DE2928796C2

DE2928796C2 -

Info

Publication number: DE2928796C2
Application number: DE19792928796
Authority: DE
Inventors: Rainer 3429 Wollbrandshausen De Exner; Juergen Dipl.-Ing. 3414 Hardegsen De Ober
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1979-07-17
Publication date: 1987-06-25
Also published as: DE2928796A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch kraftkompen sierende Waage mit einem Permanentmagnet-System und einer in dessen Luftspalt eintauchenden stromdurchflossenen Kompensationsspule, welche mit dem beweglichen Lastauf nehmer verbunden ist, mit einer die Größe des Kompen sationsstromes bestimmenden Regelschaltung, mit einem Meßwiderstand, der ebenfalls vom Kompensationsstrom durchflossen wird und an dessen Enden eine strompro portionale Meßspannung als Ausgangssignal abgegriffen wird und mit einer im Permanentmagnet-System ortsfest ange ordneten Korrekturspule, mit welcher der Einfluß des Kompensationsstromes auf das Magnetfeld im Luftspalt korrigierbar ist.The invention relates to an electromagnetic force component scales with a permanent magnet system and one current-flow immersed in its air gap Compensation coil, which with the movable load connected with the size of the compen sationsstromes determining control circuit, with a Measuring resistor, also from the compensation current is flowed through and at the ends of a current pro proportional measuring voltage is tapped as an output signal and with a fixed in the permanent magnet system ordered correction coil with which the influence of the Compensation current on the magnetic field in the air gap is correctable.

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 Größe und Richtung von der Stromstärke und der Magnetgestaltung abhängt. Durch die daraus resultierende Verstärkung oder auch Abschwächung des Permanentmagnetfeldes ergibt sich zwangsläufig eine Änderung der Ableitung ^{d J}/_{d F} mit Änderung der Kraft F und somit ein unlinearer Zusammenhang zwischen Gewicht und Größe des Kompensationsstromes.In this type of scale, linearity, ie the exact proportionality over the entire weighing range between the size of the compensation current and the weight to be compensated, plays a decisive role. The linearity is affected above all by the fact that the compensation current superimposes another field on the field of the permanent magnet, the size and direction of which depends on the current strength and the magnet design. The resulting amplification or weakening of the permanent magnetic field inevitably results in a change in the derivative ^{d J} / _{d F} with a change in the force F and thus an unlinear relationship between the weight and the magnitude 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 Einfluß des Kompensationsstroms auf das Magnetfeld im Luftspalt kompen siert. Die Korrekturspule ist somit in den Regelkreis einbezogen und wird demgemäß von demselben Strom bzw. einem Teil dieses Stromes durchflossen, der die Kompensations spule durchflließt. Eine solche Schaltung hat folgende Nachteile.In a known scale of the type mentioned (US-PS 27 80 101) has already been proposed in series with the compensation coil an auxiliary coil around the iron core in the Magnet system to lay, which in turn the influence of Compensate compensation current to the magnetic field in the air gap siert. The correction coil is thus in the control loop is included and is accordingly from the same stream or one Part of this current flowed through the compensation flows through the coil. Such a circuit has the following Disadvantage.

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 Tempe ratur-Koeffizienten von Korrekturspule und Parallel widerstand. 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% der Wirksamkeit der Korrekturspule. Bei hochauflösenden elek tromagnetischen Wägesystemen führt diese Erscheinung zu unzulässigen Fehlern.Since it is because of the necessary adjustment of the correction coil is required to have an ohmic resistor in parallel switch, there are shifts in the adjustment Temperature changes due to the different tempe rature coefficients of correction coil and parallel resistance. How arithmetically verifiable can be seen the biggest deviations when the parallel resistance and the correction coil has the same resistance value. For Resistors commonly used result in Connection with copper wire coils for temperature differences of 10 K in the working temperature range changes of 1% of the Effectiveness of the correction coil. With high-resolution elec This phenomenon is caused by tromagnetic weighing systems inadmissible errors.

