DE2924503A1 - Kraftmessdose - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßdose, insbesondere zur
• Gewichtsermittlung eines zumindest teilweise darauf abgestützten Gegenstandestmit einem zur Abstützfläche offenen Hohlraum, welcher durch einen Deckel abgeschlossen ist, mit an der dem Deckel gegenüberliegenden Innenfläche angebrachten, zu einer Brücke zusammengeschalteten Dehnungsmeßstreifen und mit einer in den Hohlraum eingeführten Zuleitung zur Speisung der Brückenschaltung und zur Signalableitung.
• Derartige Kraftmeßdosen werden z.B. zur laufenden Messung des Inhalts von Behältern verwendet, indem unter einen Abstützfuß des Behälters eine Kraftmeßdose angeordnet wird.
• Die auf die Kraftmeßdose wirkende Gewichtskraft ist dem Gesamtgewicht des Behälters proportional, so daß bei bekanntem Leergewicht des Behälters die Gewichtsfüllung über das Ausgangssignal der Kraftmeßdose ermittelt werden kann.
• Bei bekannten Kraftmeßdosen dieser Art wird die Brückenspannung über flexible Leitungen von außen der Kraftmeßdose zugeführt. Das Ausgangssignal wird unmittelbar von der Brücke abgenommen und ebenfalls durch die flexible Zuleitung zu einem in einer gewissen Entfernung vorgesehenen Steuergerät geführt, wo die Verarbeitung des Signals stattfindet.
• Nachteilig an der bekannten Kraftmeßdose ist, daß die Brücke sehr schwer abzugleichen ist und daß die Zuleitung zur Kraftmeßdose sorgfältig abgeschirmt sein muß, um das schwache Ausgangssignal nicht durch äußere Einflüsse zu stören.
• Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, eine Kraftmeßdose der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der der Brückenabgleich auf einfache und unkomplizierte Weise erfolgen kann und keine aufwendige flexible Zuleitung erforderlich ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Hohlraum ein das von der Brückenschaltung abgegebene Signal in ein störungsunempfindliches Ausgangssignal umsetzender Wandler untergebracht ist, der vorzugsweise an der Innenseite des Deckels befestigt ist. Zweckmäßig ist der Wandler auf einer Schaltungsplatte angeordnet, welche ihrerseits an der Innenseite des Deckels angebracht ist.
• Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wandler bzw. die ihn tragende Schaltungsplatte an drei nicht auf einer Linie liegenden, elektrisch isoliert durch den Deckel geführten, starren Leitungsdurchführungen befestigt ist.
• Aufgrund dieser Ausbildung sind der Wandler und die Dehnungsmeßstreifen der Brückenschaltung thermisch gekoppelt, so daß eine einfache Temperaturkompensation im unkritischen Verstärkerteil möglich ist. Erfindungsgemäß wird dabei vorteilhafterweise der in der Kraftmeßdose ohnehin vorhandene Raum ausgenutzt. Anstelle eines störanfälligen schwachen Signals wird durch die Anordnung des Wandlers in der Kraftmeßdose ein verstärktes unempfindliches Ausgangssignal bereitgestellt. Besonders vorteilhaft ist es, daß anstelle einer aufwendigen vieradrigen abgeschirmten Meßleitung, deren Leitungswiderstand abhängig von der Länge und der jeweiligen Umgebungstemperatur ist, eine unkritische drei- oder zweiadrige ungeschirmte Steuerleitung verwendet werden kann, deren Länge und Umgebungstemperatur die Messung in keiner Weise beeinflußt.
• Die Leitungsführung ist wesentlich vereinfacht und kann sogar parallel zur Starkstromleitung zum Steuerschrank erfolgen. Auch die Steckverbindungen und die Leitungsführung im Steuerschrank sind wesentlich vereinfacht, da ein relativ starkes, störsicheres Ausgangssignal vorliegt.
• Besonders vorteilhaft ist weiter, daß der Wandler an dem Deckel befestigt ist, welcher außerhalb des Kraftflusses zwischen dem zu wiegenden Gegenstand und der Abstützfläche liegt. Der empfindliche Wandler wird daher von den erheblichen, an der Kraftmeßdose auftretenden Kräften in keiner Weise tangiert.
• Dadurch daß der Wandler am Deckel befestigt ist, kann er vor Aufsetzen des Deckels auf die Meßdose ohne weiteres montiert werden. Die sich von dem Wandler zu der Brückenschaltung erstreckenden Leitungen sind dabei wesentlich länger als der Abstand dieser Elemente in der fertigen Kraftmeßdose. Außerdem sind die Verbindungsleitungen flexibel ausgebildet, so daß Anbau des Wandlers an die Innenseite des Deckels vor dessen Aufsetzen auf den Hohlraum ohne weiteres möglich ist.
