DE2924080C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Waage mit einer Kompensationsvorrichtung, bei der die Gegenkraft zum Ausgleich der Kraft der zu messenden Last durch einen elektrischen Strom in Zusammenwirken mit einem Magnet­ system erzeugt wird, wobei der Strom von einem nachge­ schalteten A/D-Wandler in kurzen, zeitgleichen Inter­ vallen zu digitalen Teilmeßergebnissen verarbeitet wird, und mit Schaltungsmittel, mit denen die Anzahl der Teilmessungen, die für die Anzeige des Ergebnisses heran­ gezogen werden, in mindestens zwei Stufen verändert werden kann.

Es ist (z. B. aus der DE-OS 23 24 514) bekannt, unter ungünstigen Wägebedingungen durch Verlängerung der Meßzeit (höhere Anzahl der Teilmessungen) bei hochauflösenden Waagen eine ruhigstehende Meßwertanzeige zu bekommen. Dies erfordert aber bei Dosier- oder Einwägevorgängen - wo eine schnell folgende Meßwertanzeige erforderlich ist - ein manuelles Umschalten der Meßzeit hin zu kurzen Integra­ tionszeiten (geringere Anzahl der Teilmessungen). Dadurch ist ein dauerndes Eingreifen der Bedienungsperson not­ wendig.

Weiter ist es (z. B. aus der DE-OS 27 18 769) bekannt, dieses manuelle, von der Bedienungsperson durchgeführte Umschalten zwischen kurzen und langen Integrationszeiten durch ein automatisches Umschalten zu ersetzen. Dabei werden aufeinanderfolgende Meßergebnisse miteinander verglichen und bei einer großen Differenz (z. B. beim Dosieren) eine kurze Integrationszeit eingestellt und bei einer kleinen Differenz eine lange Integrationszeit. Nachteilig an dieser bekannten Ausführungsform ist jedoch, daß bei langen Integrationszeiten nur in verhältnismäßig langen Zeitabständen ein Vergleich der aufeinanderfolgenden Meßergebnisse möglich ist. Beträgt z. B. die längste Inte­ grationszeit 4 s, so liegen nur alle 4 s Meßergebnissen vor, die mit dem jeweils vorhergehenden Meßergebnis verglichen werden können. Wird nun bei ruhigstehender Waage und damit langer Integrationszeit eine Dosierung begonnen oder eine beliebige Last aufgelegt, so kann es bis zu 4 s dauern, bis die Waage anhand des neuen Meßergebnisses die Laständerung bemerkt und die Verkürzung der Integrationszeit veranlassen kann. Diese lange Wartezeit ist unbefriedigend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei hoch­ auflösenden Waagen der eingangs genannten Art die Anpassung der Integrationszeit an den Wägevorgang zu optimieren, insbesondere eine lange Wartezeit bei langen Integrations­ zeiten zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach jeder Teilmessung eine Hochrechnung des zu erwartenden Ergebnisses erfolgt, indem die digitalen Teilmeßergebnisse mit einem Faktor, der der jeweils vorgegebenen Anzahl der Teilmessungen entspricht, multipliziert werden,
daß das Ergebnis dieser Hochrechnung vom letzten kompletten Meßergebnis subtrahiert wird,
daß diese Differenzen aufsummiert und in einem Trendregister gespeichert werden,
daß der Inhalt des Trendregisters fortlaufend mit mindestens einer vorgegebenen Trendgrenze verglichen wird und
daß bei Überschreitung der Trendgrenze die Summation von Teilmeßergebnissen sofort beendet wird, während bei Unterschreitung der vorgegebenen Trendgrenze die Summation bis zum Erreichen der vorgegebenen Anzahl der Teilmessungen fortgesetzt wird.

Es wird also nicht erst beim Vorliegen eines neuen Meß­ wertes der Vergleich mit dem letzten Meßwert durchgeführt, sondern auf der Grundlage jeder Teilmessung erfolgt eine Hochrechnung und ein Vergleich mit dem letzten kompletten Meßwert. Da naturgemäß diese Hochrechnungen auf der Grund­ lage einer einzelnen Teilmessung stärker schwanken als der komplette Meßwert, steuern die Abweichungen vom letzten kompletten Meßwert nicht direkt die Umschaltung der Integrationszeit, sondern sie werden aufsummiert und in einem Trendregister gespeichert und mit einer Trendgrenze verglichen. Dadurch verändern statische Schwankungen den Inhalt des Trendregisters nicht wesentlich, während große Laständerungen sehr schnell (z. B. nach 2 Teil­ messungen) und kleinere Laständerungen etwas langsamer (z. B. nach 10 Teilmessungen) zu einem Anwachsen des im Trendregister aufsummierten Wertes über die Trendgrenze hinaus führen.

