Die Erfindung betrifft eine Waage, umfassend einen Lastteil und einen Referenzteil, die unabhängig voneinander vertikal beweglich am festen Teil der Waage aufgehängt sind und je eine in einem gemeinsamen Magnetfeld angeordnete Kompensationsspule aufweisen, wobei Detektoren die belastungsabhängigen Auslenkungen von Last- und Referenzteil aus einer Nullage feststellen und über Regelkreise Ströme in den Kompensationsspulen regeln, durch deren elektromagnetische Kraftwirkung Last- und Referenzteil jeweils für sich in die Nullage zurückgeführt werden.
Gemäss dem Patentanspruch des Hauptpatentes ist die dort beschriebene Waage dadurch gekennzeichnet, dass Schaltmittel vorgesehen sind, welche den durch die Referenzspule fliessenden Gleichstrom abhängig vom Detektorsignal des Lastteils entweder der Lastspule oder einer Ersatzlast zuleiten.
Im Verlauf der weiteren Entwicklung des Erfindungsgegenstandes des Hauptpatentes hat es sich gezeigt, dass die Anordnung mit einer Ersatzlast eine zwar durchaus mögliche, aber nicht die vorteilhafteste Realisierung für das dem Hauptpatent zugrundeliegende Prinzip darstellt, den die Referenzspule durchfliessenden Strom zeitweise auch durch die Lastspule fliessen zu lassen.
Da die Ersatzlast eine gewisse Verlustleistung und damit Verlustwärme bedeutet, wurde eine Realisierung ohne diese Ersatzlast angestrebt. Entsprechende Versuche ergaben, dass in der Tat darauf verzichtet werden kann.
Dementsprechend ist eine Waage der eingangs beschriebenen Art gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass Schaltmittel vorgesehen sind, welche den durch die Referenzspule fliessenden Gleichstrom abhängig vom Detektorsignal des Lastteils periodisch der Lastspule zuführen.
Vorzugsweise wird dabei den Schaltmitteln eine Haltediode zugeordnet, welche ein Stromloswerden der Referenzspule bei abgeschalteter Lastspule verhindert.
In einer Variante der Erfindung können die Schaltmittel dergestalt parallel zur Lastspule angeordnet sein, dass der Gleichstrom bei geöffneter Schalterstellung durch die Lastspule und bei geschlossener Schalterstellung durch die Schaltmittel fliesst.
Nachstehend wird der Gegenstand der Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind; dabei zeigen
Figur 1 das erste, und
Figur 2 das zweite Ausführungsbeispiel.
Bezüglich der grundsätzlichen Funktionsweise sowie insbesondere der Waage selbst wird auf die Beschreibung und Zeichnung des Hauptpatentes bezuggenommen, wobei aus letzterer der besseren Klarheit halber für gleiche Bestandteile auch die gleichen Bezugszeichen übernommen wurden.
Beispiel 1
Wie im Hauptpatent beschrieben ist, erzeugt die Auslenkung des Referenzteils aus der Nullage unter seinem Eigengewicht mittels zweier Ringkondensatoren 19, 19' ein Abtastsignal, welches in einer Geberschaltung 20 und einem PID Regler 21 bekannter Bauart mittels entsprechender Komponenten (Gleichrichter, Verstärker etc.) einen Kompensationsstrom erzeugt, der durch die Referenzspule 11 fliesst und den Referenzteil durch elektromagnetische Kraftwirkung (nahezu) in der Nullage hält. Anschliessend passiert dieser Strom einen unter Verwendung eines Feldeffekttransistors (FET) ausgeführten Trennverstärker 22 und gelangt von dort zum Schalter 23.
