DE20001455U1 - Electronic balance with adjustment weight switch - Google Patents
Electronic balance with adjustment weight switchInfo
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Description
Sartorius AG SW 9902Sartorius AG SW 9902
Weender Landstraße 94-108 Kö/noWeender Landstraße 94-108 Kö/no
D-3707S GöttingenD-3707S Goettingen
Elektronische Waage mit JustiergewichtsschaltungElectronic scale with adjustment weight circuit
Beschreibung:Description:
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Waage mit einer Waagschale, mit einem Wägeaufnehmer, mit einer Justiergewichtsschaltung, mit einer digitalen Signalverarbeitungseinheit und mit einem Waagengehäuse, das den Wägeaufnehmer, die Justiergewichtsschaltung und die digitale Signalverarbeitungseinheit umschließt.The invention relates to an electronic balance with a weighing pan, with a weighing sensor, with an adjustment weight circuit, with a digital signal processing unit and with a balance housing which encloses the weighing sensor, the adjustment weight circuit and the digital signal processing unit.
Waagen dieser Art sind allgemein bekannt und z. ß. in der DE-PS 36 39 521 beschrieben.Scales of this type are generally known and are described, for example, in DE-PS 36 39 521.
Problematisch bei diesen bekannten Waagen ist nun, dass die Verlustleistung der digitalen Signalverarbeitungseinheit und anderer Elektronikkomponenten zu einer Temperaturerhöhung innerhalb des Waagengehäuses führt, wodurch sich der Auftrieb des Justiergewichtsstückes verringert und die scheinbare Masse des Justiergewichtsstückes sich erhöht. Dieser Effekt ist besonders in der ersten Zeit nach dem Einschalten der Waage nachteilig, da sich in dieser Zeit die Übertemperatur allmählich aufbaut und dadurch Justierungen mit der eingebauten Justiergewichtsschaltung und Justierungen mit einem externen Justiergewicht zu zeitabhängigen Unterschieden führen.The problem with these known scales is that the power loss of the digital signal processing unit and other electronic components leads to an increase in temperature within the scale housing, which reduces the buoyancy of the adjustment weight and increases the apparent mass of the adjustment weight. This effect is particularly disadvantageous in the first period after the scale is switched on, as the excess temperature gradually builds up during this time, causing adjustments with the built-in adjustment weight circuit and adjustments with an external adjustment weight to result in time-dependent differences.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Waage der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass Justierungen mit der eingebauten JustiergewichtsschaltungThe object of the invention is therefore to develop a scale of the type mentioned above in such a way that adjustments with the built-in adjustment weight circuit
und Justierungen mit externen Gewichten auf der Waagschale zu gleichen Ergebnissen führen.and adjustments with external weights on the weighing pan lead to the same results.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass Hilfsmittel vorhanden sind, die den Einfluß der verschiedenen Luftdichte oberhalb der Waagschale und am Ort der Justiergewichtsschaltung auf das Justiergewicht rechnerisch korrigieren.According to the invention, this is achieved by providing aids which mathematically correct the influence of the different air densities above the weighing pan and at the location of the adjustment weight switch on the adjustment weight.
Diese Hilfsmittel können vorteilhafterweise z. B. aus je einem Luftdichtesensor in der Nähe der Waagschale und in der Nähe der Justiergewichtsschaltung und aus einem Korrekturprogramm in der digitalen Signalverarbeitungseinheit bestehen.These aids can advantageously consist, for example, of an air density sensor near the weighing pan and near the adjustment weight circuit and of a correction program in the digital signal processing unit.
Da sich die Luftzusammensetzung und der Luftdruck oberhalb der Waagschale und am Ort der Justiergewichtsschaltung praktisch nicht unterscheiden, bleibt die Temperatur als Haupteinflußgröße auf die Luftdichte. Vorteilhafterweise können die Hilfsmittel daher auch aus je einem Temperatursensor in der Nähe der Waagschale und in der Nähe der Justiergewichtsschaltung und aus einem Korrekturprogramm in der digitalen Signalverarbeitungseinheit bestehen.Since the air composition and pressure above the weighing pan and at the location of the adjustment weight circuit are practically identical, temperature remains the main factor influencing air density. The aids can therefore advantageously consist of a temperature sensor near the weighing pan and near the adjustment weight circuit and of a correction program in the digital signal processing unit.
