DE3324511A1

DE3324511A1 - Electronic balance

Info

Publication number: DE3324511A1
Application number: DE19833324511
Authority: DE
Inventors: Michael Ing.(grad.) 8998 Lindenberg Reutemann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-07-07
Filing date: 1983-07-07
Publication date: 1985-01-17

Abstract

To improve the accuracy and handling of electronic balances, the force-compensating system is incorporated in the digital/analog converter of the balance. Production-related faults and drift errors caused by a change of temperature are thereby eliminated. A quicker tuning of the compensating system and a zero-point and drift correction are possible by the use of a microcomputer.

Description

Elektronische WaageElectronic scales

Die Erfindung betrifft eine elektronische Waage mit elektromagnetischer Kraftkompensation und einem lichtelektrischen Stellungsgeber. Kraftkompensation und Stellungsgeber sind Bestandteil eines integrierenden Digital-Analog-Wandlers der von einem elektronischen Rechen- und Zählwerk gesteuert wird.The invention relates to an electronic balance with electromagnetic Force compensation and a photoelectric position transmitter. Force compensation and position transmitter are part of an integrating digital-to-analog converter which is controlled by an electronic calculator and counter.

Bei mechanischen Waagen wird die Gewichtskraft durch eine oder mehrere Hebelübersetzungen reduziert und durch ein verschiebbares Gegengewicht oder durch eine Feder mit gekoppelter Anzeige kompensiert. Bei elektronischen Waagen wird durch die Auslenkung statt einer Anzeige eine Scheibe mit Strichcodierung bewegt und die Anzahl der von einer Erkennungseinrichtung festgestellten Impulse sind das Maß für die Gewichtskraft des zu wägenden Gutes. Eine andere Art von elektronischen Waagen verwendet wohl das Kompensationsprinzip durch elektromechanische Kraftwandler mittels eines elektrischen Regelkreises, hierbei wird der Spulenstrom des Kraftwandlers gemessen und durch einen Digital-Analog-Wandler herkömmlicher Bauart in einen digitalen Wert umgesetzt und zur Anzeige gebracht.With mechanical scales, the weight force is determined by one or more Leverage ratios reduced and by a sliding counterweight or by a spring with coupled display compensates. With electronic scales, the deflection moves a bar-coded disk instead of a display and the The number of pulses detected by a detection device is the measure for the weight of the goods to be weighed. Another type of electronic balance probably uses the compensation principle by means of electromechanical force transducers an electrical control circuit, here the coil current of the force converter measured and converted into a digital one by a digital-to-analog converter of conventional design Value implemented and displayed.

Der allen bekannten Systemen gleichermaßen anhaftende Mangel ist die mäßige Genauigkeit, beziehungsweise bei mechanischen Systemen mit Kraftkompensation durch Gegengewicht die zeitintensive Einstellung des Laufgewichts.The defect that is equally inherent in all known systems is this moderate accuracy, or in mechanical systems with force compensation the time-consuming adjustment of the barrel weight by means of counterweight.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Schaffung eines die genannten Nachteile vermeidenden Systems mit hoher Genauigkeit. Dies setzt voraus, daß auch alterungsbedingte oder durch Temperaturschwankungen erzeugte Abweichungen ausgeglichen werden können.The object of the invention is now to provide one of the above Disadvantages avoiding system with high accuracy. This assumes that too Age-related deviations or deviations caused by temperature fluctuations are compensated can be.

