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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Waage, bei der sich
das Wägegut in einem beliebigen Medium, beispielsweise in Luft, befindet und daher
einen Auftrieb erfährt. Waagen dieser Art messen also nur die Differenz zwischen
dem Absolutgewicht M des Wägegutes und dessen Auftrieb A, also das sogenannte scheinbare
Gewicht M'. Bekanntlich gilt (mit # = Dichte des Wägegutes und ## = 1,2 kg/m3 =
Dichte der Luft): M 1,2 Kg/m³ M' = M - A = M - ## = M #(1 -) # # beziehungsweise
umgekehrt: M 5 M' 1 M'* 1,2 Kg/m³ # Diese rechnerische Berücksichtigung des Auftriebes
wird dadurch noch komplizierter, daß die Waagen in ihrer Empfindlichkeit meist so
justiert werden, daß bei einer Wägung von Gewichtsstücken der Dichte # = 8.000 kg/m3
trotz des Auftriebes das Absolutgewicht angezeigt wird. Das heißt, 1 1,2 Kg/m3 die
Waage wird um den Faktor 1 - = 1,00015 "falsch" 8000 Kg/m3 eingestellt, damit für
Proben der Dichte # = 8.000 kg/m3 - näherungsweise auch für Proben mit ähnlichen
Dichten -
direkt ohne Korrekturrechnung das Absolutgewicht von der
Waage angezeigt wird. Für Proben anderer Dichte wird die Korrekturrechnung dadurch
aber umständlicher, da außer der Korrekturformel (I) auch diese "Falschjustierung"
berücksichtigt werden muß. Es ergibt sich so die endgültige Korrekturformel: 1-1,2
M,= M'. 8000 (11) 1 -- 1,2kg/m9 Diese Formel bezieht sich auf Wägungen in Luft.
Für den allgemeinen Fall, daß die Wägung in einem beliebigen Medium der Dichte q
M erfolgt und auch die Eichung in diesem Medium mit Gewichtsstücken der Dichte 8.000
kg/ms erfolgte, ergibt sich entsprechend die Formel: 1 ~ 9 M M = M' e 8000 kg/ms
(III) 1 q M Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine elektronische Waage so weiterzubilden,
daß sie diese notwendige Korrektur selbsttätig durchführt und damit direkt das Absolutgewicht
anzeigt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Waage
eine Stelleinrichtung, die entsprechend der Dichte des Wägegutes eingestellt wird,
vorhanden ist und
daß diese Stelleinrichtung die Empfindlichkeit
der Waage so beeinflußt, daß unabhängig von der Dichte des Wägegutes stets das Absolutgewicht
angezeigt wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt diese Stelleinrichtung
ein Potentiometer mit einer Skala, an denen die Dichte des Wägegutes eingestellt
wird. Dabei kann bei Waagen, die nicht nur in Luft benutzt werden, die Skala mehrere
Beschriftungen tragen, die sich auf verschiedene.Medien beziehen. In einer anderen
vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt die Stelleinrichtung einen Schalter mit mehreren
Schaltstellungen, wobei jede Schaltstellung einer bestimmten Dichte des Wägegutes
entspricht. Wieder in einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt die Stelleinrichtung
eine Zehner-Tastatur, mit deren Hilfe die Dichte des Wägegutes ziffernmäßig eingegeben
wird.
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Zur Kontrolle des eingestellten bzw. eingegebenen Wertes für die Dichte
des Wägegutes ist es zweckmäßig, daß dieser Wert in einem dafür reservierten Teil
der Waagenanzeige digital angezeigt wird.
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Die Erfindung wird im folgenden. anhand der Figuren beschrieben. Dabei
zeigt: Fig. 1 eine elektronische Waage mit einer Anzeige und einer Stelleinrichtung
in Form eines Potentiometers, Fig. 2 die zugrunde liegende Schaltung, teilweise
in Form eines Blockschaltbildes, und Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Schaltung.
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Die elektronische Waage in Fig. 1 besteht aus einem Gehäuse 1, einer
Waagschale 2 zur Aufnahme des Wägegutes und einer Anzeige 3 für das Wägeergebnis.
Zum Tarieren der Waage ist eine Tarataste 4 vorgesehen. Weiter ist ein Schiebepotentiometer
5 mit einer bezifferten Skala 7 zu erkennen, an dem durch Verschieben des Knebels
6 die Dichte des Wägegutes eingestellt wird. Der eingestellte Wert wird im linken
Teil 8 des Anzeigefeldes digital angezeigt.
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Das Funktionsschema der elektronischen Waage aus Fig. 1 ist in Fig.
