DE2803682A1

DE2803682A1 - Waage

Info

Publication number: DE2803682A1
Application number: DE19782803682
Authority: DE
Inventors: Erich Knothe; Franz-Josef Ing Grad Melcher
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1978-01-27
Filing date: 1978-01-27
Publication date: 1979-08-02
Also published as: FR2415798B1; US4236590A; CH637473A5; GB2013433A; FR2415798A1; GB2013433B

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Waage mit einem elektromagnetisch kompensierten Lastsystem und einem elektromagnetisch kompensierten Bezugssystem, bei der im Last- oder Meßpfad auftretende oder abgeleitete Signale zu im Bezugspfad auftretenden oder abgeleiteten Signalen zur Messung in Bezug gesetzt werden.

Aus der DT-PS 1 194 167 und der DT-AS 2 233 85o sind Waagen bekannt, bei denen die Grosse eines elektrischen Stromes, der eine Bezugssystemkompensationsspule durchströmt, in Abhängigkeit von deren Auslenkung bestimmt wird. Der Strom dieser Grosse wird dann als Kompensationsstrom der Lastspule in Form von im Abstand voneinander angeordneten rechteckigen Impulsen mit einer durch die Auslenkung der Lastspule bestimmten Impulslänge zugeführt. Die Lastkompensation erfolgt somit nur in voneinander getrennten Zeitintervallen, was zu Abweichungen führen kann. Hierbei werden die Impulslängen in Digitalwerte umgesetzt.

Insbesondere treten bei der Signalverarbeitung von Signalen aus Meß- und Bezugspfad Schwierigkeiten hinsichtlich der Erschütterungs-Optimierung der Verarbeitung, speziell bei einer digitalen Verarbeitung, auf.

Erfindungsgemäß wird eine optimale Verarbeitung dann erzielt, wenn die Signale der beiden Pfade zur Digitalisierung gleichzeitig beginnend und gleichzeitig endend, miteinander koinzidierend verarbeitbar sind.

In vorteilhafter Weise werden hierdurch für eine Weiterverarbeitung miteinander vollständig korrespondierende Signale gewonnen, die durch ihre deckungsgleiche Ableitung fehlerfrei miteinander in Bezug gesetzt werden können und deshalb

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eindeutige Ergebnisse liefern, weil sie eindeutig einem identischen Ablaufabsdhnitt der Wägung entstammen.

Mit besonderem Vorteil kann in den Last- oder Meßpfad und in den Bezugspfad je ein A/D-Wandler eingeschaltet sein und jeder dieser A/D-Wandler kann mit der gleichen Referenzspannungsquelle verbunden sein. Mit Vorteil können die Schaltzeiten der Referenzspannungsquelle klein im Vergleich zur Resonanzzeit der Last- und Referenzwaage sein.

Mit Vorteil können dabei die Bewertungszeiten der Referenzspannungsquelle von einem Rechner einer den A/D-Wandlern nachgeschalteten Datenverarbeitungsanlagen bestimmbar sein. Der Rechner kann dabei mit Vorteil die Anzahl der Teilintegrationen/ die zur Gesamtme3wertbildung verwendet werden können, bestimmen, wobei die Teilintegrationen oder Teilmessungen nicht aufeinanderfolgen müssen.

Es kann zweckmäßig sein, daß die Schaltung der Referenzspannungsquelle vom Rechner über eine A/D-Wandlersteuerung erfolgt. In vorteilhafter Weise kann ferner jedem A/D-Wandler je ein Zähler nachgeschaltet sein, deren Zählstellung gegebenenfalls nach einer Verarbeitung im Rechner einer Anzeige bzw. einem Datenausgang für eine weitere Verarbeitung zuführbar ist. Insbesondere kann dabei die Verarbeitung im Rechner eine Quotientenbildung aus den Werten der Zähler sein.

