DE19603993B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle einer Wägeeinrichtung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Ermittlung von Meßfehlern bei Wägeeinrichtungen, insbesondere in Differentialdosierwaagen, Massendurchflußmeßgeräten, Durchlaufmeßgeräten, Bandwaagen oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß
– die Wägeeinrichtung zusätzlich zu ihrer Betriebsbelastung mit einer Wechselkraft bekannter Größe beaufschlagt wird,
– aus dem Meßsignal der Wägeeinrichtung eine Kenngröße für die Wechselkraft ermittelt und mit einer Auslegungskenngröße verglichen wird, um bei Abweichungen eine Fehlermeldung zu erzeugen und
– das Meßsignal durch Subtraktion eines der Wechselkraft entsprechenden Korrektursignals korrigiert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Meßfehlern bei Wägeeinrichtungen, insbesondere in Differentialdosierwaagen, Massendurchflußmeßgeräten, Durchlaufmeßgeräten, Bandwaagen oder dergleichen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Bei kontinuierlichen Wägeeinrichtungen ist eine Überprüfung der Wägefunktion besonders wichtig, weil Meßfehler wegen der kontinuierlichen Betriebsweise nur schwer zu erkennen sind und schleichende Veränderungen beispielsweise durch sich stetig vergrößernde Kraftnebenschlüsse sich besonders schädlich auswirken können, da sie sich über die Zeit aufsummieren und die Funktion von dem Wägesystem nachgeordneten Einrichtungen schwer beeinträchtigen können. Außerdem ist die übliche Kontrolle dieser Wägesysteme mittels aufgelegter Prüfgewichte nur bei einer Betriebsunterbrechung möglich. Neben dem Ausfall von Nutz-Wägezeit und der deswegen in vielen Fällen notwendigen Abschaltungen von Folgeeinrichtung ist von Nachteil, daß dieses Verfahren wegen der manuellen Eingriffe in das System beim Auflegen der Prüfgewichte bzw. wegen der erforderlichen mechanischen Hilfseinrichtungen umständlich und aufwendig ist und daß man die statisch ermittelten Korrekturwerte nicht ohne weiteres auf den Durchflußbetrieb übertragen kann.
• Aus der DE 44 14 715 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Messgenauigkeit bei Bandwaagen; insbesondere Dosierbandwaagen bekannt. Dazu wird zur Bestimmung der Förderstärke vorgeschlagen, wenigstens zwei Wägezellen in einem vorbestimmten Abstand unter dem Förderband vorzusehen und unter Berücksichtigung der Bandgeschwindigkeit die Bandbelastung zu ermitteln. Tritt unter einer bestimmten Zeitdifferenz, die der Bandgeschwindigkeit zwischen den beiden Wägezellen proportional ist, eine Abweichung der Messsignale zwischen den beiden Wägezellen auf, so wird ein Fehlersignal abgegeben. Zur Kontrolle des Wägesystems mit einer Referenzkraftbeaufschlagung müsste das Wägesystem aber außer Betrieb genommen werden.
• Aus der US 4,762,252 ist ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Messfehlern bei kontinuierlich arbeitenden Wägeeinrichtungen bekannt. Dazu wird die Gewichtsabnahme eines Dosierwägesystems mit einer Wägezelle gemessen und daraus eine aktuelle Förderstärke ermittelt. Diese aktuelle Förderstärke wird dann mit einer gewünschten ausregelbaren Förderstärke verglichen und bei der Überschreitung einer vorgegebenen Abweichung wird ein Fehler signalisiert. Auch dieses Wägesystem bedient sich zur Ermittlung von Messfehlern nicht einer Beaufschlagung des Wägesystems mit einer Referenzkraft, so dass damit absolute Messfehler auch nur durch eine Betriebsunterbrechung feststellbar sind.
