DE2612399A1

DE2612399A1 - Measurement voltage digital compensation - is used for force measurement cell output enabling instantaneous signal display

Info

Publication number: DE2612399A1
Application number: DE19762612399
Authority: DE
Inventors: Odo Dipl Ing Georg; Hans Dipl Ing Mirow
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1976-03-24
Filing date: 1976-03-24
Publication date: 1977-09-29

Abstract

A device is used for compensation of a measurement voltage, in partic. the output voltage of a force measurement cell. The system uses a comparator, a counter, a digital-to-analogue convertor and a digital output unit. It is designed to enable display of a continuous signal corresp. to the instantaneous measurement voltage using economical component parts. The cell (6) output is connectable to an amplifier (7) via a first switch. The amplifier output may be connected to an output device or to a voltage-frequency converter (14). The converter (14) output is connected to the output port (15) and via a counter (16) to the digital output unit (17) and via the counter and digital-to-analogue converter (18) to the comparator (8).

Description

Vorrichtung zur Kompensation einer MeßspannungDevice for compensating a measuring voltage

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kompensation einer Meßspannung, insbesondere der Ausgangsspannung einer Kraftmeßzelle, mit einem Vergleicher, einem Zähler, einem D/A-Wandler sowie einer digitalen Ausgabeeinrichtung.The invention relates to a device for compensating a measuring voltage, in particular the output voltage of a load cell, with a comparator, a Counter, a D / A converter and a digital output device.

Derartige Vorrichtungen, die die Meßspannung selbsttätig digital kompensieren, sind in der Wägetechnik z.B. aus dem "analog-digital Conversion Handbook" der Firma Analog Devices bekannt. Die Meßspannung wird einem Eingang des Vergleichers zugeführt, dessen Ausgang eine Kontroll-Logik schaltet, die zwischen Oszillator und einem Zähler geschaltet ist. Der Zähler gibt das der Meßspannung entsprechende digitale Signal ab, das gleichzeitig über einen A/D-Wandler wiederum an den anderen Eingang des Vergleii chers zurückgeführt wird. Befindet sich das System im Gleichgewicht, so gibt der Vergleicher kein Signal ab, dementsprechend sperrt die Kontroll-Logik und über den Zähler wird das der Meßspannung entsprechende digitale Signal abgegeben. Bei Veränderungen der Meßspannung beeinflußt das vom Vergleicher abgegebene Signal die Kontroll-Logik so, daß vom Oszillator vor-oder rückzählende Impulse in den Zähler eingelesen werden. Das vom D/A-Wandler an den Vergleicher abgegebene Signal nähert sich also in einem Einschwingvorgang langsam der Meßspannung, worauf dann wieder Gleichgewicht herrscht.Such devices that automatically compensate the measuring voltage digitally, are in weighing technology e.g. from the company's "analog-digital conversion handbook" Known to Analog Devices. The measuring voltage is fed to an input of the comparator, the output of which switches a control logic between the oscillator and a counter is switched. The counter gives the digital signal corresponding to the measuring voltage from, which in turn via an A / D converter to the other input of the Comparative is traced back. If the system is in equilibrium, then so if the comparator does not emit a signal, the control logic and locks accordingly The digital signal corresponding to the measuring voltage is output via the counter. The signal emitted by the comparator influences changes in the measuring voltage the control logic so that from the oscillator up or down counting pulses in the counter can be read. The signal delivered by the D / A converter to the comparator approximates so slowly the measurement voltage in a transient process, whereupon again Balance prevails.

Die wesentlichen Nachteile derartiger digitaler Kompensatoren in der Wägetechnik sind darin zu sehen, daß der Einschwingvorgang einige Sekunden dauert, wodurch das Einlaufverhalten der Waage ungünstig beeinflußt wird, und daß weiterhin die eigentliche Meßspannung nach erfolgter Kompensation nicht mehr für eine Anzeige zur Verfügung steht. Die gleichen Nachteile gelten im übrigen auch für analoge Kompensationsvorrichtungen.The main disadvantages of such digital compensators in the Weighing technology can be seen in the fact that the settling process takes a few seconds, whereby the running-in behavior of the balance is adversely affected, and that continues the actual measuring voltage is no longer available for display after compensation has taken place is available. The same disadvantages also apply to analog compensation devices.