Eine besonders einfache Konfiguration ergibt sich dann, wenn die Hilfsmittel nur aus einem einzigen Temperatursensor am Wägeaufnehmer und dem Korrekturprogramm in der digitalen Signalverarbeitungseinheit bestehen; der stationäre Unterschied in der Luftdichte oberhalb der Waagschale und am Ort der Justiergewichtsschaltung wird dabei in den Wert des Justiergewichtes eingerechnet und der aktuelle Unterschied aus der zeitlichen Änderung der Meßwerte des Temperaturaufnehmers hergeleitet.A particularly simple configuration is obtained when the aids consist of only a single temperature sensor on the weighing sensor and the correction program in the digital signal processing unit; the stationary difference in the air density above the weighing pan and at the location of the adjustment weight circuit is included in the value of the adjustment weight and the current difference is derived from the temporal change in the measured values of the temperature sensor.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben.The invention is described below with reference to the schematic figures.
Dabei zeigt:It shows:
Figur 1 eine perspektivische Gesamtansicht der Waage, Figur 2 einen Schnitt durch die Mechanik der Waage und ein Blockschaltbild der Elektronik in einer ersten Ausgestaltung,Figure 1 is a perspective view of the scale, Figure 2 is a section through the mechanics of the scale and a block diagram of the electronics in a first embodiment,
Figur 3 einen Schnitt durch die Mechanik der Waage und ein Blockschaltbild der Elektronik in einer zweiten Ausgestaltung,Figure 3 shows a section through the mechanics of the scale and a block diagram of the electronics in a second embodiment,
Figur 4 einen Schnitt durch die Mechanik der Waage und ein Blockschaltbild der Elektronik in einer dritten Ausgestaltung undFigure 4 shows a section through the mechanics of the scale and a block diagram of the electronics in a third embodiment and
Figur 5 vier Temperaturdiagramme zu Erläuterung der rechnerischen Korrektur in der dritten Ausgestaltung.Figure 5 shows four temperature diagrams to explain the computational correction in the third embodiment.
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In Figur 1 ist eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Waage in einer perspektivischen Gesamtansicht gezeigt. Das Waagengehäuse 37 umschließt einen Wägeaufnehmer, eine Justiergewichtsschaltung und die digitale Signalverarbeitungseinheit. Die Waagschale ist mit 3 bezeichnet. Allseitig umgeben wird die Waagschale 3 von einem Windschutz aus den beweglichen Seitenscheiben 44 und 45, einer feststehenden Frontscheibe 47, einer ebenfalls feststehenden Rückwand 48 und einer beweglichen oberen Scheibe 46. Die Anzeige des Wägeergebnisses erfolgt in einer Anzeigeeinheit 19. Die Bedienung der Waage erfolgt mit Bedienungstasten 43, von denen z. B. eine das Tarieren (Nullstellen der Anzeige) bewirkt, eine weitere das Durchführen einer Justierung, wie es weiter unten noch näher erläutert wird. Die Anzahl der Bedienungstasten kann auch größer sein als in Figur 1 dargestellt.Figure 1 shows a possible embodiment of the scale according to the invention in a perspective overall view. The scale housing 37 encloses a weighing sensor, an adjustment weight circuit and the digital signal processing unit. The weighing pan is designated 3. The weighing pan 3 is surrounded on all sides by a draft shield made up of the movable side panels 44 and 45, a fixed front panel 47, a likewise fixed rear panel 48 and a movable upper panel 46. The weighing result is displayed in a display unit 19. The scale is operated using operating buttons 43, one of which, for example, tares (zeros the display) and another performs an adjustment, as will be explained in more detail below. The number of operating buttons can also be greater than shown in Figure 1.
