DE2205778A1

DE2205778A1 - Schaltungsanordnung zum einsatz an elektrischen messwertgebern, insbesondere elektro-mechanischen waagen

Info

Publication number: DE2205778A1
Application number: DE2205778A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Wernitz
Original assignee: Boekels & Co H
Current assignee: Boekels & Co H
Priority date: 1972-02-08
Filing date: 1972-02-08
Publication date: 1973-08-16
Also published as: JPS4893366A; FR2171452A1; US3863152A; GB1426513A

Description

Dr. Hans Boekels & Co. ? 7 Π l> 7 7

Schaltungsanordnung zum Einsatz an elektrischen Meßwertgebern, insbesondere elektro-mechanischen Waagen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Einsatz an elektrischen Meßwertgebern, insbesondere elektro-mechanischen Waagen, die als Meßwert eine Gleichspannung abgeben, der Storwechselspannnngen überlagert sind und die Meßwerte in derart schneller Folge abgeben, dass sich bei Verwendung des zur Unterdrückung de_rr Störwechselspannungen vorgesehenen Filters dessen Eigenschaften nachteilig auf ein ausreichendes Einschwingen des Ausgangssignals und damit auf die Genauigkeit.des erhaltenen Ausgangssignals auswirken würden.

Beispielsweise sind elektro-mechanische Waagen bekannt, die abhängig von dem zu verwiegenden Gewicht als Meßwert ein elektrisches Gleichspannungs- oder Gleichstromsignal abgeben. Diese elektrischen Meßwerte sind häufig von derart hohen St ärwechs el spannung^ z.B. aufgrund von unerwünschten Schwingungen einzelner Bauelemente einer Waage, überlagert, dass elektrische Filter eingesetzt werden müssen, um den die Meßwerte verfälschenden Einfluß der Stör-

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Wechselspannungen zu vermeiden bzw. zu unterdrücken. Der Einsatz solcher Filter bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass bei Änderungen des Meßwertes das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung dieser Änderung nur mit einer gewissen Verzögerung folgt,-die durch die besonderen elektrischen Eigenschaften dieser Filter bestimmt ist. Dieser Nachteil wirkt sich besonders dann aus, wenn Meßwerte in verhältnismäßig schneller Folge abgegeben werden und entsprechend aufgezeichnet oder gespeichert werden sollen. Bei genügend dichter zeitlicher Aufeinanderfolge der Meßwerte kann der Fall eintreten, dass ein Ausgangssignal bis zum Erscheinen des folgenden Meßwertes nicht einmal annähernd den exakten Wert erreich"⁵ .

Ausgehend von dem geschilderten Problem besteht die der vorliegenden. Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, den Einschwingvorgang des Ausgangssignals der Schaltungsanordnung zu beschleunigen, damit das Ausgangssignal so schnell wie möglich wenigstens annähernd den exakten Wert erreicht, wobei jedoch die Störwechselspannungen bzw. Störsignale weiterhin unterdrückt werden sollten.

Erfindungsgemäß ist die Lösung dieser Aufgabe gekennzeichnet durch dem Filter hinzuschaltbare bzw. anstelle des Filters einschaltbare erste Schaltmittel mit für einen schnellen Einschwingvorgang günstigen Eigenschaften sowie weiteren Schaltmitteln zum Hinzuschalten bzw. Einschalten dieser Schaltmittel abhängig von einer Änderung des Meßwertes und im wesentlichen während der gesamten Dauer dieser Änderung. Hierdreh wird erreicht, dass der Einschwingvorgang des Ausgagssignals so schnell wie möglich abläuft, weil die im

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blick auf den Einschwingvorgang nachteilige Wirkung des Filters ausgeschaltet ist. Bei bzw. nach Beendigung des Einschwingvorganges wird das Filter jedoch wieder in den Stromkreis für das Ausgangssignal eingeschaltet, so dass die dann erfolgende Registrierung oder Speicherung des Ausgangssignals unbeeinflußt von etwaigen Störwechselspannungen geschieht.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist dem Filter ein steuerbarer Schalter parallel geschaltet, dessen Steuereingang mit einem zwischen Ifeß-wertgeber und Filter vorgesehenen Differenzierglied verbunden ist. Es ist jedoch auch denkbar, anstelle dieses Schalters zum Beispiel ein anderes Filter einzuschalten, welches bezüglich eines schnellen Einschwingvorganges des Ausgangssignals günstigere Eigenschaften aufweist.

Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung wird im folgenden anhand der Figuren 1 und 2 der Zeichnung zusammen mit weiteren vorteilhaften Merkmalen erläutert.

Es zeigen

be-Fig. 1 , eine .vorzugte Ausführungsform einer

erfindungsgemässen Schaltungsanordnung und

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

In Fie:. 1 ist ein Eingang Λ der Schaltungsanordnung dargestellt, dem die Meßwerte des Meßwertgebers, z.B. einer

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elektro-mechanischen Waage, zugeführt werden. An den Eingang 3 ist ein Differenzierglied angeschlossen, das aus dem Kondensator 2 und dem Widerstand 3 "besteht. Ferner ist an den Eingang 1 ein Filter 4 angeschlossen, das zur Unterdrückung von Störwechselspannungen dient. Dem Filter 4· parallelgeschaltet ist ein steuerbarer, vorzugsweise elektronischer Schalter 5» dessen Steuereingang mit dem Ausgang eines Verstärkers 6 verbunden ist. Der Eingang des Verstärkers 6 liegt am zuvor beschriebenen Differenzierglied. Zur Steuerung des elektronischen Schalters 5 is"b vorzugweise zwischen den Ausgang des Verstärkers 6 und den Steuereingang des elektronischen Schalters 5 eine monostabile Kippstufe 7 geschaltet. Am Ausgang der monostabilen Kippstufe 7 liegt ausser dem Steuereingang des elektronischen Schalters 5 ausserdem der Eingang eines Verzögerungsgliedes 8, dessen Ausgang mit dem Eingang einer weiteren monostabilen Kippstufe 9 verbunden ist. Der Ausgang der monostabilen Kippstufe 9 führt zu dem Steuereingang eines Meßwertspeichers 10. Der Meßelngang des Meßwertspeichers 10 liegt am Ausgang/des Filters 4.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird im folgenden näher erläutert.

Im Diagramm nach Fig. 2 sind die Verläufe verschiedener Spannungen über der Zeit aufgetragen, und zwar im einzelnen die Spannung U 1 am Eingang 1 der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, U 3 am Widerstand 3 des Differenziergliedes, U 7 am Ausgang der monostabilen Kippstufe 7, U11am Ausgang 11 des Filters 4 und U 9 am Ausgang der monostabilen Kippstufe 9·

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Es sei angenommen, dass es sich "bei dem Meßwertgeber um eine elektro-mechanische Waage handelt, die im unbelasteten Zustand an ihrem Ausgang eine Gleichspannung U 1 a abgibt. Die Ausgangsspannung der Waage bzw. des Meßwertgebers wird einerseits dem Filter 4- und andererseits dem aus Kondensator 2 und Widerstand 3 bestehenden Differenzierglied zugeführt. Es sei ferner angenommen, dass die Waage im Zeitpunkt t 1 mit einem bestimmten Gewicht belastet werde zum Zwecke des Verwiegens dieses Gewichtes. Der Wiegeteller oder dgl. der Waage wird die ZeitdauerAt 1 benötigen, um in die dem Gewicht entsprechende Stellung zu gelangen, die er entsprechend der Darstellung in Fig. zum Zeitpunkt t 2 erreicht. Während der Zeitdauer^t 1 ändert sich demnach die Eingangsspannung U 1 am Eingang 1 von dem Wert U 1 a auf den Wert U 1 b. Etwa vom Zeitpnkt t 2 ab liegt am Eingang 1 die Spannung U 1 b, die der Grosse des zu verwiegenden Gewichtes entspricht. Nach erfolgter Verwiegung bzw. Entnahme des entsprechenden Meßwertes gelangt der Wiegeteller oder dgl. vom Zeitpunkt t bis zum Zeitpunkt t 4 wieder in seine Ausgangsposition, so dass sich vom Zeitpunkt t 4- ab am Eingang 1 die Spannung U1 a einstellt. Nach Belastung der Wiegebrücke mit dem folgenden, zu verwiegenden Gewicht im Zeitpunkt t 5 ändert sich die am Eingang 1 liegende Spannung U 1 a während der ZeitdauerAt 2 auf den Wert U 1 c. Etwa vom Zeitpunkt t 6 ab liegt demnach die Spannung U 1 c am Eingang 1. Nach Beendigung des Wiegevorganges ändert sich die Spannung U 1 entsprechend dem zuvor beschriebenen Vorgang vom Zeitpunkt t 7 ab bis zum Zeitpunkt t 8 wieder auf den Wert U 1 a.

