DE3003862C2

DE3003862C2 -

Info

Publication number: DE3003862C2
Application number: DE19803003862
Authority: DE
Inventors: Erich 3406 Bovenden De Knothe; Franz-Josef Ing.(Grad.) 3414 Hardegsen De Melcher; Christoph Dipl.-Phys. Dr. 3404 Adelebsen De Berg
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1980-02-02
Filing date: 1980-02-02
Publication date: 1987-07-30
Also published as: DE3003862A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Waage mit einer Lastschale und mit einer Parallelführung für die Lastschale.

Um die Ecklastfreiheit der Waage zu gewährleisten, werden mit wachsender Auflösung der Waage immer höhere Anforde rungen an die Parallelführung gestellt. Eine entsprechend präzise Fertigung der Parallelführung mit vertretbarem Aufwand ist nur bis zu einer Auflösung der Waage von ca. 10³ Schritten möglich. Bei höheren Auflösungen muß eine mechanische Justierung der Parallelführung vorgesehen werden, die bei sehr hohen Auflösungen aufwendige feinmechanische Einstellelemente und eine zeitraubende Justierung notwendig macht. Soll die Waage beispielsweise noch 10⁶ Schritte ohne Ecklastfehler auflösen, so muß auch die Parallelführung auf 10^-6 genau justiert sein, was bei einer Größe der Parallelführung von 10 cm eine Einstellgenauigkeit und Stabilität von 0,1 µm erfordert.

Zur besseren konstruktiven Beherrschung der Ecklast justierung ist in der DE-OS 26 37 539 bereits vorge schlagen worden, die Einstellelemente für die Ecklast in solche für eine Grobjustierung und solche für eine Feinjustierung zu teilen. Dies bringt zwar Vorteile in der konstruktiven Ausgestaltung der Einstellelemente, vermindert aber nicht den feinmechanischen Aufwand und die Zahl der Justierschritte.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, den für die Parallel führung notwendigen feinmechanischen Aufwand und den für die Justierung notwendigen Zeitbedarf wesentlich zu verringern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß mindestens ein Sensor vorgesehen ist, der die von der Lastschale auf die Parallelführung übertragenen Drehmomente mißt, daß in der Elektronik der Waage Speichermittel vorhanden sind, in denen die Größe der Ecklastfehler der Parallelführung in Form von Ecklast-Korrekturfaktoren abgespeichert ist, und daß in der Elektronik der Waage Schaltmittel oder Programm teile vorgesehen sind, die aufgrund der Ausgangssignale des Sensors bzw. der Sensoren und der abgespeicherten Ecklast- Korrekturfaktoren den von der Waage ausgegebenen Gewichts wert korrigieren.

Dadurch entfällt bei Auflösungen bis zu einigen 10⁴ Schritten der mechanische Aufwand für die Einstell elemente zur Reduzierung der Ecklast ganz. Der Zeit bedarf für die Justierung verringert sich wesentlich, da nur die nach der Montage der Parallelführung vor handenen Ecklastwerte einmal gemessen und in Form von Ecklast-Korrekturfaktoren in die Speichermittel der Elektronik eingespeichert werden müssen.

Waagen höherer Auflösung weisen in einer vorteilhaften Weiterbildung nur mechanische Einstellelemente zur Grob justierung der Ecklast auf. Diese Einstellelemente können dementsprechend einfach ausgebildet sein. Ebenso nimmt der Zeitbedarf für die Justierung ab, da die zeitraubenden kleinen Verstellungen zum exakten Erreichen der Ecklast freiheit entfallen. Statt dessen müssen nur die bei der Grobjustierung erreichten Ecklastwerte einmal gemessen und in Form von Ecklast-Korrekturfaktoren in die Speichermittel der Elektronik eingespeichert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei Sensoren zwischen Lastschale und Parallelführung so eingebaut, daß sie die übertragenen Drehmomente in zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen messen. Die zwei Sensoren können dabei auch durch einen Sensor ersetzt werden, der beide senkrecht zueinanderstehenden Komponenten gleich zeitig erfaßt.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist je ein Sensor in der Nähe der beiden gehäuseseitigen Befestigungen eines Lenkers der Parallelführung eingebaut. Dabei können aus der Summe und der Differenz der Signalausgänge dieser beiden Sensoren die beiden senkrecht zueinanderstehenden Komponenten des von der Lastschale auf die Parallel führung übertragenen Drehmomente abgeleitet werden.

Als Sensoren werden bevorzugterweise Dehnungsmeßstreifen oder Halbleiter mit piezoresistiven Effekt eingesetzt.

