DE2742146A1

DE2742146A1 - Electromagnetically compensating balance or dynamometer - has temp. sensitive resistor moving system to compensation position

Info

Publication number: DE2742146A1
Application number: DE19772742146
Authority: DE
Inventors: Veronika Dipl Phys Martens; Juergen Dipl Ing Ober
Original assignee: Sartorius Werke GmbH
Current assignee: Sartorius Werke GmbH
Priority date: 1977-09-19
Filing date: 1977-09-19
Publication date: 1979-03-22

Abstract

The compensating balance has a movable load receiving pan coupled to a coil in a stationary magnet air-gap, to which a force is applied when it moves from its neutral position. It has further a position indicator and a control circuit keeping the coil in its neutral position by controlling the coil current. The device has at least one temp. sensitive component for temp. dependent shifting of the pan (10) or the coil (16) from the neutral to a compensation position.

Description

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch kompensierende Wäge- oder Kraftmeßvorrichtung mit einem beweglich gelagerten Lastaufnehmer, mit einer mit dem Lastaufnehmer gekoppelten, im Luftspalt einer stationären Magen tanordnung beweglichen, in einer Soll-Lage befindlichen Arbeitsspule, auf die bei einer Änderung der Soll-Lage eine Kraft ausgeübt wird, mit einem Lagenindikator und mit einem die Arbeitsspule durch Beeinflussung des Spulenstroms in der Soll-Lage haltenden Regelkreis.The invention relates to an electromagnetically compensating weighing or force measuring device with a movably mounted load receiver, with a coupled to the load receiver in the air gap of a stationary gastric arrangement movable work coil located in a target position on which a change occurs the target position a force is exerted, with a position indicator and with a die Work coil by influencing the coil current in the control circuit holding the target position.

Kraftmeßvorrichtungen dieser Art sind in vielen Bauformen bekannt und werden beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen P 25 18 022.7 der Anmelderin ausführlich beschrieben.Force measuring devices of this type are known in many designs and are for example in the German patent application, official file number P 25 18 022.7 described in detail by the applicant.

Eine Fehlerursache solcher Kraftmeßvorrichtungen sind Temperaturschwankungen, durch die sowohl der Nullpunkt, d.h., die Anzeige bei unbelasteter Vorrichtung, als auch die Empfindlichkeit, d.h., die Änderung des angezeigten Meßwertes, bezogen auf die Änderung der aufgelegten Last, beeinflußt und damit verfälscht werden können.One cause of error in such force measuring devices are temperature fluctuations, through which both the zero point, i.e. the display when the device is unloaded, as well as the sensitivity, i.e. the change in the displayed measured value on the change in the applied load, can be influenced and thus falsified.

Es ist deshalb aus der CH-PS 556 530 für Waagen mit elektrischer Meßwerterfassung bekannt, zur Verringerung von Temperaturfehlern ein temperaturabhängiges Glied vorzusehen, das die Meßwerterfassung elektrisch beeinflußt. Dabei kann die Meßspannung beispielsweise durch einen Temperaturfühler verändert werden, indem eine temperaturabhängige Spannung zur Meßspannung addiert oder von ihr subtrahiert wird. Hierfür wird ein Differenzverstärker benötigt, der entsprechend der Auflösung der Kraftmeßvorrichtung mit hoher absoluter Genauigkeit arbeiten muß, da außerhalb des Regelkreises eine kleine Korrekturspannung zu dem großen Meßsignal addiert werden muß. Dies bedingt, daß in Bezug auf Stabilität und Linearität nur hochwertige Bauteile verwendet werden können.It is therefore from CH-PS 556 530 for scales with electrical data acquisition known to provide a temperature-dependent member to reduce temperature errors, that affects the acquisition of measured values electrically. The measuring voltage can for example can be changed by a temperature sensor by applying a temperature-dependent voltage is added to or subtracted from the measuring voltage. A differential amplifier is used for this required, which corresponds to the resolution of the force measuring device with a high absolute Accuracy must work, as a small correction voltage outside of the control loop must be added to the large measurement signal. This implies that in terms of stability and linearity only high quality components can be used.

Schließlich ist noch eine elektromagnetisch kompensierende Kraftmeßvorrichtung vorgeschlagen worden (deutsche Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen P 25 56 117.5), bei der eine mechanische Kompensation vorgesehen ist. Für balkenlose Systeme wird dabei für die Ubertragung der temperaturabhängigen Kraft eine Schraubenfeder verwendet. Im Vergleich mit Systemen ohne eine solche Schraubenfeder ergibt sich jedoch eine Erhöhung der Federkonstanten des Gesamtsystems sowie vieler im Nullpunkt auftretender Störeffekte, wie beispielsweise Hysterese der Feder, Beeinflussung durch den Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls der Feder, Schwingungen der Feder usw. Außerdem muß ein Kompromiß zwischen dem relativ großen Platzbedarf der mechanischen Anordnung und dem optimalen Angriffspunkt der Kompensationseinrichtung geschlossen werden. Bei einem solchen Kompromiß lassen sich jedoch Rückwirkungen auf das System, wie beispielsweise Ecklasten, das Verhalten beim Auftreten von Temperaturgradienten entlang der Kraftmeßvorrichtung, usw., kaum vermeiden.Finally there is an electromagnetically compensating force measuring device has been proposed (German patent application, official file number P 25 56 117.5), in which a mechanical compensation is provided. For beamless systems a helical spring is used to transmit the temperature-dependent force. In comparison with systems without such a coil spring, however, there is one Increase in the spring constants of the overall system as well as many that occur in the zero point Interfering effects, such as the hysteresis of the spring, influence by the temperature coefficient the modulus of elasticity of the spring, vibrations of the spring, etc. In addition, there must be a compromise between the relatively large space requirement of the mechanical arrangement and the optimal one Attack point of the compensation device are closed. With such a However, a compromise can be made for repercussions on the system, such as corner loads, the behavior when temperature gradients occur along the force measuring device, etc., hardly avoided.