Der Spannung U 1 ist in der Praxis jedoch oft eine derart hohe Störwechselspannung überlagert, dass eine auch nur

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annähernd genaue Meßwertentnahme "bzw. Meßwertspeicherung nicht möglich ist. Eine Störwechselspannung ist im Diagramm nach Fig. 2 der Gleichspannung TJ 1 überlagert und gestrichelt dargestellt.

Die nachteilige Wirkung der Störwechselspannung kann zwar durch das Filter 4- unterdrückt werden, jedoch bewirken die Eigenschaften dieses Filters notwendigerweise eine Veränderung des zeitlichen Verlaufes der Spannung U 1, so dass sich bei Anwendung des Filters an dessen Ausgang eine Spannung einstellen würde, die etwa dem strichpunktiert dargestellten Verlauf entsprechen würde, wie er bei der Spannung TJ 1 dargestal.lt ist. Einö derart erheblich vom Verlauf der Spannung U 1 abweichender Spannungsverlauf ist zum Erzielen genauer Meßsergebnisse insbesondere dann ebenfalls nicht brauchbar, wenn unterschiedliche Meßwerte verhältnismäßig schnell aufeinanderfolgen.

TJm die erwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen, wird die Spannung U 1 dem aus Kondensator 2 und Widerstand 3 bestehenden Differenzierglied zugeführt. Am Widerstand 3 liegt demnach die im Diagramm nach Fig. 2 dargestellte Spannung U 3, deren Verlauf abhängig ist von Änderungen der Spannung TJ 1. Vernachlässigt man die Einwirkung von Störwechselspannungen auf das Di-dTferenzierglied, so ergeben sich etwa die neben TJ 3 gezeigten Spannungsimpulse. Diese Spannungsimpulse werden dem Verstärker 6 zugeführt, der sie verstärkt und darüberhinaus zweckmäßigerweise begrenzt. Die verstärkten Spannungsimpulse werden dem Eingang der monostabilen Kippstufe 7 zugeführt, so dass diese Kippstufe etwa rechteckförmige Impulse abgibt entsprechend dem'Diagramm nach Fig. 2 neben U 7 dargestellten Verlauf.

