DE4221539A1 - Waage mit einem validierungs-referenzkanal - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektronische Waagen zum Abwägen und insbesondere Waagen, die in einer Umgebung betrieben werden sollen, in welcher Schwingungen auftreten.

Von einer Oberfläche, auf welcher eine Waage steht, über­ tragene Bodenschwingungen können die Genauigkeit der Able­ sung der Waage negativ beeinflussen. Waagen, die im Gegen­ satz zu Massensensoren Kraftmeßwandler verwenden, sind in bezug auf derartige Schwierigkeiten besonders empfindlich. Die üblichen Typen, einschließlich Dehnungsmeßstreifen-Meß­ dosen sind Kraftsensoren. Üblicherweise werden Tiefpaß-Fil­ terverfahren eingesetzt, um den Einfluß von Schwingungen höherer Frequenzen zu minimalisieren. Allerdings können die Wirkungen von Schwingungen in dem Frequenzbereich von etwa 10 Hz oder weniger nicht ausreichend durch Tiefpaß-Filterung abgeschwächt werden, ohne die Reaktionszeit der Waage we­ sentlich zu erhöhen. Die Erhöhung der Reaktionszeit ist bei zahlreichen Anwendungsfällen nicht hinnehmbar, beispiels­ weise bei Postwaagen oder Verladewaagen, bei welchen eine hohe Durchsatzrate angestrebt ist.

Es ist weiterhin bekannt, eine digitale Mittlung einzuset­ zen, um die Wirkungen von Bodenschwingungen abzumildern, aber auch hier begrenzen Beschränkungen bezüglich der Reak­ tionszeit die Wirksamkeit dieses Verfahrens.

Weiterhin wurde vorgeschlagen, zusätzlich zu einem Wägeme­ chanismus für einen Gegenstand einen zweiten Wägekanal oder Referenzkanal vorzusehen. Beispielsweise sind in dem US- Patent 47 51 973 mit dem Titel "Meßdosenwaage mit Referenz­ kanal für direkte Lastkorrektur", ausgegeben an Freeman et al. und an die Inhaberin der vorliegenden Anmeldung über­ tragen, eine Referenzmeßdose und die primäre Wäge-Meßdose nahe aneinander angebracht, so daß sie durch externe Schwin­ gungen auf gleiche Weise beeinflußt werden. Das Ausgangs­ signal der Referenz-Meßdose wird zeitlich gemittelt, und durch Division des Mittelwerts durch das momentane Ausgangs­ signal der Referenz-Meßdose wird ein Korrekturterm erhalten. Der Korrekturterm wird dann bei dem momentanen Ausgangssi­ gnal des Wägekanals eingesetzt, um die momentane Wirkung von Bodenschwingungen zu kompensieren. Die Offenbarung des Pa­ tents Nr. 47 51 973 wird in den vorliegenden Text durch Bezugnahme eingeschlossen.

Weitere, kompliziertere Vorgehensweisen für die Schwingungs­ kompensation, bei denen ebenfalls Referenzkanäle eingesetzt werden, sind in Zitaten beschrieben, die in dem US-Patent Nr. 47 51 973 zusammengefaßt sind. Hierzu gehört das US- Patent Nr. 46 24 331, ausgegeben an Naito.

Zwar haben einige dieser Vorgehensweisen durchaus ihren Wert, jedoch ist es wünschenswert, weitere Vorgehensweisen aufzufinden, um bestimmte Ziele bezüglich erwünschter Ko­ sten, Reaktionszeit und Genauigkeit zu erzielen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine elektronische Waage zum Wägen eines Gegenstands folgende Teile auf: ein Gehäuse; einen Wägekanal, der innerhalb des Gehäuses ange­ ordnet ist, um ein Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen, welches das momentane Gewicht des Gegenstands anzeigt; einen Referenzkanal, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, um ein Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen, welches momen­ tane Schwingungen anzeigt, die das Ausgangssignal des Wäge­ kanals beeinflussen; eine erste Einrichtung, die mit dem Referenzkanal verbunden ist, um ein erstes Signal zur Ver­ fügung zu stellen, welches eine Langzeitmittlung des Aus­ gangssignals des Referenzkanals angibt; und eine zweite Einrichtung, die an die erste Einrichtung und den Referenz­ kanal angeschlossen ist, um das erste Signal mit dem Aus­ gangssignal des Referenzkanals zu vergleichen und ein Vali­ dierungssignal auszugeben, wenn sich das Ausgangssignal des Referenzsignals nicht um mehr als einen Schwellenwert von dem ersten Signal unterscheidet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch darge­ stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Waage gemäß der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 1-A die Beziehung des Phasenwinkels zum Frequenzver­ hältnis für Meßdosen, die ein Teil der Waage von Fig. 1 sind;

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Schaltung, die ein Vergleichsmodul darstellt, welches ein Teil der Waage von Fig. 1 ist;

Fig. 3 eine grafische Darstellung von Signalen, die durch das Vergleichsmodul von Fig. 2 verglichen werden;

Fig. 3-A, 3-B, 3-C eine Erläuterung der Wirkung einer Nullpunktver­ schiebung auf den Betrieb des Vergleichsmoduls von Fig. 2;