Dies gilt auch für die dort erläuterte Temperaturkompensation mittels eines Bimetallelementes.This also applies to the temperature compensation by means of a bimetal element.

Bei Systemen mit Waagebalken wäre es im Prinzip möglich, den Temperaturkoeffizienten des Nullpunktes auch ohne Schraubenfeder durch Verwendung eines oder mehrerer Bimetallelemente am Balken zu kompensieren. Dabei muß jedoch der Balken der ausjustierten Kraftmeßvorrichtung, z.B. einer Waage, manipuliert werden, das heißt, es müssen sehr exakt durchzuführende Handgriffe vorgenommen werden, so daß die Einstellung der Kompensation in einer solchen Waage in der Praxis kompliziert würde. Außerdem muß eine Arretiereinrichtung für den Balken vorgesehen sein, die bei dieser bianipulation betätigt werden muß.In the case of systems with a balance beam, it would in principle be possible to use the temperature coefficient of the zero point even without a helical spring by using one or more bimetal elements to compensate on the beam. However, the bar of the adjusted force measuring device must e.g. a balance, which means that it must be carried out very precisely Handles are made so that the adjustment of the compensation in one such a scale would be complicated in practice. In addition, there must be a locking device be provided for the bar, which must be actuated during this bianipulation.

Weiterhin ist der zeitliche Ablauf der Kompensation während der externen Aufheizung der Kraftmeßvorrichtung abhängig von der Masse und dem Ort, an dem sich das Kompensationsglied befindet. Dadurch kann eine dem zu kompensierenden Effekt zeitlich vor- oder nachlaufende Kompensation auftreten. Und schließlich ist der Ort für den Angriff der mechanischen Kompensation systembedingt und läßt sich nicht beliebig auswählen.Furthermore, the timing of the compensation is during the external Heating of the force measuring device depending on the mass and the place where the compensation element is located. This can cause the effect to be compensated temporally leading or lagging compensation occur. And finally that is Place for the attack of the mechanical compensation system-related and cannot be choose any.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetisch kompensierende Wäge- oder Kraftmeßvorrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.The invention is therefore based on the object of an electromagnetic to create compensating weighing or force measuring devices of the specified type, in which the disadvantages mentioned above do not occur.

Insbesondere soll eine elektromagnetisch kompensierende Wäge- oder Kraftmeßvorrichtung der angegebenen Gattung vorgeschlagen werden, deren Terperaturverhalten auch unabhängig vom Balken und auch ohne Schraubenfcdcrn kompensiert werden kann.In particular, an electromagnetically compensating weighing or Force measuring device of the specified type are proposed, the temperature behavior of which can also be compensated independently of the beam and also without screws.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch mindestens ein temperaturabhängiges Bauelement zur temperaturabhängigen Verschiebung des Lastaufnehmers bzw. der Arbeitsspule aus der Soll-Lage in eine Wompensations-AleBlage.According to the invention, this object is achieved by at least one temperature-dependent one Component for the temperature-dependent displacement of the load receiver or the work coil from the target position into a compensation ale sheet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgendem Grundgedanken: Bei elektromagnetisch kompensierenden Wäge- oder Kraftmeßvorrichtungen der angegebenen Gattung ist die Führungsgröße des Regelkreises konstant und zweckmäßigerweise Null. Diese Führungsgröße wird im allgemeinen durch die Differenzspannung zweier Phctodioden.einer Differenzlichtschranke gebildet, die als Lagenindikator dient. ändert man nun diese Führungsgröße in Abhängigkeit von der Temperatur, so ergibt sich dadurch eine Änderung der Soll-Lage, die sich über die zwischen dem beweglichen Lastaufnehmer und dem Gehäuse wirkenden Vorspannkräfte in einer Änderung des Nullpunktes der Vorrichtung äußert. Dies Vorspannkräfte erden beispielsweise durch Federkräfte, z.B. durch die Biegung der Führungsfedern bei der im allgemeinen vorgesehnen Parallelführung oder beispielsweise durch Änderung der ausgczogenen Länge einer zwischen beweglichem Lastaufnehmer und den mit dem Gehäuse ortsfest verbundenen Teil der Vorrichtung gespannten Schraubenfedern, durch eine Abstandsänderung zwischen wechselwirkenden magnetischen Teilen, die sich einerseits am beweglichen Lastaufnehmer und andererseits am ortsfesten Teil der Vorrichtung befinden, oder durch andere Effekte geliefert.The advantages achieved with the invention are based on the following basic idea: In the case of electromagnetically compensating weighing or force measuring devices of the specified Specifically, the reference variable of the control loop is constant and expediently zero. This reference variable is generally determined by the differential voltage between two Phctodioden.einer Differential light barrier formed, which serves as a position indicator. you change this now Reference variable depending on the temperature, this results in a change the target situation, the about the between the movable load receptor and biasing forces acting on the housing in a change in the zero point of the device expresses. These preload forces are grounded, for example, by spring forces, e.g. by the Bending of the guide springs in the generally envisaged parallel guide or for example by changing the extended length of a movable one Load receiver and the part of the device that is fixedly connected to the housing tensioned coil springs, by changing the distance between interacting magnetic parts that are on the one hand on the movable load receiver and on the other hand located on the stationary part of the device, or supplied by other effects.

Durch geeignete Wahl des Einflusses der Temperatur auf die Führungsgröße, also die Eingangsgröße des Regelkreises, kann eine durch Temperaturänderungen hervorgerufene Nul lpunktsänderung der Vorrichtung kompensiert werden, indem die Soll-Lage in Abhängigkeit von der Temperatur in eine sogenannte "Kompensations-Meßlage" gebracht wird. Das heißt also, daß es nun keine konstant bleibende Soll-Lage mehr gibt, sondern daß die Soll-Lage eben in Abhängigkeit von der Temperatur geändert wird, um die Temperatureinflüsse auf das Gesamtsystem zu kompensieren.By suitable choice of the influence of the temperature on the reference variable, thus the input variable of the control loop can be caused by temperature changes Zero point change of the device can be compensated by changing the target position as a function is brought by the temperature into a so-called "compensation measurement position". That means that there is no longer a constant target position, but that the target position is changed as a function of the temperature in order to take account of the temperature influences to compensate for the overall system.

