DE2601150B2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bildung von Signalen für die Stillstandskontrolle einer elektromagnetischen Präzisions- und Feinwaage - Google Patents
Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bildung von Signalen für die Stillstandskontrolle einer elektromagnetischen Präzisions- und FeinwaageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Bildung von Signalen für die
Stillstandskontrolle einer elektromagnetischen Präzisions- und Feinwaage der im Oberbegriff der Ansprüche
1, 2 bzw. 10 angegebenen Gattung.
Es ist eine elektrische Waage mit einer Meßeinrichtung und einer Zähleinrichtung bekannt, die periodisch
ein digitales Meßergebnis liefert. Zusätzlich ist bei dieser bekannten elektrischen Waage noch eine
einstellbare Vergleichseinrichtung vorgesehen, in welcher die Meßsignale der Waage in deren Ruhelage
mit vorgegebenen Grenzwerten in der Weise verglichen werden, daß nur dann ein digitalisiertes Meßergebnis
in der Anzeigeeinrichtung dargestellt und/oder an diese übertragen wird, wenn zumindest für die
Dauer einer Meßperiode diese Grenzwerte nicht erreicht oder überschritten werden. Da aus Sicherheitsgründen
die Meßperiode bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ziemlich groß gewählt werden muß,
dauert es relativ lange, bis das gewünschte Meßergebnis erhalten werden kann. Außerdem ist die bekannte
Schaltungsanordnung auch relativ aufwendig und komplex aufgebaut (DE-OS 2323200).
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Schaltungsanordnung zur
Bildung von Signalen für die Stillstandskontrolle einer elektrischen Präzisions- und Feinwaage der angegebenen
Gattung zu schaffen, mit dem bzw. der in einer sehr viel kürzeren Zeitspanne ein brauchbares Signal
für die Stillstandskontrolle erhalten wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1, 2 und
10 angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Ausführungsform nach den Ansprüchen 1 und 2 erzielten Vorteile beruhen auf folgender
Funktionsweise: In jeweils gleichen Zeitintervallen,
nämlich beispielsweise in Zeitspannen, die durch dem Eingang zugeführte Impulse definiert werden, werden
zwei Kondensatoren aufgeladen, das heißt, die an dem Eingang auftretenden, im Störbereich liegenden
Wechselspannungen werden nacheinander integriert. Nach Ablauf der jeweiligen Zeitspanne wird dann jeweils
die halbe Ladung eines der beiden Kondensatoren auf einen dritten Kondensator umgeladen, das
heißt, die beiden durch die Aufladespannungen der beiden ersten Kondensatoren gebildeten Integrale
werden miteinander verglichen. Etwaige Spannungsdifferenzen kennen auf diese Weise festgestellt und
als Maß für die Stillstandskontrolle herangezogen werden.
Diese Aufladung bzw. Umladung der Kondensatoren ist wesentlich kürzer als die Meßperiode der bekannten
Schaltungsanordnung, deren Ende jeweils abgewartet werden mußte. Die Stillstandskontrolle
läßt sich also sehr viel rascher durchführen als bei der bekannten Schaltungsanordnung, so daß in einer kürzeren
Zeitspanne das Meßergebnis angezeigt werden kann.
Außerdem wird dies mit geringem, schaltungstechnischen Aufwand erreicht, wobei darüber hinaus eine
solche Schaltungsanordnung auch noch nachträglich bei einer bereits in Betrieb befindlichen Waage eingebaut
werden kann.
Zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Ausführungsform sind in den Unteransprüchen 3 bis 9 zusammengestellt.
Bei der Ausführungsform nach Anspruch 10 dauert ein Meßschritt etwa 500 msec, das heißt, es müssen
mindestens zwei Meßwerte, das heißt, 1 see, abgewartet werden, bis frühestens ein Signal an die Stillstandsauswertung abgegeben werden und damit ein Wert
in einer der Waage zugeordneten Anzeigeeinrichtung erscheinen kann, weil in dem Komparator nur hintereinander
abgegriffene Werte miteinander verglichen werden können. Hat sich jedoch der Meßwertgeber
zu Beginn des ersten Meßschrittes noch nicht beruhigt, so verlängert sich die minimale Meßdauer, das heißt,
die Zeitspanne, nach welcher frühestens ein Stillstandssignal abgegeben werden und damit ein Anzeigewert
erscheinen kann, um nochmals zwei Meßschritte, das heißt, um nochmals 1 see.
Im Gegensatz hierzu können bei der Ausführungsform nach den Ansprüchen 1 und 2 200 Messungen/
see durchgeführt werden, das heißt, ein Meßschritt dauert nur 5 msec. Das bedeutet aber, entsprechend
dem oben angegebenen Beispiel, daß während der dritten und vierten Meßschritte keine Spannungsdifferenzen
mehr auftreten und somit nach dem vierten Meßschritt, das heißt, bereits nach 20 msec und nicht
erst nach 2000 msec, ein Signal an der Stillstandsauswertung anliegt und damit ein Meßwert erhalten und
angezeigt werden kann, wenn sich der Meßwertgeber während des ersten Meßschrittes bereits beruhigt hat.
