DE3714540A1 - Verfahren zur automatischen kalibrierung einer hochaufloesenden elektronischen waage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Kali­ brierung einer hochauflösenden elektronischen Waage, bei dem von der Auswerteschaltung des Wägesystems bzw. einem Mikro­ prozessor Änderungen von das Wägesystem beeinflussenden Pa­ rametern erfaßt und verarbeitet werden.

Änderungen der Temperatur, des Luftdrucks, die Alterung von Bauteilen usw. bewirken bei hochauflösenden Waagen, dass das aufgelegte Gewicht nicht mehr mit dem angezeigten über­ einstimmt. Eine periodische Kalibrierung der Waage ist des­ halb unumgänglich.

Fehlerkompensationsverfahren für elektronische hochauflö­ sende Waagen sind bekannt und auch schon beschrieben worden.

Aus der DE-A1-31 06 534 ist bekannt, den als Störgröße wir­ kenden aktuellen Luftdruck zu erfassen und den erfaßten Wert bei der elektronischen Auswertung des Wägewerts lau­ fend zu berücksichtigen.

Es ist auch ein Kompensationsverfahren für Meßgeräte be­ kannt (CH-PS 6 24 773), bei dem Korrekturwerte mehrerer Bau­ elemente, die das Meßergebnis beeinflussen können, erfaßt und registriert werden. Außerdem werden Temperaturkoef­ fizienten und alterungsbedingte Änderungswerte auch bezüg­ lich der Zeit seit dem Einsatz des Geräts erfaßt und bei der Berechnung des endgültigen Meßergebnisses durch den Computer berücksichtigt.

Diese bekannten Fehlerkompensationsverfahren benutzen Än­ derungswerte von das Meßergebnis beeinflussenden Faktoren zur kontinuierlichen Korrektur des gerechneten Meßergebnis­ ses.

Ein anderes bekanntes Verfahren (EU-A1-00 44 707) umfasst eine automatische Neu-Kalibrierung, die immer dann ausgelöst wird, wenn eine bestimmte Zeit verstrichen ist oder eine ge­ gebene Anzahl Wägungen vorgenommen wurde oder aber nach je­ der Tarierung. Eine solche starre Festlegung führt dazu, daß auch dann kalibriert wird, wenn es objektiv gar nicht erforderlich wäre, und bildet somit eine häufig unnötige Störung beim Wägen.

Bei all diesen Verfahren wird von Hand oder mittels einge­ bautem Mikroprozessor ein Kalibrierfaktor ermittelt, welcher die Wägeresultate derart korrigiert, daß das angezeigte mit dem aufgelegten Gewicht übereinstimmt. Ein Nachteil bekannter Verfahren ist der zeitliche Zufall, mit dem diese Über­ prüfungen vorgenommen werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zu schaffen, welches ermöglicht, in Abhängigkeit der meß­ technischen Vergangenheit sowie des Verlaufs von Störgrös­ sen die Waage zu kalibrieren.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren, wel­ ches sich dadurch auszeichnet, daß ein Prüfprogramm in durch den Verlauf der Störgrößen gesteuerten zeitlichen Ab­ ständen durchlaufen wird, welches die das Wägeergebnis be­ einflussenden Umgebungsparameter überwacht und die den Pa­ rametern zugeordneten individuellen Grenzwerte (Limiten) überprüft und bei Nichterreichen der Limiten eine Kalibrie­ rung einleitet oder anzeigt.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesent­ lichen darin zu sehen, daß die Änderungen der berücksich­ tigten Parameter zum Kalibrieren dann herangezogen werden, wenn im Mikroprozessor nach Durchlauf eines Prüfprogramms eine Korrektur tatsächlich als notwendig erachtet wird, und wenn nicht gerade eine Wägung im Gange ist. Auf diese Weise können leicht auch Störgrößen, wie z.B. Auswirkungen von Erschütterungen, die Neigung der Waage, etc., berücksichtigt werden, die eintreten, wenn keine Wägung stattfindet. Ins­ besondere können auch Störgrößen berücksichtigt werden, die zu einer direkten Verarbeitung im Meßergebnis nicht geeig­ net sind.

Anhand von illustrierten Ausführungsbeispielen wird die Er­ findung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm und

Fig. 2a bis 2c ein Flußdiagramm.

In der Darstellung nach Fig. 1 sind im Block 1 beispiels­ weise drei zur Kalibrierung herangezogene Umgebungseinflüsse Temperatur T, Feuchtigkeit F und das Niveau N über der Zeit t aufgetragen. Der Block 2 enthält eine Uhr, der Block 3 einen nichtflüchtigen Speicher für die Speicherung der meß­ technischen Vergangenheit der Waage, mit 4 wird die Waage, mit 5 eine Anzeige und als Block 6 ein Computer bezeichnet. Die Uhr (Block 2) und der Speicher (Block 3) sind als Aus­ löser für eine Kalibrierung infolge der seit der letzten Kalibrierung verstrichenen Zeit sowie der meßtechnischen Vergangenheit, der Block 1 als Auslöser für eine Warnung, daß die Daten der Waage infolge Umwelteinflüssen nicht mehr garantiert sind, zuständig.