Dabei ist also weder Balken noch Totlastfeder erforderlich, sondern die Temperaturkompensation erfolgt durch direkte Beeinflussung der durch den Lagenindikator bestimmten Soll-Lage. Außerdem muß das mechanische System nicht manipuliert werden, sondern die Kompensation läßt sich einfach und schnell auf rein elektrischem Wege durchführen sowie einstellen und erfordert nur wenig Platz. Weiterhin braucht das temperaturabhängige Bauelement nur eine sehr geringe Masse zu haben, so daß weder Einbau noch Anbringung Schwierigkeiten bereiten. Deshalb kann auch die zweckmäßige Befestigungsart sowie Befestigungsort des Bauelementes praktisch ohne jede Beschränkung ausgewählt werden. Und schließlich werden nur geringe Anforderungen an die Qualität des verwerldeten Bauelementes gestellt, da die Kompensation innerhalb der Regelschleife erfolgt.Neither a bar nor a dead load spring is required, but rather the temperature compensation takes place by directly influencing the position indicator certain target position. In addition, the mechanical system does not have to be manipulated, Instead, the compensation can be done easily and quickly by purely electrical means perform as well as adjust and requires little space. Continue to need that temperature-dependent component to have only a very small mass, so that neither Installation still difficulties prepare. Therefore also can the appropriate type of attachment and location of the component practical can be selected without any restriction. And finally, the requirements will be low placed on the quality of the component, since the compensation is within the control loop takes place.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß ein Eingriff in die Soll-Lage, regelungstechnisch gesehen eine Änderung der Führungsgröße, nur mit relativ geringer Genauigkeit durchgeführt werden muß. Dies soll an dem folgeiiden Beispiel klargestellt erden: Aufgrund der Federkonstante soll eine bestimmte Auslenkung des beweglichen Teils der Kraftmeßvorrichtung aus der Soll-Lage eine minderung der Anzeige um eine Einheit bedeuten. Ilinter der als Lagenindikator dienenden Differenzlichtschranke soll dieser t\uslenkung eine Änderung des Differenzsignals um ein mV entsprechen. Die gleiche Anderung der Anzeige Führt jedoch nur eine Änderung der Meßspannung um AO pV herbei, das heißt, hier ist eine 25 mal so große Genauigkeit erforderlich.Another major advantage is that an intervention in the target position, from a control point of view, a change in the reference variable, only with relatively low accuracy must be carried out. This is supposed to follow from this The example should be clarified: A certain deflection should be based on the spring constant of the movable part of the force measuring device from the target position a reduction in the Display to mean one unit. Inside the differential light barrier serving as a position indicator a change in the difference signal by one mV should correspond to this deflection. The same change in the display only changes the measurement voltage around AO pV, that is, 25 times as high an accuracy is required here.

Durch geeignete Auswahl des Anbringungsortes des temperaturabhängigen Bauelementes läßt sich auch der zeitliche Ablauf der Kompensation variieren, da sich die mechanischen Bauelemente der Wäge- oder Kraftmeßvorrichtung aufgrund unterschiedlicher Wärmekapazität unterschiedlich schnell während eines externen Aufheizvorgangs erwärmen und sich ein im guten Wärmekontakt angebrachtes temperaturabhängiges Bauelement geringer Masse zeitlich der Erwärmung seines Anbringungsortes anpaßt.By suitable selection of the location of the temperature-dependent Component can also vary the timing of the compensation, since the mechanical components of the weighing or force measuring device due to different Heat up the heat capacity at different rates during an external heating process and a temperature-dependent component attached in good thermal contact low mass adjusts in time to the heating of its place of installation.

Außerdem tritt bei Wäge- oder Kraftmeßvorrichtungen der angegebenen Gattung oft ein temperatursynchroner Nullpunkteffekt bei konstanter Umgebungstemperatur auf; dieser ist auf Entstehung oder Änderung eines Temperaturgradienten, beispielsweise durch Erwärmung der Arbeitsspule unter Dauerlast, zurückzuführen. Auch ein solcher Nullpunkteffekt läßt sich gemäß der vorliegenden Erfindung kompensieren, indem die dabei auftretende Änderung unabhängig von dem Temperaturkoeffizienten des Nullpunktes gemacht wird. Zu diesem Zweck wird eine Temperaturvergleichsmessung mit Hilfe eines zweiten temperaturabhängigen Bauelementes durchgeführt, das als Temperaturaufnehmer dient und an einer geeigneten Stelle der Kraftmeßvorrichtung angeordnet wird. Durch Vergleich der beiden Meßwerte läßt sich der erläuterte Nullpunkteffekt kompensieren.In addition, for weighing or force measuring devices the specified Type often a temperature-synchronous zero point effect at constant ambient temperature on; this one is in the making or change of a temperature gradient, for example, by heating the work coil under continuous load. Such a zero point effect can also be compensated according to the present invention, in that the change that occurs is independent of the temperature coefficient of the zero point is made. A temperature comparison measurement is used for this purpose performed with the help of a second temperature-dependent component, which as The temperature sensor is used and at a suitable point of the force measuring device is arranged. The explained zero point effect can be obtained by comparing the two measured values compensate.

