DE3340512A1 - Elektrische waage - Google Patents
Elektrische waageInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische mit einem Meßwert aufnehmer zur Erzeugung· eines gewichtsabhängigen
Signals, mit einer digitalen Signalverarbeitummeinheit
und mit Mitteln zur Erfassung von auf den "!eßwertaufnehmer
einwirkenden Störeinflüssen (Fühler) und mit "itteln zur Korrektur der aus diesen Störeinflüssen resultierenden
Fehler des Meßwertaufnehmers.
V.'aagen dieser Art sind z.B. aus der DE-OS 32 13 016 bekannt.
Tort ist vor allem die Korrektur von Temperaturfehle rri ϊ ^-
schrieben. Weiterhin ist es aus der DE-OS 31 Ob 53^ bebnnt,
auch Feuchte- und Druckfühler einzusetzen, up. enr.sprechen-.ic
Feuchte- oder Druckabhängigkeiten des Keßwert-'vifnohners :;u
korrigieren.
Nachteilig an diesen bekannten Waagen ist es Jedoch, daß·
irnner nur der Momentanwert der jeweiligen Störgröße erfaßt
und verrechnet werden kann. Das zeitliche Verhalten des jeweiligen Fühlers muß also dem zeitlichen Verhalten des Mo i?.-wertaufnehmers
angeglichen werden. Bei einem Temperaturfühler beispielsweise muß dies durch einen riehtIp- rewähltnn
Befestigungspunkt, richtig gewählte Wärmekapazität und richtig gewählten Wärmewiderstand zum Eefesti;:ur.-:srunkt
geschehen. Diese Anpassung des zeitlichen Verhaltens ist jedoch umständlich und auch nur in beschränkten Umf9ng riö^-
lich, besonders da das zeitliche Verhalten des aus vielen verschiedenen Einzelteilen aufgebauten rießwertaufnehmers
sich nicht durch eine einfache mathematische Pe-zlehung darstellen
läßt. Weiterhin ist diese Anpassung ir.n->r nur für
eine zu korrigierende Größe - wie z.B. die Empfindlichkeit -
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optimal durchführbar, da in allgemeinen jede zu korrigierende
Größe ein anderes Zeitverhalten zeigt. Bei der Fehlerkorrektur in der digitalen Signalverarbeitungseinheit
sollen aber möglichst alle Fehler korrigiert werden, also neben F.mpfindllchkeitsfehlern z.B. auch Nullpunktfehler
und Linearitätsfphler.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Waage der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine einfachere Anpassung
des zeitlichen Verhaltens des Fühlers oder der Fühler an das zeitliche Verhalten des Meßwertaufnehmers
möglich ist und daß nit einem Fühler verschiedene Fehler
des TVßwertaufnehmers mit verschiedenem Zeitverhalten
korrigiert werden können.
F.rfiniun.Hrsremäß wird dies dadurch gelöst, daß im Rahmen der
(1ify,itrilen Signalverarbeitungseinheit ein Speicherbereich 20
vorhanden ist, den fortlaufend digitale Daten zugeführt werden 'ind dort für eine vorgegebene Zeit gespeichert vier den,
wo^ei diese Daten aus den jeweiligen Ausgangssignal des Fühlers
bzw. -Λ* ν Fühler 24 ', 24' ', 24' ' ', 25», 25" und gegebenenfalls den
AuStTan^ssignal des Meßwertaufnehmers 1...17 hergeleitet werden,
und daß die digitale SignalVerarbeitungseinheit die aus verschiedenen Zeiten stammenden Daten mit vorgegebenen Gewichtunp;sfaktoren
bewertet und zur Bestimmung der Korrekturen, die p.n Aus~angssignal des Meßwertaufnehmers anzubringen sind,
benutzt.
Dadurch stehen sowohl die momentanen Daten als auch die Daten der Vergangenheit zur Verfügung und die Anpassung an
das Zeitverhalten des Meßwertaufnehmers läßt sich leicht durch entsprechende Wahl der Gewichtungsfaktoren nachbilden.
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Bei einem schnellen Temperaturfühler beispielsweise und einem langsam reagierenden Meßwertaufnehmer werden die
älteren Daten stärker berücksichtigt als die neuesten Daten, während bei einem schnell reagierenden Fe S wer tauf nehmer vorallem
die neuesten Daten berücksichtigt werden und die ältesten den Gewichtungsfaktor Mull erhalten. Die Anpassung
ist also durch einfaches Ändern der Gewichtungsfaktoren
möglich, ohne daß die Art, der Crt oder die Fefesti^unfnweise
des Temperaturfühlers geändert werden müßte.
