WO2005017478A1 - Verfahren zur überwachung einer messung auf basis eines resistiven sensors, überwachungseinrichtung und industriewaage - Google Patents

Verfahren zur überwachung einer messung auf basis eines resistiven sensors, überwachungseinrichtung und industriewaage Download PDF

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WO2005017478A1
WO2005017478A1 PCT/EP2004/008787 EP2004008787W WO2005017478A1 WO 2005017478 A1 WO2005017478 A1 WO 2005017478A1 EP 2004008787 W EP2004008787 W EP 2004008787W WO 2005017478 A1 WO2005017478 A1 WO 2005017478A1
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WO
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dms
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resistive sensor
monitoring device
measurement
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Application number
PCT/EP2004/008787
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karlheinz Amtmann
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/14—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance
    • G01G3/142—Circuits specially adapted therefor
    • G01G3/147—Circuits specially adapted therefor involving digital counting

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a measurement based on a resistive sensor for detecting mechanical quantities, in particular for weight detection.
  • the invention relates to a monitoring device for performing the method and an industrial scale, in particular for automation and manufacturing technology.
  • strain gauges are applied to a bending rod, for example, which bends due to the force of the weight to be measured. This bending causes a proportional change in resistance in the meandering strain gauge. The change in resistance is a measure of the deflection and thus ultimately of the weight to be measured itself.
  • a resistive sensor denotes, in which the influence of a physical quantity, such as a force, pressure, light or temperature etc., is accompanied by a change in resistance.
  • a full-bridge circuit with four strain gauges is mainly used as a resistive sensor, e.g. the famous Wheatstone 'see bridge circuit.
  • the resistive sensor for excitation is mostly operated by a voltage source with a constant voltage of a few volts. Typical values for the current consumption of the bridge circuit are e.g. 250mA.
  • several resistive sensors can also be connected in parallel, e.g. several of them in a row or in a field on the above exemplary bending rod can be applied. The parallel connection multiplies the current made available by the voltage source.
  • a high degree of enforcement of the manufacturing environment with electrical and / or magnetic interference fields due to a large number of control devices and in particular motor and electromagnetic actuators etc. means that the measuring sensor or the load cell must be separated from the measuring evaluation unit via a shielded supply line. This is then preferably located in a measuring room, which is shielded particularly against electromagnetic interference and in which all other important measurement evaluation units for the manufacturing process are also accommodated. Sensor and evaluation unit can be up to 100m apart.
  • a test resistor in the evaluation electronics is connected in parallel via the lines to the sensor and the measurement signal change caused thereby is determined.
  • This is the case, for example, with the industrial scales from Siemens under the name SIWAREX S.
  • SIWAREX S the industrial scales from Siemens under the name SIWAREX S.
  • the disadvantage of this, however, is that the signal acquisition must be interrupted during the test. Hence can no measurements are carried out for the actual manufacturing process.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a monitoring device for carrying out the method, which reliably detect and display measurement errors.
  • the object of the invention is achieved with a method for monitoring a measurement based on a resistive sensor for detecting mechanical quantities, in particular for weight detection.
  • a target impedance value of the resistive sensor at the measurement location is determined during commissioning or during an exemplary cyclical calibration process, a tolerance value is specified for a maximum permissible deviation from the target impedance value, a value for the impedance at the measurement location of the resistive sensor is continuously determined and then an error message is issued if an impermissible deviation of a current impedance value from the target impedance value.
  • a current impedance value is continuously generated from an excitation voltage applied to the resistive sensor determined at the measuring location, ie in the sensor and directly at the resistive sensor, and from an associated excitation current.
  • an impedance value in such a way that only the excitation voltage applied to the resistive sensor is determined or measured.
  • a constant current for exciting the resistive sensor is impressed in it. This can e.g. can be realized with a precision power source. Since the value of the constant current is known, the impedance value can be determined immediately and without further current measurement.
  • Another advantage is that the previously described impedance measurement method means that the disadvantageous voltage drops across the line resistances in the supply lines have no effect on the measured value of the impedance. Also temperature-related changes in line resistance or changes in contact resistance such as at the connection contacts of the measuring sensor advantageously have no effect on the measured value of the impedance.
  • a current impedance value is determined on the basis of a ratiometric measurement method from the excitation voltage and from a current measurement voltage corresponding to the excitation current.
  • a ratiometric measurement method from the excitation voltage and from a current measurement voltage corresponding to the excitation current.
  • the same measuring principle is determined based on the physical variable currently to be measured, in particular the mechanical variable such as force or pressure, from a measuring voltage applied to the resistive sensor at the measuring location and from the excitation voltage.
  • the force is output as a mechanical physical quantity that is to be recorded, as a weight value or as a mass value. This value can be further processed as part of the manufacturing or automation process.
  • the object of the invention is further achieved with a monitoring device for carrying out the method according to the invention for one or more resistive sensors which can be connected in parallel with one another and which can be connected to the monitoring device via a feed line.