In dem im Hauptpatent beschriebenen Ausführungsbeispiel leitet der Schalter 23 den Strom abwechselnd der Lastspule 10 und einer Ersatzlast 24 zu. Hierzu ist es notwendig, den Schalter 23 mit zwei FET auszustatten, wobei der eine zum An /Abschalten der Lastspule 10, der andere zum Ab-/Anschalten der Ersatzlast 24 dient. Der Zweck der Ersatzlast ist dabei der, zu verhindern, dass die Referenzspule durch zu grosses Absinken der Spannung nach Abschalten der Lastspule 10 stromlos wird.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Zeitraum zwischen dem Abschalten der Lastspule 10 und dem Anschalten der Ersatzlast 24 (und umgekehrt) von jeweils ca. 10-20 ns noch gross genug ist, um einen kurzzeitigen starken Spannungsabfall zuzulassen, der zwar kleine, aber doch merkbare Rückwirkungen auf den Trennverstärker (TV) 22 und die Referenzspule 11 hat (Stromspitzen, die den Wert jedes Kompensationsstromimpulses unabhängig von dessen Länge verfälschen und damit bei entsprechend hoher Auflösung eine Unlinearität der Gewichtsanzeige zur Folge haben).
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist nunmehr eine Haltediode 50 vorgesehen, die einerseits zwischen Schalter 23' und TV 22, andererseits an das Potential Null (Erde) angeschlossen ist. Sie wirkt wie folgt: Solange der Schalter 23' geschlossen ist (Dauer des Kompensationsstromimpulses zur Lastspule), sperrt die Diode 50, d. h. es fliesst kein Strom gegen Null. Sobald der Schalter 23' den Stromlauf unterbricht, fällt die Spannung am Punkt P sehr rasch ab. Sobald sie den Wert Null erreicht, wird die Diode 50 leitend, und die Spannung - 15 Volt genügt, die Grösse des Stroms im Zweig Spule 11 / TV 22 praktisch unverändert zu lassen. Durch Verwendung einer rasch ansprechenden Diode 50 lassen sich dabei Schaltzeiten von ca. 1-2 ns erreichen, so dass für die oben beschriebene Rückwirkung auf Trennverstärker 22 und Referenzspule 11 buchstäblich keine Zeit bleibt.
Es ist im übrigen ersichtlich, dass der Schalter 23' nur einen FET aufweist, wogegen der Schalter 23 in der Ausführung mit Ersatzlast 24 gemäss dem Beispiel des Hauptpatentes deren zwei benötigt. Dies bedeutet weiterhin, dass die Steuerelektronik für den Schalter 23' einfacher geworden ist.
In Fig. ist schliesslich ein Kondensator 51 parallel zur Lastspule 10 gezeigt. Dieser Kondensator 51 dient in bekannter Weise zur Glättung, d. h. er verhütet Spannungsspitzen in der Lastspule 10: Während der Einschaltdauer des Kompensationsstroms (Impulslänge) nimmt er einen Teil dieses Stroms auf und gibt diesen Teil während der Pause zwischen zwei Stromimpulsen wieder an die Spule ab. Da der Transistor im Schalter 23' während der Pause sperrt, ist ein Rückfluss vom Kondensator 51 über den Schalter nicht möglich.
Beispiel2
In dieser Variante ist eine weitere Vereinfachung dadurch erreicht, dass der Schalter 23" nur noch einen einfachen Transistor enthält und parallel zur Lastspule 10 geschaltet ist.
Letzterer ist eine Diode 52 vorgeschaltet. Die Anordnung wirkt so, dass bei sperrendem Transistor (Schalter 23") der Strom in Durchlassrichtung der Diode 52 zur Lastspule 10 fliesst, während er bei leitendem Transistor 23" über diesen fliesst (die Diode sperrt gegen einen Rückfluss vom Kondensator 51).
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass durch die Verwendung eines einfachen Transistors für den Schalter 23" dessen Ansteuerung (aus dem Signal vom Flipflop 30) nochmals wesentlich vereinfacht wird.
Die Verwendung eines einfachen Transistors für den Schalter 23-' ist deshalb möglich, weil der benötigte Steuerstrom bei dieser Schaltung die Stärke des Stroms in der Lastspule 10 nicht beeinflusst. Anders beim Trennverstärker 22 und den Schaltern 23'(Beispiel 1) und 23 (Hauptpatent): Um auch kleine Verfälschungen der Kompensationsstromimpulse in der Spule 10 zu vermeiden, werden dort (stromlos gesteuerte) FET eingesetzt.