DE29803425U1

DE29803425U1 - Elektronische Waage mit einer Einrichtung zur Temperaturkompensation

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Publication number: DE29803425U1
Application number: DE29803425U
Authority: DE
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1997-03-08
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1998-05-14
Anticipated expiration: 2008-02-28
Also published as: DE19709624C1

Description

Elektronische Waage mit einer Einrichtung zur Temperaturkompensation

Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Waage mit einer Einrichtung zur Temperaturkompensation, mit einem Meßwertaufnehmer, mit einer digitalen Signalverarbeitungseinheit, mit einem Temperaturfühler und mit einer Anzeigeeinheit.

Elektronische Waagen dieser Art sind allgemein bekannt und beispielsweise in der DE 33 40 512 C2 beschrieben. Zur Temperaturkompensation einer solchen Waage ist es üblich, am Ende der Waagenfertigung das Ausgangssignal des Meßwertaufnehmers bei zwei verschiedenen Belastungen der Waage und bei zwei verschiedenen Temperaturen in einem Klimaraum zu messen, daraus mittels an die Waage angeschlossener Rechner oder ähnlicher intelligenter Zusatzgeräte den Temperaturkoeffizienten des Nullpunktes und der Empfindlichkeit zu berechnen, die berechneten Temperaturkoeffizienten innerhalb der digitalen Signalverarbeitungseinheit abzuspeichern und anschließend für die rechnerische Temperaturkompensation innerhalb der digitalen Signalverarbeitungseinheit zu benutzen.

Nachteilig an diesem üblichen Verfahren zur Temperaturkompensation ist einmal der hohe Aufwand für einen Klimaraum, so daß eine Temperaturkompensation nur im Rahmen der Waagenfertigung problemlos durchgeführt werden kann. Schon eine Temperaturkompensation im Rahmen eines Services ist daher schwierig. Daran ändert sich auch nichts durch die Tatsache, daß die zur Temperaturkompensation an die Waage anzuschließenden Rechner bzw. Zusatzgeräte durch die fortschreitende Miniaturisierung der elektronischen Bauelemente immer kleiner geworden sind. Zum anderen ist die Temperaturabhängigkeit einer Waage oft nichtlinear, so daß eine Temperaturkompensation, die für den gesamten Gebrauchstemperaturbereich von z. B. -10 ... +40 ⁰C durchgeführt wurde, für den späteren Einsatzort der Waage, wo die Temperatur beispielsweise nur zwischen +15 ⁰C und +20 ⁰C schwankt, nicht optimal ist. Weiterhin ist die Temperaturabhängigkeit einer Waage häufig teilweise auch eine Feuchteabhängigkeit, so daß sich der gemessene Temperaturkoeffizient ändert, je nachdem, ob man den Klimaraum mit geregelter konstanter relativer Feuchte oder ungeregelt mit etwa konstanter absoluter Feuchte betreibt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zur Temperaturkompensation in einer Waage zu schaffen, die die Ermittlung eines Temperaturkoeffizienten vereinfacht und automatisiert und es damit gestattet, einen auf die Umgebungsbedingungen der individuellen Waage besser abgestimmten Temperaturkoeffizienten zu bestimmen.

Erfindungsgemäß wird dies durch Zusammenwirken von Hardware und Software erreicht, indem die digitale Signalverarbeitungseinheit den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals . T des Temperaturfühlers analysiert und die Änderungsgeschwindigkeit dT/dt der Temperatur bestimmt, daß die digitale Signalverarbeitungseinheit bei hinreichend kleiner Änderungsgeschwindigkeit dT/dt das momentane Ausgangssignal T des Temperaturfühlers und das momentane Nullsignal NP des Meßwertaufnehmers als Wertepaar abspeichert, daß die digitale Signalverarbeitungseinheit aus mehreren, zeitlich mindestens um eine vorgegebene Zeitdifferenz auseinander liegenden Wertepaaren den Temperaturkoeffizienten des Nullpunktes dNP/dT berechnet und abspeichert, sobald die Anzahl der abgespeicherten Wertepaare eine Mindestzahl überschreitet und die Differenz &Dgr;&Tgr; zwischen der Maximal- und der Minimal-