Die genannten Nachteile werden vermieden, wenn die Meßspannung direkt von einem Anzeigeinstrument beispielsweise in einen Zeigerausschlag umgewandelt wird. Bei Verwendung hochohmiger Anzeigegeräte können viele Anzeigegeräte parallel geschaltet werden. Da in der Wägetechnik die Meßspannung relativ klein ist, ist es in der Praxis nötig, die Meßspannung vor Anzeige oder Weiterverarbeitung mit einem Vorverstärker zu verstärken. Bei der geforderten Präzision werden dabei hohe Anforderungen an den Verstärker bezüglich der Nullpunkt-Stabilität und der Verstärkungskonstanz gestellt. Diese Forderungen sind nur mit merkbarem finanziellen Aufwand zu erreichen. Ein weiterer Nachteil dieser 'ösung liegt darin, daß eine Umwandlung der Meßspannung in eine sich kontinuierlich ändernde, digitale Information nicht erfolgen kann. Auf Grund dieser genannten Nachteile haben sich im Waagenbau Präzisionskompensatoren durchgesetzt, die die Meßspannung unmittelbar, normalerweise digital, kompensieren.The disadvantages mentioned are avoided if the measuring voltage is applied directly from a display instrument, for example, into a Pointer deflection is converted. When using high-resistance display devices, many display devices can be connected in parallel. Because in weighing technology the measuring voltage is relatively small is, it is necessary in practice to measure the voltage before display or further processing to amplify with a preamplifier. With the required precision high demands on the amplifier with regard to the zero point stability and the Gain constancy provided. These demands are only with appreciable financial Effort to achieve. Another disadvantage of this' solution is that a Conversion of the measuring voltage into continuously changing, digital information cannot be done. Because of these disadvantages mentioned have become in balance construction Precision compensators prevailed, which the measuring voltage directly, normally digital, compensate.

Weiterhin ist aus der DT-OS 15 91 950 eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Meßspannung in eine entsprechende Frequenz bekannt geworden, bei der Unabhängigkeit von der Langzeitdrift dadurch erreicht wird, daß die Meßspannung und eine hochkonstante Referenzspannung im Zeitmultiplex an einenSpannungs-FrequFnz-Wandler anlegbar sind.Furthermore, from DT-OS 15 91 950 a device for conversion a measurement voltage in a corresponding frequency has become known in the case of independence is achieved by the long-term drift that the measurement voltage and a highly constant Reference voltage can be applied to a voltage-frequency converter in time division multiplex.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine die Meßspannung kompensierende Vorrichtung zu schaffen, bei der ein im wesentlichen der augenblicklichen Meßspannung entsprechendes Signal ansteht.In contrast, the object of the invention is to provide a measuring voltage that compensates for the measurement voltage To create a device in which a substantially instantaneous measurement voltage corresponding signal is present.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Ausgang der Kraftmeßzelle über einen ersten Schalter an einen Verstärker anschaltbar ist, dessen Ausgang sowohl über einen Schalter und Speicher mit einer Ausgabeeinrichtung als auch über einen weiteren Schalter, den Vergleicher, einen anderen Schalter und weiteren Speicher mit dem Eingang eines U/f-Wandlers verbindbar ist, dessen Ausgang mit einer Ausgangsbuchse und dem Zähler verbunden ist, welcher Zähler mit der digitalen Ausgabeeinrichtung und über den D/A-Wandler mit dem Vergleicher in Verbindung steht, und daß der Verstärker über den ersten Schalter an die Null-Spannung schaltbar ist, wobei durch das Ausgangssignal des Verstärkers über den weiteren Schalter und einz Integrator ein Stelleingang für den Nullpunkt des Verstärkers beeinflußbar ist, und daß weiterhin die Stellung der Schalter von einer Logik-Schaltung periodisch schaltbar ist. Spannungsschwankungen des die Kraftmeßzelle versorgenden Netzteils können dadurch ausgeglichen werden, daß die Kraftmeßzelle und der D/A-Wandler von der gleichen Spannungsquelle speisbar sind. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein der Meßspannung entsprechendes kontinuierliches Signal ein bis zwei Größenordnungen schnellCtngezeigt werden als bei der üblichen Kompensation. Da jedoch andererseits das verstärkte Signal kompensiert wird, stehen auch der Meßspannung entsprechende Impulsfolgen, beispielsweise zur inkrementalen Weiterverarbeitung, zur Verfügung. Bei den elektronischen Bauteilen, insbesondere dem Verstärker, handelt es sich um normale nicht besonders aufwendige Bauteile.The invention solves this problem in that the output of the load cell can be connected to an amplifier via a first switch, the output of which is both via a switch and memory with an output device as well as via a another switch, the comparator, another switch and more memory can be connected to the input of a U / f converter, the output of which is connected to an output socket and the counter is connected, which counter is connected to the digital output device and is connected to the comparator via the D / A converter, and that the amplifier can be switched to zero voltage via the first switch, with the output signal of the amplifier via the further switch and one integrator Control input for the zero point of the amplifier can be influenced, and that continues the position of the switches can be switched periodically by a logic circuit. Voltage fluctuations of the power pack supplying the load cell can be compensated by that the load cell and the D / A converter can be fed by the same voltage source are. With the device according to the invention, a voltage corresponding to the measurement voltage can be achieved continuous signal one to two orders of magnitude fast can be shown as with the usual compensation. However, since on the other hand the amplified signal compensates there are also pulse trains corresponding to the measurement voltage, for example incremental processing. With the electronic components, especially the amplifier, it is normal and not particularly complex Components.

