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Verfahren und Anordnung zur elektronischen Anzeige
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des Meßwertes einer Waage Die Erfindung betrifft ein Verfahren und
eine Anordnung zur elektronischen Anzeige des Meßwertes einer Waage.
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Es sind bereits elektronische Wägesysteme bekannt, die mit einer Digitalanzeige
verbunden sind. Die Meßzellen dieser elektronischen Wägesysteme sind Zug- und Druckkraftaufnehmer,
die z.B. aus Stahlfederkörpern bestehen, auf die in Längs-und Querrichtung Dehnungsmeßstreifen
aufgeklebt sind.
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Durch die Kraft, die ein zu wiegender Körper auf den Stahlfederkörper
ausübt, tritt eine Verformung auf, die auf die Dehnungsueßstreifen übertragen wird,
deren Widerstandsänderung aeßteohnisch ausgewertet und digital angezeigt wird. Meßgeräte
dieser Art liefern zwar Meßergebnissehoher Genautgkeit, sind Jedoch sehr teuer und
lassen sich für bestimmte Meßaufgaben nicht mehr wirtschaftlich einsetzen.
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Aufgabe der Erfindung ist nun, eine Waage mit elektronischer Anzeige
zu beechreiben, die sich durch geringe Kosten bei ausreichender Genauigkeit fUr
viele meßtechnische Anwendungen auezeichnet.
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Gemaß der Erfindung ist das Verfahren zur elektronischen Anzeige des
Meßwertes einer Waage dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Auslenkung eines
von der Waage gesteuerten mit Markierungen gleicher Teilung versehenen Meßwertgebers
durch Abzählen der an einer Abfühleinrichtung vorbeigeführten Markierungen bestimmt
wird, wobei durch eine Richtungserkennung mittels der Abfuhleinrichtung eine VorwOrts-
oder Rückwärtszählung bewirkt wird und daß das Zählergebnis durch eine Zifferanzeige
sichtbar dargestellt wird.
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Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch
einen von der Waage ausgelenkten Meßwertgeber mit Markierungen gleicher Teilung,
einer Abfühleinrichtung für die Markierungen mit einer Richtungserkennung fur die
Bewegungeeinrichtung des Neßwertgebers, einem Vor- und Rückwärtszähler und einer
Anordnung zur elektronischen Digitalanzeige des ZZhlerstandes des Vor- und Rückwärtszählers.
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Nach einem besonderen Merkmal steuern die Markierungen des Meßwertgebere
mittels einer optischen oder magnetischen Ab£Uhleinrichtung einen Zähler, wobei
die Abfühleinrichtung mittels zweier gegeneinander um eine halbe Teilung versetzter
Fühler die Bewegungerichtung des Meßwertgebere feststellt und die Vorwärts- oder
RUckwärtszählung abhängig von der Bewegungsrichtung des Meßwertgebern veranlaßt.
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Es ist zwecknälig, mittels einer Impulsverdoppelungsschaltung eine
um den Faktor 2 verfeinerte Auflösung der Meßgeberabfuhlung zu erzielen. Es kann
vorteilhaft sein, mittels einer Iupulsvervielfachungsschaltung eine entsprechend
vervielfachte Verfeinerung der Meßgeberabfühlung zu erreichen.
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Bs ist nützlich, die Wiegefläche der Waage alt einer Sensorplatte
zu versehen, die bei einem aufgebrachten Gewicht kleiner als 50 pond einen Schalter
betätigt, der die Einschaltung der Elektronik an die Stromversorgung und die ftllstellung
des
Zählers vor Beginn des Zählvorganges veranlaßt. Eine vorteilhafte
Verbesserung ist darin zu sehen, daß eln Spannungsdiskriminator bei Unterschreitung
einer Mindestspannung eine Blinkschaltung der elektronischen Ziffernanzeige in Tätigkeit
setzt.
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Das Verfahren und die Anordnung gemäß der Erfindung sind besonders
geeignet für Personenwaagen im Haushalt, da hierbei die Meßergebnisse bis zu 4 Dezimalstellen
auereichend sind.
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Die Ablesbarkeit iet wesentlich verbessert gegenüber den bekannten
einfachen Federwaagen, da die Meßergebnisse dort zwischen den angezeigten Zahlenwerten
geschätzt werden müssen und außerdem eine ausreichende Beleuchtung der Anzeigenskala
erforderlich ist. Gegenüber den Federwaagen ist bei der Waage gemäß der Erfindung
die Anzeige nicht mehr notwendig mit der Wiegeplatte bzw. dem Meßwertgeber mechanisch
verbunden. Die Anzeige kann über ein Kabel in für die Ablesung günstiger Lage angebracht
werden.
