DE457134T1

DE457134T1 - Hysteresekompensierte waage und wiegemethode.

Info

Publication number: DE457134T1
Application number: DE199191107232T
Authority: DE
Inventors: Neil C. Westerville Ohio 43081 Griffen
Original assignee: Mettler Toledo LLC
Current assignee: Mettler Toledo International Inc
Priority date: 1990-05-16
Filing date: 1991-05-03
Publication date: 1992-09-24
Also published as: DE69118580T2; EP0457134B1; AU7297191A; MX173512B; JPH06160164A; EP0457134A3; CN1028797C; CA2038404C; AU634367B2; CA2038404A1; US5308931A; JP2524546B2; EP0457134A2; CN1056745A; DE69118580D1

Claims

LEINWEBER & ZIMMERMANN

EP O 457 134
91 107 232.0

Mettler-Toledo, Inc.

EUROPEAN PATENTATTORNEYS

Dipl.-lng. H. Leinweber (19761>
Dipl.-lng. Heinz Zimmermann
Dipl.-lng. A. Gf. v. Wengersky
Dipl.-Phys. Dr. Jürgen Kraus

PATENTANWÄLTE

Rosental 7, D-8000 München 2

Telefon (089) 268083
Telex 528191 Izpatd
Telecopier (089) 268086

^den 24. Juni 1992en

Unser Zeichen

b - 11-106EPO

Ansprüche

1. Verfahren zum Korrigieren des Ausgangssignals einer Waage im Hinblick auf Hystereseeffekte, die bei gegebenem Lastverlauf zwischen darauf wirkender minimaler und maximaler Last auftreten, mit folgenden Schritten:

Ableiten eines die Kennwerte der Waage für lineare Zunahme von der minimalen zu der maximalen Last darstellenden Polynomausdrucks;

Ableiten eines die Kennwerte der Waage für lineare Abnahme von der maximalen zu der minimalen Last darstellenden Polynomausdrucks;

Ermitteln eines eine Differenz zu einem der genannten Polynomausdrücke darstellenden Korrekturausdruck;

Gewinnen einer Darstellung eines Wertes R einer auf die Waage wirkenden Last;

Ableiten eines Korrekturwertes durch Anwenden des Wertes R auf den Korrekturausdruck;

Regulieren des Wertes R um den Betrag des Korrekturwer-

tes und

Abgeben des regulierten Wertes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Korrekturausdruck derart abgeleitet wird, daß eine Differenz mit einem Wert geschaffen wird, der immer in einen Rahmen von durch die abgeleiteten Polynomausdrücke definierten Werten fällt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Korrekturausdruck eine exponentielle Dämpfungsfunktion mit dem Polynomausdruck als Grenzwert beinhaltet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Polynomausdrücke d
C Konstanten sind.

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Polynomausdrücke die Form: AR + BR + CR haben, wobei A, B und
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Ableitung des Korrekturwertes entsprechend einer Feststellung erfolgt, ob R einen Umkehrpunkt in dem Verlauf der Belastung der Waage darstellt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Schritt des Ermitteins eines Korrekturausdruckes folgende Schritte beinhaltet:

Hervorrufen eines zunehmenden Wägeausdrucks; und
Hervorrufen eines abnehmenden Wägeausdrucks.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des Ableitens eines Korrekturwertes folgende Schritte umfaßt:

Vergleichen der Darstellung des Wertes R mit der entsprechenden vorhergehenden Darstellung;

Ableiten des Korrekturwertes unter Verwendung des zunehmenden Wägeausdrucks, wenn die Darstellung des Wertes R größer als die vorhergehende Darstellung ist; und

Ableiten des Korrekturwertes unter Verwendung des abnehmenden Wägeausdrucks, wenn die Darstellung des Wertes R klei-

ner als die vorhergehende Darstellung ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Schritt des Ableitens eines Korrekturwertes folgende Schritte umfaßt:

Vergleichen der Darstellung des Wertes R mit der entsprechenden vorhergehenden Darstellung;

Bestimmen der Differenz zu der vorhergehenden Darstellung als einen Wert WO, wenn der Vergleich eine Umkehrung des Lastverlaufs anzeigt; und

Ableiten des Korrekturwertes durch Anwenden des Wertes R und des Wertes WO auf den Korrekturausdruck.
9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt zum Ableiten eines Korrekturwertes folgende Schritte umfaßt:

