DE7708928U1 - Elektrische waage - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-ing. A. WEDDE Dipl.-Ing. K. E M P L

München 80, Schumannstr. 2

22. Harz 1977

Mettler Instrumente AG, Greif.ensee (Schweiz)

Elektrische Waage

Die Neuerung betrifft eine elektrische Waage, umfassend
einen Lastaufnehmer, einen mit diesem zusammenwirkenden
Wandler, der periodisch eine gewichtsproportionale Anzahl von elektrischen Impulsen liefert, und einen Auswerteteil zur digitalen Darstellung des Wägeergebnisses, mit einer
Impuslzahleinrichtung und einem ersten Speicher zur Registrierung eines Wägeresultates.

Waagen dieser Gattung können beispielsweise elektromagnetisch kompensierende Waagen sein, bei denen die Kraftwirkung eines eine Spule in einem Permanentmagnetfeld durchfliessenden Stromes die Wägelast (und gegebenenfalls eine Totlast) kompensiert und der Strom im Gleichgewicht ein

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Mass für die Last ist. Der Strom wird, über ein Digitalvoltmeter oder mittels des Verfahrens der Impulslängenmodulati'on, digitalisiert und in Gewichtseinheiten angezeigt. Ein anderes Beispiel bilden Waagen, bei denen der Wandler
eine oder mehrere querschwingende Saiten umfasst, deren von der Belastung abhängige Schwingungsfrequenz ausgezählt und zur digitalen Darstellung des Wägeergebnisses ausgewertet
wird.

erste
Der erwähnte Speicher dient dabei der digitalen Tarierung, d.h. nach Ermittlung des Taragewichtes wird das Resultat
gespeichert und bei einer folgenden (Brutto-)Wägung abgezogen, so dass das Nettoergebnis angezeigt werden kann. Je
nach konstruktiver Ausführung der Waage kann dabei ein Teil des Waagengewichts selbst (z.B. Waagschale und Waagschalenträger) als Totlast, allein oder zusammen mit der Tara, vor der eigentlichen Wägung kompensiert werden.

Häufig stellt sich die Aufgabe, Mischungen aus mehreren,
einzeln einzuwägenden Komponenten in demselben Gefäss herzustellen. Hierzu wird nach erfolgter Tarierung (die Anzeige steht auf Null) die erste Komponente eingewogen, erneut tariert, dann die nächste Komponente dazugegeben, und so fort. Will man dann nach Beendigung der Wägungen eine Kontrolle ' durchführen, z.B. ob alle Komponenten eingewogen wurden, so kann zwar durch erneutes Tarieren nach Einwägung der letzten Komponente und anschliessendes Entfernen des Gefässes von der Waage das Gesamtgewicht (mit negativem Vorzeichen) zur

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Anzeige gebracht werden. Um das Komponententotal, d.h. das Gewichtstotal aller eingewogenen Komponenten, zu erhalten, muss man den vorher notierten Tarawert vom Gesamtgewicht abziehen. Es müssen also vom Waagenbenutzer Notizen gemacht und Rechnungen durchgeführt werden. Dies wird beim heutigen Stand des Bedienungskomforts moderner Waagen als lästig und unbefriedigend enpfunden, und ausserdem ist dieses Vorgehen fehleranfällig.

Die Neuerung hatte die Aufgabe, das Bedürfnis nach einer Waage der eingangs genannten Art zu befriedigen, welche bei Bedarf auch das Komponententotal ermittelt. Diese Aufgabe wird neuerungsgemäss dadurch gelöst, dass am Gehäuse der Waage Bedienungselemente vorgesehen sind, welche auf eine Steuerung für das Zusammenwirken der Zähleinrichtung mit dem ersten Speicher und/oder mit einem zweiten Speicher einwirken. Der weitere Speicher übernimmt quasi ebenfalls eine Tarierfunktion.