Fig. 3-D, 3-E, 3-F eine Erläuterung der Wirkung einer Verstärkungs­ verschiebung auf den Betrieb des Vergleichsmoduls;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Waage gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 ein Flußdiagramm des Programms zum Betrieb der Waage von Fig. 4.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Waage 10. Die Waage 10 weist ein Gewichtsmeßgerät auf, welches beispielsweise eine konventionelle Meßdose 10 sein kann, in welcher Dehnungs­ meßstreifen in Form einer Wheatstone-Brücke angeordnet sind. Ein (nicht gezeigter) Gegenstand, der gewogen werden soll, beispielsweise ein Brief oder ein Paket, beaufschlagt durch eine konventionelle Vorrichtung (nicht gezeigt) die Meßdose, beispielsweise dadurch, daß der Gegenstand auf eine Schale gelegt wird, die durch die Meßdose 12 getragen wird. Die Meßdose 12 wird durch eine (nicht gezeigte) konventionelle Einrichtung elektrisch angeregt, und das Ausgangssignal der Meßdose 12, die das momentane anscheinende Gewicht des Ge­ genstands angibt, wird von einem Vorverstärker 14 empfangen. Der Ausgang des Vorverstärkers 14 ist an ein Tiefpaß-Filter 16 angeschlossen, welches vorzugsweise eine verhältnismäßig niedrige Abschneidefrequenz aufweist, beispielsweise 10 Hz. Das gefilterte Ausgangssignal durch ein Filter 16 wird an einen Analog/Digital-Wandler 18 (A/D) angelegt. Der A/D- Wandler 18 wandelt das gefilterte Signal in ein digitales Signal oder einen digitalen Zählwert um, der wiederum das momentane Gewicht des Gegenstands repräsentiert, abhängig von den Wirkungen des Filters 16. Der digitale Zählausgangs­ wert des A/D-Wandlers 18 wird von einem Mikroprozessor 20 empfangen, der den Zählwert für derartige Zwecke behandelt wie beispielsweise eine metrische Darstellung oder eine Dar­ stellung in Avoirdupois des Gewichts des Gegenstandes anzu­ zeigen, eine Post- oder Verladegebühr für den Gegenstand zu berechnen, usw. Die Meßdose 12, der Vorverstärker 14, das Filter 16, der A/ D-Wandler 18 und der Mikroprozessor 20 und die Verbindungen zwischen diesen Teilen werden nachstehend manchmal zusammen als ein "Wägekanal" bezeichnet, und es handelt sich um wohlbekannte und einfach zu verwirklichende Teile in Form einer konventionellen elektronischen Waage.

Die Waage 10 weist weiterhin eine zweite Referenz-Gewichts­ meßvorrichtung auf, beispielsweise eine Meßdose 22. Die Meßdose 22 ist vorzugsweise eine konventionelle Meßdose, die aus nachstehend noch erläuterten Gründen eine verhältnis­ mäßig kleine Lastkapazität aufweist und im Vergleich zur primären Meßdose 12 verhältnismäßig billig ist. Alternativ hierzu könnte anstelle der Referenzmeßdose 22 die Waage 10 auch einen Beschleunigungsmesser aufweisen, der eine Be­ schleunigung zumindest von 0 bis etwa 50 Hz messen kann. Ein derartiger Beschleunigungsmesser könnte beispielsweise auf dem mechanischen Boden der Wäge-Meßdose 12 angebracht sein. Eine andere Art von Gerät, welches die Referenzmeßdose 22 ersetzen könnte, ist ein durch Mikrobearbeitung hergestell­ ter Siliziumsensor der Art, die an sich als Beschleunigungs­ messer oder Meßdose ausgelegt ist.

Wie in dem voranstehend erwähnten Patent Nr. 47 51 973 er­ läutert, ist die Waage 10 so angeordnet, daß Bodenschwingun­ gen, welche die Meßdose 12 beeinflussen, die gleiche Wirkung auf die Meßdose 22 ausüben. Beispielsweise kann die Meßdose 22 so angeordnet sein, daß ihre Empfindlichkeit für Schwin­ gungen in derselben Richtung verläuft wie die der Meßdose 12; und vorzugsweise ist die Meßdose 22 so nahe wie möglich an dem Schwerpunkt der Meßdose 12 angeordnet. Eine konstante Kraft, die durch ein dauernd angebrachtes Gewicht zur Ver­ fügung gestellt wird, wird auf die Meßdose 22 ausgeübt, die auf konventionelle Weise angeregt wird. Das Ausgangssignal der Meßdose 22 wird durch einen Vorverstärker 24 verstärkt, der - ebenso wie die Meßdose 22 - nicht besonders stabil sein muß. Das von dem Vorverstärker 24 ausgegebene, ver­ stärkte Signal wird sowohl an ein Tiefpaß-Filter 26 als auch an ein Tiefpaß-Filter 28 angelegt. Fachleuten auf diesem Gebiet ist klar, daß trotz des Einwirkens eines konstanten Gewichts auf die Meßdose 22 das momentane Ausgangssignal der Meßdose 22 (und des Vorverstärkers 24) unter dem Einfluß von Bodenschwingungen ebenso schwankt wie die Ausgangssignale der primären Meßdose 12 und des Vorverstärkers 14. Wie das Filter 16 filtert das Filter 26 hochfrequente Schwingungs­ wirkungen aus, jedoch enthält das Ausgangssignal des Filters 26 Schwingungen mit niedrigerer Frequenz. Es ist empfehlens­ wert, das Filter 26 gut an das Filter 16 anzupassen, so daß die Wirkungen von Bodenschwingungen auf das Ausgangssignal des Filters 26 synchron zu Schwingungswirkungen auf das Aus­ gangssignal des Filters 16 auftreten. Die Meßdose 22, der Vorverstärker 24, das Filter 26, das Filter 28 und die Ver­ bindungen zwischen diesen Bauteilen werden manchmal zusammen als ein "Referenzkanal" bezeichnet.