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

Fig. 1 eine Seitenansicht der für die Erfindung wesent lichen Elemente einer elektronischen Waage,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Teile der Fig. 1, und

Fig. 3 ein Blockschaltbild der elektronischen Schalt mittel.

In Fig. 1 wird durch den gehäusefesten Block 1, das be wegliche Teil 2 und die beiden Lenker 3 und 4 eine Par allelführung für die Lastschale 6 gebildet. Als Gelenke dienen dabei die Dünnstellen 10 und 11 im unteren Lenker 3 und die Dünnstellen 12 und 13 im oberen Lenker 4. Be findet sich der Schwerpunkt des Wägegutes in der Mitte der Lastschale, so wird sein Gewicht direkt durch eine am unteren Ende 19 des beweglichen Teiles 2 angelenkte Gegen kraft kompensiert. Diese Gegenkraft ist in Fig. 1 nur summarisch als Kraftpfeil angedeutet, da ihre Erzeugung für das Verständnis der Erfindung unwesentlich ist. Bei spielsweise kann sie durch die Kraftwirkung einer strom durchflossenen Spule in einem Magnetfeld erzeugt werden.

Befindet sich das Wägegut 18 aber außerhalb der Mitte der Lastschale 6, wie in Fig. 1 gezeichnet, so kompensieren sich Gewicht und Gegenkraft nicht mehr, sondern bilden ein Kräftepaar, dessen Drehmoment durch die Lenker 3 und 4 aufgenommen werden muß. In dem gezeichneten Beispiel wird der untere Lenker 3 auf Druck beansprucht und der obere Lenker 4 auf Zug. Die von den Lenkern übertragenen Kräfte müssen nun genau parallel sein, damit keine zusätzlichen senkrechten Kräfte auf das bewegliche Teil 2 übertragen werden, die die Gewichtsbestimmung verfälschen würde. Die Justierung der Lenkerparallelität und damit die Ecklast justierung wird nun durch eine Höhenverstellung des Be festigungswinkels 7 vermittels der Schrauben 9 als Einstell elemente erreicht. In Fig. 2 erkennt man, daß zwei Schrauben 9 vorhanden sind, die durch gleichsinniges Verstellen die Ecklast links und rechts (bezüglich der Lage der gestrichelt gezeichneten Lastschale 6 in Fig. 2) zu justieren gestatten, während durch gegensinniges Verstellen die Ecklast oben und unten (bezügl. der Lage der gestrichelt gezeichneten Lastschale 6 in Fig. 2) justiert werden kann. Diese Ein stellelemente 9 sind in der erfindungsgemäßen Waage nur für eine Grobjustierung vorgesehen und demgemäß verhält nismäßig einfach ausgeführt, beispielsweise als normale Schrauben mit der üblichen Steigung. Darüber hinaus kann vorgesehen werden, daß der Befestigungswinkel 7 nach der Grobjustierung durch seitliche Schrauben 8 fixiert wird, da eine dabei evtl. auftretende geringe Dejustierung nicht stört.

In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Waage sind nun Sensoren 20 und 21 am oberen Ausläufer 5 des be weglichen Teiles 2 vorgesehen. Diese Sensoren bestehen z. B. aus aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen, die das von der Lastschale 6 auf das bewegliche Teil 2 der Parallelführung übertragene Drehmoment messen. Dabei messen die zusammen gehörenden Dehnungsmeßstreifen 20 a und 20 b die Komponente des Drehmomentes in der Zeichenebene der Fig. 1 bzw. links/ rechts in Fig. 2, während der Dehnungsmeßstreifen 21 a zu sammen mit einem in Fig. 1 nicht sichtbaren Dehnungsmeß streifen 21 b auf der Rückseite die Komponente des Dreh momentes vor/hinter der Zeichenebene in Fig. 1 bzw. oben/ unten in Fig. 2 erfaßt.

Beim Abgleich der Waage wird nun nach erfolgter Grobjustie rung und nach Fixierung des Befestigungswinkels 7 durch die Schrauben 8 der Ist-Zustand bezüglich Ecklast in beiden Richtungen festgestellt und die beiden Korrekturfaktoren in zwei elektronischen Justierspeichern 30 und 31 (Fig. 3) abgespeichert. Damit ist die Ecklastjustierung beendet.