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temperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet, daß die digitale Signalverarbeitungseinheit aufgrund des so berechneten Temperaturkoeffizienten des Nullpunktes die zukünftigen Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers korrigiert und zur Anzeigeeinheit weiterleitet und daß die digitale Signalverarbeitungseinheit während des ganzen Ablaufes der Temperaturkompensation das Nullsignal NP des Meßwertaufnehmers überwacht und die Temperaturkompensation abbricht, die bisher gespeicherten T/NP-Wertepaare löscht und die Temperaturkompensation von vorne beginnt, falls die Änderungsgeschwindigkeit dNP/dt einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Jede einzelne Waage ist durch technische Mittel damit hard- und softwaremäßig in der Lage, ohne externe Hilfsmittel ihren eigenen Temperaturkoeffizienten des Nullpunktes zu bestimmen und diesen statt des in der Fabrik bestimmten Temperaturkoeffizientens einzuspeichern und zur Temperaturkompensation zu benutzen. An äußeren Bedingungen ist nur ein gewisser Temperaturhub am Aufstellort notwendig. Dazu reicht häufig der übliche Unterschied zwischen Tag- und Nachttemperatur (im Sommer) oder die Nacht- bzw. Wochenendabsenkung der Heizung (im Winter). Gegebenenfalls kann durch einen Eingriff des Waagenbenutzers in die Raumheizung dieser Temperaturhub künstlich herbeigeführt werden. Ein Eingriff des Waagenbenutzers innerhalb des Ablaufs des Programms zur Bestimmung und Abspeicherung des Temperaturkoeffizienten ist jedoch nicht erforderlich.

Durch die erfindungsgemäßen technischen Mittel kann die Bestimmung des Temperaturkoeffizienten jetzt z. B. nach jeder Reparatur erfolgen oder von Zeit zu Zeit - durch Alterung von Bauelementen oder durch allmähliche Verschmutzung der Waage kann sich der Temperaturkoeffizient ja gegenüber dem am Ende der Herstellung in der Fabrik gemessenen Wert geändert haben. Außerdem erfolgt die Messung des Temperaturkoeffizienten genau an dem Ort und unter den Umgebungsbedingungen, wie beim Gebrauch der Waage, so daß z. B. der Einfluß verschiedener Luftfeuchte mit korrigiert wird. Dasselbe gilt natürlich für andere Störeinflüsse von außen, die mit der Temperatur korreliert sind. Steht die Waage

z. B. auf einer Wandkonsole, die sich je nach Umgebungstemperatur etwas schräg stellt, so kann dies einen scheinbaren Temperaturkoeffizienten des Nullpunkts der Waage hervorrufen, der durch die erfindungsgemäßen technischen Mittel ebenfalls mit korrigert werden kann.

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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, z. B. können die im vorstehenden für den Temperaturkoeffizienten des Nullpunktes beschriebenen technischen Mittel in gleicher Weise auch für den Temperaturkoeffizienten der Empfindlichkeit der Waage eingesetzt werden, wenn die Waage über ein motorisch auf den Meßwertaufnehmer absenkbares Kalibriergewicht verfügt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch die wesentlichen Teile des Meßwertaufnehmers und ein

Blockschaltbild der Elektronik,
Fig. 2 ein Flußdiagramm über den Ablauf des Einsatzes der technischen Mittel

und
Fig. 3 vier Diagramme zur Erläuterung von Temperaturkoeffizient und Drift.

In Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch den Meßwertaufnehmer der Waage und ein Blockschaltbild der Elektronik dargestellt. Das Gehäuse der Waage und die Spannungsversorgung der Elektronik sind als nicht erfindungswesentlich der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Der Meßwertaufnehmer besteht aus einem gehäusefesten Systemträger 1, an dem über zwei Lenker 4 und 5 mit den Gelenkstellen 6 ein Lastaufnehmer 2 in senkrechter Richtung beweglich befestigt ist. Der Lastaufnehmer 2 trägt in seinem oberen Teil die Lastschale (Waagschale) 16 zur Aufnahme des Wägegutes und überträgt die der Masse des Wägegutes entsprechende Kraft über ein Koppelelement 9 auf den Lastarm des Übersetzungshebels 7. Der Übersetzungshebel 7 ist durch ein Kreuzfedergelenk 8 am Systemträger 1 gelagert. Am Kompensationsarm des Übersetzungshebels 7 ist ein Spulenkörper mit einer Spule 11 befestigt. Die Spule 11 befindet sich im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems 10 und erzeugt die Kompensationskraft. Die Größe des Kompensationsstromes durch die Spule 11 wird dabei in bekannter Weise durch den Lagensensor 3 und den Regelverstärker 14 so geregelt, daß Gleichgewicht zwischen dem Gewicht des Wägegutes und der elektromagnetisch erzeugten Kompensationskraft herrscht. Der Kompensationsstrom erzeugt am Meßwiderstand 15 eine Meßspannung, die einem Analog/Digital-Wandler 13 zugeführt wird. Das digitalisierte Ergebnis wird von einer digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 übernommen und in der Anzeigeeinheit 19 digital angezeigt. Weiter ist ein Temperaturfühler 26 vorhanden, der die Temperatur des

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Meßwertaufnehmers in ein digitales Signal umformt und über die Leitung 42 der digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 zuführt. Die digitale Signalverarbeitungseinheit 18 kann dadurch Temperaturfehler des Meßwertaufnehmers in bekannter Weise rechnerisch korrigieren. Außerdem ist gegebenenfalls ein Feuchtefühler 36 vorhanden, der die Luftfeuchte innerhalb des Waagengehäuses in ein digitales Signal umformt und über die Leitung 32 der digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 zuführt. Damit kann die digitale Signalverarbeitungseinheit 18 gegebenenfalls auch Feuchtefehler in gleicher Weise rechnerisch korrigieren.