Die jeweiligen Resonanzfrequenzen der Meßdosen 12 und 22 mit ihren zugehörigen Tarieraufbauten sollten wesentlich ober­ halb der Abschneidefrequenz von 10 Hz der Filter 16 und 26 liegen, um sicherzustellen, daß sowohl der Wägekanal als auch der Referenzkanal miteinander in Phase sind, wenn sie durch niederfrequente Bodenschwingungen angeregt werden. Vorzugsweise sollten die Resonanzfrequenzen 30 Hz über­ schreiten. Für ein System mit relativ niedriger Dämpfung, beispielsweise weniger als 10% der kritischen Dämpfung, erläutert Fig. 1-A die Beziehung des Phasenwinkels zu dem Frequenzverhältnis der Anregungsfrequenz zur Resonanzfre­ quenz. Wie Fachleuten bekannt ist, weisen zahlreiche kon­ ventionelle Meßdosen eine Dämpfung von etwa 3% der kriti­ schen Dämpfung auf. Hierzu wird Bezug genommen auf die Sei­ ten 120-121 von "Mechanical Vibrations", von Austin H. Church, wo sich eine Diskussion der Beziehung des Phasenwin­ kels zum Frequenzverhältnis findet.

Fachleute wissen, daß die Bauteile, aus denen der Wägekanal und der Referenzkanal bestehen, zweckmäßigerweise in einem konventionellen Waagengehäuse (nicht gezeigt) angebracht sein können.

Das Filter 28 ist im Gegensatz zu dem Filter 26 so ausge­ sucht, daß es eine äußerst niedrige Abschneidefrequenz auf­ weist; ein bevorzugter Wert beträgt 0,1 Hz. Das Ausgangs­ signal des Filters 28 stellt daher eine Langzeitmittlung des Ausgangssignals des Filters 26 dar und bleibt über inte­ ressierende Zeiträume im wesentlichen konstant. Die Aus­ gangssignale der Filter 26 und 28 werden jeweils an die Eingänge A und B eines Vergleichsmoduls 30 angelegt. Das Vergleichsmodul 30 vergleicht die Ausgangssignale der Filter 26 und 28 und gibt ein Signal an den Mikroprozessor 20, wenn sich diese Ausgangssignale bis auf einen Schwellenbetrag nicht voneinander unterscheiden. Die bevorzugte Form des Schwellenbetrages ist eine Form, die auf einem festen Pro­ zentsatz des Signals an der Klemme B beruht. Die Signalhöhe des Referenzkanals ist dann unwesentlich für dessen Lei­ stung, und dies gilt ebenfalls für die Meßdosenempfindlich­ keit und die Verstärkungen des Vorverstärkers und der Fil­ ter. Darüber hinaus erfordern Offsets der Filter 26 und 28 keine enge Anpassung. Darüber hinaus können die Widerstands- Temperaturkoeffizienten dieser Teile, welche Driftvorgänge bestimmen, sehr groß gewählt werden. Die Alternative, die auf einer festen Schwelle beruht, würde kostenaufwendigere und kompliziertere elektronische Bauteile und Meßdose für den Referenzkanal erfordern.

Fig. 2 zeigt in schematischer Form eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform des Vergleichsmoduls 30. Das Modul 30 weist Ein­ gangsklemmen A und B auf, die jeweils an den Ausgang des Filters 26 bzw. 28 angeschlossen sind. Daher empfängt die Klemme A ein Signal, welches die momentane Wirkung von Bo­ denschwingungen auf das Ausgangssignal des Wägekanals re­ präsentiert, und die Klemme B empfängt eine Langzeitmittlung des Referenzkanals, die eine Referenzablesung angibt, von der angenommen werden kann, daß sie frei von Wirkungen der Bodenschwingungen ist.

Das Modul 30 weist Komparatoren 32 und 34 auf sowie ein UND- Gatter 36. Weiterhin ist das Modul 30 mit Widerständen R1 und R2 versehen, die einen Spannungsteiler 38 ausbilden, der an die Klemme A angeschlossen ist. Weiterhin sind in dem Modul 30 Widerstände R3 und R4 vorgesehen, die einen Span­ nungsteiler 40 ausbilden, der an die Klemme B angeschlossen ist.

Der Komparator 32 weist Eingänge 42 und 44 auf. Der Eingang 42 ist direkt mit der Klemme A verbunden. Der Eingang 44 ist an die Klemme B über den Spannungsteiler 40 angeschlossen, und empfängt daher ein Signal, welches einen Bruchteil des Langzeitmittlungssignals beträgt, das an der Klemme B emp­ fangen wird. Der Komparator 32 ist so ausgebildet, daß er einen hohen Logikpegel ausgibt, wenn (und nur dann, wenn) die Spannung, die am Eingang 42 anliegt, gleich oder größer der Spannung ist, die am Eingang 44 anliegt.