Die Organisation dieses Speicherbereichs kann je nach benutzter
Hardware für die Elektronik gewählt werden. Vorteilhaft ist es z.B.., diesen Speicherbereich in Form einet;
Schieberegisters zu organisieren, wobei beim Einsreicherr.
eines neuen Datensatzes alle bisher eingespeicherten Datensätze
um einen Speicherplatz weiterrücken und der let::t:·
Datensatz gelöscht wird.
Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform ergibt sich dann,
wenn die digitale Signalverarbeitun^seinheit durch "inen
Mikroprozessor realisiert ist; dann kann für den Speicherbereich ein Teil des (internen oder externen) RAM's dieses
Mikroprozessors benutzt werden. Hierbei ist es auch möglich, jeden Datensatz auf einem festen Speicherplatz zu Nilassen
und jeweils nur den ältesten Datensatz zu löschen ν.η-Λ
durch den neuen Datensatz zu ersetzen.
Da im allgemeinen die Temperatur die wichtigste Störgröße darstellts ist es zweckmäßig, daß als Fühler mindestens
ein Temperaturfühler vorhanden ist.
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ORIGINAL
Bei einen "leßwer tauf nehmer nach dem Prinzip der elektromagnetischen
Kraftkompensation wird in einer zweckmäßigen Ausgestaltung ein Temperaturfühler an der Kompensationsspule befestigt. Dadurch können die bei wechselnden Lasten
durch den entsprechend wechselnden Kompensationsstrom verursachten Temperaturänderungen sowohl besonders schnell erfaßt
werden als auch über die zeitliche Mittelwertbildung der im Speicherbereich gespeicherten Werte in ihren langsamen
Auswirkungen auf thermisch träge Bauteile berechnet werden.
Als Temperaturfühler wird dabei zweckmäßigerweise ein Schwinger mit tenperaturabhängiger Resonanzfrequenz eingesetzt,
da er ein leicht digitalisierbares Ausgangssignal liefert. Beispielsweise Ist ein Schwingquarz mit entsprechendem
Schnittwinkel solch ein Schwinger mit temperaturabhängiger
Resonanzfrequenz, der sich zusätzlich durch eine sehr gute Langzeitstabilität auszeichnet.
?.O nine besonders preisgünstige Auswerteschaltung erhält nan,
wenn nan lie temperaturabhängige Ausgangsfrequenz des
Schwingerp durch Teilerstufen, wie sie in kommerziellen
Uhren-IC's enthalten sind, auf größenordnungsmäßig 1 Kz
herunterteilt und die Dauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Impulsen mittels einer konstanten Referenzfrequenz
auszählt; dieses Zählergebnis ist dann ein digitales "aß für die temperatur des Schwingers.
Bei einem "eßwertaufnehmer nach de~i Prinzip der elektrcmagnetlachen
Kraftkompensation ändert sich die Verlustleistung in der Spule in Abhängigkeit vom Kompensationsstrom und damit In Abhängigkeit von der Last, und zwar
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steigt die Verlustleistung quadratisch mit der Last. Die digitale Signalverarbeitungseinheit kann damit aus dem
Lastwertj, also dem Ausgangesignal des Meßwertaufnehmers,
die momentane Verlustleistung in der Spule errechnen. Dementsprechend
sieht eine v/eitere zweckmäßige Ausgestaltung vor, daß bei einen Heßwertaufnehmer nach dem Prinzip der
elektromagnetischen Kraftkompensation die dem Speicherbereich zugeführten Daten aus den Ausgangssignal eines
Temperaturfühlers und dem quadrierten Ausgangssignal des
Heßwertaufnehmers hergeleitet werden. Die Temperaturunterschiede
durch die lastabhängige Verlustleistung in der Spule werden dann aus dem Ausgangesignal des Meßwertaufnehmeri
errechnet, während der Temperaturfühler nur zusätzlich «lie
Grundtemperatur des Meßwertaufnehners erfaßt. Für beide Temperaturdaten können verschiedene Gewichtungsfaktoren benutzt
werden entsprechend dem unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Einfluß von Schwankungen der G rund temper-·· tür
und von Schwankungen der Verlustleistung in der Spule.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß aln
Fühler mindestens ein Feuchtefühler vorhanden ist. Eine Feuchte-Korrektur ist z.B. bei "eßwertaufnehmern mit aufgeklebten
Dehnungsmeßstreifen notwendig, da der Kleber im allgemeinen
je nach umgebender Feuchte verschieden viel V/asr-ordampf
aufnimmt und seine Eigenschaften dadurch ändert. Auch bei Meßwertaufnehmern nach dem Prinzip der elektromagnetischen
Kraftkompensation kann die Lackisolation der Konoensationsspule
verschiedene Mengen Wasserdampf aufnehmen und so bei empfindlichen Waagen durch ihr verändertes Eigenfewicht
den Nullpunkt beeinflussen. Alle Feuchteeinflüsse zeigen eine starke zeitliche Verzögerung, da sich ein neues
!"Jasserdampf-Gleichgewicht nur langsam einstellt. Dadurch
wirkt sich die Verfügbarkeit von älteren Meßdaten hier Sesonders vorteilhaft aus.