Der Wägeaufnehmer und die Justiergewichtsschaltung sind in Figur 2 im Schnitt dargestellt, außerdem ist die Elektronik und die digitale Signalverarbeitungseinheit als Blockschaltbild dargestellt. Man erkennt einen gehäusefesten Systemträger 1, an dem über zwei Lenker 4 und 5 mit den Gelenkstellen 6 ein Lastaufnehmer 2 in senkrechter Richtung beweglich befestigt ist. Der Lastaufnehmer 2 trägt in seinem oberen Teil die Waagschale 3 zur Aufnahme des Wägegutes und überträgt die der Masse des Wägegutes entsprechende Kraft über ein Koppelelement 9 auf den Lastarm des Übersetzungshebels 7. Der Übersetzungshebel 7 ist durch ein Kreuzfedergelenk 8 am Systemträger 1 gelagert. Am Kompensationsarm des Übersetzungshebels 7 ist ein Spulenkörper mit einer Spule 11 befestigt. Die Spule 11 befindet sich im Luftspalt eines Permanentmagnetsystems 10 und erzeugt die Kompensationskraft. Die Größe des Kompensationsstromes durch die Spule 11 wird dabei in bekannter Weise durch den Lagensensor 13 und den Regelverstärker 14 so geregelt, dass Gleichgewicht zwischen dem Gewicht des Wägegutes und der elektromagnetisch erzeugten Kompensationskraft herrscht. Der Kompensationsstrom erzeugt am Messwiderstand 15 eine Messspannung, die einem Analog/Digial-Wandler 17 zugeführt wird. Das digitalisierte Ergebnis wird von einer digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 übernommen und in der Anzeige 19 digital angezeigt.The weighing sensor and the adjustment weight circuit are shown in section in Figure 2, and the electronics and the digital signal processing unit are also shown as a block diagram. A system carrier 1 fixed to the housing can be seen, to which a load receptor 2 is attached so that it can move in a vertical direction via two links 4 and 5 with the articulation points 6. The load receptor 2 carries the weighing pan 3 in its upper part for receiving the weighing goods and transmits the force corresponding to the mass of the weighing goods via a coupling element 9 to the load arm of the transmission lever 7. The transmission lever 7 is mounted on the system carrier 1 by a cross spring joint 8. A coil body with a coil 11 is attached to the compensation arm of the transmission lever 7. The coil 11 is located in the air gap of a permanent magnet system 10 and generates the compensation force. The size of the compensation current through the coil 11 is controlled in a known manner by the position sensor 13 and the control amplifier 14 so that there is a balance between the weight of the weighing object and the electromagnetically generated compensation force. The compensation current generates a measuring voltage at the measuring resistor 15, which is fed to an analog/digital converter 17. The digitized result is taken over by a digital signal processing unit 18 and shown digitally in the display 19.
Der Lastarm des Übersetzungshebels 7 ist über den Befestigungspunkt des Koppelelements 9 hinaus verlängert (Arm 12) und läuft in einem nach unten abgekröpften Teil 22 aus. Am Teil 22 sind drei senkrecht stehende Zentrierstifte befestigt, von denen in Figur 1 nur die beiden Zentrierstifte 24 und 25 zu erkennenThe load arm of the transmission lever 7 is extended beyond the attachment point of the coupling element 9 (arm 12) and ends in a downwardly bent part 22. Three vertical centering pins are attached to part 22, of which only the two centering pins 24 and 25 can be seen in Figure 1.
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sind. Diese Zentrierstifte tragen das Justiergewicht 16. Das Justiergewicht 16 weist eine von unten kommende Bohrung 29 auf, die in einer kegeligen Fläche 23 ausläuft. Diese Bohrung geht genau durch den Schwerpunkt des Justiergewichtes 16, so dass die kegelige Fläche senkrecht über dem Schwerpunkt des Justiergewichtes liegt.These centering pins carry the adjusting weight 16. The adjusting weight 16 has a hole 29 coming from below, which ends in a conical surface 23. This hole goes exactly through the center of gravity of the adjusting weight 16, so that the conical surface lies vertically above the center of gravity of the adjusting weight.