Bei verschiedenen komplexen Magnetsystemen, die für elek tromagnetisch kompensierende Wägeeinrichtungen eingesetzt werden, treten weiterhin Abweichungen der Justierkurve des Wägesystems von einer Geraden auf, die durch eine Schal tungsanordnung 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.For various complex magnet systems that are suitable for elec tromagnetically compensating weighing devices are used , deviations of the adjustment curve of the Weighing system from a straight line through a scarf arrangement of the known type cannot be eliminated can. These are higher-order errors, by the quadratic correction of the described Coil arrangement 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, which is advantageous in terms of control technology, are they interdependent in their dimensioning what on the one hand disadvantageous in the interpretation of the electronic Circuit is and on the other hand also the flexibility and Restricted usability of the coils.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln bei einer Waage der eingangs genannten Bauart eine abgleichbare, temperaturabhängige Lineari sierungsschaltung vorzusehen, die auch Nichtlinearitäten höherer Ordnung zu korrigieren gestattet.The invention is therefore based on the object simple means with a balance of the aforementioned Design an adjustable, temperature-dependent lineari provision circuit that also includes non-linearities higher order allowed to correct.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine steuerbare Stromquelle vorgesehen ist, die den durch die Korrekturspule fließenden Strom liefert, und daß die Steuerspannung für die steuerbare Stromquelle am Meß widerstand abgegriffen wird.This object is achieved in that a controllable power source is provided, which by the Correction coil provides flowing current, and that the Control voltage for the controllable current source at the measurement resistance is tapped.

Der durch die Korrekturspule fließende Strom ist damit lediglich eine Funktion der Spannung am Meßwiderstand und damit 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. Außerdem kann der von der steuerbaren Stromquelle gelieferte Strom durch geeignete Schaltungsmaßnahmen in einem beliebigen funk tionalen Zusammenhang mit der Steuerspannung stehen.The current flowing through the correction coil is now only a function of the voltage across the measuring resistor and hence the current flowing through the compensation coil and no longer, as with previously known arrangements, in its Size directly dependent on the compensation current. This will the correction coil largely in its dimensioning independent of the compensation coil. In addition, the current supplied by the controllable power source suitable circuit measures in any radio tional connection with the control voltage.

Der Erfindungsgedanke ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt schematisch eine Waage mit elektromagnetischer Lastkompensation mit einem Blockschaltbild der zuge hörigen Elektronik.The inventive concept is in one embodiment explained in more detail with reference to the drawing. These shows schematically a scale with electromagnetic Load compensation with a block diagram of the obedient electronics.

Der mechanische Teil der Waage besteht aus einem beweg lichen Lastaufnehmer 3, der die Lastschale 7 trägt und der über zwei Lenker 5 und 6 in Form einer Parallelführung mit dem ortsfesten Teil 1 der Waage verbunden ist. Als Feder gelenke dienen jeweils Blattfedern 5 a, 5 b, 6 a, 6 b 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 Wechsel wirkung 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 beweg lichen Lastaufnehmers 3 abtastet, einem Vorverstärker 12 und einem Leistungsverstärker 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 Digital anzeige 16 angezeigt.The mechanical part of the scale consists of a movable load receiver 3 , which carries the load shell 7 and which is connected via two links 5 and 6 in the form of a parallel guide to the fixed part 1 of the scale. Leaf springs 5 a , 5 b , 6 a , 6 b at the ends of the links 5 and 6 serve as spring joints. The load receiver 3 carries on a protruding arm 4 or in lever scales by means of a translation lever the compensation coil 9 , which interacts with the field of a stationary permanent magnet 2 . The correction coil 17 is wound around the iron core 2 'of the permanent magnet 2 . The electrical control circuit for electromagnetic force compensation consists of a position sensor 11 , which senses the position of the movable load receiver 3 , a preamplifier 12 and a power amplifier 13 . Preamplifier 12 and power amplifier 13 together form the control amplifier. The output current of the power amplifier 13 is fed via movable leads 10 to the compensation coil 9 , at the same time a current-proportional measuring voltage is tapped at a measuring resistor 14 , digitized in an analog / digital converter 15 and displayed in the digital display 16 .

