DE19902842C1

DE19902842C1 - Elektronische Waage mit Zusatzanzeige

Info

Publication number: DE19902842C1
Application number: DE1999102842
Authority: DE
Inventors: Juergen Ober
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2019-01-21
Also published as: DE29922016U1

Abstract

Für eine elektronische Waage mit einer Waagschale (3) zur Aufnahme des Wägegutes, mit einem Wägeaufnehmer, mit einer digitalen Signalverarbeitungseinheit und mit einer Anzeigeeinheit (4) zur Anzeige des Wägeergebnisses wird vorgeschlagen, dass innerhalb der Anzeigeeinheit (4) ein zusätzlicher Anzeigebereich (4') vorhanden ist, in dem die Messunsicherheit des aktuellen Wägeergebnisses angezeigt wird, und dass in der digitalen Signalverarbeitungseinheit Speichermittel für mindestens zwei Parameter und Rechenmittel, die aus den gespeicherten Parametern und der linearen Gleichung U(m) = U¶0¶ + b È m die massenabhängige Messunsicherheit der Waage berechnen und laufend an den zusätzlichen Anzeigebereich (4') ausgeben, vorhanden sind, wobei m die Masse des Wägegutes ist, b = (U¶max¶-U¶0¶)/m¶max¶, U¶0¶ die Messunsicherheit bei kleiner Last (m ungefähr Null), U¶max¶ die Messunsicherheit bei der Höchstlast m¶max¶ und U(m) die Messunsicherheit bei der Last m. DOLLAR A Dadurch erhält der Bediener der Waage auf einfache Weise genauere Angaben für die Messunsicherheit der Waage. Die Waage ist daher besonderes für den Einsatz in Qualitätssicherungssystemen geeignet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Waage mit einer Waagschale zur Aufnahme des Wägegutes, mit einem Wägeaufnehmer, mit einer digitalen Signalverarbeitungseinheit und mit einer Anzeigeeinheit zur Anzeige des Wägeergebnisses.

Um den Benutzer der Waage einen gewissen Hinweis auf die Genauigkeit zu geben, mit der die Waage die gerade aufgelegte Last bestimmen kann, ist es aus der DE-OS 29 13 923 bekannt, der Anzeigeeinheit einen Signalgeber zuzuordnen, der aufleuchtet, sobald die Messunsicherheit der Waage einen gewissen Grenzwert überschreitet. Außerdem ist in der DE-OS 29 13 923 die Möglichkeit vorgesehen, die Anzeige der Waage auf Stufen von zwei Digit oder fünf Digit umzuschalten.

Alle diese Maßnahmen führen jedoch nur zur einer sehr groben Angabe der Messunsicherheit der Waage, auch sind in der DE-OS 29 13 923 alle Angaben, wie die Größe der Messunsicherheit bestimmt wird, sehr vage.

Die Bestimmung der Standardabweichung beim Kalibrieren bzw. Justieren einer Waage durch mehrmaliges Auflegen des Kalibriergewichtes ist bereits aus der DE- OS 40 32 620 bekannt, ebenso aus der EP 864 852 die Übertragung dieses Verfahrens auf beliebige Lasten. In beiden Fällen ist aber das mehrmalige Auflegen und Abheben der Last vorgesehen, sodass diese Methoden für den normalen Wägebetrieb unbrauchbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, dem Bediener der Waage genaue Angaben über die Messfehler der Waage zur Verfügung zu stellen. Diese Werte sollen einfach und auf nachprüfbare Weise ermittelt werden, damit sie im Rahmen des Einsatzes der Waage in Qualitätssicherungssystemen den geforderten Nachweispflichten genügen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass innerhalb der Anzeigeeinheit ein zusätzlicher Anzeigebereich vorhanden ist, in dem die Messunsicherheit des aktuellen Wägeergebnisses angezeigt wird, und dass in der digitalen Signalverarbeitungseinheit Speichermittel für mindestens zwei Parameter und Rechenmittel, die aus den gespeicherten Parametern und der linearen Gleichung U(m) = U₀ + b.m die massenabhängige Messunsicherheit der Waage berechnen und laufend an den zusätzlichen Anzeigebereich ausgeben, vorhanden sind, wobei m die Masse des Wägegutes ist, b = (U_max - U₀)/m_max, U₀ die Messunsicherheit bei kleiner Last (m ungefähr Null), U_max die Messunsicherheit bei der Höchstlast m_max und U(m) die Messunsicherheit bei der Last m.