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BAD OR!GIMÄL
Um das unterschiedliche Zeitverhalten verschiedener Fehler,
beispielsweise Linearitätsfehler, Nullpunktsfehler oder
Empfindlichkeitsfehler, nachbilden zu können, werden vorteilhafterweise
die Gewichtungsfaktoren, mit denen die digitale Signalverarbeitungseinheit die im Speicherbereich
gespeicherten Daten bewertet, für die verschiedenen Korrekturen verschieden vorgegeben.
Manche Heßwertaufnehmer zeigen einen Fehler, den nan allgemein
als "Kriechen" bezeichnet. Dabei folgt das Ausgangssignal bei einem Lastwechsel diesen zuerst nur teilweise
und kriecht erst allmählich auf den stationären Endwert. Auch diesen Fehler kann man durch Abspeichern der jeweiligen
Lastwerte im Speicherbereich und durch Vergleich der älteren Lastwerte nit den aktuellen Last viert korrigieren. Je weiter
ein Lastwechpel zurückliegt, desto geringer wird er dabei bewertet. Diese Kriechfehler sind stark temperaturabhängig.
Vorteilhafterweise werden daher die Gewichtungsfaktoren,
mit denen die digitale Signalverarbeitungseinheit die in Speicherbereich gespeicherten Daten bewertet, zunindeat
teilweise temperaturabhängig vorgegeben.
Un den Speicherbedarf nicht zu groß werden zu lassen, ist es vorteilhaft, die Folgefrequenz, nit der den Speicherbereich
neue Daten zugeführt werden, niedriger zu wählen als die Frequenz, nit der "eßwerte von rießwertauf nehmer abgegeben
werden.
Zu denselben Zweck ist es vorteilhaft, den Speicherbereich in mindestens zwei Teilbereiche zu unterteilen und die
Folgefrequenzen nit denen diesen Teilbereichen neue Daten
zugeführt werden, verschieden zu wählen. Diese Teilbereiche
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können einmal für die Daten von verschiedenen Fühlern benutzt werden: Die Signale von sich schnell ändernden und
nur kurz nachwirkenden Störeinflüssen werden häufiger abgespeichert
und - bei vorgegebener Speicherkapazität - entsprechend schneller wieder gelöscht, während Signale von
sich langsam ändernden und lang nachwirkenden Störeinf 3 üsr.en
seltener abgespeichert werden und dementsprechend für einen längeren Zeitraun zur Auswertung zur Verfügung stehen. "um
anderen können die beiden Teilbereiche auch hintereinander geschaltet sein: Alle Daten v/erden zuerst den ersten Teilbereich
zugeführt, der damit also die Daten der jüngsten Vergangenheit enthält; dann wird jeweils der Mittelwert
der ältesten η Daten des ersten Teilbereiches nit einer um den Faktor η niedrigeren Folgefrequenz in den r.woiv-n
Teilbereich übertragen. Der zweite Teilbereich enthält tIpo
die Daten der weiter zurückliegenden Vergangenheit nit einer
geringeren zeitlichen Auflösung.
Um die lückenlose Abspeicherunr der Daten der verschi e-d
Störeinflusse im Speicherbereich auch bei nicht benutzter Waage sicherzustellen, ist es zweckmäßig, eine Stand by-Schaltung
vorzusehen und auch während des Stand by-Petriebes dem Speicherbereich weiterhin Daten zuzuführen.