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Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann die Lage einer Lastspule im zugeordneten Magnetluftspalt von einem Lagensensor feststellbar und ein entsprechendes Signal über die Lastspule einem Integrator zuführbar sein, dem zur Abintegration eine Referenzspannung aus der gemeinsamen Referenzspannungsquelle zuleitbar und dessen Ausgang mit der A/D-Wandlersteuerung verbunden ist. Dabei kann zwischen dem Lagensensor und der Lastspule ein Verstärker für das Signal eingeschaltet sein und dem Integrator kann ein Präzisionswiderstand vorgeschaltet sein. Weiterhin kann zwischen dem Integrator und der Referenzspannungsquelle ein Widerstand eingeschaltet sein.

Mit Vorteil kann dabei dem Integrator ein dessen Integrationszustand messender Komparator nachgeschaltet sein, der einen entsprechenden logischen Meßwert an die A/D-Wandlersteuerung abgibt, die eine dem Meßergebnis entsprechende Impulsmenge dem zugeordneten Zähler zuführt.

Bei dieser Ausführungsform kann ferner die Lage einer Bezugsspule im zugeordneten Magnetluftspalt von einem Lagensensor feststellbar und ein entsprechendes Signal über die Bezugsspule einem Integrator zuführbar sein, dem zur Abintegration eine Referenzspannung aus der Referenzspannungsquelle zuleitbar ist und dessen Ausgang mit der A/D-Wandlersteuerung verbunden ist, wobei zwischen dem Lagensensor und der Bezugsspule ein Verstärker für das Signal eingeschaltet ist.

Auch hier kann dem Integrator ein Präzisionswiderstand vorgeschaltet sein. Zwischen dem Integrator und der Referenzspannungsquelle kann ein Widerstand eingeschaltet sein und dem Integrator kann ein dessen Integrationszustand messender Komparator nachgeschaltet sein, der einen entsprechenden

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logischen Meßwert für den Bezugspfad an die A/D-Wand ler steuerung abgibt, die eine dem Meßergebnis entsprechende Impulsmenge dem zugeordneten Zähler zuführt.

Bei dieser Ausführungsform können gegebenenfalls bei entsprechender Auslegung der Schaltung die Widerstände entfallen.

Zur Abintegration kann den Integratoren von der gemeinsamen Referenzspannungsquelle eine Referenzspannung entgegengesetzter Polarität zuführbar sein. Bei dieser Waage kann der dem Zähler nachgeschaltete Rechner aus' deren Werten einen Quotienten bilden, der in der Anzeige darstellbar ist oder weiterverarbeitet werden kann.

Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn die Lastspule und die Bezugsspule an einem Dauermagnetsystem angeordnet sind. Besonders einfache Verhältnisse treten dann auf, wenn die Bezugsspule eine konstante Last trägt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden.

Es zeigen

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Fig. 1 eine schematische Prinzipschaltung

und
Fig. 2 eine Schaltung, die bei einer Quotientenwaage Anwendung findet.

In Fig. 1 sind schematisch im oberen Abschnitt zwei Pfade 25 und 26 dargestellt. Der Pfad 25 ist der Last- oder Meßpfad einer Waage mit einem elektromagnetisch kompensierten Lastsystem. Die Einzelheiten der Waage sind nicht dargestellt. In diesem Last- oder Meßpfad treten bestimmte Signale auf oder werden bestimmte Signale abgeleitet, die weiterverarbeitet werden sollen. Weiterhin ist schematisch ein Bezugspfad dargestellt, der dem elektromagnetisch kompensierten Bezugssystem zugeordnet ist, und die in diesem Pfad auftretenden oder abgeleiteten Signale sollen zur Messung oder Wägung zu den Signalen im Last- oder Meßpfad in Bezug gesetzt werden.

Die Signale der beiden Pfade 25 und 26 sollen nun zur Digitalisierung gleichzeitig beginnend und gleichzeitig endend miteinander koinzidierend integriert werden.

An den Pfad 25 schließt sich ein A/D-Wandler 27 an und an den Pfad 26 schließt sich ein A/D-Wandler 28 an. Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die beiden A/D-Wandler 27 und 28 über eine gemeinsame Leitung 36 mit ein- und derselben Referenzspannungsquelle 29 verbunden. Diese Referenzspannungsquelle führt die erforderlichen Referenzspannungen und Kompensationsspannungen zur Aufintegration und Abintegration den A/D-Wandlern zu.

