DE2231711A1

DE2231711A1 - Kraftmesser

Info

Publication number: DE2231711A1
Application number: DE2231711A
Authority: DE
Inventors: Heinz Allenspach; Eugen Meier
Original assignee: Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Instrumente AG
Priority date: 1971-08-19
Filing date: 1972-06-28
Publication date: 1973-02-22
Also published as: CH536488A; GB1331737A; NL7208899A; US3788410A; DE2231711C2; JPS4830474A

Description

Patentanwälte 2 8, Juni 1972

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Mettler Instrumente AG, Greifensee (Schweiz)

Kraftmesser

Die Erfindung betrifft einen Kraftmesser mit einem oder mehreren unter der Einwirkung einer Messkraft stehenden mechanischen Schwingern, insbesondere Messaiten, deren jeweilige Schwingungsfrequenz während einer vorbestimmten Zählzeit ausgezählt und zur digitalen Darstellung der Grosse der Messkraft verwendet wird.

Kraftmesser mit mechanischen Schwingern sind bekannt und haben in zunehmendem Masse, beispielsweise als Saitenwaagen, Anwendung gefunden.

Dies nicht zuletzt wegen der bequemen Möglichkeit der digitalen Darstellung der Messgrösse durch Frequenzzählung

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(im Prinzip beschrieben beispielsweise in der VDI-Zeitschrift, Bd. 98 Nr. 26, S. 1541-1588, Sept. 56).

Ein Nachteil der bisher bekanntgewordenen Geräte dieser Art bestand darin, dass man für eine Erhöhung der Auflösung und damit der Empfindlichkeit eine Verlängerung der Messzeit in Kauf nehmen musste. Es mussten mehr Impulse gezählt werden, was naturgeraäss bei gegebener Schwingungsfrequenz mehr Zeit in Anspruch nahm. Dieser Umstand setzte der Anwendung der Kraftmesser mit Schwingern gewisse Grenzen, besonders dort, wo bei grosser Empfindlichkeit eine rasche Wägefolge erwünscht war. Ausserdem waren die bekannten Geräte jeweils durch ihre Auslegung auf eine bestimmte Messzeit festgelegt, welche auch bei solchen Messungen in Kauf genommen werden musste, bei denen der Vorteil der grösseren Auflösung keine oder nur eine geringe Rolle spielte. Letzteres ist immer dann der Fall, wenn es um angenäherte Messungen geht, also z.B. bei Waagen bei Einwägevorgangen, approximativen Gewichtsermittlungen (z.B. Vorwaage), gewissen Kontrollwägungen usw.

Eine wesentliche Aufgabe der Erfindung war es, den erwähnten Nachteil zu vermeiden und einen Kraftmesser zu schaffen, der bedeutend kürzere Messzeiten ermöglicht. Eine weitere Aufgabe bestand darin, einen Kraftmesser zu schaffen, der flexibel in seiner Anwendung ist dergestalt, dass wahlweise so-

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wohl Messungen mit grosser Empfindlichkeit und damit relativ längerer Messzeit als auch solche mit bescheidenerer Empfindlichkeit und dafür kürzerer Messzeit mit dem gleichen Gerät durchgeführt werden können; beispielsweise beim-Einwägen rasche Zugabe des Wägeguts bei kleiner Empfindlichkeit bis zur Annäherung an den Sollwert, dann langsamere Zugabe bei grosser Empfindlichkeit bis zum Erreichen des Sollgewichts.

Erfindungsgemäss werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass bei einem Kraftmesser der eingangs erwähnten Art ein Frequenzvervielfacher sowie Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Zählzeit verändert werden kann. Durch die Anwendung von Frequenzvervielfachern erhält man, unabhängig von der Grössenordnung der jeweiligen Schwingerfrequenz, eine nahezu beliebig hoch wählbare Anzahl von Zählimpulsen pro Zeiteinheit und damit eine sehr weitgehende Anzeigeempfindlichkeit. Der damit verbundene Zeitbewarf kann im Bedarfsfalle dadurch reduziert werden, dass die Zählzeit verkürzt wird, was auf verschiedene Weise möglich'ist. Bevorzugt wird eine Anordnung, bei welcher eine Torschaltung mit einstellbaren Torzeiten und ein umschaltbarer Zähler verwendet werden. Vorzugsweise sind dabei die Torzeiten in dekadischen Stufen umschaltbar.