  • the monitoring device has an A / D converter, at least for detecting an excitation voltage applied to the sensor and an associated excitation current, and a control unit, which is connected to the A / D converter via a data line, such as e.g. a data bus is connected.
  • the control unit e.g.
  • a microcontroller also has first means which continuously determine a value for the impedance of the resistive sensor from the excitation voltage detected by the A / D converter, determine a difference between the currently determined impedance value and a predefined target impedance value, and then an error message output if the difference exceeds a predefinable tolerance value.
  • the A / D converter continues to acquire the measurement voltage applied to the resistive sensor.
  • the control unit has second means for data processing, which determine the ratio of the measurement voltage and excitation voltage and then output a weight or mass value proportional to the ratio.
  • a Wheatstone bridge circuit is preferred as a resistive sensor on the monitoring device.
  • the resistive sensor consists of at least one strain gauge. As described at the beginning, load cells with strain gauges are particularly advantageous in the industrial sector because they are robust, very precise and durable.
  • resistive sensors can be connected in parallel and / or in series.
  • the "wiring” is then carried out in the sensor itself. All in all, the whole circuit corresponds to a single bridge circuit, which can be connected to the monitoring device via a supply line.
  • the device according to the invention can advantageously be used in an industrial scale, in particular for automation and manufacturing technology, which has a load cell with at least one resistive sensor, the load cell then being connectable to a monitoring device via a feed line.
  • FIG. 1 shows an exemplary structure of a load cell with applied strain gauges on a bending rod
  • FIG. 2 shows an exemplary functional diagram of the monitoring device according to the invention, to which a measuring sensor with a resistive sensor in a Wheatstone 'bridge circuit is connected.
  • FIG. 1 shows an example of a known design of a load cell WZ with applied strain gauges R1-R4, which are applied flatly on a bending rod BS of the load cell WZ.
  • the application can take place, for example, by means of an adhesive.
  • the strain gauges R1-R4 are arranged according to the example in FIG. 1 so that they are all active on the Can contribute to the formation of a measurement signal. This has advantages not only in terms of sensitivity, but also in terms of thermal stability. A uniform change in all resistances due to temperature influences leaves the measurement signal unchanged when the four strain gauges R1-R4 shown are "wired" to one another in a full bridge circuit, such as in a Wheatstone bridge bridge strain gauge. For reasons of clarity, the "wiring" of the strain gauges R1-R4 to one another is not shown. This is shown by the corresponding circuit in the following FIG. 2.
  • FIG. 2 shows an exemplary functional diagram of the monitoring device AE according to the invention, on which a sensor SENS with a resistive sensor DMS in one
  • Wheatstone 'see bridge circuit is connected.
  • the SENS sensor and the AE monitoring device are connected to one another via a feed line L with six conductors and via connection contacts.
  • the associated electrical circuit diagram of the resistive sensor DMS can be seen in the left image of the figure.
  • the strain gauges R1-R4 are therefore shown as ohmic resistors.
  • two electrical circuit symbols RL are shown in dashed lines to represent the distributed line resistances in the supply line L.
  • Z denotes the impedance or the ohmic resistance of the resistive sensor DMS, which results when one looks into the resistive sensor DMS at a measuring point on the sensor SENS.
  • US represents the actual output signal, i.e. represents the measuring voltage, which is subsequently evaluated.
  • UD is the excitation voltage that is present across the Wheatstone 'bridge circuit.
  • the monitoring device AE shown in the right part of the figure, has, for example, a two-channel CH1, CH2 analog / digital converter ADC and a microcontroller C, which is connected on the input side to the analog / digital converter ADC via a data connection DV.
  • the data link fertilizer DV can also be a bus connection.
  • the arrow entered should essentially represent the main data direction.
  • the microcontroller C symbolically provides two lines for outputting a measured value for the measured weight F * or for the measured mass and for outputting an error message FA in the event of a measurement fault.
  • the generation of the two signals F *, FA takes place by means of the first and second means M1, M2 of the microcontroller C shown in dash-dotted lines.
  • the means M1, M2 are, for example, software routines.
  • the analog / digital converter ADC has an input for a reference voltage Uref. As described at the beginning, this voltage Uref also forms a comparison part in the ratiometric measurement method and therefore corresponds to the voltage value of the excitation voltage UD.
  • the second comparison variable ie the measuring voltage US, is applied for determining the weight force F *.
  • the monitoring device AE has a constant voltage source with a voltage UV to excite the resistive sensor DMS. IV denotes the excitation current IV which is set by the resistive sensor DMS.
  • the excitation current IV is measured to measure the impedance Z.
  • this is done by means of a low-resistance measuring resistor RM, for example by means of a shunt.
  • the proportional current measurement voltage UM dropping via this resistor RM is read in via the second input channel CH2 of the analog / digital converter ADC and then further processed in the microcontroller C by the first means M1.
  • These determine a calculated impedance value Z * from the ratio of the measurement voltage US to the current measurement voltage UM.