Wird eine VTa age ohne Stand by-Schaltung v/i ede r eingeschaltet
oder wird eine Waage mit Stand by-Schaltung von der Verr.orgungsspannung
getrennt und wieder eingeschaltet, so dauert
es eine Zeit, bis sich wieder thermisches Gleichgewicht eingestellt hat. In dieser Zeit ergibt sich häufig eine NuIL-punkts-
und Empfindlichkeitsdrift. Um auch diesen Fehler korrigieren zu können, ist in einer weiterführenden Ausgestaltung
vorgesehen, daß beim Einschalten der V/a a ge aus Jen
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ersten, aus dem jeweiligen Ausgangssignal der Fühler hergeleiteten
Daten nach einem fest vorgegebenen Programm weiter« Daten berechnet werden, mit denen die weiteren, noch leeren
Plätze des Speicherbereichs geladen werden. Der Speicherst bereich wird also mit Daten geladen, die nicht aus älteren
Meßwerten stammen, sondern gerade so berechnet werden, daß die Einschaltdrift korrigiert wird. Diese Daten werden dann
allmählich gelöscht und durch Meßdaten ersetzt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren am Beispie] einer Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation
erläutert, ohne daß die Anwendung der Erfindung jedoch auf solche Waagen eingeschränkt ist. Dabei zeigt:
Fi^. 1 einen Schnitt durch den mechanischen Teil der Waage
und ein Blockschaltbild der Elektronik,
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf einer Störgröße, die daraus abgeleiteten Uerte im Speicherbereich und zwei
Beispiele für Gewichtungsfaktoren und
Fig. 3 ein Blockschaltbild des Speicherbereichs in einer zweiten Ausführungsform.
Die elektrische V7aage in Fig. 1 besteht aus einen gehäusefesten 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 Vfägegutes und überträgt die der Masse des Wägegutes entsprechende Kraft
über ein KoppeIeletnent 9 mit den Dünnstellen 12 und 13 auf
den kürzeren Hebelarm des Übersetzungshebels 7. Der (Jbersetzungshebel
7 ist durch ein Kreuzfedergelenk 8 am Stützteil 1 gelagert. Am längeren Hebelarm des Obersetzungshebels
7 greift die Konpensationskraft an, die durch eine strondurchflossene Spule 11 im Luftspalt eines Perrnanentnagnetsystems
10 erzeugt wird. Die Größe des Konpensatlonsstromes wird in bekannter Weise durch den Lagensensor 16
und den Regelverstärker 14 so geregelt, daß Gleichgewicht
zwischen dem Gewicht des V/ägegutes und der elektromagnetischen Kompensationskraft herrscht. Der Kompensationsstron
erzeugt am Meßwiderstand 15 eine Meßspannung, die einen Analog/Digital-Wandler 17 zugeführt wird. Das digitalisierte
Ergebnis wird von einer digitalen Signalverarbeitun^K-einheit
1δ übernommen. In der digitalen Ci£-nalverarbeii"un:--seinheit
ist nun ein Speicherbereich 20 vorhan-ien, vier in rezeichneten
Beispiel als Schieberegister mit ζ wan zip; Sppieherplätzen
dargestellt ist. Das Schieberegister 20 wird vo-i übrigen Teil 19 der digitalen Signalverarbeitun^seinheit,
über die Leitung 21 getaktet und bei jeden Taktimpuls wird
ein neuer Datensatz über die Leitungen 22 und 23 überno~irnen
und im ersten (in der Zeichnung linken) Speicherplatz gespeichert;
gleichzeitig wird der vorher im ersten Speicherplatz gespeicherte Datensatz in den zweiten Speicherplatz
übernommen, der vorher in zweiten Speicherplatz gespeicherte Datensatz wird in den dritten Speicherplatz Übernonnen usw.
bis zum 20. Speicherplatz, dessen vorher gespeicherter Datensatz
gelöscht wird.