Für den Zähler hat sich eine Anordnung bewährt, bei welcher mit jeder Verkürzung der Torzeit um eine Stufe die jeweils

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niedrigste Zählerstufe abgetrennt wird, so dass die Zählimpulse in den entsprechend höheren Stufen einlaufen und einen entsprechend höheren Kraftwert repräsentieren. Die dem Zähler nachgeordnete Anzeige bleibt dann immer stellenwertrichtig, was von Vorteil ist bezüglich der Ablesung (ein Fehler hinsichtlich der Grössenordnung ist auf .diese Weise auch beim Umschalten auf veränderte Empfindlichkeit infolge der gleichbleibenden Lage des Kommas kaum möglich). Ausserdem ist diese Zähleranordnung günstig in bezug auf die Möglichkeit, eine automatische Tariervorrichtung vo^rzusehen. Zur Lieferung der Referenzfrequenz können verschiedene Oszillatoren dienen. Eine bevorzugte Ausführungsform bedient sich eines hochstabilen Quarζschwingers. Weiterhin besteht bei

Saitenkraftmessern die Möglichkeit, eine Referenzsaite enterb

sprechend'Stabilität und vorzugsweise gleicher Geometrie zu verwenden, welche dann am besten im gleichen Gehäuse wie die Messaite angeordnet wird, damit etwaige Störeinflüsse wie veränderte Temperatur, Feuchtigkeit, Erschütterungen, Alterun^ceffekte etc. sich auf Mess- und Referenzsaite gleichermassen auswirken.

Bei der Festlegung von Frequenzen (Schwingerfrequenz,Vervielfachungsfaktor) und Torzeiten sowie der Grundlast (Vorlast) wird zweckmässigerweise die Abstimmung derart vorgenommen, dass das Zählergebnis sich direkt in Gewichtseinheiten präsentiert.

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Ein Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Gewählt wurde eine Einsaitenwaage mit automatischer Tariervorrichtung. Die Zeichnung stellt ein Blockschaltbild der wesentlichen Elemente dar; von der in bekannter Weise konzipierten Saitenwaage selbst (vgl. z.B. Schweiz. Patentgesuch Nr. 9157/71) wurde nur der Ausgang der Messfreqüenz angedeutet.

Die Messaite schwingt unter einer Vorlast von 17OO p mit einer Frequenz von 15 kHz. Sie hat einen Wägebereich von 100 p, welchem eine Frequenzerhöhung (Signalhub) von 500 Hz entspricht, was eine für praktische Zwecke sehr kleine Auflösung bedeutet.
Die jeweilige Frequenz der Messaite f wird nun einem Fre-

quenzvervielfacher 1 zugeführt und dort auf das 200fache erhöht, der Signalhub beträgt also nunmehr bei einer von 3.OOO.OOO auf 3.IOO.OOO Hz ansteigenden Zählfrequenz 100.000 Hz. Die vervielfachte Messfrequenz wird dem Tor 2 zugeführt und von dort, während der Toröffnungszeit, dem Vor-Rückwärtszähler 3.

Die Referenzfrequenz f wird von einem Quarzschwinger erzeugt. Diese Frequenz wird dem Torzeitteiler (Frequenzteiler) 4 zugeführt und von dort dem .Tor 2 und der Zähler steuerung 5· Der Torzeitteiler 4 ist derart umschaltbar, dass sich wahlweise eine Torzeit von 1 s bzw. 0,1 s ergibt.

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Zum Umschalten dient der von Hand zu bedienende Schalter 6, der mit dem Schalter 7 so synchronisiert ist, dass ein Betätigen des Schalters 6 über eine mechanische Kopplung automatisch auch Schalter 7 betätigt. Schalter 7 bewirkt, dass bei Verkürzung der Torzeit von 1 auf 0,1 s die Zählimpulse um eine Dekade nach oben versetzt einlaufen, d.h. die vorher letzte Stelle wird abgeschnitten.

Auf diese Weise bleibt das Zählergebnis auch bei verkürzter .Zählperiode stellenrichtig, jeder Zählimpuls hat jetzt den zehnfachen Gewichtswert.

Statt beispielsweise 85,358 g ist das Ergebnis jetzt 85,35 g· Der jeweilige Zählerstand wird nach Ablauf einer Zählperiode in den Speicher 8 übernommen und kann von der Anzeige 9 abgelesen werden. Ausserdem ist noch ein Druckerausgang 10 vorhanden.

Von der Anzeige ist die erste Stelle ('3^r) ausgenommen, d.h. bei 1 s Zählzeit erscheint das Ergebnis sechsstellig, bei 0,1 s fünfstellig.