Weiter ist in Figur 2 eine Hubvorrichtung für das Justiergewicht angedeutet, die aus einem Stachel 20 besteht, der in einer gehäusefesten Hülse 21 in senkrechter Richtung beweglich geführt wird. Die Vorrichtung zum Bewegen des Stachels ist nur durch einen Exzenter 28 und einen Elektromotor 35 angedeutet. Der Stachel 20 reicht durch ein Loch 27 im Teil 22 bis in die Bohrung 29 im Justiergewicht 16. In der gezeichneten Stellung, in der das Justiergewicht auf den Zentrierstiften und damit auf dem Übersetzungshebel 1712/22 aufliegt, endet der Stachel 20 mit seiner kegelförmigen Spitze dicht unterhalb der kegeligen Fläche 23. Wird nun der Stachel durch den Exzenter 28 angehoben, so kommt er mit der kegeligen Fläche 23 in Kontakt, hebt das Justiergewicht 16 vom Übersetzungshebel ab und drückt es gegen gehäusefeste Anschläge 39. Dies ist die Normalstellung des Justiergewichtes (Wägestellung), während die in Figur 2 gezeichnete abgesenkte Stellung nur für den Justiervorgang eingenommen wird.Furthermore, Figure 2 shows a lifting device for the adjustment weight, which consists of a pin 20 which is guided in a housing-fixed sleeve 21 so that it can move vertically. The device for moving the pin is only indicated by an eccentric 28 and an electric motor 35. The pin 20 extends through a hole 27 in the part 22 into the bore 29 in the adjusting weight 16. In the position shown, in which the adjusting weight rests on the centering pins and thus on the transmission lever 1 712/22, the pin 20 ends with its conical tip just below the conical surface 23. If the pin is now raised by the eccentric 28, it comes into contact with the conical surface 23, lifts the adjusting weight 16 from the transmission lever and presses it against stops 39 fixed to the housing. This is the normal position of the adjusting weight (weighing position), while the lowered position shown in Figure 2 is only used for the adjustment process.
Der Schwerpunkt des Justiergewichtes 16 läßt sich durch die Schraube 38 geringfügig verschieben, wodurch ein Feinabgleich erreicht werden kann.The centre of gravity of the adjusting weight 16 can be slightly shifted by means of the screw 38, whereby a fine adjustment can be achieved.
Die Ansteuerung des Elektromotors 35 erfolgt über die Leitung 36 durch die digitale Signalverarbeitungseinheit 18. Die digitale Signalverarbeitungseinheit erhält den Befehl zum Justieren, z. B. durch Betätigen der entsprechenden Bedienungstaste (in Figur 2 nicht eingezeichnet). Die digitale Signalverarbeitungseinheit 18 wartet nach dem Ansteuern des Elektromotors 35 das Aufsetzen des Justiergewichtes 16 auf den Übersetzungshebel 7/12/22 und die Beruhigung des Messwertes von der Waage (Stillstand) ab, übernimmt den Wert, berechnet und speichert den neuen Justierfaktor und läßt den Motor das Justiergewicht wieder in die Wägestellung anheben.The electric motor 35 is controlled via the line 36 by the digital signal processing unit 18. The digital signal processing unit receives the command to adjust, e.g. by pressing the corresponding operating button (not shown in Figure 2). After controlling the electric motor 35, the digital signal processing unit 18 waits for the adjustment weight 16 to be placed on the transmission lever 7/12/22 and for the measured value from the scale to settle (standstill), accepts the value, calculates and stores the new adjustment factor and lets the motor raise the adjustment weight back to the weighing position.
Die bisher beschriebenen Teile der Waage sind als Stand der Technik bekannt und deshalb in ihrem Aufbau und in ihrer Funktion nur ganz kurz beschrieben. 35The parts of the scale described so far are known as state of the art and therefore their structure and function are only described very briefly. 35
Das Gehäuse 37, das den Wägeaufnehmer, die Justiergewichtsschaltung und die digitale Signalverarbeitungseinheit 18 umschließt, ist in Figur 2 der Übersichtlichkeit halber weggelassen.The housing 37, which encloses the weighing sensor, the adjustment weight circuit and the digital signal processing unit 18, is omitted in Figure 2 for the sake of clarity.
