DE3714916A1

DE3714916A1 - Waage mit eigenschwingungsabhaengiger gewichtswertmittelung

Info

Publication number: DE3714916A1
Application number: DE19873714916
Authority: DE
Inventors: Masami Yamanaka
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 1986-05-07
Filing date: 1987-05-05
Publication date: 1987-11-12
Also published as: CN1004649B; CN87103316A; GB8710581D0; JPS62261021A; KR910001147B1; FR2598499B1; DE3714916C2; JP2562876B2; FR2598499A1; KR870011458A; GB2190506A; GB2190506B; US4770261A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Waage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Waage oder Wiegevorrichtung, bei der der bei Belastung erzeugte Gewichtswert sich zuerst schwingungsartig ändert und die Periode dieser Schwingung von der Belastung der Waage abhängt.

Aus der JA-OS 55-1 578 ist eine digitale Waage bekannt, die als Tisch- oder Ladenwaage verwendet werden kann. Wie Fig. 4 schematisch zeigt, wird bei dieser bekannten Waage ein Wiegegut (2) durch eine Wiegeeinheit (1) gemessen, welche einen Gewichtsgeber, wie eine elektrische Widerstandslastzelle und eine Kraftwaage enthält, und ein das Gewicht des Wiegegutes (2) darstellendes analoges elektrisches Signal liefert. Dieses Signal wird durch einen Verstärker (3) verstärkt und durch einen zeitintegrierenden A/D-Konverter (21) ein digitales Signal verwandelt, welches durch ein digitales Display (22) als Gewichtswert angezeigt wird.

Der A/D-Konverter (21) ist so ausgebildet, daß er das Analogsignal vom Verstärker (3) für eine bestimmte Zeitspanne (T) integriert und das Resultat der Integration durch die Zeit (T) dividiert, um den Digitalwert zu erzeugen. Die Wiegeeinheit (1) enthält im allgemeinen ein elastisches, schwingungsfähiges System, wie eine Feder und liefert, wenn sie belastet wird, zuerst ein schwingendes Gewicht anzeigendes Signal, wobei die Periode der Schwingung vom Gewicht des Wiegegutes (2) auf der Wiegeeinheit (1) abhängt. Das Verhältnis der erwähnten Integrationszeit zur Schwingungsperiode ändert sich daher mit dem Gewicht des Wiegegutes (2), was unerwünschte Meßfehler zur Folge hat.

Nimmt man insbesondere an, daß die Schwingungen der Wiegeeinheit sinusförmig sind, so kann das analoge elektrische Ausgangssignal (e) des Verstärkers (3) durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

e = W + a sin ω t, ω = 2 π/τ

Dabei bedeuten:
W das Gewicht des Wiegeguts (2),
a die Amplitude der Schwingung und
τ die Schwingungsperiode,
wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Das integrierte und gemittelte Signal vom A/D-Konverter (21) enthält dann den folgenden Fehler (E).

Es ist auch aus Fig. 2 ersichtlich, daß der Fehler null ist, wenn der Wert von T gleich der Schwingungsperiode τ oder gleich einem ganzen Vielfachen hiervon ist, also in den Zeitpunkten t 1, t 2, t 3 usw., wenn die Integrationszeit zum Zeitpunkt t ₀ beginnt. Für andere Werte von T verschwindet der Fehler dagegen nicht. Wenn die Integrationszeit T fest ist, wie bei der bekannten Waage, besteht also wenig Aussicht, daß der Fehler (E) gleich null ist. Bei den bekannten Waagen war es daher erforderlich, die Integration unter Vermeidung des Schwingungsintervalles A in Fig. 3 erst in einem Zeitintervall B durchzuführen, wo die Schwingungen schon im wesentlichen abgeklungen sind. Dies hat jedoch eine unerwünschte Verzögerung der Wiegeoperation zur Folge.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, den Wiegevorgang zu beschleunigen und gleichzeitig den Meßfehler weitestgehend auszuschalten, insbesondere den Restfehler (E) im Ausgangssignal des bekannten integrierenden A/D-Konverters zu vermeiden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein A/D-Konverter vorgesehen, der eine auf das augenblickliche Wiegegutgewicht ansprechende Anordnung enthält, um ein Zeitintervall zu errechnen, welches gleich der Eigenschwingungsperiode der Waage- oder Wiegeeinheit oder ein ganzes Vielfaches hiervon ist, und eine Anordnung zum Integrieren des Gewichtssignals von der Wiegeeinheit in einem Integrationsintervall, das gleich dem errechneten Zeitintervall ist. Der oben erwähnte Fehler (E) ist also auch in dem Intervall (A) der Fig. 3, wo die Schwingungen noch eine erhebliche Amplitude haben, immer gleich null, und es ist daher möglich, genaue Wägungen in einem Minimum an Zeit durchzuführen.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung einer Waage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 und 3 Graphen, auf die bei der Erläuterung der Erfindung Bezug genommen wird, und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer bekannten Waage der hier interessierenden Art.