  • the determination is completed by multiplying by the ohmic value of the measuring resistor RM.
  • the desired impedance value Zo is subtracted from this value Z *. If this difference exceeds a tolerance value lim, the error message FA is output immediately.
  • the target impedance value Zo and the ohmic value for the Measuring resistors RM can be stored electronically in the micro-controller C as constants.

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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Messung auf Basis eines resistiven Sensors (DMS) zur Erfassung mechanischer Größen (F), insbesondere zur Gewichtserfassung. Bei dem Verfahren wird ein Soll-Impedanzwert (Zo) des resistiven Sensors am Messort bei einer Inbetriebnahme ermittelt, ein Toleranzwert (lim) für eine maximale zulässige Abweichung vom Soll-Impedanzwert vorgegeben, fortlaufend ein Wert (Z*) für die Impedanz (Z) am Messort des resistiven Sensors ermittelt und dann bei einer unzulässigen Abweichung eines aktuellen Impedanzwerts vom Soll-Impedanzwert eine Fehlermeldung (FA) ausgegeben. Damit ist der große Vorteil verbunden, dass ohne Unterbrechung der eigentlichen Gewichts- oder Massemessung (F*) und somit ohne Einschränkungen z.B. auf laufende technische Prozesse in der Fertigungs- oder Automatisierungsindustrie selbst geringfügige Abweichungen der Impedanz des resistiven Sensors im Messaufnehmer (SENS) festgestellt werden können. Es können somit unmittelbar Gegenmaßnahmen in der Fertigung eingeleitet werden. Es ist vorteilhaft der Ausfall eines resistiven Sensors in einer Vielzahl von untereinander parallel und/oder seriell verschalteter resistiver Sensoren erkennbar.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Überwachung einer Messung auf Basis eines resistiven Sensors, Überwachungseinrichtung und Industriewaage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Messung auf Basis eines resistiven Sensors zur Erfassung mechanischer Größen, insbesondere zur Gewichtserfassung. Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung zur Durchfüh- rung des Verfahrens sowie eine Industriewaage, insbesondere für die Automatisierungs- und Fertigungstechnik.
Während eines Fertigungsprozesses, insbesondere während eines automatisierten technischen Prozesses, sind genaue und zuver- lässige Mengen- bzw. Gewichtsverhältnisse z.B. beim Mischen eines chemischen Produkts oder bei einer Zusammenstellung eines Baustoffs einzuhalten. Um eine hohe Qualtität derartiger Produkte im Rahmen eines Qualitätssicherungssystems garantieren zu können, sind genaue, zuverlässige und hochverfügbare Industriewaagen notwendig. Derartige Waagen können z.B. mit einem Automatisierungssystem in Verbindung stehen, welches z.B. den Füllvorgang bei Erreichen einer vorgegebenen Füllmenge bzw. eines vorgegebenen Gewichts eines bestimmten Stoffes automatisch beendet. Die Zuverlässigkeit und die Genauig- keit einer Wiegung sind daher von besonders hoher Bedeutung.
Zur Gewichtsmessung sind verschiedene Messverfahren bekannt, wobei im industriellen Bereich vorzugsweise Wägezellen auf Basis von Dehnungsmessstreifen eingesetzt werden, da diese robust, sehr genau und langlebig sind. Die Dehnungsmessstreifen sind dabei z.B. auf einem Biegestab appliziert, welcher sich durch Krafteinwirkung durch das zu messende Gewicht verbiegt. Diese Verbiegung bewirkt eine proportionale Widerstandsänderung im mäanderförmigen Dehnungsmessstreifen. Die Änderung des Widerstands ist dabei ein Maß für die Verbiegung und somit letztendlich für das zu messende Gewicht selbst. Allgemein wird ein solcher Sensor auch als resistiver Sensor bezeichnet, bei welchem die Einwirkung einer physikalischen Größe, wie z.B. eine Kraft, Druck, Licht oder Temperatur etc., mit einer Widerstandsänderung einhergeht.
Wegen ihrer hohen Empfindlichkeit und thermischen Stabilität kommt vorwiegend eine Vollbrückenschaltung mit vier Dehnungsmessstreifen als resistiver Sensor zum Einsatz, wie z.B. die bekannte Wheatstone' sehe Brückenschaltung. Als sog. Vollbrücke wird der resistive Sensor zur Erregung zumeist von ei- ner Spannungsquelle mit einer konstanten Spannung von einigen Volt betrieben. Typische Werte für die Stromaufnahme der Brückenschaltung sind dabei z.B. 250mA. Zur weiteren Steigerung der Genauigkeit können auch mehrere resistive Sensoren parallel geschaltet werden, indem z.B. mehrere davon in einer Reihe oder in einem Feld auf dem o.g. beispielhaften Biegestab appliziert werden. Durch die Parallelschaltung vervielfältigt sich entsprechend der von der Spannungsquelle zur Verfügung gestellte Strom.
