DE2233850B2 - Elektromagnetisch kompensierende Wägevorrichtung - Google Patents

Description

Nachteilig ist aber, daß im Fall der bekannten Wä-

"^:— gevorrichtung hochpräzise Widerstände erforderlich

; ,Ji- ; 55 sind, welche sorgfältige Abgleicharbeiten bei der

Montage und während der Betriebszeit der Waage er-

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch fordern, so daß in der Praxis eine bleibende Gekompensierende Wägevorrichtung mit einer an einem nauigkeit von mehr als 10~⁴ nicht erreicht werden Lastträger angeordneten Lastspule in einem Magnet- kann. Im Falle der vorgeschlagenen Wägevorrichsystem und einer im gleichen Magnetsystem befindli- 60 tung wird für den notwendigen hochpräzisen Konchen, an einem mit einem konstanten Gewicht bela- stantstromgenerator zur Erzeugung des Kompensasteten Träger befestigten zweiten kompensierenden tionsstromes der Referenzspule eine hochgenaue Spule (Referenzspule), wobei beide Spulen unabhän- Referenzspannungsquelle benötigt, gig voneinander vertikal beweglich und durch deren Ein anderer, ebenfalls nicht zum Stande der Tech-

Auslenkungen feststellende Nullagendetektoren mit- 65 nik gehöriger Vorschlag (deutsche Offenlegungstels entsprechender Kompensationsströme rückführ- schrift 2 210 446) betrifft eine nach dem Prinzip der bar sind und die magnetischen Kräften den zu korn- Kraftmeßvorrichtung arbeitende Wägevorrichtung, pensierenden Massen entsprechen und der Kompen- bei der eine an einem Lastträger angeordnete Last-

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spule aus einem Konstantstromgenerator innerhalb ein die Waage umschließendes Gehäuse sind nicht

aufeinanderfolgender gleichlanger Zeitperioden so dargestellt).

lange unter der Kontrolle eines Nullagendetektors Der Mittelteil 7 des Permanentmagneten 3 bildet

gespeist wird, bis der Lastträger seine Nullage wieder mit einem Vorsprung 8 des Gehäuses 2 einen ringför-

erreicht hat. In der restlichen Zeit der Periode wird 5 migen Luftspalt 9. In diesem Luftspalt sind, unab-

der Konstantstromgenerator auf einen Blindverbrau- hängig voneinander vertikal beweglich, zwei ringför-

cher geschaltet. mige Spulen angeordnet, und zwar eine Lastspule 10

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektromagne- als Bestandteil eines Lastteils 12 und eine Referenztisch kompensierende Wägevorrichtung zu schaffen, spule 11 als Bestandteil eines Referenzteils 13.
welche Fehler aus der ortsabhängig veränderlichen io Lastteil 12 und Referenzteil 13 sind durch je zwei Erdbeschleunigung und aus kleineren Schrägstellun- elastische Aufhängungen 14, 14' bzw. 15, 15' mit der gen eliminiert und eine Genauigkeit von 10~⁵ bis Säule 6 verbunden und somit parallel geführt. Eine 10 ~⁶ ohne Verwendung kostspieliger elektrischer Anzahl Durchführungen 16 bzw. 16' im oberen bzw. Bauteile erreichen läßt. unteren Teil des Gehäuses 2 gestatten eine freie Ver-

Diese Aufgabe wird bei einer Wägevorrichtung der 15 tikalbewegung von Lastteil 12 und Referenzteil 13.

eingangs genannten Art daduch gelöst, daß erfin- Oberhalb der Aufhängung 14 des Lastteils 12 und an

dungsgemäß der kontinuierliche, in seiner Stärke ein- diesem befestigt ist eine Lastschale 17 zur Aufnahme

gestellte Gleichstrom nach Durchfließen der Refe- des Wägegutes.

renzspule in seiner Stärke unverändert während einer Ortsfest befinden sich ober- und unterhalb des

vorbestimmten Zeitdauer einer Periode der im glei- 20 Luftspaltes 9 und symmetrisch dazu zwei Paare von

eben Magnetfeld wie die Referenzspule angeordneten Nullagendetektoren (18, 18'; 19, 19'), welche jeweils

