DE2325654A1

DE2325654A1 - Digitalwaage

Info

Publication number: DE2325654A1
Application number: DE19732325654
Authority: DE
Inventors: Yuzuru Nishiguchi
Original assignee: Shinko Denshi Co Ltd
Current assignee: Shinko Denshi Co Ltd
Priority date: 1972-05-20
Filing date: 1973-05-21
Publication date: 1973-11-29
Also published as: JPS4919850A; GB1375336A

Description

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DR. ING. E. HOFFMANN DIPL. ING. W. BITtB · DK. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATEIiTAWWA-LTB

D-8000 Mönchen si · arabellasträsse4 · telefon (οβπ) 9ποβ7 y λ « r η C /

Shinko Denshi Kabushiki Kaisha, Tokyo/Japan

Digitalwaage

Die Erfindung·bezieht sich auf eine Digitalwaage mit einer elektrischen Wägeeinrichtung;, welche eine Eingangsspannung für ein Digitalvoltmeter proportional einem gewogenen Gewicht eines Objekts abgibt, welche zum Wägen von Gewichten verschiedener Objekte in einem großen Gewichtsbereich geeignet ist.

Durch den schnellen Fortschritt in der Technik der Digitalvoltmeter und durch die verbreitete Verwendung derselben

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ist es möglich geworden, die Gewichte verschiedener Objekte zu messen und mittels einer elektrischen Waage digital an-.zuzeigen, in der vorteilhaft ein Digitalvoltmeter verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Digitalwaage der eingangs genannten Art zu schaffen, die die unmittelbare Anzeige eines gemessenen Wertes mit deutlichen Ziffernwn drei oder mehr Stellen, ungeachtet der Änderung der Gewichte, die sich über einen bestimmten, weiten Bereich erstrecken., ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Relais vorgesehen ist, welches beim Übersteigen eines einen vorgegebenen Anzeigebereich des Digitalvoltmeters anzuzeigenden Wertes derart betätigt und gehalten wird, daß die Eingangsspannung für das Digitalvoltmeter auf ihren zehnten Teil verringert wird, so daß der gemessene Wert in den Anzeigebereich fällt, während das Relais automatisch gelöst wird, wenn das gewogene Gewicht des Objekts auf einen Wert unterhalb des zehnten Teiles der vollen Anzeige absinkt, so daß die ursprüngliche Eingangsspannung wiederhergestellt wird, und daß bei jedem derartigen stattfindenden Wechsel der Eingangsspannung gleichzeitig der auf der Skala angeordnete Dezimalpunkt verschoben wird.

Diese Digitalwaage schafft eine Vorrichtung zum automatischen und gleichzeitigen Ändern der Empfindlichkeit (der minimalen Anzeigeeinheit) und des Wägebereiches der Anzeige von 10:1, abhängig von den veränderten Gewichten der zu wägenden Objekte.

Um diese Digitalwaage zu erläutern, wird zunächst eine Darstellung in bezug auf eine bisher bekannte typische Digitalwaage und'dann in bezug auf die Merkmale der neuen Digitalwaage .erfolgen.

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Es zeigen: . ..

Pig. 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des grundlegenden Prinzips konventioneller, verwendeter Digitalwaagen, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Digitalwaage.

In Fig. 1 wird die dem Gewicht einer auf die Waage gelegten Probe 1 proportionale Auslenkung mit Hilfe einer mit dem Dämpfer 7 zusammenwirkenden Feder 6 gegeben. Die entsprechende Verschiebung verursacht eine bestimmte Änderung des Ausgangswertes eines Differentialtransformators 2, was zu einer der Auslenkung oder dem Gewicht der Probe 1 proportionalen Spannung führt. Die sich ergebende- Spannung wird dann über einen Gleichrichter 5 und einen Verstärker 4 als Eingang zum Digitalvoltmeter 5 geleitet.

Beim folgenden Beispiel ist die in Fig. 1 gezeigte Digitalwaage so angeordnet und eingestellt, ,daß der Verstärker 4 eine Ausgangsspannung von 10 Volt erzeugt, wenn ein Objekt von 100 g auf dieselbe gelegt wird, daß das Digitalvoltmeter 5 die Zahl 999 anzeigt, wenn am Voltmeter 5 0,999 Volt als oberste Eingangsspannung eingestellt sind, und daß der Dezimalpunkt auf die Anzeige 100 eingestellt ist.