Schließlich ändert sich oft die Empfindlichkeit der Kraftmeßvorrichtung in Abhängigkeit von der relativen Lage der Arbeitsspule zu der Magnetanordnung; dann läßt sich durch temperaturabhängige Soliagenänderung ein Temperaturkoeffizient der Empfindlichkeit einstellen. Ändert sich die Empfindlichkeit beispielsweise parabelförmig mit der relativen Lage zwischen Arbeitsspule und Magnetfeld, so können Größe und Vorzeichen des Temperaturkoeffizienten der Empfindlichkeit bei vorgegebener temperaturabhängiger Sollagenänderung durch Wahl der relativen Soll-Lage zwischen Arbeitsspule und Magnet, um die die vorgegebene temperaturabhängige Sollagenänderung stattfinden soll, beliebig eingestellt werden. Eine solche Einstellung des Temperaturkoeffizienten der Empfindlichkeit kann auch bei Systemen mit kräftefreier Lagerung eingesetzt werden.Eventually, the sensitivity of the force measuring device often changes depending on the position of the work coil relative to the magnet arrangement; then a temperature coefficient can be determined by changing the soli position depending on the temperature adjust the sensitivity. For example, if the sensitivity changes in a parabolic manner with the relative position between the work coil and the magnetic field, size and Sign of the temperature coefficient of the sensitivity for a given temperature-dependent Change of nominal position by choosing the relative nominal position between work coil and magnet, around which the specified temperature-dependent setpoint change should take place, as desired can be set. Such an adjustment of the temperature coefficient of sensitivity can also be used in systems with force-free storage.

x/ Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.x / Advantageous further developments are defined in the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.The invention is illustrated below with the aid of exemplary embodiments Explained in more detail with reference to the accompanying schematic drawings.

Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipskizze einer elektromagnetisch kompensierenden Wäge- oder Kraftmeßvorrichtung nach der Erfindung; Fig. 2 eine Schaltski zze der bei einer solchen Wäge- odei Kraftmeßvorrichtung vorgesehenen Temperaturkompensationseinrichtung; Fig. 3 eine alternative Ausführungsform der Verbindung zwischen Lagenindikator und Regel kreis; und Fig. 4 eine Temperaturkompensationseinrichtung mit zwei temperaturabhängigen Bauelementen.Show it: Fig. 1 is a schematic diagram of an electromagnetic compensating weighing or force measuring device according to the invention; 2 shows a shift ski zze of the temperature compensation device provided in such a weighing or force measuring device; 3 shows an alternative embodiment of the connection between the position indicator and Rule circle; and FIG. 4 shows a temperature compensation device with two temperature-dependent ones Components.

In Fig. 1 ist als Beispiel für eine Wäge- oder Kraftmeßvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine oberschalige Waage dargestellt. Dabei ist ein Lastaufnehmer 10, auf welchen die ZU wiegende Last G gelegt werden @ann, einerseits über eine durch mehrere Lenker gebildete Parallelführung 12 und Federelemente, die ir Figur 1 durch Kreuze angedeutet sind, mit einem ortsfesten Teil und andelel-seits mit einem Träger 14 verbunden, von dem eine Arbeitsspule 16 nach unten in einen Luftspalt 18 eines Topfmagneten 20 ragt.In Fig. 1 is an example of a weighing or force measuring device according to the present invention, an upper pan balance is shown. There is a Load sensor 10 on which the load G to be weighed is placed on the one hand via a parallel guide 12 formed by several links and spring elements that ir Figure 1 are indicated by crosses, with a stationary part and andel-side connected to a carrier 14, of which a work coil 16 down into a Air gap 18 of a pot magnet 20 protrudes.

Wenn sich keine Last G auf dem Lastaufnehner 10 befindet, wird der bewegliche Teil der Vorrichtung (14, 10, 16) und damit auch die Arbeitsspule (16) in einer Soll-Lage gehalten, die durch einen Lagen indikator 24 durch ein entsprechendes elektrisches Signal angezeigt wird. Die Vorrichtung befindet sich also im Gleichgewichtszustand.If there is no load G on the load receiver 10, the movable part of the device (14, 10, 16) and thus also the work coil (16) held in a target position, which is indicated by a position indicator 24 by a corresponding electrical signal is displayed. The device is therefore in a state of equilibrium.

Wenn eine Last G auf den Lastaufnehmer 10 aufgelegt wird, verschiebt sich der bewegliche Teil, daß heißt, der Lastaufnehmer 10, der Träger 14 und die Arbeitsspule 16, nach unten, so daß die Arbeitsspule 16 tiefer in den Luftspalt 18 des Topfmagneten 20 eintaucht. Diese Auswanderung des beweglichen Teils aus der Soll-Lage wird durch den Lagenindikator 24 festgestellt, wodurch ein mit dem Lagenindikator 24 verbundener Regelverstärker 22 seinen Ausgangsstrom erhöht. Die dabei durch einen nach dem physikalischen Prinzip der "Kraft auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld" erzeugte Gegenkraft wirkt dem Gewicht G entgegen,und der Arbeitsspulenstrom wird so lange erhöht, bis die Soll-Lage wieder erreicht und durch den Lagenindikator 24 angezeigt ist.When a load G is placed on the load receiver 10, it shifts the moving part, that is, the load receiver 10, the carrier 14 and the Work coil 16, down, so that the work coil 16 is deeper into the air gap 18th of the pot magnet 20 is immersed. This emigration of the moving part from the The target position is determined by the position indicator 24, whereby a with the position indicator 24 connected control amplifier 22 increases its output current. The one by one according to the physical principle of the "force on current-carrying conductors in a magnetic field" generated counterforce counteracts the weight G, and the work coil current becomes increased until the target position is reached again and through the position indicator 24 is displayed.

Der nun durch die Arbeitsspule 16 fließende Strom stellt also ein direktes Maß für die wirkende Kraft und damit für die aufgelegte Last G dar.The current now flowing through the work coil 16 therefore stops is a direct measure of the acting force and thus of the applied load G.

Statt den durch die Arbeitsspule 16 fließenden Strom zu messen, wird im allgemeinen der Spannungsabfall an einem von diesem Strom durchflossenen Widerstand 26 bestimmt. Die dabei ermittelte Spannung Umeß ist also ein direktes Maß für die wirksame Last, so daß sich diese Spannung durch Umeichen mittels eines konstanten Faktors in Gewichtseinheiten anzeigen läßt.Instead of measuring the current flowing through the work coil 16, generally the voltage drop across a resistor through which this current flows 26 determined. The determined voltage Umeß is therefore a direct measure for the effective load, so that this tension can be adjusted by means of a constant Factor in weight units.