Ein hoher Durchsetzungsgrad der Fertigungsumgebung mit elektrischen und/oder magnetischen Störfeldern aufgrund einer Vielzahl von Steuergeräten und insbesondere motorischer und elektromagnetischer Aktoren etc. führt dazu, dass der Messaufnehmer oder die Wägezelle über eine abgeschirmte Zuleitung von der Messauswerteeinheit getrennt sein muss. Vorzugsweise befindet sich diese dann in einem Messraum, welcher besonders gegen elektromagnetische Störungen abgeschirmt ist und in welchem auch alle anderen wichtigen Messauswerteeinheiten für den Fertigungsprozess untergebracht sind. Messaufnehmer und Auswerteeinheit können dabei bis zu 100m auseinander liegen.
Zur Vermeidung messtechnischer Auswirkungen von Spannungsabfällen über die Zuleitung werden neben den beiden Leitungen zur Erregung der Brückenschaltung bzw. des resistiven Sensors noch vier weitere Leitungen benötigt. Über diese kann die Auswerteeinheit die am Messort und an der Brückenschaltung anliegende Erregerspannung sowie die Messspannung nahezu leistungslos und folglich verlustlos abgreifen. Diese elektrische Anschaltung des resistiven Sensors bzw. der Vollbrücke ist auch unter dem Begriff "6-Leitertechnik" bekannt,
Aufgrund der rauhen Umgebung im industriellen Umfeld kann es vorkommen, dass z.B. einer Versorgungsleitung für die Erregung der Vollbrücke oder eine der rückgeführten Leiter zum Abgriff der Erregerspannung bricht. Derartige Brüche konnten mittels einer Schwellwertüberwachung, wie z.B. bei Industrie- waagen der Fa. Siemens unter der Bezeichnung SIWAREX A, SIWAREX M oder SIWAREX U festgestellt werden.
Allerdings ist es mit der zuvor genannten Schwellwertüberwachung nicht möglich, z.B. den Ausfall einer von mehreren pa- rallel geschalteten Vollbrücken bzw. resistiven Sensoren zu detektieren. Dies hat nachteilig zur Folge, dass es zu Fehlmessungen und folglich zu fehlerhaften Füllmengen und Gewichten eines Stoffes führt. Dies ist insbesondere dann kritisch, wenn eine Vielzahl von Vollbrücken parallel geschaltet ist. Fällt einer der resistiven Sensoren aus, so führt dies zu relativ geringen Änderungen der Messspannung, wie z.B. im einstelligen Prozentbereich. Diese Änderung ist aber aufgrund der hohen Anforderung an die Genauigkeit der o.g. abzuwiegenden Füllmengen und Stoffe schwerwiegend, da die Auswirkungen des Messfehlers erst nach einem längeren Zeitraum in der Qualitätssicherung feststellbar sind. Die zwischenzeitlich gefertigten Mischungen, Stoffe oder Produkte sind dann unbrauchbar .
Bei einem anderen bekannten Überwachungsverfahren wird ein Prüfwiderstand in der Auswerteelektronik über die Leitungen zum Messaufnehmer parallel geschaltet und die dadurch bewirkte Messsignaländerung ermittelt. Dies ist z.B. bei der Industriewaage der Fa. Siemens unter der Bezeichnung SIWAREX S der Fall. Nachteilig daran ist aber, dass während der Prüfung die Signalerfassung unterbrochen werden muss . Folglich können keine Messungen für den eigentlichen Fertigungsprozess durchgeführt werden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Überwachungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, welche zuverlässig Messstörungen erkennen und anzeigen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit einem Verfahren zur Überwachung einer Messung auf Basis eines resistiven Sensors zur Erfassung mechanischer Größen, insbesondere zur Gewichtserfassung. Dabei wird ein Soll-Impedanzwert des resistiven Sensors am Messort bei einer Inbetriebnahme oder bei einem beispielhaften zyklischen Kalibriervorgang ermittelt, ein To- leranzwert für eine maximale zulässige Abweichung vom Soll- Impedanzwert vorgegeben, fortlaufend ein Wert für die Impedanz am Messort des resistiven Sensors ermittelt und dann bei einer unzulässigen Abweichung eines aktuellen Impedanzwerts vom Soll-Impedanzwert eine Fehlermeldung ausgegeben.
Damit ist der große Vorteil verbunden, dass ohne Unterbrechung der eigentlichen Gewichts- oder Massemessung und somit ohne Einschränkungen auf den o.g. beispielhaften Fertigungsprozess selbst geringfügige Abweichungen der Impedanz des Messaufnehmers festgestellt werden können. Weicht ein gemessener Impedanzwert z.B. um 1% vom Soll-Impedanzwert ab, so erfolgt sofort eine Fehlermeldung, und es können somit unmittelbar Gegenmaßnahmen in der Fertigung eingeleitet werden. Es ist somit auch der Ausfall eines resistiven Sensors in einer Vielzahl von untereinander parallel und/oder seriell ver- schalteter resistiver Sensoren, wie die eingangs genannte Vollbrücke bzw. Wheatstone' sehe Brückenschaltung mit Dehnungsmessstreifen, erkennbar.
