DE3514826C2

DE3514826C2 - Massenmeßgerät

Info

Publication number: DE3514826C2
Application number: DE3514826A
Authority: DE
Inventors: Masami Miki Hyogo Yamanaka
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 1985-04-18
Filing date: 1985-04-24
Publication date: 1987-03-19
Also published as: AU4148385A; FR2581184A1; GB2174498A; GB2174498B; US4611675A; AU564988B2; DE3514826A1; FR2581184B1; GB8509952D0

Abstract

Es wird ein Massenmeßgerät nach Art einer konventionellen Waage beschrieben, welche einen elastischen Auslegermechanismus (2, 4) mit einer Waagschale (14) und einem elektromagnetischen Wandler zum Messen der Belastung des Auslegermechanismus enthält und ein dem Gewicht des Wiegegutes entsprechendes Signal liefert. Zur Ausschaltung von Einflüssen der Gravitation ist ein Referenzgewicht (20) vorgesehen, welches durch eine Belastungsvorrichtung (22, 24) wahlweise zur Einwirkung gebracht werden kann. Durch eine Rechenvorrichtung kann aus den Gewichtswerten, die bei aufgelegtem und abgehobenem Referenzgewicht erzeugt werden, die Masse des Wiegegutes auf der Waagschale (14) ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Massenmeßgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine aus der GB-OS 21 28 329 bekannte Waage dieser Art enthält zwei elastische, trägerartige Ausleger unterschiedlicher Biegesteife, die parallel zueinander in der gleichen Vertikalebene angeordnet sind, ferner eine Waagschale, die an dem elastischen Ausleger angebracht ist, der die größere Biegesteife hat, einen zwischen die freien Enden der beiden Ausleger gespannten Metalldraht, einen mechanisch-elektrischen Wandler zum Umsetzen einer mechanischen Schwingung des Metalldrahtes in eine elektrische Schwingung der gleichen Frequenz sowie eine Anordnung zum Messen der Frequenz und zum Errechnen des Gewichtes des sich auf der Waagschale befindlichen Wiegegutes aus dieser Frequenz. Eine Waage dieser Art zeichnet sich an sich durch mechanische Robustheit und hohe Meßgenauigkeit aus. Die bekannte Waage mißt aber nur die Kraft, die aus der Masse des Wiegegutes und der Erdbeschleunigung resultiert. Wenn man eine solche Waage zur Massebestimmung verwenden will, muß man die Gravitationsbeschleunigung am Ort der Messung berücksichtigen.
Aus der JP-OS 52-1 49 154 ist eine Waage bekannt, die wahlweise zusätzlich mit einem Referenzgewicht belastet werden kann, um Nullpunktabweichungen zu kompensieren, die beispielsweise durch Änderung der Gravitationsbeschleunigung verursacht werden. Die bekannte Waage mißt jedoch das Gewicht und nicht die Masse des Wiegegutes.
Ferner ist aus der DE-AS 26 01 165 eine eichfähige, elektromagnetisch kompensierende Waage bekannt, bei der der zu wiegende Gegenstand an einer Parallelführungsanordnung angreift, die wahlweise mit Hilfe einer Hebeleinrichtung auch mit einem Referenzgewicht bekannter Größe belastet werden kann. Das Referenzgewicht und das Meßobjekt greifen am gleichen Kraftangriffspunkt an der Spule der elektromagnetischen Kompensationseinrichtung an. Zur Bestimmung des Gewichtes des zu wiegenden Gegenstandes werden drei Kraftwerte bestimmt, nämlich der Kraftwert bei unbelasteter Waage, der Kraftwert bei Belastung mit dem Referenzgewicht und der Kraftwert bei Belastung mit dem Gewicht des Gegenstandes. Aus diesen Kraftwerten wird mit einem Kleinrechner durch Subtraktion (Tarieren), Division und Multiplikation das tatsächliche Gewicht errechnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die Masse des auf die Waagschale gelegten Gegenstandes oder Wiegegutes unbeeinflußt von Änderungen der Gravitationsbeschleunigung bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Da das Referenzgewicht nicht an dem von der zu messenden Masse belasteten Hauptausleger angreift, sondern an dem weniger biegesteifen Hilfsausleger, ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß man mit einem relativ kleinen Referenzgewicht auskommt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht des mechanischen Teils einer Ausführungsform des Massenmeßgerätes gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines elektrischen Teils des Massenmeßgerätes gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 und