Der Lastarm des Übersetzungshebels 7 ist über den Befestigungspunkt des Koppelelementes 9 hinaus verlängert (12) und läuft in einem nach unten abgekröpften Teil 22 aus. Am Teil 22 sind drei senkrecht stehende Zentrierstifte befestigt, von denen in Fig. 1 nur die beiden Zentrierstifte 24 und 25 zu erkennen sind. Diese Zentrierstifte tragen das Kalibriergewicht 17. Das Kalibriergewicht weist eine von unten kommende Bohrung 29 auf, die in einer kegeligen Fläche 23 ausläuft.

Diese Bohrung geht genau durch den Schwerpunkt des Kalibriergewichtes, so daß die kegelige Fläche senkrecht über dem Schwerpunkt des Kalibriergewichtes liegt.

Weiter ist in Fig. 1 eine Hubvorrichtung für das Kalibriergewicht angedeutet, die aus einem Stachel 20 besteht, der in einer gehäusefesten Hülse 21 in senkrechter Richtung beweglich geführt wird. Die Vorrichtung zum Bewegen des Stachels ist nur durch einen Exzenter 28 und einen Elektromotor 41 angedeutet. Der Stachel 20 reicht durch ein Loch 27 im Teil 22 bis in die Bohrung 29 im Kalibriergewicht 17. In der gezeichneten Stellung, in der das Kalibriergewicht auf den Zentrierstiften und damit auf dem Übersetzungshebel 7/12/22 aufliegt, endet der Stachel 20 mit seiner kegelförmigen Spitze dicht unterhalb der kegeligen Fläche

23. Wird nun der Stachel durch den Exzenter 28 angehoben, so kommt er mit der kegeligen Fläche 23 in Kontakt, hebt das Kalibriergewicht 17 vom Übersetzungshebel ab und drückt es gegen gehäusefeste Anschläge 39. Dies ist die Normalstellung des Kalibriergewichtes (Wägestellung), während die in Fig. 1 gezeichnete abgesenkte Stellung nur für den Kalibriervorgang eingenommen wird.

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Der Schwerpunkt des Kalibriergewichtes 17 läßt sich durch die Schraube 38 geringfügig verschieben, wodurch ein Feinabgleich erzeugt werden kann.

Gesteuert wird der Elektromotor 41 durch eine Ablaufsteuerung 40, die wiederum den Befehl zum Kalibrieren von der digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 erhält.

Diese Hardware wird zur Temperaturkompensation in der Weise genutzt wie es im Flußdiagramm von Fig. 2 gezeigt ist. Ist der Befehl "Start Auto-TK" manuell oder automatisch aufgerufen (Kasten 50), so wird zunächst ein Zählregister in der digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 auf 1 gesetzt (Kasten 51) und anschließend geprüft, ob das Ausgangssignal T des Temperaturfühlers 26 innerhalb des erlaubten Bereiches zwischen E und F liegt (Entscheidung 66). Damit wird sichergestellt, daß der Temperaturfühler 26 funktionsfähig ist und die Temperatur innerhalb des vorgegebenen Gebrauchstemperaturbereiches der Waage liegt. Ist dies nicht der Fall, so wird in der Anzeigeeinheit 19 ein Fehler gemeldet (Kasten 68). Im positiven Fall der Entscheidung 66 wird als nächstes geprüft, ob das Ausgangssignal NP des Meßwertaufnehmers innerhalb des vorgegebenen Nullbereiches zwischen G und H liegt (Entscheidung 67). Damit wird sichergestellt, daß die Waagschale 16 richtig aufliegt und kein Gewicht auf der