Der Computer im Block 6 verarbeitet die ihm zugeführten Wer­ te und löst die Kalibrierung der Waage aus und/oder veran­ laßt eine entsprechende optische oder akustische Anzeige.

Anhand eines Flußdiagramms (Fig. 2a bis 2c), das ein Programm "Autokalibrierung" darstellt, wie es im Computer gespeichert ist und durchlaufen wird, wird eine Kalibrierung näher erläutert:

Das Hauptprogramm springt zum Beispiel pro Sekunde einmal an den Anfang des Programmteils "Autokalibrierung".

In der Stufe 1 wird vorerst die Position eines Schalters ab­ gefragt, mit dem die Autokalibrierung einschaltbar ist.

Steht der Schalter auf "Handkalibrierung", wird in der An­ zeige 5 der Text "keine Autokalibrierung" eingeschaltet, und es erfolgt ein Rücksprung in das Hauptprogramm. Steht der Schalter auf "Autokalibrierung", wird in der Anzeige 5 der Text "Autokalibrierung" eingeschaltet und im Programm wei­ tergefahren.

In der Stufe 2 erfolgt die Abfrage von Timer 1. Ist die Zeit T 1 noch nicht abgelaufen, erfolgt ein Rücksprung an den An­ fang des Hauptprogramms. Ist die Zeit T 1 abgelaufen, springt das Programm weiter zur Stufe 3.

Die Zeit T 1 ist eine variable Größe, welche durch die meßtechnische Vergangenheit, d. h. durch den oder die Kalibrierfaktoren der vorangegangenen Kalibrierungen, bestimmt wird. Zum Beispiel ist bei der letzten Kalibrierung ein Kalibrierfaktor (Skalierung) von 1,004 ermittelt worden. Eine neue Meßung erbringt einen Kalibrierfaktor 1,006. Die Differenz (Abweichung) vom alten zum neuen Kalibrierfaktor ist somit 1,006-1,004 = 0,002 = Δ KF. Diese Differenz Δ KF wird nun zur Bestimmung der nächsten voraussichtlichen Kalibrierzeit (Datum) benutzt. Die Zeit T 1 wird somit: T 1 = 1/Δ KF · C (C sei eine Konstante). Bei einer größeren Abweichung des Kalibrierfaktors wird die Zeit T 1 folglich verkürzt und bei einer kleineren Abweichung verlängert. Der im Beispiel erwähnte Zusammenhang zwischen Abweichung (Δ KF) und Zeit (T 1) ist nicht zwingend; dieser kann waagenspezifisch jeweils neu bestimmt werden. Auch die Zeit T 1 kann aus einer beliebigen, sinnvollen Funktion der Abweichung (Δ KF) ermittelt werden, z. B. T 1 = f ( ΔKF). In der Stufe 3 wird der Timer 2 abgefragt. Ist die Zeit abgelaufen, wird der Text "BITTE KALIBRIEREN" zur Anzeige gebracht. Anschließend erfolgt Rücksprung an den Anfang des Hauptprogramms. Ist die Zeit T 2 noch nicht abgelaufen, springt das Programm weiter zur Stufe 4.

Die Zeit T 2 ist größer als die Zeit T 1.

In der Zeit zwischen T 1 und T 2 können Kalibrierungen durch das Programm ausgelöst werden. Gelingt es dem Programm nicht, innerhalb dieser Zeitspanne (T 1 bis T 2) zu kalibrie­ ren, so wird der Benutzer über die Anzeige aufgefordert, die Waage von Hand ausgelöst zu kalibrieren (Anzeige: "BITTE KALlBRIEREN"). Die Zeit T 2 ist eine Funktion der Zeit T 1. Im einfachsten Fall wird zur Zeit T 1 eine konstante Zeit hinzu­ addiert: T 2 = T 1 + M.

Es sind auch andere Funktionen denkbar.

In der Stufe 4 wird der Timer T 3 abgefragt (zur Erläuterung von Timer T 3 siehe Stufe 11). Ist die Zeit T 3 nicht abgelau­ fen, erfolgt ein Rücksprung ins Hauptprogramm, d.h. an den Anfang des Hauptprogramms.

Ist die Zeit T 3 abgelaufen, springt das Programm zur Stufe 5. In Stufe 5 wird geprüft, ob nach dem Einschalten des Ge­ räts eine genügend lange Aufwärmezeit abgewartet wurde. Ist dies nicht der Fall, erfolgt Rücksprung ins Hauptprogramm. Ist die Bedingung erfüllt, springt das Programm zur Stufe 6.