Vorzugsweise ist dem Auswerteteil nur eine einzige Anzeigeeinrichtung zugeordnet. Diese Ausbildung gestattet, den Aufwand klein zu halten, und berücksichtigt dabei die Tatsache, dass normalerweise zur selben Zeit nur eine Anzeige benötigt wird (z.B. (Einzel-) Komponentengewicht oder Komponententotal).

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Die externen Bedienungselemente können beispielsweise zwei gleichartige, in jeweils zwei Richtungen betätigbare Tasten umfassen. Diese Ausführungsform weist Vorteile auf hinsichtlich der verringerten Anzahl verschiedener Bauelemente, und ausserdem ist die Anzal an Bedienungselementen damit auf ein Minimum reduzierbar. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Bedienungselemente eine in zwei Richtunggen betätigbare Taste zur Auslösung der Punktionen Ein/Aus/Tara und je eine von der ersten Taste verschieden geformte Drucktaste zur Auslösung der Funktionen Nullstellen bzw. Anzeige des Komponententotals. Letztere Variante hat den Vorteil, dass verschiedenartige Funktionen klarer getrennt sind, Bedienungsfehler also leichter vermieden werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar

Figur 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels,

Figur 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels,

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Figur 3 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels /

Figur 4 die Frontansicht einer Ausführungsform des Waagenäusseren, und

Figur 5 eine Variante zu Figur 4.

Für alle nachstehend erläuterten Beispiele sei eine Kompaktwaage mit elektromagnetischer Kraftkompensation zugrundegelegt, bei welcher der elektrische Strom der Kompensationsspule in Form von Impulsen lastabhängiger Länge zugeführt und die Impulslänge mit hochfrequenten Zähl- oder Taktimpulsen ausgezählt wird (Verfahren der Impulslängenmodulation, bekannt z.B. aus der US-Patentschrift 3,786,884).

Beispiel I (Figuren 1, 4)

Ein Ausgang 14 eines Wandlers 12 der Waage liefert der Belastung des Lastaufnehmers 10 proportionale Impulsmengen. Die Impulse werden gleichzeitig zwei setzbaren Komplementzählern 16, 16' zugeführt. Ueber einen Code-Converter 18 bzw. 18" gelangt der Zählerstand zu einem Anzeigespeicher und wird dargestellt in einer Digitalanzeige 22. Dabei wird mittels eines elektrischen Schalters 24, der von einem Flipflop 25 gesteuert wird, wahlweise der Stand des Zählers 16 oder derjenige des Zählers 16' zur Anzeige gebracht. Jedem Zähler ist ein Speicher 26 (Speicher I) bzw. 26' (Speicher II) zugeordnet. Das Zusammenspiel Zähler/Speicher wird von einer Steuerloaik 28 bzw. 28' gesteuert. Je eine Elementgruppe 16, 18, 26, 28, bzw. 16', 18', 26¹, 28^f ist Bestand-

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teil eines von zwei gleichen hochintegrierten Schaltkreisen (LSI I, 30 bzw. LSI II, 30').

Ein Schalter 32 "Komponente" wirkt auf den Flipflop 25 und auf die Steuerlogik 28; ein Schalter 34 "Tara" auf die Steuerlogik 28* und, über ein ODER-Tor 36, ebenfalls auf die Steuerlogik 28 und den Flipflop 25, und ein Schalter "Komponententotal" 38 nur auf den Flipflop 25. Die Schalter 32, und 38 sind Impulsschalter (Tastschalter).

Figur 4 zeigt die Frontplatte 39 der Waage, mit der Anzeige 22 und einer Kontrollampe 40. Eine kombinierte Taste 42 betätigt einen Netzschalter (niederdrücken: Netz ein, anheben: Netz aus) und, beim Niederdrücken (Tarieren), gleichzeitig den Tara-Schalter 34·. Eine zweite Taste 44 betätigt beim Niederdrücken den Schalter 32 (Komponente) und beim Anheben den Komponententotal-Schalter 38.