Lastspule zuführbar und während des Restes der Pe- als konzentrisch angeordnete Ringkondensatoren

riode an der Lastspule vorbei ableitbar ist. ausgebildet sind und von denen je zwei als Nullagen-

Im Gegensatz hierzu fehlt bei der Wägevorrich- detektoren des Lastteils (18 und 18') bzw. des Refe-

tung gemäß dem älteren Vorschlag (deutsche Offen- 25 renzteils (19 und 19') dienen.

legungsschrift 2 210 446) eine Referenzspule, und die Bei einer Auslenkung des Referenzteils 13 aus sei-

Stärke des der Lastspule zugeführten Stromes bleibt ner Nullstellung erzeugen die beiden Nullagendetek-

ohne Rücksicht auf eine Änderung von Einflußgrö- toren 19, 19' ein Differenzsignal, das in bekannter

Ben konstant. Weise in einer Geberschaltung 20 und einem PID-

In Weiterbildung der Erfindung ist vor der in 30 Regler 21 die Amplitude eines Kompensationsstro-

Reihe mit der Referenzspule geschalteten Lastspule mes verändert, der der Referenzspule 11 zugeführt

ein elektronischer Schalter angeordnet, welcher den wird und durch die dort erzeugte elektromagnetische

abzuleitenden Teil des Gleichstroms einem Blindver- Kraft den Referenzteil 13 wieder in die Nullage

braucher zuführt und dessen Schließzeit (Zuführung führt.

des Gleichstroms zur Lastspule) innerhalb jeder Pe- 35 Nach dem Durchfließen der Referenzspule 11 wird riode von einem durch einen Oszillator gesteuerten der Strom über einen Verstärker 22 als Trennverstär-Pulslängenmodulator, abhängig von den Nullagende- ker einem elektronischen Schalter 23 zugeführt, von tektoren der Lastspule, gesteuert ist. Gemäß einer welchem aus er abwechselnd der Lastspule 10 und weiteren Ausbildung der Erfindung ist zwischen Refe- einem Blindverbraucher (Dummy) 24 zufließt. Der renzspule und elektronischem Schalter ein Verstärker 40 Verstärker 22 arbeitet mit Feldeffekttransistoren, mit dem Verstärkungsverhältnis 1:1 geschaltet, wo- weist kleine Eingangs- und große Ausgangsimpedanz durch vermieden ist, daß der Regelkreis des Refe- auf, ist auf ein Verstärkungsverhältnis 1:1 ausgelegt renzteils von Störimpulsen aus dem Kreis des Last- und bildet eine galvanische Kopplung zwischen den teils beeinflußt werden kann. In weiterer Ausbildung beiden Schaltkreisen von Last- und Referenzteil, der Erfindung sind die Last- und Referenzspule kon- 45 Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der analog arzentrisch zueinander im Luftspalt eines Topfmagnet- behende Regelkreis des Referenzteils nicht von Störsystems angeordnet. Hierdurch wird sichergestellt, impulsen aus dem Kreis des Lastteils beeinflußt daß beide Spulen im gleichen Magnetfeld liegen und werden kann.

sich dessen temperatur- oder alterungsbedingte An- Die Regelung des Kompensationsstroms in der

derungen in gleicher Weise auf beide Spulen auswir- 50 Lastspule 10 geschieht wie folgt: Eine Auslenkung

ken und damit nicht in das Wägeergebnis eingehen. des Lastteils 12 aus der Nullstellung unter dem Ein-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach- fluß des Gewichts von Wägegut ruft ein Differenzstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher signal der beiden Nullagedetektoren 18, 18' hervor, beschrieben. Es handelt sich dabei um eine oberscha- das in einer Geberschaltung 25 umgeformt und lige Wägevorrichtung mit im wesentlichen rotations- 55 einem PID-Regler 26 zugeführt wird. Die hier ersymmetrischer Ausbildung, eine sogenannte Topf- zeugte Regelspannung wird an einem Pulslängenmowaage. Die Zeichnung stellt im Schnitt die wesentli- dulator 27 angelegt. Dieser wird von einem Oszillachen Teile der Wägevorrichtung und in Blockform tor 28 mit nachgeschaltetem Frequenzteiler 29 gedas Schema der elektrischen Bestandteile dar. steuert. Der Pulslängenmodulator 27 enthält einen

