DE3005449C2

DE3005449C2 - Justierverfahren für parallelgeschaltete Kraftaufnehmer und Kraftaufnehmer zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3005449C2
Application number: DE3005449A
Authority: DE
Inventors: Harry E. Sudbury Mass. Lockery
Original assignee: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Priority date: 1979-02-21
Filing date: 1980-02-14
Publication date: 1982-05-13
Also published as: US4261195A; DE3005449A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Justierverfahren für parallelgeschaltete Kraftaufnehmer mit je mehreren Dehnungsmeßstreifen in Brückenanordnung durch Schalten von Widerständen zwischen Spannungsquelle und Brückenanordnung und/oder zwischen Brückenanordnung und Meßausgang und parallelgeschaltete Kraftaufnehmer mit je mehreren Dehnungsmeßstreifen in Brückenanordnung, bei denen Widerstände zwischen Brückenanordnung und Meßausgang geschaltet sind zur Durchführung des Verfahrens und parallelgeschaltete Kraftaufnehmer mit je mehreren Dehnungsmeßstreifen in Brückenanordnung, bei denen Widerstände zwischen .Spannungsquelle und Brückenanordnung geschaltet sind zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Justierverfahren ist aus der US-PS J i 7 J 507 bekannt. Dabei werden die Kraftaufnehmer so abgeglichen, daß die Quellwiderstände. gemessen an den Ausgangsklemmen der jeweiligen Kraftaufnehmer. gleich sind. Dadurch soll erreicht werden, daß man bei Verwendung der Kraftaufnehmer beispielsweise bei Wägebrücken unabhängig ist von der Exzentrizität der auf die Wägrbriicke wirkenden Last.

Es hat sich nun hei ausgestellt, daß trotz der Justierung der Kraftaufnehmer auf gleichem Quellwiderstand, beispielsweise bei Wägebrücken, eine individuelle Anpassung des Kennwertes jedes Kraftaufnehmers erforderlich ist, sobald, die Wägeeinrichtung hohen Ansprüchen an die Genauigkeit genügen muß.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, die Justierung der Kraftaufnehmer derart vorzunehmen, daß beim Parallelschalten der Kraftaufnehmer ein Abgleich nicht mehr nötig ist um die Unabhängigkeit vom Ort der eingeleiteten Last zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst

ίο daß die Größe der Widerstände für jeden Kraftaufnehmer derart gewählt wird, daß der Quotient aus Ausgangsempfindlichkeit bei Nennlast und ohne Lastwiderstand dividiert durch die Größe des Quellwiderstandes, gemessen an den Ausgangsklemmen, für jeden Kraftaufnehmer gleich ist Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei Kraftaufnehmern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2 bzw. 3 dadurch gelöst daß Festwiderstände zum Brückenausgang derart in Reihe geschaltet sind, daß der Quotient aus Ausgangsempfindlichkeit bei

μ Nennlast und ohne Lastwiderstand dividiert durch die Größe des Quellwiderstands, gemessen an den Ausgangsklemmen, für jeden Kraftaufnehmer gleich ist bzw. wenn Festwiderstände zwischen Spannungsquelle und Brückenanordnung derart geschaltet sind, daß der

J5 Quotient aus Ausgangsempfindlichkeit bei Nennlast und ohne Lastwiderstand dividiert durch die Größe des Quellwiderstands, gemessen an den Ausgangsklemmen, für jeden Kraftaufnenmer gleich ist

Wesentlicher Vorteil der Erfindung ist es, daß keine Einstellmöglichkeiten über Potentiometer mehr notwendig sind, sondern daß untereinander austauschbare Kraftaufnehmer durch Einsatz von Festwiderständen hergestellt werden können. In Fällen, in denen Dehnungsmeßstreifenwägezellen in Vielfachanordnun-

!5 gen eingesetzt werden, kann auf diese Weise die früher verwendete Methode des individuellen Abgleichs vor Ort bezüglich der Eckenempfindlichkeit elektromechanischer Waagen eliminiert werden. Allein der Wegfall der Potentiometer ist bereits ein erheblicher Vorteil, da

jo die Verwendung einer Vielzahl μ Potentiometern kostspielig ist, nicht nur, weil teurere Bauteile zusätzlich gebraucht werden. Es ist außerdem ein bedeutender Zeitaufwand erforderlich, bis eine Brückenschaltung, die aus mehreren individuellen Einzelbrücken besteht,

