CH659524A5

CH659524A5 - Elektrische waage.

Info

Publication number: CH659524A5
Application number: CH7298/82A
Authority: CH
Inventors: Lothar Behrend; Erich Knothe; Franz-Josef Melcher; Juergen Ober
Original assignee: Sartorius Gmbh
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1982-12-15
Publication date: 1987-01-30
Also published as: GB2112150B; JPH0229175B2; DE3149989A1; FR2518742B1; US4450924A; JPS58109819A; FR2518742A1; GB2112150A; DE3149989C2

Description

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation mit wenigstens einer Spule, die sich im Luftspalt einer ortsfesten Permanentmagnetanordnung befindet und über einen Lagensensor und einen Regelverstärker mit einem von der Belastung der Waage abhängigen Kompensationsgleichstrom beaufschlagt wird, einem Messwiderstand, der von demselben Kompensationsgleichstrom durchflössen wird und an dessen beiden Enden ein von der Belastung der Waage abhängiges Signal abgreifbar und einem Analog/Digital-Wandler zuführbar ist, einem Heizwiderstand, der in Reihe mit der Spule und dem Messwiderstand geschaltet ist, und einem von einer Regelschaltung in seiner Amplitude geregelten Wechselspannungsgenerator, der durch die Spule, den Messwiderstand und den Heizwiderstand zusätzlich zum Kompensationsgleichstrom einen Wechselstrom fliessen lässt.

Eine Waage dieser Art ist aus der DE-OS 3 002 462 der Anmelderin bekannt.

Der zusätzliche Wechselstrom soll in der Spule und im Messwiderstand für eine belastungsunabhängige Übertemperatur sorgen. Zur Regelung der Amplitude des Wechselspannungsgenerators ist in der DE-OS 3 002 462 entweder ein Temperaturfühler, beispielsweise in Form eines NTC's, der die Temperatur des Heizwiderstandes bestimmt, oder ein Strahlungssensor, der die Helligkeit des als Glühfaden ausgebildeten Heizwiderstandes bestimmt, vorgesehen. Weiter ist

Fig. 1 eine erste Ausgestaltung der elektrischen Waage 40 und

Fig. 2 eine zweite Ausgestaltung der elektrischen Waage.

Die elektrische Waage in Fig. 1 enthält einen beweglichen Lastaufnehmer 3, der die Lastschale 7 trägt und über zwei 45 Lenker 5 und 6 in Form einer Parallelführung mit dem ortsfesten Teil 1 der Waage verbunden ist. Als Gelenke dienen jeweils Blattfedern 5a, 5b, 6a, 6b an den Enden der Lenker 5 und 6. Der Lastaufnehmer 3 trägt an einem vorstehenden Arm 4 eine Spule 9, die mit dem Feld einer ortsfesten Perso manentmagnetanordnung 2 in Wechselwirkung steht. Der Lagensensor 11 tastet die Lage des Lastaufnehmers 3 ab und liefert über einen Regelverstärker 12 den zur Kompensation der Belastung notwendigen Strom. Dieser Kompensationsgleichstrom wird über bewegliche Zuleitungen 10b und 10c 55 der Spule 9 zugeführt und durchfliesst ebenfalls den Heizwiderstand 20 und den Messwiderstand 13. Am Messwiderstand 13 wird eine stromproportionale Messspannung abgegriffen, in einem Analog/Digital-Wandler 14 digitalisiert, in einer digitalen Rechenschaltung 15 verarbeitet und in der 60 Digitalanzeige 16 angezeigt.

Weiter ist ein Wechselspannungsgenerator 17 vorgesehen, der über einen Kondensator 19 an eine Mittelanzapfung 10a der Spule 9 angeschlossen ist. Der so eingespeiste zusätzliche Wechselstrom teilt sich dort in zwei gleiche Teilströme auf, 65 wobei der eine Teilstrom über die eine Spulenhälfte und den Messwiderstand 13 fliesst, während der andere Teilstrom über die andere Spulenhälfte und den Heizwiderstand 20 in den niederohmigen Ausgang des Regelverstärkers 12 fliesst.

