DE2928796A1 - Electromagnetic force compensation balance - provides order non-linearity correction using correction coil non-linear current supply controller - Google Patents
Electromagnetic force compensation balance - provides order non-linearity correction using correction coil non-linear current supply controllerInfo
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Abstract
Description
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch kraftkompensierende Waage mit einem Permanentmagnet-System und einer in dessen Luftspalt eintauchenden stromdurchflossenen Kompensationsspule, welche mit dem beweglichen Lastaufnehmer verbunden ist, mit einer die Größe des Kompensationsstromes bestimmenden Regelschaltung und einer im Permanentmagnet-System ortsfest angeordneten Korrekturspu le, mit welcher der Einfluß des Kompensationsstromes auf das Magnetfeld im Luftspalt korrigierbar ist.The invention relates to an electromagnetically force-compensating Balance with a permanent magnet system and one that is immersed in its air gap current-carrying compensation coil, which is connected to the movable load receiver is connected to a control circuit which determines the size of the compensation current and a fixedly arranged correction coil in the permanent magnet system, with which the influence of the compensation current on the magnetic field in the air gap can be corrected is.
Bei Waagen dieser Art spielt die Linearität, d.h. die exakte Proportionalität über den gesamten Wägebereich zwischen der Größe des Kompensationsstromes und dem zu kompensierenden Gewicht eine entscheidende Rolle. Die Linearität wird vor allem dadurch beeinträchtigt, daß der Kompensationsstrom dem Feld des Permanentmagneten ein weiteres Feld überlagert, dessen GröBe und Richtung von der Stromstärke und der Magnetgestaltung abhängt. Durch die daraus resultierende Verstärkung oder auch Abschwächung des Permanentmagnetfeldes ergibt sich zwangsläufig d J eine Änderung der Ableitung d Fmit Änderung der Kraft F und somit ein unlinearer Zusammenhang zwischen Gewicht und GroBe des Kompensationsstromes.Linearity, i.e. exact proportionality, plays a role in balances of this type Over the entire weighing range between the size of the compensation current and the weight to be compensated plays a crucial role. The linearity is above all affected by the fact that the compensation current is the field of the permanent magnet another field is superimposed, the size and direction of which depends on the current strength and depends on the magnet design. Through the resulting reinforcement or else A weakening of the permanent magnetic field inevitably results in a change of the derivative d F with a change in the force F and thus a non-linear relationship between weight and size of the compensation current.
Bei einer bekannten Waage der eingangs genannten Bauart (US-PS 27 80 101) wurde bereits vorgeschlagen, in Serie mit der Kompensationsspule eine Hilfsspule um den Eisenkern im Magnetsystem zu legen, welche ihrerseits den EinfluB des Kompensationsstroms auf das Magnetfeld im Luftspalt kompensiert.In a known scale of the type mentioned at the beginning (US Pat 80 101) it has already been proposed to use an auxiliary coil in series with the compensation coil in order to place the iron core in the magnet system, which in turn has the influence of the compensation current compensated for the magnetic field in the air gap.
Die Korrekturspule ist somit in den Regelkreis einbezogen und wird demgemäß von demselben Strom bzw. einem Teil dieses Stromes durchflossen, der die Kompensationsspule durchfließt.The correction coil is thus included in the control loop and is accordingly flowed through by the same stream or a part of this stream that the Compensation coil flows through.
Eine solche Schaltung hat folgende Nachteile.Such a circuit has the following disadvantages.