• Besonders vorteilhaft ist es, wenn der in der Kraftmeßdose vorgesehene Wandler ein Spannungs-Stromwandler ist. Dieser enthält vorzugsweise einen Spannungsregler mit Referenz, der die Brückenschaltung speist. Zweckmäßig enthält der Wandler auch einen vom Ausgang der Brückenschaltung gespeisten Differenzverstärker mit nachgeschaltetem Regler, der den von einem steuerbaren Halbleiterbauelement gezogenen Strom auf einen dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers entsprechenden Wert einregelt.
• Im Kollektorkreis eines das steuerbare Halbleiterbauelement darstellenden Transistors kann ein veränderbarer Widerstand angeordnet sein, von dem eine dem Iststrom proportionale Spannung abgegriffen und dem Regler zugeführt ist.
• Der Ausgangs strom kann entweder über eine besondere Leitung vom Emitter des Transistors abgenommen sein; oder der Emitter des Transistors ist über einen Widerstand mit der anderen Spannungszuleitung verbunden, wobei der Ausgangsstrom an den Spannungszuleitungen abgenommen ist.
• Aufgrund dieser vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung können durch den Abgleich des Differenzverstärkers gleichzeitig die Fehler der Brücke mit abgeglichen werden, indem lediglich ein einziger Abgleichwiderstand des Differenzverstärkers verstellt wird. Anstelle des störanfälligen Signales im Millivolt-Bereich wird so ein verstärktes Ausgangssignal mit eingeprägtem Strom als Normsignal erhalten, welches problemlos aus der Kraftmeßdose herausgeführt werden kann. Normalerweise bewegt sich das Norm-Stromsignal zwischen 4 und 20 mA.
• Der Signalausgang der erfindungsgemäßen Kraftmeßdose ist also extrem hochohmig.
• Während mittels des Widerstandes im Differenzverstärker der Nullpunkt der Ausgangskennlinie verändert werden kann, dient der im Kollektorkreis des Transistors vorgesehene Widerstand zur Regelung der Steilheit der Ausgangskennlinie. Durch zwei Verstellungen können damit folgende Toleranzen eliminiert werden: a) die Höhe der Brückenspeisespannung am Spannungsregler mit Referenz; b) Eingangswiderstand der Brückenschaltung; c) Ausgangswiderstand der Brückenschaltung; d) Nullpunktfehler der Brücke; e) Steilheitsfehler der Brücke; f) Eingangswiderstand des Differenzyerstärkers; g) Verstärkungsfehler des Differenzverstärkers und des Reglers; h) Nullpunktfehler des Differenzverstärkers und des Reglers. -Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Kraftmeßdose und Fig. 2 das Blockschaltbild des in der Kraftmeßdose nach Fig.1 angeordneten Wandlers.
• Nach den Fig. 1 und 2 sind an dem von der Meßkraft K beaufschlagten Boden 26 der erfindungsgemäßen Kraftmeßdose 10 innen vier Dehnungsmeßstreifen 13a,b,c,d befestigt, von denen sich in bekannter Weise die beiden Streifen 13a, 13d im Druckbereich, die heiden Streifen 13h, 13c im Zugbereich befinden.
• Flexible Leitungen 18 yerbinden die zu einer Brückenschaltung 15 zusaminengeschalteten Dehnungsmeßstreifen 13 mit einem Wandler 16, der auf einer Schaltungsplatte 16' angeordnet ist. Die Schaltungsplatte 16' ist an drei Leitungsdurchführungen 17 befestigt, welche elektrisch isoliert durch einen Deckel 11 hindurchgeführt sind, der den Hohlraum 12 der Meßdose von unten dicht verschließt. Der Deckel 11 besteht aus dünnem 5tahlblech., während die Kraftmeßdose 10 aus Edelstahl besteht.
• Unterhalb des Deckels 11 befindet sich ein weiterer Hohlraum 27, durch den drei Adern 14', 14", 14"' der seitlich eingeführten Zuleitung 14 zu den Anschlüssen der Leitungsdurchführungen 17 verlaufen, und in dem gegebenenfalls eine zusätzlich über die Zuleitung 14 eingeführte yierte Ader als Masseleitung in galvanischer Verbindung mit der Kraftmeßdose 10 untergebracht sein kann Bohrungen 28 in den massiven Rändern der Kraftmeßdose 10 dienen zur Befestigung derselben an der Abstützfläche 29.