Der Komparator 34 weist Eingänge 46 und 48 auf. Der Eingang 48 ist direkt an die Klemme B angeschlossen. Der Eingang 46 ist an die Klemme A über den Spannungsteiler 38 angeschlos­ sen und empfängt daher ein Signal, das einen Bruchteil des Referenzsignals für die momentane Schwingung darstellt, welches an der Klemme A empfangen wird. Der Komparator 34 ist so ausgebildet, daß er einen hohen Logikpegel dann und nur dann ausgibt, wenn die am Eingang 48 anliegende Spannung größer oder gleich der Spannung ist, die am Eingang 46 an­ liegt.

Die jeweiligen Ausgänge der Komparatoren 32 und 34 sind mit den Eingängen eines UND-Gatters 36 verbunden. Das UND-Gatter 36 gibt dann und nur dann einen hohen Logikpegel aus, wenn an seinen beiden Eingängen gleichzeitig ein hoher Logikpegel anliegt. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 36 wird von dem Mikroprozessor 20 empfangen.

Fachleuten auf diesem Gebiet ist klar, daß ein Schwellenwert durch Auswahl geeigneter Werte der Widerstände R1, R2, R3 und R4 festgelegt werden kann, so daß das UND-Gatter 36 dann und nur dann einen hohen Logikpegel ausgibt, wenn sich das Signal an der Klemme A von dem Signal an der Klemme B um nicht mehr als den Schwellenwert unterscheidet. Der Schwel­ lenwert ist ein konstanter Bruchteil des Signals an der Klemme B.

Man kann beispielsweise annehmen, daß es gewünscht ist, daß das UND-Gatter 36 nur dann einen hohen Logikpegel ausgeben soll, wenn sich das Signal an der Klemme A von dem Signal an der Klemme B um nicht mehr als 0,1% des Signals an der Klemme B unterscheidet. In diesem Falle werden die Werte der Widerstände R1, R2, R3 und R4 so ausgewählt, daß das Ver­ hältnis von R2 zu R1, und das von R4 zu R3, 1000 : 1 beträgt.

Zwar weist das in Fig. 2 gezeigte Komparatormodul 30 ein UND-Gatter auf, jedoch können auch andere Anordnungen vor­ gesehen werden, beispielsweise unter Verwendung eines ODER- Gatters.

Der Betrieb der Waage 10 und des Vergleichsmoduls 30 werden weiterhin unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Die horizonta­ le Linie 50 repräsentiert das Signal an der Klemme B, wel­ ches im wesentlichen zeitlich konstant ist. Die Wellenlinie 52 repräsentiert das Signal an der Klemme A, welches zeit­ lich schwankt, in Folge von Bodenschwingungen, die die Aus­ gangssignale der Meßdose 22, des Vorverstärkers 24 und des Filters 26 beeinflussen. Die gestrichelten Linien 54 und 56 definieren zusammen eine Schwelle um die Linie 50 herum. Unter der Annahme, daß R1, R2, R3 und R4 so ausgewählt sind, daß das Verhältnis von R2 zu R1 und von R4 zu R3 1000 : 1 beträgt, so läßt sich die Linie 54 so versehen, daß sie nach oben über die Linie verschoben ist, und die Linie 56 so, daß sie nach unten unterhalb der Linie 50 verschoben ist, um eine Entfernung, die 0,1% der konstanten Amplitude beträgt, die durch die Linie 50 repräsentiert wird.

Intervalle V sind Beispiele für Zeiträume, während derer sich das Signal an der Klemme A nicht von dem Signal der Klemme B um mehr als 0,1% des Signals an der Klemme B un­ terscheidet. Intervalle B sind Beispiele für Zeiträume, während derer sich das Signal an der Klemme A von dem Signal an der Klemme B um mehr als 0,1% unterscheidet. Wie vor­ anstehend erwähnt, gibt das UND-Gatter 36 einen hohen Logik­ pegel an den Mikroprozessor 20 während der Zeiträume ab, die beispielhaft durch die Intervalle V dargestellt sind. Wäh­ rend dieser Perioden beeinflußt die Bodenschwingung das Ausgangssignal des Referenzkanals um weniger als 0,1%, und in Folge des Aufbaus der Waage 10 weiß man, daß das Aus­ gangssignal des Wägekanals ebenfalls um weniger als 0,1% beeinflußt wird. Der Mikroprozessor kann daher das Ausgangs­ signal des Wägekanals als "gültig" ansehen, zumindest inso­ weit, als die Bodenschwingung betroffen ist, wenn der hohe Logikpegel von UND-Gatter 36 empfangen wird. Das logisch hochpegelige Signal des UND-Gatters 36 kann daher als ein Validierungssignal angesehen werden. Nach Empfang des Vali­ dierungssignals geht der Mikroprozessor 20 so weiter, daß er das von dem A/D-Wandler 18 empfangene Signal bearbeitet, beispielsweise durch Überführung in Gewichtseinheiten, An­ zeige des Gewichts des Gegenstands, Berechnung einer Postge­ bühr für den Gegenstand, usw.