Bei Überschreiten der Trendgrenze wird die Summation von Teilmeßergebnissen sofort beendet und beispielsweise nicht eine bestimmte Mindestanzahl von Teilmessungen (entspre­ chend der kürzesten vorgesehenen Integrationszeit) durchgeführt. Dadurch wird die Reaktionszeit der Waage nochmal deutlich verkürzt.

Derartige Waagen können dadurch beispielsweise mit sehr langen Integrationszeiten ausgestattet werden und damit auch unter ungünstigen Wägebedingungen ruhige, still­ stehende Meßwerte liefern und können trotzdem bei Laständerungen schnell umschalten und bei Dosiervorgängen der sich ändernden Last schnell folgende Meßwerte zur Anzeige bringen.

Die Erfindung kann an den jeweiligen Waagentyp mit unterschiedlichen Auflösungen, Dämpfungsverhalten und Belastungswerten, sowie an den Aufstellort durch wählbare maximale oder minimale Integrationszeiten und durch die Anzahl und Größe der Trendgrenzen optimal angepaßt werden.

Spezielle Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Blockschalt­ bildes in einem Ausführungsbeispiel erläutert. Aus diesem Blockschaltbild ist erkennbar, daß die Waage 1 ein analoges Meßsignal liefert, das vom A/D-Wandler 2 fortlaufend in Zählimpulsen umgeformt wird, die vom Zähler 3 gezählt werden. Diese Teilmeßergebnisse können somit in kurzen, zeitgleichen Intervallen vom Zähler 3 abgerufen werden. Synchron gesteuert vom Oszillator mit Logik 4 werden die Teilmeßergebnisse in das Additionswerk 13 und das Multiplizierwerk 5 übernommen. Der Zähler 3 wird anschließend auf Null zurückgesetzt und steht für die Zählung der Zählimpulse der nächsten Teilmessung zur Verfügung. Der Inhalt des Multiplizierwerkes 5 wird mit einem konstanten Faktor aus dem Multiplikator 6 multi­ pliziert, das Ergebnis im Subtrahierwerk 7 vom letzten kompletten Meßergebnis aus dem Meßergebnisspeicher 8 subtrahiert, die Differenzen im Addierwerk 9 aufsummiert und im Trendregister 10 gespeichert. Der Inhalt des Trendregisters 10 wird im Vergleicher 11 mit mindestens einer Trendgrenze 12 verglichen und bei Überschreitung der Trendgrenze 12 wird die Summation der Teilmeßergebnisse sofort beendet, das bisherige Zwischenergebnis gelöscht und anschließend mit einer neuen, kurzen Integrationszeit begonnen. Wird die Trendgrenze 12 nicht überschritten, so wird die Summation der Teilmeßergebnisse solange fortgesetzt bis der Inhalt des Trendregisters 10 die Trendgrenze 12 überschreitet oder bis die vorgegebene Anzahl der Teilmessungen erreicht ist. Der neue Meßwert wird im letzteren Fall vom Addierwerk 13 in den Meß­ ergebnisspeicher 8 geschrieben, vom Multiplizierwerk 14 gewertet und von dort bis zu Ermittlung eines nächsten Meßwertes in die Anzeige 15 geschrieben.

Beispielsweise wird ein A/D-Wandler 2 verwendet, der 256 Teilmeßergebnisse pro Sekunde liefert. Vom Zähler 3 können also alle 3,9 ms Teilmeßergebnisse abgerufen werden. Bei einer gewählten kürzesten Integrationszeit von 1 Sekunde müssen somit 256 Teilmeßergebnisse im Addier­ werk 13 addiert werden, deren Summe im Meßergebnis­ speicher 8 für 1 Sekunde gespeichert und in der Anzeige 15 angezeigt wird. Im Ausführungsbeispiel sei die Waage für eine Maximallast von 160 g mit einer Auflösung von 0,1 mg ausgerüstet. Der Meßergebnisspeicher 8 muß daher 1 600 000 Schritte speichern. Die Zählkapazität des Zählers 3 beträgt 1 600 000/256 = 6250 Schritte. Eine Lastauflage auf die Waage 1 führt dazu, daß der Vergleicher 11 ein Über­ schreiten der max. Trendgrenze signalisiert, so daß über die Leitung 16 gesteuert, die im Addierwerk 13 bereits addierten Teilmeßergebnisse gelöscht werden. Das Addier­ werk 13 beginnt mit einer erneuten Addition von Teilmeß­ ergebnissen aus dem Zähler 3. Nach 1 sec übernimmt der Meßergebnisspeicher 8 das Meßergebnis, leitet dieses über das Multiplizierwerk 14, das den Meßwert mit dem Multi­ plikator 1 bewertet, zur Anzeige 15. Stabilisieren sich die Teilmeßergebnisse nach diesem Einschwingvorgang der Waage 1, so unterschreitet der Inhalt des Trendregisters einen nächstkleineren Wert, der als zweite Trendgrenze 12 gewählt wurde, und der Vergleicher 11 meldet dem Addier­ werk 13, daß die doppelte Anzahl von Teilmeßergebnissen addiert werden soll (2 × 256 = 512). Die Integrationszeit beträgt nun 2 sec. Ferner wird dem Multiplizierwerk 14 mitgeteilt, den Wert vom Meßergebnisspeicher 8 kommend mit dem Faktor 0,5 zu multiplizieren und zur Anzeige 15 zu bringen.