Die lineare Formel

macht die Berechnung der Messunsicherheit einfach. U₀ und U_max können in einem Kalibrierprogramm vom Benutzer selbst, von der Qualitätssicherungs-Abteilung des Benutzers oder auch von einem Labor des Deutschen Kalibrierdienstes bestimmt und in die digitale Signalverarbeitungseinheit eingespeichert werden. Dadurch ist die Rückführbarkeit der ermittelten Werte gewährleistet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüche.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Waage mit zusätzlichem Anzeigebereich,

Fig. 2 die Anzeigeeinheit der Waage aus Fig. 1 bei unbelasteter Waagschale,

Fig. 3 die Anzeigeeinheit der Waage aus Fig. 1 bei Belastung der Waage nahe ihrer Höchstlast,

Fig. 4 die Anzeigeeinheit der Waage aus Fig. 1 in einer zweiten Ausgestaltung

Fig. 5 eine Anzeigeeinheit in einer weiteren Ausgestaltung

Fig. 6 ein Blockschaltbild der Elektronik der Waage.

In der perspektivischen Ansicht in Fig. 1 erkennt man das Gehäuse der Waage, das aus dem Unterteil 1 und dem Oberteil 2 besteht, die Waagschale 3 zur Aufnahme des Wägegutes, die Anzeigeeinheit 4 zur Anzeige des Wägeergebnisses und Bedienungstasten 5 und 6. Die Taste 5 dient zum Tarieren (Nullstellen) der Waagenanzeige und die Taste 6 zum Auslösen einer automatischen Justierung. Die beiden Bedienungstasten 5 und 6 sind nur beispielhaft für eventuell vorhandene weitere Bedienungstasten dargestellt.

Die Anzeigeeinheit 4 ist in Fig. 2 noch mal allein und vergrößert dargestellt. Unterhalb der Anzeigenzeile 10 für die Anzeige des Wägeergebnisses befindet sich ein zusätzlicher Anzeigebereich 4' mit einer Anzeigenzeile 12 für die Anzeige der Messunsicherheit U des aktuellen Wägeergebnisses. Für kleine Lasten beträgt die Messunsicherheit 0,0007 g, weshalb dieser Wert auch bei der Waagenanzeige 0,000 g angezeigt wird.

In Fig. 3 ist die Anzeigeeinheit 4 und 4' derselben Waage bei Belastung nahe der Höchstlast, die beispielsweise 1.500 g betrage, dargestellt. Für diese Last betrage die Messunsicherheit 0,0024 g, wie in der unteren Zeile 12 angezeigt ist.

Die Berechnung der belastungsabhängigen Messunsicherheit erfolgt nach den bekannten Regeln der Statistik, die in ihrer Anwendung auf Waagen beispielsweise in der DKD-Richtlinie 7-1 "Kalibrierung elektronischer nichtselbstätiger Waagen" zusammengestellt sind. Danach ist die Messunsicherheit U₀ bei kleinen Lasten nahe Null:

dabei bedeutet s die Standardabweichung der Waage, die durch mehrmaliges Auflegen desselben Gewichtes ermittelt wird, und d den kleinsten Ziffernschritt. (Im Beispiel von Fig. 1-3 ist d = 0,001 g). Der Vorfaktor 2 sorgt dabei für ein statistisches Vertrauensniveau von ca. 95%.

