DE3244853C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetisch kompensierende Waage, mit einer die lastabhängige Einschalt­ dauer einer den Kompensationsstrom liefernden Konstantstrom­ quelle steuernden Regelschaltung, deren lastabhängiges Re­ gelsignal in einer Komparatorschaltung mit einer periodischen Sägezahnspannung verglichen wird, mit einer Zählschaltung zur Zählung von Taktimpulsen während einer Mehrzahl von Ein­ schaltdauern, und mit einer Rechenschaltung zur Ermittlung des digitalen Gewichtsergebnisses aus der Impulszählung.

Bei derartigen bekannten Waagen (US-PS 37 86 884 oder US-PS 38 16 156) besteht das Problem beim Betrieb auftreten­ der Temperatureinflüsse, die sich beispielsweise durch die Erwärmung des Kompensationssystems unter Last oder auch aus wechselnden Außentemperaturen ergeben. In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt (US-PS 37 86 678), einen Temperatur­ fühler vorzusehen, der die Konstantstromquelle korrigiert.

Eine andere bekannte Waage (DE-OS 24 00 881) ist mit einem die Temperatureinflüsse korrigierenden Widerstandsnetz­ werk versehen. Ferner ist eine digital anzeigende Saitenwaage bekannt (DE-AS 25 19 727), bei der eine digitale Korrektur des Meßwertes mittels fest abgespeicherter Faktoren erfolgt, die ggf. auch gemäß den aktuellen Betriebsbedingungen verän­ dert werden können, beispielsweise in Abhängigkeit von den Signalen eines Temperaturfühlers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Waage der eingangs genannten Art eine selbsttätige digitale Temperaturkompensation zu schaffen, ohne hierfür einen zu­ sätzlichen Analog-Digitalwandler zu benötigen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Waage in an sich bekannter Weise ein Temperaturfühler vorhanden ist, daß das analoge Temperatursignal des Tempera­ turfühlers in der Komparatorschaltung mit einer periodischen Sägezahnspannung verglichen wird, daß eine Zählschaltung zur Zählung von Taktimpulsen bis zum Ansprechen des Komparators vorgesehen ist, daß ein Speicher zur Aufnahme des aus der Zählung resultierenden digitalen Temperaturwertes vorhanden ist, und daß die Rechenschaltung zur Verrechnung des digi­ talen Temperaturwertes mit dem digitalen Gewichtsergebnis ausgelegt ist.

Der Schaltungsaufbau der erfindungsgemäßen Waage zeich­ net sich durch seine besondere Einfachheit aus. Wenngleich die Analog-Digitalwandlung für das Gewichtsergebnis und den Temperaturwert jeweils unterschiedlichen Genauigkeitsanforde­ rungen unterliegt, werden bei der Erfindung zwei getrennte Analog-Digitalwandler nicht benötigt. Andererseits beruht die Erfindung auch nicht auf einem herkömmlichen Multiplexbetrieb eines gemeinsamen Analog-Digitalwandlers für das Gewichtser­ gebnis und das Temperatursignal, was unnötigerweise zu einer gleichwertigen Berücksichtigung des Gewichts- und des Tempe­ ratursignals führen würde.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Steuerschaltung für die Zählschaltung vorgesehen, welche so ausgelegt ist, daß für eine eine Mehrzahl von Einschaltdauern umfassen­ de Gewichtsermittlung das Temperatursignal einmal ausge­ zählt wird. Das bedeutet, daß die Aktualität der Ge­ wichtsermittlung praktisch nicht beeinflußt wird. Die (nur) einmalige Berücksichtigung des Temperatursignals ist dabei umso eher genügend, als es ja nur um eine Feh­ lerkorrektur geht, für welche bei gegebener Auflösung des Gewichts eine wesentlich kleinere Auflösung genügt.