Ein Vorteil der Waage 10 besteht darin, daß ein Drift des Ausgangssignals der Meßdose 22 oder zeitliche Änderungen der Verstärkung des Vorverstärkers 24 die Funktion der Waage 10 nicht negativ beeinflussen, da alle derartigen Änderungen dieselben Wirkungen auf das Langzeitmittlungssignal haben, welches von dem Filter 28 ausgegeben wird, wie auf das mo­ mentane Ausgangssignal des Filters 26. Die Meßdose 22 und der Vorverstärker 24 lassen sich daher unter Verwendung verhältnismäßig kostengünstiger Bauteile realisieren. Die Meßdose 22 kann darüber hinaus eine verhältnismäßig niedrige Kapazität aufweisen; bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Meßdose 22 eine Kapazität von 907 g (2 lbs.) auf, während die Meßdose 12 eine Kapazität von 45,4 kg (100 lbs.) aufweist. Für Anwendungen bei Tischwaagen ist ein leichtes Referenzgewicht vorteilhaft, um das Gesamtgewicht der Waage zu verringern.

Es wird darauf hingewiesen, daß es erforderlich sein kann, Kompromisse der Größe der in Fig. 3 erläuterten Schwelle in bezug auf die gewünschte Reaktionszeit der Waage einzugehen. Zwar sorgt eine kleinere Schwelle für ein für gültig erklär­ tes Wägekanalsignal, das weniger durch Bodenschwingungen beeinflußt wird, jedoch kann dies auch die Zeit vergrößern, die zwischen Intervallen V vergeht, wenn ein Validierungs­ signal erzeugt wird, insbesondere wenn erhebliche Schwingun­ gen vorhanden sind. Ein weiterer Kompromiß kann in der Hin­ sicht erforderlich werden, wenn die Meßdose 22 eine Null­ punktsverschiebung zeigt. Zwar kann der Einfluß der Null­ punktsverschiebung durch die Einstellung der Vergleichs­ schwelle kompensiert werden, jedoch unterliegt diese Schwel­ le auch den Beschränkungen in Folge der gewünschten Genau­ igkeit und Reaktionszeit.

Diese in den voranstehenden zwei Absätzen erläuterten Erwä­ gungen werden mit mehr Einzelheiten unter Bezug auf die Fig. 3-A, 3-B, 3-C, 3-D, 3-E und 3-F erläutert. Fig. 3-A kann als Darstellung eines Anfangszustands angesehen werden, also vor einer Nullpunktsverschiebung, in welchem ein konstantes Referenzgewicht von beispielsweise 907 (2 lbs.) die Meßdose 22 beaufschlagt, wobei angenommen wird, daß eine Durch­ schnittssignalamplitude, die von dem Referenzkanal ausgege­ ben wird, von 200 mV erzeugt wird (repräsentiert durch Linie 50). Wie in Fig. 3 definieren die gestrichelten Linien 54 und 56 eine Schwelle von 0,1% um die Linie 50 herum.

Der Punkt A1 repräsentiert ein momentanes Signal an der Klemme A, welches durch Schwingungen hervorgerufen wird, die das anscheinende Gewicht auf der Meßdose 22 um 0,09% erhö­ hen, was zu einer Signalamplitude von 200,18 mV führt, also innerhalb der Schwelle, weniger als der Pegel von 200,20 mV, der durch die Linie 54 repräsentiert wird. Der Punkt A2 repräsentiert ein zweites momentanes Signal an der Klemme A, das durch Schwingungen erzeugt wird, die das anscheinende Gewicht um 0,11% erhöhen, was zu einer Signalamplitude von 200,22 mV führt, also außerhalb der Schwelle liegt. (Es wird darauf hingewiesen, daß der relative Abstand der Linien 50, 54, 56 und der Punkte A1, A2 zum Zwecke der Erläuterung ver­ größert wurde, wie dies ebenfalls in den Fig. 3-B, 3-C, 3-D, 3-E und 3-F vorgenommen wurde.)

Nunmehr wird angenommen, daß in dem Referenzkanal eine Null­ punktsverschiebung von -50 mV auftritt. Wie in Fig. 3-B gezeigt ist, liegt die durch die Linie 50 repräsentierte durchschnittliche Signalamplitude nunmehr bei 150 mV. Die obere Grenze der Schwelle, die durch die gestrichelte Linie 54 repräsentiert wird, liegt nun bei 150,15 mV. Allerdings liegt der Punkt A1′, der ein um 0,09% erhöhtes anscheinen­ des Gewicht repräsentiert, bei 150,18 mV, und dies liegt nunmehr außerhalb der Schwelle. Der Punkt A2′, der ein an­ scheinendes Gewicht repräsentiert, das um 0,11% erhöht ist, liegt immer noch außerhalb der Schwelle, bei 150,22 mV. Daher besteht die Wirkung der Nullpunktverschiebung in diesem Fall in einem Schrumpfen des Schwellenbereichs, mit einer damit einhergehenden Erhöhung der Anforderungen in bezug auf Schwingungen, jedoch auch mit einer erhöhten Reak­ tionszeit.