Da es wegen des notwendigen Abgleiches der Korrekturspule erforderlich ist, einen ohmschen Widerstand parallel zu schalten, ergeben sich Verschiebungen des Abgleichs bei Temperaturänderungen wegen der unterschiedlichen Temperatur-Koeffizienten von Korrekturspule und Parallelwiderstand. Wie rechnerisch nachprüfbar ist, ergeben sich die größten Abweichungen, wenn der Parallelwiderstand und die Korrekturspule den gleichen Widerstandswert haben. Für üblicherweise verwendete Widerstände ergeben sich in Verbindung mit Kupferdrahtspulen für Temperaturunterschiede von 10 K im Arbeitstemperaturbereich Änderungen von 1 E der Wirksamkeit der Korrekturspule. Bei hochauflösenden elektromagnetischen Wägesystemen führt diese Erscheinung zu unzulässigen Fehlern.Since it is necessary because of the necessary adjustment of the correction coil is to connect an ohmic resistor in parallel, there are shifts the adjustment in case of temperature changes due to the different temperature coefficients of correction coil and parallel resistor. How arithmetically verifiable is shown the largest deviations when the parallel resistor and the correction coil have the same resistance value. For commonly used resistors in connection with copper wire coils for temperature differences of 10 K im Working temperature range changes of 1 E in the effectiveness of the correction coil. In high-resolution electromagnetic weighing systems, this phenomenon leads to impermissible errors.
Bei verschiedenen komplexen Magnetsystemen, die für elektromagnetisch kompensierende Wägeeinrichtungen eingesetzt werden, treten weiterhin Abweichungen der Justierkurve des Wägesystems von einer Geraden auf, die durch eine Schaltungsanordnung der vorbekannten Art nicht beseitigt werden können. Es handelt sich dabei um Fehler höherer Ordnung, die durch die quadratische Korrektur der beschriebenen Spulenanordnung nicht linearisiert werden.With various complex magnet systems that are used for electromagnetic If compensating weighing devices are used, deviations continue to occur the adjustment curve of the weighing system from a straight line through a circuit arrangement of the previously known type cannot be eliminated. These are errors higher order, which is due to the quadratic correction of the coil arrangement described cannot be linearized.
Da bei der bekannten Spulenanordnung beide Spulen in einem Stromkreis liegen, was regelungstechnisch vorteilhaft ist, sind sie in ihrer Dimensionierung voneinander abhängig, was einerseits nachteilig bei der Auslegung der elektronischen Schaltung ist und andererseits auch die Flexibilität und Einsatzfähigkeit der Spulen einschränkt.Since in the known coil arrangement, both coils in one circuit what is advantageous in terms of control technology, they are in their dimensioning interdependent, which is disadvantageous on the one hand in the design of the electronic Circuit is and on the other hand also the flexibility and usability of the coils restricts.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln bei einer Waage der eingangs genannten Bauart eine abgleichbare, temperaturunabhängige Linearisierungsschaltung vorzusehen, die auch Nichtlinearitäten höherer Ordnung zu korrigieren gestattet.The invention is therefore based on the object with simple means In the case of a balance of the type mentioned at the beginning, an adjustable, temperature-independent Provide linearization circuit that also high-order non-linearities allowed to correct.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine in Abhängigkeit von dem durch die Kompensationsspule fließenden Strom gesteuerte Stromquelle vorgesehen ist, die den durch die Korrekturspule fließenden Strom liefert.This object is achieved according to the invention in that a dependent current source controlled by the current flowing through the compensation coil is provided which supplies the current flowing through the correction coil.
Der durch die Korrekturspule fließende Strom ist lediglich eine Funktion des durch die Kompensationsspule fließenden Stromes und nicht mehr, wie bei vorbekannten Anordnungen, in seiner Größe direkt abhängig vom Kompensationsstrom. Dadurch wird die Korrekturspule in ihrer Dimensionierung weitgehend unabhängig von der Kompensationsspule.The current flowing through the correction coil is just a function of the current flowing through the compensation coil and no more, as with previously known Arrangements, the size of which is directly dependent on the compensation current. This will the dimensioning of the correction coil is largely independent of the compensation coil.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Steuerspannung für die Stromquelle an einem Meßwiderstand abgegriffen, der vom Strom durch die Kompensationsspule durchflossen wird. Zwischen dem von der Stromquelle gelieferten Strom und der Steuerspannung besteht ein wählbarer funktioneller Zusammenhang.In a further embodiment of the invention, the control voltage for the current source is tapped at a measuring resistor, the current through the compensation coil is traversed. Between the current supplied by the power source and the control voltage there is a selectable functional relationship.