4". gemäß den Erfordernissen - unter Umständen auch mehrfach - abgeglichen ist. Weiterhin vermindert die Verwendung derartiger Potentiometer die Zuverlässigkeit einer solchen Gesamtanordnung, weil Potentiometer von Hause aus unzuverlässig sind, besonders in

>o solchen Fällen, wo Waagen unter Umgebungsbedingungen eingesetzt werden, die für den Dauerbetrieb von Potentiometern unvorteilhaft sind. So können z. B. Feuchtigkeit und Schmutz in die Potentiometer eindringen, wodurch naturgemäß deren Zuverlässigkeit

V) noch weiter herabgesetzt wird.
Die Figuren zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Anordnung nach dem Stand der Technik mit mehreren Brückenschaltungen, in welcher Potentiometer in Reihe mit den Speisespannungsanschlüssen

M' jeder Brückenschaltiing geschaltet sind

F i g. 2 und 3 Mehrfachanordnungen von Brückenschaltiingen. die nach dem neuen Verfahren abgeglichen sind.

In Fig. I ist eine Mehrfachanordnung von Brücken-

f Ί schaltungen I dargestellt, welche gemäß dem Stand der Technik aus einer Anzahl individueller Aufnehmerbrükkenschaltungen oder Wägezeilen 2 besteht. Dargestellt sind drei dieser Wägezellen, es kann jedoch jede

gewünschte Anzahl individueller Brückenschaltungen parallel geschaltet werden. Jede Brückenschaltung 2 bestelht aus vier DehnungsmeDstreifenelementen 3. Es hat sich nun herausgestellt, daß auch bei konstanten Quellwiderständen, gemessen an der Ausgangsklemme der jeweiligen Brückenschaltung gemäß der US-PS 31 73 507, weiterhin eine Anpassung des Kennwerts jeder Brückenschaitung erforderlich ist.

Die Anordnung beruht auf folgenden Überlegungen, die auch verdeutlichen, weshalb der Stand der Technik nicht befriedigend arbeitet. Es sei:

E Die Ausgangsempfindlichkeit der Brückenschaitung ohne Lastwiderstand bei Nennlast und

R der Quellwiderstand der betreffenden Brückenschaltung.

Die Indizes 1, 2, 3 beziehen sich auf die jeweilige Brückenschaltung. Das Ausgangssignal E₀ zweier Briikkenschaltungen, die parallel geschaltet sind, kann wie folgt ausgedrückt werden:

damit ergibt sich

El Rl +ElRl R\ +Rl

In ähnlicher Weise kann das Ausgangssignal E₀ von drei parallelgeschalteten Aufnehmer-Brückenschaltungen gemäß Fig. 1 gemessen über die Ausgangsklemmen 6' wie folgt ausgedrückt werden:

E₀

El R1R3+E1R1R3+E3R1 Rl

R1R2+R1R3+Rl Rl

E„ =

El +El

(3)

In gleicher Weise kann die Gleichung (2) unter den gegebenen Voraussetzungen wie folgt vereinfacht werden:

El + El + E3
3

(4)

Im Falle gleicher Quellwiderstände werden die Ausgangssignale aller Aufnehmer also einfach gemittelt. Demzufolge ist das Nettoausgangssignal gleich der Summe aller Ausgangssignale der einzelnen Aufnehmer geteilt durch die Anzahl der Aufnehmer im System. Genauso wie die Quellwiderstände der Aufnehmer von Exemplar zu Exemplar schwanken, schwankt jedoch auch die Empfindlichkeit der einzelnen Aufnehmer. Es ",eien beispielsweise folgende Werte der Empfindlichkeit angenommen:

L] = 1.1
El - 1.0

und folgende Wet·; der Quellwiderstiinde
AI = Rl = R - /00 Ohm

El X R + ElX R R + R

(1,I)(IOQ)-Kl₁O)(IOO)
100 + 100

110 + 100
200

= 1,05

Man bemerkt, daß der linke Zählerausdruck größer ist als der rechte Zählerausdruck. Wenn nun die Last auf die Wägezelle EX (linker Zählerausdruck) übertragen wird, steigt das Ausgangssignal der Waage gegenüber einer Belastung der Wägezelle 2 (rechter Ausdruck). Nun ist auch verständlich, weshalb eine Wägebrücke nach der US-PS 31 73 507 nicht unabhängig vom Ort

-¹H der Einleitung der Last ist.