Wenn nun eine Probe 1 von 5 g zum Beispiel auf die Waage gelegt wird, wird am Verstärker 4 eine Ausgangsspannung von 5 Volt erzeugt, die als Eingangsspannung zum Digitalvoltmeter 5 fließt, das die sichtbaren Zahlen 5,00 anzeigt.

Wenn die Probe auf der Waage statt dessen durch eine andere Probe mit einem Gewicht über 10 g, zum Beispiel 60 g,

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ersetzt wird, wird ein Ausgang von 6 Volt am Verstärker 4 erzeugt.

Wenn eine so hohe Eingangsspannung wie 6 Volt zugeführt wird, würde das Digitalvoltmeter möglicherweise die digitale Zahl 6000 anzeigen, wie unten berechnet wird:

x 999 = 6000

0,999

Weil jedoch die Zahl 6000 jenseits der zulässigen, obersten Eingangsspannung ist, d.h. 0,999 V am Digitalvoltmeter 5 eingestellt sind, ist es klar, daß das oben Geschilderte nicht durchführbar ist. Dasselbe gilt ebenfalls für alle Ladungsgewichte von 10 g und darüber. Dies bedeutet, daß bei der so eingestellten Waage eine Messung für alle Gegenstände mit einem Gewicht über 10 g nicht durchführbar ist.

Eine solche Schwierigkeit, wie sie oben erwähnt wurde, könnte überwunden werden, wenn das Digitalvoltmeter 5 so eingestellt ist, daß es 'die Zahl 999 bei einem Eingang von 9,99 V anzeigt, und gleichzeitig der Dezimalpunkt so eingestellt wird, daß er in der Stellung der Zahl 10 liegt. Mit einer solchen Einstellung würde ein Ladungsgewicht von 60 g zum Beispiel die Zahl erzeugen, und 5 g eines Ladungsgewichtes würden die Zahl 05,0 anzeigen. Jedoch ist eine solche Waage nachteilig, weil nur eine engere Verwendbarkeit für das Messen relativ leichter Objekte erhalten wird, weil die zu erwartende Zahl mit weniger sichtbaren Stellen angezeigt wird.

Wo ein Digitalvoltmeter 5 verwendet wird, das zum Anzeigen einer größeren Stellenzahl, z.B. 9999* für den Eingang von 9s999 V geeignet ist, dann würden die entsprechenden Gewichte von 60 und 5 g durch die Zahlen 60,00 und 05,00 angezeigt.

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Jedoch weist ein solches Voltmeter, wie es unten beschrieben wurde, im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit ausschlaggebende Nachteile auf.

Die Hauptnachteile dieses Voltmeters sind seine hohen Kosten und seine geringere Genauigkeit bei den sich ergebenden Gewichtswerten. Ein wirtschaftliches, verfügbares Digitalvoltmeter mit der Kapazität einer Nummernanzeige von 9999 ist zum Beispiel gewöhnlich zwei oder mehrere Male so teuer wie ein Digitalvoltmeter mit einer Kapazität der Nummernanzeige von 999 oder 1999· Darüber hinaus ist die Genauigkeit der Zahlenanzeige, die durch das frühere Voltmeter erhalten wurde, bei 0,05^ am besten. Daher ist die Zahl der niedrigsten Ziffer ziemlich unzuverlässig. So kann es begründet werden, daß die Digitalwaage aufgrund ihrer hohen Kosten nicht praktikabel ist.

Der zweite Nachteil der elektrischen Waage ist im allgemeinen 'die Schwierigkeit, eine Ausgangsspannung zu erhalten, die dem Ladungsgewicht innerhalb einer Genauigkeit von 0,01$ des zulässigen maximalen Gewichtes entsprechend dem durch die niedrigste Anzeige dargestellten proportional ist. Daher würde sogar bei der Verwendung eines Digitalvoltmeters, wie es zuvor beschrieben wurde, bei welchem eine Anzeige der Zahl 9999 oder höher als die gesamte Skala verfügbar wäre, die sich ergebende Messung ebenfalls nicht zuverlässig sein.