Anhand der schematischen Figur wird Aufbau und Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert. Die Spannungsquelle 5 speist die Kraftmeßzelle 6 mit einer Spannung U'. Die Ausgangsspannung der Kraftmeßzelle 6 ist über den ersten Schalter S1 an den Verstärker 7 schaltbar. Am Schalter S1 werden -ebenso wie bei sämtlichen übrigen Schaltern - mit 2 die Kontakte bezeichnet, die während der Nullstell-phase des Verstärkers geschlossen sind. Die Bezugsziffer 1 kennzeichnet dagegen die Kontakte, die während der Meßphase geschlossen sind. Diese Schaltstellung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden zuerst besprochen. Die im Verstärker 7 verstärkte Meßspannung wird über den weiteren Schalter 52 mit einem Eingang des Vergleichers 8 verbunden und außerdem über den Schalter S4 mit dem Speicher 10, dessen Ausgang mit der Ausgabeeinrichtung 11 verbunden ist. Diese Ausgabeeinrichtung 11 kann - wie in der Zeichnung angedeutet - ein analoges Instrument, beispielsweise ein Zeigerinstrument, sein. Ebensogut ist es jedoch auch möglich vom Ausgang des Speichers 10 aus über einen A/D-Wandler eine digitale Ausgabeeinrichtung anzusteuern. Der Ausgang des Vergleichers 8 ist über den nicht funktionsnotwendigen Verstärker 12 und den anderen Schalter S3 mit einem weitren Speicher 13 verbunden, dessen Ausgang einenU/f-Wandler 14 ansteuert. Dieser setzt also ein der vom Vergleicher 8 ermittelten Differenzspannung entsprechendes Spannungssignal in eine proportionale Frequenz um, welche über die Ausgangsbuchse 15 von der Vorrichtung abgegeben wird. Außerdem wird diese Frequenz dem Zähler 16 zugeführt, der sie aufsummiert und als parallele Information an die digitale Ausgabeeinrichtung 17 und den D/A-Wandler 18 weitergibt, der wie in der Zeichnung angedeutet zweckmäßigerweise seine Bezugsspannung von der Ausgangsspannung U' der Spannungsquelle 5 erhält.Based on the schematic figure, the structure and mode of operation of a Embodiment of the invention explained. The voltage source 5 feeds the load cell 6 with a voltage U '. The output voltage of the load cell 6 is above the first Switch S1 can be switched to amplifier 7. At switch S1 -as well as at all other switches - with 2 the contacts, which are used during the zeroing phase of the amplifier are closed. The reference number 1, on the other hand, identifies the contacts which are closed during the measurement phase. This switch position is shown in the drawing and is discussed first in the following. The amplified in amplifier 7 The measured voltage is connected to an input of the comparator via the further switch 52 8 connected and also via the switch S4 to the memory 10, the output of which is connected to the output device 11. This output device 11 can - as indicated in the drawing - an analog instrument, for example a pointer instrument, be. However, it is just as well possible from the output of the memory 10 via an A / D converter to control a digital output device. The outcome of the Comparator 8 is above the non-functionally necessary amplifier 12 and the other Switch S3 is connected to a further memory 13, the output of which is a U / f converter 14 controls. So this one sets one of the determined by the comparator 8 Differential voltage corresponding voltage signal into a proportional frequency which is output via the output socket 15 from the device. aside from that this frequency is fed to the counter 16, which sums it up and as parallel Forwards information to the digital output device 17 and the D / A converter 18, which, as indicated in the drawing, expediently has its reference voltage from the Output voltage U 'of the voltage source 5 receives.