Prinzipiell ist es möglich, für die Gewichts- und die Temperaturerfassung denselben Komparator zu verwenden. Zur Vermeidung des für die Doppelnutzung erforderlichen schaltungsmäßigen Mehraufwandes wird daher eine Ausführungsform bevorzugt, bei welcher für die Gewichtserfassung und für die Temperaturerfassung je ein eigener Komparator vorge­ sehen ist. Dies ist umso einfacher realisierbar, als marktübliche integrierte Schaltkreise mit jeweils zwei Komparatoren verfügbar sind.

Grundsätzlich würde es genügen, die Temperatur ausschließlich auf die erfindungsgemäße Weise digital zu berücksichtigen. An­ dererseits haben die üblicherweise für das Kompensations­ system verwendeten Werkstoffe (z. B. das Magnetmaterial) typischerweise einen Temperaturkoeffizienten, der - mehr oder weniger stark - um einen Mittelwert streut. Im Hin­ blick darauf wird es als zweckmäßig erachtet, daß der Temperaturfühler außer an den Komparator auch an die Konstantstromquelle angeschlossen ist. Aus dieser kombi­ nierten Ausnutzung des Temperatursignals ergibt sich der Vorteil, daß die Gesamtkompensa­ tion des Temperatureinflusses bei gleichem Aufwand be­ züglich der Genauigkeit der Temperaturerfassung wesent­ lich genauer erfolgen kann als bei rein digitaler Kompen­ sation, da ja nur noch die individuelle Streuung des Tem­ peraturkoeffizienten digital berücksichtigt werden muß.

Bei geeigneter Auslegung der Steuerung der Zählvorgänge kann dieselbe Zählschaltung für die Zählung der Taktim­ pulse sowohl des Gewichtssignals als auch des Temperatur­ signals vorgesehen werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.

Die einzige Figur ist ein Blockschaltbild der erfindungs­ wesentlichen Bestandteile des Ausführungsbeispiels.

Die Waage 10 umfaßt ein elektromagnetisches Kompensa­ tionssystem, symbolisiert durch eine Spule 12. Wie bei­ spielsweise in der eingangs genannten US-Patentschrift 37 86 884 ausführlich beschrieben ist, verursacht eine Belastung der Waagschale 14 eine Auslenkunq des mechani­ schen Teils der Waage aus einer Soll- oder Nullage. Die­ se Auslenkung erzeugt ein elektrisches Signal (Geber­ schaltung 16), das einem Regler 18 zugeführt wird. Eine Komparatorschaltung weist zwei Komparatoren 20, 58 auf. Das Regelsignal beaufschlagt den Komparator 20, in welchem die Regelspannung mit einer periodischen Sägezahnspan­ nung (Rampe) aus einem Rampengenerator 22 verglichen wird. Letzterer wird gesteuert von einem Frequenzteiler 23, der von einem hochfrequenten Oszillator (Taktimpulsgenerator) 30 beaufschlagt wird. Das Ausgangssignal des Komparators 20 steuert über einen Synchronisierungs-Flipflop 24 einen Schalter 26, der eine Konstantstromquelle 28 an die Kom­ pensationsspule 12 an- bzw. wieder von ihr abschaltet. Der Konstantstrom i fließt je Rampe jeweils so lange, bis - im Gleichgewichtszustand - die elektromagnetische Kompensationskraft der aufgelegten Last entspricht und die Sollposition des mechanischen Teils der Waage wieder erreicht ist.

