Das Prinzip der schwingenden Saite

SFT II nutzt die Abhängigkeit der Resonanzfrequenz eines oszillierenden Drahts von der Drahtspannung, um darauf wirkende Lasten zu messen.

Die einwirkende Last wird mechanisch auf den Draht übertragen, wodurch sich die Resonanzfrequenz des Drahts ändert. Anhand dieser Änderung berechnet ein integrierter 32-Bit-Gleitkomma-Mikroprozessor die einwirkende Last. Ein voll kalibriertes (linearisiertes, kalibriertes und temperaturkompensiertes) Signal wird über eine serielle RS 485-Kommunikationsschnittstelle an die K-Tron Regeleinheit übertragen.

Bis zu fünfzehn SFT II-Module können den gleichen seriellen Bus verwenden und Gewichtsdaten mit Geschwindigkeiten von 2.400 bis 76.800 Baud übertragen. Integrierte Schwingkreise sorgen für konstante Resonanzschwingungen des Messdrahts. Sie haben die Aufgabe, die Drahtresonanz herzustellen und die bei der Schwingung verlorene Energie wiederherzustellen, ohne dabei die Schwingungsfrequenz zu beeinflussen.

Herstellen der Resonanzfrequenz

Hierzu wird der feine, stromleitende Draht von einem Dauermagnetpaar flankiert, durch das der Draht von einem konstanten Magnetfeld umgeben wird. Ein stromführender Draht in einem Magnetfeld verschiebt sich senkrecht zu den Linien des magnetischen Flusses. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache geben Start- und Rückkopplungsschaltkreise präzise geregelte Stromimpulse aus, die zunächst die Resonanzfrequenz des Drahts herstellen und dann, unabhängig von der Spannung, die Schwingung des Drahts beibehalten. (Der Draht hat einen rechteckigen Querschnitt, um die Schwingung auf eine einzelne Ebene zu beschränken. Da eine hohe Schwingungsfrequenz zur Vermeidung einer Signalkontamination wünschenswert ist, ist der Draht vorgespannt und wird gezwungen, stets auf der zweiten Oberwelle, also mit zwei Schwingungsbäuchen, zu oszillieren.) Der Schwingkreis, dem in erster Linie der Drahtantrieb obliegt, ähnelt den Schaltkreisen, die bei Digitaluhren das Quarzkristall steuern.

Frequenzzählung ergibt das echte digitale Gewicht

Dieser Schwingkreis gibt auch das Frequenzsignal aus, das anschliessend weiter verarbeitet wird. Diese Technik bietet ein diskret zählbares, frequenzbasiertes Mass und damit eine echte digitale Gewichtsbestimmung direkt am Messpunkt. Die Resonanzfrequenz des Drahts ist keine lineare Funktion einer einwirkenden Spannung, sondern praktisch fast parabolisch. Zur Berechnung der einwirkenden Last auf Grundlage der gemessenen Frequenz werden mathematische Regressionsverfahren eingesetzt. Für jedes SFT II-Modul werden Linearisierungskoeffizienten individuell im Werk bestimmt und in einem integrierten EEPROM-Speicher aufgezeichnet, um ein Höchstmass an Genauigkeit zu gewährleisten.

Wenige umgebungsbedingte Auswirkungen

Lediglich Temperaturunterschiede stellen umgebungsbedingte Fehlerquellen dar und müssen ausgeglichen werden. Auswirkungen von magnetischen Umfeldern, Änderungen des Luftdrucks oder der relativen Luftfeuchtigkeit usw. haben sich erfahrungsgemäss als vernachlässigbar erwiesen. Zum Ausgleich von Änderungen der Umgebungstemperatur dient ein thermischer Messfühler, der im SFT II-Modul installiert ist. Die thermischen Reaktionseigenschaften der einzelnen SFT II-Module werden während der Herstellung im Rahmen von Tests bestimmt, und geeignete Koeffizienten werden im integrierten EEPROM-Speicher aufgezeichnet, um eine kontinuierliche elektronische Kompensation zu gewährleisten.

Störungsfreie digitale Kommunikation

Über eine einzelne serielle RS 422/485-Schnittstelle können Gewichtsdaten von bis zu fünfzehn SFT II-Modulen zuverlässig und störungsfrei digital übertragen werden, und zwar über Entfernungen von bis zu 500 m. Dadurch können Verkabelungskosten ganz erheblich gesenkt werden.

Intelligente Messfühler reduzieren die Beanspruchung der Regeleinheit

Da jedes SFT II-Modul über einen eigenen Mikroprozessor verfügt, können Vorgänge wie die Linearisierung, der Temperaturausgleich und andere Signalverarbeitungsaufgaben im Messfühler selbst erledigt werden, so dass aufgrund der somit geringeren Beanspruchung der Regeleinheit eine raschere und reaktionsschnellere Steuerung erzielt wird. Die SFT II-Module sind adressierbar und können deshalb individuell von der Regeleinheit abgefragt werden. So lassen sich Messdaten von einer Anlage mit einem einzelnen SFT II-Modul oder von gleichzeitig vorgenommenen Messungen in Wägesystemen mit mehreren SFT II-Modulen abrufen. Letzteres ist beispielsweise bei der Chargendosierung der Fall, wenn ein Trichter von mehreren SFT II-Modulen gewogen wird. Mit den SFT II-Kommunikationsfunktionen ist es zudem möglich, Datenübertragungen mit Zeitstempeln zu versehen, Statusberichte zu erstellen, die Setup-Programmierung von einem externen Standort vorzunehmen und eine automatische Fehlerprüfung durchzuführen.