In Stufe 6 wird geprüft, ob der Temperaturgradient des Tem­ peraturmeßsystems in positiver oder negativer Richtung eine vorausbestimmte Größe (Limite) nicht übersteigt. Dies ver­ hindert, daß während eines starken Temperaturanstiegs oder Temperaturabfalles kalibriert wird. Ist diese Bedingung er­ füllt, springt das Programm weiter zur Stufe 7.

In den Stufen 7, 8 und 9 werden analog zur Stufe 6 (Tempera­ tur) verschiedene, die Kalibrierung beeinflussende Größen (siehe Block 1 in Fig. 1), auf Grenzwerte geprüft. Ist bei einer dieser Stufen der Einfluß auf die Kalibrierung zu groß, erfolgt ein Rücksprung ins Hauptprogramm. Sind alle Bedingungen erfüllt (Meßwerte kleiner als Limite), springt das Programm zur Stufe 10.

In der Stufe 10 wird geprüft, ob in den nächsten y Sekunden (variable Größe) eine Wägung unwahrscheinlich ist. Ein wei­ teres Programm beobachtet zu diesem Zwecke die Meßresultate der letzten x Minuten (variable Größe). Ist die Waage wäh­ rend dieser letzten x Minuten nicht benützt worden, d.h. es wurden keine Bewegungen auf der Waagschale beobachtet, so kann angenommen werden, daß in den nächsten y Sekunden keine Wägungen vorgenommen werden.

Wurde die Waagschale in den letzten x Minuten bewegt, er­ folgt ein Rücksprung ins Hauptprogramm. Ändernfalls wird der Kalibriervorgang gestartet.

Der Kalibriervorgang findet bei entlasteter Waage nach deren Stillstand statt. Letzterer läßt sich dadurch erfassen, daß für eine vorgegebene Zeitspanne das Wägeergebnis gleich bleibt, was praktisch dadurch erfaßt wird daß die Meßer­ gebnisse innerhalb eines ersten definierten Gewichtsbereichs liegen. Das Wägeergebnis der stillstehenden, entlasteten Waage wird sodann abgespeichert. Sodann wird manuell oder automatisch über eine eingebaute Mechanik ein Kalibrierge­ wicht bekannter Masse auf die Waage aufgelegt und erneut deren Stillstand abgewartet. Nach Prüfung, ob die Wägeergeb­ nisse für eine vorbestimmte Zeitspanne innerhalb eines zweiten definierten Gewichtsbereichs liegen, wird auch das Wägeergebnis der belasteten Waage abgespeichert. Der Quo­ tient aus der Differenz der beiden Wägeergebnisse und dem bekannten Kalibriergewicht bestimmt den Kalibrierfaktor.

Dieser Kalibriervorgang kann jedoch beispielsweise durch Erschütterungen oder einen Netzausfall gestört werden. In der Stufe 11 wird daher geprüft, ob während des Kalibrier­ vorgangs eine Erschütterung, ein Netzausfall oder eine ande­ re, die Kalibrierung verhindernde, Störung auftritt. Sofern dieser Fall eintritt, wird der Kalibriervorgang abgebrochen und der einstellbare Timer T 3 gestartet. Anschließend er­ folgt ein Rücksprung in das Hauptprogramm.

Der Timer T 3 verhindert, daß im nächsten Programmdurchlauf (Autokalibrierung) sogleich wieder ein Kalibriervorgang ge­ startet wird. Dies kann erst wieder erfolgen, wenn der Timer T 3 (z.B. 10 Minuten) abgelaufen ist. Konnte die Kalibrierung durchgeführt werden, springt das Programm zur Stufe 12.

In Stufe 12 wird geprüft, ob der Betrag der Differenz zwi­ schen neuem und altem Kalibrierfaktor (Δ KF) eine vorausbe­ stimmte Größe (Limite) nicht überschreitet. Wird die Limite überschritten, so erscheint eine Fehleranzeige "Waage nicht kalibriert". Anschließend erfolgt ein Rücksprung ins Haupt­ programm.

Wenn nämlich die Differenz zwischen dem alten und dem neuen Kalibrierfaktor (Δ KF) überschritten wird, so deutet dies auf eine unzulässig große Veränderung einer der Störgrößen hin, welche eine Selbstkalibrierung der Waage möglicherweise ausschließt. Mit dem erneuten Durchlauf des Hauptprogramms kann dann die Störung eruiert werden.

In gewissen Fällen kann es sinnvoll sein, anzuzeigen, daß z.B. die Temperatur, Feuchtigkeit, etc. sich zeitlich zu schnell ändert und somit keine garantierten Wägedaten zu er­ warten sind.