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Sind die Widerstandswerte des Heizwiderstandes 20 und des Messwiderstandes 13 gleich, so sind die beiden Teilwechselströme gleich und führen mit dem ebenfalls für beide Widerstände gleichen Kompensationsgleichstrom zu gleichen Wärmebelastungen der beiden Widerstände. Im einzelnen ist dies in der schon zitiertenDE-OS 3 002 462 erläutert.

Die Amplitude des Wechselspannungsgenerators 17 ist durch eine Gleichspannung am Eingang 17a regelbar. Diese Gleichspannung wird von der Regelschaltung 18 geliefert. Sie besteht aus einem integrierenden Verstärker 21, der seine Ausgangsspannung in bekannter Weise solange ändert, bis die Differenzspannung zwischen seinen beiden Eingängen Null ist. Die Spannung am ersten Eingang des Verstärkers 21 wird aus einem 1:1 Spannungsteiler 22 vom Ausgang des Regelverstärkers 12 abgenommen und beträgt also 50% der Ausgangsspannung des Regelverstärkers 12. Der zweite Eingang des Verstärkers 21 wird über ein RC-Glied 23, das den Wechselspannungsanteil unterdrückt, an die Mittelanzapfung 10a der Spule 9 angeschlossen. Wegen der Gleichheit der beiden Spulenhälften und der Gleichheit der Widerstandswerte des Messwiderstandes 13 und des Heizwiderstandes 20 im Soll-Arbeitspunkt ergibt sich also im abgeglichenen Zustand auch am zweiten Eingang des Verstärkers 21 50% der Ausgangsspannung des Regelverstärkers 12. Die Amplitude des Wechselspannungsgenerators 17 wird also in diesem Fall nicht verstellt.

Der Heizwiderstand 20 befindet sich nach dem eben Gesagten in einer Brückenschaltung, deren einer Brückenzweig aus dem Heizwiderstand 20, den beiden Hälften der Spule 9 und dem Messwiderstand 13 besteht, und deren anderer Brückenzweig aus dem Spannungsteiler 22 besteht. Die Versorgungsspannung dieser Bücke liefert der Regelverstärker 12, während der Verstärker 21 die Brückendiagonale bildet und bei Verstimmung der Brücke die Amplitude des Wechselspannungsgenerators 17 so nachregelt, dass die Soll-Temperatur und damit der Soll-Widerstandswert des Heizwiderstandes 20 wieder erreicht wird.

Wird z.B. die Waage plötzlich stärker belastet, so dass der Regelverstärker 12 einen grösseren Kompensationsgleichstrom liefert, so steigt die Verlustleistung im Heizwiderstand 20 an und er erhöht seinen Widerstandswert. (In Fig. 1 ist bei der Polung des Verstärkers 21 ein Heizwiderstand 20 mit positivem Temperaturkoeffizienten vorausgesetzt worden). Dadurch ist der Brückenabgleich gestört, der Spannungsteiler 22 liefert eine höhere Spannung als der Spannungsteiler aus dem Heizwiderstand 20, der Spule 9 und dem Messwiderstand 13. Die Ausgangsspannung des integrierenden Verstärkers 21 sinkt also - und damit auch die Amplitude des Wechselspannungsgenerators 17 - bis die Verlustleistung im Heizwiderstand 20 und damit dessen Widerstandswert wieder ihren ursprünglichen Wert erreicht.