Die dem Eingang des Schieberegisters zugeführten Daten stanncrj
aus Fühlern 24 und 25 und werden in dazugehörigen Signalaufbereitungsbausteinen 26 und 27 aufbereitet. Bei analogen
Fühlern bestehen diese Signalaufbereituru^nbsnsteine beinpioln—
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weise aus einem Analog/Digital-Wandler mit Datenspeicher;
bei Fühlern mit frequenzanalogem Ausgangssignal, wie z.E.
bei den Quarz-Temperaturfühlern, können sie aus einem Zähler
bestehen. Cder sie bestehen aus Untersetzerstufen zum Herunterteilen
der Meßfrequenz auf ca. 1 Hz; diese niedrige Frequenz kann dann durch Auszählen der Periodendauer von
der digitalen Signalverarbeitungseinheit 19 bestimmt werden. Die dem Eingang des Schieberegisters 20 zugeführten Daten
können jedoch auch (über die Leitung 29) von der digitalen Signalverarbeitungseinheit aus dem Ausgangssignal des Meßwertaufnehmers
1...17 ermittelt werden. Ebenso könnten die !"leßdaten der Fühler 24 und 25 über die Signalaufbereitungshausteine
2β und 27 direkt der digitalen Signalverarbeitungseinheit 19 ungeführt werden und von dort zum Schieberegister
relanf-en, ohne daß sich die Funktionsweise ändert. Die
digitale Sirnalverarbeitungseinheit 19 hat über die Leitunren
28 Zugriff zu den einzelnen Speicherplätzen des Schieheregisters 20. Sie kann die einzelnen Datensätze
übernehmen, mit C-ewichtungsfaktoren multiplizieren und aus
dem Ergebnis die notwendigen Korrekturen für das Ausgangssignal
des Meßwertaufnehmers 1...17 errechnen und das Ergebnis
in die digitale Anzeige 30 veitergeben.
Der durch diese Schaltung gegebene Funktionsablauf läßt sich anhand der Beispiele in Fig. 2 erläutern. Dort ist nur die
Störgröße Temperatur betrachtet, die von einem einzigen Temperaturfühler
renessen wird; weiter sind für das Schieberegister nur zehn Speicherplätze angenommen. Im oberen Teil von Fig.
ist als Kurve der angenommene zeitliche Verlauf der Temperatur aufgetragen, wobei der Zeitmaßstab von rechts nach
links fortschreitet. Die aktuelle Temperatur (Balken X1^ ist
in ersten Speicherplatz des Schieberegisters gespeichert;
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die Temperatur λ2» die νοΓ einer Taktperiode - beispielsweise
also vor einer Minute - herrschte, ist im zweiten Speicherplatz gespeichert; die Temperatur X^*
die vor zwei Taktperioden herrschte, ist im dritten Speieherplatz gespeichert; usw.. Der angenommene Kurvenverlauf
zeigt also eine Temperaturerhöhung in den letzten zwei Taktperioden und eine etwa konstante Temperatur in der Zeit davor.
Soll nun ein thermisch träges System korrigiert werden, beispielsweise in Fig. 1 die Empfindlichkeit, die im wesentlichen
durch den verhältnismäßig großen und schweren Permanentmagneten 10 bestimmt wird, so wird der obere Γ-ats flewlohtungsfaktoren
aus Fig. 2 benutzt. Dabei v/erden die mittleren Speicherplätze stärker gewichtet und die vorderen und
hinteren Speicherplätze, also die neuesten und die ältesten Daten, geringer. Damit wirkt sich die in Fig. 2 angenommene
Temperaturerhöhung in den letzten zwei Taktperioden erst allmählich und zeitverzögert in der Größe der temperaturahhängigen
Korrektur aus - genauso wie sich das empfind liehkeitsbestimnende Pauteil, der Magnet, erst allmählich erwärmt
.
Der untere Satz Gewichtungsfaktoren in Fig. 2 ist für ein thei*.
misch schnell reagierendes System gedacht, beispielsweise im
Meßwertaufnehmer aus Fig. 1 für den Nullpunkt, der weitpehenu
von den dünnen Federn 6 und den Lenkern 4 und 5 bestimmt wird. In Fig. 2 ist angenommen, daß der benutzte Temperaturfühler
auf eine Temperaturänderung langsamer reagiert als der Meßwortaufnehmer.
Deshalb wird aus den gespeicherten Temperaturfühler-Meßwerten der Vergangenheit auf den zu erwartendf-n
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fiOPV H
nächsten Meßwert extrapoliert: zu dem neuesten Meßwert χ wird ein Wert addiert, der sich zu 3/4 aus der·
Steigung zwischen den beiden letzten Meßwerten (X1-X2)
und zu 1/4 aus der Steigung zwischen den beiden letzten Meßwerten X2 - X3 ergibt:
Der untere Satz Gewichtungsfaktoren in Fig. 2 (ohne Normierungsfaktor
angegeben) stellt also eine Vorausschätzung dar, die Temperaturkorrektur wird in der vorausgeschätzten Höhe
durchgeführt, wie sie der Temperaturfühler erst in den nächsten (zukünftigen) Taktperioden etwa messen wird. Dies Beispiel
soll zeigen, daß durch richtig gewählte Gewichtungsfaktoren
in gewissem Umfang auch Fehler des Meßwertaufnehmers korrigiert
werden können, die bei Änderungen der Störgröße schneller auftreten als der benutzte Fühler erkennen kann.