Vorzugsweise wird laufend ein aktueller Impedanzwert aus einer am resistiven Sensor anliegenden Erregerspannung und zwar am Messort, d.h. im Messaufnehmer und direkt am resistiven Sensor, und aus einem zugehörigen Erregerstrom ermittelt.
Es ist auch möglich, einen Impedanzwert in der Weise zu mes- sen, dass nur die am resistiven Sensor anliegende Erregerspannung ermittelt bzw. gemessen wird. Um letztendlich den Impedanzwert rechnerisch ermitteln zu können, wird ein konstanter Strom zur Erregung des resistiven Sensors in diesen eingeprägt. Dies kann z.B. mit einer Präzisionsstromquelle realisiert werden. Da der Wert des konstanten Stroms bekannt ist, kann sofort und ohne weitere Strommessung der Impedanzwert ermittelt werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass durch das zuvor beschriebene Impedanzmessverfahren die nachteiligen Spannungsabfälle über den Leitungswiderständen in den Zuleitungen keine Auswirkung auf den gemessenen Wert der Impedanz haben. Auch temperaturbedingte Änderungen der Leitungswiderstände oder auch Änderungen von Übergangswiderständen wie z.B. an den Anschluss- kontakten des Messsensors wirken sich vorteilhaft nicht auf den Messwert der Impedanz aus.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird ein aktueller Impedanzwert auf Basis eines ratiometrischen Messverfahrens aus ErregerSpannung und aus einer zum Erregerstrom korrespondierenden Strommessspannung ermittelt. Bei diesem bekannten Messverfahren wird vorteilhaft nur das Verhältnis zweier Messgrößen betrachtet. Im Vergleich zur absoluten Messung von Messgrößen ist dieses Verfahren erheblich genauer.
In einer weiteren Verfahrensvariante wird das gleiche Messprinzip auf die aktuell zu messende physikalische Größe, insbesondere der mechanischen Größe wie Kraft oder Druck, aus einer am resistiven Sensor am Messort anliegenden Messspan- nung und aus der Erregerspannung ermittelt. Schließlich wird die Kraft als mechanische physikalische Größe, die es zu erfassen gilt, als Gewichtswert bzw. als Massewert ausgegeben. Dieser Wert kann im Rahmen des Fertigungsoder Automatisierungsprozesses weiterverarbeitet werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst mit einer Überwachungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen oder mehrere untereinander parallel verschaltbare resistive Sensoren, welche über eine Zuleitung an die Überwachungseinrichtung anschließbar sind. Die Überwachungseinrichtung weist dabei einen A/D-Umsetzer zumindest zur Erfassung einer am Sensor anliegenden Erregerspannung und eines zugehörigen Erregerstroms und eine Steuereinheit auf, welche mit dem A/D-Umsetzer über eine Datenleitung, wie z.B. einen Datenbus, verbunden ist. Die Steuereinheit, wie z.B. ein Mikrocontroller, weist weiterhin erste Mittel auf, welche einen Wert für die Impedanz des resistiven Sensors aus der vom A/D-Umsetzer erfassten Erregerspannung fortlaufend ermitteln, eine Differenz aus dem aktuell ermittelten Impedanzwert und einem vorgebbaren Soll-Impedanzwert ermitteln, und dann eine Fehlermeldung ausgeben, falls die Differenz einen vorgebbaren Toleranzwert betragsmäßig übersteigt .
Zur eigentlichen Messwerterfassung im Rahmen eines Ferti- gungs- oder Automatisierungsprozesses erfasst der A/D-Umsetzer weiterhin die am resistiven Sensor anliegende Messspannung. Die Steuereinheit verfügt zur datentechnischen Verarbeitung über zweite Mittel, welche das Verhältnis aus Messspannung und Erregerspannung ermitteln und dann einen zum Verhältnis proportionalen Gewichts- bzw. Massewert ausgeben.
Bevorzugt ist an die Überwachungseinrichtung als resistiver Sensor eine Wheatstone' sehen Brückenschaltung. Der resistive Sensor besteht dabei aus zumindest einem Dehnungsmessstrei- fen. Wie eingangs beschrieben, sind im industriellen Bereich besonders Wägezellen mit Dehnungsmessstreifen vorteilhaft, da diese robust, sehr genau und langlebig sind.
Schließlich können mehrere resistive Sensoren parallel und /oder seriell untereinander verschaltet sein. Die "Verdrahtung" erfolgt dann im Messaufnehmer selbst. In Summe entspricht die ganze Schaltung somit einer einzigen Brückenschaltung, welche über eine Zuleitung an die Überwachungsein- richtung anschließbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft einsetzbar in einer Industriewaage, insbesondere für die Automatisie- rungs- und Fertigungstechnik, welche eine Wägezelle mit zu- mindest einem resistiven Sensor aufweist, wobei die Wägezelle über eine Zuleitung an eine Überwachungseinrichtung dann anschließbar ist.
Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
FIG 1 : einen beispielhaften Aufbau einer Wägezelle mit ap- plizierten Dehnungsmessstreifen auf einem Biegestab, und
FIG 2 : ein beispielhaftes Funktionsschema der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung, an welcher ein Messaufnehmer mit einem resistiven Sensor in einer Wheatstone' sehen Brückenschaltung angeschlossen ist.
FIG 1 zeigt einen an sich bekannten beispielhaften Aufbau einer Wägezelle WZ mit applizierten Dehnungsmessstreifen R1-R4, welche flächig auf einem Biegestab BS der Wägezelle WZ appli- ziert sind. Die Applizierung kann z.B. mittels eines Klebers erfolgen. Die Dehnungsmessstreifen R1-R4 sind gemäß dem Beispiel in der Figur 1 so angeordnet, dass alle aktiv an der Bildung eines Messsignals mitwirken können. Dies hat nicht nur Vorteile im Hinblick auf die Empfindlichkeit, sondern auch bezüglich der thermischen Stabilität. Eine gleichmäßige Änderung aller Widerstände durch Temperatureinflüsse lässt das Messsignal unverändert, wenn die vier dargestellten Dehnungsmessstreifen R1-R4 in einer Vollbrückenschaltung, wie z.B. in einer Wheatstone' sehen Brückenschaltung DMS untereinander "verdrahtet" werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die "Verdrahtung" der Dehnungsmessstreifen R1-R4 unter- einander nicht dargestellt. Dies zeigt die korrespondierende Schaltung in der folgenden Figur 2.
FIG 2 zeigt ein beispielhaftes Funktionsschema der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung AE, an welcher ein Mess- aufnehmer SENS mit einem resistiven Sensor DMS in einer
Wheatstone' sehen Brückenschaltung angeschlossen ist. Messaufnehmer SENS und Überwachungseinrichtung AE sind beispielhaft über eine Zuleitung L mit sechs Leitern und über Anschlusskontakte miteinander verbunden. Im linken Bild der Figur ist das zugehörige elektrische Schaltbild des resistiven Sensors DMS ersichtlich. Die Dehnungsmessstreifen R1-R4 sind folglich als ohmsche Widerstände dargestellt. Des Weiteren sind stellvertretend für die verteilten Leitungswiderstände in der Zuleitung L zwei elektrische Schaltsymbole RL strichliiert dar- gestellt. Mit Z ist die Impedanz respektive der ohmsche Widerstand des resistiven Sensors DMS bezeichnet, welche sich ergibt, wenn man am Messaufnehmer SENS an einem Messort in den resistiven Sensor DMS "hineinsieht" . US stellt das eigentliche Ausgangssignal, d.h. die Messspannung dar, welches nachfolgend ausgewertet wird. UD ist die ErregerSpannung, die über der Wheatstone' sehen Brückenschaltung anliegt.
Die Überwachungseinrichtung AE, dargestellt im rechten Teil der Figur, weist beispielhaft einen zweikanaligen CH1,CH2 Analog/Digitalumsetzer ADC sowie einen MikroController C auf, welcher eingangsseitig über eine Datenverbindung DV mit dem Analog/Digital-Umsetzer ADC verbunden ist. Die Datenverbin- düng DV kann auch eine Busverbindung sein. Der eingetragene Pfeil soll im Wesentlichen die Hauptdatenrichtung darstellen. Ausgangseitig stellt der MikroController C symbolisch zwei Leitungen zur Ausgabe eines Messwertes für das gemessene Ge- wicht- F* oder für die gemessene Masse sowie zur Ausgabe einer Fehlermeldung FA bei einer Messstörung zur Verfügung. Die Generierung der beiden Signale F*,FA erfolgt über punkt- strichliiert dargestellte erste und zweite Mittel M1,M2 des Mikrocontrollers C. Die Mittel Ml,M2 sind beispielsweise Softwareroutinen. Auf der Eingangsseite weist der Analog/Di- gital-Umsetzer ADC einen Eingang für eine Referenzspannung Uref auf. Diese Spannung Uref bildet zugleich, wie eingangs beschrieben, den einen Vergleichsteil beim ratiometrischen Messverfahren und entspricht daher dem Spannungswert der Er- regerspannung UD. Am analogen Eingangskanal CHl des Analog/ Digital-Umsetzers ADC liegt für die Gewichtskraftermittlung F* die zweite Vergleichsgröße, d.h. die Messspannung US an. Ferner weist die Überwachungseinrichtung AE zur Erregung des resistiven Sensors DMS eine Konstantspannungsquelle mit einer Spannung UV auf. IV bezeichnet den sich einstellenden Erregerstrom IV durch den resistiven Sensor DMS.
