DE2722638A1 - Wiegevorrichtung - Google Patents

Description

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Gartenstrasse 2

Wiegevorrichtung

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Die Erfindung betrifft eine Wiegevorrichtung, insbesondere eine elektronische Wiegevorrichtung mit einer digitalen Gewichtsanzeige.

Bei bekannten Wiegevorrichtungen wird die Last auf einer Platte abgesetzt und über eine Reihe von Hebeln eine Skala relativ zu einer festen Anzeige bewegt, wodurch eine analoge Ablesung erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine batteriebetätigte, transportable Wiegevorrichtung mit einer digitalen Anzeige zu schaffen.

Erfindungsgemäß ist hierzu ein Draht vorgesehen, der durch das zu messende Gewicht spannbar ist, Einrichtungen, um den Draht in Resonanzschwingungen zu bringen, Einrichtungen zum Messen der Frequenz der Resonanz, wenigstens einem programmierbaren Speicher (read only memory), der durch die Einrichtungen zum Messen der Resonanzfrequenz gespeist wird und der programmiert wird, um Ausgangssignale zu liefern, die das an den Draht angelegte Gewicht anzeigen, sowie digitale Anzeigeeinrichtungen, die vori dem Speicher gespeist werden. Vorzugsweise wird die Resonanzfrequenz digital gemessen.

In der nachfolgenden Beschreibung wird unter der Bezeichnung Draht sowohl ein Einzeldraht, wie auch eine Litze aus mehreren Drähten verstanden, wobei der Querschnitt des Drahtes bzw. der Litze nicht kreisförmig zu sein braucht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zweckmäßigerweise eine batteriebetriebene elektrische Wiegevorrichtung und sie kann einen Schalter aufweisen, der beim Anbringen eines Gewichts auf der Platte einer solchen Vorrichtung anspricht, um die

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digitale elektrische Anzeigeeinrichtung einzuschalten. Hierdurch wird die Energieentnahme von der Batterie auf ein Minimum reduziert, so daß die Lebensdauer der Batterie zwischen zwei Ladungen größer wird.

Die Einrichtungen, um den Draht in Resonanzschwingungen zu bringen, können Einrichtungen aufweisen, um den Draht zum Schwingen zu bringen, einen Sensor zum Abfühlen der Schwingungsfrequenz , wobei der Sensor und ein Umformer in eine positive Rückkopplungsschleife geschaltet sind, wodurch der Draht in seiner Resonanzfrequenz in Schwingung gehalten wird.

Durch den Draht kann ein Wechselstrom geführt werden und die Einrichtungen, um den Draht in Schwingung zu bringen, können einen Magnet aufweisen, der benachbart zu dem Draht angeordnet ist, so daß der Draht zum Schwingen gebracht wird, wenn der Wechselstrom durch ihn läuft, während der Sensor eine Aufnahmespule enthalten kann, die in der Nähe des Drahtes angeordnet ist, so daß in ihr eine Spannung mit der Schwingungsfrequenz induziert wird, wobei die Spannung verstärkt und an den Draht gelegt wird, um den Wechselstrom zu erzeugen. Auf diese Weise wird eine positive Rückkopplungsschleife gebildet durch welche die Schwingung des Drahtes in ihrer Resonanzfrequenz aufrechterhalten wird und es wird ferner ein Signal mit dieser Frequenz erzeugt, das zur Kessung zur Verfügung steht.

Der Draht kann auch einen Gleichstrom führen und in diesem Fall wird er im Feld einer elektrischen Spule angeordnet, an die der Wechselstrom gelegt wird, wobei die Spule, die mit dem Wechselstrom gespeist wird, in der positiven Rückkopplungsschleife liegt.

Es kann ein binärer Zähler vorgesehen werden, um die Resonanz-

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frequenz zu zählen, wobei Signale vom Zähler zu dem oder den programmierbaren Read-only-Speichern geführt wird, der über einen Dekodierer eine z.B. mit lichtaussendenden Dioden versehene Darstellungseinrichtung speist.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Wiegevorrichtung zeigt.