Die Ausführungsform nach den Ansprüchen 1 und 2 bringt also im Vergleich mit der Ausführungsform
nach Anspruch 10 eine Verbesserung um den Faktor 100, so daß eine Beruhigung des Meßwertgebers sehr
viel schneller festgestellt und eine entsprechende Anzeige gebildet werden kann.
Inder Praxis haben Untersuchungen der Anmelderin gezeigt, daß sich der Ausführungsform nach den
Ansprüchen 1 und 2 eine durchschnittliche Verbesserung von wenigstens 40% im Vergleich mit der Ausführungsform
nach Anspruch 10 erreichen läßt. Auch diese »langsamere« Ausführungsforui arbeitet jedoch
wesentlich schneller als die oben beschriebene, bekannte Schaltungsanordnung.
Der wesentliche Vorteil der »langsameren« Ausführungsform im Vergleich mit der Ausführungsform
nach deii Ansprüchen 1 und 2 liegt in dem geringen schaltungstechnischen Aufwand, wobei insbesondere
auf einen Impedanzwandler verzichtet werden kann.
Im folgenden wird nunmehr die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch und teilweise als Blockschema
einen Meßwertgeber in Form einer Waage mit einem nachgeschalteten Analog-Digitalwandler sowie einem
ausgekoppelten Filter oder Impedanzwandler,
Fig. 2 teilweise als Blockschema eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 3 ebenfalls teilweise als Blockschema eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung,
die als Erschütterungsdetektor verwendbar ist.
In Fig. 1 ist schematisch eine Waage 10 dargestellt, welche über eine Ausgangsleitung 12 und einen Festwiderstand
14 beispielsweise mit einem Analog-Digitalwandler 20 verbunden ist. Hinter dem Festwiderstand
14 werden mittels eines Kondensators 16 im Störbereich liegende Wechselspannungen kapazitiv
aus der Leitung 12 ausgekoppelt, wobei dem Meßsignal auf der Leitung 12 nur eine minimale Energie
entzogen wird. Die ausgekoppelten Wechselspannungen werden beispielsweise einem Tiefpaßfilter 18 zu-
jo geführt und dadurch wirksam gedämpft. Anstelle des
Tiefpaßfilters kann auch ein Impedanzwandler verwendet werden. Die gedämpften Wechselspannungen
liegen dann an dem niederohmigen Ausgang χ des Filters beziehungsweise eines Impedanzwandlers
J5 an.
In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsfonn der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt,
an deren Eingang χ die niederohmigen Ausgangssignale des Tiefpaßfilters oder Impedanzwandlers 18
anliegen. Diese Wechselspannungen werden dann über einen Widerstand A1 und einen schematisch dargestellten
Schalter 24 einem Spannungsspeicher 22 zugeführt, welcher zwei Kondensatoren C1 und C2
aufweist. Am zweiten Eingang DE der Schaltungsan-Ordnung liegen schematisch dargestellte Digitalimpulse
mit einer Frequenz von beispielsweise 200 Hz an, d. h. ein Impuls dauert jeweils 5 msec. Dem schematisch
dargestellten Schalter 24 und damit dem Spannungsspeicher 22 ist ein Differenzierglied 28 so
nachgeschaltet, daß ein Kondensator C3 des Differenzierglieds
28 unmittelbar mit dem Schalter 24 und damit, in Abhängigkeit von dessen Schaltstellung, unmittelbar
mit einer der beiden Kondensatoren C1 und C2 des Spannungspeichers 22 verbunden ist. Dem
Differenzierglied 28 ist über einen einstellbaren Widerstand R3 ein Verstärker 30 nachgeschaltet, dessen
Ausgang über eine Diode D2 und einen Widerstand R1 mit dem zur Stillstandsauswertung führenden Ausgang
ST verbunden ist. Damit sowohl positive als auch negative Differenzierimpulse ausgewertet und verwendet
werden können, ist dem Verstärker obendrein noch ein Inverter 32 nachgeschaltet, dessen Ausgang
ebenfalls über eine Diode D3 und dem Widerstand R1 mit dem zur Stillstandsauswertung führenden Ausgang
ST verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 30 sowie der Ausgang des Inverters 32 sind jeweils
über einen Widerstand R4 bzw. R(t auf den jeweiligen
Eingang rückgekoppelt. Darüber hinaus sind zwischen
dem Eingangswiderstand R1 und Erde eine Diode D1,
zwischen dem Verstärker 30 und dem Inverter 32 ein Widerstand R5 und zwischen dem Ausgangswiderstand
R1 und Erde ein weiterer Widerstand RH vorgesehen.