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Weiter weist die Waage in Figur 2 einen ersten Luftdichtesensor 30 und einen zweiten Luftdichtesensor 31 auf. Der Luftdichtesensor 30 misst die Luftdichte im Bereich der Waagschale 3, wandelt sie in ein digitales Signal um und führt dieses über die Leitung 33 der digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 zu. Der zweite Luftdichtesensor 31 misst die Luftdichte im Bereich des Justiergewichtes 16, wandelt sie in ein digitales Signal um und führt dieses über die Leitung 34 der digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 zu. Der Luftdichtesensor 30 in der Nähe der Waagschale 3 ist auch in Figur 1 erkennbar.Furthermore, the scale in Figure 2 has a first air density sensor 30 and a second air density sensor 31. The air density sensor 30 measures the air density in the area of the weighing pan 3, converts it into a digital signal and feeds this via line 33 to the digital signal processing unit 18. The second air density sensor 31 measures the air density in the area of the adjustment weight 16, converts it into a digital signal and feeds this via line 34 to the digital signal processing unit 18. The air density sensor 30 near the weighing pan 3 can also be seen in Figure 1.
In der digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 ist dann in einem Speicherbereich 42 ein Rechenprogramm abgespeichert, das den Wert des Justiergewichtes in Abhängigkeit vom Unterschied der Luftdichtesignale der beiden Luftdichtesensoren 30 und 31 korrigiert. Bei gleicher Luftdichte wird der im Speicherbereich 49 abgespeicherte Wert des Justiergewichtes 16 unverändert übernommen. Ist die Luftdichte am Sensor 31 jedoch z. B. um 0,01 mg/cm3 geringer als die Luftdichte am Sensor 30, so ist der Auftrieb des Justiergewichtes 16, das z. B. exakt 100 g schwer sei, eine Materialdichte von 8,00 g/cm3 und somit ein Volumen von 12,5 cm3 habe, um 0,125 mg geringer als der Auftrieb eines gleichen Justiergewichtes auf der Waagschale 3. Das im Speicherbereich 42 gespeicherte Korrekturprogramm vergrößert daher in diesem Fall den für die Justierung zugrunde gelegten Wert des Justiergewichtes 16 von 100,000 000 g auf 100,000 125 g. Der geringere Auftrieb des Justiergewichtes 16 bei einer geringeren Luftdichte am Ort der Justiergewichtsschaltung verglichen mit der Luftdichte im Bereich der Waagschale wird also berücksichtigt und rechnerisch korrigiert. Damit ist sichergestellt, dass das Justieren der Waage mit einem externen Justiergewicht von exakt 100 g zu demselben Ergebnis führt, wie das Justieren mit dem internen Justiergewicht.A computer program is then stored in a memory area 42 in the digital signal processing unit 18, which corrects the value of the adjustment weight depending on the difference between the air density signals of the two air density sensors 30 and 31. If the air density is the same, the value of the adjustment weight 16 stored in the memory area 49 is adopted unchanged. If the air density at the sensor 31 is, for example, 0.01 mg/cm 3 lower than the air density at the sensor 30, the buoyancy of the adjustment weight 16, which is, for example, B. weighs exactly 100 g, has a material density of 8.00 g/cm 3 and thus a volume of 12.5 cm 3 , is 0.125 mg less than the buoyancy of an identical calibration weight on the weighing pan 3. The correction program stored in the memory area 42 therefore increases in this case the value of the calibration weight 16 used as a basis for the calibration from 100,000,000 g to 100,000 125 g. The lower buoyancy of the calibration weight 16 at a lower air density at the location of the calibration weight switch compared to the air density in the area of the weighing pan is therefore taken into account and mathematically corrected. This ensures that calibrating the balance with an external calibration weight of exactly 100 g leads to the same result as calibrating with the internal calibration weight.
Luftdichtesensoren sind allgemein bekannt und müssen daher nicht erläutert werden. Beispielsweise können sie aus einem kleinen Schwinger bestehen, dessen luftdichteabhängige Frequenz und Dämpfung ausgewertet wird.Air density sensors are well known and therefore do not need to be explained. For example, they can consist of a small oscillator whose air density-dependent frequency and damping are evaluated.