Wird danach eine dritte Trendgrenze unterschritten, werden Teilmeßergebnisse bis zu 4 sec (4 × 256 = 1024) addiert und der Inhalt des Meßergebnisspeichers 8 vom Multiplizier­ werk 14 mit dem Faktor 0,25 multipliziert und zur An­ zeige 15 gebracht.

Um ein Stillstandssignal in der Anzeige zu erhalten, ist es bekannt, mehrere digitale Meßergebnisse zu vergleichen und bei Gleichheit oder nur geringer Abweichung von z. B. ±1 digit Stillstand zu signalisieren. Dieses Verfahren ist jedoch bei langen Integrationszeiten sehr langsam. Daher ist vorgesehen, daß der Vergleicher 11 bei Unterschreiten der kleinsten vorgegebenen Trendgrenze direkt über die Leitung 17 den Stillstand der Waage an die Anzeige meldet.

Arbeitet der A/D-Wandler nach dem Mehrfach-Rampen-Verfahren gemäß DE-AS 21 14 141, so muß - wie in der DE-AS 21 14 141 im einzelnen erläutert - jedes Meßergebnis genau ein gerundetes Teilmeßergebnis enthalten, um eine stabile Anzeige zu erhalten. Deshalb ist vorgesehen, daß der Vergleicher 11 über eine Leitung 18 dem A/D-Wandler das Ende der Summation von Teilmeßergebnissen meldet, um ein Teilmeßergebnis mit Rundung zu erhalten. Dieses Teilmeß­ ergebnis mit Rundung wird dann als erstes Teilmeß­ ergebnis eines neuen Meßergebnisses verarbeitet, so daß sichergestellt ist, daß jedes Meßergebnis genau ein gerundetes Teilmeßergebnis enthält.

Claims (4)

1. Elektrische Waage mit einer Kompensationsvorrichtung, bei der die Gegenkraft zum Ausgleich der Kraft der zu messenden Last durch einen elektrischen Strom in Zusammenwirken mit einem Magnetsystem erzeugt wird, wobei der Strom von einem nachgeschalteten A/D-Wandler in kurzen, zeitgleichen Intervallen zu digitalen Teil­ meßergebnissen verarbeitet wird, und mit Schaltungs­ mitteln, mit denen die Anzahl der Teilmessungen, die für die Anzeige des Ergebnisses herangezogen werden, in mindestens zwei Stufen verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet,

• - daß nach jeder Teilmessung eine Hochrechnung des zu erwartenden Ergebnisses erfolgt, indem die digitalen Teilmeßergebnisse mit einem Faktor, der der jeweils vorgegebenen Anzahl der Teilmessungen entspricht, multipliziert werden,
• - daß das Ergebnis dieser Hochrechnung vom letzten kompletten Meßergebnis subtrahiert wird,
• - daß diese Differenzen aufsummiert und in einem Trendregister (10) gespeichert werden,
• - daß der Inhalt des Trendregisters (10) fortlaufend mit mindestens einer vorgegebenen Trendgrenze (12) verglichen wird und
• - daß bei Überschreitung der Trendgrenze (12) die Summation von Teilmeßergebnissen sofort beendet wird, während bei Unterschreitung der vorgegebenen Trend­ grenze (12) die Summation bis zum Erreichen der vorgegebenen Anzahl der Teilmessungen fortgesetzt wird.

2. Waage nach Anspruch 1 mit mehreren Trendgrenzen (12), dadurch gekennzeichnet, daß ein Stillstandssignal an die Anzeige abgegeben wird, wenn der Inhalt des Trend­ registers (10) die kleinste vorgegebene Trendgrenze unterschreitet.

3. Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit einem A/D-Wandler gemäß DE-AS 21 14 141, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Meßergebnis genau ein gerundetes Teilmeßergebnis enthält.

4. Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das erste Teilmeßergebnis gerundet ist.