Bei Anliegen von im Störbereich liegenden Wechselspannungen wird bei dieser Schaltungsanordnung,
gesteuert durch die am Eingang DE zugeführten Digitalimpulse, in Abhängigkeit von der Stellung des
Schalters 24 einer der beiden Kondensatoren C1 beziehungsweise
C2 des Spannungsspeichers 22 aufgeladen. Es handelt sich also um eine sogenannte Sample
and Hold-Schaltung. Durch jeden am Eingang DE
anliegenden Digitalimpuls wird somit der Schalter 24 von dem einen zu dem anderen Kondensator umgeschaltet.
Entsprechend der Stellung des Schalters 24 wird dann jeweils die halbe Ladung eines der beiden
Kondensatoren C1 oder C2 des Spannungsteilers auf
den den Kondensator C3 des Differenziergliedes umgeladen,
so daß jeweils die beiden, über den Schalter 24 unmittelbar miteinander verbundenen Kondensatoren
C1 bzw. C2 und C3 auf die gleiche Spannung
geladen sind.
Treten nunmehr zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Digitalimpulsen am Schaltungseingang
χ Spannungsdifferenzen an dem Analogsignal auf, so werden diese Spannungsdifferenzen mittels des
Differenziergliedes 28 differenziert und in dem nachgeschalteten Verstärker 30 verstärkt. Je nachdem, ob
es sich um positive oder um negative Differenzierimpulse handelt, werden sie entweder unmittelbar über
die Diode D2 oder über den Widerstand Rs, den Inverter
32 und die diesem nachgeschaltete Diode D3 ausgekoppelt und dann über den Widerstand R-, dem
zur Stillstandsauswertung führenden Ausgang 57 zugeführt. Sobald dann in zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden
Digitalimpulsen am Eingang χ keine Spannungsdifferenzen mehr auftreten, ist dadurch angezeigt,
daß ein Stillstand bzw. eine geforderte Beruhigung der Waage erreicht ist. Da bei der in Fig. 2
dargestellten Schaltungsanordnung ohne weiteres Digitalimpulse mit einer Frequenz von 200 Hz angelegt
und verarbeitet werden können, ist somit bereits vier Meßschritte, d. h. 20 msec, nach Auftreten der letzten
festgestellten Spannungsdifferenz eine Anzeige in der Anzeigeeinrichtung möglich. Vorteilhafterweise können
bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung der Eingangswiderstand R1 und die beiden Kondensatoren
C| und C2 des Spannungsspeichers 22
sowie die am Eingang DE anliegende Steuerfrequenz so bemessen werden, daß ein integrales Verhalten erreicht
werden kann, das dem des Analog-Digital-Wandlers ähnlich ist.
In Fig. 3 ist noch eine weitere, driftfrei arbeitende
Schaltungsanordnung beschrieben, die insbesondere in Verbindung mit einem aktiven Tiefpaß 18 (Fig. 1]
als analoger Erschütterungsdetektor bei Waagen verwendbar ist. Hierbei ist die Schaltungsanordnung
ebenfalls mit dem Ausgang χ des aktiven Tiefpasses 18 verbunden. Die am Ausgang χ abgegriffenen
Spannungen sind proportional den der Meßspannung überlagerten, im Störbereich liegenden Wechselspannungen
und können damit als Erschütterungskriterium für den Meßwertgeber, beispielsweise die Waage
10, angesehen werden.
Jede Halbwelle der an der Stelle χ abgegriffenen
niederohmigen Störspannungen wird durch Verstärker 34 und 36 verstärkt und dann in Dioden D4 und
D5 gleichgerichtet, wobei dann die in Fig. 3 schematisch
dargestellten Halbwellen erhalten werden. Die verstärkten und gleichgerichteten Störspannunger
werden dann in einem Komparator 38 mit einer ar diesem eingestellten Sollamplitude verglichen.
Sobald die verstärkten und gleichgerichteten Störspannungen die Sollamplitude und damit die Schwelle
des Komparators 38 überschreiten, wird ein dem Komparator 38 nachgeschalteter monostabiler Multivibrator
oder Monovibrator 40 zurückgesetzt und dadurch um dessen Verzögerungszeit verzögert. Diesei
Vorgang, nämlich daß der Monovibrator 5 angeschaltet und dadurch sein Ausgang entsprechend verzögeri
wird, sobald das Störsignal die Schwelle des Komparators 38 überschreitet, wiederholt sich so lange, bis
sich die Störspannungen an der Abgriffstelle x, d. h
die Störspannungen auf dem Ausgangssignal dei Waage 10, soweit beruhigt haben, daß die Schwelle
des Komparators 38 nicht mehr überschritter wird.