Die beiden Sätze Gewichtungsfaktoren in Fig. 2 sollen beispielhaft
verschiedene Möglichkeiten der Anpassung des zeitlichen Verhaltens von Fühler und Ileßwertaufnehner zeigen. Andere Zusamnenstellungen
von Gewichtungsfaktoren sind in großer Vielzahl möglich und müssen entsprechend den speziellen Eigenschaften
von Fühler und ITeßwertaufnehmer ermittelt und der digitalen Signalverarbeitungseinheit Implementiert werden.
Genauso wie die Festlegung der Gewichtungsfaktoren waagenspezifisch
erfolgen muß, muß auch die Wahl der Fühler 24 und 25 waagenspezifisch nach den Störgrößen mit größtem Einfluß
erfolgen. Die folgenden Beispiele sollen also wieder nur die Bandbreite der Möglichkeiten aufzeigen.
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Am Spulenkörper 11 oder in seiner Nähe ist ein Feuchtefühler
25" angebracht, am gehäusefesten Stützteil 1 ist
ein Temperaturfühler 24' angebracht. Aus den Daten des Feuchtefühlers wird der Feuchte-Einfluß der Spulenwindungen
korrigiert^ aus den Daten des Temperaturfühlers wird der Temperaturfehler des gesamten Meßwertaufnehmers korrigiert.
Dabei sind die Gewichtungsfaktoren für den Feuchte-Einfluß temperaturabhängig vorgegebens um das temperaturabhängige
Zeitverhalten der Feuchteaufnahme und um die temperaturabhängige Größe der Feuchteaufnahme zu berücksichtigen.
Am Spulenkörper 11 ist ein erster Temperaturfühler 25''
angebracht,, am gehäusefesten Stützteil ir-t ein weiterer
Temperaturfühler 24'' angebracht. Der Temperaturfühler 24''
mißt die mittlere Temperatur des "eßwertaufnehmers, der
Temperaturfühler 25'" mißt die Temperatur der Spule, die Differenz der beiden Temperaturen ergibt die lastabhängig
Übertemperatur der Spule. Aus den abgespeicherten Vierten des Temperaturfühlers 24'' wird der Temperaturkoeffizient
des gesamten Heßwertaufnehmers korrigiert, aus der Differenz
der abgespeicherten Daten der beiden Temperaturfühler wird der Einfluß des sich aus der Ubertemperatur der Spule ergebenden
geänderten Hebelverhältnisse am Hebel 7 und der
geänderten Feldstärke des Permanentmagnetsystems 10 korrigiert=
Fs ist nur ein Temperaturfühler 24' " am gehäusefesten Stützteil
1 vorhanden, dann errechnet die digitale Signalver-^r-
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ßAD ORIGINAL
beitungseinheit 19 die Verlustleistung in der Spule 11 aus
dem Ausgangs signal des Keßwertaufnehmers 11...17. Die Auswertung
erfolgt wie im Eeispiel 2.
Bei einem Feßwertaufnehmer aus einem Federkörper mit aufgeklebten
Dehnungsmeßstreifen ist ein Temperaturfühler und ein Peuchtefühler in der Nähe des Federkörpers vorhanden.
In das Schieberegister wird neben den Daten dieser beiden Fühler noch das gewichtsabhängige Ausgangssignal des Meßwert
auf nehme rs übernommen. Aus den gespeicherten Temperaturwerten wird einmal der Temperaturfehler des Meßwertaufnehmers
(z.B. der Temperaturkoeffizient des Elastizitätsmoduls)
korrigiert, weiter werden die Gewichtungsfaktoren für den Feuchte-Einfluß je nach Temperatur verschieden
vorKegeben und zum dritten werden zur Kriechkompensation
die Gewichtungsfaktoren der gespeicherten Lsstvrerte je nach
Temperatur verschieden vorgegeben.
