DE3401269C2

DE3401269C2 - Wiegeeinrichtung

Info

Publication number: DE3401269C2
Application number: DE19843401269
Authority: DE
Inventors: Yasutoshi Akashi Hyogo Masua; Masami Miki Hyogo Yamanaka
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 1983-01-17
Filing date: 1984-01-16
Publication date: 1987-05-07
Also published as: AU2236683A; GB2133880B; FR2541455A1; FR2541455B1; GB8333911D0; DE3401269A1; GB2133880A; AU543914B2; JPS59131131A

Abstract

Die vorliegende Einrichtung zum Messen einer Kraft enthält einen auf die Kraft ansprechenden Oszillator (20), der ein elektrisches Signal (A) liefert, dessen Frequenz von der auf ihn einwirkenden Kraft abhängt, sowie eine Anordnung zum Messen der Frequenz und zum Berechnen der einwirkenden Kraft. Um Fehler bei der Frequenzmessung auszuschalten, enthält die Einrichtung einen separaten zweiten Oszillator (24), um ein zweites elektrisches Signal (D) mit einer zweiten Frequenz zu liefern, welche höher ist als die der ersten Frequenz, ferner eine Einrichtung (28) zum Zählen der Zahl der Perioden dieses Signals (D) für eine Zeitspanne, die genau einer vorherbestimmten Anzahl von Perioden des ersten Signals (A) entspricht und zum Errechnen der ersten Frequenz aus dem sich ergebenden Zählwert. ersten Frequenz aus dem sich ergebenden Zählwert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wiegeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer aus der DE-Z "VDI"-Zeitschrift, Sept. 1956, S. 1541-1548 bekannten, üblicherweise auch in Waagen eingesetzten Saitenkraftmeßeinrichtung dieser Art ist das die Öffnungszeit der Torschaltung bestimmende Element ein z. B. dekadisch arbeitender Frequenz-Untersetzer (Frequenzteiler) mit einstellbarem Teilungsverhältnis. Durch den Frequenz-Untersetzer können Zeit- und damit Meßfehler eingeführt werden, die umso größer sein können, je kleiner die vorbestimmte Anzahl von Perioden, d. h. je kürzer die Meßdauer ist. Bei modernen Waagen soll die Meßdauer aber möglichst kurz sein.

Eine nach einem ähnlichen Prinzip arbeitende, insbesondere zum Messen von Drehmomenten dienende Einrichtung ist auch aus der GB-PS 15 75 903 bekannt. Hier wird die Schwingungsfrequenz eines Zylinders (statt einer Saite) gemessen.