Ist die Änderung (Δ KF) kleiner als die vorgegebene Limite, so werden gemäß den weiter oben beschriebenen Regeln die Zeiten für die Timer T 1 und T 2 berechnet. Anschließend wer­ den die Zeit und das Datum der letzten und der voraussicht­ lich nächsten Kalibrierung zur Anzeige gebracht. Zum Schluß werden der Kalibrierfaktor und andere interessierende Grös­ sen (Temperatur, Temperaturgradient, Feuchte, Niveau, Zeit, Datum, etc.) tabellarisch in einem nichtflüchtigen Speicher (Block 3) abgelegt.

Kann die Waage einmal nicht kalibriert werden, so kann aus dem nichtflüchtigen Speicher (Block 3) die meßtechnische Vergangenheit (Δ KF, etc.) ausgelesen werden. Aus dieser Vergangenheit können dann eventuell Rückschlüsse über den Ausfall gezogen werden.

Daran anschließend erfolgt wieder ein Rücksprung an den An­ fang des Hauptprogramms.

Claims (10)

1. Verfahren zur automatischen Kalibrierung einer hochauflösenden elektronischen Waage, bei dem in einer Auswerteschaltung Änderungen von das Wägeergebnis be­ einflussenden Parametern erfaßt und für die Kalibrierung der Waage verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Waage in durch den Verlauf der das Wägeergebnis be­ einflussenden Parameter bestimmten zeitlichen Abständen eine Folge logischer Schritte durchläuft, in der die das Wägeergebnis beeinflussenden Parameter mit jeweils zu­ geordneten bestimmten Grenzwerten verglichen werden und nur bei Unterschreitung der Grenzwerte die Kalibrierung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem anfänglichen logischen Schritt (1) ein die Vorwahl der selbsttätigen Kalibrierung an­ zeigender, selektiver vorgebbarer Eingabewert abgefragt und bei dessen Nichtsetzung die der Kalibrierung dienen­ de Folge von logischen Schritten verlassen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einem einleitenden logischen Schritt (2) ein Zeitgeber (Timer 1) abgefragt wird, dessen An­ fangszeit T 1 als Funktion des Kalibrierfaktors KF oder der Differenz der Kalibrierfaktoren KF der letzten beiden Kalibrierungen voreingestellt ist und daß die der Kali­ brierung dienende Folge von logischen Schritten bei nicht abgelaufener Zeit T 1 verlassen und nur bei abgelau­ fener Zeit T 1 fortgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem folgenden logischen Schritt (3) ein Zeitgeber (Timer 2) abgefragt wird, dessen voreingestellte Anfangs­ zeit T 2 größer ist als T1, und daß die der Kalibrierung dienende Folge von logischen Schritten bei abgelaufener Zeit T 2 mit einem Aufruf zur Kalibrierung verlassen und nur bei nicht abgelaufener Zeit T 2 fortgesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem folgenden logischen Schritt (4) ein Zeit­ geber (Timer 3) abgefragt wird, dessen Anfangszeit T 3 auf eine Sperrzeit für die Wiederholung der Kalibrierung ein­ gestellt ist und daß die der Kalibrierung dienende Folge von logischen Schritten bei nichtabgelaufener Zeit T3 verlassen und nur bei abgelaufener Zeit T 3 fortgesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den folgenden logischen Schritten (5 bis n) jeweils der vorgegebene, einstellbare Grenzwert mit dem Wert des jeweiligen Parameters verglichen wird und die der Kali­ brierung dienende Folge von logischen Schritten bei Überschreitung eines der Grenzwerte verlassen und nur bei Nichtüberschreitung fortgesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem folgenden logischen Schritt (n + 1) überprüft wird, ob innerhalb der nächsten y Sekunden eine Wägung wahrscheinlich ist oder nicht, wo­ bei die seit der letzten Wägung verstrichene Zeit x als Entscheidungsgrundlage dient, und daß der Kalibriervor­ gang nur ausgelöst wird, wenn in den nächsten y Sekunden keine Wägung wahrscheinlich ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß in einem logischen Schritt (11) ein Kriterium für die Durchführbarkeit des Kalibriervor­ gangs geprüft und nur bei dessen Bestätigung die Ände­ rung des Kalibrierfaktors KF errechnet und in den Zeit­ gebern (Timer 1 und 2) die Zeiten T 1 und T 2 neu fest­ gelegt werden, sofern der Kalibrierfaktor KF einen vor­ gegebenen Wert nicht übersteigt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die nächste voraussichtliche Kalibrier­ zeit und der Kalibrierfaktor KF gespeichert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem logischen Schritt (12) die Änderung des Kalibrierfaktors KF mit einem vorgegebenen Wert verglichen und bei dessen Überschreitung die der Kalibrierung dienende Folge von logischen Schritten mit einer Fehleranzeige verlassen wird.