Bezeichnung: Elektronische Waage Zur Lösung der Aufgabe wird eine Anordnung geschaffen, bei der ein Digital-Analog-Wandler, im folgenden DAW genannt, in den Regelkreis der Kraftkompensation eingefügt wird. Der DAW ist in der Lage eine beliebige Menge genau abzählbarer Impulse mit einer genau bestimmbaren Breite einem Integrator zu zu führen. die Spanuungszeitflächen dieser einzelnen Impulse werden vom Integrator exakt addiert und in einen proportionalen Kompensationsstrom umgewandelt. Die erforderliche Größe des Kompensationsstromes wird durch eine lichtelektrische Lageerkennung des Waagebalkens festgestellt. Dem Integrator werden solange Spannungsimpulse zugeführt, bis die durch die Gewichtskraft des Wägegutes erzeugte Auslenkung des Waagebalkens wieder zu Null kompensiert ist. Die dabei erzeugte Anzahl von Impulsen des DAW ist ein exaktes Maß für das festzustellende Gewicht.Designation: Electronic scales To solve the task, a Arrangement created in which a digital-to-analog converter, hereinafter called DAW, is inserted into the control loop of the force compensation. The DAW is capable of any number of precisely countable impulses with a precisely determinable width to lead to an integrator. the voltage time areas of these individual pulses are added exactly by the integrator and converted into a proportional compensation current converted. The required size of the compensation current is determined by a photoelectric Detection of the position of the balance beam. The integrator receives voltage pulses for as long until the deflection of the Balance bar is compensated to zero again. The number of pulses generated in the process of the DAW is an exact measure of the weight to be determined.

Dieser allgemeine Lösungsgedanke läßt sich durch verschiedene Schaltungen praktisch verwirklichen. Man kann beispielsweise so vorgehen, daß ein elektronischer Impulsgeber mit Zählschaltung gestartet wird wenn der Wägebalken die Nullage verläßt und gestoppt wird wenn der Wägebalken durch Kraftkompensation die Nullage wieder erreicht hat.This general solution idea can be illustrated by various circuits put into practice. One can, for example, proceed in such a way that an electronic Pulse generator with counting circuit is started when the weighing beam leaves the zero position and is stopped when the weighing beam returns to the zero position through force compensation has reached.

Die gezählten Impulse sind das Maß für die aufliegende Gewichtskraft. Eine andere Lösungsmöglichkeit ist die Verwendung eines Mikrocomputers zur Erzeugung der Impulse.The counted impulses are the measure for the applied weight. Another possible solution is to use a microcomputer for generation the impulses.

Der Einsatz des Mikrocomputers schafft die weitere Möglichkeit von dem relativ langsamen Zählverfahren abzugehen und durch Erzeugung Impulse unterschiedlicher Länge einen schnelleren Abgleich des Systems zu erreichen. Ein Mikrocomputer bietet des weiteren die Moglichkeit vor der ei6entlichen Wägung den Nullpunkt der Einrichtung festzustellen sowie eventuelle Driftfehler des Integrutorl zu meE£iOn und mit dem Ergebnis der Wägung zu verrechnen.The use of the microcomputer creates the further possibility of to leave the relatively slow counting method and by generating pulses more different Length to achieve a faster alignment of the system. A microcomputer offers furthermore the possibility of setting the zero point of the device before the actual weighing as well as possible drift errors of the Integrutorl to meE £ iOn and with the To offset the result of the weighing.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in den anliegenden Bezeichnung: RlektrQnische Waage Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen: Figur 1 Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung des erfindungsgemäßen Geräts, Figur 2 die Lichtelektrische Lage erkennung, Figur 3 den Zeitverlauf des Kompensationsstromes für die Nullpunktmessung, Figur 4 den Zeitverlauf des Kompensationsstromes für die Driftmessung, Figur 5 den Zeitverlauf des Kompensationsstromes für die Wägung.For a more detailed explanation of the invention is in the attached Description: Electrical scales Drawings shown an embodiment. They show: figure 1 embodiment of an electrical circuit of the device according to the invention, Figure 2 the photoelectric position detection, Figure 3 the time course of the compensation current for the zero point measurement, Figure 4 shows the time course of the compensation current for the Drift measurement, FIG. 5 shows the time course of the compensation current for the weighing.