Fig. 2 zeigt Wellenformen, die in der Schaltung nach Fig. 1 auftreten.

Fig. 3 zeigt einen Teil einer alternativen elektronischen Schaltung, die auf einem ersten Plättchen in gedruckter Schaltungsweise ausgebildet ist.

Fig. 4 zeigt einen Teil der alternativen elektronsichen Schaltung, die in gedruckter Schaltungsweise auf einem Hilfsplättchen ausgebildet ist.

Fig. 5 zeigt eine Schaltung zur Subtrahierung von Impulsen, die auf einem weiteren Plättchen in gedruckter Weise ausgebildet ist.

Fig. 6 zeigt die Verbindungen zwischen den gedruckten Schaltkreisen nach den Fig. 1, 2 und 3.

Fig. 7 zeigt Wellenformen zur Erläuterung des Betriebs der Schaltungen nach den Fig. 3 bis 6.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform des Aufhängungssystems für den schwingenden Draht.

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Fig. 9 zeigt einen überlastschutz und eine Null-Korrektur für das Aufhängungssystem nach Fig. 8.

Fig. 10 zeigt einen Mikroschalter zum Einschalten der elektronischen Schaltung nur dann, wenn ein Gewicht auf der Vorrichtung liegt.

Fig. 11 zeigt im Detail den Aufbau des Magneten und den Luftspalt.

In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist ein Gewicht 1 an einem Draht 2 aufgehängt, um diesen zu spannen, wobei dieses Gewicht dasjenige sein kann, das z.B. auf die Platte einer Waage für Badezimmer aufgelegt oder gestellt wird. Der Draht 2 ist in Reihe mit der Sekundärwicklung eines Transformators 4 geschaltet, dessen Primärwicklung 5 von einem Transistor 6 gespeist wird. Der Transistor 6 wird mit Signalen einer Aufnahmespule 7 über einen Transistor 8 und einen Verstärker 9 gespeist, so daß die Aufnahmespule 7, der Transistor 8, der Verstärker 9, der Transistor 6 und der Transformator 4 eine positive Rückkopplungsschleife bilden. Der Draht 2 ist benachbart zu einem Permanentmagneten 10 angeordnet und im Betrieb verursacht die Schwingung des Drahtes 2 in seiner natürlichen Resonanzfrequenz die Induktion einer Spannung in der Aufnahmespule 7, wodurch eine Wechselspannung mit derselben Frequenz über die Sekundärwicklung 3 des Transformators an den Draht 2 gelegt wird. Der Draht 2 wird damit gezwungen, mit Resonanzfrequenz zu schwingen und er wird durch die Tätigkeit der positiven Rückkopplungsschleife in Schwingung gehalten. Ein elektrisches Signal, dessen Frequenz der Rate der mechanischen Schwingung des Drahtes 2 entspricht, wird über eine Leitung an eine Torschaltung gegeben, die Tore 12, 13, 14 und 15 aufweist, die außerdem von einem Oszillator 16 gespeist wird, derart, daß ein achtstufiger binärer Zähler 17 mit Signalen von