Mit der erfindungsgemäßen verbesserten Vorrichtung ist eine wirkliche Anzeige mit zuverlässiger Genauigkeit der Zahlen unabhängig von Änderungen innerhalb eines bestimmten breiteren, zu messenden Bereichs der Gewichte verwirklicht. Dies wird bei der vorliegenden Erfindung durch Vorsehen einer Einrichtung zum automatischen Andern der Empfindlichkeit und des Meßbereiches des Voltmeters im Verhältnis 10:1 gemäß den Änderungen der zu messenden Gewichte durchgeführt.

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Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 2 näher erläutert.

Wie die Figur zeigt, ist ein Abschnitt der elektrischen Waage genauso wie in Fig. 1. Die Ausgangsspannung vom Verstärker 4 wird in einem Verhältnis von 10:1 geteilt, indem die Widerstände 8 und 9 vorgesehen werden, d.h. entweder werden 10 oder 1 V pro 100 g eines Ladungsgewichtes als Eingang zum Digitalvoltmeter 5 geleitet. Die beweglichen Kontaktgeber 11, 12 und 1J> verbinden das Relais 10 abhängig von den während des Betriebes angetroffenen Bedingungen. Die Figur zeigt einen Zustand, bei welchem ein Gewicht von weniger als 10 g auf die Waage gelegt ist und das Relais demzufolge außer Betrieb ist.

Es ist zu bemerken, daß das in der Vorrichtung der Fig. 2 verwendete Voltmeter so beschaffen ist, daß die Zahl 999 angezeigt wird, wenn ein Eingang von 0,999 V am Voltmeter 5 anliegt. Unter diesen Umständen ist der Kontakt 13a eingeschaltet, wenn ein Gewicht von weniger als 10 g aufgegeben wurde, wie zuvor erwähnt wurde, und daher liegt der Dezimalpunkt an der Ziffer 100. Wenn ein Gewicht über 10 g aufgegeben wird, wird der bewegliche Kontaktgeber entsprechend dem Signal 'Über¹' am Voltmeter einschalten, und der bewegliche Kontaktgeber 15 wird ausschalten, wenn die Ziffer an der Stelle 100 Null ist.

Im folgenden wird die besondere Arbeitsweise der gemäß Pig. 2 aufgebauten Vorrichtung ausführlicher erläutert. Die Nummernanzeige des Digitalvoltmeters 5 ist 0,00, wenn keine Ladung vorhanden ist, weil die Ausgangs spannung des Verstärkers 4 Null ist, und daher keine Änderung des Eingangs am Digitalvoltmeter 5 auftritt, während ein Eingang von 0,5 V zum Digitalvoltmeter zugeführt wird, wenn ein Gewicht von 5 g aufgegeben wird, was eine digitale Anzeige von 5*00 verursacht, welche auf einer 0,01 g Einheit basiert.

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Wenn ein Gewicht über 10 g, zum Beispiel 60 g, gewogen wird, wird sofort ein Eingang von 6 V zum Digitalvoltmeter 5 geleitet, wenn die Last aufgegeben wird. Jedoch erscheint unmittelbar das Zeichen "ÜBER" am Voltmeter, und der bewegliche Kontaktgeber 14 kommt unmittelbar mit dem Kontakt 14a in Berührung, um ihn einzuschalten. Das Relais 10 veranläßt dann den beweglichen Kontaktgeber 11, eine Leitung mit dem Kontakt 11a herzustellen, wobei er eingeschaltet wird. Diese Funktionen der gesamten Vorrichtung werden selbsthaltend fortgesetzt, bis der bewegliche Kontaktgeber 15 sich vom Kontakt 15a löst, d.h. bis die Anzeige der Stelle 100 der sichtbaren Zahl 0 anzeigt. Durch die Wirkung des Relais 10 schaltet der Kontaktgeber 12 vom Kontakt 12a auf den Kontakt 12b, so daß die ursprünglichen 6 V am Eingang des Digitalvoltmeters 5 auf 0,6 V verringert werden. Der bewegliche Kontaktgeber 15 bewegt sich vom Kontakt IJa zum Kontakt IJb. Der Dezimalpunkt an der Stellung 100 wechselt zur Stellung 10, und die tatsächliche Last von 60 g wird stationär durch die Digitalanzeige 6o angezeigt, welche bedeutet, daß die sich ergebende¹ Messung von 60 g auf der 0,1 g Einheit basiert. All diese Wirkungen finden fast gleichzeitig statt. Währenddessen hat der bewegliche Kontaktgeber 14, wie in der Figur gezeigt ist, die Berührung mit dem Kontakt l4a unterbrochen.