Ein Stillstand bzw. eine weitgehende Beruhigung des Meßwertgebers in Form der Waage 1 ist dann erreicht,
wenn der Komparator 38 über einen bestimmten, festgelegten Zeitraum, beispielsweise über zwe
Meßschritte von jeweils 500 msec, d. h. 1 see lang nicht mehr angesprochen hat. Mit Hilfe der in derr
Komparator 38 vorgenommenen Amplitudenüberwachung bzw. dem Vergleich einer eingestellten SoIlamplitude
mit der Amplitude der abgegriffenen Störspannung ist mit einem verhältnismäßig geringer
Schaltungsaufwand ein Erschütterungsdetektor füi die Waage 10 geschaffen, an dessen Ausgang ST nui
dann ein Stillstandssignal anliegt, wenn die Waage der Stillstand bzw. eine geforderte Beruhigung erreich1
hat.
Hierbei ist der Aufwand für die als Erschütterungsdetektor verwendbare Schaltungsanordnung deshalt
so gering, weil das Ausgangssignal aktiven Tiefpässe: 18 niederohmig ist und somit in diesem Fall auf einer
Impedanzwandler verzichtet werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
1. Verfahren zur Bildung von Signalen für die Stillstandskontrolle einer elektromagnetischen
Präzisions- und Feinwaage mit einem Wechselspannungen auskoppelnden Zweig mit einem aktiven
Filter oder Impedanzwandler, an dessen Ausgang im Störbereich liegende Wechselspannungen
mit unterschiedlicher Frequenz auftreten, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender
Merkmale:
a) die Wechselspannungen werden in jeweils gleichen Zeitintervallen integriert, und
b) es wird die Differenz zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Integralen ermittelt
und als Maß für die Stillstandskontrolle verwendet.
2. Schaltungsanordnung zur Bildung von Signalen für die Stillstandskontrolle einer elektromagnetischen
Präzisions- und Feinwaage mit einem Wechselspannungen auskoppelnden Zweig mit einem aktiven Filter oder Impedanzwandler, an
dessen Ausgang im Störbereich liegende Wechselspannungen mit unterschiedlicher Frequenz auftreten,
dadurch gekennzeichnet, daß mit dem niederohmigen Ausgang (x) des Filters oder
Impedanzwandlers (18) ein Vergleicher verbunden ist, der einen umschaltbaren (24) Spannungsspeicher (22) aufweist, dem ein Differenzierglied
(28) sowie ein Verstärker (30) nachgeschaltet sind, wobei die Wechselspannungen differenziert,
verstärkt, gegebenenfalls gleichgerichtet und am Schaltungsausgang (ST) als Maß für die Stillstandskontrolle
ausgekoppelt werden.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsspeicher
(22) aus Kondensatoren (C1, C2) besteht, die abwechselnd
und nacheinander auf den Kondensator (C3) des Differenziergliedes (2ß) umschaltbar
sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
eine der Kondensatoren (C1, C2) des Spannungsspeichers (22) unmittelbar mit dem Kondensator
(C3) des Differenziergliedes (28) verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsspeicher
(22) mittels digitaler Signale umschaltbar ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spannungsspeicher
(22) ein Widerstand (R1) vorgeschaltet ist, wobei die Kondensatoren (C1, C2) und der Widerstand
(R1) sowie die digitale Meßfrequenz (am Eingang DE) auf ein integrales Verhalten ausgelegt
sind.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßfrequenz wesentlich höher als die Frequenzen der im Störbereich liegenden Wechselspannungen
ist.
8. Schaltungsanordnungen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfrequenz
mindestens doppelt so hoch wie die Frequenzen der im Störbereich liegenden Wechselspannungen
ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfrequenz insbesondere
das Fünffache, vorzugsweise das Zehnfache der Frequenzen der im Störbereich liegenden
Wechselspannungen ist.
10. Schaltungsanordnung zur Bildung von Signalen für die Stillstandskontrolle einer elektromagnetischen
Präzisions- und Feinwaage mit einem Wechselspannungen auskoppelnden Zweig mit einam aktiven Filter oder Impedanzwandler,
an dessen Ausgang im Störbereich liegende Wechselspannungen mit unterschiedlicher Frequenz
auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem niederohmigen Ausgang des Filters oder des
Impedanzwandlers (18) ein Komparator mit einstellbarer Sollamplitude für die Amplitudenüberwachung
verbunden ist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Komparator
(38) ein monostabiler Multivibrator (40) nachgeschaltet ist, der zurückgesetzt wird, wenn das Störsignal
die am Komparator eingestellte Sollamplitude überschreitet.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Halbwellen der Wechselspannungen im Störbereich in gesonderten Verstärkern (34, 36)
verstärkt und anschließend gleichgerichtet (D4, D5) werden.
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