DE3714540C2 - Verfahren zur automatischen Kalibrierung einer hochauflösenden elektronischen Waage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Kali­ brierung einer hochauflösenden elektronischen Waage, bei dem in einer Auswerteschaltung Änderungen von das Wägeergebnis beeinflussenden Störgrößen erfaßt und für die Kalibrierung der Waage verarbeitet werden.

Änderungen der Temperatur, des Luftdruckes, 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 Wägewertes lau­ fend zu berücksichtigen.

Es ist auch ein Kompensationsverfahren für Meßgeräte be­ kannt (CH-PS 624 773), 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 Gerätes 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 (EP 0 044 707 A1) 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 Rand 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 Störgröß­ en die Waage zu kalibrieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Waage in durch den Verlauf der das Wägeergebnis beeinflussenden Störgrößen gesteuerten zeitlichen Abständen eine Folge von Prüfschritten durchläuft, in denen die das Wägeergebnis be­ einflussenden Störgrößen mit jeweils zugeordneten Grenzwerten verglichen werden und nur bei Unterschreitung der Grenzwerte die Kalibrie­ rung durchgeführt wird.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesent­ lichen darin zu sehen, daß die Änderungen der berücksich­ tigten Störgrößen zum Kalibrieren dann herangezogen werden, wenn nach Durchlauf eines die Prüfschritte aufweisenden 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.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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 bzw. im Prüfschritt (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 bzw. im Prüfschritt (2) erfolgt die Abfrage eines Timers 1. Ist die Zeit T1 noch nicht abgelaufen, erfolgt ein Rücksprung an den An­ fang des Hauptprogrammes. Ist die Zeit T1 abgelaufen, springt das Programm weiter zur Stufe bzw. zum Prüfschritt (3).

Die Zeit T1 ist eine variable Größe, welche durch die meß­ technische Vergangenheit, d. h. durch den oder die Kalibrier­ faktoren der vorangegangenen Kalibrierungen, bestimmt wird. Zum Beispiel ist bei der letzten Kalibrierung ein Kalibrier­ faktor (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 = ΔKF. Diese Differenz ΔKF wird nun zur Bestimmung der nächsten voraussichtlichen Kalibrierzeit (Datum) benutzt.

Die Zeit T1 wird somit: T1 = 1/ΔKF · C (C sei eine Konstan­ te). Bei einer größeren Abweichung des Kalibrierfaktors wird die Zeit T1 folglich verkürzt und bei einer kleineren Abweichung verlängert.

Der im Beispiel erwähnte Zusammenhang zwischen Abweichung (ΔKF) und Zeit (T1) ist nicht zwingend; dieser kann waagen­ spezifisch jeweils neu bestimmt werden.

Auch die Zeit T1 kann aus einer beliebigen, sinnvollen Funk­ tion der Abweichung (ΔKF) ermittelt werden, z. B. T1 = f (ΔKF).

In der Stufe (3) wird ein Timer 2 abgefragt. Ist die Zeit ab­ gelaufen, wird der Text "BITTE KALIBRIEREN" zur Anzeige ge­ bracht. Anschließend erfolgt Rücksprung an den Anfang des Hauptprogrammes. Ist die Zeit T2 noch nicht abgelaufen, springt das Programm weiter zur Stufe bzw. zum Prüfschritt (4).

Die Zeit T2 ist größer als die Zeit T1.

In der Zeit zwischen T1 und T2 können Kalibrierungen durch das Programm ausgelöst werden. Gelingt es dem Programm nicht, innerhalb dieser Zeitspanne (T1 bis T2) zu kalibrie­ ren, so wird der Benutzer über die Anzeige aufgefordert, die Waage von Hand ausgelöst zu kalibrieren (Anzeige: "BITTE KALIBRIEREN"). Die Zeit T2 ist eine Funktion der Zeit T1. Im einfachsten Fall wird zur Zeit T1 eine konstante Zeit hinzu­ addiert: T2 = T1 + M.

Es sind auch andere Funktionen denkbar.

In der Stufe (4) wird ein Timer 3 abgefragt (zur Erläuterung von Timer 3 siehe Stufe 11). Ist die Zeit T3 nicht abgelau­ fen, erfolgt ein Rücksprung ins Hauptprogramm, d. h. an den Anfang des Hauptprogrammes.

Ist die Zeit T3 abgelaufen, springt das Programm zur Stufe bzw. zum Prüfschritt (5). In Stufe (5) wird geprüft, ob nach dem Einschalten des Ge­ rätes eine genügend lange Aufwärmezeit abgewartet wurde. Ist dies nicht der Fall, erfolgt Rücksprung ins Hauptprogramm. Ist die Bedingung erfüllt, springt das Programm zur Stufe bzw. zum Prüfschritt (6).