Gemäss dem Schaltbild in Figur 1 sind beide LSI's 30, 30' stets mit dem Wandler 12 verbunden. Dabei ist je nach der Stellung des Schalters 24 der LSI I (30) oder der LSI II (30*) an die Anzeige geschaltet. Letzterer wird jeweils die Differenz zwischen dem momentanen Messwert und dem Inhalt des Speichers (26 bzw. 26') des jeweils angeschalteten LSI zugeführt. Dabei wird im Speicher I (26) bei Druck auf die Taste 44 das jeweilige Gesamtgewicht gespeichert, also z.B. die Summe aus der Totlast, der Gefässtara und den bisher eingewogenen Komponenten. Im Speicher II (26') wird das Gesamtgewicht, das im Moment des Niederdrückens der Taste

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vorhanden ist, gespeichert, d.h. beim Drücken der Taste 42 nach Wägung des leeren Gefässes die Summe aus Totlast und Gefässtara. Am Ausgang des LSI I (30) steht somit das Gewicht der zuletzt eingewogenen Komponente zur Verfügung, am Ausgang des LSI II (30*) das Totalgewicht aller eingewogenen Komponenten. Um die Totalanzeige zu erhalten, wird durch Anheben der Taste 44 der Schalter 38 (Komponententotal) betätigt und damit der Flipflop 25 gesetzt. Dadurch wird der Ausgang des LSI II (30') an die Anzeige 20, 22 geschaltet. Gleichzeitig leuchtet die Kontrollampe 40. Durch Druck auf eine der Tasten 44 (Komponente) oder 42 (Tara) oder auch durch ein nochmaliges Anheben der Taste 44 (Komponententotal) erlischt die Kontrollampe 40 und wird der Schalter 24 wieder in die Normalstellung gebracht, d.h. nun führt wieder der Ausgang des LSI I (30) zur Anzeige. Drücken der Taste 42 (Tara) bewirkt, dass der Stand beider Zähler (16 und 16') in den jeweiligen Speicher (26 bzw. 26') übernommen wird. Dadurch ist nach dem Tarieren des Gefässes die Anzeige ebenfalls auf Null, was für die Einwaage der ersten Komponente notwendig ist.

Am Beispiel einer Einwaage mit zwei Komponenten sei der Bedienungsablauf dargestellt:

Operation Anzeige

- Waage einschalten (Druck Null

bewfrJrtJ
auf Taste 42,fausserdem,

nach Ablauf einer Verzögerung von ca. 1,5s, die Tarierung der Totlast)

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Operation

leeres Gefass auf die Waage stellen

Taste 42 drücken (Tara)

1. Komponente einwägen

Taste 44 drücken
(Komponente)

2. Komponente einwägen

Taste 44 anheben (Komponententotal) , Kontroll-Lampe 40 leuchtet

Anzeige Taragewicht

Null

Gewicht 1. Komponente Null

Gewicht 2. Komponente

Komponententotal, d.h. Gewicht beider Komponenten

Für weitere Kontrollzwecke kann nun noch das Gesamtgewicht wie auch das Taragewicht (Gefässtara), das nach der zweiten Operation angezeigt wurde, abgelesen werden. Dazu wird zweckmässigerweise folgende Reihenfolge eingehalten:

- Drücken der Taste 44 (Komponente)

- Wägegut wegnehmen —·- es erscheint mit negativem Vorzeichen das Bruttogewicht

- Anheben der Taste 44 (Komponenten tot al)—«»es erscheint mit negativem Vorzeichen die Gefässtara.

Die Komponententotalanzeige wird durch Betätigen eines der drei Schalter 34, 32, 38 (Drücken der Taste 42, Drücken bzw. Anheben der Taste 44) wieder verlassen. Welche Operation zum Verlassen der Kompcnententotalanzeige zweckmässigerweise vorgenommen wird, ist durch die jeweilige Anwendung bestimmt. Wenn bei Einwaagen mit vielen Komponenten eine Zwischensumme kontrolliert werden soll, so wird die Komponententotal-Anzeige danach entweder durch Anheben der Taste 44 gelöscht (es

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wird dann nochmals die zuletzt eingewogene Komponente angezeigt) , oder man drückt die Taste 44 (Komponente), dann erscheint die Nullanzeige, und man kann die folgende Komponente einwägen. Ist jedoch die Komponententotal-Anzeige eine Komponenten-Endsumme, so wird für die folgende Einwaage das leere Gefäss auf die Waage gestellt, durch Drücken der Taste 42 (Tara) die Komponententotal-Anzeige verlassen und zugleich die neue Gefässtara erfasst.