.20 Waagschale liegt. Falls diese Entscheidung 67 negativ ist, erfolgt ebenfalls eine Fehlermeldung in der Anzeigeeinheit 19. Im positiven Fall wird anschließend der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals T des Temperaturfühlers 26 analysiert und dabei geprüft, ob die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur dT/dt absolut kleiner ist als eine vorgegebene Schwelle A (Entscheidung 52). Ist dies nicht der Fall, so bleibt das Programm in der Schleife 53. Ist jedoch dT/dt absolut kleiner als die Schwelle A, ist die Waage also wenigstens in etwa im thermischen Gleichgewicht, so wird der momentane Wert des Ausgangssignals T des Temperaturfühlers 26 und des Nullpunktes NP des Meßwertaufnehmers als Wertepaar &Tgr;,/NPj abgespeichert (Kasten 54). Anschließend wird geprüft, ob der Wert i im Zählerregister mindestens gleich einer vorgegebenen Zahl &eegr; ist (Entscheidung 55). Die vorgegebene Zahl &eegr; ist die Mindestzahl an Wertepaaren Tj/NPj , die für eine Auswertung vorhanden sein sollte, beispielsweise kann &eegr; = 4 sein. Im ersten Durchlauf ist i < n, das Programm geht also in die Schleife 56,

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erhöht i um 1 (Kasten 57) - in unserem Fall also von 1 auf 2 - und wartet eine gewisse, vorgegebene Zeit von z. B. vier Stunden (Kasten 58), damit aufeinanderfolgende Wertepaare T/NPj zeitlich nicht zu dicht hintereinander liegen. Dadurch wird verhindert, daß eine große Anzahl von Wertepaaren gespeichert wird, die im Grunde alle denselben Zustand der Waage wiedergeben. Nach Ablauf der Wartezeit (Kasten 58) wird wieder der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals T des Temperaturfühlers 26 analysiert und geprüft, ob die Anderungsgeschwindigkeit der Temperatur absolut kleiner ist als die vorgebene Schwelle A (Entscheidung 52). Ist dies - gegebenenfalls wieder nach mehrmaligem Durchlauf der Schleife 53 - der Fall, so werden die momentanen Werte des Ausgangssignals T des Temperaturfühlers 26 und des Nullpunktes NP des Meßwertaufnehmers als Wertepaar T₂/NP₂ abgespeichert, i um 1 erhöht, gewartet etc., bis die Schleife 56 so oft durchlaufen wurde, daß i > &eegr; ist (Entscheidung 55). Dann werden die bis dahin abgespeicherten &eegr; Wertepaare Tj/NPj daraufhin untersucht, ob die Differenz &Dgr;&Tgr; zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Temperatur mindestens gleich einem Mindesttemperaturhub B ist (Entscheidung 59). Der Mindesttemperaturhub B kann z. B. auf 4 K festgelegt sein. Ist &Dgr;&Tgr; kleiner als der Mindesttemperaturhub B, so geht das Programm wieder in die Schleife 56 und nimmt ein weiteres Wertepaar T/NP j auf. Bei den folgenden Durchläufen ist das Kriterium i > &eegr; ? (Entscheidung 55) natürlich immer erfüllt, so daß die Überprüfung &Dgr;&Tgr; > B ? (Entscheidung 59) bei jedem Durchlauf erfolgt. Erreicht die Temperaturdifferenz &Dgr;&Tgr; der wachsenden Anzahl von Wertepaaren Tj/NP₍ schließlich bei einer Überprüfung 59 den vorgegebenen Mindesttemperaturhub B, so wird aus den vorhandenen Wertepaaren T/NPj der Temperaturkoeffizient dNP/dT errechnet (Kasten 60), geprüft, ob er innerhalb eines vorgegebenen Intervalles liegt (Entscheidung 61), und, falls dieses der Fall ist, abgespeichert (Kasten 62). Anschließend werden alle Wertepaare &Tgr;,/NPj gelöscht (Kasten 63) und die Bestimmung des Temperaturkoeffizienten ist abgeschlossen, das Programm geht wieder an den Anfang 64 (bei manuellem Start) oder 65 (bei automatischem Start) zurück. - Ergibt die Entscheidung 61, daß der berechnete Temperaturkoeffizient außerhalb der vorgegebenen Toleranz liegt, so erfolgt eine Fehlermeldung in der Anzeigeeinheit 19 und der berechnete Temperaturkoeffizient wird nicht abgespeichert. Die einzelnen Wertepaare werden dabei nicht gelöscht, so daß sie für einen Servicetechniker zur Auslesung bereitstehen. Man kann nämlich

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davon ausgehen, daß ein deutlich anderer Temperaturkoeffizient des Meßwertaufnehmers nur aufgrund von Fehlfunktion einzelner Bauelemente auftritt. Die verschiedenen Fehlermeldungen (Entscheidungen 66, 67 und 61) können in der Anzeigeeinheit 19 durch verschiedene Fehlersymbole dargestellt werden. Bevorzugt wird jedoch die Benutzung eines einzigen Fehlersymbols, in dem z. B. das Symbol 43 in Fig. 1 blinkend aufleuchtet und ergänzt wird durch eine Angabe wie z. B. Error 1, Error 2 etc. in der Meßwertanzeige.