Eine andere Ausgestaltung der elektrischen Waage zeigt Fig. 2. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit denselben Bezugszahlen bezeichnet. Der Widerstandswert des Heizwiderstandes 20 wird hier in einer Wechselspannungsbrücken-schaltung bestimmt. Der Wechselspannungsgenerator 17 liefert die Versorgungsspannung der Brücke. Der eine Brük-kenzweig wird durch die eine Hälfte der Spule 9 zwischen den Anschlüssen 10a und 10b und dem Heizwiderstand 20 gebildet (wieder wird ein niederohmiger Ausgang des Regelverstärkers 12 vorausgesetzt), der andere Brückenzweig wird durch die andere Hälfte der Spule 9 zwischen den Anschlüssen 10a und 10c und dem Messwiderstand 13 gebildet. Die Diagonalspannung der Brücke wird kapazitiv über zwei Kondensatoren 24 und 25 ausgekoppelt, mit zwei Gleichrichtern 26 und 27 gleichgerichtet, durch zwei RC-Glieder 28 und 29 gesiebt und dann als Differenz dem integrierenden Verstärker 21 zugeführt.

Beim Soll-Arbeitspunkt des Heizwiderstandes sind die Spannungsteilerverhältnisse der beiden Brückenzweige gleich, so dass die kapazitiv an den Kondensatoren 24 und 25 ausgekoppelten Wechselspannungen gleich sind und nach der Gleichrichtung und Siebung die Differenzspannung Null für den Verstärker 21 ergeben. Eine Abweichung des Widerstandswertes des Heizwiderstandes 20 vom Sollwert wird wie bei der Schaltung nach Fig. 1 durch eine Änderung der Amplitude des Wechselspannungsgenerators 17 rückgängig gemacht.

Die Schaltung nach Fig. 2 mit der Wechselspannungsbrücke hat gegenüber der Schaltung nach Fig. 1 mit der Gleichspannungsbrücke den Vorteil, dass alle Schaltelemente kapazitiv angekoppelt sind und so den Kompensationsgleichstrom nicht verfälschen können. Demgegenüber stellt in der Schaltung nach Fig. 1 der Eingangswiderstand des Verstärkers 21 einen Nebenschluss für einen Teil der Spule 9 und den Messwiderstand 13 dar; der Eingangswider-stand muss also entsprechend hoch liegen, um eine Beeinträchtigung der Genauigkeit der Waage zu verhindern. Weiter hat die Schaltung nach Fig. 2 den Vorteil, dass bei grosser Amplitude des Wechselspannungsgenerators 17 sich auch eine grosse Messempfindlichkeit der Widerstandsmessbrücke ergibt, so dass grosse Amplituden besonders genau geregelt werden. Demgegenüber weist die Widerstandsmessbrücke nach Fig. 1 bei grossen Kompensationsgleichströmen, also bei geringer Wechselspannungsamplitude, die grösste Empfindlichkeit auf. Mit kleiner werdendem Kompensationsgleichstrom sinkt die Empfindlichkeit, weshalb der Kompensationsgleichstrom in dieser Schaltung nicht unter einen gewissen Wert sinken darf und auch nicht sein Vorzeichen ändern darf. Der etwas grössere Bauelemtenaufwand der Schaltung nach Fig. 2 lässt sich reduzieren, wenn die über die Kondensatoren 24 und 25 abgegriffenen Wechselspannungen direkt den Eingängen eines Differenzverstärkers zugeführt werden und die Ausgangswechselspannung je nach Vorzeichen eine Wechselspannungs- Mit- bzw. Gegenkopplung im Wechselspannungsgenerator 17 bildet.

Der Heizwiderstand 20 wird in beiden Schaltungen zweckmässigerweise durch den Glühfaden einer Glühbirne gebildet. Dieser Glühfaden hat im Zustand der leichten Rotglut einen grossen positiven Temperaturkoeffizienten, so dass sich eine grosse Messempfindlichkeit ergibt. Durch die hohe Übertemperatur gehen Änderungen der Umgebungstemperatur nur in einem sehr kleinen Verhältnis ein. Aber auch andere PTC-Widerstände der NTC-Widerstände können für den Heizwiderstand eingesetzt werden. Bei Benutzung eines NTC-Widerstandes ist die Polung des Verstärkers 21 in Fig. 1 und 2 selbstverständlich umgekehrt zu wählen, um das entgegengesetzte Vorzeichen des Temperaturkoeffizienten auszugleichen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