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der Leitung 11 während Zeitspannen gespeist wird, die durch den Oszillator 16 bestimmt werden. Im Betrieb erhält der Zähler 17 Impulse von der Leitung 11 über das Tor 15 über eine Zeitspanne, die durch eine Wellenform A bestimmt ist, die vom Oszillator 16 über eine Leitung 18 geliefert wird. Die Wellenform A ist in Fig. 2 gezeigt. Der Zähler 17 wird durch eine Wellenform C (Fig. 2) rückgestellt, die über die Tore 12 und 13 abgeleitet wird. Der Zähler 17 zählt somit über eine Zeitspanne T (Fig. 2) die Wellenform A, deren Impulse von der Leitung 11 mit der Schwingungsfrequenz des Drahtes 2 kommen. Signale vom binären Zähler 17 werden über Puffer 19 an die programmierbaren Read-only-Speicher 20 und 21 gelegt. Die Speicher sind programmiert, um Daten von dem Zähler zu empfangen und ein Ausgangssignal abzugeben, das dem wirklich gemessenen Gewicht entspricht. Die Speicher speisen über Dekodierer (latch decoders) 22 und 23 Anzeigeeinrichtungen 24, 25, die z.B. in Kilopond geeicht sein können und die z.B. mit lichtaussendenden Dioden arbeiten. Die Dekodierer 22 und 23 werden durch die Impulse der Wellenform D rückgestellt, die über das Tor 14 abgeleitet werden. Jedesmal wenn die Dekodierer 22 und 23 einen Impuls über das Tor 14 erhalten, wird somit die Anzeigeeinrichtung aufdatiert. Verschiedene Modifikationen der Anordnung können gemacht werden und es kann das Signal, das entsprechend der Frequenz und der Schwingung des Drahtes erzeugt wird, auch in anderer geeigneter Weise erzeugt werden. Obwohl, wie beschrieben, ein achtstufiger binärer Zähler verwendet wird, kann auch ein anderer geeigneter Zähler verwendet werden, um die Speicher 20 und 21 zu speisen.

Die vorbeschriebene Vorrichtung kann verwendet werden für Waagen für Badezimmer, bei denen die Darstellung mit Hilfe einer Einrichtung mit lichtaussendenden Dioden bewirkt wird. Die Geräte sind normalerweise mit einer Batterie versehen, so daß sie transportabel sind und um die Lebensdauer der

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Batterie zu steigern kann ein Schalter vorgesehen werden, der dann anspricht bzw. tätig wird, wenn ein Gewicht auf die Plattform des Gerätes gesetzt wird, um die Darstellungseinrichtung oder die ihr zugeordnete Schaltung einzuschalten. Die Darstellungseinrichtung kann direkt an dem Gerät angebracht sein oder auch in einem anderen Gehäuse, das mit der Wiegeplattform über Kabel in Verbindung steht. Obwohl eine Darstellungsplatte micht lichtaussendenden Dioden besonders geeignet ist, können auch andere digitale Darstellungseinrichtungen verwendet werden, z.B. Darstellung mit Flüssigkristallen oder dergleichen.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen eine alternative verbesserte Ausführungsform einer Schaltung für Wiegevorrichtungen und die Fig. 8 bis 11 zeigen eine praktische Ausfuhrungsform der mechanischen Einrichtungen solcher Vorrichtungen.

Nach den Fig. 3, 4 und 5 wird die Arbeitsfolge der Schaltung durch Impulse gesteuert, die durch einen Oszillator 1OO in integrierter Bauweise erzeugt werden, der Impulse mit 10,75 Hz erzeugt, die an einen Dekadenteiler 101 gelegt werden. Ein Ausgang 102 des Teilers 101 wird als Torsignal oder Steuersignal benutzt (siehe Wellenform Fig. 7A). Dieses Signal wird mit dem Ausgang des Oszillators in einem Tor 104 in integrierter Bauweise (Fig. 5) zusammengefaßt, um einen Impulsstoß oder eine Gruppe von Impulsen zu erzeugen (Wellenform Fig. 7B). Integrierte Schaltungen 105 (binärer Teiler), 106 und ein Teil von 104 werden benutzt als Impuls-Subtrahierschaltung. Die ersten 162 Zahlen werden von dieser Subtrahierschaltung aufgenommen, sie repräsentiert ein 400 Hz-Vorbelastungssignal und gewährleistet, daß der Speicher 106 (Fig. 3) mit der Adresse Null bei Nullbelastung beginnt. Die Impulsgruppe von der die 162 Impulse abgezogen sind, ist symbolisch in Fig. 7C gezeigt. Diese Impulse werden dann an einen achtstufigen binären Zähler 107 gelegt, der vor jedem Zählzyklus auf Null ge-