Der feststehende Teil 1 der Wägevorrichtung um- 60 Sägezahngenerator, dessen Spannung ständig mit der faßt ein allseits geschlossenes Gehäuse 2 aus magne- vom PID-Regler 26 her anstehenden Regelspannung tischem Material und einen zentrisch in diesem an- verglichen wird. Ein Ausgang des Pulslängenmodulageordneten Permanentmagneten 3. Das Gehäuse 2 tors 27 führt zur Schaltersteuerung (Flip-Flop) 30, stützt sich über einen Ringflansch 4 auf einem Ausle- welche, im Zusammenwirken mit dem zweiten Einger 5 ab, mit dem es durch Schrauben (nicht gezeich- 65 gang vom Oszillator 28 her, die Schalterstellungszeinet) verbunden ist. Der Ausleger 5 einerseits ist fest ten steuert (Stromfluß zur Lastspule 10 oder zum mit einer Säule 6 verbunden, welche von einer Blindverbraucher 24).
Grundplatte getragen wird (die Grundplatte sowie An Hand des nachstehenden Zahlenbeispiels sei

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der Vorgang der Kompensation sowie die nicht Ge- Nach Weitergabe des Zählerstandes wird der Zähler

genstand der Erfindung bildende digitale Anzeige er- 33 auf Null gestellt.

läutert. Das bedeutet, daß jeweils 100 einzelne Zählungen

Das — konstante — Gewicht des Referenzteils 13 aufsummiert werden und deren Ergebnis angezeigt

beträgt 200 g, dasjenige des Lastteils 12 (ohne Wäge- 5 wird. Durch die Summation werden etwa auftretende

gut) 400 g. Der Wägebereich wurde zu 1200 g ge- Fehler aus Vibrationen usw. ausgemittelt und dadurch

wählt, mit einem Überbereich (Reserve) von 400 g; deren Einfluß auf das Resultat der Messung stark

total zu kompensierendes mögliches Gewicht des vermindert.

Lastteils also 2000 g. Das Windungsverhältnis wurde, Aus den oben angegebenen Zahlen ergibt sich, daß

dem Gewichtsverhältnis entsprechend, 1:10 gewählt, io bei einem Wägezyklus von 100 Einzelmessungen

es resultiert also gleicher Nennstrom in beiden Spu- zwischen 400 000 und 2 000 000 Impulse gezählt und

len bei Maximallast. angezeigt werden. Um jedoch die Anzeige weitge-

Die Frequenz des Oszillators 28 ist 10 MHz. Mit hend stabil zu halten, wird die niedrigste Stelle von dem vollen, als Zählfrequenz dienenden Wert werden der Anzeige ausgeschlossen, umso mehr, als eine Aufsowohl die Schaltersteuerung 30 als auch ein Tor 31 15 lösung von 10⁵ praktisch allen Ansprüchen genügt, und eine Hilfslogik (Zählersteuerung) 32 beauf- Aus der Beschreibung erhellt, daß das Gewicht des schlagt. Der Frequenzteiler 29 setzt die Oszillatorfre- Referenzteils 13 mit Gleichstrom, dasjenige des Lastquenz im Verhältnis 1:20 000 herab; der nachge- teils 12 mit Gleichstromimpulsen relativ kurzer schaltete Pulslängenmodulator 27 erhält also alle Dauer (kleiner als 2 ms) kompensiert wird, wobei die 2 ms einen Impuls, welcher einerseits die Spannung 20 Amplitude beider Ströme identisch ist. Die gesamte des darin enthaltenen Sägezahngenerators auf Null Anordnung ist ein echtes Massenvergleichsgerät hosetzt und neu ansteigen läßt, andererseits — nach her Genauigkeit, das direkte digitale Anzeige großer Übermittlung durch die Schaltersteuerung 30 — den Auflösung erlaubt, aber keine hochstabilen Referenz-Schalter 23 auf die Lastspule 10 schaltet. Gleichzei- Spannungsquellen oder anderen aufwendigen Komtig wird das Tor 31 geöffnet, und die Zählimpulse 25 ponenten, wie z.B. Digitalvoltmeter benötigt. Auch aus dem Oszillator 28 werden durchgelassen und be- die Frequenz des Oszillators 28 muß nicht besonders aufschlagen einen Zähler 33. Dieser Schaltzustand stabil sein, da sich Schwankungen sowohl auf die dauert an, bis die Sägezahnspannung im Pulslängen- Länge der der Lastspule 10 zugeführten Kompensamodulator 27 den Wert der — lastabhängigen — tionsstromimpulse als auch auf die Meßzeit in glei-Regelspannung aus dem PID-Regler 26 erreicht hat. 30 chem Sinne auswirken.