In der DE-OS 33 36 250 ist eine mit einer schwingenden Saite arbeitende Wiegevorrichtung vorgeschlagen worden, bei der die Schwingungsfrequenz der Saite für maximale Belastung der Einrichtung mehrere tausend Hertz beträgt. Zum Beispiel beträgt bei der Frequenz 5000 Hz und einer Zähldauer von 0,1 s der Zählwert 500 und die Genauigkeit der Messung nur 1/500. Die Meßgenauigkeit kann zwar durch Vergrößern der Meßdauer verbessert werden; dies ist jedoch nicht zweckmäßig, da es eine Herabsetzung der Ansprechgeschwindigkeit der Einrichtung zur Folge hat. Wenn die gewünschte Meßgenauigkeit in der Größenordnung von 1/10 000 liegt, muß beispielsweise die Zähldauer 2 Sekunden für eine Frequenz von 5000 Hz betragen, um diese Genauigkeit zu erzielen. Deshalb kann sie nicht in solchen digitalen Waagen benutzt werden, in welchen gewöhnlich drei bis sechs Messungen innerhalb einer Sekunde ausgeführt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wiegeeinrichtung zu schaffen, die auch bei relativ niedriger Frequenz des Oszillators eine wesentlich höhere Meßgenauigkeit hat als bisher.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Messen einer Kraft nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Oszillators für die Erfindung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Wiegeeinrichtung gemäß der Erfindung; und
Fig. 4 ein Diagramm von Schwingungsformen, auf die bei der Erklärung der Funktion der Wiegeeinrichtung gemäß Fig. 3 Bezug genommen wird.
Fig. 1 zeigt die Kraftmeßeinrichtung nach dem Stand der Technik, die in der oben bereits genannten DE-OS 33 36 250 beschrieben ist, und Fig. 2 zeigt einen Oszillator, welcher ein elektrisches Signal A erzeugt, dessen Frequenz von einer Kraft F abhängt, die auf den Oszillator einwirkt. Das Ausgangssignal des Oszillators 2 ist z. B. ein sinusförmiges elektrisches Signal, wie in Fig. 4A dargestellt ist, und wird an ein Tor 4 angelegt. Das Tor 4 wird für eine vorherbestimmte Zeitspanne T durch ein Steuersignal von einem Zeitgeber 6, der auf diese Zeit T vorher eingestellt wurde, geöffnet, um das Signal A durchzulassen. Ein Zähler 8 zählt die Zahl der Perioden des Teils des Signals A, der das Tor 4 passiert hat, und liefert einen entsprechenden Zählwert N an einen Rechner 10. Der Rechner 10 errechnet die Frequenz f = N/T und hieraus dann die angelegte Kraft F, welche von einer Anzeigevorrichtung 12 angezeigt wird.
Der Oszillator 2 kann z. B. so aufgebaut sein, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Eine Saite aus Metall oder ein Draht 14 ist zwischen zwei Paar magnetische Polschuhe gespannt. Durch die Eigenschwingung des Drahtes 14 in der (Pfeil)Richtung vertikal zum Magnetfeld wird im Draht 14 ein Wechselstrom induziert. Dieser Strom wird durch einen Verstärker 16 verstärkt und dann auf den Draht 14 zurückgekoppelt, und der Draht 14 wird dabei durch den Rückkopplungsstrom synchron zur Eigenschwingung angetrieben, so daß seine Schwingungsamplitude vergrößert und die Schwingungen aufrechterhalten werden.
Wie bekannt, ist die Frequenz f dieser Schwingung proportional zur Quadratwurzel aus der mechanischen Spannung des Drahtes 14 entsprechend der Kraft F und von der mechanischen Schwingung wird eine elektrische Schwingung derselben Frequenz abgeleitet, die in Fig. 4A dargestellt ist und an einer Ausgangsklemme 18 zur Verfügung steht.
Die oben erwähnte Unzulänglichkeit der Einrichtung nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 ist dem Tor 4, das durch den Zeitgeber 6 zeitlich gesteuert wird, zuzuschreiben. Wenn der Zähler 8 spezifische Punkte auf der Wellenform des eintreffenden Signals, z. B. die Null-Durchgänge P 1, P 2 . . . vom Negativen zum Positiven (Fig. 4A) zählt und die Zeitpunkte, in denen das Tor 4 geöffnet und geschlossen wird, sich infolge von Zeitfehlern des Zeitgebers verschieben, kann wenigstens einer der spezifischen Punkte übersehen werden und ein Zählfehler resultieren. Je größer der Zählwert, d. h. je höher die Frequenz, desto geringer ist der prozentuale Fehler.
Die hier beschriebene Wiegeeinrichtung gemäß Fig. 3 enthält einen auf eine Last ansprechenden Oszillator 20, der dem Oszillator 2 in Fig. 1 entspricht. Der Oszillator 20 erzeugt ein Ausgangssignal A (Fig. 4) der Frequenz f, die von der Kraft oder Last abhängt, und liefert es an einen Zähler 22. Der Zähler 22, der durch ein Befehlssignal B von einem Rechner 30 gelöscht und dann freigegeben wird, ist für ein Zählen von spezifischen Punkten der eintreffenden Schwingung, nämlich der Nulldurchgänge P 1, P 2 . . . vom Negativen zum Positiven (Fig. 4A), bis zu einem vorher eingestellten Zählwert N ausgebildet und erzeugt ein zeitgebendes Signal C, dessen Vorder- und Rückflanke bei den Zeitpunkten der Zählwerte 1 bzw. N auftreten. In der Ausführungsform von Fig. 4 ist N = 4, und die Zeitpunkte P 1 bzw. P 4 entsprechen der Vorder- und Rückflanke des zeitgebenden Signals C. Demgemäß ist die Dauer des zeitgebenden Signals C gleich der von (N - 1) Perioden des Ausgangssignals des Oszillators 20.
Die vorliegende Einrichtung enthält ferner einen Taktgenerator 24 um eine Taktimpulsfolge D (Fig. 4) fester Frequenz f ₁, zu erzeugen, welche viel (z. B. 10³ bis 10⁵ mal) größer ist als die zu messende Frequenz f. Die Taktimpulsfolge D ist an eine Torschaltung 26 angelegt, welche durch das zeitgebende Ausgangssignal C des Zählers 22 gesteuert wird. Das Tor 26 wird für die Dauer des zeitgebenden Signals C geöffnet und läßt die Taktimpulse D nur während dieser Zeitspanne durch, wie es in Fig. 4E gezeigt ist. Nachdem die Taktimpulse E das Tor 26 passiert haben, werden sie einem Zähler 28 zugeführt, welcher durch das Befehlssignal B des Rechners 30 gelöscht wurde, und ihre Gesamtzahl N 1 wird gezählt. Der Ausgangszählwert N 1 des Zählers 28 wird dem Rechner 30 zugeführt. Hier wird die Frequenz f entsprechend der Gleichung f = f 1 (N - 1)/ N 1 berechnet; dann wird die Last oder Kraft F in der bekannten Weise errechnet und durch die Anzeigevorrichtung 32 angezeigt.
Genauer gesagt wird f, das, wie erwähnt, der Quadratwurzel von F proportional ist, im Rechner 30 quadriert und mit einem vorgegebenen Koeffizienten multipliziert, um die durch die Anzeigevorrichtung 32 angezeigte Last zu erhalten. In der Praxis wird der Draht 14 durch das anfängliche Anlegen einer Spannung in Schwingungen versetzt. Der Rechner 30 wird daher das Quadrat der Frequenz im unbelasteten Zustand vom Quadrat der Frequenz im belasteten Zustand abziehen und dann die Differenz mit dem erwähnten Koeffizienten multiplizieren.
Im Gegensatz zum Zähler 8 der Einrichtung nach dem Stand der Technik zählt der Zähler 22 der vorliegenden Einrichtung nicht die Zahl der Perioden innerhalb einer vorherbestimmten Zeitspanne, sondern er zählt eine vorherbestimmte Anzahl von Perioden und bestimmt die entsprechende Zeitspanne. Demgemäß kann es keinen Fehler geben, selbst wenn die Frequenz des gemessenen Signals ziemlich niedrig ist. Der Zähler 28 dagegen zählt die Zahl der Perioden innerhalb einer vorherbestimmten Zeitspanne genauso wie der Zähler 8. Doch er zählt ein Signal, welches gesondert und unabhängig erzeugt wurde und eine sehr hohe Frequenz hat. Deshalb ist sein Zählfehler sehr gering. Aus diesem Grunde weist die Wiegeeinrichtung einen bemerkenswert geringen Meßfehler entsprechend dem Fehler der Frequenzmessung auf und zeichnet sich deshalb durch eine sehr hohe Meßgenauigkeit und Auflösung im Vergleich zu der Einrichtung nach dem Stand der Technik aus.