Während der Länge der Stromimpulse i werden Taktimpulse aus dem hochfrequenten Oszillator 30 gezählt, deren Sum­ me nach Verrechnung von Proportionalitäts- und Korrektur­ faktoren das digitale Gewichtsergebnis liefert. Hierzu ist eine Torschaltung 32 vorgesehen, deren Öffnungszeit durch den Komparator 20 bestimmt ist. Die gewichtspropor­ tionalen Taktimpulsmengen gelangen in einen Zähler 34, der zum Zähl- und Speicherteil 36 eines Mikrocomputers 38 ge­ hört (weitere Arbeitsspeicher sind mit 48, 50 und 52 be­ zeichnet). Gemäß einem für die betreffende Waage fest­ gelegten Programm (ROM 40) werden die gezählten Impuls­ summen von der zentralen Recheneinheit 42 (CPU) verarbei­ tet und zum fertigen digitalen Gewicht aufbereitet, wel­ ches in konventioneller Weise über eine Decodier- und Treiberschaltung 44 in der Digitalanzeige 46 erscheint.

Ein temperaturabhängiger Widerstand (Temperaturfühler) 54 im Kompensationssystem 12 der Waage 10 ist an einen Ver­ stärker 56 angeschlossen. Dessen Ausgangssignal beein­ flußt die Konstantstromquelle 28 derart, daß mit stei­ gender Temperatur der Konstantstrom angenähert um so viel stärker wird, wie das Permanentmagnetfeld im Kompensations­ system 12 aufgrund des mittleren Temperaturkoeffizienten des Magnetmaterials schwächer wird, so daß eine Grobkompen­ sation des Temperatureinflusses auf das Meßresultat er­ zielt wird.

Der zweite Komparator 58 erhält seine periodische Vergleichs­ spannung vom selben Rampengenerator 22 wie der erste Komparator 20. Das verstärkte Signal des temperatur­ abhängigen Widerstandes 54 wird ständig mit der Rampe im Komparator 58 verglichen. Vor der Torschaltung 32 ist ein elektronischer Schalter 60 angeordnet, der vom Mikro­ computer 38 gesteuert wird und entweder den Komparator 20 ("Gewichtskomparator") oder den Komparator 58 ("Tempera­ turkomparator") mit dem Eingang der Torschaltung 32 verbindet.

Die Wirkungsweise sei im folgenden beispielsmäßig anhand der wesentlichen Schritte einer Gewichtsermittlung er­ läutert.

Während 268 Rampen zu je zwei Millisekunden wird das Ge­ wicht ausgezählt. Es folgt eine Leerrampe, d. h. eine Pe­ riode des Rampengenerators 22, während welcher keine Takt­ impulse gezählt werden. In dieser Zeit wird

• - der Schalter 60 umgesteuert,
• - die Sunme der Gewichtszählimpulse aus dem Zähler 34 in einen Speicher (z. B. 48) übernommen und der Zähler 34 auf Null gesetzt, und
• - ein interimistisches Gewicht berechnet. Dabei können z. B. anläßlich einer Werkseichung ermittelte und in einem Festwertspeicher (40) des Mikrocomputers 38 abge­ legte Faktoren zur Korrektur von Linearität und Empfind­ lichkeit berücksichtigt werden.

Während der folgenden Rampe wird das Temperatursignal aus­ gezählt, d. h. im Zähler 34 läuft eine dem Signal des Temperaturfühlers 54 (und damit zur Temperatur im Kompen­ sationssystem) proportionale Anzahl Taktimpulse ein. Es folgt eine weitere Leerrampe, während welcher

• - der Schalter 60 wieder umgesteuert wird auf den Ausgang des "Gewichts"-Komparators 20,
• - der Inhalt des Zählers 34 in einen Speicher (z. B. 50) übernommen und der Zähler 34 wieder auf Null gesetzt wird.

Hieran kann sich eine weitere nicht der Meßwertgewinnung dienende Rampe anschließen, während welcher beispiels­ weise eine Funktionsfehlersicherheitskontrolle vorgenommen wird.

Nun wiederholt sich der ganze Zyklus, beginnend mit der Auszählung von 268 Gewichtsrampen.

Der abgespeicherte digitale Temperaturwert wird nach ei­ ner fest vorgegebenen Korrekturformel mit dem interimisti­ schen Gewicht verrechnet und das sich daraus ergebende korrigierte (wahre) Gewicht zur Anzeige bereitgestellt (Treiberschaltung 44, Digitalanzeige 46).