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Massenmeßgerätes gemäß Fig. 1 und 2.
Der in Fig. 1 dargestellte mechanische Teil des zu beschreibenden Ausführungsbeispiels des vorliegenden Massenmeßgerätes enthält einen elastischen Hauptausleger 2 in Form eines rechteckigen Rahmens und einen elastischen Hilfsausleger 4, der die Form eines einseitig gehalterten auskragenden Trägers hat. Die Ausleger 2 und 4 sind am einen Ende einstückig verbunden und dort über eine Winkelstütze 6 an einem stationären Bett 8 des Gerätes befestigt. Mit den freien Enden der beiden Ausleger 2 und 4 sind die Enden eines Metalldrahtes 10 verbunden, der zwischen den Auslegern gespannt ist und ein Kraftfühlelement bildet, wie es aus der oben erwähnten britischen Offenlegungsschrift bekannt ist. Am freien Ende des Hauptauslegers 2 ist über eine Stütze 12 eine Waagschale 14 befestigt. Der Hauptausleger 2 und der Hilfsausleger 4 verlaufen parallel zueinander in einer gemeinsamen Vertikalebene und der erstere hat eine größere Biegesteife als der letztere. Wenn ein Meßobjekt auf die Waagschale 14 gelegt wird, wird der Hauptausleger 2 durch die vom Meßobjekt ausgeübte Schwerkraft vertikal gebogen und der Hilfsausleger 4 folgt infolge der Spannung des Drahtes 10. Die Spannung des Drahtes 10 steht in einer bestimmten Beziehung zur einwirkenden Kraft, d. h. zum Gewicht des Meßobjektes. Die Schwingungsfrequenz des Drahtes 10 hängt bekanntlich von seiner Spannung und damit dem Gewicht des Meßobjektes ab.
Ein Referenzgewicht 20 bekannter Masse m ist mit einem Hebel 16 verbunden, der um ein bezüglich des Maschinenbettes 8 festes Drehlager 18 drehbar gelagert ist, und gerade über dem Kraftangriffspunkt des Hauptauslegers 2 angeordnet ist. Unter dem Hebel 16 ist eine exzentrische Nockenscheibe 22 angeordnet, welche durch einen Motor 24 angetrieben wird, der seinerseits durch eine Referenzgewicht-Belastungssteuereinrichtung 26 (Fig. 2) steuerbar ist, um den elastischen Hilfsausleger 4 wahlweise mit dem Referenzgewicht belasten zu können. Auf den Grund für diese Maßnahme wird unten noch näher eingegangen.
Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, wird die mechanische Schwingung des Metalldrahtes 10 des Gerätes 1 durch einen mechanisch-elektrischen Wandler 28 in ein elektrisches Signal umgewandelt, das die gleiche Frequenz wie die Schwingungsfrequenz des Drahtes hat und diese Frequenz wird gemessen und in einem Gewichtsrechner (Verarbeitungseinrichtung 30) in einen Kraftwert für das Meßobjekt umgerechnet. Der Aufbau und die Arbeitsweise des Wandlers 28 und des Gewichtsrechners 30 sind in der oben erwähnten britischen Offenlegungsschrift genauer beschrieben und brauchen daher hier nicht mehr weiter erläutert zu werden.
Wenn das Referenzgewicht 20 vom Hilfsausleger 4 abgehoben ist und die Waagschale 14 mit dem Meßobjekt belastet ist, wird der Gewichtsrechner 30 ein Signal liefern, welches das Gewicht W = Mg des Wiegegutes angibt, wobei M die Masse des Meßobjektes und g die Gravitationsbeschleunigung bedeuten. Dieser Wert Mg wird in einem ersten Speicher 32 gespeichert. Dann wird der Motor 24 unter Steuerung durch die Referenzgewicht-Belastungssteuereinrichtung 26 in Betrieb gesetzt, um das Referenzgewicht 20, das die Masse m hat, auf den Hilfsausleger 4 aufzulegen. Der Hilfsausleger 4 wird dadurch zusätzlich gebogen, wobei die Spannung des Drahtes verringert wird, so daß der Gewichtsrechner 30 einen verringerten Gewichtswert W&min; = Mg-mg liefert. Dieser Wert wird in einem zweiten Speicher 34 gespeichert. Die Inhalte der Speicher 32 und 34 werden einem Subtrahierer 36 zugeführt, der die Differenz dieser Werte erzeugt, d. h. Mg-(Mg-mg) = mg. Dieser Wert wird in einem dritten Speicher 38 gespeichert. Dann wird der Motor 24 wieder angestellt, um das Referenzgewicht 20 vom Hilfsausleger 4 abzuheben, diesen also wieder zu entlasten, so daß der Gewichtsrechner 30 wieder den Gewichtswert Mg liefert. Dieser Wert wird einem Dividierer 40 zugeführt und in diesem durch den Inhalt des Speichers 38 dividiert. Der Dividierer 40 wird also ein Signal entsprechend