Nun werde die Größe der Widr ,-tände für jeden Kraftaufnehmer derart gewählt, daß der Quotient aus Ausgangsempfindlichkeit dividiert durch Quellwiderstand für jeden Aufnehmer konstant ist. Im Ausfüh- t runfesbeispiel werde also R 1 zu 110 Ohm gemacht, alle anderer Daten bleiben ungeändert. Der neue Ausdruck für das Ausgangssignal der Waage ist:

_r _ (1,1) (100. + (1,0) (110)

^E° ⁼ - ~liö

Nun werde angenommen, daß gemäß der US-PS 31 73 507 die Quellwiderstände R 1 = R 2 = R 3 seien. Dann ergibt sich aus Gleichung (1):

110+ 110
210

= 1,0476

Aus diesem Beispiel ist zu ersehen, daß die beiden Zählerausdrücke identisch sind und es deshalb keinen Unterschied macht, ob die Last gleichmäßig verteilt ist oder ob sie gänzlich von einer oder der anderen Aufnehmerbrückenschaltung aufgenommen wird. Die Gesamtempfindlichkeit ist lediglich durch einen Skalenfak'or verändert, der berücksichtigt werden kann, insbesondere weil dieser Faktor jeden der einzelnen Aufnehmer in gleicher Weise beeinflußt Selbstverständlich werden normalerweise auch die Quellwiderstände der Aufnehmer unterschiedlich sein. Es kommt lediglich auf das Verhältnis der Ausgangsempfindlichkeit und des Quellwiderstandes an. Beispielsweise betrage die nominelle Ausgangsempfindlichkeit im Leerlauf bei Nennlast eines Aufnehmers 2 Millivolt/Volt und der nominelle Quellwiderstand 350 0hm, dann ist das Verhältnis £/« = 0,0056 Ohm.-'.

Dieses Standardverhältnis kann nun entweder durch Veränderung des Quellwiderstandes - wie in Fig. 2 dargestellt - oder durch Veränderung der Empfindlichkeil - wie in F i g. J* dargestellt - erreicht w erden.

Gemäß F i g. 2 wird jeder Aufnehmer mit seiner Nennlast belastet und die Leerlaufempfindlichkeit sehr genau gemessen. Die ursprünglichen Quellwiderstände der Aufnehmer wt ,den auch gemessen und durch das Hinzufügen von Widerständen r I. rl, r3 in ihrem Wert so geändert, daß das Verhältnis Empfindlichkeit zu Quellwiderstand beispielsweise 0,0056 0hm-¹ beträgt. So benötigt, wie leicht nachzurechnen ist, beispielsweise ein Aufnehmer mit einer Empfindlichkeit von 2,002 Millivolt/Volt einen gesamten Quellwiderstand von 2,002/0.0056 = 357,5 Ohm. Ein Aufnehmer mit einer Emofindlichkeit von 1.998 Millivolt nro Volt benötist

demgemäß einen Quellwiderstand von 356,78 Ohm. Wie erwähnt werden die ursprünglichen Quellwiderstände der Aufnehmer gemessen und danach zwei kleine Widerstände in Reihe mit den Ausgangsanschlüssen eingefügt, so daß der gesamte Quellwiderstand entsprechend den oben berechneten Werten ist. Da das Ausgangssignal

R + r

für jeden Aufnehmer gleich ist. ergibt sich entsprechend den obigen Ausführungen für zwei Aufnehmer (auch für -- wie in der F i g. 2 dargestellt - drei oder mehrere Aufnehmer), daß das Ausgangssignal aller Aufnehmer unabhängig davon ist. an welcher Stelle die Last eingeleitet wird. Durch das Einfügen kleiner Widerstände in Reihe mit den Ausgangsklemmen der Aufnehmer dergestalt, daß das Verhältnis Ausgangsempfindlichkeit

genormte Aufnehmer. Wenn derartig genormte Aufnehmer in einer Mehrfachanordnung von Aufnehmerbrücken geschaltet sind, werden weitere Abgleichvorgänge umgangen, wenn die mechanische Struktur der Wägebrücke keinen Anteil an der Eckenlastempfindlichkeit hat.