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stellt wird (Wellenform 7K). Der Zähler 107 zählt somit die Gruppe von Impulsen bis herauf zu einem Maximum von 255. Aus. praktischen Gründen ist der Vollausschlag der Gewichtsskala auf 250 eingestellt. Der Speicher 106 kann programmierbar sein, um eine Änderung der Bereiche und/oder unterschiedlicher Gewichtssysteme, z.B. Kilogramm, Pfund oder dergleichen, zu erleichtern. Die Ausgänge des Zählers 107 werden an die Speicheradresse als die acht höherwertigsten Digits der Adresse gelegt, während die ersten beiden niedrigstwertigen Digits von dem durch 10 zählenden Zähler 101 abgenommen werden. Drei Impulse vom Zähler 101, wie in den Wellenformen 7D, 7E und 7F gezeigt, werden im integrierten Schaltkreis 108 zusammengefaßt, um Wellenformen zu erzeugen, die in Fig. 7L und 7M gezeigt sind. Diese Wellenformen werden an die ersten zwei höherwertigen Digits des Read-only-Speichers gegeben, um den Speicher durch die vier Speicherblöcke durchlaufen zu lassen, die die Hunderter, die Zehner und die Einer-Digits umfassen. (Der vierte Speicherblock, der durch 0,0 adressierbar ist, wird nicht benutzt). Wenn die Speicherblöcke adressiert werden, werden die Ausgänge nacheinander durch Impulse G, H und J (Fig. 7) verknüpft, die von den negativ gehenden Flanken der Impulse in den Fig. 7D, 7E und 7F abgeleitet werden. Der Zähler 107 wird, wie oben erläutert, einmal je Periode durch den Impuls nach Fig. 7K rückgestellt. Die Ausgänge werden benutzt, um Anzeigesteuerungen in integrierter Bauweise 109, und 111 zu adressieren.

Um falsche Ablesungen im Augenblick des Einschaltens zu verhindern, erzeugt ein Teil des integrierten Kreises 112 (Fig. 4A) eine Kurzzeit-Verzögerung, die die Anzeige ausblendet, bis die erste Verknüpfungsfolge (latching sequence) vollständig ist.

Zwei Abschnitte des integrierten Kreises 119 (QUAD NAND TOR) erzeugen einen Einschaltimpuls einige Millisekunden nachdem die

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Zufuhr begonnen hat. Dieser Impuls stellt den Zähler 101 zurück und gewährleistet, daß er im richtigen Punkt beginnt. Die Einstellung des Nullpunktes (siehe Fig. 9) wird mechanisch vorgenommen, um eine Frequenz von 400 Hz zu liefern, wobei die Null-Ablesung so programmiert ist, daß 000 dargestellt wird.

Tabelle 1 ABC Zahl

0 OO 160

1 O O 161 0 10 162

110 163 0 0 1 164 10 1 165 0 11 166

111 167

Tabelle 1 zeigt wie durch Änderung der Glieder a, b und c in Fig. 5 die subtrahierte Zahl eingestellt werden kann.

Fig. 8 zeigt schematisch in Seitenansicht die Hauptteile einer Vorrichtung, die sich für Badezimmer-Waagen eignet. Ein Draht 120 ist zwischen einem ersten Hauptverankerungspunkt 121 und einem zweiten stabförmigen Führungs-Verankerungspunkt 122 verankert, der auf einem Segment in Form einer halbkreisförmigen Scheibe 123 angeordnet ist. Ein weiterer Verankerungspunkt auf dem Draht 124 ist in Kontakt mit einem ersten Federhebel 125. Eine zweite Stütz-Feder 126 ist parallel zu ihm und im Abstand von der ersten Feder 125 angeordnet. Diese Anordnung wird anhand von Fig. 9 im einzelnen erläutert. An einem Distanzstück 127 ist der Hauptlastpunkt 128 der Waage angebracht, wobei die Lastdll Gewicht zunächst auf der oberen Platte 129 angeordnet wird und über ein nicht gezeigtes Hebelsystem auf den Hauptlastpunkt 128 übertragen wird.

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Ein Magnet 130 und eine Aufnahmespule 131 sind benachbart zu einem Punkt längs der Länge des Drahtes angeordnet. (Der Magnet liegt angrenzend an das Zentrum des schwingenden Abschnittes des Drahtes). Die Magnetanordnung und das Halbkreisförmige Segment sind beide auf einem Rahmen 122 montiert, der seinerseits auf einer Grundplatte 133 befestigt ist.

