DE2528141C2 - Elektromagnetisch kompensierende Wäge- oder Kraftmeßvorrichtung mit Tarieranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch kompens-erende Wäge- oder Kraftmeßvorrichtung mit einer in dem Arbeitsspalt einer Magnetanordnung vorgesehenen Spule, die einem beweglichen Teil eier Vorrichtung zugeordnet ist und mit diesem unter der Einwirkung einer Kraft aus einer voreingestellten Gleichgewichtslage relativ zu der Magnetanordnung ausgelenkt wird, einem einen Lagenindikator, einen Leistungsverstärker und die Spule umfassenden Kompensationskreis, der bei einer Auslenkung einen zu deren Amplitude proportionalen Kompensationsstrom durch die Spule fließen läßt, einem mit einer digital arbeitenden MeßwertanzeigeeiErichtung verbundenen Analog-Digital( A/D)-Wandler und einer Tarieranordnung.

Autgabe der Erfindung ist es. eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß praktisch unabhängig von dem Gewicht des auszutarierenden Teiles mit relativ geringem Aufwand ein optimaler Meßbereich erhalten bleibt.

Erfinriungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, daß die Tarieranordnung einen Speicher und einen Digital-Analog(D/A)-Wandler in Reihe geschaltet umfaßt, von denen der Eingang des Speichers mit dem Ausgang des mit der Anzeigeeinrichtung verbundenen A/D-Wandlers und der Ausgang des D/AWandlers mit der Spule verbunden ist und dadurch einen parallel zum Kompensationskreis geschalteten Tarierkreis bildet.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Meßbereich des Kompensationskreises bei dem Austarieren durch das Gewicht des auszutarierenden Teiles in keiner Weise eingeschränkt wird.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der in der Tarieranordnung vorgesehene D/A-Wandler nicht sehr hochwertig zu sein braucht. Es ist lediglich ein geringes Driftveriialten im statischen Zustand erforderlich, während an die Linearität und den Eichfaktor keine großen Anforderungen gestellt zu werden brauchen. Denn eventuelle Abweichungen zwischen dem von dem Kompensationskreis für den Tariervorgang erzeugten Kompensationsstrom und dem bei der Übernahme des Tariervorganges von der Tarieranordnung erzeugten Tarierstromes werden durch nachfolgende Nachtariervorgänge vollständig kompensiert. Diese Nachtariervorgänge erfolgen so lange, bis die Anzeigeeinrichtung den Wert Null anzeigt, während die Tarieranordnung den für den Tariervorgang erforderlichen Tarierstrom durch die Spule schickt.

Die erfindungsgemäße Tarieranordnung ist mit Vorteil anwendbar sowohl bei einer Ausführungsform einer elektromagnetisch kompensierenden Vorrichtung, bei der der Kompensationskreis einen Meßwiderstand umfaßt, zu dem der A/D-Wandler parallel geschaltet ist, als auch bei einer Ausführungsform, bei der der Kompensationskreis in Reihenschaltung einen in Abhängigkeit von der Auslenkrichtung angesteuerten, zusammen mit einem Taktoszillator den A/D-Wandler bildenden Vorwärts-Rückwärts(V/R)-Zähler und einen mit seinem Digitaleingang mit dem Zählerausgang verbundenen D/A-Wandler umfaßt, dessen Analogausgang mit der Spule verbunden ist.

Vorteilhafterweise umfaßt bei der Ausführunesform

mit Meßwiderstand die Tarieranordnung eine dem Speicher vorgeschaltete Addiereinrichtung, während bei der Ausführungsform mit V/R-Zähler die Tarieran- <„dnung bevorzugt einen dem Speicher vorgeschaltete V/R-Zähler aufweist, dessen Eingänge mit den entsprechenden Eingängen des V/R-Zählers im Kompensationskreis verbunden sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungstorm umfaßt die Tarieranordnung ein Steuervyerk, das bei Betätigung einer zugeordneten Tariertaste den Tariervorgang so lange wiederholt, bis die Meßwtrtanzeigeeinrichtung den Wert Null an/eigt.

Vorteilhafterweise sind der D/A-Wandier im Kompensationskreis und/oder der in der Tarieranordnung mit einer Referenzeinrichtung vorgesehen, die bevorzugt eine Zener-Diodenreferenz oder eine Massenreferenz ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt schematisch

F i g. 1 ein Blockschaltbild des elektronischen Teiles einer elektromagnetisch kompensierenden Wäge- oder Kraftmeßvorrichtung mit erfindungsgemäßer Tarieranordnung und

F i g. 2 eine andere Ausführungsform einer elektromagnetisch kompensierenden Wage- oder Kraftmeßvorrichtung ebenfalls mit erfindungsgemäßer Tarieranordnung.