Während des gesamten, eben beschriebenen Ablaufs des Programms zur Bestimmung des Temperaturkoeffizienten wird das Ausgangssignal des Meßwertaufnehmers überwacht und geprüft, ob die Waagschale 16 leer und unberührt bleibt. Dazu wird die Änderungsgeschwindigkeit dNP/dt des Nullpunktes mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Bei Überschreiten des Grenzwertes wird das laufende Programm zur Bestimmung des Temperaturkoeffizienten abgebrochen und beim Punkt 65 im Flußdiagramm von Fig. 2 neu gestartet. Dazu wird wieder i = 1 gesetzt und die bisher gespeicherten Wertepaare Tj/NPj werden gelöscht. Die maximal zugelassene Änderungsgeschwindigkeit dNP/dt des Nullpunktes kann z. B. genauso groß sein wie die maximale Änderungsgeschwindigkeit, bis zu der im Falle der bekannten automatischen Nullnachführung noch automatisch auf 0 zurückgesetzt wird. - Diese Überwachung des Nullpunktes erfolgt während des gesamten Ablauf des Programms gemäß Flußdiagramm von Fig. 2. Der Übersichtlichkeit halber ist diese dauernde Überwachung in Fig. 2 nicht mit dargestellt.

Im Zusammenhang mit der im vorhergehenden Absatz erwähnten automatischen Nullnachführung, die ja innerhalb der ihr vorgegebenen Grenzen dauernd die Anzeige 0,0 in der Anzeigeeinheit 19 erzeugt, ist darauf hinzuweisen, daß die Bestimmung des Temperaturkoeffizienten des Nullpunktes und die gleichzeitige automatische Nullnachführung sich nicht ausschließen: Das Verfahren zur Bestimmung des Temperaturkoeffizienten des Nullpunktes arbeitet mit den Werten, die vom Meßwertaufnehmer an die digitale Signalverarbeitungseinheit geliefert werden, also im Blockschaltbild von Fig. 1 mit den Daten, die der Analog/Digital-Wandler 13 zur digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 liefert.

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Mit diesen Daten wird der Temperaturkoeffizient bestimmt. Demgegenüber wird in der Anzeigeeinheit 19 die Differenz zwischen diesem vom Analog/Digital-Wandler 13 kommenden Wert und dem Wert in einem Nullpunktspeicher angezeigt. Bei der automatischen Nullnachführung wird nun bei einer geringen Änderung des vom Analog/Digital-Wandler 13 kommenden Wertes der Wert im Nullpunktspeicher um denselben geringen Betrag geändert, so daß die Differenz und damit die Anzeige unverändert bleiben. - Trotz dauernder Anzeige des Wertes 0,0 in der Anzeigeeinheit 19 kann also ein Temperaturkoeffizient des Nullpunktes bestimmt werden.

Die im vorstehenden beschriebenen Programme sind alle in der digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 gespeichert, dazu weist die digitale Signalverarbeitungseinheit entsprechend umfangreiche ROM-Speicher auf. Für die Speicherung von Zwischenergebnissen wie z. B. die Wertepaare T/NPj weist die digitale Signalverarbeitungseinheit entsprechend umfangreiche RAM-Speicher auf. Das heißt, daß beim Trennen der Waage von der Netzspannung, wie sie z. B. beim Umsetzen der Waage auftritt, alle Zwischenwerte gelöscht werden und das Programm zur Bestimmung des Temperaturkoeffizienten an der Stelle 64 oder 65 in Fig. 2 startet. Für die Speicherung des letzten Temperaturkoeffizienten (und anderer Parameter) weist die digitale Signalverarbeitungseinheit 18 außerdem EEPROM-Speicher auf.

Der im vorstehenden beschriebene grundsätzliche Ablauf des Zusammenwirkens von Hardware und Software zur Temperaturkompensation kann in Details noch verfeinert, optimiert und ergänzt werden: So kann z. B. - besonders bei der dauernden automatischen Neubestimmung des Temperaturkoeffizienten - der bisher benutzte Temperaturkoeffizient nicht einfach übergangslos durch den neu bestimmten Temperaturkoeffizienten ersetzt werden, sondern es wird aus altem und neuem Temperaturkoeffizient ein gewichteter Mittelwert gebildet und dieser gewichtete Mittelwert wird abgespeichert und zur Korrektur benutzt. Dadurch werden eventuelle Schwankungen in den gemessenen einzelnen Temperaturkoeffizienten ausgemittelt und das Ergebnis verstetigt. Bei der Festlegung der Gewichtsfaktoren für den alten, bisher gespeicherten Temperaturkoeffizienten und für den neu gemessenen Temperaturkoeffizienten kann auch der Temperaturhub &Dgr;&Tgr; als Kriterium berück-