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Ein Ausfuhrungsbeispiel gemäß der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild des Richtungsdiskriminators, Fig. 2
je ein Impulsdiagramm für den Vorwärts- und Rückwärtsdi skriminator, Fig. 3 ein
Schaltbild für den Richtungsdiskriminator mit Impuleverdoppelung und Fig. 4 ein
Blockschaltbild der Meß- und Anzeigeschaltung.
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Die bekannten Haushalts-Personenwaagen lassen sich leicht mit einer
Anordnung gemäß dem erfinderischen Verfahren ausstatten, das an Hand einer Personenwaage
beschrieben wird, deren Meßwertgeber 1 eine rotierende Scheibe (Drehmelder) ist.
Die Scheibe ist am Umfane mit Markierunen vernehen, die aus rechteckigen Zähnen
oder Schwarz-Weiß-Markierungen bestehen, die eine Teilung aufweisezl, die dem Kurvenzug
A in Fig. ? entsprechen. Die Markierunen können auh in Form
von
Schlitzen, Löchern oder magnetischen Kennzeichnungen angebracht sein. Kostenmäßig
günstig ist eine optische Abfühlung der Markierungen mittels einfacher Lichtschranken.
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Es sind in Fig. 1 zwei Abtaster vorgesehen, die an ihren Ausgängen
2 und 3 die Impulszüge A bzw. B liefern. Diese Abtaster sind so gegeneinander versetzt,
daß die Impulszüge A und B phasenmäßig um 900 (ein Viertel der Markierungsteilung)
versetzt sind, was sich aus der Lage der Impulszüge A gegenüber B in Fig. 2 (Vorwärts)
ergibt. Aus der Phasenfolge erkennt nun der nachgeschaltete Richtungsdiskriminator
(Fig. 1), bestehend aus den monostabilen Kippschaltungen 4 und 5, dem Inverter 6
und den NAJDGatter 7 und 8, die Drehrichtung des Meßwertgebern 1. Die Ausgänge Qvor
und sind sind mit den entsprechenden Eingängen (Fig. 4) des Istwertzählers 9 verbunden.
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Einfacher Richtungsdiskriminator (Fig. 1): Führt z.B. bei Vorwärts
(Zeit t1) der Ausgang 3 des Abtasters AB des Meßwertgebers 1 H-Pegel (Fig.2) und
am Ausgang 2 des Abtasters AA steht L-Pegel an, so steht an den Eingängen I1 der
NAKD-Gatter 7 und 8 L-Pegel und an den Eingängen 12 der NAND-Gatter 7 und 8 H-Pegel
an. Damit erscheint an den Ausgängen Qrück und Qvor H-Pegel.
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Es sei angenommen, der Meßwertgeber lieferte Jetzt durch Belastung
der Waage - der Drehmelder beginnt seinen Laut in Vorwärterichtung, Zeit t2 - an
seinem Ausgang 2 des Abtasters AA einen H-Pegel und an seinem Ausgang 3 des Abtastere
AB ebenfalls einen H-Pegel. Durch den R-Pegel wird die Kippschaltung 4 (MF1) gestartet
und gibt einen kurzen H-lmpule an den Eingang I1 des 1. NAWD-Gatters 7 (U1). Da
an seinem 2. Eingang I2 vom Abtaster AB ein H-Pegel anliegt, ist die NAND-Bedtngung
erfillt,und am Ausgang des Richtungediskriminators Qvor erscheint ein L-Impuls 10
(Fig. 2). An Druck (Fig. 1) liegt weiterhin ein H-Pegel, da am EinFang I1 des 2.
NAND-Gatters 8 unverändert ein L-Pegel vorhanden ist.
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Durch die Drehung des Orehmelders 1 (Zeit t3) liefert der Abtaster
AB am Ausgang 3 einen L-Pegel, während der Ausgang 2 des Abtasters AA weiterhin
einen H-Pegel aufweist. An den beiden Eingängen des 1. NAND-Gatters 7 liegen T-Pegel
an und damit bleibt der H-Pegel nach Ablauf des kurzen L-Impulsee 10 erhalten. Wegen
der T-Pegel an den beiden Eingängen des 2. NAND-Gatters 8 bleibt der H-Pegel an
seinem Ausgang ebenfalls unverändert.
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Auch der Wechsel von H- auf Pegel am Ausgang 2 (Zeit t4) des Abtasters
AA bleibt ohne Einfluß auf die bestehenden Pegel der Ausgänge der NAND-Gatter, da
der kurze R-Impule der 2. Kippschaltung 5 am Eingang I1 des 2. NAND-Gatters 8 deseen
Ausgangebedingung nicht erfüllt.