Mg/mg = M/m = a liefern, das unabhängig von der Gravitationsbeschleunigung ist. Der Wert der bekannten Masse m des Referenzgewichtes 20 war schon vorher in einem Referenzmassenregister 42 gespeichert worden und wird nun einem Multiplizierer 44 zugeführt, in dem er mit dem Ausgangssignal a des Dividierers 40 multipliziert wird, um den Wert am = (M/m)m = M zu erhalten. Die Masse M des Wiegegutes (Meßobjektes) kann also unabhängig von örtlichen Unterschieden in der Gravitationsbeschleunigung gemessen und durch eine geeignete, nicht dargestellte Anzeigevorrichtung angezeigt werden. Bei unverändertem Meßort (d. h. bei gleichbleibender Gravitationsbeschleunigung g) kann die Masse des Wiegegutes dann einfach durch Aufbringen des Wiegegutes auf die Waagschale 14bestimmt werden, ohne daß der Hilfsausleger mit dem Referenzgewicht 20 belastet zu werden braucht.
Das Gewicht mg des Referenzgewichtes 20 wird in Abhängigkeit vom Gewicht des Wiegegutes oder dem Meßbereich des Meßgerätes und dem Verhältnis der Biegesteifewerte des ersten und des zweiten Auslegers 2 bzw. 4 gewählt. Wenn das Gewicht des Wiegegutes beispielsweise normalerweise 1000 g beträgt und das Biegesteifeverhältnis 9 : 1 ist, hat das Referenzgewicht 20 vorzugsweise ein Gewicht von etwa 100 g.
Die Funktion der Elemente 32 bis 44 in Fig. 2 kann durch einen Mikrocomputer 46 ausgeübt werden, dem das Ausgangssignal W vom Gewichtsrechner 30 zugeführt wird und ein Signal entsprechend der gesuchten Masse M abgibt sowie die Kommandos für die Referenzgewicht- Belastungssteuereinrichtung 26 liefert. Ein Beispiel für den Funktionsablauf ist in Fig. 3 dargestellt.
Es sei angenommen, daß sich zu Beginn ein Gegenstand unbekannter Masse auf der Waagschale 14 befindet, das Referenzgewicht 20 abgehoben ist und das Gewicht mg des Referenzgewichtes 20 in einem dritten Speicher des Mikrocomputers gespeichert worden ist. Der Gewichtsrechner 30 liefert dann einen Gewichtswert W, der in einem Leseschritt 50 abgefragt wird. Im nächsten Schritt 52 wird festgestellt, ob das Gerät mit dem Referenzgewicht belastet ist. Wenn die Antwort "NEIN" ist, folgt der Schritt 54. In diesem Schritt wird das Gewicht W = Mg durch den Inhalt mg des dritten Speichers dividiert und das Resultat wird mit der früher schon gespeicherten Referenzmasse m multipliziert. Das resultierende Produkt wird im Schritt 56 als gesuchte Masse angezeigt. Im nächsten Schritt 58wird der Gewichtswert = Mg in einem ersten Speicher des Mikrocomputers gespeichert und im Schritt 60 wird ein Kommando für die Referenz-Belastungssteuereinrichtung 26 erzeugt, die die Belastung mit dem Referenzgewicht veranlaßt. Der Prozeß kehrt dann zum Schritt 50 zurück, wobei nun der Gewichtswert W&min; = Mg-mg abgefragt wird. Im Schritt 52 ist die Antwort nun "JA", so daß nun der Gewichtswert Mg-mg in einem Schritt 62 in einem zweiten Speicher des Mikrocomputers gespeichert wird. Anschließend wird in einem Schritt 64 ein weiteres Kommando für die Steuereinrichtung 26 erzeugt, das das Abheben des Referenzgewichtes (Entlastung) veranlaßt. Im nächsten Schritt 66 wird der Gewichtswert W = Mg wieder abgefragt und mit dem Inhalt Mg im ersten Speicher verglichen und in einem anschließenden Schritt 68 wird festgestellt, ob die beiden Werte gleich sind oder nicht. Wenn sie gleich sind, bedeutet dies, daß sich das Wiegegut nach dem Schritt 58 nicht geändert hat und der Inhalt des zweiten Speichers daher brauchbar ist. In einem Schritt 70 wird dann die Differenz zwischen den Inhalten des ersten und des zweiten Speichers errechnet und im dritten Speicher anstelle des dort früher gespeicherten Wertes gespeichert. Es geht dann weiter mit den Schritten 50, 52 und 54 bis schließlich die gesuchte Masse wieder im Schritt 58 angezeigt wird. Wenn jedoch im Schritt 68 keine Gleichheit festgestellt wird, werden die Schritte 50 bis 66 wiederholt, bis die verglichenen Gewichtswerte gleich sind.
Bei der anhand von Fig. 3 erläuterten Ausführungsform der Steuerung wird das Referenzgewicht 20 immer wieder aufgelegt und abgehoben. Diese Arbeitsweise verhindert Meßfehler auch bei relativ schnellen Änderungen der Meßbedingungen.