Der Erfindungsgedanke ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt schematisch eine Waage mit elektromagnetischer Last kompensation mit einem Blockschaltbild der zugehörigen Elektronik.The concept of the invention is based on one embodiment attached drawing explained in more detail. This shows schematically a balance with electromagnetic Load compensation with a block diagram of the associated electronics.
Der mechanische Teil der Waage besteht aus einem beweglichen Lastaufnehmer 3, der die Lastschale 7 trägt und der über zwei Lenker 5 und 6 in Form einer Prallelführung mit dem ortsfesten Teil 1 der Waage verbunden ist. Als Federgelenke dienen jeweils Blattfedern 5a, 5b, 6a, 6b an den Enden der Lenker 5 und 6. Der Lastaufnehmer 3 trägt an einem vorstehenden Arm 4 bzw. bei Hebelwaagen mittels eines Übersetzungshebels die Kompensationsspule 9, die mit dem Feld eines ortsfesten Permanentmagneten 2 in Wechselwirkung steht. Um den Eisenkern 2' des Permanentmagneten 2 ist die Korrekturspule 17 gewickelt. Der elektrische Regelkreis für die elektromagnetische Kraftkompensation besteht aus einem Lagensensor 11, der die Lage des beweglichen Lastaufnehmers 3 abtastet, einem Vorverstärker 12 und einem Leistungsverstärker 13.The mechanical part of the scale consists of a movable load receiver 3, which carries the load tray 7 and which has two links 5 and 6 in the form of a parallel guide is connected to the stationary part 1 of the balance. Serve as spring joints in each case Leaf springs 5a, 5b, 6a, 6b at the ends of the links 5 and 6. The load receiver 3 carries on a protruding arm 4 or in the case of lever balances by means of a transmission lever the compensation coil 9, which with the field of a stationary permanent magnet 2 is in interaction. The correction coil is around the iron core 2 'of the permanent magnet 2 17 wrapped. The electrical control circuit for electromagnetic force compensation consists of a Position sensor 11, which shows the position of the movable load receiver 3, a preamplifier 12 and a power amplifier 13.
Vorverstärker 12 und Leistungsverstärker 13 zusammen bilden den Regelverstärker. Der Ausgangsstrom des Leistungsverstärkers 13 wird über bewegliche Zuleitungen 10 der Kompensationsspule 9 zugeführt, gleichzeitig wird an einem Meßwiderstand 14 eine stromproportionale Meßspannung abgegriffen, in einem Analog/ Digital-Wandler 15 digitalisiert und in der Digitalanzeige 16 angezeigt.Preamplifier 12 and power amplifier 13 together form the control amplifier. The output current of the power amplifier 13 is supplied via movable leads 10 the compensation coil 9 is supplied, at the same time a measuring resistor 14 a current-proportional measuring voltage is tapped in an analog / digital converter 15 digitized and displayed in the digital display 16.
Parallel zur Auswerteschaltung bestehend aus Analog/Digital-Wandler 15 und Digitalanzeige 16 wird für das Steuerteil 18 ebenfalls die Steuerspannung am Meßwiderstand 14 abgegriffen.Parallel to the evaluation circuit consisting of an analog / digital converter 15 and digital display 16 is also the control voltage for the control part 18 tapped at measuring resistor 14.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Steuerspannung mit Vorteil nicht direkt am Meßwiderstand 14 abgegriffen, sondern an einem Punkt der Auswerteschaltung, an dem die Steuerspannung polaritäts- oder pegelmäßig auf günstiger verarbeitbare Dimensionen gebracht und eventuell eine Filterschaltung zu durchlaufen hat.In a further embodiment of the invention, the control voltage is with Advantage not tapped directly at the measuring resistor 14, but at a point of Evaluation circuit at which the control voltage is more favorable in terms of polarity or level Processable dimensions brought and possibly to go through a filter circuit Has.