Wesentlich für das Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung ist, daß bei einer Auslenkung des beweglichen Teils der Vorrichtung, also des Lastaufnehmers 10, der Parallelführung 12, des Trägers 14 und der Arbeitsspule 16, eine von der Größe der Auslenkung abhängende Kraft erzeugt wird. Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform dienen die Federelemente der Parallelführung 12 zur Erzeugung dieser Kraft.It is essential for the functional principle of the present invention that that with a deflection of the movable part of the device, so the load receiver 10, the parallel guide 12, the carrier 14 and the work coil 16, one of the Size of the deflection-dependent force is generated. In the case of the one shown in FIG Embodiment, the spring elements of the parallel guide 12 are used to generate this Force.

Ferner kann diese Kraft auch durch eine oder mehrere Schraubenfedern erzeugt werden, die zwischen den festen und beweglichen Teil der Vorrichtung gespannt sind. Eine solche Kraft tritt auch auf, wenn zusätzlich zu der in Figur 1 beschriebenen Anordnung magnetische Kräfte zwischen dem beweglichen und dem festen Teil der Anordnung wirken. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn Magnete oder ferromagnetische Teile auf dem beweglichen Teil 14, 16 der Anordnung angebracht sind; denn dann ergibt sich eine magnetische Wechselwirkung mit dem Topfmagneten 20. Die Größe dieses Effektes hängt vom Abstand der magnetischen Teile zum Topfmagneten ab.Furthermore, this force can also be achieved by one or more helical springs are generated, stretched between the fixed and movable part of the device are. Such a force also occurs when in addition to that described in FIG Arrangement of magnetic forces between the movable and the fixed part of the arrangement works. This is the case, for example, when magnets or ferromagnetic parts on the moving Parts 14, 16 of the assembly are attached; because then there is a magnetic interaction with the pot magnet 20. The The size of this effect depends on the distance between the magnetic parts and the pot magnet away.

Bei einer Balkenwaage mit indifferent gelagertem Balken tritt bei einer Änderung der Soll-Lage eine Verschiebung des Schwerpunktes des Balkens auf; die sich dadurch ergebende Kraft kann ebenfalls ausgenutzt werden, um bei einer Änderung der Soll-Lage eine Kraft auf die Arbeitsspule auszuüben.In the case of a beam balance with an indifferently mounted beam, joins a change in the target position, a shift in the center of gravity of the beam; the resulting force can also be used to at a Change the target position to exert a force on the work coil.

Praktisch alle Elemente einer solchen Vorrichtung, insbesondere jedoch der Meß- und Anzeigeteil, werden durch eine Temperaturänderung beeinflußt, wobei zwischen einer Erwärmung von außen und einer Eigenerwärmung unterschieden werden muß.Practically all elements of such a device, but especially so the measuring and display part are influenced by a change in temperature, wherein a distinction can be made between heating from outside and self-heating got to.

Bei einer Erwärmung von außen treten insbesondere folgende Effekte auf: 1. Aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien des mechanischen Teils der Vorrichtung ergibt sich eine Verspannung des mechanischen Teils, die sich wiederum als Änderung der Soll-Lage im unbelasteten Zustand und damit auch bei Belastung bemerkbar machen kann. Eine noch stärkere Wirkung hat die dadurch herbeigeführte änderung der "Vorspannkraft".In the case of external heating, the following effects in particular occur on: 1. Due to the different expansion coefficients of the various Materials of the mechanical part of the device results in a tension of the mechanical part, which in turn shows itself as a change in the target position in the unloaded Condition and thus also noticeable under stress. An even stronger effect has the resulting change in the "preload force".

2. Aufgrund des Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls der Federelemente, im vorliegenden Fall also der Federn der Parallelführung 12 oder, bei einer anderen Ausführungsform, die Schraubenfedern, ändern sich die Federkräfte zwischen dem Lastaufnehmer und dem gehäusefesten Teil. Auch dies führt zu einer Änderung der oben erwähnten "Vorspannkraft" , so daß die Messung verfälscht wird.2. Due to the temperature coefficient of the elastic modulus of the Spring elements, in the present case the springs of the parallel guide 12 or, in another embodiment, the coil springs, the spring forces change between the load receiver and the part fixed to the housing. This also leads to a Change of the above-mentioned "preload force", so that the measurement is falsified.

3. Alle elektrischen Bauelemente haben einen Temperaturkoeffizienten, der sich ebenfalls in einer Anderung der Soll-Lage, des angezeigten Nullpunktes und/oder, je nach Einsatz des entsprechenden Bauteils, der Empfindlichkeit bemerkbar macht.3. All electrical components have a temperature coefficient, which also results in a change in the target position, the displayed zero point and / or, depending on the use of the corresponding component, the sensitivity noticeable power.

4. Schließlich hat auch die im allgemeinen durch einen Permanentmagneten gebildete Magnetanordnung eine Temperaturkoeffizienten, so daß sich bei einer Temperaturänderung auch die Empfindlichkeit der Vorrichtung ändert.4. Finally, it also has a permanent magnet in general Magnet arrangement formed a temperature coefficient, so that when the temperature changes also changes the sensitivity of the device.

Entsprechende Effekte treten bei einer Eigenerwärmung des Systems auf, wie sie insbesondere durch Verlustleistungen, beispielsweise in der Arbeitsspule, sowie in der Elektronik, in Abhängigkeit von der aufgelegten Last hervorgerufen wird.Corresponding effects occur with self-heating of the system how they are caused by power losses, for example in the work coil, as well as in the electronics, depending on the applied load will.

Die oben erwähnten Temperatureinflüsse können kompensiert werden, indem die Führungsgröße des Regelkreises 22, also das von dem Lagenindikator 24 zugeführte, der Soll-Lage der Arbeitsspule 16 entsprechende Signal in Abhängigkeit von der Temperatur verändert wird.The temperature influences mentioned above can be compensated, by the reference variable of the control loop 22, that is to say that of the position indicator 24 supplied, the desired position of the work coil 16 corresponding signal as a function is changed by the temperature.