Erfindungsgemäß wird zur Messung der Impedanz Z der Erregerstrom IV gemessen. Dies erfolgt im Beispiel der Figur mittels eines niederohmigen Messwiderstands RM, wie z.B. mittels eines Shunts. Die über diesen Widerstand RM abfallende proportionale Strommessspannung UM wird über den zweiten Eingangskanal CH2 des Analog/Digital-Umsetzers ADC eingelesen und dann im Mikrocontroller C durch das erste Mittel Ml weiter- verarbeitet. Diese ermitteln einen rechnerischen Impedanzwert Z* aus dem Verhältnis der Messspannung US zu der Strommessspannung UM. Durch Multiplikation mit dem ohmschen Wert des Messwiderstands RM ist die Ermittlung abgeschlossen. Nachfolgend wird von diesem Wert Z* der Soll-Impedanzwert Zo abgezo- gen. Überschreitet diese Differenz betragsmäßig einen Toleranzwert lim, erfolgt sofort die Ausgabe einer Fehlermeldung FA. Der Soll-Impedanzwert Zo sowie der ohmsche Wert für den Messwiderstand RM können dabei als Konstanten elektronisch im Mikroeontroller C hinterlegt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung einer Messung auf Basis eines resistiven Sensors (DMS) zur Erfassung mechanischer Größen (F) , insbesondere zur Gewichtserfassung, wobei a) ein Soll-Impedanzwert (Zo) des resistiven Sensors (DMS) am Messort bei einer Inbetriebnahme ermittelt wird, b) ein Toleranzwert (lim) für eine maximale zulässige Abweichung vom Soll-Impedanzwert (Zo) vorgegeben wird, c) fortlaufend ein Wert (Z*) für die Impedanz (Z) am Messort des resistiven Sensors (DMS) ermittelt wird, und d) bei einer unzulässigen Abweichung eines aktuellen Impedanzwerts (Z*) vom Soll-Impedanzwert (Zo) eine Feh- lermeldung (FA) ausgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein aktueller Impedanzwert (Z*) aus einer am resistiven Sensor (DMS) am Messort anliegenden Erregerspannung (UD) und aus einem zugehöri- gen Erregerstrom (IV) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein aktueller Impedanzwert (Z*) auf Basis eines ratiometrischen Messverfahrens aus ErregerSpannung (UD) und aus einer zum Erre- gerstrom (IV) korrespondierenden Strommessspannung (UM) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die aktuell zu messende mechanische (F) Größe auf Basis eines ratiometrischen Messverfahrens aus einer am resistiven Sensor (DMS) am Messort anliegenden Messspannung (US) und aus der Erregerspannung (US,UD) ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die mechanische Größe (F) eine Kraft ist, deren erfasster Wert als Gewichtswert (F*) bzw. als Massewert ausgegeben wird.
6. Überwachungseinrichtung (AE) für einen oder mehrere untereinander parallel verschaltbare resistive Sensoren (DMS) , welche über eine Zuleitung (L) an die Überwachungsein- richtung (AE) anschließbar sind, welche aufweist a) einen A/D-Umsetzer (ADC) zumindest zur Erfassung einer am Sensor (DMS) anliegenden Erregerspannung (UD) und eines zugehörigen Erregerstroms (IV) , b) eine Steuereinheit (C) , welche mit dem A/D-Umsetzer (ADC) über eine Datenleitung (DV) verbunden ist und welche erste Mittel (Ml) aufweist, die bl) einen Wert (Z*) für die Impedanz (Z) des resistiven Sensors (DMS) aus der vom A/D-Umsetzer (ADC) erfassten Erregerspannung (UD) fortlaufend ermitteln, b2) eine Differenz aus dem aktuell ermittelten Impedanzwert (Z*) und einem vorgebbaren Soll-Impedanz- wert (Zo) ermitteln, und b3) eine Fehlermeldung (FA) ausgeben, falls die Differenz einen vorgebbaren Toleranzwert (lim) betragsmäßig übersteigt.
7. Überwachungseinrichtung (AE) nach Anspruch 6, mit dem A/D-Umsetzer (DMS) zur Erfassung einer am resistiven Sensor (DMS) anliegenden Messspannung (US) und mit der Steuereinheit (C) mit zweiten Mitteln (M2) , welche das Ver- hältnis aus Messspannung (US) und Erregerspannung (UD) ermitteln und einen zum Verhältnis proportionalen (K) Gewichts- (F*) bzw. Massewert ausgeben.
8. Überwachungseinrichtung (AE) nach Anspruch 6 oder 7, mit dem resistiven Sensor (DMS) in einer Wheatstone' sehen Brückenschaltung .
9. Überwachungseinrichtung (AE) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 8, wobei der resistive Sensor (DMS) aus zumindest einem Dehnungsmessstreifen (R1-R4) besteht.
10. Überwachungseinrichtung (AE) nach einem der vorangegange- nen Ansprüche 6 bis 9, wobei mehrere resistive Sensoren (DMS) parallel verschaltet sind, welche über eine Zuleitung (L) an die Überwachungseinrichtung (AE) anschließbar sind.