Vergleichen der Darstellung des Wertes R mit der entsprechenden vorhergehenden Darstellung PR;

Bestimmen der Differenz zu der vorhergehenden Darstellung PR als einen Wert WO, wenn der Wert R eine Umkehrung des Lastverlaufs anzeigt;

Ableiten des die Werte R und PR anwendenden Korrekturwertes unter Verwendung des zunehmenden Wägeausdrucks, wenn der Wert R größer als der Wert PR ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt zum Ableiten eines Korrekturwertes den Schritt des Ableitens des die Werte R und PR anwendenden Korrekturwertes unter Verwendung des abnehmenden Wägeausdrucks einschließt, wenn der Wert R kleiner als der Wert PR ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der zunehmende Wägeausdruck folgende Form hat:

A*R+B*R²+C*R³+W0* (RMAX - R)/(RMAX -RO),
wobei RMAX der Wert der maximalen Last ist, R, B und C Konstanten sind und RO eine Darstellung des WO entsprechenden Lastwertes ist.
12. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der zunehmende Wägeausdruck folgende Form hat:

A*R + B*R² + C*R³ + W0* [(RMAX - R) ) / ( RMAX - RO) - DI * (RMAX - R) * (R - RO) / ( RMAX - RO)],

wobei RMAX der Wert der maximalen Last ist, R, B C und DI Konstanten sind und RO eine Darstellung des WO entsprechenden Lastwertes ist.
13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der abnehmende Wägeausdruck folgende Form hat:

A*R+B*R²+C*R³+W0* R/RO,

wobei A, B und C Konstanten sind und RO eine Darstellung des WO

entsprechenden Lastwertes ist.
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14. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der abnehmende Wägeausdruck folgende Form hat:

A * R + B * R² + C * R³ + WO * [k/ RO - DD * R * (RO - R)/ RO*] ,
wobei A, B, C und DD Konstanten sind und RO eine Darstellung des WO entsprechenden Lastwertes ist.
15. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der zunehmende Wägeausdruck folgende Form hat:

AI * R + BI * R² + CI * R³ + WO * exp (-BIE * (R-RO)),
wobei AI, BI, CI und BIE Konstanten sind und RO eine Darstellung des WO entsprechenden Lastwertes ist.
16. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der abnehmende Wägeausdruck folgende Form hat:

AD * R + BD * R² + CD * R³ + WO * exp (-BDE * (R - RO)),

wobei AD, BD, CD und BDE Konstanten sind und RO eine Darstellung des WO entsprechenden Lastwertes ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem der Schritt des Gewinnens einer Darstellung einer Last den Schritt des Filterns der empfangenen Darstellung der Last durch Ablei-

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ten eines auf eine vorbestimmte zulässige Änderung im Hinblick auf eine unmittelbar vorhergehende Darstellung einer Last begrenzten Wertes beinhaltet, um die Darstellung des zum Ableiten des Korrekturwertes genommenen Wertes R abzuleiten.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Filtern durch Berechnung unter Verwendung eines Ausdrucks der folgenden Form erfolgt:

FR = E*R +F* PFR,

wobei E und F Konstanten sind, mit: E + F = 1,0, FR der gefilterte Darstellungswert einer Last ist und PFR der Wert des vorhergehenden gefilterten Darstellungswertes einer Last ist.
19. Meßgerät mit Hysteresekompensation, das folgendes umfaßt:

einen Meßmechanismus;

eine Speichereinrichtung zum Speichern des Verlaufes von auf den Meßmechanismus aufgebrachten Lasten und der Kennlinie des Meßmechanismus für die Abweichung von der Linearität bei Zu- und Abnahme zwischen maximaler und minimaler Last;

eine Einrichtung zum Gewinnen einer Darstellung R einer Last auf dem Meßmechanismus;

eine Überwachungseinrichtung, die entsprechend der Lastdarstellung R, dem in der Speichereinrichtung gespeicherten Lastverlauf und einer ausgewählten Kennlinie der Linearitätsabweichung einen Korrekturwert ableitet und den Korrekturwert mit der Lastdarstellung R kombiniert, um eine korrigierte Lastdarstellung zu erhalten, und die diejenige Veränderung des Lastverlaufes in der Speichereinrichtung speichert, welche von der Lastdarstellung R dargestellt wird.
20. Meßgerät nach Anspruch 19, bei dem die Überwachungeinrichtung den Korrekturwert als eine Differenz von der in der Speichereinrichtung gespeicherten ausgewählten Kennlinie für die Linearitätsabweichung ableitet.
21. Meßgerät nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die Kennlinien der Linearitätsabweichung bei Zu- und Abnahme mit einem Ausdruck folgender Form berechnet werden:
A*R+B*R² + C*R³,