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

In den Stufen bzw. den Prüfschritten 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 Grenzwerte, springt das Programm zur Stufe bzw. zum Prüfschritt (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. Andernfalls 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 bzw. im Prüfschritt (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 3 gestartet. Anschließend er­ folgt ein Rücksprung in das Hauptprogramm.

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

In Stufe (12) wird geprüft, ob der Betrag der Differenz zwi­ schen neuem und altem Kalibrierfaktor (ΔKF) eine vorausbe­ stimmte Größe (Grenzwert) nicht überschreitet. Wird der Grenzwert 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 (ΔKF) 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 Hauptprogrammes 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 (ΔKF) kleiner als der vorgegebene Grenzwert so werden gemäß den weiter oben beschriebenen Regeln die Zeiten für die Timer 1 und 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 Größ­ en (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 (ΔKF, 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 Hauptprogrammes.

Claims (10)

1. Verfahren zur automatischen Kalibrierung einer hoch­ auflösenden elektronischen Waage, bei dem in einer Auswerte­ schaltung Änderungen von das Wägeergebnis beeinflussenden Störgrößen erfaßt und für die Kalibrierung der Waage verar­ beitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Waage in durch den Verlauf der das Wägeergebnis beeinflussenden Störgrößen gesteuerten zeitlichen Abständen eine Folge von Prüfschritten durchläuft, in denen die das Wägeergebnis beeinflussenden Störgrößen mit jeweils zugeordneten Grenzwerten verglichen werden und nur bei Unterschreitung der Grenzwerte die Kali­ brierung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Prüfschritt (1) ein die Vorwahl der selbsttäti­ gen Kalibrierung anzeigender, selektiv vorgebbarer Eingabe­ wert abgefragt und bei dessen Nichtsetzung die der Kalibrie­ rung dienende Folge von Prüfschritten verlassen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einem Prüfschritt (2) ein Zeitgeber (Timer 1) abgefragt wird, dessen Anfangszeit T1 als Funktion des Kalibrierfaktors KF oder der Differenz der Kalibrier­ faktoren KF der letzten beiden Kalibrierungen voreingestellt ist und daß die der Kalibrierung dienende Folge von Prüf­ schritten bei nicht abgelaufener Zeit T1 verlassen und nur bei abgelaufener Zeit T1 fortgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Prüfschritt (3) ein Zeitgeber (Timer 2) abge­ fragt wird, dessen voreingestellte Anfangszeit T2 größer ist als T1, und daß die der Kalibrierung dienende Folge von Prüf­ schritten bei abgelaufener Zeit T2 mit einem Aufruf zur Kali­ brierung verlassen und nur bei nicht abgelaufener Zeit T2 fortgesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Prüfschritt (4) ein Zeitgeber (Timer 3) abge­ fragt wird, dessen Anfangszeit T3 auf eine Sperrzeit für die Wiederholung der Kalibrierung eingestellt ist, und daß die der Kalibrierung dienende Folge von Prüfschritten bei nicht abgelaufener Zeit T3 verlassen und nur bei abgelaufener Zeit T3 fortgesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Prüfschritten (5 bis 9) jeweils der vorgegebene, ein­ stellbare Grenzwert mit dem Wert der jeweiligen Störgröße verglichen wird und die der Kalibrierung dienende Folge von Prüfschritten bei Überschreitung eines der Grenzwerte verlas­ sen und nur bei Nichtüberschreitung fortgesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Prüfschritt (10) überprüft wird, ob innerhalb der nächsten y Sekunden eine Wägung wahrschein­ lich ist oder nicht, wobei die seit der letzten Wägung ver­ strichene Zeit x als Entscheidungsgrundlage dient, und daß der Kalibriervorgang nur ausgelöst wird, wenn in den nächsten y Sekunden keine Wägung wahrscheinlich ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Prüfschritt (11) ein Kriterium für die Durchführbarkeit des Kalibriervorganges geprüft und nur bei dessen Bestätigung die Änderung des Kalibrierfaktors KF errechnet und in den Zeitgebern (Timer 1 und 2) die Zeiten T1 und T2 neu festgelegt werden, sofern der Kalibrierfaktor KF einen vorgegebenen Wert nicht übersteigt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nächste voraussichtliche Kalibrierzeit und der Kali­ brierfaktor KF gespeichert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Prüfschritt (12) die Änderung des Kalibrierfak­ tors KF mit einem Vorgegebenen Wert verglichen und bei dessen Überschreitung die der Kalibrierung dienende Folge von Prüf­ schritten mit einer Fehleranzeige verlassen wird.