Parallel zur Auswerteschaltung bestehend aus Analog/ Digital-Wandler 15 und Digitalanzeige 16 wird am Meß widerstand 14 die Steuerspannung für das Steuerteil 18 abgegriffen.In parallel to the evaluation circuit consisting of analog / digital converter 15 and digital display 16 , the control voltage for the control part 18 is tapped at the measuring resistor 14 .

Dem Steuerteil 18 ist eine separate Stromquelle 19 nachgebildet, deren Strom eine ortsfest im Magnetsystem angebrachte Korrekturspule 17 durchfließt.The control part 18 is modeled on a separate current source 19 , the current of which flows through a correction coil 17 fixedly attached in the magnet system.

Durch diese Art der Schaltungsanordnung bleibt das durch Abgleich eingestellte ^{d J}/_{d F} = f (F) temperaturabhängig erhalten.With this type of circuit arrangement, the ^{d J} / _{d F} = f (F) set by adjustment ^is retained depending on the temperature.

Das Steuerteil 18 ist zur Erreichung dieses Zieles so gestaltet, daß für die Funktion ^{d J}/_{d F} = 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. Es sind aber auch beliebige andere analoge oder digitale Rechenwerke denkbar. Im einfachsten Fall besteht das Steuerteil 18 nur aus einem einstellbaren Spannungsteiler, der den zur Linearitätskorrektur notwendigen Bruchteil der Spannung am Meßwiderstand 14 zur Stromquelle 19 weiterleitet. Der außer dem Steuerteil zusätzliche Aufwand besteht in einer steuerbaren Stromquelle mit einer erforderlichen Konstanz von etwa 1‰, da der Gesamtfehler, den die Korrektur spule 17 bewirken soll, in der Regel 1‰ nicht überschreitet und somit bis 10⁶ Schritte Auflösung der sichtbare Fehler 1‰-Schwankung des Korrekturspulen stromes bei einem Schritt bleibt.To achieve this goal, the control part 18 is designed so that a wide variety of curve shapes can be set for the function ^{d J} / _{d F} = f (F) . This function formation can be done either by analog elements (discrete or integrated function generators) or with the help of digital controls (e.g. microprocessor). However, any other analog or digital arithmetic unit is also conceivable. In the simplest case, the control part 18 consists only of an adjustable voltage divider which forwards the fraction of the voltage across the measuring resistor 14 required for linearity correction to the current source 19 . The additional effort in addition to the control part consists in a controllable current source with a required constancy of about 1 ‰, since the total error that the correction coil 17 is intended to cause generally does not exceed 1 ‰ and thus up to 10 ⁶ steps resolution of the visible error 1 ‰ fluctuation of the correction coil current remains at one step.

Claims

1.Electromagnetic force compensating balance with a permanent magnet system and a current-flowing compensation coil immersed in its air gap, which is connected to the movable load receiver, with a control circuit determining the size of the compensation current, with a measuring resistor, which is also traversed by the compensation current and at the latter Ends a current-proportional measuring voltage is tapped as an output signal and with a correction coil arranged in a permanent manner in the permanent system, with which the influence of the compensation current on the magnetic field in the air gap can be corrected, characterized in that a controllable current source ( 18/19 ) is provided which supplies the current flowing through the correction coil ( 17 ), and that the control voltage for the controllable current source ( 18/19 ) is tapped at the measuring resistor ( 14 ).

2. Scales according to claim 1, characterized in that the current supplied by the controllable current source ( 19 ) changes non-proportionally with the control voltage.