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Elektronische Waage
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Die Erfindung betrifft eine elektronische Waage mit elektromagnetischer
Kraftkompensation und einem lichtelektrischen Stellungsgeber. Kraftkompensation
und Stellungsgeber sind Bestandteil eines integrierenden Digital-Analog-Wandlers
der von einem elektronischen Rechen- und Zählwerk gesteuert wird.
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Bei mechanischen Waagen wird die Gewichtskraft durch eine oder mehrere
Hebelübersetzungen reduziert und durch ein verschiebbares Gegengewicht oder durch
eine Feder mit gekoppelter Anzeige kompensiert. Bei elektronischen Waagen wird durch
die Auslenkung statt einer Anzeige eine Scheibe mit Strichcodierung bewegt und die
Anzahl der von einer Erkennungseinrichtung festgestellten Impulse sind das Maß für
die Gewichtskraft des zu wägenden Gutes. Eine andere Art von elektronischen Waagen
verwendet wohl das Kompensationsprinzip durch elektromechanische Kraftwandler mittels
eines elektrischen Regelkreises, hierbei wird der Spulenstrom des Kraftwandlers
gemessen und durch einen Digital-Analog-Wandler herkömmlicher Bauart in einen digitalen
Wert umgesetzt und zur Anzeige gebracht.
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Der allen bekannten Systemen gleichermaßen anhaftende Mangel ist die
mäßige Genauigkeit, beziehungsweise bei mechanischen Systemen mit Kraftkompensation
durch Gegengewicht die zeitintensive Einstellung des Laufgewichts.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Schaffung eines die genannten
Nachteile vermeidenden Systems mit hoher Genauigkeit. Dies setzt voraus, daß auch
alterungsbedingte oder durch Temperaturschwankungen erzeugte Abweichungen ausgeglichen
werden können.
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Bezeichnung: Elektronische Waage Zur Lösung der Aufgabe wird eine
Anordnung geschaffen, bei der ein Digital-Analog-Wandler, im folgenden DAW genannt,
in den Regelkreis der Kraftkompensation eingefügt wird. Der DAW ist in der Lage
eine beliebige Menge genau abzählbarer Impulse mit einer genau bestimmbaren Breite
einem Integrator zu zu führen. die Spanuungszeitflächen dieser einzelnen Impulse
werden vom Integrator exakt addiert und in einen proportionalen Kompensationsstrom
umgewandelt. Die erforderliche Größe des Kompensationsstromes wird durch eine lichtelektrische
Lageerkennung des Waagebalkens festgestellt. Dem Integrator werden solange Spannungsimpulse
zugeführt, bis die durch die Gewichtskraft des Wägegutes erzeugte Auslenkung des
Waagebalkens wieder zu Null kompensiert ist. Die dabei erzeugte Anzahl von Impulsen
des DAW ist ein exaktes Maß für das festzustellende Gewicht.
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Dieser allgemeine Lösungsgedanke läßt sich durch verschiedene Schaltungen
praktisch verwirklichen. Man kann beispielsweise so vorgehen, daß ein elektronischer
Impulsgeber mit Zählschaltung gestartet wird wenn der Wägebalken die Nullage verläßt
und gestoppt wird wenn der Wägebalken durch Kraftkompensation die Nullage wieder
erreicht hat.
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Die gezählten Impulse sind das Maß für die aufliegende Gewichtskraft.
Eine andere Lösungsmöglichkeit ist die Verwendung eines Mikrocomputers zur Erzeugung
der Impulse.
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Der Einsatz des Mikrocomputers schafft die weitere Möglichkeit von
dem relativ langsamen Zählverfahren abzugehen und durch Erzeugung Impulse unterschiedlicher
Länge einen schnelleren Abgleich des Systems zu erreichen. Ein Mikrocomputer bietet
des weiteren die Moglichkeit vor der ei6entlichen Wägung den Nullpunkt der Einrichtung
festzustellen sowie eventuelle Driftfehler des Integrutorl zu meE£iOn und mit dem
Ergebnis der Wägung zu verrechnen.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in den anliegenden
Bezeichnung:
RlektrQnische Waage
Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen: Figur
1 Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung des erfindungsgemäßen Geräts,
Figur 2 die Lichtelektrische Lage erkennung, Figur 3 den Zeitverlauf des Kompensationsstromes
für die Nullpunktmessung, Figur 4 den Zeitverlauf des Kompensationsstromes für die
Driftmessung, Figur 5 den Zeitverlauf des Kompensationsstromes für die Wägung.