Der Speicherbedarf richtet sich nach der Taktfrequenz, mit
der die Daten eingeschrieben und weitergeschoben werden und nach der benötigten Zeitsnanne, aus der Daten zum Errechnen
der Korrekturen benötigt werden. Um den Speicherbedarf nicht zu groß werden zu lassen, empfiehlt es sich,
nicht für jeden neuen Meßwert vom Meßwertaufnehmer auch
einen neuen Wert in den Speicherbereich einzuspeichern. Während die Meßwerte vom Heßwertaufnehmer etwa jede Sekunde
neu geliefert werden, reicht es in Fielen Fällen , wenn etwa jede Minute ein neuer Wert in den Speicherbereich
übernommen wird.
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BAD OF?iG!NÄl
Eine andere Ilogllchkeits Speicherplatz zu sparen zeigt
Pig» 3 wieder am Beispiel eines Schieberegisters. Hier besteht das Schieberegister aus einem ersten Teilbereich 20'
mit 16 Speicherplätzen^ in die Daten mit der vorgegebenen Taktfrequenz wie in Pig. 1 eingegeben werden. Der Takt für
den zweiten Teilbereich 20'' mit ebenfalls 16 Speicherplätzen wird in Fig. 3 durch einen Frequenzteiler 31 um den
Faktor 4 heruntergesetzt. In den zweiten Teilbereich wird jeweils der Mittelwert aus den letzter, vier Speicherplätzen des
ersten Teilbereiches übertragen (Ilittelwertbildner 32). Da dieser Übertrag nur bei jedem vierten Taktimpuls des ersten
Teilbereiches erfolgt, wird jeder Wert aus dem ersten Teilbereich genau einmal für den übertrat in den zweiten Teilbereich
berücksichtigt. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung der Teilbereiche des Schieberegisters erlaubt es, mit 16 +
= 32 Speicherplätzen die Daten aus maximal 4 χ 16 + 16 = 80 Taktperioden des Taktes aus dem ersten Teilbereich zu speichern»
Daß dabei die älteren Daten nur als Mittelwert über vier Taktperioden vorliegen^ stört in allgemeinen nicht, da
für die weiter zurückliegenden Zeiträume die feine zeitliche Auflösung nicht mehr so wichtig ist.
Diese eben am Beispiel eines Schieberegisters demonstrierte Teilung des Speichers läßt sich sinngemäß auch auf andere
Speicherorganisationen übertragen.
Nach dem Einschalten der Waage ist der Speicherbereich
zunächst leer und füllt sich erst allmählich mit Daten. Tie vorgesehene und im vorhergehenden beschriebene Funktionsweise
ist also noch nicht möglich. Es ist deshalb zweckmäßigj,
die Waage in bekannter Welse mit einer Stand by-Schaltung
zu versehen^ bei der die wesentlichen Teile der
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BAD ORIGINAL
Elektronik eingeschaltet bleiben und nur die Anzeige und andere, einer erhöhten Alterung im eingeschalteten Zustand
unterliegende Bauteile abgeschaltet werden. In diesem Fall können auch im Stand by-Betrieb laufend Daten in den Speicherbereich
übernommen werden und die Meßwertkorrektur ist nach den vollen Einschalten sofort hundertprozentig gewährleistet.
Ist die Waage doch einmal vollständig von ihrer Versorgungsppannung
getrennt worden und wird wieder eingeschaltet, so werden zweckmäßigerweise aus den ersten Meßwerten der Fühler
weitere Daten berechnet und in die leeren Plätze des Speicherbereichs eingespeichert. Diese berechneten Daten können
zwar die individuelle Vorgeschichte der Waage vor dem Einschalten nicht wiedergeben, sie können aber so gewählt
werden, daß das einschaltbedingte Einlaufen der Waage bei etwa konstanter Temperatur und Feuchte in etwa korrigiert
wird.
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Claims (16)
- Sartorius GmbH Akte SW 8305Weender Landstraße 94-108 Κδ/klD-3400 GottingenElektrische T.7aageAnsprüche:Elektrische Waage mit einem ^eäwertaufnehmer zur Erzeugung eines gewiehtsabhängigen Signals, mit einer ^i^italen Signalverarbeitungseinheit, mit Mitteln zur Erfassung von auf den Meßwertaufnehmer einwirkenden Störeinflüssen (Fühler) und mit Mitteln zur Korrektur der aus diesen Störeinflüssen resultierenden Fehler des MeP-wertaufnehmers, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der digitalen Signalverarbeitungseinheit (18) ein Speicher bereich (20) vorhanden ist, den .fortlaufend digitale Daten zugeführt werden und dort für eine vorgegebene Zeit gespeichert werden, wobei diese Daten aus dem jeweiligen Ausgangs signal des Fühlers bzw. der Fühler '2'!', 24" ,24" ' ,25' ,25*') und gegebenenfalls der Aus^anpn-BAD ORIGINALsignal des Meßwertaufnehmers (1...17) hergeleitet werden, und daß die digitale Signalverarbeitungseinheit die aus verschiedenen Zeiten stammenden Daten mit vorgegebenen Gewichtungsfaktoren bewertet und zur Bestimmung der Korrekturen, die am Ausgangssignal des Meßwertaufnehmers anzubringen sind, benutzt.