Beispiel II (Figuren 2, 5)

Dieses Ausführungsbeispiel zeigt einen diskreten Aufbau, d.h. im Gegensatz zu Beispiel I, bei welchem zwei gleiche LSI's verwendet werden, einen Aufbau aus Einzelbestandteilen unter Verwendung eines Rechnerbausteins, beispielsweise eines kommerziellen Taschenrechnerbausteins.

Der Wandler 12 speist hier über die Leitung 14 nur einen Zähler 46, dem ein erster Speicher 48 zugeordnet ist. Vom Zähler 46 gelangen die Impulssummen in einen Pufferspeicher 49/ von wo aus sie einem Arithmetik-Baustein 50 und, parallel dazu, einem Datenwähler 52 zugeführt werden. Drei Impuls-Schalter 34', 32' und 38' lösen die Funktionen Tara, Komponente und Komponententotal aus. Sie wirken auf eine Steuerlogik 54 ein, welche einerseits das Zusammenspiel Zähler 46/ Speicher 48, andererseits den Arithmetik-Baustein 50 und schliesslich den Datenwähler 52 steuert.

Figur 5 zeigt eine Frontplatte 56 zu dieser Ausfuhrungsform. Ausser der Anzeige 22 und der Kontrollampe 40 erkennt man

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wieder eine kombinierte Taste 58, die einerseits einen Netzschalter (niederdrücken: Netz ein; anheben: Netz aus), andererseits/ in der Funktion "Tarieren", den Tara-Schalter 34'
betätigt. Je eine separate Drucktaste 60 bzw. 62 ist mit dem Schalter 32' bzw. 38' gekoppelt.

Anhand eines Anwendungsbeispiels sei der Ablauf erläutert:

1. Waage einschalten durch Drücken der Taste 58. Damit wird
gleichzeitig (Schalter 34') die Totlast tariert: Die der
Totlast entsprechende Impulsmenge wird in den Speicher 48 übernommen, vom Ausgang des Zählers 46 gelangen keine Impulse zum Speicher 49, die Anzeige ist Null.

2. Gefäss auf die Waage stellen. Die Tara-Impulse (Gesamtgewicht minus Totlast) gelangen in den Speicher 49 und von dort über den Datenwähler 52 zur Anzeige 22, die Gefässtara wird angezeigt.

3. Taste 58 "Tara" drücken; Der Schalter 34' veranlasst die üebernahme des Taragewichtes in den Speicher 48 und gleichzeitig das Nullsetzen der Rechen- und Spexcherregister im Arithmetik-Baustein 50. Der Pufferspeicher 49 enthält wieder den Wert Null, ebenso der Datenwähler 52 und die Anzeige 22.

4. Einwägen der ersten Komponente: Ihr Gewicht wird über .
Speicher 49 und Datenwähler 52 zur Anzeige gebracht.

5. Drücken der Taste 60' "Komponente": Der Speicher 48 übernimmt das neue Gesamtgewicht. Das Komponentengewicht wird vom Speicher 49 dem Addierwerk des Arithmetik-Bausteins

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eingegeben; der Speicher 49 enthält nunmehr wieder Null, und damit ebenfalls die Anzeige 22.

6. Einwägen der 2. Komponente: Wie 4.

7. Drücken der Taste 60 "Komponente": Wie 5. Das Addierwerk im Arithmetik-Baustein 50 enthält nun die Summe der beiden Komponentengewichte.