Diese A/D-Wandler 27 und 28 sind über Leitungen 37 und 38 mit einer A/D-Wandlersteuerung 14 verbunden. Die A/D-Wandlers teuerung 14 steht über eine Leitung 39 mit der

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CPU eines Rechners 16 in Verbindung, wobei dieser Rechner 16 zu einer Datenverarbeitungseinrichtung gehört, welche die von den A/D-Wandlern 27 und 28 abgegebenen Signale weiterverarbeitet. Die A/D-Wandlersterung 14 wird von einem Taktgeber 40 mit Taktpulsen beaufschlagt.

Die so weit beschriebene Schaltung arbeitet in der Weise, daß unter der Steuerung des Rechners 16 und unter Zwischenschaltung der A/D-Wandlersteuerung 14 über die Leitungen 27 und 28 die Referenzspannungsquelle 29 gleichzeitig den beiden A/D-Wandlern 27 und 28 zugeschaltet-und von den Komparatoren (11, 20) abgeschaltet wird, so daß eine Verarbeitung der über die Pfade 25 und 26 zugeführten Signale gleichzeitig beginnt, koinzidierend miteinander durchgeführt wird, so daß die von den A/D-Wandlern 27 und 28 abgegebenen Signale identischen Ablaufphasen der Wägung entsprechen.

Die von den A/D-Wandler 27 und 28 abgegebenen Signale werden in den zugeordneten Zählern 15 und 23 gezählt und im Rechner 16 verarbeitet. Insbesondere können im Rechner 16 Quotienten aus den Werten der Zähler 15 und 23 gebildet werden, und diese Quotienten können dann an der Anzeige 24 dargestellt werden, oder können als Datenausgang abgegeben werden.

Durch diese Schaltung wird eine optimale Auswertung der Signale im Meß- und Bezugspfad möglich.

In Fig. 2 ist schematisch eine Quotientenwaage dargestellt. Bei dieser Quotientenwaage ist an einem Ständer 1 ein Dauermagnet 2 mit Kern 3 befestigt. In den vom Dauermagneten 2 und dem Kern 3 gebildeten Luftspalt taucht eine Lastspule 4 ein, die durch Parallelführungen 6 geführt ist. Diese Lastspule 4 trägt eine Lastschale 40, auf die eine Last m aufgelegt ist.

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Die hierdurch erzwungene Lage der Lastspule 4 wird von einem Lagensensor 8 gemessen, und es wird hierdurch in bekannter Weise ein Signal erzeugt, welches im Verstärker 9 verstärkt wird und zur Kompensation der Lastspule 4 zugeführt wird. Aus der Lastspule 4 gelangt dieses Signal über die Präzisionswiderstandsschaltung 10 zum Integrator 11.

Dieser Integrator 11 steht über einen Widerstand 12 und einen Schalter 30 in einer A/D-Wandlersteuerung 14 mit einer Referenzspannungsquelle 29 in Verbindung. Diese Referenzspannungsquelle kann beispielsweise zur Abintegration dem Integrator 11 eine in der Polarität entgegengesetzte Spannung zuleiten. Der sich hierbei einstellende Zustand des Integrators 11 wird mit einem nachgeschalteten Komparator 13 gemessen und logisch der zentralen A/D-Wandlersteuerung 14 zugeführt. Diese Wandlersteuerung 14 bildet eine dem logischen Meßwert entsprechende Impulsmenge, und diese Impulsmenge wird im Zähler 15 summiert und im Rechner 16 weiterverarbeitet.

Die Bezugs- oder Referenzwaage weist eine Bezugsspule 5 auf, die in den Luftspalt eintaucht, der vom gleichen Dauermagneten 2 und Kern 3 gebildet wird. Diese Bezugsspule 5 wird durch eine Parallelführung 7 geführt und trägt ein Bezugsgewicht m , welches beispielsweise konstant sein kann. Die Lage der Spule 5 wird vom Lagensensor 17 gemessen, und es wird wiederum in an sich bekannter Weise ein entsprechendes Signal erzeugt und im Verstärker 18 verstärkt und durch die Bezugsspule 5 über den Präzisionswiderstand 19 einem Integrator 20 zugeführt. Dieser Integrator 20 ist ebenfalls über den Schalter 30 mit der gleichen Referenzspannungsquelle 29 verbunden, die zur Abintegration diesem Integrator 20 ein in der Polarität entgegengesetztes Signal überden