In der F i g. 2 wurde gezeigt, daß durch den Abgleich des Quellwiderstandes jedes Aufnehmers ein gleiches Verhältnis Ausgangsempfindlichkeit zu Quellwiderstand und damit eine Unabhängigkeit von dem Angriffspunkt der Last erreicht werden kann.

Dasselbe konstante Verhältnis Ausgangsempfindlichkeit zu Quellwiderstand kann auch erreicht werden durch den Abgleich der Leerlaufempfindlichkeit jeden Aufnehmers in Verbindung mit seinem bekannten gemessenen Quellwiderstand. Eine derartige Ausführung zeigt F i g. 3. Dabei werden die teueren Abgleichpotentiometer 4 im Stand der Technik (vgl. Fig. I) durch Festwiderstände 7 ersetzt. Im Stand der Technik werden die Potentiometer 4 abgeglichen ohne Rücksicht auf den Quellwiderstand des Aufnehmers, der von Exemplar zu Exemplar variieren kann. Demzufolge ist die Konstanz der Ausgangsempfindlichkeit zum Quellwiderstand durch das Verfahren aus dem Stand der Technik nicht erfüllt.

Gemäß Fig. 3 wird das Ziel des konstanten Verhältnisses von Ausgangsempfindliohkeit ?ii Quellwiderstand durch den Abgleich der l.eerlnufempfindlichkciten f:\, F.2 und E 3 erreicht Da <?' rrfordrrlii-h ist. alle Zählerausdrücke in Gleichung (I) oder (2) einander gleich /u machen, muß man den Quullwiderstand jedes einzelnen Aufnehmers genau messen und die Leerlaufempfindlichkeit jedes Aufnehmers derart abgleichen, daß beispielsweise EIR gleich 0.005b Ohm

κ,... i'_nnnu

werden die Ausdrücke E\IR\\ E 2/ R 2; EHIRi untereinander gleich und es macht keinen Unterschied, ob die Last auf der Waage gleichmäßig verteilt ist oder ob sie ganz von einem beliebigen Aufnehmer aufgenommen wird.

Die Leerlaufempfindlichkeit der Aufnehmer wird abgeglichen durch die Wahl des jeweiligen Widerstandes 7. der zur Erzielung der gewünschten Empfindlichkeit g- braucht wird. Veränderungen in den Werten der Widerstände 7 haben keinen Einfluß auf den Quellwiderstand des Aufnehmers. Demgemäß kann die Leerlaufempfindlichkeit des Aufnehmers unabhängig von dem Brücken-Quellwidersiond abgeglichen werden und der genormte Verhältniswert EIR ist einfach zu erreichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Justierverfahren für parallelgeschaltete Kraftaufnehiner mit je mehreren Dehnungsmeßstreifen in BrOckenanordnung durch Schalten von Widerständen zwischen Spannungsquelle und Brückenanordnung und/oder zwischen BrOckenanordnung und Meßausgang, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Widerstände für jeden Kraftaufnehmer derart gewählt wird, daß der Quotient aus Ausgangsempfindlichkeit bei Nennlast und ohne Lastwiderstand dividiert durch die Größe des Quellwiderstands, gemessen an den Ausgangsklemmen, für jeden Kraftaufnehmer gleich ist

2. Parallelgeschaltete Kraftaufnehmer mit je mehreren Dehnungsmeßstreifen in Brückenanordnung, bei denen Widerstände zwischen Brückenanordnung und Meßausgang geschaltet sind zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Festwiderstände zum Brückenausgang derart in Reihe geschaltet sind, daß der Quotient aus Ausgangsempfindlichkeit bei Nennlast und ohne Lastwiderstand dividiert durch die Größe des Quellwiderstands, gemessen an den Ausgangsklemmen, für jeden Kraftaufnehmer gleich ist

3. Parallelgeschaltete Kraftaufnehmer mit je mehreren Dehnungsmeßstreifen in Brückenanordnung, bei denen Widerstände zwischen Spannungsquelle und Brückenanordnung geschaltet sind zur Durchführur.? des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Festwiderstände zwischen Spannungsquelle und Brückenanordnung derart geschaltet sind, daß der Quotient aus Ausgangsempfindlichkeit bei l<ennlast und ohne Lastwiderstand dividiert durch die Größe des Quellwiderstands, gemessen an den Ausgangsklemmen, für jeden Kraftaufnehmer gleich ist