In diesem Moment sperrt der Pulslängenmodulator Schließlich ist festzustellen, daß die Waage infolge

27 das Tor 31 — die Zählung wird abgebrochen — ihrer kurzen Wägezeiten und einfachen Handhabung

und gibt an die Schaltersteuerung 30 das Signal zum (nur ein Bedienungselement, nämlich der Netzschal-

Umschalten, woraufhin nach beendetem Einlauf des ter) nahezu universell anwendbar ist und sich beson-

gerade ankommenden Zählimpulses der Schalter 23 35 ders für den Einsatz bei Serienwägungen rascher

den Kompensationsstrom von der Lastspule 10 auf Aufeinanderfolge eignet.

den Blindverbraucher 24 leitet. Die oben gewählte Auflösung der Anzeige könnte

Dem Frequenzteiler 29 nachgeschaltet ist ein zwei- von 10⁵ auf 10⁶ gesteigert werden, ohne daß deshalb

ter Teiler 34, der die Frequenz nochmals, diesmal im auf die durch das Unterdrücken der letzten Stelle der

Verhältnis 1:100, untersetzt und an die Hilfslogik 40 Anzeige erreichte Stabilität des Ablesebildes verzich-

32 alle 0,2 sek einen Impuls abgibt, welcher veranlaßt, tet werden müßte, indem man die Frequenz des Os-

daß der Zählerstand an einen Anzeigenspeicher 35 zillators 28 erhöht und das Teilververhältnis des Tei-

weitergegeben wird, von wo er zu einer Anzeige 36 lers 34 ebenfalls höher wählt (z.B. Frequenz 20MHz

gelangt (und gleichzeitig an einen BCD-Ausgang 37). und Verhältnis 1:1000).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

sationsstrom der Lastspule periodisch, in seiner Zeit-Patentansprüche: dauer von den zugeordneten Nullagendetektoren gesteuert, zuführbar ist.

1. Elektromagnetisch kompensierende Wäge- Bei einer bekannten Wägevorrichtung dieser Art vorrichtung mit einer an einem Lastträger an- 5 (deutsche Auslegeschrift 1194167) werden zur geordneten Lastspule in einem Magnetsystem und Rückführung des mit einem konstanten Gewicht beeiner im gleichen Magnetsystem befindlichen, an lasteten Trägers in die Nullage einer Parallelschaleinem mit einem konstanten Gewicht belasteten rung aus einer diesem Träger zugeordneten Referenz-Träger befestigten zweiten kompensierenden spule und einem Widerstand als Kompensations-Spule (Referenzspule), wobei beide Spulen unab- io strom Impulse zugeführt, die von einem durch einen hängig voneinander vertikal beweglich und durch Frequenzgenerator gesteuerten Impulserzeuger komderen Auslenkungen feststellende Nullagendetek- men, der ihre Dauer und/oder Größe abhängig vom toren mittels entsprechender !Compensations- Signal des zugehörigen Nullagendetektors ändert, ströme rückführbar sind und die magnetischen Zur Rückführung des Lastträgers in seine Nullage Kräfte den zu kompensierenden Massen ent- 15 werden dessen Lastspule innerhalb einer Periode nur sprechen und der Kompensationsstrom der Last- ein Teil der der Parallelschaltung aus Referenzspule spule periodisch, in seiner Zeitdauer von den zu- und Widerstand zugeführten Anzahl von Impulsen geordneten Nullagendetektoren gesteuert, zuführ- zugeleitet, die aber dann wegen der unverzweigten bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Beaufschlagung größer als diejenigen in der Refeder kontinuierliche, in seiner Stärke eingestellte 20 renzspule sind.

