Funktionsprinzip einer Waage

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Funktionsprinzip einer Waage

    










BID = 517250

teotihuacan

Gesprächig



Beiträge: 170
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Hallo,

vor kurzem wurde ich in der Schule beauftragt, eine Waage eines älteren Mechatronikprojektes zu reparieren bzw. eine neue Schaltung dazu zu entwickeln, da die bisherige Schaltung zerstört wurde und nicht mehr reparierbar ist. Das Projekt war eine Sortieranlage, die Gegenstände nach Gewicht sortiert und war SPS-gesteuert.

Zur Waage:
Die Waage besteht aus vier Dauermagneten, die wie im eingefügten Bild angeordnet sind, sowie einer Spule, die sich zwischen diesen Magneten bewegt, je nachdem wie stark die Waage belastet wird. Die Spule hat drei Anschlüsse. Außerdem sind noch Bauteile zur Temperaturkompensation sowie eine Lichtschranke vorhanden, die Lichtschranke zeigt vermutlich an, wenn die Waage am Anschlag ist.
Erst dachte ich, dass das Prinzip der Waage darauf beruht, die bei Bewegung der Spule induzierte Spannung zu messen und daraus den Gewichtswert abzuleiten. Die induzierte Spannung ist eine Schwingung, die immer schwächer wird (ausschwingt). Ich habe dazu auch eine Schaltung entwickelt, die den Amplitudenwert des ersten Impulses misst und speichert (Track&Hold-Schaltung). Jedoch ist das Ergebnis dieser Vorhergehensweise sehr ungenau, der Gewichtswert hängt viel mehr davon ab, wie schnell das Gewicht auf die Waage kommt, als vom Gewicht selbst.

Nun zweifle ich daran, dass ich das Funktionsprinzip der Waage wirklich verstanden habe (meine Lehrer sind da genauso ratlos wie ich).
Im Internet habe ich überhaupt nichts zu diesem Waagensystem gefunden, es steht auch keinerlei Typenbezeichnung oder ähnliches auf der Waage.

Kennt sich hier jemand mit Waagen aus bzw. kann mir jemand mit dem Problem weiterhelfen?

(Schaltungen entwickeln ist kein Problem für mich, es geht nur um das Funktionsprinzip dieser Waage)


Im voraus vielen Dank!

MfG



BID = 517265

PhyMaLehrer

Schriftsteller



Beiträge: 901
Wohnort: Leipzig

 

  

Bei Wikipedia habe ich unter "Analysenwaage" folgendes gefunden:

Zitat :
Moderne Analysenwaagen arbeiten nach dem Prinzip des kompensierten Drehmoments. Dabei wird durch die zu messende Masse ein Drehmoment erzeugt, das durch eine elektromagnetische Kraft kompensiert wird. Die Messung dieser Kraft kann sehr präzise erfolgen und der Messwert ist schnell stabil.

Leider konnte ich zum Stichwort "kompensiertes Drehmoment" nichts Gescheites mehr finden...









BID = 517282

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
die Lichtschranke zeigt vermutlich an, wenn die Waage am Anschlag ist.
Wahrscheinlicher dient sie als Positionsdetektor.

Zitat :
Erst dachte ich, dass das Prinzip der Waage darauf beruht, die bei Bewegung der Spule induzierte Spannung zu messen und daraus den Gewichtswert abzuleiten
Nein, gewöhnlich wird der Strom gemessen, der nötig ist, um die Last im Gleichgewicht zu halten.

P.S.:
Schau dich mal auf den Seiten von Waagenbauern wie Mettler oder Sartorius um.


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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.



Rechtsansprüche dürfen aus deren Anwendung nicht abgeleitet werden.



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[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 21 Apr 2008 19:29 ]

BID = 517283

GeorgS

Inventar



Beiträge: 6450

Hallo,
"kompensiertes Drehmoment" ist überflüssiges Wortgeklingel,
das trifft bei allen konventionellen Waagen = Balkenwaagen zu.
Im Drehpunkt greifen von rechts und links bei der Waage im
Gleichgewicht entgengesetzt gleich große Drehmomenta an.
Das war schon immer so, bei allen Waagen, die die Gewichtskräfte
der Massen an einem Hebel (= Balken) vergleichen.
Bei einer modernen (elektronischen) Waage ist neu, daß das
Gegenmoment von einem Strom in einem elektrodynamischen System
erzeugt wird.
Teotihuacan, deine Skizze verstehe ich nicht ganz,
könntest du die Wicklung und die Achse der Spule andeuten?
Bilder wären auch nicht schlecht, möglicherweise kennt jemand
das Teil?
Gruß
Georg
PS
Um deine Frage nach den Arten von Waagen zu beantworten:
Es gibt zwei Arten, die eine beruht auf dem Vergleich der
Gewichtskraft der unbekannten Masse mit einer Gegenkraft, die
von einer Vergleichsmasse oder Feder oder einem Strom
kommen kann. Das sind die klassischen Waagen.
Diese Waagen arbeiten nur unter Schwerkraft.
Das andere, und nur selten verwendete System, nutzt die Trägheit
der Massen zur Messung aus. Die Masse wird federnd aufgehängt und in
Schwingung versetzt, die Masse ergibt sich dann aus der Eigenfrequenz
der Schwingung, wenn die Federkraftkonstante bekannt ist.
Solche Waagen arbeiten auch im Spacelab, dort könnte es eine geben.