Die im Vorstehenden beschriebenen Luftdichtesensoren und das Korrekturprogramm dienen nur dazu, den Luftdichteunterschied zwischen der Luftdichte oberhalb der Waagschale und der Luftdichte am Ort der Justiergewichtsschaltung zu korrigieren. Eine Korrektur des Einflusses desThe air density sensors and the correction program described above only serve to correct the difference in air density between the air density above the weighing pan and the air density at the location of the adjustment weight switch. A correction of the influence of the
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Absolutwertes der Luftdichte auf den Auftrieb, die aufgrund der Luftdichtemessung möglich ist, ist nicht Gegenstand der Erfindung.The influence of the absolute value of air density on buoyancy, which is possible due to air density measurement, is not the subject of the invention.
Die Luftdichte hängt bekanntlich vom Luftdruck, der Lufttemperatur und der Luftzusammensetzung ab. Da sich der Luftdruck und im allgemeinen auch die Luftzusammensetzung auf der geringen Entfernung zwischen der Waagschale 3 und dem Justiergewicht 16 praktisch nicht ändert, bleibt als Hauptursache für Dichteunterschiede der Temperaturunterschied. Statt zweier Luftdichtesensoren reichen daher im allgemeinen zwei Temperatursensoren aus, um ein Signal für den Luftdichteunterschied zu erhalten. Diese vereinfachte Ausgestaltung ist in Figur 3 gezeigt. Gleiche Teile wie in Figur 2 sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert. Die Temperatur in der Nähe der Waagschale 3 wird durch den Temperatursensor 40 erfasst, die Temperatur in der Nähe des Justiergewichtes 16 durch den Temperatursensor 41. Bei Zimmertemperatur ändert sich die Luftdichte bei einem Temperaturunterschied von z. B. 1 K um 3 °/00. Beim oben angegebenen Beispiel eines Justiergewichtes von 100 g und bei der üblichen Luftdichte von ca. 1,2 mg/cm3 führt dies zu einer Auftriebsänderung von 0,045 mg. Das Korrekturprogramm in der digitalen Signalverarbeitungseinheit 18 muß daher bei 1 K Temperaturunterschied (Temperatur am Justiergewicht größer als an der Waagschale) den für die Justierung zugrunde gelegten Wert des Justiergewichtes von 100,000 000 auf 100,000 045 erhöhen.As is well known, air density depends on air pressure, air temperature and air composition. Since air pressure and generally also air composition practically do not change over the short distance between weighing pan 3 and adjustment weight 16, the main cause of density differences is the temperature difference. Instead of two air density sensors, two temperature sensors are therefore generally sufficient to obtain a signal for the air density difference. This simplified embodiment is shown in Figure 3. The same parts as in Figure 2 are designated by the same reference numbers and will not be explained again. The temperature in the vicinity of weighing pan 3 is detected by temperature sensor 40, the temperature in the vicinity of adjustment weight 16 by temperature sensor 41. At room temperature, the air density changes by 3 °/ 00 for a temperature difference of, for example, 1 K. In the above example of a calibration weight of 100 g and at the usual air density of approx. 1.2 mg/cm 3, this leads to a change in buoyancy of 0.045 mg. The correction program in the digital signal processing unit 18 must therefore increase the value of the calibration weight used as a basis for the calibration from 100,000 000 to 100,000 045 for a temperature difference of 1 K (temperature on the calibration weight greater than on the weighing pan).
Eine noch weiter vereinfachte Ausgestaltung ist in Figur 4 gezeigt. Gleiche Teile wie in den Figuren 2 und 3 sind wieder mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert. Die vereinfachte Ausgestaltung in Figur weist nur einen einzigen Temperatursensor 26 auf, der in der Nähe des Permanentmagneten 10 angeordnet ist und eine Temperatur bestimmt, die für den ganzen Wägeaufnehmer einschließlich Justiergewichtsschaltung und Justiergewicht charakteristisch ist.A further simplified embodiment is shown in Figure 4. The same parts as in Figures 2 and 3 are again designated with the same reference numbers and are not explained again. The simplified embodiment in Figure has only a single temperature sensor 26, which is arranged near the permanent magnet 10 and determines a temperature which is characteristic of the entire weighing sensor including the adjustment weight circuit and the adjustment weight.