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Im Ruhezustand der Anordnung nach Figur 1 fließt kein Strom durch
die Spule 3 des Kraftwandlers. Wird die Anordnung an Spannung gelegt, so beleuchtet
die Lampe 8 die lichtempfindlichen Empfänger 9 und 10 , da die Lichtstrahlen durch
eine Blende 7 hindurchtreten müssen, hängt die Beleuchtungsstärke der lichtempfindlichen
Empfänger 9 und 10 von der Stellung der Blende 7 ab. Die Blende 7 ist fest mit der
beweglichen Spule 3 des Kraftwandlers verbunden. Der Nullpunkt der Anordnung ist
dadurch gegeben, daß auf beide lichtempfindlichen Empfänger 9 und 10 die gleiche
Lichtmenge auftrifft. Nur in diesem Fall werden von dem lichtelektrischen Wandler
11 beide Signalleitungen 12 zur Auswerteschaltung 4 mit Spannung beaufschlagt. Bei
einer Abweichung von der Nullage wird je nach Richtung der Verschiebung der Blende
der eine oder andere lichtelektrische Empfänger 9 oder 10 stärker beleuchtet und
damit nur die entsprechende Signalleitung 12 mit Spannung beaufschlagt.
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Abhängig vom Zustand dieser Signalleitungen 12 wird nun ein elektronischer
Schalter 6 in der Weise von der Auswerteschaltung 4 gesteuert, daß die von dem Integrator
1 aufaddierten Impulse über den Spannungs-Strom-Wandler 2 einen Strom I durch die
Spule 3 des Kraftwandlers fließen lassen, der dieser Veränderung der Nullage entgegenwirkt.
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tezeichnung: Elektronische Waage
Von der Auswerteschaltung 4 werden
solange Impulse an den Integrator 1 abgegeben bis die Nullage wieder erreicht ist,
das heißt beide lichtempfindlichen Empfänger 9 und 10 gleiche Beleuchtungsstärke
erhalten und damit beide Signalleitungen 12 wieder mit Spannung beaufschlagt sind.
Die Auswerteschaltung gibt nun keine weiteren Impulse mehr ab. Der zeitliche Verlauf
ist in Figur 3 dargestellt.
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Zum Zeitpunkt t0 wird die Anordnung eingeschaltet, eine Abweichung
von der Nullage erkannt, die Auswerteschaltung 4 gibt Impulse an den Integrator
-1 ab, der Strom I steigt an, nach 3 Impulsen, zum Zeitpunkt t1 , ist die Nullage
wieder erreicht und die Auswerteschaltung beendet die Abgabe der Impulse.
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Die Driftmessung der Anordnung geschieht in der Weise, daß für eine
von der Auswerteschaltung vorgegeben Zeit t1 bis t2 ( siehe hierzu Figur 4 ) in
Ruhe belassen wird. Durch Driftfehler gerät die Anordnung aus der Nullage. Zum Zeitpunkt
t2 gibt die Auswerteschaltung 4 in der Weise Impulse an den Integrator 1 ab, die
die Anordnung wieder in die Nulllage zurückführen. Die erforderliche Anzahl von
Impulse' von t2 bis t3 sind das Maß für die zeitabhängige Drift. Bei der eigentlichen
Wägung ( siehe Figur 5 ) wird dieser Wert dann zur Korrektur des Ergebnisses verwendet.
Die wägung geschieht in der Weise, daß bei Auflegen einer Gewicht@kraft die nordnung
in der beschriebenen Weise die Abweichung von der Nullage ausgleicht. Die Anzahl
der Impulse von t3 bis t5 sind das Maß für die Gewichtskraft. Da der Zeitverbrauch
von t3 bis t4 durch Abzählen bekannt ist kann der Zählwert der Driftmessung durch
Rechnung in Relation gesetzt werden und vom rrgebnis t3 bis t4 subtrahiert werden:
t2-t1 I3-4 - # I@-@ ist das um d@n Driftwert tj1 korrigierte Ergebnis, I3-4 ist
hierbei die Anzahl der Impulse vom Zeitpunkt t3 bis t4 und I2 3 die Anzahl der Impulse
vom Zeitpunkt t2 bis t3.
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Bezeichnung: Elektronische Waage
Das ermittelte Ergebnis wird in codierter
Form der Anzeig@ zugeführt.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe sind zum einen
aie Verwendung des lichtelektrischen Stellungsgebers, die zu erheblichen Kostenvorteilen
gegenüber herkömmlichen Weggebern mit Differentialtrafo, Oszillator und Phasendemodulator
führen, zum anderen die hohe Auflösung und Genauigkeit des angewendeten Verfahrens,
sowie die elektromagnetische Kraftkompensation. Mit der beschriebenen Lösung sind
nach bisherigen Erkenntnissen des Anmelders Auflösungen von 10-4 4 bis 10 5 des
Meßbereichendwertes möglich.
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Bekannte elektrische oder elektronische Waagen bieten eine Auflösung
von 10 2 bis 10 3. Die beschriebene Erfindung verbessert die Auflösung um zwei Zehnerpotenzen.