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sichtigt werden: Ist der Temperaturhub gering und nur wenig oberhalb der Schwelle B (Entscheidung 59 in Fig. 2), so erhält der neu gemessene Temperaturkoeffizient einen geringeren Gewichtungsfaktor als wenn der Temperaturhub &Dgr;&Tgr; größer ist. Diese Gewichtung berücksichtigt die Tatsache, daß die Bestimmung des Temperaturkoeffizienten um so genauer wird, je größer der Temperaturhub &Dgr;&Tgr; ist. Wird der Temperaturhub allerdings sehr groß (z. B.

> 15 K), so mißt man nur einen mittleren Temperaturkoeffizienten, der vom Temperaturkoeffizienten bei kleineren Temperaturänderungen abweichen kann. Auch dies kann man im Gewichtungsfaktor nachbilden, indem dieser beim Mindesttemperaturhub (z. B. 4 K) und bei sehr großen Temperaturhüben (z. B.

> 15 K) klein ist und im dazwischenliegenden optimalen Bereich (z. B.: 8 ... 10 K) ein Maximum aufweist.

Wird von der digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 ein neuer Temperaturkoeffizient zum ersten Mal für die Korrekturrechnung benutzt, so würde sich dadurch im allgemeinen natürlich ein Sprung im in der Anzeigeeinheit 19 angezeigten Wert ergeben. Dies wird zweckmäßigerweise dadurch verhindert, daß man synchron zur Veränderung des Temperaturkoeffizienten auch den Wert im Nullpunktregister des normalen Wägeprogramms entsprechend ändert.

Eine Verfeinerung im Zusammenwirken von Hardware und Software zur Bestimmung des Temperaturkoeffizienten besteht z. B. in der zusätzlichen Berücksichtigung einer zeitlichen Drift des Nullpunkts der Waage. Dies soll anhand der Diagramme in Fig. 3 erläutert werden: Im oberen Diagramm a ist die Abhängigkeit des Nullpunktes NP der Waage von der Temperatur (Ausgangssignal des Temperaturfühlers) T bei einer Waage ohne Drift gezeigt. Die einzelnen Meßpunkte befinden sich etwa auf einer Geraden, die zeitliche Reihenfolge der Meßpunkte ist beliebig und der Temperaturkoeffizient errechnet sich einfach aus der Steigung dNP/dT der Ausgleichsgeraden. Im Diagramm b ist die Veränderung des Nullpunktes NP der Waage mit der Zeit t dargestellt, wenn die Waage eine Drift zeigt. Die einzelnen Meßpunkte sind nicht identisch, obwohl die Temperatur konstant ist, sondern liegen im gezeichneten Beispiel auf einer leicht steigenden Geraden. Der Deutlichkeit halber ist dieser Effekt im Diagramm b übertrieben groß gezeichnet. - Kommen nun Drift und Temperaturkoeffizient zusammen, so ist das Ergebnis im Diagramm c gezeigt. Dabei ist angenommen, daß

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bei den Meßpunkten 1 und 3 die gleiche Temperatur T₁ = T₃ herrschte, während beim Meßpunkt 2 eine niedrigere Temperatur T₂ herrschte. In diesem einfachen Fall ergibt sich der theoretische Nullpunkt der Waage zum Zeitpunkt t₂ bei der Temperatur T₁ = T₃ durch die Verbindungsgerade zwischen den Meßpunkten 1 und 3. Ausgehend von diesem graphisch oder rechnerisch ermittelten Punkt kann dann die durch den Temperaturkoeffizienten verursachte Nullpunktsänderung dNP durch die im Diagramm c eingezeichnete bepfeilte Strecke dargestellt werden und daraus und aus der Temperaturdifferenz T₁ - T₂ = T₃ - T₂ der Temperaturkoeffizient berechnet werden. - Im Diagramm d, wo der Nullpunkt NP in Abhängigkeit von der Temperatur T aufgetragen ist, wirkt sich die Drift darin aus, daß die Meßpunkte 1 und 3, obwohl sie bei gleicher Temperatur T aufgenommen wurden, nicht zusammenfallen. Die Gerade zur Bestimmung des Temperaturkoeffizienten muß zwischen den beiden Meßpunkten 1 und 3 hindurchlaufen, wobei sich das Verhältnis, in dem die Strecke NP₁ - NP₃ geteilt wird, nach dem Verhältnis der Zeitdifferenzen t₂ - t] zu t₃ - t₂ richtet. Voraussetzung für die beschriebene Berücksichtigung einer evtl. zeitlichen Drift ist, daß bei den einzelnen Meßpunkten nicht nur die Temperaturwerte T₁ und die Nullpunktswerte NP; abgespeichert werden, wie im Flußdiagramm von Fig. 2 angegeben, sondern zusätzlich auch die Zeiten tj.

