DE3234372C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Waage hoher Auflösung mit einem Meßwertaufnehmer, einem Mikroprozessor zur digitalen Signalverarbeitung und einer Digitalanzeige.

Die bekannten Waagen dieser Art müssen nach jeder Verände­ rung ihres Aufstellortes unter Beobachtung der eingebauten Libelle waagerecht ausgerichtet werden. Dies geschieht im allgemeinen durch eine Höhenveränderung von mindestens zwei Füßen. Diese waagerechte Ausrichtung muß ziemlich genau er­ folgen, da zum Beispiel eine Fehleinstellung von 0,5 Win­ kelgrad bei einer Waage mit 10⁶ d Auflösung bei Höchst­ last bereits zu einem Fehler von 40 d führt. Diese Prozedur ist jedoch ziemlich umständlich und bei häufigem Wechsel des Aufstellortes deshalb lästig. Zusätzlich ergibt sich bei Waagen ab einigen Kilogramm Höchstlast aufwärts eine Veränderung ihres Aufstellortes häufig bereits beim Auf­ bringen der Last, nämlich durch die Nachgiebigkeit der Aufstellfläche. Diese lastabhängige Abweichung von der waagerechten Ausrichtung wird von der Bedienungsperson meist nicht beachtet und führt dadurch zu Meßfehlern.

Weiterhin ist es aus dem DE-GM 69 06 210 bekannt, die Libelle oder die Lageänderung eines Pendels elektrisch abzugreifen und einen Elektromotor anzusteuern, der durch das Verstellen einer Fußschraube das Waagengehäuse in die waagerechte Soll-Lage zurückbringt. Der mechanische Auf­ wand dieser elektromotorischen Niveaukorrektur ist aller­ dings erheblich und benötigt zudem eine merkbare Zeit. Dieser Zeitverlust stört bei einem Wechsel des Aufstell­ ortes im allgemeinen nicht, im Fall der nachgiebigen Auf­ stellfläche wird jedoch bei jeder größeren Laständerung eine Niveaukorrektur ausgelöst und dadurch der Zeitbedarf für die Wägung vergrößert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Waage der eingangs angegebenen Art so weiterzuentwickeln, daß Schrägstellungs­ fehler mit einfachen Mitteln und ohne Zeitverlust beim Wägen vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein elek­ trischer Neigungsmesser in die Waage eingebaut ist, daß das Ausgangssignal des elektrischen Neigungsmessers digitali­ siert wird und dem Mikroprozessor zur digitalen Korrektur der neigungsabhängigen Fehler der Waage zugeführt wird.

Die Schrägstellung der Waage wird also nicht behoben, sondern nur deren Auswirkungen auf das Wägeergebnis rech­ nerisch korrigiert. Die Größe dieser Fehler in Abhängigkeit von der Schrägstellung kann im Rahmen der Endprüfung der Waage leicht ermittelt werden und im Mikroprozessor abge­ speichert werden. Da der Mikroprozessor sowieso vorhanden ist, ist der Aufwand für die Korrektur gering und der Zeit­ bedarf für die zusätzlichen Rechenschritte ist vernach­ lässigbar klein.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

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

Fig. 1 die wesentlichen Teile einer elektrischen Waage mit Neigungsmesser im Schnitt,

Fig. 2 eine andere Ausgestaltung eines Neigungsmessers und

Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung eines Neigungsmessers.

Die elektronische Waage in Fig. 1 besteht aus einem gehäuse­ festen Stützteil 1 an dem über zwei Lenker 4 und 5 mit den Gelenkstellen 6 ein Lastaufnehmer 2 in senkrechter Richtung beweglich befestigt ist. Der Lastaufnehmer trägt in seinem oberen Teil die Lastschale 3 zur Aufnahme des Wägegutes und überträgt die der Masse des Wägegutes entsprechende Kraft über ein Koppelelement 9 mit den Dünnstellen 12 und 13 auf den kürzeren Hebelarm des Übersetzungshebels 7. Der Überset­ zungshebel 7 ist durch ein Kreuzfedergelenk 8 am Stützteil 1 gelagert. Am längeren Hebelarm des Übersetzungshebels 7 greift die Kompensationskraft an, die durch eine stromdurch­ flossene Spule 11 im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems 10 erzeugt wird. Die Größe des Kompensationsstromes wird in bekannter Weise durch den Lagensensor 16 und den Regelver­ stärker 14 so geregelt, daß Gleichgewicht zwischen dem Gewicht des Wägegutes und der elektromagnetischen Kompensa­ tionskraft herrscht. Der Kompensationsstrom erzeugt am Meß­ widerstand 15 eine Meßspannung, die einem Analog/Digital- Wandler 17 zugeführt wird. Das digitalisierte Ergebnis wird von einem Mikroprozessor 18 übernommen und in der Anzeige 19 digital angezeigt.