Nach der Zeichnung umfaßt eine elektromagnetisch kompensierende Wäge- oder Kraftmeßvorrichtung 10 eine nicht gezeigte Magnetanordnung, in deren ebenfalls nicht gezeigten Luftspalt eine Kompensationsspule 12 angeordnet ist.

Die Kompensationsspule 12 ist mit dem nicht gezeigten beweglichen Teil der Vorrichtung verbunden. Außerdem ist mit der Kompensationsspule 12 ein Lagenindikator 14 verbunden, der anzeigt, ob sich die Kompensationsspule 12 in dem Luftspalt der Magnetanordnung in einer voreingestellten Gleichgewichtslage befindet oder unter der Einwirkung einer Kraft ausgelenkt ist.

Nach der Zeichnung weist der Lagenindikator 14 zwei richtungsabhängige Ausgangsleitungen 16 und 18 auf, von denen jede mit einem eigenen Eingang eines Verstärkers 20 verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 20 ist durch eine Leitung 22 mit einem Ende eines Meßwiderstandes 24 verbunden, dessen anderes Ende über eine Leitung 26 mit einem Ende der Kompensationsspule 12 verbunden ist. Das andere Ende der Kompensationsspule 12 ist ebenso wie der Verstärker 20 geerdet.

Der Lagenindikator 14, dessen AusgangLleitungen 16,18, der Verstärker 20, die Leitung 22, der Meßwiderstand 24, die Leitung 26 und die Kompensationsspule 12 bilden den Regelkreis der elektromagnetisch kornpensierenden Vorrichtung 10. Solange sich die Kompensationsspule 12 in der voreingestellten Gleichgewichtslage befindet, liefert der Lagenindikator 14 kein Signal zum Verstärker 20. der somit auch über die Leitung 22 keinen Strom abgibt. Sobald jedoch die Konipensationsspule 12 aus ihrer Gleichgewichtslage ausgc lenkt wird, zeigt der Lageniric ikator 14 die Auslenkung richtungsabhängig an und veranlaßt den Verstärker 20. einen ebenfalls richtungsabh ltigigen Kompensations strom Ii über die Leitung 22, den Meßwiderstand M und die Leitung 26 zur Kompensationsspule 12 fließ*, η zu lassen, so daß diese in ihre \<>reingestellte Gleichgewichtslage zurückgeführt wire

Nach F 1 g. 1 ist ein AnalngDigital(A/D)-Wandler 28 parallel zu dem Meßwiderstand 24 peschaltet. Bei den dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser A/D-Wandler 28 ein Digitalvoltmeter, welches die über den Meßwiderstand 24 abfallende Spannung mißt und in digitaler Form zu einer einen Speicher, Dekoder und Anzeigetreiber sowie eine Anzeige umfassenden Anzeigeeinrichtung 30 weiterleitet.

Eine Tarieranordnung 50 ist mit Abzweigungsleitungen mit den Verbindungsleitungen zwischen dem A/D-Wandler 28 und der Anzeigeeinrichtung 30 verbunden. Die Tarieranordnung 50 umfaßt in Reihenschaltung eine Addiereinrichtung 52, einen Speicher 54 und einen eigenen Digital-Analog(D/A)-Wandler 56 sowie ein einen Oszillator umfassendes Steuerwerk 58, dessen Eingang über eine Tariertaste 60 ansteuerbar ist und das über eine Ausgangsleitung mit dem A/D-Wandler 28, eine zweite Ausgangsleitung mit der Addiereinrichtung 52 und über eine dritte Ausgangsleitung mit dem Speicher 54 verbunden ist. Außerdem ist der Ausgang des D/A-Wandlers 56 der Tarieranordnung 50 über eine Leitung 62 mit demselben Ende der Kompensationsspule 12 wie die Leitung 26 verbunden.

Die erfindungsgemäße Tarieranordnung 50 arbeitet in der folgenden Weise:

Sobald das auszutarierende Teil auf die Vorrichtung 10 eine Kraft ausübt, wird die Kompensationsspule 12 aus ihrer Gleichgewichtslage ausgelenkt, so daß der Lagenindikator 14 den Verstärker 20 veranlaßt, den Kompensationsstrom Ii durch die Spule 12 fließen zu lassen. Der Kompensationsstrom Ii erzeugt in dem Meßwiderstand 24 einen Spannungsabfall, der von dem A/D-Wandler 28 registriert und der Anzeigeeinrichtung zugeführt wird.

