Wägezellen-Parallelschaltung: Abgleich-Rechner

Was wird berechnet?

Parallelgeschaltete Vollbrücken liefern den elektrischen Mittelwert ihrer Ausgangssignale, belasten sich aber gegenseitig im Verhältnis ihrer Ausgangswiderstände. Nur bei gleichen Kennwerten und Ausgangswiderständen ist das Summensignal auch der Mittelwert der Kräfte. Nach Keil gleicht man die Zellen an diejenige mit dem größten Quotienten R_A/C an, indem in die Ausgangsleitungen der übrigen Zellen Zusatzwiderstände eingesetzt werden, sodass alle effektiven Kennwerte gleich sind.

Gleichungen

C*₁ = C₁ / (1 + R_A1·(1/R_A2 + 1/R_A3 + … + 1/R_An)) (Keil Gl. 5.10)

C_ges = ΣC*ᵢ (Keil Gl. 5.11)

R*_Ai = Cᵢ·Q_max, Q_max = max(R_Ai/Cᵢ) (Keil Gl. 5.12)

R_AZi = R*_Ai − R_Ai (Keil Gl. 5.13)

Voraussetzungen und typischer Fehler

Speisung mit konstanter Spannung, Eingangswiderstände nicht berücksichtigt (Abgleich erfolgt bewusst im Ausgangskreis). Eckenlastfehler durch Einbau werden nicht korrigiert.

Den gesamten Zusatzwiderstand in nur eine Ausgangsleitung legen oder die Ausgangswiderstände aus dem Datenblatt statt gemessen verwenden.

Was du eingibst – und woher die Werte kommen

Kennwert Aufnehmer 1 [mV/V]

Kennwert C der ersten Wägezelle: Ausgangssignal in Millivolt je Volt Speisespannung (mV/V), wenn genau ihre Nennlast wirkt. Kleine Unterschiede zwischen Zellen verursachen Eckenfehler der Waage und werden hier ausgeglichen. Woher: individuelles Prüfprotokoll oder Kalibrierschein der Zelle, nicht nur das allgemeine Datenblatt; meist mit vier Nachkommastellen angegeben.

Ausgangswiderstand Aufnehmer 1 [Ω]

Ausgangswiderstand der ersten Zelle, gemessen zwischen ihren beiden Signalleitungen. Er bestimmt, wie stark sich die Zellen in der Parallelschaltung gegenseitig belasten. Woher: Datenblatt nennt nur einen Nennwert (z. B. 350 Ω ± 3 Ω); für den Abgleich mit einem Präzisionsohmmeter auf 0,01 Ω messen.

Kennwert Aufnehmer 2 [mV/V]

Kennwert der zweiten Wägezelle: Ausgangssignal in mV/V bei Nennlast laut Prüfprotokoll. Alle Zellen einer Waage sollten denselben Nennkennwert haben; die kleinen Unterschiede in den Nachkommastellen sind es, die hier ausgeglichen werden.

Ausgangswiderstand Aufnehmer 2 [Ω]

Ausgangswiderstand der zweiten Zelle zwischen ihren Signalleitungen, mit einem Präzisionsohmmeter auf 0,01 Ω gemessen (nicht der Datenblatt-Nennwert – dessen Toleranz ist größer als die Abgleichwirkung).

Kennwert Aufnehmer 3 [mV/V]

Kennwert der dritten Wägezelle in mV/V bei Nennlast aus dem Prüfprotokoll; auf vier Nachkommastellen eintragen, damit der Abgleich die Fertigungsstreuung überhaupt erfassen kann.

Ausgangswiderstand Aufnehmer 3 [Ω]

Ausgangswiderstand der dritten Zelle zwischen ihren Signalleitungen, mit einem Präzisionsohmmeter auf 0,01 Ω gemessen; die Zelle muss dabei unbelastet und vom Verstärker getrennt sein.