Claims

1. Wiegeeinrichtung mit einem auf die gewogene Last ansprechenden, insbesondere eine durch die Last gespannte Saite und einen mechanoelektrischen Wandler enthaltenden Oszillator (20) zum Erzeugen eines Wechselstrom-Meßsignals (A), dessen Frequenz sich mit der Last ändert,
mit einer Einrichtung zum Messen der Frequenz des Meßsignals (A), die eine in Abhängigkeit von dem Oszillator (20) gesteuerte Torschaltung (26) mit zwei Eingängen und einen an deren Ausgang geschalteten ersten Zähler (28) enthält,
und mit einem Rechner (30) zur Berechnung der Größe der gewogenen Last aus dem gemessenen Wert der Frequenz,
wobei zwischen den Oszillator (20) und die Torschaltung (26) ein die Öffnungszeit der Torschaltung (26) bestimmendes Element geschaltet ist,
an den zweiten Eingang der Torschaltung (26) ein Taktgenerator (24) geschaltet ist, der Taktimpulse (D) mit einer gegebenen Frequenz erzeugt, die wesentlich größer ist als die Frequenz des Oszillators (20); und
der erste Zähler (28) die von der Torschaltung (26) durchgelassene Anzahl von Taktimpulsen (D) zählt, dadurch gekennzeichnet,
daß das die Öffnungszeit der Torschaltung (26) bestimmende Element ein zweiter Zähler (22) ist, der die in einer der beiden Richtungen verlaufenden Nulldurchgänge (P 1-P4) des Meßsignals (A) zählt und bis zum Erreichen einer vorbestimmten Zahl (N) ein Steuersignal (C) erzeugt, während dessen Dauer der erste Zähler (28) die Taktimpulse (D) zählt;
daß beide Zähler (22, 28) von einem Befehlssignal (B) des Rechners (30) gesteuert sind;
und daß der Rechner (30) aus der Taktfrequenz (f 1), aus der vorbestimmten Zahl (N) von Nulldurchgängen und aus der während der Dauer des Steuersignals (C) gezählten Anzahl (N 1) von Taktimpulsen den Wert der gewogenen Last bestimmt.

2. Wiegeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz 10³ bis 10⁵ mal größer ist als die Frequenz des Oszillators (20).

3. Wiegeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zähler (22, 28) von demselben Befehlssignal (B) des Rechners (30) gelöscht und freigegeben werden.