8. Drücken der Taste 62 "Komponententotal": Der Datenwähler 52 wird umgeschaltet und gibt den Inhalt des Addierwerks zur Anzeige 22, das Komponententotal erscheint. Gleichzeitig leuchtet die Kontrollampe 40.

Um die Komponententotal-Anzeige wieder zu verlassen, kann eine der drei Tasten 60 ("Komponente"), 58 ("Tara") oder 62 ("Komponententotal") gedrückt werden.

Im obigen Ausführungsbeispiel enthält also der Speicher 48 den Tarawert (und die Totlast) sowie die Nettogewichte aus den vorangegangenen Komponentenwägungen, während im Rechenbaustein lediglich die Komponentengewichte gespeichert werden .

Beispiel III (Figuren 3, 5)

Das dritte AusfUhrungsbeispiel ähnelt dem vorangehenden. Es unterscheidet sich von diesem im wesentlichen durch die Verwendung eines Mikrocomputers 64. Zur Aufnähme der Zählimpulse vom Wandler 14 ist wieder ein setzbarer Wähler 46' mit zugeordnetem Speicher 48* vorgesehen, die ihre Befehle von einer Steuerlogik 66 erhalten. Ueber einen Pufferspeicher 49* gelangen die Impulssummen vom Zähler 46' zum Mikroprozessor

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(CPU) 68 des Mikrocomputers 64. Der Pufferspeicher 49' ist wegen der unterschiedlichen Arbeitsgeschwindigkeiten von Zähler 46", Speicher 48* und Steuerlogik 66 einerseits und Mikrocomputer 64 andererseits erforderlich. Drei Schalter 34' ("Tara"), 32' ("Komponente") und 38' ßcomponententotal") starten die entsprechenden Funktionen durch Steuersignale an einen Festwertspeicher (Read Only Memory = ROM) 70 bzw. die Steuerlogik 66. Ein Random Access Memory (RAM) 72 dient als Ergebnisspeicher im Mikrocomputer 64.

Die externen Bedienungselemente sind in Figur 5 ersichtlich, sie entsprechen denen des vorangehenden Ausführungsbeispiels II.

Das folgende Anwendungsbeispiel soll die Arbeitsweise dieser Ausführungsform erläutern:

1. Waage einschalten durch Druck auf die Taste 58. Der gleichzeitig ausgelöste Befehl "Tarieren" bewirkt (nach einer der Einschwingzeit entsprechenden Zeitverzögerung) , dass die Totlast vom Zähler 46' in den Speicher 48' übernommen wird. Der Pufferspeicher 49' erhält also keine Impulse mehr. Durch denselben Befehl wird s RAM 72 auf Null gesetzt, die Anzeige ist Null.

2. Gefäss auf die Waage stellen. Die Gefässtara (aktuelles Gesamtgewicht minus Totlast) gelangt vom Zähler 46' über den Pufferspeicher 49' in die CPU 68. Diese bildet laufend die Differenz zwischen den Inhalten des Pufferspeichers 49' und des RAM 72 und leitet sie zum Anzeigespeicher 20*.

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Da der Inhalt des RAM 72 Null ist, wird also die Gefässtara angezeigt.

3. Drücken auf die Taste 58 "Tara": Damit wird der vorhergehende Messwert (Gefässtara plus Totlast) in den Speicher 48* übernommen und das RAM 72 auf Null gesetzt. Der Zählerausgang und damit auch die Anzeige ist wieder Null.

4. Einwägen der ersten Komponente: Deren Gewicht wird über den Pufferspeicher 49' und die CPU 68 zur Anzeige 22 gebracht .

5. Drücken der Taste 60' "Komponente": Der Inhalt des Pufferspeichers 49' wird via CPU 68 l.i das RAM 72 übernommen, der Anzeigespeicher 20' erhält wieder Null (Differenz aus den Inhalten von Pufferspeicher 49' und RAM 72).