Claims

1. Massenmeßgerät mit

- einem elastischen Hauptausleger, der durch das Gewicht eines Meßobjektes über einen an seinem freien Ende befindlichen Kraftangriffspunkt biegbar ist,

- einem elastischen Hilfsausleger, der eine kleinere Biegesteife hat als der elastische Hauptausleger und parallel zum Hauptausleger sowie mit diesem in ein und derselben Vertikalebene angeordnet ist,

- einem Kraftfühlelement, das zwischen den freien Enden der beiden Ausleger gespannt ist und über das bei einer Biegung des Hauptauslegers der Hilfsausleger biegbar ist,

- einer Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals entsprechend einer auf den Kraftfühler einwirkenden Kraft, und

- einer Verarbeitungseinrichtung zum Errechnen des Kraftwertes aus dem elektrischen Signal,

gekennzeichnet durch

- eine Vorrichtung (22) zur wahlweisen Belastung des freien Endes des Hilfsauslegers (4) mit einem Referenzgewicht (20) bekannter Masse, durch die der Hilfsausleger (4) biegbar und das Kraftfühlelement (10) entspannbar ist,

- und eine an die Verarbeitungseinrichtung (30) angeschlossene Recheneinrichtung (46; 32 bis 44), die unter Berücksichtigung des für das Referenzgewicht (20) ermittelten Kraftwertes aus dem Kraftwert für das Meßobjekt die Masse des Meßobjektes berechnet.

2. Massenmeßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- einen ersten Speicher (32) zum Speichern eines Kraftwertes, der von der Verarbeitungseinrichtung (30) ohne Belastung des Hilfsauslegers (4) durch das Referenzgewicht (20) geliefert wird,

- einen zweiten Speicher (34) zum Speichern eines zweites Kraftwertes, der von der Verarbeitungseinrichtung (30) bei Belastung des Hilfsauslegers (4) durch das Referenzgewicht (20) geliefert wird,

- einen Subtrahierer (36) zum Errechnen der Differenz der Inhalte des ersten und des zweiten Speichers (32, 34),

- einen dritten Speicher (38) zum Speichern eines Differenzwertes vom Ausgang des Subtrahierers (36),

- einen Dividierer (40) zum Ermitteln des Quotienten aus dem Inhalt des dritten Speichers (38) und dem Kraftwert, den die Verarbeitungseinrichtung (30) liefert, wenn das Gewicht eines Meßobjektes, dessen Masse zu bestimmen ist, auf den Kraftangriffspunkt des elastischen Hauptauslegers (2) einwirkt, und

- einen Multiplizierer (44) zum Multiplizieren der Masse des Referenzgewichts mit dem Ausgangswert des Dividierers (40).

3. Massenmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch

- eine Referenzgewichtssteuerung (26) zur Steuerung der wiederholten Belastung und Entlastung des Hilfsauslegers (4) mit dem Referenzgewicht (20) und

- eine Anordnung zum Vergleich des Kraftwertes, den die Verarbeitungseinrichtung liefert, wenn der Hilfsausleger (4) nicht mit dem Referenzgewicht (20) belastet ist, und dem Inhalt des ersten Speichers (32), wobei ein Freigabesignal für den Subtrahierer (40) erzeugt wird, wenn Übereinstimmung besteht.