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Widerstand 21 zuführt. Der hierbei erreichte Zustand des Integrators 20 wird mit einem nachgeschalteten Komparator 22 gemessen und logisch der zentralen A/D-Wandlersteuerung 14 zugeführt, die eine dem logischen Meßergebnis entsprechende Impulsmenge erzeugt und dem Zähler 23 zur Summierung zuführt, wobei diese Impulsmenge dann vom Rechner 16 weiterverarbeitet wird.

Der Rechner 16 bildet in bekannter Weise den Quotienten aus den beiden Meßwerten der Zähler 15 und 23, und das Ergebnis wird an der Anzeige 24 und am Datenausgang 24 zur Verfügung gestellt.

Wie Fig. 2 zeigt, ist der Rechner 16 schematisch über eine Leitung 41 mit der A/D-Wandlersteuerung 14 verbunden, und diese Verbindung dient zur Steuerung des Doppelschalters 30. Dieser Doppelschalter 30 weist zwei parallele gleichzeitig miteinander bewegbare Schaltarme 32 und 33 auf. Ein gleichliegendes Ende dieser Schaltarme 32 und 33 ist, wie bei 31 gezeigt, miteinander verbunden und diese Enden stehen gemeinsam mit der Referenzspannungsquelle 29 in Verbindung. Es sind im Schalter 30 zwei Schaltpole 34 und 35 vorgesehen, und von diesen Schaltpolen 34 und 35 führen Leitungen zu den Integratoren 11 und 20. Der Schalter ist in seiner Öffnungsstellung dargestellt. In dieser Stellung sind die beiden Integratoren 11 und 20 gleichzeitig von der gemeinsamen Spannungsquelle 29 getrennt. Wenn durch den Rechner 16 der Doppelschalter 30 in seine Schließstellung gebracht wird, in welcher die Kontaktarme 32 und 33 die Kontaktpole 34 und 35 berühren, so werden die beiden Integratoren 11 und 20 gleichzeitig mit der Referenzspannungsquelle 29 verbunden und können gleichzeitig mit der Integration der getrennt zugeführten Signale· beginnen. Wenn der Schalter 30 in die dargestellte

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öffnungsstellung gebracht wird, so werden die beiden Integratoren 13 und 22 von der Referenzspannungsquelle 29 abgeschaltet, und die Integration wird beendet.

Die Widerstände 10, 19, 12 und 21 können bei einer entsprechenden Auslegung der Schaltung entfallen.

Die Anzahl und der zeitliche Zusammenhang der Teilmeßergebnisse werden vorteilhafterweise vom Rechner bestimmt.

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L e e r s e i t e

Claims

MÜLLER-BOF-d · OEÜF3JL · SCHÖN - HERTEL PATENTANWÄLTE 27. JAN. "978 DR. WOLFGANG MÜLLER-BORfe (PATENTANWALTVON 1927-1975) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS. Hl/Gei.-S 3071 SARTORIUS-WERKE GMBH (und vorm.Göttinger Präzisionswaagenfabrik. GmbH) 34oo Göttingen Waage Patentansprüche

1.) Waage mit einem elektromagnetisch kompensierten Lastsystem und einem elektromagnetisch kompensierten Bezugssystem, bei der im Last- oder Meßpfad auftretende oder abgeleitete Signale zu im Bezugspfad auftretenden oder abgeleiteten Signalen zur Messung in Bezug gesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der beiden Pfade (25, 26) zur Digitalisierung gleichzeitig beginnend und gleichzeitig endend, miteinander koinzidierend verarbeitbar sind.

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Last- oder Meßpfad (25) und in den Bezugspfad (26) je ein A/D-Wandler (27, 28) eingeschaltet ist, daß jeder A/D-Wandler (27, 28) mit der gleichen Referenzspannungsquelle (29)

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ORSGIMAL INSPECTED

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verbunden ist.

3. Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzeiten der Referenzspannungsquelle (29) klein sind im Vergleich zur Resonanzzeit der Last- und Referenzwaage.