Anhand von Fig. 9 wird nun die Uberlastungseinrichtung und die Null-Stelleinrichtung beschrieben.

Berechnungen zeigen, daß wenn der Draht 120 ausreichend stark ist, um der zu erwartenden dynamischen Belastung während einer Überlastung oder Stoßbelastung zu widerstehen, daß er dann entsprechend dick sein muß. Daher ist ein überlastungsschutz vorgesehen.

Die normale Kraft wird auf den Draht durch die Hebel über die Feder 125 und die Feder 126 übertragen. Bei einer leichten Belastung wird die gesamte Kraft über die Feder 125 übertragen, die die schwächere der beiden Federn ist. Wenn die Last zunimmt, biegt sich die Feder 125 bis sie Kontakt mit der Stützfeder 126 erhält. Beide Federn arbeiten dann zusammen, wobei die Dicke der Federn so berechnet ist, daß bei einem bestimmten Uberlastungsgewicht ein Uberlastungsanschlag 144 an der Grundplatte 133 anstößt. Hierdurch wird die Größe der Kraft, die an den Draht angelegt werden kann, begrenzt. Bei Badezimmer-Waagen kann der Überlastungspunkt z.B. 25% über der maximalen Normallast liegen.

Nachfolgend wird die Anordnung zur Null-Einstellung beschrieben.

Eine Vorbelastung wird an den Draht 120 mit Hilfe von vier nicht gezeigten Federn gelegt, die die obere Platte 129 niederhalten. Diese Federn liefern etwa 80% der gewünschten

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Vorbelastung am Draht, während der Rest direkt an den Boden der Scheibe 123 durch eine Feder 135 gelegt wird. Die Spannung kann mit Hilfe einer Schraube 136, eines Gewindeblockes 137 und eines Winkelstückes 138 variiert werden, das am Rahmen 132 befestigt ist. Hierdurch kann die Vorbelastung genau eingestellt werden, um dem Draht eine 4OO Hz-Resonanzfrequenz und damit eine Null-Ablesung zu geben. Damit der Draht auf der Scheibe nicht rutscht, ist der schmale Stab 122 an den Draht angelötet und in einem Ausschnitt in der Scheibe angeordnet.

Damit die Vorrichtung nur schaltet, wenn es erforderlich ist, ist gemäß Fig. 10 ein Mikroschalter 140 vorgesehen, um die Batterie-Lebensdauer zu schonen. Es wurde oben erwähnt, daß die Feder 125 schwächer ist als die Feder 126. Hierdurch wird sichergestellt, daß bei leichten Lasten sich der Hebel 128 etwas bewegen kann (etwa 5 mm). Ein Bügel ist am Punkt 128 des Hebels angebracht, der auf den sehr leichtgängigen Mikroschalter 140 einwirkt. In der Praxis ist der Mikroschalter abwärts vorgespannt und folgt dem Bügel durch Federkraft.

Eine alternative Möglichkeit, die billiger sein kann, besteht darin, die Federn 125 und 126 gegeneinander durch Isolierstücke zu isolieren so daß sie dann als Schalter benutzt werden können. Wenn eine ausreichende Last angelegt wird, kommen die beiden Federn in Kontakt. In diesem Fall werden die Federn vorzugsweise aus Berylium-Kupfter oder ähnlichem Material hergestellt und sie können einen speziellen Überzug an den Kontaktpunkten erfordern.

In einer praktischen Ausführungsform werden optimale Werte

für die Feldstärke, den Luftspalt 141 und die Drahtvorbelastung gewählt. Zweckmäßig sind z.B. eine Feldstärke von etwa

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25OO Gauß, ein Luftspalt von 6 nun und eine Draht-Vorbelastung von 2,O kg. Der Luftspalt von 6 nun wird gewählt, um dem Draht eine Mindestquerkraft zu ermöglichen und er erlaubt eine maximale Positionstoleranz am Draht für zufriedenstellenden Betrieb. Der verwendete Draht ist zweckmäßigerweise ein solcher mit hoher Zugfestigkeit, beispielsweise Stahl-Klavierdraht mit einem Durchmesser von etwa 0,46 mm.