Die Funktionsweise dieser Ausgestaltung mit nur einem Temperatursensor sei anhand der Figur 5 erläutert: Im obersten Diagramm ist die Temperatur T26 des Temperatursensors 26 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Der Beginn der Zeitachse t sei der Zeitpunkt, an dem die Waage an die Versorgungsspannung angeschlossen und eingeschaltet wird. Die Temperatur beginnt bei der Umgebungstemperatur T0 und steigt entsprechend der allmählichen Erwärmung des ganzen Wägesystems innerhalb des Gehäuses 37 innerhalb einiger Stunden umThe functionality of this design with only one temperature sensor is explained using Figure 5: In the top diagram, the temperature T 26 of the temperature sensor 26 is shown as a function of time. The start of the time axis t is the time at which the scale is connected to the supply voltage and switched on. The temperature starts at the ambient temperature T 0 and rises within a few hours according to the gradual heating of the entire weighing system inside the housing 37 by
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einige K an. Die Temperatur an der Waagschale 3, die im zweiten Diagramm von Figur 5 dargestellt und mit T3 bezeichnet ist, beginnt ebenfalls bei der Umgebungstemperatur T0 und steigt deutlich geringer, da sich der gesamte Wägeraum in der Umgebung der Waagschale deutlich weniger erwärmt als die Baugruppen innerhalb des Gehäuses 37. Die Differenz zwischen der Temperatur T26 und der Temperatur T3 ist im dritten Diagramm von Figur 5 dargestellt. Die Differenz &Dgr;&Tgr; beginnt bei 0 und nähert sich allmählich einem stationären Endwert AT00. Gemäß den Ausführungen zu der Ausgestaltung mit den zwei Temperatursensoren gemäß Figur 3 ist diese Temperaturdifferenz &Dgr;&Tgr; proportional zur Größe der Korrektur, die am Wert des Justiergewichtes angebracht werden muß. Die Temperaturdifferenz &Dgr;&Tgr; ist in der Ausgestaltung mit nur einem Temperatursensor jedoch nicht bekannt, da die Temperatur T3 in der Gegend der Waagschale nicht erfaßt wird. Statt dessen wird &Dgr;&Tgr; angenähert gemäß der Gleichunga few K. The temperature on the weighing pan 3, which is shown in the second diagram of Figure 5 and is designated T 3 , also starts at the ambient temperature T 0 and rises significantly less, since the entire weighing chamber in the vicinity of the weighing pan heats up significantly less than the components inside the housing 37. The difference between the temperature T 26 and the temperature T 3 is shown in the third diagram of Figure 5. The difference ΔΔ begins at 0 and gradually approaches a stationary final value AT 00 . According to the explanations for the design with the two temperature sensors according to Figure 3, this temperature difference ΔΔ is proportional to the size of the correction that must be made to the value of the adjustment weight. However, the temperature difference ΔΔ is not known in the design with only one temperature sensor, since the temperature T 3 in the area of the weighing pan is not recorded. Instead, ΔΔ is approximated according to the equation
&Dgr;&Tgr; = &Dgr;&Tgr;&ogr;&ogr; - const. · T26 (1)&Dgr;&Tgr; = &Dgr;&Tgr;&ogr;&ogr; - const. · T 26 (1)
T26, also die zeitliche Änderung der Temperatur des Temperatursensors 26, ist im untersten Diagramm von Figur 5 dargestellt. Aus diesem Diagramm erkennt man sofort qualitativ die Gültigkeit von Gleichung (1).T 26 , i.e. the temporal change of the temperature of the temperature sensor 26, is shown in the bottom diagram of Figure 5. From this diagram one immediately recognizes qualitatively the validity of equation (1).
Quantitativ herleiten und mathematisch exakt begründen läßt sich die Gleichung (1) unter der Annahme, dass sowohl T26 als auch T3 sich gemäß einer Exponentialkurve ihrem stationären Endwert annähern. Die Temperaturdifferenz &Dgr;&Tgr; nähert sich dann ebenfalls exponentiell dem stationären Endwert AT00. Da die zeitliche Änderung - mathematisch ausgedrückt also die erste Ableitung - einer Exponentialkurve wieder eine Exponentialkurve ist, gilt also Gleichung (1) bei richtiger Wahl der Konstanten „const." unter den obigen Voraussetzungen mathematisch exakt.Equation (1) can be derived quantitatively and justified mathematically precisely under the assumption that both T 26 and T 3 approach their stationary final value according to an exponential curve. The temperature difference Δ�T then also approaches the stationary final value AT 00 exponentially. Since the change over time - mathematically expressed, the first derivative - of an exponential curve is again an exponential curve, equation (1) is mathematically exact if the constant "const." is chosen correctly under the above conditions.