Auf diese Weise werden Spannungsschwankungen der Spannungsquelle 5 ausgeglichen. Der Ausgang des D/A-Wandlers 18 ist wiederum mit dem noch freien Eingang des Vergleichers 8 verbunden, so daß im Gleichgewichtsfall eine vollständige Kompensation des verstärkten Meßsignals erreicht wird. An der digitalen Ausgabeeinrichtung 17 stehen also kontinuierliche Digitalwerte an, die der kompensierten Meßspannung entsprechen und sowohl angezeigt als auch weiterverarbeitet werden können.In this way, voltage fluctuations of the voltage source 5 balanced. The output of the D / A converter 18 is in turn with the input that is still free of the comparator 8 connected, so that a complete compensation in the case of equilibrium of the amplified measurement signal is achieved. At the digital output device 17 So there are continuous digital values that correspond to the compensated measuring voltage and can be displayed as well as further processed.

Die Schalter S1,S2, S3 und S4 sind von einer Logikschaltung 19 periodiscn steuerbar. Zweckmäßigerweise ist die Logikschaltung 19 so eingerichtet, daß etwa während zwei Dritteln der Periodendauer der Kontakt 1 geschaltet ist und nur jeweils während eines Drittels der Periodendauer der Kontakt 2. Die Dauer einer Periode beträgt dabei größenordnungsmäßig eine zehntel Sekunde.The switches S1, S2, S3 and S4 are periodic by a logic circuit 19 controllable. Appropriately, the logic circuit 19 is set up so that about contact 1 is switched for two thirds of the period and only in each case during a third of the period, contact 2. The duration of a period is on the order of a tenth of a second.

Hat die Logikschaltung 19 die Schalter auf den Kontakt 2 umgeschaltet, so werden die Schalter S3 und S4 geöffnet, während über S1 die Spannung null an den Verstärker 7 gelegt wird, dessen Ausgang über S2 mit einem Integrator 20 verbunden ist, welcher wiederum einen Stelleingang für den Nullpunkt des Verstärkers 7 beeinflußt. Während dieses Nullstellvorgangs des Verstärkers 7 wird also ein durch eine eventuelle Nullpunktsverschiebung bedingtes Ausgangssignal aufintegriert und der Nullpunkt dementsprechend nachgeregelt.If the logic circuit 19 has switched the switches to contact 2, the switches S3 and S4 are opened, while the voltage across S1 is zero the amplifier 7 is placed, the output of which is connected to an integrator 20 via S2 which in turn influences a control input for the zero point of the amplifier 7. During this zeroing process of the amplifier 7, a possible Zero-point shift-related output signal integrated and the zero point adjusted accordingly.