In Figur 1 ist diese Temperaturkompensation des Signals für die Soll-Lage durch den Block F (T) angedeutet, der zwischen dem Lagenindikator 24 und dem Regelkreis 22 liegt. Eine Schaltskizze einer Ausführungsform einer solchen Temperaturkompensationseinrichtung ist in Figur 2 dargestellt.This temperature compensation of the signal for the target position is shown in FIG indicated by the block F (T) between the position indicator 24 and the control loop 22 lies. A circuit diagram of an embodiment of such a temperature compensation device is shown in FIG.

Bei dieser Ausführungsform ist der Lagenindikator 24 im linken Teil der Figur 2 durch die gestrichelten Linien umgeben und wird durch eine Differenzlichtschranke gebildet, bei der sich eine Schlitzblende 40 im Strahlengang zwischen einer ortsfesten Leuchtdiode LED und zwei ortsfesten Fotodioden D1 und D2 befindet; die Schlitzblende 40 ist fest mit dem beweglichen Teil der Vorrichtung, also beispielsweise mit dem Lastaufnehmer 10 oder dem Träger 14 verbunden, so daß sie sich nach oben und nach unten bewegen kann, wie in Figur 2 durch die Pfeile angedeutet ist.In this embodiment, the position indicator 24 is in the left part of Figure 2 surrounded by the dashed lines and is through a differential light barrier formed in which a slit diaphragm 40 in the beam path between a stationary Light-emitting diode LED and two fixed photodiodes D1 and D2 located; the slit diaphragm 40 is fixed to the movable part of the device, for example connected to the load receiver 10 or the carrier 14 so that they are upward and can move downward, as indicated in Figure 2 by the arrows.

Die Leuchtdiode LED liegt in Reihe mit einem Widerstand R1 zwischen zwei Klemmen einer Spannungsquelle, die mit U+ bzw.The light-emitting diode LED is in series with a resistor R1 between two terminals of a voltage source, which are marked with U + resp.

U- angedeutet sind.U- are indicated.

Auch die beiden Fotodioden D1 und D2 sind jeweils über Widerstände R2 bzw. R3 an die Klemmen U+ bzw. U- einer Spannungsquelle angeschlossen.The two photodiodes D1 and D2 are each via resistors R2 or R3 connected to the terminals U + or U- of a voltage source.

Bewegt sich die Schlitzblende 40 nach oben, so fällt eine größere Lichtmenge auf die Diode D1 als auf die Diode D2, das heißt, zwischen der Diode D1 und dem Widerstand R2 fließt ein höherer Strom als zwischen der Diode D2 und dem Widerstand R3.If the slit diaphragm 40 moves upwards, a larger one falls Amount of light on diode D1 than on diode D2, that is, between the diode A higher current flows between D1 and resistor R2 than between diode D2 and the resistor R3.

Bewegt sich umgekehrt die Schlitzblende 40 nach unten, so fließt ein höherer Strom zwischen der Fotodiode D2 und dem Widerstand R3 als zwischen der Fotodiode D1 und dem Widerstand R2.Conversely, if the slit diaphragm 40 moves downwards, then flows in higher current between photodiode D2 and resistor R3 than between the photodiode D1 and the resistor R2.

Die Knotenpunkte zwischen den Fotodioden D1 bzw. D2 und den Widerständen R2 bzw. R3 sind mit einem Differenzverstärker 28 verbunden,dessen Ausgangssignal über einen Kondensator 30 auf einen Eingang zurückgekoppelt ist. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 28 verändert den Arbeitsspulenstrom so lange, bis die Differenz der von den Fotodioden D1 und D2 abgegebenen Ströme Null, also die Soll-Lage des bejeglichen Teils der Vorrichtung erreicht ist.The nodes between the photodiodes D1 or D2 and the resistors R2 and R3 are connected to a differential amplifier 28, the output signal of which is fed back to an input via a capacitor 30. The output signal of the differential amplifier 28 changes the working coil current until the difference of the currents emitted by the photodiodes D1 and D2 zero, that is to say the target position of the any part of the device is reached.

Ein Eingang des I)ifferenzverstärkers 28 ist mit der Temperaturkompensationseinrichtung F (T) verbunden, die ebenfalls durch gestrichelte Linien umgeben ist. Diese Temperaturkompensationseinrichtung F (T) weist eine Spannungsquelle auf, die eine Spannung U+ zuführt. Die Spannung U+ liegt über einen Widerstand 32 und einen temperaturabhängigen Widerstand, beispielsweise einen Heißleiter NTC, an Masse an. Der Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 32 und dem WiderstandR(T) ist über ein Potentiometer 34 mit Masse verbunden. Der Abgriff des Potentiometers 34 ist mit dem Eingang des Differenzverstärkers 28(iiber einen Widerstand 36) gekoppelt.One input of the reference amplifier 28 is connected to the temperature compensation device F (T) connected, which is also surrounded by dashed lines. This temperature compensation device F (T) has a voltage source that supplies a voltage U +. The voltage U + is across a resistor 32 and a temperature dependent resistor, for example a NTC thermistor, to ground. The junction between resistor 32 and the resistor R (T) is connected to ground via a potentiometer 34. The tap of the potentiometer 34 is connected to the input of the differential amplifier 28 (via a Resistor 36) coupled.

Wenn beispielsweise der Widerstandswert des Widerstandes R(T)mit steigender Temperatur abnimmt, so können die bei einer Temperaturerhöhung auftretenden Änderungen der Eigenschaften der Bauelemente der Vorrichtung dadurch kompensiert werden, daß ein Eingangssignal des Differenzverstärkers 28 durch die von dem 1JiderstandR(T) abhängende Spannung modifiziert, das heißt, das der Soll-Lage entsprechende Signal des Regelkreises in Abhängigkeit von der Temperatur in eine neue Soll-Lage gebracht wird, die hier als " Kompensations - Meßlage " bezeichnet werden soll.For example, if the resistance value of the resistor R (T) increases with Temperature decreases, so can the changes that occur when the temperature increases the properties of the components of the device are compensated in that an input signal of the differential amplifier 28 through that of the resistor R (T) dependent voltage modified, that is, the signal corresponding to the target position of the control circuit brought into a new target position depending on the temperature which is to be referred to here as the "compensation measuring position".