• Nach Fig. 2 wird de Brückenschaltung 15 durch die beiden Spannungszuleitungen 14', 14all über einen Spannungsregler 19 mit Referenz gespeist. Als Schutz gegen Falschpolung ist vor dem Spannungsregler eine Diode 30 eingeschaltet, Das Ausgangssignal der Brückenschaltung 15 ist an den Eingang eines Differenzverstärkers. 20 angelegt, welcher den Regelwiderstand 24 enthält, mittels dessen der Nullpunkt der Ausgangskennlinie yerstellbar ist, Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers ist als Sollsignal an einen Regler 21 angelegt, dem außerdem ein Istsignal I zugeführt ist, welches von einem an den Spannungsregler 19 angelegten vorzugsweise regelbaren Widerstand 23 abgegriffen ist. Der Widerstand 23 liegt außerdem am Kollektor eines Transistors 22, dessen Basis an den Ausgang des Reglers angeschlossen ist, während sein Emitter über eine weitere als Falschpolungsschutz vorgesehene Diode 31 an die Ausgangsstromleitung 14"' angelegt ist.
• Alternativ könnte der Emitter auch über einen gestrichelt angedeuteten Widerstand 25 an die Ausgangsleitung 14" angelegt werden, so daß dann nur eine zweiadrige Leitungsführung zwischen Steuerschrank und Kraftmeßdose erforderlich wäre. Diese alternative Lösung erfordert jedoch höhere Ströme als es die Norm zuläßt oder bedingt hochohmige Dehnungsmeßstreifen, so daß die Lösung mit einer dritten Steuerleitung 14"' bevorzugt ist.
• Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung brauchen zum Abgleich der Brücke lediglich die Regelwiderstände 23, 24 verändert zu werden, bis innerhalb eines vorgegebenen Kraftvariationsbereiches die Ausgangsströme an der Leitung 14"' beispielsweise zwischen 4 und 20 mA variieren. Abgesehen von der Unempfindlichkeit des aus der Kraftmeßdose austretenden Ausgangssignals wird somit ein extrem einfacher Abgleich ermöglicht. Die thermische Kopplung der Brückenschaltung 15 und des Verstärkers 20 wirkt sich vorteilhaft aus, weil so ohne weiteres eine thermische Kompensation möglich ist.
• Leerseite

Claims (11)

1. Kraftmeßdose Patentansprüche: X Kraftmeßdose, insbesondere zur Gewichtsermittlung eines zumindest teilweise darauf abgestützten Gegenstandes, mit einem zur Abstatzfläche offenen Hohlraum, welcher durch einen Deckel abgeschlossen ist, mit an der dem Deckel gegenuberliegenden Innenfläche angebrachten, zu einer Brücke zusammengeschalteten Dehnungsmeßstreifen und mit einer in den Hohlraum eingeführten Zuleitung zur Speisung der Brückenschaltung und zur Signalableitung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Hohlraum (12) ein das von der Bruckenschaltung (15) abgegebene Signal in ein störungsunempfindliches Ausgangssignal umsetzender Wandler (16) untergebracht ist
2. 2. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Wandler (16) an der Innenseite des Deckels (11) befestigt ist.
3. 3. Kraftmeßdose nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Wandler (16) auf einer Schaltungsplatte (16') angeordnet ist, welche ihrerseits an der Innenseite des Deckels (11) befestigt ist.
4. 4. Kraftmeßdose nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Wandler (16) bzw. die ihn tragende Schaltungsplatte <16i) an drei nicht auf einer Linie liegenden, elektrisch isoliert durch den Deckel (11) geführten, starren Leitungsdurchführungen (17) befestigt ist.
5. 5. Kraftmeßdose nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die sich von dem Wandler (16) zu der Brückenschaltung (15) erstreckenden Leitungen (18) wesentlich länger als der Abstand dieser Elemente und flexibel ausgebildet sind.
6. 6. Kraftmeßdose nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wandler ein Spannungs-Strom-Wandler (16) ist.
7. 7. Kraftmeßdose nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Wandler (16) einen Spannungsregler (19) mit Referenz enthält, der die Brückenschaltung (15) speist.
8. 8. Kraftmeßdose nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Wandler (16) einen vom Ausgang der Brückenschaltung (15) gespeisten Differenzverstärker (20) mit nachgeschaltetem Regler (21) enthält, der den von einem steuerbaren Halbleiterbauelement (22) gezogenen Strom auf einen dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers (20) entsprechenden Wert einregelt.
9. 9. Kraftmeßdose nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß im Kollektorkreis eines das steuerbare Halbleiterbauelement darstellenden Transistors (22) ein veränderbarer Widerstand (23) angeordnet ist, von dem eine dem Iststrom proportionale Spannung (I) abgegriffen und dem Regler (21) zugeführt ist.
10. 10. Kraftmeßdose nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Ausgangs strom über eine besondere Leitung (14"') vom Emitter des Transistors (22) abgenommen ist.
11. 11. Kraftmeßdose nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Emitter des Transistors (22) über einen Widerstand (25) mit der anderen Spannungszuleitung verbunden ist und der Ausgangsstrom an den Spannungszuleitungen (14', 14") abgenommen ist.