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Die Spaiinungsimpulse U 7 werden dem Steuereingang des elektronischen Schalters 5 zugeführt, so dass dieser Schalter während des Anliegens der Impulse U 7 im geschlossenen Zustand ist und damit das Filter 4- kurzschließt. Infolge dieses Kurzschlusses entspricht der Verlauf der am Ausgang 11 liegenden Spannung U 11 dem Verlauf der am Eingang 1 liegenden Spannung Uyt 1. Somit erreicht die Spannung U 11 zum Zeitpunkt t 2 einen der Spannung U 1 b entsprechenden Wert. Im Zeitpunkt t 2 wird sodann der Schalter 5 infolge des abgeklungenen Spannungsimpulses U 3 wieder geöffnet, so dass das Filter 4- wieder wirksam ist. Die Störwechselspannung wird also von diesem Zeitpunkt an wieder unterdrückt. Unter der Voraussetzung eines konstant bleibenden Meßwertes U 1b kann eine entsprechende Spannung, befreit von der Störwechselspannung, am Ausgang 11 abgenommen werden. Diese Spannung bzw. dieser Meßwert kann z.B. dem Speicher 10 zugeführt werden, der einen gesonderten, nicht näher bezeichneten Steuereingang aufweist zum Bestimmen des Zeitpunktes der Speicherung eines Meßwertes. Diesem Steuereingang können z.B. die Spannungsimpulse U 7 zugeführt werden. Es ist jedoch zweckmäßig, den Zeitpunkt der Speicherung eines Meßwertes, z.B. des Meßwertes U 1 b, geringfügig über das Ende des betreffenden Spannungsimpulses U 7 hinaus etwa um die Zeitdauer T zu verschieben. Hierdurch kann der Meßwert auf seinen endgültigen Wert einschwingen, wenn geringfügige Spannungsunterschiede am Punkt 11 aufgrund verschiedener Widerstände zwischen Punkt und 11 bei Offnen oder Schliessen des Schalters 5 auftreten. Um dies zu erreichen, kann z.B. ,wie vorgeschädigen, ein Verzögerungsglied 8 verwendet werden, welches von den Spannungsimpulsen U 7 abgeleitete Impulse um die Zeitdauer ΊΓ verzögert an den Eingang der monostabilen Kippstufe abgibt. Am Ausgang dieser Kippstufe 9

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werden Spannungsimpulse TJ 9 mit der Zeitdauer At 9 abgegeben, die dem Steuereingang des Speichers 10 zugeführt werden. Während der Zeitdauer At 9 speichert der Speicher 10 den am Ausgang 11 jeweils liegenden Meßwert. Neben dem Spannungsverlauf TJ 11 im Diagramm nach Fig. 2 sind diejenigen Bereiche·schraffiert dargestellt, die für die Speicherung der Meßwerte U 1 b bzw. U 1 c ausgenutzt werden.

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Claims

Ansprüche

Schaltungsanordnung zum Einsatz an elektrischen Meßwertgebern, insbesondere elektromechanischen Waagen, die als Meßwert eine Gleichspannung abgeben, der Störwechselspannungen überlagert sind und die Meßwerte in derart schneller Folge abgeben, dass sich be'i Verwendung des zur Unterdrückung der Störwtchselspannungen vorgesehenen Filters dessen Eigenschaften nachteilig auf ein ausreichendes Einschwingen des Ausgangssignals unddamit auf die Genauigkeit des erhaltenen Ausgangssignals auswirken würden} gekennzeichnet durch dem Filter (4)hinzusehaltbare bzw, anstelle des Filters einschaltbare erste Sohaltmittel mit für einen schnellen Einsehwingvorgang günstigen Eigenschaften sowie weiteren Schaltmitteln zum Hinzuschalten bzw. Einschalten dieser Schaltmittel abhängig von einer Änderung des .Meßwertes und im wesentlichen während der gesamten Dauer dieser Änderung.

2, Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Filter (4) ein steuerbarer Schalter (5) parallel geschaltet ist, dessen Steuereingang mit tinem zwischen Meßwertgeber und filter vorgesehenen Pifferenzierglied (2, 3) verbunden ist.

3» Sohaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzierglied (2, 3) mit einem

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Verstärker und ggfs. Begrenzer verbunden ist, dessen Ausgang am Eingang einer ersten monostabilen Kippstufe (?) liegt, deren Ausgang mit dem Steuereingang des Schalters (5) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der weiteren Schaltmittel bzw. der ersten monostabilen Kippstufe (7) zum Eingang einer zweiten monostabilen Kippstufe (9) führt, deren Ausgang mit dem Steuereingang eines Meßwertspeichers (10) verbunden ist, während der Meßeingang des Meßwertspeichers mit dem Ausgang (11) des Filters (11) verbunden ist.

5· Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten monostabilen Kippstufe (9) ein Verzögerungsglied (8) mit gegenüber der Dauer anstehender Meßwerte erheblich geringererVerzögerungsdauer vorgeschaltet ist.

Neuwied, den 16. 12. 197I

Der Vertreter

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