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Maßgebend bei der Drehung vorwärts ist die ansteigende Flanke des
Impulszuges A (Fig. 2) bei H-Pegel des Impulszuges B, d.h. die H-Impulse der 1.
Kippschaltung 4 liefern die Impulse für die Impulse Qvor für die Vorwärtssählung.
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Der beschriebene Vorgang wiederholt sich so oft, bis der Drehmelder
wieder zur Ruhe kommt.
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Es ist eine Eigenschaft der Drehmelder, daß sie ein- oder mehrmals
um das genaue Meßergebnis schwingen. Unter der Annahme, daß nun der Meßwertgeber
1 zurückschwingt, werden die von der monostabilen Kippschaltung 5 erzeugten H-Impulae
Uber das 2. NAND-Gatter 8 invertiert und erzeugen an dessen Ausgang Druck L-Impulse.
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Die beim Rücklauf des Meßwertgebers gelieferten b-Impulse am Ausgang
des 2.NAND-Gatters 8 wie auch die beim Vorlauf erteugten L-Impulse (Qrück und Qvor
in Fig. 2) werden an den Istwertzähler 12 (Fig. 4) weitergeleitet, der also bei
Vorlauf des Meßwertgebers in negativer Richtung (rückwärts) zählt Dieser Istwertzähler
speichert also den tatsächlichen Istwert des Meßergebnisses unabhängig von den Schwingungen
des
Drehmelders vor dem Stillstand, der lem genauen Meßwert entspricht. Der im Istwertzähler
stehende Meßwert wird über einen ECD zu 7-Segment-Decoder 13 rn den Anzeigeelementen
14 dargestellt.
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Ein besonderer Kostenfaktor der Waage ist der Meßwertgeber, dessen
Cenauigkeit und digitale Auflösung des Meßwertes durch die Teilung der Markierungen
bestimmt wird. Nun kann durch besondere Maßnahmen in der Gestaltung des Abtasters
eine Vervielfachung der Markierungen eimuliert werden.
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In Fig. 3 ist eine Schaltung dargestellt, die aus den vom Meßwertgeber
gelieferten Pegeln eine Impulsverdoppelung erzeugt, die einen MeOwertgeber mit einer
doppelten Anzahl von Markierungen (also mit halber Teilung) simuliert. Auf eine
eingehende Beschreibung der Impulsverdoppelungsschaltung 11 kann verzichtet werden,
weil es sich um eine einfache logische Schaltung handelt. Wie bereits oben für die
Schaltung gemäß Fig. 1 beschrieben, werden die Ausgänge Zurück und Qvor der Impulsverdoppelungsschaltung
11 gemäß Fig. 3 den Istwertzähler 12 (Fig. 4) zugeführt.
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Eine Impulsvervierfachung läßt sich einführen durch die Anordnung
eines weiteren Abtasters (nicht dargestellt), der gegenüber den Abtaster AA und
AB um 450 verschoben ist.
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Es ist verständlich, daB die Abtaster nicht unbedingt unsittelbar
nebeneinander angeordnet werden aUssen, sondern sie können unter Berücksichtigung
der vorgeschriebenen Phasenverschiebung (900, 450, 22,50 usw. je nach gewffnechter
Impulsvervielfachung) um ein- oder mehrfache Teilung der Markierungen gegeneinander
versetzt angeordnet werden.
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Im Hinblick auf den geringen Stromverbrauch moderner logischer Schaltungen
und Anzeigeelemente ist es in vielen Fällen
zweckmäßig, einen Batteriebetrieb
der Wiegeeinrichtung vorzusehen. Da nur während des Wiegevorganges eine Spannungsversorgung
notwendig ist, wird die Wiegefläche der Waage mit einer Sensorplatte versehen, die
je nach der geforderten Wiegegenauigkeit eine entsprechende Ansprechempfindlichkeit
aufweisen muß. Bei Personenwaagen für den Haushalt ist eine Ansprechempfindlichkeit
kleiner als 50 pond ausreichend.
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Im Augenblick der Belastung der Waage erfolgt die Anschaltung an die
Stromversorgung sowie eine Nullstellung des Zählere vor Beginn des Zählvorganges.
Diese Nullstellung ist erforderlich, da durch Entlastung der Sensorplatte im allgemeinen
die Stromversorgung abgeschaltet wird bevor der Rückzählvorgang vollendet ist.
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Zur tberwachung des Zustandes der Batterie wird eine an sich bekannte
Blinkechaltung vorgesehen, die als Spannungediskriminator bei Unterechreitung der
vorgeschriebenen Batteriespannung ein Blinken der elektronischen Ziffernanzeige
veranlaßt.
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- Patentansprüehe -