wobei A, B and C Konstanten sind.
22. Meßgerät nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem der in der Speichereinrichtung gespeicherte Lastverlauf einen Lastverlaufswert zum Vergleichen mit dem Lastdarstellungswert R beinhaltet, um das Auftreten einer Umkehrung zwischen zunehmendem und abnehmendem Lastverlauf zu bestimmen.
23. Meßgerät nach Anspruch 22, bei dem:

der in der Speichereinrichtung gespeicherte Lastverlauf den Wert PR der unmittelbar vorhergehenden Lastdarstellung beinhaltet; und

die Überwachungseinrichtung entsprechend dem Lastverlauf swert, dem Wert PR und dem Wert R die Umkehrung feststellt, bei Auftreten einer Umkehrung einen geänderten Lastverlaufswert zum Abgeben an die Speichereinrichtung ableitet, um einen Umkehrpunkt-Differenzwert WO im Hinblick auf die Kennlinie der Linearitätsabweichung für den Wert PR abzuleiten, und entsprechend den Werten WO, R und PR den Korrekturwert ableitet.
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24. Meßgerät nach Anspruch 23, bei dem

die in der Speichereinrichtung gespeicherten Kennlinien für die Abweichung von der Linearität bei Zu- und Abnahme als Polynomausdruck folgender Form vorliegen:
AR + BR² + CR³,

wobei A, B und C Konstanten sind.
25. Meßgerät nach Anspruch 23 oder 24, bei dem dann, wenn der Wert R größer als der Wert PR ist, die Überwachungseinrichtung den Korrekturwert entsprechend einem zunehmenden Wägeausdruck in folgender Form ableitet:

A*R+B*R²+C*R³+WO* (RMAX - R)/RMAX -RO),

wobei RMAX der Darstellungswert für die maximale Last ist, RO die Darstellung des WO entsprechenden Lastwertes ist und A,B und C Konstanten sind.
26. Meßgerät nach Anspruch 23 oder 24, bei dem die Überwachungseinrichtung dann, wenn der Wert R größer als der Wert PR ist, den Korrekturwert entsprechend einem zunehmenden Wägeausdruck in folgender Form ableitet:

A*R + B*R² + C*R³+W0* [(RMAX - R) / ( RMAX - RO) -DI * ( RMAX - R) * (R - RO ) / ( RMAX - RO)],

wobei RMAX und RO jeweils Darstellungswerte für die maximale Last sind und WO entsprechen und A,B,C und DI Konstanten sind.
27. Meßgerät nach einem der Ansprüche 23 bis 26, bei dem die Überwachungseinrichtung dann, wenn der Wert R kleiner als der Wert PR ist, den Korrekturwert entsprechend dem abnehmenden Wägeausdruck in folgender Form ableitet:
A * R + B * R² + C * R³ * WO * R/R0,

wobei A,B and C Konstanten sind und RO eine Darstellung des WO entsprechenden Lastwertes ist.
28. Meßgerät nach einem der Ansprüche 23 bis 26, bei dem die Überwachungseinrichtung dann, wenn der Wert R kleiner als der Wert PR ist, den Korrekturwert entsprechend einem abnehmenden Wägeausdruck in folgender Form ableitet:

A*R + B*R²+C*R³+ WO* [r/RO - DD * R * ( RO - R)/R0]

wobei A,B,C und DD Konstanten sind und RO eine Darstellung des

WO entsprechenden Lastwertes ist.
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29. Meßgerät nach Anspruch 23, bei dem die Überwachungseinrichtung dann, wenn der Wert R größer als der Wert PR ist, den Korrekturwert entsprechend einem zunehmenden Wägeausdruck in folgender Form ableitet:

AI * R + BI * R² + CI * R³ + WO * exp(-BIE * (R - RO)),

wobei AI,BI,CI und BIE Konstanten sind und RO eine Darstellung

des WO entsprechenden Lastwertes ist.
30. Meßgerät nach Anspruch 23, bei dem die Überwachungseinrichtung dann, wenn der Wert R kleiner als der Wert PR ist, den Korrekturwert entsprechend dem abnehmenden Wägeausdruck in folgender Form ableitet:

AD * R + BD * R² + CD * R³ + WO * exp(-BDE*(R - RO)),
wobei AD,BD,CD und BDE Konstanten sind und RO eine Darstellung des WO entsprechenden Lastwertes ist.
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31. Meßgerät nach einem der Ansprüche 19 bis 30, bei dem die Überwachungseinrichtung entsprechend dem Lastwert R, wie er ursprünglich gewonnen worden ist, den Lastwert durch Wandlung der Lastdarstellung filtert, um einen auf eine vorbestimmte zulässige Änderung im Vergleich mit einer umittelbar vorhergehenden Darstellung einer Last begrenzten Wert zu erhalten, um die zur Ableitung des Korrekturwertes dienende Darstellung R abzuleiten.
32. Meßgerät nach Anspruch 31, bei dem die Überwachungseinrichtung die Filterung unter Verwendung eines Ausdrucks folgender Form vornimmt:
FR=E*R+F* PFR,
wobei E und F Konstanten sind, mit: E + F = 1,0, FR die gefilterte Darstellung einer Last auf dem Meßmechanismus ist und PFR der Wert der vorherigen gefilterten Lastdarstellung ist.
33. Verfahren zum Korrigieren des Ausgangssignals eines Kraftmeßgerätes im Hinblick auf Hysterese, mit folgenden Schritten:

Gewinnen einer Darstellung der auf das Kraftmeßgerät wirkenden Kraft;

Ableiten des Maßes der Hysterese des Kraftmeßgerätes unter Verwendung der Kraftdarstellung und des unmittelbar vorhergehenden Verlaufs der Folge der auf das Gerät wirkenden Kraft; und

Kombinieren des abgeleiteten Maßes der Hysterese des Kraftmeßgerätes mit der Kraftdarstellung, um eine hysteresekompensierte Darstellung der auf das Kraftmeßgerät wirkenden Kraft abzuleiten.
34. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem der Schritt des Ableitens des Maßes der Hysterese folgende Schritte beinhaltet:

Speichern der unmittelbar vohergehenden Darstellung der auf das Kraftmeßgerät wirkenden Kraft als Vergangenheitswert;

Bestimmen des Werteverhältnisses der Darstellung der auf das Kraftmeßgerät wirkende Kraft zu der gespeicherten unmittelbar vorhergehenden Darstellung; und

Bestimmen einer mathematischen Darstellung für die Hystereseabweichung mit auf dem Werteverhältnis basierenden Korrekturwerten.
35. Verfahren nach Anspruch 33 oder 34, bei dem der Schritt des Ableitens des Maßes der Hysterese folgende Schritte umfaßt:

Bestimmen der Kennlinie der Linearitätsabweichung des Kraftmeßgerätes bei Zunahme zwischen einem Wert minimaler Kraft und einem Wert vorbestimmter höherer Kraft;

Bestimmen der Kennlinie der Linearitätsabweichung des Kraftmeßgerätes bei Abnahme zwischen dem Wert vorbestimmter höherer Kraft und dem Wert ohne Kraft; und

Bestimmen einer mathematischen Darstellung für die Hystereseabweichung mit Korrekturwerten zwischen der Kennlinie der Linearitätsabweichung bei Zunahme und der Kennlinie der Linearitätsabweichung bei Abnahme.
36. Verfahren nach Anspruch 35, bei dem die Kennlinien für die Linearitätsabweichung bei Zu- und Abnahme durch einen mathematischen Ausdruck folgender Form bestimmt sind:

AR + BR² + CR³,

wobei A,B und C Konstanten sind.
37. Verfahren nach Anspruch 35 oder 36, bei dem die mathematische Darstellung eine exponentielle Dämpfungsfunktion beinhaltet.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 37, mit folgenden Schritten:

Speichern der unmittelbar vorhergehenden Darstellung PR der auf das Kraftmeßgerät wirkenden Kraft als Vergangenheitswert;

Bestimmen des Werteverhältnisses der Darstellung R der auf das Kraftmeßgerät wirkenden Kraft zu der gespeicherten unmittelbar vorhergehenden Darstellung PR;

Bestimmen der mathematischen Darstellung mit den Korrekturwerten unter weiterer Zugrundelegung des Werteverhältnisses .
39. Verfahren zum Verringern der Unbestimmtheit der Meßausgangssignale eines Meßgerätes bei Lasten, die in Lastsequenzen zunehmenden und abnehmenden Typs auftreten, mit folgenden Schritten:

Speichern des Lastverlaufs für auf das Meßgerät aufgebrachte Lasten als die Meßausgangssignale, des Typs der Lastfolge und der entsprechenden Übergänge sowie der jeweiligen Kennlinie der Linearitätsabweichung des Gerätes bei Zu- und Abnahme zwischen maximaler und minimaler Last;

Gewinnen eines aktuellen Meßausgangssingals als Wert R;
Ableiten eines Korrekturwertes auf der Grundlage des Wertes R, des Lastverlaufs und einer ausgewählten Kennlinie der Linearitätsabweichung;

Regulieren des Wertes R um den Betrag des Korrekturwertes; und

Abgeben des regulierten Wertes.
40. Verfahren nach Anspruch 39, bei dem der Korrekturwert als eine Differenz zu der ausgewählten Kennlinie der Lineari-

tätsabweichung abgeleitet wird.
41. Verfahren nach Anspruch 39, bei dem die Ableitung des Korrekturwertes den Schritt des Vergleichens des Wertes R mit dem als Lastverlauf gespeicherten unmittelbar vorhergehenden Wert PR beinhaltet, um den Typ der dem Wert R entsprechenden Lastfolge abzuleiten.
42. Verfahren nach Anspruch 41, bei dem der Schritt des Gewinnens eines aktuellen Meßwertes den Schritt des Filterns

des Meßwertes durch derartiges Wandeln umfaßt, daß er einen Wert hat, der auf eine vorbestimmte zulässige Differenz im Hinblick auf den Wert PR beschränkt ist, um den aktuellen Meßausgangssignalwert R abzuleiten.
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43. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 42, bei dem die Ableitung des Korrekturwertes den Schritt des Vergleichens des Wertes R mit dem unmittelbar vorhergehenden Wert PR und mit dem Typ der Lastfolge beinhaltet, um die Anwesenheit einer Umkehrung festzustellen.
44. Waage mit Kompensation für Hystereseeffekte, die zwischen minimaler und maximaler darauf wirkender Last bei gegebenem Lastverlauf auftreten, umfassend:

einen Wägemechanismus;

eine Einrichtung zum Speichern von Ausdrücken, die die

Kennlinie der Linearitätsabweichung des Wägemechanismus bei Zunahme und Abnahme zwischen minimaler und maximaler Last darstellen;

eine Einrichtung zum Gewinnen einer Darstellung des Wertes R einer auf den Wägemechanismus wirkenden Last;

eine Einrichtung zum Ableiten eines Korrekturwertes als

eine Anwendung des Wertes R auf einen Korrekturausdruck, der

eine Differenz zu einem der Ausdrücke für die Kennlinie der Linearitätsabweichung darstellt;

eine Einrichtung zum Regulieren des Wertes R um den

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Betrag des Korrekturwertes; und

eine Einrichtung zum Abgeben des regulierten Wertes.
45. Waage nach Anspruch 44, mit einer Einrichtung zum Speichern eines Lastverlaufs für auf den Wägemechanismus aufgebrachte Lasten; wobei die Einrichtung zum Ableiten des Korrekturwertes den Korrekturwert entsprechend dem gespeicherten Lastverlauf ableitet.
46. Waage nach Anspruch 45, mit einer Einrichtung zum Speichern einer Änderung des von der Darstellung R dargestellten Lastverlaufs.
47. Waage nach Anspruch 45 oder 46, bei der der Lastverlauf

einen Lastvergangenheitswert für den Vergleich mit dem Wert R beinhaltet, um eine Umkehrung zwischen zunehmendem und abnehmendem Lastverlauf festzustellen.
48. Waage nach Anspruch 47, bei der:

der gespeicherte Lastverlauf den Wert PR der unmittelbar vorhergehenden Darstellung einer Last beinhaltet; und

die Einrichtung zum Ableiten eines Korrekturwertes entsprechend dem Lastvergangenheitswert, dem Wert PR und dem Wert R eine Umkehrung erfaßt, bei Auftreten der Umkehrung einen geänderten Lastvergangenheitswert für die Speicherung ableitet, um eine Umkehrpunkt-Differenz WO zu der Kennlinie von der Linearitätsabweichung für den Wert PR abzuleiten, und entsprechend den Werten WO, R und PR den Korrekturwert ablei-

tet.