PSPS
Wie weit ist es von dir nach Balingen?
Dort gibt es Bizerba, von denen könnte die Waage sein.
Versuch doch da mal anzufragen.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: GeorgS am 21 Apr 2008 19:54 ]

BID = 517298

teotihuacan

Gesprächig



Beiträge: 170
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Zitat :
Wahrscheinlicher dient sie als Positionsdetektor.

Es wundert mich nur, dass der Maximalausschlag der Waage (bzw. des Spulenteils, an dem auch die Lichtschranke hängt) ca. 1,5mm beträgt und die Bohrung in der Lichtschranke einen Durchmesser von ca. 0,8mm hat. Ich kann mir nicht vorstellen, dass das ein sehr genaues Positionssignal liefert. Muss ich mal überprüfen und schauen, was man mit dem Signal anfangen kann.


Zitat :
könntest du die Wicklung und die Achse der Spule andeuten?

Wicklungssinn lässt sich sehr schwer feststellen, da die Drähte sehr dünn sind, die Achse der Spule verläuft in Magnetfeldrichtung. Von dem her würde es auch Sinn machen, dass ein Spulenstrom durch das erzeugte Magnetfeld die Bewegung ausgleicht. Da Stromrichtung, Magnetfeld und resultierende Kraft senkrecht aufeinander stehen, geht die Kraft direkt entgegengesetzt der Bewegungsrichtung bei Belastung der Waage.



Zitat :
Leider konnte ich zum Stichwort "kompensiertes Drehmoment" nichts Gescheites mehr finden...

Kein Problem, die Beschreibung reicht mir bereits vollkommen.


Bizerba ist nur ein paar km von mir entfernt und Mettler ebenfalls. Falls ich das Ding nicht selbst in den Griff kriege, frage ich bei diesen nach.

Nochmals vielen Dank an alle!

MfG
Christoph

BID = 517306

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
und die Bohrung in der Lichtschranke einen Durchmesser von ca. 0,8mm hat. Ich kann mir nicht vorstellen, dass das ein sehr genaues Positionssignal liefert
Da kann ein Optik und/oder eine kammförmige Blende drinstecken.

Weshalb denkst du denn, dass die alte Elektronik nicht mehr reparabel ist?
U.U. steckt da sehr viel Detailwissen über stabile Referenzspannungen, driftfreie -Verstärker und Temperaturkompensation von Spule und Magnet drin.

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BID = 517615

teotihuacan

Gesprächig



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Zitat :
Da kann ein Optik und/oder eine kammförmige Blende drinstecken.


Schon möglich, man sieht nur sehr schlecht rein. Auf jeden Fall wird es jedoch reichen für das, für was die Waage verwendet wird (die Waage muss nur bei unterschiedlich schweren Gegenständen eine unterschiedliche Ausgangsspannung liefern, damit die SPS einen Unterschied erkennt, mehr muss die Waage gar nicht können).



Zitat :
Weshalb denkst du denn, dass die alte Elektronik nicht mehr reparabel ist?


Sobald man die Anlage einsteckt, wird ein IC der Waage-Elektronik sehr heiß, ein Trafo ebenfalls. Der IC wurde vermutlich durch eine Überspannung zerstört, es ist einiges an Induktivem an der Anlage dran und ich weiß nicht wie viel die Spannungsversorgung des Waagensystems hermacht.
Der kaputte IC ist sowohl mir als auch meinen erfahrensten Elektrotechniklehrern unbekannt und lässt sich auch im Internet nirgends finden, ist vermutlich ein firmeninterner IC des Waagenherstellers.
Außerdem ist das Projekt jetzt für mich auch so ne Art Schulprojekt, ich muss ja immerhin ne komplett neue Schaltung für die Waage entwickeln und herstellen. Das ist auch endlich mal etwas, was den grauen Schulalltag interessanter gestaltet.


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