Wenn die Tariertaste 60 betätigt wird, veranlaßt das Steuerwerk 58 die Addiereinrichtung 52, die vom A/D-Wandler 28 während des Tariervorganges gelieferten Werte aufzuaddieren, um den auszutarierenden Meßwert zu erhalten. Dieser auszutarierende Meßwert wird dann im Speicher 54 eingespeichert und von diesem an den D/A-Wandler 56 der Tarieranordnung 50 angelegt. Der D/A-Wandler 56 liefert einen dem an ihm angelegten, digitalen Meßwert entsprechenden Tarierstrom b, der über die Kompensationsspule 12 fließt. Die zur Austarierung erforderliche Gewichtskompensation wird somit von dem Tarierstrom I2 übernommen, während der von dem Verstärker 20 gelieferte Kompensationsstrom Ii entsprechend der Summengleichung von dem aus Lagenindikator 14, Verstärker 20, Meßwiderstand 24 und Kompensationsspule 12 gebildeten Regelkreis gesteuert den Wert Null annimmt, so daß der A/D-Wandler 28 die Anzeige des Wertes Null in der Anzeigeeinrichtung 30 veranlaßt.

Linearitätsabweichungen und Eichfaktorveränderungen bei dem D/A-Wandler 56 der Tarieranordnung 50 werden mittels der Addiereinrichtung 52 kompensiert. Solche Linearitätsabweichungen und Eichfaktorveränderungen führen dazu, daß der Tarierstrom I2 ungleich dem Kompensationsstrom Ii ist. Eine solche Abweichung wird jedoch durch nachfolgende Nachtariervorgä'ige ausgeglichen. Tritt eine solche Abweichung in der Stromstärke zwischen dem bei der Einleitung des Tariervorganges ursprünglich fließenden Kompensationsstromes Ii und dem von dem D/A-Wandler 56 erzeugten Tarierstrom L¹ auf. so registriert der A/D-Wandler 28 diesen Differen/strom und bringt ihn zur Anzeige. Mittels des Steuerwerkes 58 wird dann in der Addiereinrichtung 52 dem von dem D/A-Wandler 56

erzeugten Tarierstrom te der noch registrierte Differenzstrom hinzu addiert. Diese Nachtariervorgänge laufen dabei so lange ab, bis der A/D-Wandler 28 keinen Spannungsabfall über den Meßwiderstand 24 mehr registriert. Das auszutarierende Teil ist dann vollständig ausgeglichen, während für den nachfolgenden eigentlichen ivießvorgang der gesamte Meßbereich des Regelkreises und des A/D-Wandlers 28 noch uneingeschränkt zur Verfügung stehen.

Diese additive Auslarierung ist somit mit hoher Genauigkeit mittels eines D/A-Wandlers 56 möglich, für den lediglich eine geringe Drift erforderlich ist. während Linearität, Eichfaktor und andere Größen von geringer Bedeutung sind, da hierdurch verursachte Ab^ weichungen durch die vorstehend beschriebenen Nachtariervorgänge ausgeglichen werden können mittels der Addiereinrichtung 52. die hierfür vorgesehen ist.

In F i g. 2 sind gleiche Teile wie in F i g. 1 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei diesen Bezugsziffern die Ziffer 1 zur Unterscheidung vorgesetzt ist.

Nach Fi g. 2 umfaßt die Vorrichtung 110 ebenfalls eine Kompensationsspule 112, einen Lagenindikator 114 mit zwei Ausgangsleitungen 116, 118 und einen richtungsabhängig angesteuerten Verstärker 120. Jedoch sind an Stelle des bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform vorgesehenen Meßwiderstandes 24 bei der in der F i g. 2 dargestellten Ausführungsform ein Vorwärts-Rückwärts(V/R)-Zähler 129 über zwei UND-Gatter 125 und 127 einerseits über Leitungen 121 und 123 mit dem Verstärker 120 und andererseits mit dem Taktoszillator eines Steuerwerkes 132 an seinen Eingängen V und R verbunden ist. Die Ausgänge des V/R-Zählers 129 stehen mit zugeordneten Eingängen eines Digital-Analog(D/A)-Wandlers 134 in Verbindung, dessen Ausgang über die Leitung 126 mit den:

nicht geerdeten Ende der Kompensationsspulc 112 verbunden ist. Im übrigen sind die Ausgänge des V/R-Zählers 129 mit einer einen Speicher, einen Dekoder und einen Anzeigetreiber sowie eine Anzeige umfassenden Anzeigeeinrichtung 130 verbunden.