- 2. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbereich (20) in Form eines Schieberegisters organisiert ist.
- 3. Elektrische Waage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Signalverarbeitungseinheit (18) durch einen Fikroprozessor realisiert ist und daß für den Speicherbereich (20) ein Teil des RAM's dieses Mikroprozessors benutzt wird.
- 4. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Fühler mindestens ein Temperaturfühler (24',24'',24·'·,25 " ) vorhanden ist.
- 5. Elektrische Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einen Meßwertaufnehmer nach den Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation ein Temperaturfühler (25'') an der Kompensationsspule (11) befestigt ist.
- 6. Elektrische Waage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler ein Schwinger mit tenperaturabhangiger Resonanzfrequenz eingesetzt ist.
- 7· Elektrische Waaeie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwinger mit temperaturabhängiger Resonanzfrequenz ein Schwingquarz mit entsprechendem Schnittwinkel benutzt v/lrd.SW 8305BAD ORIGINAL
- 8. Elektrische Waage nach Anspruch 6 oder 7, dadurchgekennzeichnet, daß die temperaturabhängige Resonanzfrequenz durch Teilerstufen heruntergeteilt wird, daß die Periodendauer dieser heruntergeteilten Impulsfolge mittels einer wenigstens nährungsweise konstanten Referenzfrequenz ausgezählt wird und daß dieses Zählergebnis ein digitales Maß für die Temperatur des
Schwingers ist. - 9. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Meßwertaufnehmer nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation die den Speicherbereich (20) zugeführten Daten aus dem Ausgangssignal eines Temperaturfühlers (24·'') und dem quadrierten Ausgangs signal des r'eßwertaufnehi:u?rs (1...17) hergeleitet werden.
- 10. Elektrische V.raage nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß als Fühler mindestens ein Feuchtefühler (25') vorhanden ist. - 11. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtun^sfaktoren, nit denen die digitale SignalVerarbeitungseinheit (19) die im Speicherbereich (20) gespeicherten Daten bewertet, Tür die verschiedenen Korrekturen, wie z.B. Linearität, Nullpunkt oder Empfindlichkeit, verschieden vorgegeben sind.
- 12. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 11,dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungsfaktoren, mit denen die digitale Signalverarbeitungseinheit (19) die im Speicherbereich (20) gespeicherten Daten bewertet, zumindest teilweise temperaturabhängig vorgegeben sind.FM 8305BAD ORIGINAL
- 13. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten mit einer vorgegebenen Folgefrequenz den Speicherbereich (20) zugeführt werden und daß diese Folgefrequenz niedriger ist als die Frequenz, mit der Meßwerte vom Meßwertaufnehmer (1... 17) abgegeben werden.
- 14. Elektrische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbereich (20) in mindestens zwei Teilbereiche (2O',2Ofl) unterteilt ist, und daß die Folgefrequenzen, mit denen diesen Teilbereichen neue Daten zugeführt werden, verschieden sind.
- 15. Elektrische VJaage nach einem der Ansprüche 1 bis 14,dadurch gekennzeichnet, daß ein Stand by-Betrieb vorgesehen ist und daß während des Stand by-Betriebes dem Speicherbereich (20) weiterhin Baten zugeführt werden.
- 16. Elektrische Waage nach einen der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschalten der V/aage aus den ersten, aus den je v/eil igen Ausgangssignal des Fühlers bzw. der Fühler (24·,24'',24!'',25'25'') und gegebenenfalls dem Ausgangssignal des Meßwertaufnehme rs (1...17) hergeleiteten Daten nach einem fest vorge- ^ebenen Programm weitere Daten berechnet werden, mit denen die weiteren, noch leeren Plätze des Speicherbereichs (20) geladen werden.SV.' 8305BAD ORIGINAL
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