Weiter ist ein elektrischer Neigungsmesser 20 in die Waage eingebaut. Er besteht aus einem durchsichtigen Behälter 21, der teilweise mit einer Flüssigkeit 22 gefüllt ist, so daß sich eine Gasblase 23 an der höchsten Stelle des Behälters 21 bildet. Wegen der Krümmung der oberen Begrenzungsfläche des Behälters 21 ist die Lage dieser Gasblase 23 abhängig von der Schrägstellung der Waage; in der Figur ist diese Krümmung der Deutlichkeit halber übertrieben stark gezeichnet. Unterhalb des Behälters 21 ist mittig eine Leuchtdiode 24 angeordnet, die ihre emittierte Strahlung senkrecht nach oben durch die untere Behälterwand, die Flüssigkeit 22, die Gasblase 23 und die obere Behälterwand sendet. Dort wird die nicht absorbierte Strahlung von einem ebenfalls mittig angebrachten, rotations­ symmetrischen lichtempfindlichen Empfänger 25, beispielsweise einer Photodiode, registriert. Die Flüssigkeit 22 ist nun so ausgewählt bzw. so angefärbt, daß sie die Strahlung der Leuchtdiode teilweise absorbiert, so daß die am lichtempfind­ lichen Empfänger 25 ankommende Strahlungsmenge stark von der durchstrahlten Flüssigkeitsdicke - und damit von der Lage der Gasblase 23 - abhängt. Die Leuchtdiode 24 wird von einer Stromversorgungseinheit 28 mit einem konstanten Strom ver­ sorgt. Das Ausgangssignal des lichtempfindlichen Empfängers 25 wird in einem Verstärker 26 verstärkt und in einem Analog/ Digital-Wandler 27 digitalisiert. Der Mikroprozessor 18 kann dann aus diesem Signal und der bekannten Kennlinie des Nei­ gungsmessers die Schrägstellung der Waage berechnen und den Meßwert des Wägesystems, der vom Analog/Digital-Wandler 17 geliefert wird, entsprechend korrigieren.

Dabei wird vorausgesetzt, daß der Neigungsaufnehmer 20 so zum Gehäuse 1 des Wägesystems justiert ist, daß bei mittiger Lage der Gasblase 23 die Meßrichtung des Wägesystems mit der Lotrechten zusammenfällt. Dann ist eine Abweichung des Meß­ ergebnisses des Wägesystems nur von der Größe der Schräg­ stellung abhängig, nicht jedoch von der Richtung dieser Schrägstellung. Dasselbe gilt auch für das Signal des licht­ empfindlichen Empfängers 25, das unabhängig von der Auswan­ derungsrichtung der Gasblase 23 ist.