Die folgende Erläuterung ist nunmehr auf das Wägen eines Gewichtes von weniger als 10 g, zum Beispiel 5 g, anstelle des zuvor erwähnten Gewichtes von 60 g gerichtet. Zu Beginn des Auflegens der Last auf die Waage erscheint die digitale Zahl 05,0 am Digitalvoltmeter 5, welche unmittelbar zur Zahl 5,00 wechselt, welche dann stationär eingestellt ist, weil die Stellung 100, welche sich in 0 ändert, den Kontakt 15a mit dem beweglichen Kontaktgeber 15 unterbricht und das Halten des Relais 10 löst, was zur Rückstellung der beweglichen Kontaktgeber 11, 12 und 13 in <3e in der Figur dargestellten, ursprünglichen Lagen

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führt. Wenn die Anzeige O an der Stelle 100 darüber hinaus in die Anzeige 5 übergeht, nimmt der bewegliche Kontaktgeber 15 wieder die in der Fig. 2 dargestellte Lage ein, und das Relais 10 kann sein Halten wieder durchführen.

Im folgenden Wird die obige, genaue Erläuterung der Erfindung zusammengefaßt:

a) Wenn die am Digitalvoltmeter 5 eingestellte digitale Anzeige über die Skala hinausgeht, weil die Last zu schwer ist, um Digitalzahlen abzugeben, die in den voreingestellten Gesamtbereich fallen, so wird die Empfindlichkeit, d.h. die Eingangsspannung zum Digitalvoltmeter 5/ automatisch auf den zehnten Teil (l/lO) verringert, so daß eine Anzeige von in den voreingestellten Gesamtbereieh fallenden Digitalwerten erzielt wird.

b) Wenn eine Last auf der Waage so leicht ist, daß sie eine kleine Zahl ergibt, die kleiner als ein Zehntel des-voreingestellten vollen Anzeigebereichs ist, so wird die ursprüngliche Empfindlichkeit der Digitalwaage wiederhergestellt, um eine Verringerung der Stellen für die sichtbare Zahl zu verhindern.

c) Eine Stellenwertverschiebung der Stellung des auf der'Anzeige vorhandenen Dezimalpunkts nach unten oder oben wird ausgelöst, um für jede angezeigte Zahl des gewogenen Objektes, immer wenn ein Schalten der Schaltkreise durch das -Relais bewirkt wird, gleichzeitig eine Anpassung vorzunehmen. Die tatsächliche Arbeitsweise des in der erfindungsgemäßen Digitalwaage verwendeten Relais ist folgende:

i) Die erforderliche Verringerung der Empfindlichkeit des Digitalvoltmeters wird bewirkt, indem das Relais dazu betätigt wird, sein Halten gemäß einem am Voltmeter angezeigten Zeichen "ÜBER" fortzusetzen.

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ii) Die Wiederherstellung der so verringerten Empfindlichkeit auf die ursprüngliche oder normale Empfindlichkeit wird durch automatisches Lösen des Relais aus seiner Haltestellung bewirkt .

Es versteht sich, daß diese erfindungsgemäße Digitalwaage nicht auf das oben in Verbindung mit Pig. 2 beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, und daß sie zweckmäßig in ihrem Aufbau abgewandelt werden kann, indem vorteilhaft verschiedene Teile bekannter .mechanischer und elektrischer Instrumente und auf dem Markt erhältlicher Systeme verwendet werden, ohne daß dies eine Abweichung vom Erfindungsgedanken bedeutet. Als Anteil, der die elektrische Waage bildet, können z.B. alle bekannter Art verwendet werden, soweit sie eine dem Gewicht des zu wägenden Objektes proportionale Spannung erzeugen können. Die Waage mit dem Federausgleich, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, kann so durch irgendeine andere bekannte Waage, z.B. eine mit einem Pendel arbeitende, automatische Waage, die mit einem elektrischen Übertrager, z.B. einem Differentialtransformator, ausgerüstet ist, oder eine Waage einer Art der Lastermittlung, bei welcher zweckmäßig ein Dehnmeßstreifen verwendet wird, ersetzt werden.

Ein elektromagnetisches Gleichgewicht ist insbesondere für praktische Zwecke aufgrund seiner auf dem Nullverfahren basierenden Genauigkeit empfehlenswert.