Kennwert Aufnehmer 4 (0 = nicht vorhanden) [mV/V]

Kennwert der vierten Wägezelle in mV/V bei Nennlast aus dem Prüfprotokoll. Hat die Waage nur drei Zellen (z. B. Dreipunktlagerung eines Behälters), hier 0 eintragen – die Zelle wird dann ignoriert.

Ausgangswiderstand Aufnehmer 4 [Ω]

Ausgangswiderstand der vierten Zelle zwischen ihren Signalleitungen, mit einem Präzisionsohmmeter auf 0,01 Ω gemessen. Ohne Bedeutung, wenn C₄ = 0 eingetragen ist.

Wofür der Rechner da ist

Plattformwaagen, Behälterverwiegung und Mehrstützen-Kraftmessung mit drei oder vier Wägezellen an einem Verstärkerkanal, insbesondere bei Zellen mit größeren Kennwerttoleranzen.

Wie es weitergeht

1. Kennwerte aus den Prüfprotokollen und gemessene Ausgangswiderstände aller Zellen eintragen.
2. Zelle mit Q_max erhält keinen Zusatzwiderstand; die übrigen den berechneten R_AZ, je zur Hälfte in beide Ausgangsleitungen.
3. Summensignal C_ges für die Skalierung des Messverstärkers verwenden.

So liest du die Ergebnisse

• Die Zelle mit R_AZ = 0 ist die Referenz; alle anderen bekommen ihren Zusatzwiderstand halbiert in beide Ausgangsleitungen.
• C_ges ist der Kennwert, den der Messverstärker für die Summenwaage braucht; die Nennlast der Gruppe ist die Summe der Einzelnennlasten.

Was jeder Wert bedeutet

Maßgebender Quotient Q_max = R_A/C [Ω/(mV/V)]

Größtes Verhältnis aus Ausgangswiderstand und Kennwert innerhalb der Zellengruppe. Es bestimmt automatisch die Referenzzelle: Diese erhält keinen Zusatzwiderstand, alle empfindlicher wirkenden Zellen werden auf ihr Niveau abgeschwächt. Der Wert selbst muss nicht am Verstärker eingestellt werden.

Zusatzwiderstand Zelle 1 (gesamt) [Ω]

Gesamter Zusatzwiderstand für Zelle 1; je die Hälfte in jede der beiden Ausgangsleitungen einlöten. 0 = Referenzzelle.

Zusatzwiderstand Zelle 2 (gesamt) [Ω]

Gesamter Zusatzwiderstand für Zelle 2, je zur Hälfte in beide Ausgangsleitungen.

Zusatzwiderstand Zelle 3 (gesamt) [Ω]

Gesamter Zusatzwiderstand für Zelle 3, je zur Hälfte in beide Ausgangsleitungen.

Zusatzwiderstand Zelle 4 (gesamt) [Ω]

Gesamter Zusatzwiderstand für Zelle 4 (0, wenn nicht vorhanden oder Referenzzelle).

Effektiver Kennwert je Zelle nach Abgleich [mV/V]

Kennwert, mit dem jede einzelne Zelle nach dem Abgleich in das Summensignal eingeht – für alle Zellen gleich, das ist das Ziel des Abgleichs.

Kennwert der Parallelschaltung C_ges [mV/V]

Kennwert der gesamten parallel geschalteten Zellengruppe in Millivolt je Volt Speisespannung, bezogen auf die Summe der Nennlasten. Diesen Wert nach dem Widerstandsabgleich als Aufnehmerkennwert in den Messverstärker eintragen und anschließend mit Prüfgewichten kontrollieren.

Fachliche Grundlage

Keil, Dehnungsmessstreifen, 2. Aufl. 2017, Abschn. 5.6 Parallelschalten von Vollbrücken, Gl. (5.10)–(5.13) nach [5.10].

Die Quelle belegt die Gleichungsstruktur und die Zahlenbeispiele; dieser Rechner ersetzt keine Kalibrierung der Messkette.

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