Die beschriebene Wiegevorrichtung kann auch benutzt werden, um Belastungen oder Spannungen zu messen.

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Claims (10)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung zum Messen eines Gewichtes, gekennzeichnet durch einen Draht (2), der durch ein Gewicht (1), das zu messen ist, belastbar und spannbar ist, Einrichtungen (10), um den Draht in Resonanzschwingungen zu bringen, Einrichtungen (7), um die Resonanzfrequenz zu messen, wenigstens einem programmierbaren Read-only-Speicher (20), der durch die Einrichtungen zum Messen der Resonanzfrequenz gespeist wird und programmiert wird, um Ausgangssignale abzugeben, die das an den Draht angelegte Gewicht angeben, sowie durch digitale Anzeigeeinrichtungen (24, 25), die durch den Speicher (20) gespeist werden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie mit eiza: Batterie betreibbar ist und einen Schalter (140) aufweist, der auf das Anlegen des Gewichtes anspricht, um die digitale Anzeigeeinrichtung einzuschalten.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung, die dem Draht eine Resonanzschwingung erteilt, einen Umformer (10) aufweist, um den Draht in Schwingungen zu bringen, ferner einen Sensor (7), um die Schwingungsfrequenz abzufühlen, und daß der Sensor und der Umformer in einer positiven Rückkopplungsschleife geschaltet sind, wodurch der Draht mit seiner Resonanzfrequenz in Schwingung gehalten wird.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß durch den Draht ein Wechselstrom

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   ORIGINAL INSPECTED

   geleitet wird, daß die Einrichtungen, die den Draht in Schwingung bringen, einen Magneten (10) aufweisen, der benachbart zum Draht angeordnet ist, so daß der Draht gezwungen wird, zu schwingen, wenn der Wechselstrom durch ihn hindurchläuft, daß der Sensor eine Aufnahmespule (7) aufweist, die in der Nähe des Drahtes angeordnet ist, so daß in ihr eine Spannung mit der Schwingungsfrequenz induziert wird und daß die induzierte Spannung verstärkt und zurück an den Draht gelegt wird, um einen positiven Rückkopplungs-Wechselstrom zu erzeugen, um den Draht in seiner Resonanzfrequenz zu halten und ein elektrisches Signal zur Messung zu erzeugen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß durch den Draht ein Gleichstrom geführt wird, daß der Draht im Feld einer elektrischen Spule angeordnet ist, an die der Wechselstrom geführt wird und daß die Spule, an die der Wechselstrom gelegt wird, in eine positive Rückkopplungsschleife geschaltet ist, um den Draht auf seiner Resonanzfrequenz zu halten und ein elektrisches Signal für die Messung zu erzeugen.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein binärer Zähler (17) vorgesehen ist, um die Resonanzfrequenz zu zählen, daß Signale vom Zähler an den Speicher (20) gelegt werden, der über einen Dekodierer (22) eine Darstellungseinrichtung (24) speist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen, die dem Draht (120) eine Resonanzschwingung erteilen, einen festen Verankerungspunkt (121) und eine halbkreisförmige Scheibe (123) aufweisen, daß der

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   Draht(120)über die Scheibe gespannt wird und daß er mit einem federbelasteten Verankerungspunkt (124) verbunden ist, unddas Gewicht über die Federanordnung an den Draht gelegt wird.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Federanordnung eine erste relativ weiche Feder (125) aufweist, an der der Draht verankert ist, sowie eine stärkere Feder (126), mit der die Feder (125) in Kontakt gelangt, wenn ein vorgegebenes Gewicht angelegt wird.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum überlastschutz (134) für die Federanordnung.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Schalter (140) auf die Bewegung der ersten Feder (125) anspricht, um die Darstellungseinrichtung (24) einzuschalten.

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