6. Einwägen der zweiten Komponente: Am Zählerausgang 46' steht das Total beider Komponenten an und gelangt zum Pufferspeicher 49'. Die CPU 68 bildet wieder die Differenz durch Abziehen des RAM-Inhalts (Gewicht der 1. Komponente), so dass das Gewicht der 2. Komponente angezeigt wird.

7. Drücken der Taste 62 "Komponententotal" : Dieser Befehl bewirkt, dass der Inhalt des Pufferspeichers 49' via CP'¹ 68 direkt zum Anzeigespeicher 20* gelangt, also das Komponententotal angezeigt wird.

Im vorstehenden Beispiel ist im Speicher 48" nur die Tara (Gefässtara, plus die Totlast) gespeichert, am Ausgang des Zählers 46' steht also jeweils das Komponententotal zur Verfügung . -

Es versteht sich, dasi= die vorstehenden Ausführungsbeispiele stellvertretend für eine Vielzahl von Modifikationen des Grundgedankens der Erfindung stehen. So ist die Zuordnung der Bedienungselemente gemäss den Figuren 4 und 5 zu den einzelnen Ausführungsbeispielen oder Varianten davon willkürlich und kann prinzipiell frei nach Gesichtspunkten beispielsweise des Bedienungskomforts gewählt und modifiziert werden. Die gesamte Schaltung kann, abweichend von den dargestellten Beispielen, aus einzelnen logischen Bauelementen aufgebaut werden, wenn dies auch beim aktuellen Stand der Technik unwirtschaftlich erscheint (auch trotz der möglichen Einsparung eines Zählers im Vergleich mit Beispiel I). Das Beispiel III könnte so variiert werden, dass auch die Funktionen von Zähler 46·', Speicher 48' und Steuer logik 66 vom Mikrocomputer übernommen würden; damit wäre diese Ausführungsform wirtschaftlicher herzustellen. Die Variante mit Mikrocomputer ist generell dann von besonderem Interesse, wenn weitere Hilfs- oder Kontrollfunktionen eine Rolle spielen, die durch entsprechendes Programmieren relativ einfach zu verwirklichen sind (Eingabe von Soll-Komponentengewichten mit Anzeige der Differenz zum Istwert u.a.m.). Es kann auch, unter Inkaufnahme entsprechend erhöhten Aufwandes, bei Bedarf wenigstens eine weitere Anzeige vorgesehen werden, um z.B. gleichzeitig Brutto- und Nettoergebnisse anzuzeigen. Als Zähler können grundsätzlich Komplement- oder Vorwärts/Rückwärts-Zähler zur Anwendung kommen. Die Beispiele II und III könnten auch als Kombinationen eines LSI der in Beispiel I gezeigten Art mit Rechenbaustein bzw. Mikrocomputer konzipiert werdej ___

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Claims (3)

S chut ζ ans ρ rüche

1. Elektrische Waage. , umfassend einen Lastaufnehmer; einen mit diesem zusammenwirkenden Wandler, der
periodisch eine gewichtsproportionale Anzahl von
elektrischen Impulsen liefert; und einen Auswerteten zur digitalen Darstellung des Wägeergebnisses, mit einer Impulszähleinrichtung und einem ersten
Speicher zur Registrierung eines Wägeresultates,
dadurch gekennzeichnet,, dass am Gehäuse der Waage
Bedienungselemente (42,44; 60,62) vorgesehen sind, welche auf eine Steuerung für das Zusammenwirken
der Zähleinrichtung mit dem ersten Speicher und/oder mit 3inem zweiten Speicher einwirken.

2. Elektrische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienungselemente zwei gleichartige, in jeweils swei Richtungen betätigbare Tasten (42,44) umfassen.

3. Elektrische Waage nach Anspruch Ij, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienungselemente eine in zwei Richtungen betätigbare Taste (58) zur Auslösung der Funktionen Ein/Aus/Tara und je eine von der ersten Taste verschieden geformte Drucktaste (60,62) zur
Auslösung der Funktionen Nullstellen bzw. Anzeige
des Komponententotals umfassen.

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