Eine andere Ausgestaltung des elektrischen Neigungsmessers zeigt Fig. 2. Hier ist eine Masse in Form einer Kugel 30 an einem dünnen Stab 33 mit quadratischem Querschnitt beweg­ lich aufgehängt. Bei Schrägstellung wird der Stab 33 auf Biegung beansprucht, diese Biegung wird durch aufgeklebte Dehnungsmeßstreifen 31 in der einen Richtung und 32 in der dazu senkrechten Richtung in bekannter und daher in der Figur nicht dargestellten Weise in je ein elektrisches Signal umgewandelt. Diese beiden Signale werden - wie in Fig. 1 - verstärkt, digitalisiert und dem Mikroprozessor 18 zugeführt. Dort kann dann aus beiden Signalen sowohl die Größe als auch die Richtung der Schrägstellung errechnet werden. Dies ist zum Beispiel dann vorteilhaft, wenn neben der Empfindlichkeit auch der Nullpunkt der Waage kompensiert werden soll. Aufgrund des unsymmetrischen Aufbaus der Parallelführung 2, 4 und 5 und des Übersetzungshebels 7 der Waage in Fig. 1 wirkt sich eine Schrägstellung parallel oder senkrecht zur Drehachse des Übersetzungshebels 7 und der Lenker 4 und 5 verschieden stark auf den Nullpunkt aus. Mit dem Neigungsmesser 34 nach Fig. 2 können also sowohl der Nullpunkt als auch die Empindlichkeit der Waage korrigiert werden, auch wenn sie verschiedene Rich­ tungsabhängigkeiten aufweisen.

Eine weitere Ausgestaltung des elektrischen Neigungsmessers zeigt Fig. 3. Auf einer konkaven Fläche 41 sucht sich eine Kugel 40 ihre stabile (= tiefste) Lage. Die Krümmung ist in der Figur der Deutlichkeit halber wieder übertrieben darge­ stellt. Eine obere Abdeckung 43 verhindert beim Transport ein Herausfallen der Kugel. Die Lage der Kugel wird kapazitiv abgetastet: die Elektrode 44 bildet mit der großflächigen Elektrode 42 auf der konkaven Fläche 41 einschließlich der Kugel 40 einen Kondensator mit neigungsabhängiger Kapazität. Die ringförmige Elektrode 45 und die ringförmige Gegenelek­ trode 46 bilden eine konstante Referenzkapazität. Gemessen wird das Verhältnis der beiden Kapazitäten in einer Wechsel­ spannungsbrückenschaltung. Dadurch werden Temperatureffekte und zum Beispiel die Feuchteabhängigkeit der Dielektrizitäts­ konstanten der Luft kompensiert. Der Elektronikblock 47 ent­ hält den Wechselspannungsgenerator zur Speisung der Brücke und die Auswerteschaltung für die Brückenverstimmung. Er gibt ein Gleichspannungssignal ab, das - wie in Fig. 1 - über einen Analog/Digital-Wandler dem Mikroprozessor 18 zugeführt wird. Bei rotationssymmetrischer Anordnung der Elektroden ist das Ausgangssignal des Neigungsmessers 48 unabhängig von der Richtung der Schräglage, genauso wie bei der Ausbildung des Neigungsmessers nach Fig. 1.

Die in den Figuren gezeigten Neigungsmesser sollen beispiel­ hafte Ausgestaltungen angeben. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen für den Neigungsmesser möglich; ebenso läßt sich zum Beispiel die Lageabweichung der Kugel in Fig. 3 durch andere bekannte Verfahren, wie optische Verfahren oder induktive Verfahren, messen.

Claims (5)

1. Elektrische Waage hoher Auflösung mit einem Meßwertauf­ nehmer, einem Mikroprozessor zur digitalen Signalver­ arbeitung und einer Digitalanzeige, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein elektrischer Neigungsmesser (20, 34, 48) in die Waage eingebaut ist, daß das Ausgangssignal des elektrischen Neigungsmessers (20, 34, 48) digitalisiert wird und dem Mikroprozessor (18) zur digitalen Korrektur der neigungsabhängigen Fehler der Waage zugeführt wird.

2. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Empfindlichkeit und der Nullpunkt der Waage korrigiert werden.

3. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Neigungs­ messer (34) eine an einem federnden Stab (33) aufge­ hängte Masse (30) enthält und daß der federnde Stab (33) mit Dehnungsmeßstreifen (31, 32) versehen ist.

4. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Neigungs­ messer (20) einen Behälter (21) enthält, der unter Bildung einer Gasblase (23) teilweise mit Flüssigkeit (22) gefüllt ist und daß optische Hilfsmittel (24, 25) zur Abtastung der Lage der Gasblase (23) vorhanden sind.

5. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Neigungs­ messer (48) eine Kugel (40) enthält, deren stabile Gleichgewichtslage auf einer konkaven Fläche (41) sich neigungsabhängig ändert.