Für Wägungen mit Tara dient folgende Anordnung: Parallel zum Anzeigespeicher 8 ist ein Taraspeicher 11 geschaltet, ferner ist eine Vor- Rückwärtslogik 12, ein - von Hand zu bedienender - Taraschalter 13, der auf die Zählersteuerung 5 einwirkt, und ein Nulldetektor 14 vorhanden. Bei Wägungen mit Tara wird nach Betätigen des Taraschalters 13 der aus der Tarabestimmung resultierende Wert auch in den Taraspeicher 11 übernommen.

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Bei der nachfolgenden Wägung wird am Anfang der Wert des Taraspeichers 11 in den Zähler 3 eingegeben. Die Vor- Rückwärtslogik 12 lässt den Zähler 3 rückwärts zählen, d.h. die in ihm eintreffenden Zählimpulse werden vom Tarawert abgezogen, bis der Nulldetektor signalisiert, dass Null erreicht ist. Dieses Signal geht an die Vor- Rückwärtslogik 12, welche den Zähler 3 nunmehr wieder in Vorwärtsrichtung zählen lässt. Auf diese Weise ergibt sich bei einer auf die Tarabestimmung folgenden Bruttowägung als Ergebnis das Nettogewicht. Es liegt auf der Hand, dass somit durch jeweils wiederholtes Betätigen des Taraschalters IJ auch eine Einwägung mehrerer Komponenten unter jeweiliger Anzeige der Nettozugabe vorgenommen vier den kann.

Die oben angeführte Art der stellenwertrichtigen Zählerumschaltung hat zur Folge, dass eine zu Beginn einer Messung gespeicherte Tarainformation auch nach einer etwaigen Messzeit um schaltung nicht verlorengeht, sondern ihren stellenrichtigen Wert behält.

Beschrieben wurde ein Ausführungsbeispiel mit zwei Torzeiten von 1 und 0,1 s. Es können natürlich auch andere Zeiten vorgegeben werden, beispielsweise 2 und 0,2 s etc. Auch können

es statt zwei Torzeiten deren mehr vorgesehen sein, wenn^vdie jeweiligen Anforderungen an das Gerät wünschenswert erscheinen lassen.

Das erfindungsgemässe Gerät lässt auch eine Anwendung als + - Waage zu. In diesem Falle könnten die Torzeiten beispiels-

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so

weise^vgewählt werden, dass ein Zählimpuls der zulässigen Toleranzbreite entspricht.

Analog zum beschriebenen Einsaitenmesser kann die Erfindung auch auf mit mehreren ausgesteuerten Messaiten arbeitende Geräte angewendet werden.

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Claims

Patentansprüche

Γ 1Λ Kraftmesser mit einem oder mehreren unter der Einwirkung einer Messkraft stehenden mechanischen Schwingern, insbesondere Messaiten, deren jeweilige Schwingungsfrequenz während einer vorbestimmten Zählzeit ausgezählt und zur digitalen Darstellung der Grosse der Messkraft verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Frequenzvervielfacher (l) sowie Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Zählzeit verändert werden kann.
2. Kraftmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Torschaltung (2, 4) mit umschaltbaren Torzeiten umfassen und dass ein umschaltbarer Zähler (3) vorgesehen ist.
3. Kraftmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Torschaltung von einem Quarzschwinger gesteuert wird.
4. Kraftmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwinger eine Saite ist und die Torschaltung von einer Referenzsaite gesteuert wird.
5. Kraftmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ■ die Referenzsaite mit der bzw. den Messaiten im gleichen Gehäuse angeordnet ist.

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6. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Veränderung der Zählzeit derart ausgelegt sind, dass diese in dekadischen
Stufen einstellbar ist.
7. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen und Zählzeiten sowie die Vorlast derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich das Zählergebnis in Gewichtseinheiten ergibt.
8. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler (3) ein Vor-Rückwärtszähler ist und dass ferner eine Tariervorrichtung vorgesehen ist, welche eine Vor-Rückwärtslogik (12), einen Nulldetektor (14) und einen Taraspeicher (11), welche ihre Steuerbefehle

von einer Zählersteuerung (5) erhalten, sowie einen Taraschalter (13) zur Auslösung des Tariervorganges umfasst.
9. Kraftmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zählerumschaltung (7) mit der
Torzeitumschaltung (6) gekoppelt ist, wobei nach einer
Verkürzung der Torzeit um eine Stufe die Zählimpulse in
der nächsthöheren Zählstufe einlaufen.

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