Die Waage gemäß Fig. 1 enthält eine Wiegeeinheit (1) und einen Verstärker (3), die in bekannter Weise ausgebildet sein können, wie es oben unter Bezugnahme auf die Fig. 4 erläutert worden ist. Das schwingungsfähige System der Wiegeeinheit (1) kann als mechanische Feder mit der Federkonstante (a) angesehen werden, die eine Waagschale mit dem Gewicht (m) trägt, welche mit Wiegegut des Gewichtes Mx belastet ist. Dieses schwingungsfähige System hat dann die folgende Eigenschwingungsperiode:

wobei g die Erdbeschleunigung bedeutet.

Das Ausgangssignal des Verstärkers (3) wird einem Integrator (4) zugeführt, der das analoge Eingangssignal (e) über ein vorgegebenes Zeitintervall (T) integriert. Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der Wert von T gleich dem Wert von τ oder einem Vielfachen hiervon mit der obigen Gleichung auf der Basis des augenblicklichen gemessenen Wiegegutgewichtes (Mx) errechnet. Das Ergebnis der Integration wird einem Dividierer (5) zugeführt und durch T dividiert, das in der oben beschriebenen Weise errechnet wurde. Das gemittelte Ausgangssignal vom Dividierer (5) wird einem Gewichtserzeuger oder Gewichtsrechner (6) zugeführt, der eine Tara-Kompensation und andere erforderliche Prozesse durchführt und einen Wert (Mx) erzeugt, der dann durch ein Display (7) angezeigt wird.

Zur Errechnung der Integrationsperiode (T) auf der Basis des Gewichtswertes (Mx) vom Ausgang des Gewichtsrechners (6) dient eine Recheneinheit (8). Wie erwähnt ist der Wert von T gleich n τ (n = 1, 2 . . .). Der errechnete Wert T wird durch ein Verzögerungsglied (9), wie eine Verzögerungsleitung geeignet verzögert und dem Integrator (4) und dem Dividierer (5) zugeführt.

Wenn die Wiegeeinheit (1) am Anfang noch unbelastet ist, errechnet die Recheneinheit (8) den Wert T mit der obigen Gleichung, wobei Mx = 0 ist, also T ₀ = 2nπ√m/k · g. Wenn die Wiegeeinheit (1) dann mit Wiegegut des Gewichts (M 1) belastet wird, wird dieser Wert T ₀ für den Mittelungsprozeß in den Schaltungsanordnungen (4) und (5) verwendet. Es wird daher bei dieser ersten Messung ein Fehler infolge der Fehlkoinzidenz des Wertes von Mx auftreten. Wenn jedoch die zweite Messung mit dem Wiegegutgewicht (M 2) durchgeführt wird, wird das Mittel mit einem Wert von T errechnet, der gleich

ist. Der mögliche Fehler wird daher minimal sein solange die Werte M 1 und M 2 nicht extrem verschieden sind. Die folgenden Messungen werden jeweils in entsprechender Weise mit dem Wert von T durchgeführt, der mittels der obigen Gleichung auf der Basis des Wiegegutgewichts der vorangegangenen Messung errechnet wurde.

Claims

1. Waage mit einer Wiegeeinheit (1), welche eine Eigenschwingungsperiode aufweist, die vom Gewicht des gewogenen Wiegeguts (2) abhängt und welche ein elektrisches Signal liefert, das das Gewicht des Wiegegutes darstellt, ferner mit einem Integrierer (4) zum Integrieren des elektrischen Signals über ein bestimmtes Zeitintervall, und mit einer Rechenvorrichtung (5) zum Mitteln des Resultates der Integration durch das genannte Zeitintervall (T) unter Erzeugung eines gemessenen Gewichtswertes, gekennzeichnet durch eine Anordnung zum Errechnen des bestimmten Zeitintervalles (T) als Wert, der gleich der dem gemessenen Gewichtswert entsprechenden Eigenschwingungsperiode oder einem ganzen Vielfachen hiervon ist und zur Zuführung dieses Wertes zum Integrator (4) und zur Rechenvorrichtung (5) für die weitere Verwendung.

2. Wiegeverfahren zur Gewinnung des Gewichtes eines Wiegegutes aus einem schwingenden gewichtsanzeigenden Signal, dessen Schwingungsperiode sich mit dem Wiegegutgewicht ändert, bei welchem das Signal über ein bestimmtes Zeitintervall integriert und das Resultat der Integration mit dem Zeitintervall gemittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsperiode entsprechend dem Wiegegutgewicht laufend ermittelt wird und als bestimmtes Zeitintervall die ermittelte Schwingungsperiode oder ganzes Vielfaches hiervon verwendet werden.