11. Industriewaage, insbesondere für die Automatisierungsund Fertigungstechnik, welche eine Wägezelle (WZ) mit zumindest einem resistiven Sensor (DMS) aufweist, wobei die Wägezelle (WZ) über eine Zuleitung (L) an eine Überwachungseinrichtung (AE) nach einem der vorangegangenen An- Sprüche 6 bis 10 anschließbar ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7426109B2 (en) 2005-11-16 2008-09-16 Dell Products L.P. System and method for adaptive information handling system cooling profiles
US7809478B2 (en) 2008-01-30 2010-10-05 Dell Products L.P. System and method for managing portable information handling system cooling

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104716952B (zh) * 2013-12-16 2018-07-06 中核兰州铀浓缩有限公司 逆流传感器电桥断裂后外部等效装置及等效再生方法
CH708761A2 (de) * 2015-03-03 2015-04-30 Tecpharma Licensing Ag Messbrückenanordnung mit verbesserter Fehlererkennung.
DE102021130852B3 (de) * 2021-11-24 2023-02-16 Elmos Semiconductor Se Identifikation der Benetzung von NTC-Temperaturmesswiderständen in sicherheitsrelevanten Vorrichtungen

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB971618A (en) 1962-10-22 1964-09-30 Diamond Power Speciality Improvements in and relating to long travel soot blowers
US4453159A (en) 1981-09-28 1984-06-05 Thermon Manufacturing Company Self-monitoring heat tracing system
EP0217592A1 (de) 1985-09-19 1987-04-08 Deere & Company Vor Unbefugten geschütztes Überwachungssystem
GB2201791A (en) * 1987-03-05 1988-09-07 Secr Defence Transducer signal conditioner
EP0299806A2 (de) * 1987-07-16 1989-01-18 Ishida Scales Mfg. Co. Ltd. Wägeapparat mit Dehnungsmessstreifen
EP0456168A2 (de) 1990-05-10 1991-11-13 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Analog-Ditial-Wandlung einer Messgrösse, die von in Brückenschaltung angeordneten Sensoren erzeugt wird, insbesondere von Dehnungsmessstreifen in einer Wägezelle
US5287065A (en) 1991-10-04 1994-02-15 Doble Engineering Company Automatic bridge balancing using controllable impedance in characterizing unknown impedance
DE4319750A1 (de) 1993-06-15 1994-12-22 Grieshaber Vega Kg Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsüberwachung von Schaltausgängen sowie deren Verwendung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4310893A (en) * 1979-12-12 1982-01-12 Reliance Electric Company Digital scale
US4572309A (en) * 1983-11-15 1986-02-25 Tokyo Electric Co., Ltd. Load cell type weight-measuring device
CN2116205U (zh) * 1992-03-14 1992-09-16 柳州市建筑机械总厂 大吨位索力检测长效传感器
US5371469A (en) * 1993-02-16 1994-12-06 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Constant current loop impedance measuring system that is immune to the effects of parasitic impedances
CN2403013Y (zh) * 1999-12-29 2000-10-25 赵国贵 一种锚栓拔力检测仪

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB971618A (en) 1962-10-22 1964-09-30 Diamond Power Speciality Improvements in and relating to long travel soot blowers
US4453159A (en) 1981-09-28 1984-06-05 Thermon Manufacturing Company Self-monitoring heat tracing system
EP0217592A1 (de) 1985-09-19 1987-04-08 Deere & Company Vor Unbefugten geschütztes Überwachungssystem
GB2201791A (en) * 1987-03-05 1988-09-07 Secr Defence Transducer signal conditioner
EP0299806A2 (de) * 1987-07-16 1989-01-18 Ishida Scales Mfg. Co. Ltd. Wägeapparat mit Dehnungsmessstreifen
EP0456168A2 (de) 1990-05-10 1991-11-13 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Analog-Ditial-Wandlung einer Messgrösse, die von in Brückenschaltung angeordneten Sensoren erzeugt wird, insbesondere von Dehnungsmessstreifen in einer Wägezelle
US5287065A (en) 1991-10-04 1994-02-15 Doble Engineering Company Automatic bridge balancing using controllable impedance in characterizing unknown impedance
DE4319750A1 (de) 1993-06-15 1994-12-22 Grieshaber Vega Kg Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsüberwachung von Schaltausgängen sowie deren Verwendung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1651936A1 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7426109B2 (en) 2005-11-16 2008-09-16 Dell Products L.P. System and method for adaptive information handling system cooling profiles
US7809478B2 (en) 2008-01-30 2010-10-05 Dell Products L.P. System and method for managing portable information handling system cooling

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Publication number Publication date
DE10336763B4 (de) 2013-09-05
CN100445714C (zh) 2008-12-24
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CN1833162A (zh) 2006-09-13
DE10336763A1 (de) 2005-03-10

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