Anstatt der in Fig. 3-B erläuterten negativen Nullpunktver­ schiebung wird nunmehr eine positive Nullpunktverschiebung um +50 mV angenommen, die in Fig. 3-C erläutert ist. Die Linie 50 repräsentiert nunmehr eine durchschnittliche Si­ gnalamplitude von 250 mV. Die gestrichelte Linie 54 reprä­ sentiert nunmehr eine Obergrenze der Schwelle bei 250,25 mV. Der Punkt A1′′, bei 250,18 mV, repräsentiert ein um 0,09% erhöhtes anscheinendes Gewicht, und liegt immer noch inner­ halb der Schwelle. Der Punkt A2′′ jedoch, der ein um 0,11% erhöhtes anscheinendes Gewicht repräsentiert, liegt nunmehr innerhalb der Schwelle bei 250,22 mV. Die positive Null­ punktsverschiebung führt dazu, daß Messungen validiert wer­ den, die vor der Verschiebung nicht validiert worden wären. In der Wirkung wurde die Schwelle vergrößert.

Die Immunität des Referenzkanals in bezug auf Verstärkungs­ verschiebungen ist in den Fig. 3-D, 3-E und 3-F erläutert. Fig. 3-D ist identisch zu Fig. 3-A und zeigt Anfangszustände vor einer Verschiebung der Verstärkung.

Nunmehr wird angenommen, daß in dem Referenzkanal eine Ver­ stärkungsverschiebung von -25% auftritt. Wie in Fig. 3-E gezeigt ist, liegt die durchschnittliche Signalamplitude, die durch die Linie 50 repräsentiert wird, nunmehr bei 150 mV. Die Obergrenze der Schwelle, nämlich die Linie 54, liegt bei 150,15 mV. Der Punkt A1′, der ein um 0,09% erhöhtes anscheinendes Gewicht repräsentiert, liegt bei 150,135 mV, immer noch innerhalb der Schwelle. Der Punkt A′′, bei 150,165 mV, liegt immer noch außerhalb der Schwelle.

Wenn nunmehr eine Verstärkungsverschiebung von +25% ange­ nommen wird (Fig. 3-F), so liegt die Linie 50 nunmehr bei 250 mV und die Linie 54 bei 250,25 mV. Der Punkt A1′′, der ein um 0,09% erhöhtes anscheinendes Gewicht repräsentiert, liegt bei 250,225 mV, immer noch innerhalb der Schwelle. Der Punkt A2′′, bei 250,275 mV, liegt immer noch außerhalb der Schwelle.

Ein wesentlicher Punkt bei den unter Bezug auf die Fig. 3-A, 3-B, 3-C, 3-D, 3-E und 3-F diskutierten Beispiele liegt darin, daß der Schwellenbetrag als fester Prozentsatz defi­ niert war, in diesem Falle 0,1% des Signals an der Klemme B, repräsentiert durch die Linie 50. Wie voranstehend deut­ lich wurde, ist eine derartige Schwelle immun gegen Verstär­ kungsverschiebungen, wird jedoch durch Nullpunktverschie­ bungen beeinflußt. Würde der Schwellenwert als feste Größe gewählt, beispielsweise 0,2 mV, statt als ein fester Prozent­ satz, so wäre die Schwelle immun gegen Nullpunktverschie­ bungen, könnte jedoch nicht ordnungsgemäß mit Verstärkungs­ verschiebungen fertig werden. Daher würde bei einem festen Schwellenbetrag von 0,2 mV die Linie 54 von Fig. 3-B bei 150,2 mV liegen, wodurch der Punkt A1′ innerhalb der Schwel­ le zu liegen käme und A2′ außerhalb. Entsprechend würde in Fig. 3-C die Linie 54 bei 250,2 mV liegen, so daß wiederum A1′′ innerhalb und A2′′ außerhalb liegt. In Fig. 3-E aller­ dings wurde ein fester Schwellenwert von 0,2 mV die Linie 54 bei 150,2 mV anordnen, so daß sowohl A1′ als auch A2′′ in­ nerhalb der Schwelle verbleiben würden, während in Fig. 3-F die Linie 50 bei 250,2 mV läge, so daß sich A1′′ und A2′′ außerhalb der Schwelle befänden.

Hieraus wird deutlich, daß die Auswahl entweder eines festen Prozentsatzes oder einer festen Größe für die Schwelle davon abhängt, ob sich Verstärkungsverschiebungen oder eine Null­ punktverschiebung einfacher kontrollieren lassen.

Eine alternative Ausführungsform einer Waage gemäß der vor­ liegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die Fig. 4 und 5 beschrieben. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, weist die Waage 10′ eine Meßdose 12 auf, einen Vorverstärker 14, ein Tiefpaß-Filter 16, einen A/D-Wandler 18, und einen Mikropro­ zessor 20, wodurch ein Wägekanal wie bei der Waage 10 ausge­ bildet wird. Entsprechend weist die Waage 10′ einen Refe­ renzkanal auf, der eine Meßdose 22 umfaßt, einen Vorverstär­ ker 24 und ein Tiefpaß-Filter 26, bei welchem jedoch nicht das Filter 28 mit niedriger Abschneidefrequenz noch das Vergleichsmodul 30 der Waage 10 vorgesehen sind. Bislang sind die Meßdosen 12 und 22 so angebracht, daß sie durch Bodenschwingungen gleich beeinflußt werden. Bei der Waage 10′ wird das Ausgangssignal des Filters 26 von dem A/D-Wand­ ler 60 empfangen, der wiederum dem Mikroprozessor 20 ein digitales Signal zur Verfügung stellt, welches das Ausgangs­ signal des Filters 26 repräsentiert. Das Filter 26 der A/D- Wandler 60 sollte an das Filter 16 und den A/D-Wandler 18 angepaßt sein, so daß die Ausgangssignale der A/D-Wandler 18 und 60 synchron Bodenschwingungen wiedergeben, die gemeinsam auf die Meßdosen 12 und 22 einwirken.