Formeln zur Berücksichtigung von Korrekturfaktoren sind bekannt und müssen daher hier nicht im einzelnen angeführt werden.

Durch die beschriebenen Maßnahmen ist mit einfachen Mit­ teln eine praktisch vollständige Kompensation von Tempe­ ratureinflüssen möglich. Dabei ist, wie eingangs erwähnt, die Kombination der digitalen Korrektur mit der analogen Korrektur (Beeinflussung der Konstantstromquelle 28) zwar in vielen Fällen vorteilhaft, aber keineswegs unerläßlich. Im Prinzip kann auch eine digitale Korrektur allein vor­ gesehen werden. In jedem Fall resultiert eine beachtliche Vereinfachung bei der Herstellung der Waagen und in deren Betrieb dadurch, daß eine Justierung beispielsweise mit­ tels Potentiometern vollständig entfällt. Außerdem ist letzterer Gesichtspunkt besonders für eichpflichtige Waagen von Bedeutung.

Das Ausführungsbeispiel wurde beschrieben mit einem Mikro­ computer, der die notwendigen Rechnungen und die meisten Steuerfunktionen entsprechend seinem Programm ausführt. Es sei jedoch betont, daß die Verwendung eines Mikrocom­ puters zwar eine besonders elegante Realisierung der Er­ findung ermöglicht, jedoch durchaus nicht zwingend ist - die Erfindung kann ohne weiteres auch durch entsprechend aufgebaute diskrete Schaltungen verwirklicht werden.

Claims (6)

1. Elektromagnetisch kompensierende Waage, mit einer die lastab­ hängige Einschaltdauer einer den Kompensationsstrom liefernden Konstantstromquelle steuernden Regelschaltung, deren lastabhängi­ ges Regelsignal in einer Komparatorschaltung mit einer periodi­ schen Sägezahnspannung verglichen wird, mit einer Zählschaltung zur Zählung von Taktimpulsen während einer Mehrzahl von Ein­ schaltdauern, und mit einer Rechenschaltung zur Ermittlung des digitalen Gewichtsergebnisses aus der Impulszählung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Waage in an sich bekannter Weise ein Temperaturfühler (54) vorhanden ist, daß das analoge Temperatur­ signal des Temperaturfühlers (54) in der Komparatorschaltung (20, 58) mit einer periodischen Sägezahnspannung verglichen wird, daß eine Zählschaltung (34) zur Zählung von Taktimpulsen bis zum An­ sprechen des Komparators (58) vorgesehen ist, daß ein Speicher (48) zur Aufnahme des aus der Zählung resultierenden digitalen Temperaturwertes vorhanden ist, und daß die Rechenschaltung (38) zur Verrechnung des digitalen Temperaturwertes mit dem digitalen Gewichtsergebnis ausgelegt ist.

2. Waage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuerschal­ tung für die Zählschaltung (34), welche so ausgelegt ist, daß für eine eine Mehrzahl von Einschaltdauern umfassende Gewichtsermitt­ lung das Temperatursignal einmal ausgezählt wird.

3. Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatorschaltung für die Gewichtserfassung und für die Tempe­ raturerfassung je einen eigenen Komparator (20, 58) aufweist.

4. Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei gemein­ samem Eingang der beiden Komparatoren (20, 58) in die Rechen­ schaltung (38) zwischen diese und die Komparatoren ein von der Rechenschaltung gesteuerter elektronischer Schalter (60) vorgese­ hen ist.

5. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Temperaturfühler (54) außer an den Komparator (58) auch an die Konstantstromquelle (28) angeschlossen ist.

6. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß dieselbe Zählschaltung (34) für die Zählung der Taktim­ pulse sowohl des Gewichtssignals als auch des Temperatursignals vorgesehen ist.