uref bildet zugleich, wie eingangs beschrieben, den einen Vergleichsteil beim ratiometrischen Messverfahren und entspricht daher dem Spannungswert der Erregerspannung UD. Am analogen Eingangskanal CH1 des Analog/Digital-Umsetzers ADC liegt für die Gewichtskraftermittlung F* die zweite Vergleichsgröße, d. h. die Messspannung US an. Ferner weist die Überwachungseinrichtung AE zur Erregung des resistiven Sensors DMS eine Konstantspannungsquelle mit einer Spannung UV auf. IV bezeichnet den sich einstellenden Erregerstrom IV durch den resistiven Sensor DMS.The monitoring device AE, shown in the right part of the figure, has, for example, a two-channel CH1, CH2 analog / digital converter ADC and a microcontroller C, which is the input side connected via a data link DV to the analog / digital converter ADC. The data connection DV can also be a bus connection. The entered arrow should essentially represent the main data direction. On the output side, the microcontroller C symbolically provides two lines for outputting a measured value for the measured weight F * or for the measured mass and for outputting an error message FA in the event of a measurement disturbance. The generation of the two signals F *, FA is effected by dot-dashed first and second means M1, M2 of the microcontroller C. The means M1, M2 are, for example, software routines. On the input side, the analog / digital converter ADC has an input for a reference voltage Uref. At the same time, as described above, this voltage Uref forms the one comparison part in the ratiometric measuring method and therefore corresponds to the voltage value of the excitation voltage UD. At the analogue input channel CH1 of the analogue-to-digital converter ADC, for the weight force determination F *, the second comparison variable is present, ie. H. the measuring voltage US on. Furthermore, the monitoring device AE has a constant voltage source with a voltage UV for exciting the resistive sensor DMS. IV denotes the self-adjusting exciting current IV through the resistive sensor DMS.

Erfindungsgemäß wird zur Messung der Impedanz Z der Erregerstrom IV gemessen. Dies erfolgt im Beispiel der Figur mittels eines niederohmigen Messwiderstands RM, wie z. B. mittels eines Shunts. Die über diesen Widerstand RM abfallende proportionale Strommessspannung UM wird über den zweiten Eingangskanal CH2 des Analog/Digital-Umsetzers ADC eingelesen und dann im Mikrocontroller C durch das erste Mittel M1 weiterverarbeitet. Diese ermitteln einen rechnerischen Impedanzwert Z* aus dem Verhältnis der Messspannung US zu der Strommessspannung UM. Durch Multiplikation mit dem ohmschen Wert des Messwiderstands RM ist die Ermittlung abgeschlossen. Nachfolgend wird von diesem Wert Z* der Soll-Impedanzwert Zo abgezogen. Überschreitet diese Differenz betragsmäßig einen Toleranzwert lim, erfolgt sofort die Ausgabe einer Fehlermeldung FA. Der Soll-Impedanzwert Zo sowie der ohmsche Wert für den Messwiderstand RM können dabei als Konstanten elektronisch im Mikrocontroller C hinterlegt werden.According to the invention, the exciting current IV is measured to measure the impedance Z. This is done in the example of the figure by means of a low-resistance measuring resistor RM, such. B. by means of a shunt. The drop across this resistor RM proportional current measuring voltage UM is read in via the second input channel CH2 of the analog / digital converter ADC and then further processed in the microcontroller C by the first means M1. These determine a calculated impedance value Z * from the ratio of the measuring voltage US to the current measuring voltage UM. By multiplication with the ohmic value of the measuring resistor RM, the determination is completed. Subsequently, the desired impedance value Zo is subtracted from this value Z *. If this difference exceeds a tolerance value lim, the output of an error message FA takes place immediately. The desired impedance value Zo and the ohmic value for the measuring resistor RM can be deposited electronically in the microcontroller C as constants.

Claims

Method for monitoring a measurement based on a resistive sensor (DMS) for detecting mechanical variables (F), in particular for weight detection, wherein a) a target impedance value (Zo) of the resistive sensor (DMS) at the measurement location is determined during a startup, b) a tolerance value (lim) for a maximum permissible deviation from the nominal impedance value (Zo) is specified, c) continuously determining a value (Z *) for the impedance (Z) at the measuring location of the resistive sensor (DMS), and d) if an impermissible deviation of a current impedance value (Z *) from the nominal impedance value (Zo) an error message (FA) is output.

Method according to Claim 1, wherein a current impedance value (Z *) is determined from an exciter voltage (UD) applied to the resistive sensor (DMS) at the measuring location and from an associated exciter current (IV).

Method according to claim 2, wherein a current impedance value (Z *) is determined on the basis of a ratiometric measuring method from exciter voltage (UD) and from a current measuring voltage (UM) corresponding to the exciter current (IV).

Method according to claim 2 or 3, wherein the mechanical quantity (F) currently to be measured is determined on the basis of a ratiometric measuring method from a measuring voltage (US) applied to the resistive sensor (DMS) at the measuring location and from the exciter voltage (US, UD).

The method of claim 4, wherein the mechanical quantity (F) is a force whose detected value is output as a weight value (F *) or as a mass value.

Monitoring device (AE) for one or more resistive sensors (DMS) which can be interconnected in parallel with one another and which can be connected to the monitoring device (AE) via a supply line (L), which has a) an A / D converter (ADC) at least for detecting an exciter voltage (UD) applied to the sensor (DMS) and an associated exciter current (IV), b) a control unit (C), which is connected to the A / D converter (ADC) via a data line (DV) and which has first means (M1), the b1) continuously determining a value (Z *) for the impedance (Z) of the resistive sensor (DMS) from the exciter voltage (UD) detected by the A / D converter (ADC), b2) determine a difference from the currently determined impedance value (Z *) and a predefinable desired impedance value (Zo), and b3) output an error message (FA) if the difference exceeds a predefinable tolerance value (lim) in terms of amount.

Monitoring device (AE) according to claim 6, with the A / D converter (ADC) for detecting a voltage applied to the resistive sensor (DMS) Measuring voltage (US) and with the control unit (C) with second means (M2), which determine the ratio of the measuring voltage (US) and excitation voltage (UD) and output proportional to the ratio (K) weight (F *) or mass value ,

Monitoring device (AE) according to claim 6 or 7, with the resistive sensor (DMS) in a Wheatstone bridge circuit.

Monitoring device (AE) according to one of the preceding claims 6 to 8, wherein the resistive sensor (DMS) consists of at least one strain gauge (R1-R4).

Monitoring device (AE) according to one of the preceding claims 6 to 9, wherein a plurality of resistive sensors (DMS) are connected in parallel, which can be connected via a supply line (L) to the monitoring device (AE).

Industrial scale, in particular for automation and production technology, which has a load cell (WZ) with at least one resistive sensor (DMS), wherein the load cell (WZ) via a supply line (L) to a monitoring device (AE) according to one of the preceding claims 6 to 10 is connected.