Dem Steuerteil 18 ist eine separate Stromquelle 19 nachgeschaltet, deren Strom eine ortsfest im Magnetsystem angebrachte Korrbkturspule 17 durchfließt.The control part 18 is followed by a separate power source 19, the current of which flows through a correction coil 17 fixed in place in the magnet system.
Durch diese Art der Schaltungsanordnung bleibt das durch Abgleich eingestellte d J = f tF) temperaturabhängig erhalten.This type of circuit arrangement means that this remains through adjustment set d J = f tF) depending on the temperature.
d F Das Steuerteil 18 ist zur Erreichung dieses Zieles so gestaltet, daß für die Funktion d J = f (F) vielfältigste Kurvenform einstellbar sind. Diese Funktionsbildung kann wahlweise durch analoge Glieder diskrete oder integrierte Funktionsgeneratoren) oder auch mit Hilfe von digitalen Steuerungen (z. B. Mikroprozessor) erfolgen. Im einfachsten Fall besteht das Steuerteil 18 wie gesagt aus einem Widerstand, an dem eine dem Strom durch die Kompensationsspule 9 proportionale Spannung abfällt. Es sind aber auch beliebige andere analoge oder digitale Rechenwerke denkbar. Der außer dem Steuerteil in seiner einfachsten Ausführung zusätzliche Aufwand besteht in einer steuerbaren Stromquelle mit einer erforderlichen Konstanz von etwa 1 o/oo, da der Gesamtfehler, den die Korrekturspule 17 bewirken soll, in der Regel 1 °/oo nicht überschreitet und somit bis 106 Schritte Auflösung der sichtbare Fehler bei 1 O/oo-Schwankung des Korrekturspulenstromes bei einem Schritt bleibt. d F The control part 18 is designed to achieve this goal, that the most diverse curve shapes can be set for the function d J = f (F). These Function formation can optionally be through discrete or integrated analog links Function generators) or with the help of digital controls (e.g. microprocessor) take place. In the simplest case, the control part 18 consists of a resistor, as I said, at which a voltage proportional to the current through the compensation coil 9 drops. However, any other analog or digital arithmetic logic unit is also conceivable. Of the apart from the control part in its simplest version, additional ones expenditure consists in a controllable power source with a required constancy of about 1 o / oo, since the total error that the correction coil 17 is supposed to cause is usually Does not exceed 1 ° / oo and thus up to 106 steps resolution of the visible defects remains at one step with a 10 / oo fluctuation of the correction coil current.
L e e r s e i t eL e r s e i t e
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE19792928796 DE2928796A1 (en) | 1979-07-17 | 1979-07-17 | Electromagnetic force compensation balance - provides order non-linearity correction using correction coil non-linear current supply controller |
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| DE19792928796 DE2928796A1 (en) | 1979-07-17 | 1979-07-17 | Electromagnetic force compensation balance - provides order non-linearity correction using correction coil non-linear current supply controller |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE2928796A1 true DE2928796A1 (en) | 1981-02-05 |
| DE2928796C2 DE2928796C2 (en) | 1987-06-25 |
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ID=6075925
Family Applications (1)
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| DE19792928796 Granted DE2928796A1 (en) | 1979-07-17 | 1979-07-17 | Electromagnetic force compensation balance - provides order non-linearity correction using correction coil non-linear current supply controller |
Country Status (1)
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| DE (1) | DE2928796A1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2780101A (en) * | 1953-07-24 | 1957-02-05 | Cons Electrodynamics Corp | Force balance measuring device |
| DE1548841A1 (en) * | 1966-01-24 | 1970-07-23 | Teltov Geraete Regler | Arrangement for non-linear influencing of the characteristic curve of electrical force-compensating measuring devices |
-
1979
- 1979-07-17 DE DE19792928796 patent/DE2928796A1/en active Granted
Patent Citations (2)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2928796C2 (en) | 1987-06-25 |
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