力值測量裝置的製作方法

2023-12-10 00:08:16

專利名稱:力值測量裝置的製作方法
本發明涉及一種力值測量裝置，其利用張緊細絲的固有振蕩頻率依加於其上的負荷變化而改變的現象。
這類力值測量裝置例如在英國專利2，133，800中公開了。在這個裝置中，在一對平行的懸臂部件的自由端中間張緊一根金屬絲，並且一個待測的力加在這些部件中的一個的自由端上。與外加力的大小有函數關係的該細絲的張緊程度，同時也與該細絲的固有振蕩頻率有函數關係。因此，如果測得振蕩頻率，即可由此計算出外加力。
金屬絲的張緊程度還受懸臂部件的彈性常數控制，而該彈性常數一般是受環境溫度影響的。稍稍傾斜的懸臂的推斥作用使細絲處於初始張緊狀態，而這一初始張緊狀態確定了裝置的零讀數。所以，環境溫度的變化可能導致不希望的零點漂移，零點漂移本身又引起測量誤差。
因此，本發明的一個目的是提供一種改進的力值測量裝置，其具有消除這類由環境溫度變化而引起的誤差的裝置。
依照本發明提供一種力值測量裝置，包括主要的和輔助的彈性懸臂部件，在兩部件的自由端之間張緊的一根金屬細絲，以及測量該細絲的振蕩頻率並計算加在該主要彈性部件上的外力大小的裝置，如在上面引用的現有技術裝置中一樣。本發明的一個特徵是，該裝置還包括一個附裝在至少一個彈性部件上或其附近的溫度敏感元件，以及根據該敏感元件的輸出計算補償值並自動校正被測力的裝置。
參考附圖，從下述對實施例的描述中，人們將很容易了解本發明的其他特徵和工作方式。
圖1是說明本發明裝置的一個實施例的方框圖;
圖2是說明圖1裝置由溫度變化引起零點漂移的曲線圖;
圖3和圖4是表示圖1裝置計算操作的一個實例的流程圖;
圖5和圖6是表示圖1裝置中模/數轉換器的實例的線路框圖。
參照圖1，一個具有熟知的平行四邊形形狀的主要彈性部件1以其端部2水平地固定在一個基底上，稱重託盤4附裝於另一端部3。一個具有彎曲5a的輔助彈性部件5從該主要彈性部件1的固定端2處延伸出去，與該主要彈性部件1平行並保持一定間隔。一根金屬細絲6張緊在彈性部件1和5的自由端中間，並放置在一對磁極7的磁場之間。將細絲6聯接成為振蕩器8的一個組成部分，該振蕩器8產生一個頻率與細絲6的固有振蕩頻率對應的振蕩信號。振蕩器8的細節將不再描述，因為它已經在上面引用的英國專利中描述了。
振蕩器8的輸出加到計數器9上，計數器9對輸入信號的振蕩周期進行計數，並且在一個與預置周期數對應的時間內打開門10。時鐘脈衝產生器11產生一個頻率高于振蕩器頻率的時鐘脈衝列，當門10被打開時，時鐘脈衝列通過門10。通過門10的該時鐘脈衝列由另一個計數器12計數。因此，計數器12的計數值精確地正比於與加在託盤4上的負荷有函數關係的細絲6的振蕩頻率。重量計算單元13利用輸入的計數值和上述數學關係計算外加負荷的重量W。
本發明的一個特徵是，該稱重器還包括將被測量值W轉換成一個經補償的數值WC的裝置，數值WC對應於預置參考溫度下的測量值，如下所述，該參考溫度可以選為例如20℃。
一個溫度敏感元件14，例如熱敏電阻，在靠近彎曲5a處附裝於輔助彈性部件5上，來自該敏感元件14的溫度信息T經由一個模/數轉換器15加到溫度補償值計算區段16。該區段16用來把被測量值W對校正值WC的偏差作為當前溫度下的零點對參考溫度下零點的偏移的差值來計算。在加/減法器17中從被測量值W中減去數值△D，加/減法器17向顯示器18提供校正重量WC，用於顯示。