4. Waage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertung der Referenzspannungsquelle (29) vom Rechner über eine A/D-Wandlersteuerung (14) erfolgt.

5. Waage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem A/D-Wandler (27, 28) je ein Zähler (15, 23) nachgeschaltet ist, deren Zählstellung gegebenenfalls nach einer Verarbeitung im Rechner (16) einer Anzeige bzw. einem Datenausgang (24) zuführbar ist.

6. Waage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung im Rechner (26) eine Quotientenbildung aus den Werten der Zähler (15, 23) ist.

7. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage einer Lastspule (4) im zugeordneten Magnetluftspalt von einem Lagensensor (8) feststellbar und ein entsprechendes Signal über die Lastspule (4) einem Integrator (11) zuführbar ist, dem zur Abintegration eine Referenzspannung aus der gemeinsamen Referenzspannungsquelle (29) zuleitbar und dessen Ausgang mit der A/D-Wandlersteuerung (14) verbunden ist.

8. Waage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lagensensor (8) und der Lastspule (4) ein Verstärker (9) für das Signal eingeschaltet ist.

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9. Waage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator (11) ein Präzisionswiderstand vorgeschaltet ist.

0O. Waage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Integrator (11) und der Referenzspannungsquelle (29) ein Widerstand (12) eingeschaltet ist.

11. Waage nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator (11) ein dessen Integrationszustand messender Komparator (13) nachgeschaltet ist, der einen entsprechenden logischen Meßwert an die A/D-Wandlersteuerung (14) abgibt, die eine dem Meßergebnis entsprechende Impulsmenge dem zugeordneten Zähler (15) zuführt.

12. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage einer Bezugsspule (5) im zugeordneten Magnetluftspalt von einem Lagensensor (17) feststellbar und ein entsprechendes Signal über die Bezugsspule (5) einem Integrator (20) zuführbar ist, dem zur Abintegration eine Referenzspannung aus der Referenzspannungsquelle zuleitbar und dessen Ausgang mit der A/D-Wandlersteuerung (14) verbunden ist.

13. Waage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lagensensor (17) und der Bezugsspule (5) ein Verstärker

(18) für das Signal eingeschaltet ist.

14. Waage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator (20) ein Präzisionswiderstand (19) vorgeschaltet ist.

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15. Waage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Integrator (20) und der Referenzspannungsquelle (29) ein Widerstand (21) eingeschaltet ist.

16. Waage nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator (20) ein dessen Integrationszustand messender Komparator (22) nachgeschaltet ist, der einen entsprechenden logischen Meßwert an die A/D-Wandlersteuerung (14) abgibt, die eine dem Meßergebnis entsprechende Impulsmenge dem zugeordneten Zähler (23) zuführt.

17. Waage nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der A/D-Wandlersteuerung (14) ein Doppelschalter (30) ,der von den Koinparatoren (13 ,22) schaltbar ist, angeordnet ist und daß dessen eine Seite (31) mit der Referenzspannungsquelle verbunden ist und dessen beide Schaltelemente (32, 33) mit Anschlußpolen (34, 35) verbindbar sind, von denen aus Leitungen zu den beiden Integratoren (11, 20) führen.

18. Waage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abintegration den Integratoren (11, 20) von der gemeinsamen Referenzspannungsquelle (29) eine Referenzspannung entgegengesetzter Polarität zuführbar ist.

19. Waage nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der den Zählern (15, 23) nachgeschaltete Rechner (16) aus deren Werten einen oder mehrere Quotienten bildet, die in der Anzeige (24) darstellbar sind.

20. Waage nach einem der Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastspule (4) und die Bezugsspule (5) in einem Dauermagnetsystem (2, 3) angeordnet sind.

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21. Waage nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichn
trägt.

zeichnet, daß die Bezugsspule (5) eine konstante Last (m )

22. Waage nach einem der Ansprüche 7 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl und der zeitliche Zusammenhang der Teilmeßergebnisse vom Rechner bestimmt werden.

23. Waage nach einem der Ansprüche 7 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Präzisionswiderstände (10, 12, 19, 21) bei geeigneter Schaltungsdxmensionxerung entfallen können.

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