Zusätzlich zu konventionellen Softwareprogrammen in bezug auf Wägesignalverarbeitung und dergleichen ist der Mikropro­ zessor so programmiert, daß er das momentane Ausgangssignal des Referenzkanals empfängt, es zeitlich mittelt, und den Mittelwert mit dem momentanen Ausgangssignal vergleicht. Ein Programm zur Ausführung dieser Funktionen ist in Fig. 5 erläutert.

Das Programm von Fig. 5 beginnt mit einem Schritt 80, in welchem der Mikroprozessor 20 das Signal des Wägekanals von dem A/D-Wandler 18 empfängt. Es wird angenommen, daß eine Überprüfung vorgenommen wurde, ob sich die Schale in Bewe­ gung befindet, und daß keine Bewegung festgestellt wurde. Wenn beispielsweise die Waage 10 in einem System verwendet wird, in welchem ein Gegenstand automatisch auf die Schale aufgelegt wird, beispielsweise über einen Förderer, so tritt eine gewisse Verzögerungsperiode von beispielsweise 300 ms auf, um eine Dämpfung der Schwingungen zu ermöglichen, die durch das Auflegen des Gegenstands auf die Schale hervor­ gerufen wurden. Alternativ, wenn der Gegenstand per Hand aufgelegt wird, kann angenommen werden, daß eine große Ände­ rung des Ausgangssignals des Wägekanals das Auflegen eines Gegenstands repräsentiert, wodurch wiederum eine Verzöge­ rungsperiode ausgelöst wird.

Nach dem Schritt 80 empfängt der Mikroprozessor 20 das Si­ gnal des Referenzkanals von dem A/D-Wandler 60 (Schritt 82). Darauffolgt ein Schritt 84, in welchem der Mikroprozessor 20 einen Langzeitmittelwert des Referenzkanals auf der Grundlage des Referenzsignals aktualisiert, welches im Schritt 82 empfangen wird. Hierauf folgt ein Schritt 86, in welchem das Referenzsignal mit dem aktualisierten Mittelwert verglichen wird. Beispielsweise kann in dem Schritt 86 er­ mittelt werden, ob sich das Referenzsignal von dem Mittel­ wert um mehr als 0,1% des Mittelwerts unterscheidet. Alter­ nativ kann der Schwellenwert ein fester Betrag sein, anstel­ le eines festen Prozentsatzes des Mittelwerts.

In jedem Fall verzweigt sich das Programm an einem Schritt 88, abhängig von dem Ergebnis des Schrittes 86. Liegt das Referenzsignal nicht innerhalb des Schwellenbereichs, so durchläuft das Programm wiederum den Zyklus der Schritte 80, 82, 84 und 86. Liegt das Referenzsignal innerhalb des Schwellenbereichs, so folgt ein Schritt 90, in welchem der Mikroprozessor 20 das Wägesignal, welches im Schritt 80 empfangen wurde, als gültig akzeptiert, und mit der Bearbei­ tung des Signals fortfährt, mit der Darstellung einer Ge­ wichtsanzeige, der Berechnung einer Postgebühr, usw. Im Effekt stellt im Schritt 90 der Mikroprozessor sein eigenes Validierungssignal zur Verfügung, beispielsweise durch Set­ zen einer Marke oder durch Ausführen einer Verzweigung zu einem anderen Programm. Nach der Bearbeitung des validierten Gewichtssignals kehrt das Programm von Fig. 5 zu dem Schritt 80 zurück, usw.

Zwar ist die Waage 10′ von Fig. 4 so dargestellt, daß sie zwei A/D-Wandler aufweist, jedoch kann bei der vorliegenden Erfindung auch so vorgegangen werden, daß die Ausgänge der Filter 16 und 26 beide mit einem einzigen A/D-Wandler ver­ bunden sind, über eine geeignete Multiplex-Einrichtung, die von dem Mikroprozessor 20 gesteuert werden kann.

Zwar wurde die Erfindung beschrieben und erläutert unter Bezug auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen, je­ doch ist es offensichtlich, daß in dieser Beziehung Änderun­ gen und Modifikationen vorgenommen werden können, und daher sollen die beigefügten Patentansprüche alle derartigen Va­ riationen und Modifikationen einschließen, die zu dem Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung gehören.

Claims (20)

1. Elektronische Waage zum Wägen eines Gegenstandes, ge­ kennzeichnet durch:
ein Gehäuse;
eine Wägekanaleinrichtung, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, um ein Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen, welches ein momentanes Gewicht des Gegenstan­ des anzeigt;
eine Referenzkanaleinrichtung, die innerhalb des Gehäu­ ses angeordnet ist, um ein Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen, welches momentane Schwingungen anzeigt, die das Ausgangssignal der Wägekanaleinrichtung beeinflus­ sen;
eine erste Einrichtung, die an den Referenzkanal ange­ schlossen ist, um ein erstes Signal zur Verfügung zu stellen, welches einen Langzeitmittelwert des Ausgangs­ signals der Referenzkanaleinrichtung anzeigt;
eine zweite Einrichtung, die an die erste Einrichtung und die Referenzkanaleinrichtung angeschlossen ist, um das erste Signal mit dem Ausgangssignal der Referenz­ kanaleinrichtung zu vergleichen, und um ein Validie­ rungssignal auszugeben, wenn sich das Ausgangssignal der Referenzkanaleinrichtung um nicht mehr als einen Schwellenwert von dem ersten Signal unterscheidet; und
eine dritte Einrichtung zur Abtastung des Ausgangssi­ gnals der Wägekanaleinrichtung, wenn die zweite Ein­ richtung das Validierungssignal ausgibt.