Im Ruhezustand der Anordnung nach Figur 1 fließt kein Strom durch die Spule 3 des Kraftwandlers. Wird die Anordnung an Spannung gelegt, so beleuchtet die Lampe 8 die lichtempfindlichen Empfänger 9 und 10 , da die Lichtstrahlen durch eine Blende 7 hindurchtreten müssen, hängt die Beleuchtungsstärke der lichtempfindlichen Empfänger 9 und 10 von der Stellung der Blende 7 ab. Die Blende 7 ist fest mit der beweglichen Spule 3 des Kraftwandlers verbunden. Der Nullpunkt der Anordnung ist dadurch gegeben, daß auf beide lichtempfindlichen Empfänger 9 und 10 die gleiche Lichtmenge auftrifft. Nur in diesem Fall werden von dem lichtelektrischen Wandler 11 beide Signalleitungen 12 zur Auswerteschaltung 4 mit Spannung beaufschlagt. Bei einer Abweichung von der Nullage wird je nach Richtung der Verschiebung der Blende der eine oder andere lichtelektrische Empfänger 9 oder 10 stärker beleuchtet und damit nur die entsprechende Signalleitung 12 mit Spannung beaufschlagt.In the idle state of the arrangement according to FIG. 1, no current flows through it the coil 3 of the force converter. If voltage is applied to the arrangement, it is illuminated the lamp 8 the photosensitive receiver 9 and 10, as the light rays through a diaphragm 7 must pass through depends on the illuminance of the photosensitive Receiver 9 and 10 from the position of the diaphragm 7. The aperture 7 is fixed to the movable coil 3 of the force transducer connected. The zero point of the arrangement is given that on both photosensitive receivers 9 and 10 the same Amount of light impinges. Only in this case will the photoelectric converter 11 voltage is applied to both signal lines 12 to the evaluation circuit 4. at a deviation from the zero position will depend on the direction of the shift of the diaphragm one or the other photoelectric receiver 9 or 10 is more strongly illuminated and so that only the corresponding signal line 12 is supplied with voltage.

Abhängig vom Zustand dieser Signalleitungen 12 wird nun ein elektronischer Schalter 6 in der Weise von der Auswerteschaltung 4 gesteuert, daß die von dem Integrator 1 aufaddierten Impulse über den Spannungs-Strom-Wandler 2 einen Strom I durch die Spule 3 des Kraftwandlers fließen lassen, der dieser Veränderung der Nullage entgegenwirkt.Depending on the state of these signal lines 12, there is now an electronic Switch 6 is controlled by the evaluation circuit 4 in such a way that the integrator 1 added pulses through the voltage-current converter 2 a current I through the Allow coil 3 of the force transducer to flow, which counteracts this change in the zero position.

tezeichnung: Elektronische Waage Von der Auswerteschaltung 4 werden solange Impulse an den Integrator 1 abgegeben bis die Nullage wieder erreicht ist, das heißt beide lichtempfindlichen Empfänger 9 und 10 gleiche Beleuchtungsstärke erhalten und damit beide Signalleitungen 12 wieder mit Spannung beaufschlagt sind. Die Auswerteschaltung gibt nun keine weiteren Impulse mehr ab. Der zeitliche Verlauf ist in Figur 3 dargestellt.drawing: Electronic balance From the evaluation circuit 4 are as long as pulses are sent to the integrator 1 until the zero position is reached again, that is, both light-sensitive receivers 9 and 10 have the same illuminance received and so that both signal lines 12 are again supplied with voltage. The evaluation circuit now no longer emits any further pulses. The course over time is shown in FIG.

Zum Zeitpunkt t0 wird die Anordnung eingeschaltet, eine Abweichung von der Nullage erkannt, die Auswerteschaltung 4 gibt Impulse an den Integrator -1 ab, der Strom I steigt an, nach 3 Impulsen, zum Zeitpunkt t1 , ist die Nullage wieder erreicht und die Auswerteschaltung beendet die Abgabe der Impulse.The arrangement is switched on at time t0, a deviation recognized by the zero position, the evaluation circuit 4 sends pulses to the integrator -1 decreases, the current I increases, after 3 pulses, at time t1, is the zero position reached again and the evaluation circuit ends the delivery of the pulses.