Gleichstrom nach Durchfließen der Referenz- I_n der bekannten Wägevorrichtung wird die Gespule (11) in seiner Stärke unverändert während nauigkeit von der exakten Erzeugung der Impulse einer vorbestimmten Zeitdauer einer Periode der beeinflußt, deren Folgefrequenz bezüglich der Freim gleichen Magnetfeld wie die Referenzspule quenz der Periode groß sein muß, weil durch Ausangeordneten Lastspule (10) zuführbar und wäh- 25 zählung der innerhalb einer Periode zur Lastspule rend des Restes der Periode an der Lastspule gelangenden Impulse die Gewichtsbestimmung ervorbei ableitbar ist. folgt. Bei der erforderlich hohen Folgefrequenz be-

2. Elektromagnetisch kompensierende Wäge- dingt die exakte Einhaltung der Form und Frequenz vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- der Impulse einen hohen Aufwand bei der Herstelzeichnet, daß vor der in Reihe mit der Referenz- 30 i_ung und der meßtechnischen Überwachung. Weiterspule (11) geschalteten Lastspule (10) ein elek- hin wird das Wägeresultat einerseits von der zeitlitronischer Schalter (23) angeordnet ist, welcher dien Konstanz des Parallelwiderstandes der Refeden abzuleitenden Teil des Gleichstroms einem renzspule und insbesondere von thermisch bedingten Blindverbraucher, (2) zuführt und dessen Widerstandsänderungen der Letzteren beeinflußt. Schließzeit (Zuführung des Gleichstroms zu der ₃₅ Ebenfalls kann das Wägeresultat von Änderungen Lastspule) innerhalb jeder Periode von einem der beiden unterschiedlichen Magnetfelder beeinflußt durch einen Oszillator (28) gesteuerten Pulslän- werden, in denen sich die Last- und Referenzspulen genmodulator (27), abhängig von den Nullagende- befinden.

tektoren (18,18') der Lastspule, gesteuert ist. Weiter sind elektromagnetisch kompensierende

3. Elektromagnetisch kompensierende Wäge- 40 Wägevorrichtungen, bei denen ebenfalls die Fehler vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, da- _aus der ortsabhängig veränderlichen Erdbeschleunidurch gekennzeichnet, daß zwischen Referenz- _gUng sowie aus kleineren Schrägstellungen eliminiert spule (11) und elektronischem Schalter (23) ein werden, bekanntgeworden (USA.-Patentschrift Verstärker (22) mit dem Verstärkungsverhältnis 3 322 222) bzw. vorgeschlagen worden (deutsche Of-1:1 geschaltet ist, ₄₅ fenlegungsschrift 2 201106), bei denen sowohl die

4. Elektromagnetisch kompensierende Wäge- Referenzspule als auch die Lastspule von separaten vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Gleichströmen gespeist ist. In beiden Fällen wird dadurch gekennzeichnet, daß die Last- und Refe- durch Anordnung der Last- und Referenzspule im renzspule (10; 11) konzentrisch zueinander im gleichen Magnetfeld ein möglicher Fehler aus Ma-Luftspalt (9) eines Topfmagnetsystems angeord- _5o gnetfeldschwankungen vermieden, so daß Genauignet sind. keiten von 10~⁵, gegebenenfalls sogar 10~⁶ erreicht

werden können.