Der Wert von &Dgr;&Tgr;» läßt sich nun durch eine einmalige Messung im stationären Zustand ermitteln. Genauso läßt sich der Wert der Konstanten „const." in Gleichung (1) einmalig ermitteln. Diese beiden einmalig an einem Muster der Waage ermittelten Werte werden dann in alle Waagen als Konstanten in einen Speicherbereich 50 in der digitalalen Signalverarbeitungseinheit 18 eingespeichert und die notwendige Korrektur kann durch Gleichung (1) nur unter Benutzung des Messwertes von T26 ermittelt werden.The value of ΔΤ» can now be determined by a single measurement in the stationary state. In the same way, the value of the constant "const." in equation (1) can be determined once. These two values, determined once on a sample of the scale, are then stored in all scales as constants in a memory area 50 in the digital signal processing unit 18 and the necessary correction can be determined by equation (1) using only the measured value of T 26 .
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Die im Vorstehenden am Beispiel des Verhaltens der Waage nach dem Einschalten der Netzspannungsversorgung erläuterte Funktionsweise des Korrekturprogramms mit nur einem Temperatursensor führt auch bei einem Temperaturwechsel der Umgebungsluft der Waage zu einer richtigen Korrektur:The functionality of the correction program with only one temperature sensor, explained above using the example of the behavior of the scale after the mains power supply is switched on, leads to a correct correction even if the temperature of the ambient air around the scale changes:
Steigt die Umgebungstemperatur, so steigt die Temperatur T3 an der Waagschale schneller an als die Temperatur in der Nähe des Justiergewichtes 16. Die Luft in der Nähe des Justiergewichtes 16 ist also gegenüber dem stationären Zustand zu kalt - genauso wie unmittelbar nach dem Einschalten der Versorgungsspannung. Die zeitliche Änderung T26 der Temperatur des Temperatursensors 26 ist im Beispiel der steigenden Umgebungstemperatur positiv und damit ebenfalls vom gleichen Vorzeichen wie im erläuterten Beispiel des Einschaltens der Versorgungsspannung.If the ambient temperature rises, the temperature T 3 on the weighing pan rises faster than the temperature near the adjustment weight 16. The air near the adjustment weight 16 is therefore too cold compared to the stationary state - just as it is immediately after the supply voltage is switched on. The temporal change T 26 in the temperature of the temperature sensor 26 is positive in the example of the rising ambient temperature and thus also has the same sign as in the example explained of switching on the supply voltage.
Generell ist darauf hinzuweisen, dass die im Vorstehenden angesprochenen Korrekturen klein sind und bei üblichen Analysenwaagen z. B. mit 100 g Wägebereich und 0,01 mg Auflösung nur wenige (bis maximal 10) Digit, ausmachen. Dementsprechend reicht es aus, wenn die Korrektur auf 10 % genau ist, um den verbleibenden Fehler unter 1 Digit zu drücken.In general, it should be noted that the corrections mentioned above are small and only amount to a few (up to a maximum of 10) digits on standard analytical balances, e.g. with a weighing range of 100 g and a resolution of 0.01 mg. Accordingly, it is sufficient if the correction is accurate to 10% in order to reduce the remaining error to less than 1 digit.
Die dargestellten Bauweisen für den Wägeaufnehmer, die Justiergewichtsschaltung und das Gehäuse sind selbstverständlich nur eine von vielen Möglichkeiten. Die Erfindung ist selbstverständlich auch für andere bekannte Bauweisen einsetzbar.The designs shown for the weighing sensor, the adjustment weight circuit and the housing are of course only one of many possibilities. The invention can of course also be used for other known designs.
Claims (5)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| R207 | Utility model specification |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20030217 |
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| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
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