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung aufweist:
eine erste Spannungsteilereinrichtung, die an die erste Einrichtung angeschlossen ist, zum Empfang des ersten Signals und zur Bereitstellung eines unterteilten er­ sten Signals;
eine zweite Spannungsteilereinrichtung, die an die Referenzkanaleinrichtung angeschlossen ist, um das Ausgangssignal der Referenzkanaleinrichtung zu empfan­ gen und ein unterteiltes Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen;
eine erste Komparatoreinrichtung, die an die erste Spannungsteilereinrichtung und an die Referenzkanal­ einrichtung angeschlossen ist, um das geteilte erste Signal mit dem Ausgangssignal der Referenzkanaleinrich­ tung zu vergleichen und ein erstes Vergleichssignal zur Verfügung zu stellen;
eine zweite Komparatoreinrichtung, die an die zweite Spannungsteilereinrichtung und an die erste Einrichtung angeschlossen ist, um das geteilte Ausgangssignal mit dem ersten Signal zu vergleichen und ein zweites Ver­ gleichssignal zur Verfügung zu stellen; und
eine Gattereinrichtung, die an die erste und die zweite Komparatoreinrichtung angeschlossen ist und auf das erste und zweite Vergleichssignal reagiert, um das Validierungssignal zur Verfügung zu stellen.

3. Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gattereinrichtung ein UND-Gatter ist.

4. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung ein Tiefpaß-Filter aufweist.

5. Waage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaß-Filter eine Abschneidefrequenz von 0,1 Hz auf­ weist.

6. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzkanaleinrichtung eine Meßdose aufweist.

7. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wägekanaleinrichtung eine Meßdose aufweist.

8. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Prozessor vorgesehen ist, der an die Wägekanaleinrichtung und an die zweite Einrichtung angeschlossen ist, und der so programmiert ist, daß er das Ausgangssignal der Wägekanaleinrichtung empfängt und dieses Ausgangssignal in Reaktion auf das Validie­ rungssignal bearbeitet.

9. Waage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung ein Tiefpaß-Filter aufweist.

10. Waage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wägekanaleinrichtung eine Meßdose aufweist.

11. Waage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzkanaleinrichtung eine Meßdose aufweist.

12. Elektronische Waage zum Wägen eines Gegenstandes, ge­ kennzeichnet durch:
eine Wägekanaleinrichtung zur Bereitstellung eines er­ sten Ausgangssignals, welches ein momentanes Gewicht des Gegenstands anzeigt;
eine Referenzkanaleinrichtung zur Bereitstellung eines zweiten Ausgangssignals, welches momentane Schwingungen anzeigt, die das Ausgangssignal der Wägekanaleinrich­ tung beeinflussen; und
einen Prozessor, der an die Wägekanaleinrichtung und die Referenzkanaleinrichtung angeschlossen ist, und der so programmiert ist, daß er

• a) das erste Ausgangssignal empfängt;
• b) das zweite Ausgangssignal empfängt;
• c) einen Langzeitmittelwert des zweiten Ausgangssi­ gnals berechnet;
• d) den Mittelwert mit dem zweiten Ausgangssignal ver­ gleicht; und
• e) das erste Ausgangssignal als gültig akzeptiert, wenn das Zweite Ausgangssignal innerhalb eines Schwellenbetrages des Mittelwerts liegt.

13. Waage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wägekanaleinrichtung eine Meßdose aufweist.

14. Waage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzkanaleinrichtung eine Meßdose aufweist.

15. Waage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwertbetrag ein vorbestimmter Prozentsatz des Meßwerts ist.

16. Verfahren zum Wägen eines Gegenstands unter Verwendung einer elektronischen Waage, gekennzeichnet durch fol­ gende Schritte:

• a) Aufbringen des Gegenstands auf die Waage;
• b) Erzeugung eines Wägesignals, welches ein momenta­ nes Gewicht des aufgelegten Gegenstands repräsen­ tiert;
• c) Erzeugung eines Referenzsignals, welches Schwin­ gungen repräsentiert, welche die Waage beeinflus­ sen;
• d) Erzeugung eines Langzeitmittelwerts des Referenz­ signals;
• e) Vergleichen des Referenzsignals mit dem Langzeit­ mittelwert; und
• f) Validieren des Wägesignals, wenn das Referenzsignal innerhalb eines Schwellenwertes des Langzeitmit­ telwerts liegt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (d) das Anlegen des Referenzsignals an ein Tiefpaß-Filter umfaßt, welches eine niedrige Abschnei­ defrequenz aufweist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrige Abschneidefrequenz etwa 0,1 Hz beträgt.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert ein fester Prozentsatz des Langzeit­ mittelwerts ist.

20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (f) die Bereitstellung eines Validierungs­ signals umfaßt.