Bei beliebigen Lasten m auf der Waage ist die Messunsicherheit U:

Dabei ist v_k der Anteil der Messunsicherheit, der aus der Unsicherheit der Justierung herrührt, v_e der Anteil der Messunsicherheit, der aus dem Einfluss der Ecklast herrührt, v_a und |a| sind die Anteile, die aus der Nichtlinearität der Waagenkennlinie herrühren, und v_T ist der Anteil, der aus dem Temperatureinfluss herrührt. Diese Formel (3) für die Messunsicherheit kann durch eine lineare Gleichung angenähert werden:

Dabei ist m_max die Höchstlast der Waage und U_max die Messunsicherheit bei Höchstlast.

Mit dieser linearen Gleichung (4) ist nun leicht eine Berechnung der jeweiligen Messunsicherheit U(m) in der digitalen Signalverarbeitungseinheit der Waage möglich. Es müssen nur die beiden Parameter U₀ und U_max (oder U₀ und b = (U_max - U₀)/m_max) abgespeichert sein und das aktuelle Wägeergebnis m muss übernommen werden.

Die beiden Parameter U₀ und U_max bzw. U₀ und (U_max - U₀)/m_max können entweder vom Bediener der Waage ermittelt und in den Speicher der digitalen Signalverarbeitungseinheit eingegeben werden oder die Bestimmung und Einspeicherung der beiden Parameter erfolgt von einer zentralen Qualitätssicherungsstelle in der Firma des Bedieners oder die Bestimmung der beiden Parameter erfolgt durch ein Labor eines Kalibrierdienstes und wird anschließend in den Parameterspeicher der digitalen Signalverarbeitungseinheit übernommen. Je nach Anforderungen des benutzten Qualitätssicherungssystems kann dadurch die mehr oder weniger genaue Rückführbarkeit auf das nationale Massenormal sichergestellt werden. Zweckmäßigerweise werden die ermittelten und abgespeicherten Parameter von Zeit zu Zeit, beispielsweise einmal im Jahr, überprüft und gegebenenfalls neu überschrieben.

Bisher ist immer die absolute Messunsicherheit U ausgerechnet und angezeigt worden. Es ist jedoch auch möglich, die relative Messunsicherheit U/m auszurechnen und anzuzeigen. Dies ist beispielhaft in Fig. 4 gezeigt, wobei dasselbe Zahlenbeispiel wie in Fig. 3 zugrunde gelegt ist. Statt der absoluten Messunsicherheit von 0,0024 g ist hier in der unteren Zeile 12 die relative Messunsicherheit von 0,0016‰ angezeigt.

In Fig. 5 erfolgt die Anzeige in der Form "Wägeergebnis ± Messunsicherheit" im Beispiel also 1496,483 ± 0,0024 g.

In Fig. 6 ist ein Blockschaltbild der Elektronik der Waage gezeigt. Der Wägeaufnehmer 13 mit der Waagschale 3 ist nur ganz schematisch dargestellt. Die digitale Signalverarbeitungseinheit 14 ist z. B. durch einen Mikroprozessor realisiert. Innerhalb der digitalen Signalverarbeitungseinheit 14 befinden sich Speicher 15, die zumindest die beiden Parameter U₀ und U_max bzw. U₀ und (U_max - U₀)/m_max abspeichern. Das Programm des Mikroprozessors errechnet dann in bekannter und daher hier nicht erläuterter Weise das Wägeergebnis und zeigt es in der oberen Zeile 10 der Anzeigeeinheit 4 an. Zusätzlich errechnet der Mikroprozessor aus den beiden im Speicher 15 abgespeicherten Parametern und dem Wägeergebnis m gemäß Gleichung (4) die Unsicherheit U und zeigt sie in der unteren Zeile 12 des zusätzlichen Anzeigebereiches 4' an. Ändert sich dabei der Wägewert m, so wird die Anzeige der Messunsicherheit U entsprechend angepasst.