Durch Änderung des Vorzeichens der Speisespannung U, also durch Obergang von U+ auf U-, kann das Vorzeichen der Kompensation gewechselt werden. Und schließlich läßt sich durch entsprechende Einstellung des Potentiometers 34 die Größe der Kompensation variieren.By changing the sign of the supply voltage U, i.e. by transition from U + to U-, the sign of the compensation can be changed. And finally the size of the compensation can be adjusted by setting the potentiometer 34 accordingly vary.

In Figur 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, wie sie zweckmäßigerweise dann verwendet wird, wenn die beiden Eingangsleitungen des Regelkreises 22 aus Störgründen oder ähnlichen Gründen möglichst kurz gehalten werden soll.In Figure 3, an embodiment is shown as it is expedient is then used when the two input lines of the control circuit 22 for reasons of interference or similar reasons should be kept as short as possible.

Bei dieser Ausführungsform werden die beiden Ausgangssignale des Lagenindikators 24, der wie bei der Ausführungsform nach Figur 2 durch eine Differenzlichtschranke gebildet werden kann, auf einen Differenzverstärker 38 geführt, dessen Ausgangssignal über einen Widerstand 39 auf seinen Eingang zurückgekoppelt ist.In this embodiment, the two output signals of the position indicator 24, which, as in the embodiment according to FIG. 2, by a differential light barrier can be formed, fed to a differential amplifier 38 whose output signal is fed back to its input via a resistor 39.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 38 liegt über einen weiteren Widerstand 42 an einem Integrator 44 an, dessen Ausgangssignal über einen Kondensator 46 auf seinen Eingang zurückgekoppelt ist. Die Temperaturkompensationseinrichtung F (T) ist an die Eingangsleitung des Integrators 44 angeschlossen.The output of the differential amplifier 38 is connected to another Resistor 42 to an integrator 44, the output signal through a capacitor 46 is fed back to its input. The temperature compensation device F (T) is connected to the input line of the integrator 44.

Der Integrator 44 hält die Einschwinglage ohne Kompensation konstant und kann auch durch ein P-Glied ersetzt werden.The integrator 44 keeps the transient position constant without compensation and can also be replaced by a P element.

Wie bereits oben erwähnt wurde, können durch Verwendung von zwei temperaturabhängigen Bauelementen auch temperatursynchrone Nullpunkteffekte sowie temperaturabhängige Empfindlichkeitsänderungen kompensiert werden. Dabei wird das Ein gangssignal der Kompensat Lonse inr ichtung F (T) durch Summation der beiden Signale der temperaturabhängigen Bauelemente ermittelt. Diese Summation kann wahlweise additiv oder subtrakt iv erfolgen, je nach Vorzeichen der Einzeleffekte.As already mentioned above, by using two temperature-dependent Components also temperature-synchronous zero-point effects as well as temperature-dependent ones Changes in sensitivity are compensated. The input signal is the Compensate Lonse in direction F (T) by summing the two signals of the temperature-dependent Components determined. This summation can be either additive or subtract iv, depending on the sign of the individual effects.

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Figur 4 ein Beispiel für die Summation erläutert werden.In the following, with reference to FIG. 4, an example of the Summation will be explained.

In diesem Fall wird i rd die Temperaturkompensationseinrichtung F (T) durch zwei temperaturabhängige Bauelemente R1 (T) bzw.R2(T) gebildet,die jeweils parallel zueinander liegen und durch eine Spannung U1 bzw. U2 gespeist werden. Die Ausgänge der beiden temperaturabhängigen Bauelemente R1(T) bzw. R2(T) werden zusammengeführt und an eine Regelschleife 48 angelegt, deren Ausgangssignal ein Eingangssignal des Differenzverstärkers 28 beeinflußt.In this case, i rd becomes the temperature compensation device F. (T) formed by two temperature-dependent components R1 (T) and R2 (T), respectively lie parallel to each other and are fed by a voltage U1 or U2. the Outputs of the two temperature-dependent components R1 (T) and R2 (T) are brought together and applied to a control loop 48, the output signal of which is an input signal of the Differential amplifier 28 influenced.

Dabei sind im einzelnen die folgenden unterschiedlichen Fälle möglich: I) Subtraktion: 1.) R1(T)u. R2(T) wirken mit entgegengesetztem Vorzeichen, das heißt, sie haben einen positiven bzw. negativen Temperaturkoeffizienten, während U1 und U2 mit gleichem Vorzeichen wirken; 2.) R1(T) und R2(T) wirken mit gleichem Vorzeichen, das heißt, ihr Temperaturkoeffizient ist entweder positiv oder negativ, während U1 und U2 entgegengesetztes Vorzeichen haben.The following different cases are possible: I) Subtraction: 1.) R1 (T) u. R2 (T) act with opposite signs, that is, they have a positive or negative temperature coefficient, while U1 and U2 act with the same sign; 2.) R1 (T) and R2 (T) act with the same sign, that is, their temperature coefficient is either positive or negative while U1 and U2 have opposite signs.

II) Addition: R1(T) und R (T) wirken mit gleichem Vorzeichen, und auch U und@ U2 haben das gleiche Vorzeichen. II) Addition: R1 (T) and R (T) act with the same sign, and U and @ U2 also have the same sign.