659524 PATENTANSPRÜCHE

1. Waage nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation mit wenigstens einer Spule, die sich im Luftspalt einer ortsfesten Permanentmagnetanordnung befindet und über einen Lagensensor und einen Regelverstärker mit einem von der Belastung der Waage abhängigen Kompensationsgleichstrom beaufschlagt wird, einem Messwiderstand, der von demselben Kompensationsgleichstrom durchflössen wird und an dessen beiden Enden ein von der Belastung der Waage abhängiges Signal abgreifbar und einem Analog/Digital-Wandler zuführbar ist, einem Heizwiderstand, der in Reihe mit der Spule und dem Messwiderstand geschaltet ist, und einem von einer Regelschaltung in seiner Amplitude geregelten Wechselspannungsgenerator, der durch die Spule, den Messwiderstand und den Heizwiderstand zusätzlich zum Kompensationsgleichstrom einen Wechselstrom fliessen lässt, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (20) einen temperaturabhängigen Widerstandswert aufweist, und dass die Regelschaltung (18) die Amplitude des zusätzlichen Wechselstromes so regelt, dass der Widerstandswert des Heizwiderstandes (20) einen praktisch konstanten Wert behält.

2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (20) aus dem Glühfaden einer Glühbirne besteht.

3. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (20) aus einem PTC besteht.

4. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (20) aus einem NTC besteht.

5. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Wechselspannungsgenerators (17) kapazitiv an eine Mittelanzapfung (10a) der Spule (9) angeschlossen ist.

6. Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (20) zwischen der Spule (9) und dem Ausgang des Regelverstärkers (12) geschaltet ist.

auf die Möglichkeit der digitalen Steuerung über einen Mikroprozessor hingewiesen. Alle diese Ausgestaltungen sind insofern verbesserungswürdig, da sie verhältnismässig aufwendiger sind und teure Bauelemente benötigen, s Aufgabe der Erfindung ist es nun, für die oben bezeichnete Waage eine Schaltung anzugeben, die mit einfachen und preisgünstigen Bauelementen auskommt.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Heizwiderstand einen temperaturabhängigen Widerstands-10 wert aufweist, und dass die Regelschaltung die Amplitude des zusätzlichen Wechselstromes so regelt, dass der Widerstandswert des Heizwiderstandes einen praktisch konstanten Wert behält.

Der temperaturabhängige Widerstandswert des Heizwider-15 standes wird also direkt als Eingangsgrösse der Regelschaltung benutzt. Dieser Widerstandswert des Heizwiderstandes kann beispielsweise in einer Brückenschaltung bestimmt werden, wobei die Spannungsversorgung dieser Brücke entweder durch den Kompensationsgleichstrom oder durch den 20 zusätzlichen Wechselstrom erfolgen kann.

Der temperaturabhängige Heizwiderstand wird zweckmässigerweise durch den Glühfaden einer Glühbirne realisiert. In diesem Fall ist die Übertemperatur sehr hoch, so dass eventuelle geringe Änderungen der Umgebungstemperatur 25 praktisch keinen Einfluss haben. Es ist aber auch möglich, als Heiz widerstand einen PTC oder einen NTC einzusetzen.

Weiter ist es zweckmässig, den Ausgang des Wechselspannungsgenerators kapazitiv an die Mittelanzapfung der Spule anzuschliessen, da sich dann die Induktivität der beiden Spu-30 lenhälften für den zusätzlichen Wechselstrom aufhebt.

Die Messung des Widerstandswertes des Heizwiderstandes erfolgt vorteilhafterweise in einer Brückenschaltung, die besonders einfach aufgebaut werden kann, wenn der Heizwiderstand zwischen der Spule und dem Ausgang des Regel-35 Verstärkers geschaltet ist.