Während der Meßphase, d.h. also bei Schließen der Kontakte 1 der Schalter, wird durch den Verstärker 7 die Meßspannung ohne Nullpunktfehler verstärkt und diese Spannung über den Speicher 10 von der Ausgabeeinrichtung 11 angezeigt bzw. parallel dazu in dem beschriebenen Kompensationskreis kompensiert. Das in der Ausgabeeinrichtung 11 angezeigte Signal entspricht - bis auf eine in der Praxis vernachlässigbare Verzögerung durch den Speicher 10 - der Meßspannung. Werden nun von der Logikspannung 19 gesteuert die Schalter umgeschaltet, so wird während des oben beschriebenen Nullstellvorgangs des Verstärkers 7 am Ausgang des Speichers 10 bzw. 13 das zuletzt ausgegebene Signal weiterhin anstehen. Somit zeigt während der Eichphase die Ausgabeeinrichtung 11 also konstant den letzten Wert der Meßphase an, ebenso wird das der Meßspannung entsprechende Signal mit der gleichen Geschwindigkeit wie am Ende der Meßphase weiterhin kompensiert, die Ausgangssignale dieses Kompensationskreises bleiben ebenfalls stetig. Da das an der Ausgabeeinrichtung 11 anstehende Signal im ungünstigsten Fall um die Dauer der Nullstellperiode verzögert ist, diese jedoch um ein bis zwei Größenordnungen kürzer dauert als der Kompensationsvorgang, erreicht die erfindungsgemäße Vorrichtung die in der Beschreibungseinleitung ausgeführten Vorteile.During the measuring phase, i.e. when contacts 1 of the switch are closed, the measuring voltage is amplified by the amplifier 7 without zero point errors and this Voltage across the memory 10 displayed by the output device 11 or in parallel to do this in compensated for the compensation circuit described. This in the output device 11 corresponds to the signal displayed - except for one in practice negligible delay through memory 10 - the measurement voltage. Will now controlled by the logic voltage 19, the switch is switched over, so during the above-described zeroing process of the amplifier 7 at the output of the memory 10 or 13 the last output signal is still pending. Thus shows during the calibration phase, the output device 11 thus constantly the last value of the measuring phase on, and the signal corresponding to the measurement voltage is generated at the same speed as further compensated at the end of the measuring phase, the output signals of this compensation circuit also remain steady. Since the signal pending at the output device 11 in the worst case is delayed by the duration of the zeroing period, but this takes one to two orders of magnitude shorter than the compensation process achieved the device according to the invention those stated in the introduction to the description Advantages.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß eine weitere Korrekturphase, die den Verstärkungsgrad des Verstärkers 7 regelt,nicht nötig ist.In practice it has been shown that a further correction phase, the regulates the gain of the amplifier 7 is not necessary.

Jedoch kann diese weitere Korrektur ohne Schwierigkeiten vorgenommen werden, indem über den Schalter S1 die Ausgangsspannung U' der Spannungsquelle 5 an den Verstärker 7 gelegt wird und das während dieser weiteren Korrekturphase mit dem Integrator 20 aufintegriertes Signal den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 7 regelt. Auch während dieser weiteren Korrekturphase müssen die Schalter S3 und 54 selbstverständlich geöffnet bleiben, damit an den Ausgabeeinrichtungen 11 und 17 ein stetiges Signal ansteh-t und der Kompensationsvorgang auch während dieser zusätzlichen Korrekturphase gleichmäßig erfolgt.However, this further correction can be made without difficulty by the output voltage U 'of the voltage source 5 is applied to the amplifier 7 and that during this further correction phase the integrator 20 integrated signal the gain of the amplifier 7 regulates. The switches S3 and 54 of course remain open so that at the output devices 11 and 17 there is a steady signal and the compensation process also during this additional correction phase takes place evenly.

Claims

Patent an p rü oh e: Device for the compensation of a measuring voltage, in particular the output voltage of a load cell, with a comparator, a Counter, a D / A converter and a digital output device, characterized in that, that the output of the load cell (6) via a first switch. (51) to one Amplifier (7) can be switched on, the output of which is via a switch (S4) and Memory (10) with an output device (11) and also via a further switch (52), the comparator (6), another switch (53) and further memory (13) can be connected to the input of a U / f converter (14), the output of which with a Output socket t15) and the counter (16) is connected, which counter (16) with the digital output device (17) and via the D / A converter (18) with the comparator (8) is in connection and that the amplifier (7) via the first switch (S1) can be switched to the zero voltage, whereby by the output signal of the amplifier (7) via the further switch (S2) and an integrator (20) a control input for the zero point of the amplifier (7) can be influenced, and that the position continues the switch (S1, S2, S3, S4) can be switched periodically by a logic circuit (20).

2. Device according to claim ,, characterized; that the load cell (6) and the D / A converter (18) can be fed from the same voltage source (5).