• Es besteht daher die Aufgabe, für die Wägefunktion in Durchfluss-Messsystemen eine Kontrollmöglichkeit zu schaffen, die es insbesondere erlaubt, die erforderlichen Kontrollen bzw. Korrekturen durchzuführen, ohne dass die Wägesysteme außer Betrieb genommen werden müssen. Das Kontrollsystem soll außerdem mit vertretbarem Aufwand realisierbar sein und selbst möglichst keine wiederkehrende Funktionsprüfung erfordern.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren vorgesehen, dass
• – Wägeeinrichtung zusätzlich zu ihrer Betriebsbelastung mit einer Wechselkraft bekannter Größe beaufschlagt wird,
• – aus dem Messsignal der Wägeeinrichtung eine Kenngröße für die Wechselkraft ermittelt und mit einer Auslegungskenngröße verglichen wird, um bei Abweichung eine Fehlermeldung zu erzeugen und
• – das Messsignal durch Subtraktion eines der Wechselkraft entsprechenden Korrektursignals korrigiert wird.
• Hierbei kann die zeitliche Änderung der Wechselkraft an sich beliebig sein, wenn gewährleistet ist, dass die maßgeblichen Werte der überlagerten Wechselkraft mit hinreichender Genauigkeit konstant gehalten werden können. Erforderlich ist nur eine verglichen mit der Nennlast der Wägezelle sehr kleine Wechselkraft, die sicher reproduzierbar ist. Ihre Wirkung muss aber mindestens so groß sein, dass sie das Messsignal so stark verändert, dass die Veränderung für die nachfolgenden Verfahrensschritte deutlich „erkennbar" ist. Mit anderen Worten, die Wechselkraft muss in dem Messsignal deutlicher hervortreten, als die unvermeidbare Fehlertole ranz. Die Auslegungskenngröße wird durch Prüfläufe, z.B. bei Inbetriebnahme gewonnen, die eine einwandfreie Funktion des Wägesystems ergeben haben.
• Zur Erfüllung dieser vorgenannten Bedingungen eignet sich insbesondere ein Tauchspulsystem, das mit der Wägezelle wirkungsmäßig parallel angeordnet ist. Ein derartiges Tauchspulsystem kann heute in fast beliebiger Weise reproduzierbar angesteuert werden, wobei jedoch vorzugsweise Wechselkräfte erzeugt werden, die sich über die Zeit sinusförmig oder rechteckförmig verändern.
• Tauchspulsysteme sind sehr linear und können mittelwertfrei angeregt werden. Die erzeugten Wechselkräfte sind dabei auch über längere Betriebszeiten recht gut reproduzierbar. Bei sinusförmigem Kraftverlauf werden zweckmäßigerweise die Amplitude und die Phasenlage der Wechselkraft ermittelt, während bei rechteckigem Kraftverlauf eher der Endwert und die Zeitkonstante aus dem Flankenverlauf ermittelt werden. Die Wechselkraft kann klein sein und liegt vorzugsweise im Bereich von ± 1 bis 10% der Nennlast der Wägezelle.
• Da die Anregung der Wechselkraft in einer vorgegebenen und damit bekannten Zeitfunktion erfolgt, kann die Korrektur des Meßsignals durch einfache Subtraktion eines Korrekturwertes bereinigt werden. Die Kontrolle kann ohne weiteres in vorgegebenen Zeitabständen oder kontinuierlich bei laufendem Betrieb des Wägesystems durchgeführt werden, so daß evtl. auftretende Fehler ebenfalls kontinuierlich oder in den vorgegebenen Zeitabständen erkannt werden können.
• Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren allen Verfahren überlegen, bei denen die Prüfung der Wägeeinrichtung durch Auflegen von Prüfgewichten nur bei stillstehendem Fördersystem möglich ist. Es eignet sich in Verbindung mit dem Tauchspulsystem insbesondere für Kraftaufnehmer mit kleinen Kräften, wie sie z.B. bei Differentialdosierwaagen im Chemie-Bereich, Massendurchflußmeßgeräten, Durchflußmeßgeräten oder kleinen Bandwaagen auftreten.
• Die Anregung der Tauchspule erfolgt zweckmäßigerweise mittels eines Generators, der ein digitales Ausgangssignal erzeugt. Dieses digitale Ausgangssignal wird zur Ansteuerung des Tauchspulsystems dann in ein analoges Signal umgewandelt. Das analoge Ausgangssignal der Wägezelle wird umgekehrt zweckmäßigerweise in ein digitales Signal umgewandelt. Überhaupt erfolgt die gesamte Signalverarbeitung vorzugsweise digital. Das Meßsignal wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren permanent korrigiert. Das Ergebnis des Vergleichs zwischen Kenngröße und Auslegungskenngröße wird einer Anzeigevorrichtung zugeführt, damit das Bedienungspersonal sich über die jeweils auftretenden Meßfehler informieren kann.
• Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch eine Wägezelle, ein wirkungsmäßig zur Wägezelle parallel angeordnetes Tauchspulsystem und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Ansteuersignals für das Tauchspulsystem sowie zur Verarbeitung des kombinierten Meßsignals und zur Korrektur des Meßsignals.
• Zwischen der Wägezelle und dem Tauchspulsystem einerseits und der Einrichtung zur Erzeugung eines Ansteuersignals sowie zur Verarbeitung des kombinierten Meßsignals und zur Korrektur des Meßsignals andererseits ist gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens je ein D/A-Wandler bzw. ein A/D-Wandler vorgesehen. Zur Erzeugung eines Ansteuersignals, zur Verarbeitung des kombinierten Meßsignals und zur Korrektur des Meßsignals eignet sich insbesondere eine elektronische Einrichtung. Sie umfaßt einen nicht flüchtigen Speicher für die Auslegungskenngrößen, einen Generator zur Erzeugung eines Ansteuersignals für das Tauchspulsy stem, eine Schätzeinrichtung zur Ermittlung einer der Wechselkraft entsprechenden Kenngröße, einen Vergleicher, in den die Kenngröße und die Auslegungskenngröße eingespeist werden, sowie einen Generator zur Erzeugung eines Korrektursignals.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen
• 1 schematische Darstellung einer Dosierwaage mit Wägezellen und Tauchspulsystem,
• 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 und
• 3 ein vereinfachtes Schema für die Signal-Erzeugung und Aufbereitung.
• Die Dosierwaage 1 gemäß 1 umfaßt einen Fülltrichter 2 für das zu dosierende Massengut, eine Abzugseinrichtung 3 und zwei Wägezellen 4, mittels derer in bekannter Weise die Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit ermittelt, mit einem Sollwert verglichen und zur Regelung der Abzugseinrichtung 3 benutzt wird. Erfindungsgemäß ist zu einer Wägezelle 4 ein Tauchspulsystem 5 wirkungsmäßig parallel angeordnet, das zur Erzeugung einer der jeweiligen Last des Fülltrichters 2 überlagerten Wechselkraft angeregt werden kann.
• Die im Kreis von 1 erfaßten Einzelheiten sind in 2 noch einmal vergrößert dargestellt. Zwischen einem mit dem Fülltrichter 2 fest verbundenen Träger 6 und einer Abstützung 7 zum Fundament ist eine Wägezelle 4 und ein Tauchspulsystem 5 mit elektrischen Anschlüssen 8 angeordnet. Durch Ansteuerung des Tauchspulsystems 5 kann eine mit der Last gleich oder entgegengesetzt wirkende Kraft erzeugt werden, wobei im vorliegenden Fall eine vergleichsweise kleine Wechselkraft erzeugt wird, die eine bestimmte Größe hat und zeitlich exakt reproduzierbar ist.
• 3 zeigt in vereinfachter Darstellung ein Schema für Erzeugung und Aufbereitung des Signals. Mit 9 ist ein Generator bezeichnet, der ein digitales Signal entsprechend der gewünschten Wechselkraft erzeugt, das einem D/A-Wandler 10 zugeführt und als analoges Signal zur Ansteuerung des Tauchspulsystems über die Leitung 11 benutzt wird. Über die Leitung 12 kommt das von der Wägezelle erzeugte kombinierte analoge Meßsignal an, wird in einem A/D-Wandler 13 digitalisiert und dann einer Schätzeinrichtung 14 zugeführt, in der die Kenngröße der Wechselkraft nach Betrag und Phasenlage ermittelt wird. Die Schätzeinrichtung 14 ist außerdem mit dem Generator 9 zur Erzeugung des Ansteuersignals für das Tauchspulsystem verbunden.
• Die Kenngröße für die Wechselkraft wird einem Vergleicher 15 zugeführt, in den auch eine Auslegungsgröße eingespeist wird, die in einem nicht flüchtigen Speicher 16 bereitgehalten wird und einem von Meßfehlern freien Betriebszustand entspricht. Das Ergebnis des Vergleichs wird einer Anzeige zugeführt, die zur Kontrolle der gesamten Wägeeinrichtung dient. Die Kenngröße für die Wechselkraft wird außerdem einem Generator 17 zur Erzeugung eines Korrektursignals zugeführt, der auch mit dem Generator 9 für die Erzeugung des Ansteuersignals verbunden ist.