U2 Das Eingangssignal des Differenzverstärkers 28 hängt also von den Temperaturen ab, die an den beiden Meßpunkten vorliegen, an denen die beiden temperaturabhängigen Bauelemente R1 (T) bzw. R2(T) angebracht sind, wodurch sich wie bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 3 eine temperaturabhängige Anderung der Soll-Lage der Arbeitsspule 16 ergibt. U2 The input signal of the differential amplifier 28 depends on from the temperatures at the two measuring points at which the two temperature-dependent components R1 (T) or R2 (T) are attached, whereby as in the embodiment according to FIGS. 1 to 3, a temperature-dependent change the desired position of the work coil 16 results.

Bei einer Anderung der Temperatur ändert sich auch das Aíagnetfeld des Topfmagneten 20, das heißt, die Empfindlichkeit weicht von dem für eine bestimmte Temperatur T eingestellten Wert ab. Ist das für die Spule wirksame Magnetfeld des Topfmagneten 20 abhängig von der Eindringtiefe der Spule in den Topfmagneten 20, so variiert durch eine Minderung der Soll-Lage der Arbeitsspule 16 die Empfindlichkeit. Ist diese Abhängigkeit des Magnetfeldes von der Eindringtiefe beispielsweise parabelförmig, so läßt sich bei vorgegebener Größe der Soll-Lagenänderung (das heißt, bei eingestellter Kompensation des Temperaturkoeffizient-NulIpunkt) die Kompensation des temperaturabhängigen Empfindlichkeitseffektes dadurch innerhalb weiter Grenzen beliebig in Größe und Vorzeichen einstcllen, daß eine geeignete ELndringtiefe der Arbeitsspule 16 ausgewählt wird, um welche die vorgegebene temperaturabhängige Änderung der Soll-Lage stattfinden soll.When the temperature changes, the magnetic field also changes of the pot magnet 20, that is, the sensitivity differs from that for a particular one Temperature T from the set value. Is the effective magnetic field of the coil Pot magnets 20 depending on the penetration depth of the coil in the pot magnets 20, thus the sensitivity varies by reducing the nominal position of the work coil 16. If this dependence of the magnetic field on the penetration depth is, for example, parabolic, in this way, with a given size of the nominal change in position (that is, with a set Compensation of the temperature coefficient zero point) the compensation of the temperature-dependent Sensitivity effect thereby within any further limits Set the size and sign that a suitable penetration depth of the work coil 16 is selected by which the predetermined temperature-dependent change in the target position to be held.

1. e e r s e i t e1. e e r s e i t e

Claims

Electromagnetically compensating weighing or force measuring device claims 1. Electromagnetically compensating weighing or force measuring device with one moving I mounted load receptor, with one coupled to the load receptor, in the air gap a stationary magnet arrangement movable work coil located in a target position, on which a force is exerted when the target position changes, with a position indicator and with one the work coil by influencing the coil current in the target position holding control loop, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h at least one temperature-dependent Component (R (T)) for the temperature-dependent displacement of the load receiver (10) or the work coil (16) from the target position into a compensation measuring position.

2. Electro-magnetically compensating weighing or force measuring device according to claim 1, characterized in that the temperature-dependent component is an electrical component with temperature-dependent resistance (R (T)).

3. Electromagnetic compensating weighing or force measuring device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the temperature-dependent Component (R (T)) is a loose conductor (NTC).

4. Electromagnetic compensating weighing or force measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the control circuit (22) has a t) ifference amplifier (28), the operating point of which is determined by the temperature-dependent Component (R (T)) can be influenced.

5. Electromagnetic compensating weighing or force measuring device according to claim 4, characterized by a potentiometer (34) for setting the Size of the influence on the working point.

6. Electromagnetic compensating weighing or force measuring device according to claim 5, characterized in that the electrical component with temperature-dependent Resistance (R (T)) via the potentiometer (34) to an input line of the differential amplifier (28) is connected.

7. Electromagnetic compensating weighing or force measuring device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the electrical component with temperature dependent resistance (R (T)) between a voltage source (U) and Mass lies.

8. Electromagnetic compensating weighing or force measuring device according to claim 7, characterized in that between the electrical component with temperature-dependent resistance (R (T)) and the voltage source a resistor (32) is located.

9. Electromagnetic compensating weighing or force measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the output signals of the position indicator (24) are given to a differential amplifier (38) whose Output is connected to an input of an integrator (44), and that the operating point of the integrator (44) can be influenced by the temperature-dependent component (R (T)) is.

10. Electromagnetically compensating weighing or force measuring device according to one of claims 1 to 9, characterized by at least two, different Places arranged temperature-dependent components (R1 (T), R2 (T))

11. Electromagnetic compensating weighing or measuring device according to claim 10, characterized in that that the control circuit (22) by a summation of the output signals of the two temperature-dependent Components (R1 (T), R2 (T)) can be influenced.

12. Electromagnetic compensating weighing or force measuring device according to claim 11, characterized in that the effects of the two temperature-dependent Components (R1 (T), R2 (T)) are opposite.

13. Electromagnetically compensating weighing or force measuring device according to claim 11, characterized in that the effects of the two temperature-dependent Components (R1 (T) R2 (T)) are rectified.

14. Electromagnetically compensating weighing or force measuring device according to one of the claims 10 to 13, characterized in that the output s i gna 1 e of r temperature-dependent Components (R1 (T), R2 (T)) are brought together and applied to a control loop (48) by the output signal an input signal of the control circuit (22) can be influenced.

15. Electromagnetically compensating weighing or force measuring device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the on the work coil (16) when the target position changes, the force exerted by spring elements is generated will.

16. Electromagnetic compensating weighing or force measuring device according to claim 15, characterized in that the force by spring elements of a Parallel guide (12) is generated.

17. Electromagnetic compensating weighing or force measuring device according to claim 15, characterized in that the force is generated by a helical spring is produced.

18. Electromagnetically compensating weighing or force measuring device according to one of claims 1 to 14, characterized in that when there is a change the target position on the work coil (16) exerted force by the beam of a beam balance is produced.

19. Electromagnetic compensating weighing or force measuring device according to one of claims 1 to 14, characterized in that when there is a change the target position on the work coil (16) force exerted by magnetic forces which occur between the fixed and the movable part of the arrangement.