Das im vorstehenden an einem einfachen Beispiel erläuterte Verfahren der Trennung von Drift und Temperaturkoeffzient kann auch im komplizierteren Fall von mehr Meßpunkten und nicht gleicher Anfangs- und Endtemperatur durch die Lösung des entsprechenden mathematischen Gleichungssystems durchgeführt werden. Dabei kann auch eine Ausgleichsrechnung durchgeführt werden, wenn mehr Meßpunkte zur Verfügung stehen als zur Lösung des Gleichungssystems notwendig sind. Diese Ausgleichsrechnung erlaubt durch die Bildung der Kovarianz-Matrix auch eine Aussage über die Güte der Ausgleichsrechnung, also eine Aussage über die Standardabweichung des berechneten Temperaturkoeffizienten und der berechneten Drift. Zweckmäßigerweise fließt diese Standardabweichung ein in die Größe des Gewichtungsfaktors für den neu berechneten Temperaturkoeffizienten im Verhältnis zum bisher abgespeicherten Temperaturkoeffizienten: Bei großer Standardabweichung des neu berechneten Temperaturkoeffizienten erhält dieser einen kleineren Gewichtungsfaktor als bei kleiner Standardabweichung.

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Eine weitere Verfeinerung des Verfahrens zur Bestimmung des Temperaturkoeffizienten besteht in der zusätzlichen Berücksichtigung der Feuchte. Die Waage weist dazu einen Feuchteaufnehmer (Feuchtefühler) 36 auf (siehe Fig. 1). Dann kann im Flußdiagramm bei der Abspeicherung der Momentanwerte T₁ und NP₁ (Kasten 54 in Fig. 2) und eventuell der Zeit t_; zusätzlich auch der momentane Feuchtewert Fj gemessen und abgespeichert werden. (Wobei selbstverständlich der Feuchteaufnehmer 36 genauso auf Einhaltung der Grenzwerte überwacht wird wie der Temperaturfühler 26 und Meßwerte ebenfalls nur dann übernommen werden, wenn die Feuchte wenigstens näherungsweise stabil ist.) Auf diese Weise kann bei genügend vielen Meßpunkten durch eine Ausgleichsrechnung sowohl der Temperaturkoeffizient als auch der Feuchtekoeffizient als auch gegebenenfalls die zeitliche Drift ausgerechnet werden. Statt eines Temperaturkoeffizienten wird dann ein Temperaturkoeffizient und ein Feuchtekoeffizient abgespeichert (Kasten 62 in Fig. 2). Aus diesen Koeffizienten und den Meßwerten vom Temperaturfühler 26 und vom Feuchtefühler 36 kann dann in bekannter Weise sowohl die Temperaturabhängigkeit als auch die Feuchte der Waage rechnerisch korrigiert werden.

Es kann passieren, daß die Waage die Schleife 56 in Fig. 2 sehr häufig durchläuft, da eventuell über längere Zeit der Mindesttemperaturhub B (Entscheidung 59) nicht erreicht wird. Dann ist es zweckmäßig, ab einer gewissen Anzahl von Durchläufen - z. B. sobald das doppelte der Mindestzahl &eegr; erreicht ist, also i > 2 &eegr; die Anzahl der gespeicherten Meßwertpaare T/NP j nicht mehr zu erhöhen, sondern bei der Abspeicherung neuer Meßwertpaare dafür andere, ältere zu löschen. Eine Strategie, welche Meßwertpaare dabei gelöscht werden, läßt sich am besten mit den Mitteln der Fuzzy-Logik programmieren, da fest vorgebbare Kriterien fehlen.

Bisher ist immer von der Bestimmung des Temperaturkoeffizienten bzw. des Feuchtekoeffizienten bzw, der Drift des Nullpunktes und dessen Korrektur die Rede gewesen. Das dargestellte Verfahren kann jedoch auch für die Bestimmung des Temperaturkoeffizienten bzw. des Feuchtekoeffizienten bzw. der Drift der Empfindlichkeit und deren Korrektur benutzt werden. Dazu muß nur im