ig Die Tarieranordnting 150 der in F i g. 2 dargestellter Ausführungsform umfaßt ebenso wie die in der F i g. 1 dargestellte Ausführungsform in Reihe hintereinander einen Speicher 154 und einen D/A-Wandler 156, desscr Ausgang über die Leitung 162 mit der zur Kompensa tionsspule 112 führenden Leitung 126 verbunden ist. Jedoch ist außerdem bei der in der F i g. 2 dargestellter Ausführungsform ein V/R-Zähler 151 an Stelle der be der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform vorgesehenen Addiereinrichtung vorgeschaltet.

Den beiden D/A-Wandlern 134 und 156 ist nach F i g. 2 eine eigene Referenzeinheit 138 bzw. 139 zu geordnet. Diese Referenzeinheit kann eine Zener-Di öden- oder eine Massenreferenz umfassen.

Auch bei der in der F i g. 2 dargestellten Ausfüh rungsform wird ebenso wie bei der in der F i g. 1 dargestellten Ausfiihrungsform eine Differenz zwischen derr ursprünglich bei Einleitung des Tariervorganges vor dem D/A-Wandler 134 erzeugten KompensationsstroiT und dem dann von dem D/A-Wandler 156 übernomme nen Tarierslrom durch Nachtariervorgänge der be schriebenen Art kompensiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisch kompensierende Wägeoder Kraftmeßvorrichtung mit einer in dem Arbeitsspalt einer Magnetanordnung vorgesehenen Spule, die einem beweglichen Teil der Vorrichtung zugeordnet ist und mit diesem unter der Einwirkung einer Kraft aus einer voreingestellten Gleichgewichtslage relativ zu der Magnetanordnung ausgelenkt wird, einem einen Lagenindikator, einen Leistungsverstärker und die Spule umfassenden Kompensationskreis, der bei einer Auslenkung einen zu deren Amplitude proportionalen Kompensationsstrom durch die Spule fließen läßt, einem mit einer digital arbeitenden Meßwertanzeigeeinrichtung verbundenen Analog-Digital(A/D)-Wandler und einer Tarieranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Tarieranordnung (50; 150) einen Speicher (54: (54) und einen Digital-Ana-Iog(D/A)-Wandler (56: 156) in Reihe geschaltet umfaßt, von denen der Eingang des Speichers (54: 154) mit dem Ausgang des mit der Anzeigeeinrichtung (30; 130) verbundenen A/D-Wandlers (28; 129 und 132) und der Ausgang (62: 162) des D/A-Wandlers (56; 156) mit der Spule (12, 112) verbunden ist und dadurch einen parallel zum Kompensationskreis geschalteten Tarierkreis bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationskreis einen Meßwiderstand (24) umfaßt, zu dem der A/D-Wandler (28) parallel geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationskreis in Reihenschaltung einen in Abhängigkeit von der Auslenkrichlung angesteuerten, zusammen mit einem Taktosziliator (132) den A/D-Wandler bildenden Vorwärts-Rückwärts(V/R)-Zähler (129) und einen mit seinem Digitaleingang mit dem Zählerausgang verbundenen D/A-Wandler (134) umfaßt, dessen Analogausgang m,t der Spule (112) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tarieranordnung (50) eine dem Speicher (54) vorgeschaltete Addiereinrichtung (52) umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tarieranordnung (150) einen dem Speicher (154) vorgeschalteten V/R-Zähler (151) aufweist, dessen Eingänge (V R) mit den entsprechenden Eingängen (V R) des V/R-Zählers (129) im Kompensationskreis verbunden sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tarieranordnung (50; 150) ein Steuerwerk (58; 132) umfaßt, das bei Betätigung einer zugeordneten Tariertaste (60; 160) den Tanervorgang so lange wiederholt, bis die Meßwertanzeigeeinrichtung (30; 130) den Wert Null anzeigt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnei;, d.iß der D/A-Wandler (134) im Kompensationskreis und/oder der (56; 156) in der Tarieranordnung (50; IiO) mit einer Referenzeinrichtung (138,139) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzeinrichiun^ (138, 139) eine Zener-Diodenreferenz ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Referen/einrichtung (138. 139) eine Massenreferenz ist.