• Das generierte Korrektursignal wird dem kombinierten Meßsignal überlagert, wobei durch einfache Subtraktion (oder Addition) das für die Regelung der Abzugseinrichtung benötigte korrigierte Wägesignal gebildet wird, das über die Leitung 18 der Regeleinrichtung für die Abzugseinrichtung zugeführt wird.
• Damit wird erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die es erlaubt, Wägezellen im Durchflußmeßsystem ständig zu überwachen, ohne daß der Betrieb der Wägesysteme unterbrochen werden muß.

Claims (22)

1. Verfahren zur Ermittlung von Meßfehlern bei Wägeeinrichtungen, insbesondere in Differentialdosierwaagen, Massendurchflußmeßgeräten, Durchlaufmeßgeräten, Bandwaagen oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß – die Wägeeinrichtung zusätzlich zu ihrer Betriebsbelastung mit einer Wechselkraft bekannter Größe beaufschlagt wird, – aus dem Meßsignal der Wägeeinrichtung eine Kenngröße für die Wechselkraft ermittelt und mit einer Auslegungskenngröße verglichen wird, um bei Abweichungen eine Fehlermeldung zu erzeugen und – das Meßsignal durch Subtraktion eines der Wechselkraft entsprechenden Korrektursignals korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselkraft mittels eines zur Wägeeinrichtung wirkungsmäßig parallel angeordneten Tauchspulsystems (5) erzeugt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine sinusförmige Wechselkraft benutzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Kenngröße die Amplitude und/oder die Phase der Wechselkraft ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine rechteckförmige Wechselkraft benutzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch, 5 dadurch gekennzeichnet, daß als Kenngröße der Endwert und/oder die Zeitkonstante der Wechselkraft ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenngröße nach Betrag und Phasenlage ermittelt wird, daß der Vergleich mit der Auslegungskenngröße nach Betrag und Phasenlage erfolgt und daß das Korrektursignal nach Betrag und Phasenlage bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Kenngröße, der Vergleich mit der Auslegungskenngröße und die Bestimmung des Korrektursignals nach Endwert und Zeitkonstante erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich aufgebrachte Wechselkraft im Bereich von 1 bis 10% der Nennlast der Wägezelle (4) liegt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung des Tauchspulsystems (5) mittels eines Generators (9) erfolgt, der ein digitales Ausgangssignal erzeugt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Ausgangssignal zur Ansteuerung des Tauchspulsystems (5) in ein analoges Signal umgewandelt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Ausgangssignal der Wägeeinrichtung (4) zur weiteren Verarbeitung in ein digitales Signal umgewandelt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Signalverarbeitung digital erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis des Vergleichs zwischen Kenngröße und Auslegungskenngröße einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Wägezellen (4), ein wirkungsmäßig zur Wägezelle (4) parallel angeordnetes Tauchspulsystem (5) und eine Einrichtung (9, 14 bis 17) zur Erzeugung eines Ansteuersignals für das Tauchspulsystem (5) sowie zur Verarbeitung des kombinierten Meßsignals und zur Korrektur des Meßsignals.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wägezelle (4) und Tauchspulsystem (5) einerseits sowie der Einrichtung (9, 14 bis 17) zur Erzeugung eines Ansteuersignals, zur Verarbeitung des kombinierten Meßsignals und zur Korrektur des Meßsi gnals andererseits je ein D/A-Wandler (10) bzw. ein A/D-Wandler (13) vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Ansteuersignals, zur Verarbeitung des kombinierten Meßsignals und zur Korrektur des Meßsignals eine elektronische Einrichtung (9, 14 bis 17) vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (9, 14 bis 17) einen nicht flüchtigen Speicher (16) für die Auslegungskenngrößen aufweist, die den Kenngrößen bei intakter Wägeeinrichtung entsprechen.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Generator (9) zur Erzeugung eines Ansteuersignals aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schätzeinrichtung (14) zur Ermittlung der der Wechselkraft entsprechenden Kenngrößen aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Vergleicher (15) aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Generator (17) zur Erzeugung eines Korrektursignals aufweist.