2 dargestellt. Die Wägezelle 10 wandelt die Belastung der Waagschale 2 in ein proportionales
Spannungs-oder Stromsignal um, das dem aus dem Potentiometer 5 und dem Festwiderstand
12 gebildeten Spannungsteiler zugeführt wird. Die Funktionsweise der Wägezelle 10
ist beliebig, beispielsweise kann es sich um eine Wägezelle mit elektromagnetischer
Kraftkompensation handeln, wie sie in der DE-OS 30 12 979 beschrieben ist. Je nach
Stellung des Potentiometers 5 wird ein mehr oder weniger großer Bruchteil der Meßspannung
an den (hochohmigen) Analog/ Digital-Wandler 11 weitergeleitet und in der Anzeige
3 digital angezeigt. Die Stellung des Potentiometers 5 ist nach Fig. 1 auf der Skala
7 mit den verschiedenen Dichtewerten bezeichnet. Dabei entspricht gemäß der Korrekturformel
Gleichung (11) der minimalen vorgesehenen Dichte (beispielsweise q = 1.000 kg/m3)
die maximale Einstellung des Potentiometers 55 entsprechend gehört zur maximal vorgesehenen
Dichte (beispielsweise 9 = 20.000 kg/m3) die minimale Einstellung des Potentiometers
5. Der gesamte notwendige Einstellbereich des Potentiometers 5 für einen Dichtebereich
von 1.000 ... 20.000 kg/m3 ergibt sich dabei nach Gleichung (II) zu gut 1 Promille,
so daß
der Festwiderstand 12 in Fig. 2 einen fast um den Faktor
1000 größeren Wert als das Potentiometer 5 hat. Die Skala des Potentiometers 5 ist
gemäß der Korrekturformel Gleichung (II) stark nichtlinear geteilt. Diese Nichtlinearität
kann durch Verwendung beispielsweise eines Potentiometers mit logarithmischem Widerstandsverlauf
verringert werden.
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Eine andere Ausgestaltung der elektronischen Schaltung zeigt Abb.
3. Hier ist vorausgesetzt, daß die Wägezelle 10 einen lastproportionalen Strom abgibt.
Die dem Analog/ Digital-Wandler 11 zugeführte Spannung ist dann proportional zum
Widerstandswert des Widerstandsnetzwerkes 17.
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Durch Umschalten des Schalters 15 kann der Widerstandswert des Widerstandsnetzwerkes
in mehreren Stufen verändert werden und dadurch die Empfindlichkeit der Waage entsprechend
der Dichte des Wägegutes verändert werden.
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Der Einstellbereich muß wieder gut 1 Promille betragen, so daß in
dem gezeichneten Beispiel mit den Endwerten R 16 = 0 und R 16 = o° der Widerstand
14 fast um den Faktor 1000 kleiner sein muß als der Widerstand 13.
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In dieser Ausgestaltung der elektronischen Schaltung ist in Fig. 1
statt des Schiebepotentiometers ein Stufenschalter zu denken, dessen Schaltstufen
jeweils mit einem bestimmten Dichtewert gekennzeichnet sind.
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-In einer weiteren Ausgestaltung ist zur Eingabe der Dichte des Wägegutes
eine Zehner-Tastatur vorgesehen. Diese Tastaturen für die Bedienung von Waagen sind
bekannt und beispielsweise in der DE-OS 29 22 875 beschrieben, so daß hier auf eine
entsprechende Zeichnung und eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.
Diese
Zehner-Tastatur wird vorteilhafterweise in Zusammenwirken
mit einem Mikroprozessor in der Waagenelektronik benutzt. Der Mikroprozessor kann
dann nach der Korrekturformel Gleichung (II) die Empfindlichkeitskorrektur in bekannter
Weise rechnerisch vornehmen. In dieser Ausgestaltung ist es besonders wichtig, daß
im Teil 8 der Waagenanzeige der eingetippte Wert für die Dichte des Wägegutes angezeigt
wird, da sonst keine Kontrolle über den vom Mikroprozessor benutzten Dichtewert
für die Auftriebskorrektur bestünde.
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Weitere schaltungsmäßige Ausgestaltungen der dichteabhängigen Empfindlichkeitsbeeinflussung
kann jeder Fachmann leicht angeben. Zum Beispiel kann in einer Verstärkungsstufe
für das Meßsignal ein verstärkungsbestimmender Widerstand als Potentiometer ausgebildet
sein, oder die Referenzspannung im Analog/Digital-Wandler kann dichteabhängig etwas
verändert werden, oder bei Wägezellen mit elektromagnetischer Kraftkompensation
kann das Magnetfeld des Permanentmagneten durch einen variablen magnetischen Widerstand
etwas verändert werden.
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Wird die Waage nicht nur in Luft; sondern auch in anderen Medien benutzt,
so ist für die Auftriebskorrektur die Gleichung (III) anzuwenden. In den Ausgestaltungen
nach Fig. 2 und 3 ist dazu nur eine andere Beschriftung der Skala 7 bzw. der einzelnen
Schaltstellungen des Schalters 15 notwendig. Universell einsetzbare Waagen tragen
also eine mehrfache (evtl. farbige) Beschriftung der Stelleinrichtung. Bei Waagen
mit Zehner-Tastatur und Mikroprozessor kann die Dichte 9 M des Mediums leicht ebenfalls
über die Tastatur eingegeben werden und der Mikroprozessor rechnet dann nach der
Korrekturformel Gleichung (III).
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