Beim Wägevorgang wird nun das Ausgangssignal des Sen sors 20 für die eine Komponente des Drehmomentes mit dem Inhalt des Justierspeichers 30 für die gleiche Komponente im Multiplizierbaustein 32 multipliziert und das Ergebnis mit dem Ergebnis aus dem Multiplizierbaustein 33 für die zweite Komponente des Drehmomentes addiert (im Addierbau stein 34). Die Summe wird in einem weiteren Addierbau stein 35 zu dem von der Waagenelektronik 36 festgestellten Gewichtswert addiert und ergibt den korrigierten Gewichts wert, der in weiteren elektronischen Bausteinen verarbei tet oder angezeigt werden kann.

In einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Waage sind nach Fig. 2 je ein Sensor 22 und 23 in der Nähe der beiden gehäuseseitigen Befestigungen des oberen Lenkers 4 der Parallelführung eingebaut. Dabei ergibt eine außer mittige Lage des Wägegutes auf der Lastschale 6 in Rich tung links/rechts - bezogen auf die räumliche Anordnung in Fig. 2 - ein gleiches Signal in beiden Sensoren, während eine außermittige Lage des Wägegutes auf der Lastschale in Richtung oben/unten - wieder bezogen auf die räumliche Anordnung in Fig. 2 - in den beiden Sensoren Signale mit verschiedenen Vorzeichen ergibt. Durch Bildung der Summe und der Differenz der Ausgangssignale der beiden Sen soren 22 und 23 können also wieder die beiden Komponenten des von der Lastschale auf die Parallelführung übertra genen Drehmomentes ermittelt werden. Die Justierung der Waage auf die Signalverarbeitung in der Elektronik ge schehen dann genau analog entsprechend der Beschreibung der ersten Ausgestaltung.

Die beiden beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich ebenso für elektronische Waagen mit einer Parallelführung ohne Einstellelemente zur Reduzierung der Ecklastfehler einsetzen. In den Fig. 1 und 2 fehlen nur der Winkel 7 mit den Schrauben 8 und 9, und der obere Lenker wird direkt auf dem entsprechend höheren Bock 1 befestigt.

Zusätzlich zu der Vereinfachung des mechanischen Auf baues und der Justierung ist es bei der erfindungs gemäßen Waage durch leichte Änderungen an der Elek tronik bzw. am Auswerteprogramm möglich, auch eine in manchen Konstruktionen auftauchende nicht lineare Ab hängigkeit des Ecklastfehlers von der ausmittigen Lage des Wägegutes zu kompensieren.

Weiter ist es möglich, auch bei anderen Lagerungen der Lastschale (z. B. Brückenwaagen) durch entsprechend angeordnete Sensoren auf die genaue Einstellung der Ecklastfreiheit (bei Brückenwaagen also der Hebelver hältnisse) zu verzichten und die verbliebene Ecklast elektronisch zu kompensieren.

Claims

1. Elektronische Waage mit einer Lastschale und mit einer Parallelführung für die Lastschale, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens ein Sensor (20 bis 23) vorgesehen ist, der die von der Lastschale (6) auf die Parallelführung übertragenen Drehmomente mißt, daß in der Elektronik der Waage Speichermittel (30, 31) vorhanden sind, in denen die Größe der Ecklastfehler der Parallelführung in Form von Ecklast-Korrekturfaktoren abgespeichert ist, und daß in der Elektronik der Waage Schaltmittel (32 bis 35) oder Programmteile vorgesehen sind, die aufgrund der Ausgangssignale des Sensors/der Sensoren (20 bis 23) und der abgespeicherten Ecklast- Korrekturfaktoren den von der Waage ausgegebenen Gewichtswert korrigieren.

2. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Parallelführung zusätzlich mechanische Einstellelemente zur Grobjustierung der Ecklast aufweist.

3. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor/die Sensoren (20, 21) zwischen Lastschale (6) und Parallelführung (2, 3, 4, 1) eingebaut ist/sind.

4. Elektronische Waage nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Sensor/die Sensoren (20, 21) die übertragenen Drehmomente in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen mißt/messen.

5. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Sensor (22, 23) in der Nähe der beiden gehäuseseitigen Befestigungen eines Lenkers der Parallelführung eingebaut ist.

6. Elektronische Waage nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß aus der Summe und aus der Differenz der Ausgangssignale der Sensoren (22, 23 ) an den beiden gehäuseseitigen Befestigungen des Lenkers der Parallel führung die beiden senkrecht zueinanderstehenden Kompo nenten des von der Lastschale auf die Parallelführung übertragenen Drehmomente abgeleitet werden.

7. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor/die Sensoren (20 bis 23) aus Dehnungsmeßstreifen besteht/bestehen.

8. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor/die Sensoren (20 bis 23) den piezoresistiven Effekt bei Halbleitern ausnutzt/ausnutzen.