Enthält die elektronische Waage zusätzlich eine Justiergewichtsschaltung und einen Temperaturaufnehmer, so kann in Gleichung (3) der temperaturabhängige Anteil v_T genauer bestimmt werden und muss nicht entsprechend dem Temperaturkoeffizienten and dem maximalen Gebrauchstemperaturbereich der Waage nach oben abgeschätzt werden. Dazu werden im Speicher 15 der digitalen Signalverarbeitungseinheit 14 zwei weitere Speicherplätze belegt: In einem Speicherplatz wird der Temperaturkoeffizient der Waage im Gebrauchstemperaturbereich abgespeichert, im zweiten Speicherplatz wird die Temperatur T_Cal bei der letzten Justierung abgespeichert. Der Wert von v_T in Gleichung (3) wird dann proportional zum Quadrat des Produktes aus dem Temperaturkoeffizienten und der Temperaturdifferenz zwischen der momentanen Temperatur und der Temperatur T_Cal angenommen. Dementsprechend ändert sich der Parameter U_max bzw. (U_max - U₀)/m_max in Gleichung (4) in Abhängigkeit von der obigen Temperaturdifferenz. - Durch diese Maßnahme wird die errechnete Messunsicherheit etwas geringer und liegt näher an der wirklichen Messunsicherheit U. - Selbstverständlich kann dasselbe Verfahren auch auf den Anteil der Messunsicherheit, der aus dem Ecklastfehler resultiert, angewandt werden, falls der Wägeaufnehmer über einen Ecklastsensor verfügt. Der Wert von v_e in Gleichung (3) kann dann realistischer berechnet werden und muss nicht nach oben hin abgeschätzt werden.

Claims

1. Elektronische Waage mit einer Waagschale zur Aufnahme des Wägegutes, mit einem Wägeaufnehmer, mit einer digitalen Signalverarbeitungseinheit und mit einer Anzeigeeinheit zur Anzeige des Wägeergebnisses, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Anzeigeeinheit (4) ein zusätzlicher Anzeigebereich (4') vorhanden ist, in dem die Messunsicherheit des aktuellen Wägeergebnisses angezeigt wird, und dass in der digitalen Signalverarbeitungseinheit (14) Speichermittel (15) für mindestens zwei Parameter und Rechenmittel, die aus den gespeicherten Parametern und der linearen Gleichung U(m) = U₀ + b . m die massenabhängige Messunsicherheit der Waage berechnen und laufend an den zusätzlichen Anzeigebereich (4') ausgeben, vorhanden sind, wobei m die Masse des Wägegutes ist, b = (U_max - U₀)/m_max, U₀ die Messunsicherheit bei kleiner Last (m ungefähr Null), U_max die Messunsicherheit bei der Höchstlast m_max und U(m) die Messunsicherheit bei der Last m.

2. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Anzeigebereich (4') für die Messunsicherheit aus einer Anzeigenzeile (12) oberhalb oder unterhalb der Anzeigenzeile (10) für das Wägeergebnis besteht.

3. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Anzeigebereich für die Messunsicherheit aus einer Anzeigenzeile (11) rechts neben der Anzeigenzeile (10) für das Wägeergebnis besteht.

4. Elektronische Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige des Wägeergebnisses und der Messunsicherheit in der Form "Wägeergebnis ± Messunsicherheit" erfolgt.

5. Elektronische Waage nach Anspruch 1, zusätzlich mit einer Justiergewichtsschaltung und mit einem Temperaturfühler, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Temperaturkoeffizient der Empfindlichkeit und die Temperatur T_Cal zum Zeitpunkt der letzten Justierung abgespeichert wird und dass das Produkt aus dem maximalen Temperaturkoeffizienten und der Temperaturdifferenz zwischen der momentanen Temperatur und der Temperatur T_Cal in die Berechnung der Unsicherheit U_max bei Höchstlast eingeht.