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Flußdiagramm von Fig. 2 beim Speichern der Momentanwerte der Temperatur Tj und des Nullpunktes NP_; (Kasten 54) und gegebenenfalls der Zeit t_; die Empfindlichkeit E; ermittelt und abgespeichert werden. Dazu muß die digitale Signalverarbeitungseinheit 18 über die Leitung 44 der Ablaufsteuerung 40 den Befehl erteilen, mittels des Elektromotors 41 das Kalibriergewicht 17 in die in Fig. 1 gezeichnete Stellung abzusenken, den dazugehörigen Meßwert vom Analog/Digital-Wandler 13 abzuwarten und anschließend das Kalibriergewicht 17 wieder anzuheben. - Aus den verschiedenen Empfindlichkeitswerten E; bei den verschiedenen Temperaturen T₁ kann dann in der bereits beschriebenen Weise auch der Temperaturkoeffizient der Empfindlichkeit dE/dT berechnet und abgespeichert werden und zur Temperaturkompensation benutzt werden.

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Claims

» C ar» % m m Ansprüche:

1. Elektronische Waage,

mit Meßwertaufnehmer (1...15),

- mit einer Einrichtung (18) zur Temperaturkompensation,
einem Temperaturfühler (26)

einer digitalen Signalverarbeitungseinheit (18), welche den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals T des Temperaturfühlers (26) analysiert und die Änderungsgeschwindigkeit dT/dt der Temperatur bestimmt, wobei die digitale Signalverarbeitungseinheit (18) Mittel aufweist, die bei hinreichend kleiner Änderungsgeschwindigkeit dT/dt das momentane Ausgangssignal T des Temperaturfühlers (26) und das momentane Nullsignal NP des Meßwertaufnehmers (L..15) als Wertepaar abspeichert, und
die digitale Signalverarbeitungseinheit (18) Mittel aufweist, die aus mehreren, zeitlich mindestens um eine vorgegebene Zeitdifferenz auseinander liegenden Wertepaaren den Temperaturkoeffizienten des Nullpunktes dNP/dT berechnet und abspeichert, sobald die Anzahl der abgespeicherten Wertepaare eine Mindestzahl überschreitet und die Differenz &Dgr;&Tgr; zwischen der Maximal- und der Minimaltemperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet, und

- die digitale Signalverarbeitiingseinheit (18) Mittel aufweist, die aufgrund des so berechneten Temperaturkoeffizienten des Nullpunktes die zukünftigen

Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers (1 15) korrigiert und zur

Anzeigeeinheit weiterleitet und

die digitale Signalverarbeitungseinheit (18) Mittel aufweist, die während des ganzen Ablaufes zur Temperaturkompensation das Nullsignal NP des Meßwertaufnehmers (1...15) überwachen und die laufende Temperaturkompensation abbricht, die bisher gespeicherten T/NP-Wertepaare löscht und die Temperaturkompensation von vorne beginnt, falls die Änderungsgeschwindigkeit dNP/dt einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der neu berechnete Temperaturkoeffizient von der Signalverarbeitungseinheit (18) nur dann abgespeichert ist und zur Korrektur der zukünftigen Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers (1...15) benutzt wird, wenn er innerhalb von vorgegebenen Grenzen liegt.

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3. Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anzeigeeinheit (19) eine Fehlermeldung (43) anzeigbar ist, wenn der neu berechnete Temperaturkoeffizient außerhalb der vorgegebenen Grenzen liegt.

4. Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem neu berechneten Temperaturkoeffizienten und dem bisher abgespeicherten und zur Korrektur benutzten Temperaturkoeffizienten die Signalverarbeitungseinheit (18) einen gewichteten Mittelwert bildet und daß dieser gewichtete Mittelwert abgespeichert und zur Korrektur der zukünftigen Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers (1...15) benutzbar ist.

5. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Feuchtefühler (36) vorgesehen ist und bei der Abspeicherung der Temperatur/Nullpunkt-Wertepaare durch die Signalverarbeitungseinheit (18) zusätzlich das Ausgangssignal des Feuchtefühlers (36) abspeicherbar ist, so daß neben dem Temperaturkoeffizienten auch der Feuchtekoeffizient berechenbar ist.

6. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein motorisch auf den Meßwertaufnehmer (1...15) absenkbaren Kalibriergewicht (17) vorgesehen ist und die digitale Signalverarbeitungseinheit (18) bei hinreichend kleiner Änderungsgeschwindigkeit dT/dt nicht nur das Temperatur/Nullpunkt-Wertepaar abspeichert, sondern zusätzlich das Kalibriergewicht (17) auf den Meßwertaufnehmer (1...15) absenkt, die Empfindlichkeit bestimmt und das Kalibriergewicht (17) wieder anhebt, wobei aus mehreren Wertepaaren auch der Temperaturkoeffizient der Empfindlichkeit berechenbar und zur Empfindlichkeitskorrektur der zukünftigen Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers (1...15) benutzbar ist.

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