Die Driftmessung der Anordnung geschieht in der Weise, daß für eine von der Auswerteschaltung vorgegeben Zeit t1 bis t2 ( siehe hierzu Figur 4 ) in Ruhe belassen wird. Durch Driftfehler gerät die Anordnung aus der Nullage. Zum Zeitpunkt t2 gibt die Auswerteschaltung 4 in der Weise Impulse an den Integrator 1 ab, die die Anordnung wieder in die Nulllage zurückführen. Die erforderliche Anzahl von Impulse' von t2 bis t3 sind das Maß für die zeitabhängige Drift. Bei der eigentlichen Wägung ( siehe Figur 5 ) wird dieser Wert dann zur Korrektur des Ergebnisses verwendet. Die wägung geschieht in der Weise, daß bei Auflegen einer Gewicht@kraft die nordnung in der beschriebenen Weise die Abweichung von der Nullage ausgleicht. Die Anzahl der Impulse von t3 bis t5 sind das Maß für die Gewichtskraft. Da der Zeitverbrauch von t3 bis t4 durch Abzählen bekannt ist kann der Zählwert der Driftmessung durch Rechnung in Relation gesetzt werden und vom rrgebnis t3 bis t4 subtrahiert werden: t2-t1 I3-4 - # I@-@ ist das um d@n Driftwert tj1 korrigierte Ergebnis, I3-4 ist hierbei die Anzahl der Impulse vom Zeitpunkt t3 bis t4 und I2 3 die Anzahl der Impulse vom Zeitpunkt t2 bis t3.The drift measurement of the arrangement is done in such a way that for a time t1 to t2 predetermined by the evaluation circuit (see FIG. 4 in this regard) in Is left calm. The arrangement gets out of the zero position due to drift errors. At the time t2, the evaluation circuit 4 outputs pulses to the integrator 1 in the manner that Bring the arrangement back into the zero position. The required number of Pulses' from t2 to t3 are the measure of the time-dependent drift. At the actual Weighing (see Figure 5), this value is then used to correct the result. Weighing is done in such a way that when a weight @ force is applied, the order compensates for the deviation from the zero position in the manner described. The number of the impulses from t3 to t5 are the measure for the weight force. As the time consumption from t3 to t4 is known by counting the count value of the drift measurement The calculation can be put in relation and subtracted from the result t3 to t4: t2-t1 I3-4 - # I @ - @ is the result corrected by d @ n drift value tj1, I3-4 is here the number of pulses from time t3 to t4 and I2 3 the number of pulses from time t2 to t3.

Bezeichnung: Elektronische Waage Das ermittelte Ergebnis wird in codierter Form der Anzeig@ zugeführt.Name: Electronic balance The determined result is coded in Form of the display @ supplied.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe sind zum einen aie Verwendung des lichtelektrischen Stellungsgebers, die zu erheblichen Kostenvorteilen gegenüber herkömmlichen Weggebern mit Differentialtrafo, Oszillator und Phasendemodulator führen, zum anderen die hohe Auflösung und Genauigkeit des angewendeten Verfahrens, sowie die elektromagnetische Kraftkompensation. Mit der beschriebenen Lösung sind nach bisherigen Erkenntnissen des Anmelders Auflösungen von 10-4 4 bis 10 5 des Meßbereichendwertes möglich.The advantages of the inventive solution to the problem are on the one hand aie use of the photoelectric position transmitter, which leads to considerable cost advantages compared to conventional encoders with differential transformer, oscillator and phase demodulator lead, on the other hand, the high resolution and accuracy of the applied method, as well as the electromagnetic force compensation. With the solution described are According to the applicant's previous knowledge, resolutions of 10-4 4 to 10 5 des Full scale value possible.

Bekannte elektrische oder elektronische Waagen bieten eine Auflösung von 10 2 bis 10 3. Die beschriebene Erfindung verbessert die Auflösung um zwei Zehnerpotenzen.Known electrical or electronic scales offer resolution from 10 2 to 10 3. The described invention improves the resolution by two powers of ten.

Claims

Designation: Electronic scales Patent claims f Electronic scales with electromagnetic force compensation and photoelectric position transmitter in particular suitable generally range from 10 g to 200 kg, i.e. as letter scales, kitchen scales, Personal scales, characterized in that the electromechanical system is a component of a digital-to-analog converter, which is driven by an electronic calculator and counter is controlled.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that by a Drift measurement before or after weighing possible switching errors through automatic Bill can be balanced.

3. Apparatus according to claims 1 and 2, characterized in that by including the entire mechanical system in the digital-to-analog converter Manufacturing inaccuracies and mechanical changes due to a zero point measurement be balanced.

4. Apparatus according to claims 1 to 3, characterized in that a photoelectric position detection with a diaphragm whose light-permeable opening is arranged obliquely to the direction of movement is used.