Die in dieser Erfindung verwendeten Digitalvoltmeter sind nicht auf die der Art mit der Zahl 999 beschränkt. Es kann auch ein Digitalvoltmeter der bekannten 1999-Art verwendet werden, das leicht auf dem Markt erhältlich ist. In diesem Pail wird die Verringerung der Empfindlichkeit des Voltmeters in einer Weise durchgeführt, die der beim Voltmeter der 999-Anzeige, wie sie oben beschrieben wurde, analog ist". Das heißt, die Empfindlichkeit des Digitalvoltmeters wird durch die Wirkung des Relais,

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das Halten gemäß einem Zeichen "ÜBER" fortzusetzen, das durch das Signal am Voltmeter angezeigt wird, verringert, während die Wiederherstellung der verringerten Empfindlichkeit durch .Lösen dieses Haltens des Relais bewirkt wird. Dies wird benötigt, wenn die verfügbare Empfindlichkeit der voreingestellten Gesamtskala auf weniger als ein Zehntel verringert wird, d.h. kleiner als 0199 ist, und demzufolge, wenn die Stelle 1000 in 0 geändert wird und die Stelle 100 in 0 oder 1 geändert wird.

In bezug auf die Schaltkreise für die erforderlichen Schaltvorgänge im in Fig. 2 gezeigten Aufbau werden wegen der einfacheren Erklärung nur mechanische Kontakte verwendet. Es versteht sich jedoch, daß alle oder Teile der gesamten Schaltkreise natürlich zum Beispiel durch ein kontaktloses logisches System ersetzt werden können. Es ist auch zu beachten, daß bei Verwendung eines Digital voltmeters, das eine Änderung der Empfindlichkeit oder des Meßbereiches des Digitalvoltmeters von 10:1 ermöglicht, die Teilung der Ausgangs spannung am Verstärker überflüssig ist. Auch wenn die in dem erfindungsgemäßen System verwendete elektrische Waage eine beträchtlich hohe Empfindlichkeit aufweist, ist eine Digitalwaage der Erfindung vorgesehen, welche zu einem dreistufigen Schalten in den Verhältnissen 100:10:1 durch zweimaliges Wiederholen der aufeinanderfolgenden Verringerungen der Empfindlichkeit des Digitalvoltmeters geeignet ist.

Bei dem in Pig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung hatten die für den Aufbau der gesamten Digitalwaage benötigten Teile die folgenden Kapazitäten:

Wägebereich: 199*9 g und 19,99 g

(mit automatischem Schalten)

zuverlässige Genauigkeit der

Wägung: . bei 19,99 g + 2 Stellen

bei 199*9 g + 1 Stelle

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erforderliche Zeit in Sekunden:

bei einer Wägung unter 20 g: bei über 20 g:

0,5 Sekunden

1 bis 2 Sekunden (einschließlich der zum automatischen Schalten der Empfindlichkeit erforderlichen Zeit)

Die folgenden Teile reichen für die obigen Anforderungen aus:

a) elektrische Waage:

b) Digitalvoltmeter:

c) Umschaltkreise:

elektromagnetisches Gleichgewicht der Art mit Kraftgleichgewicht mit einer oberen Schale

Anzeige I999 bei 1,999 YoIt Eingangs spannung

kontaktlose logische Schaltungen anstelle eines elektromagnetischen Relais mit Kontakten 12 und I5.

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Claims

Patentanspruch
Digitalwaage mit einer elektrischen Wägeeinrichtung, welche eine Eingangsspannung für ein Digitalvoltmeter proportional einem gewogenen Gewicht eines Objekts abgibt, dadurch gekennzeichnet , daß ein Relais vorgesehen ist, welches beim Übersteigen eines einen vorgegebenen Anzeigebereich des Digitalvoltmeters anzuzeigenden Wertes derart betätigt und gehalten wird, daß die Eingangsspannung für das Digitalvoltmeter auf ihren zehnten Teil verringert wird, so 'daß der gemessene Wert in den Anzeigebereich fällt, während das Relais automatisch gelöst wird, wenn das gewogene Gewicht des Objekts auf einen Wert unterhalb des zehnten Teiles der vollen Anzeige absinkt, so daß die ursprüngliche Eingangsspannung wiederhergestellt wird, und daß bei jedem derartigen stattfindenden Viechsei der Eingangsspannung gleichzeitig der auf der Skala angeordnete Dezimalpunkt verschoben wird.
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