來自敏感元件14的溫度信息T與實際溫度並非總是呈線性關係，因此，零點偏移D一般與溫度信息T不成線性關係。尤其在使用熱敏電阻作為溫度敏感元件14的時候，更是如此。圖2中的曲線20表示這類線性D/T曲線的一個例子。如果曲線20表示一個二次方程D＝aT2+bT+C (1)參考溫度為T0時的零點偏移D0由下式給出D0＝aT20+bT0+C (2)所以，△D＝D-D0＝aT2+bT-K (3)這裡K＝aT20+bT0(4)由於a和b是常數，以及由附裝的敏感元件14確定的T0也是常數，所以K是常數。計算區段16包括一個只讀存貯器(ROM)(未示出)，用來存貯方程式(3)和這些常數，並根據這個方程式由當前溫度信息T°計算出補償值△D。
當D/T曲線代表高階方程時，可以利用相應的方程式進行類似計算。
如果D/T曲線可由圖2所示的一條直線21近似，則可用下述簡單方程計算△D，△D＝K(T-T0) (5)這裡K是常數。上述補償計算可由圖3所示的程序進行。
參考圖3，加在託盤4上的負荷W由第31步重量計算單元13計算，而溫度信息T由第32步從A/D轉換器15接收。然後，在第33步計算區段16按上述方式計算出補償值△D，並在第34步利用加/減法器從被計算的負荷W中減去△D。得到的被校正負荷WC在第35步由顯示器18顯示。
當D/T曲線既不能用簡單方程表示，也不能用如圖2的直線21那樣的單一曲線近似時，可以用一條折線來近似。這種折線的例子由縣有在溫度信息T1和T2處形成彎折點的24、25和26表示在圖2中。在這種情況下，第33步(圖3)補償值的計算可以由圖4所示程序進行。參考圖4，將當前溫度信息T分別在第41步和第42步與T1和T2相比較，在區間21、22和23中選出一個用於計算的區間，並在相應的第43、44和45步中的一個進行計算。
通過對不同的溫度信息T從實驗上測量補償值△D，並將這些值作成一個校正表，存在只讀存貯器(ROM)中，可以省去上述的近似和計算。如果將這種表格繪成T和W的矩陣形式，就有可能補償所有因溫度變化引起的誤差，包括上述的零點漂移。
雖然可以用市售的集成電路組成A/D轉換器15，但是也可以採用圖5和圖6所示的線路。
在圖5中，一個振蕩器/放大器50由熱敏電阻51和補償電阻52並聯的電路和電容器53串聯，再配一個運算放大器54及分壓電阻55、56組成。振蕩器/放大器50產生一個振蕩周期t正比於熱敏電阻14的溫度Tt的方波振蕩信號，如下述方程式所示，Tt＝K1t＝K2(R·Rt)/(R+Rt) C這裡K1和K2是常數，R、Rt和C是元件參數，如圖5所示。
利用一個適當的波形成形線路57把振蕩器/放大器50產生的方波信號轉變成雙尖峰脈衝列，得到的正、負脈衝分別用於使雙穩態觸發器58置位和復位。雙穩態觸發器58的Q輸出端耦合到與門59的一個輸入端上，59的另一個輸入端耦合到時鐘發生器(未示出)。因此，時鐘脈衝通過與門59，並由計數器60計數，使計數器60的計數值正比於溫度Tt。這樣，這一計數值被送到補償值計算區段16，作為溫度信息T。
圖6的線路包括並聯著的熱敏電阻51和補償電阻52。當恆穩電流lc流經這一併聯線路時，在其上產生一個正比於其電阻值的電壓降e，即RtR/(Rt+R)。由電壓一頻率轉換器(V/f)61將此電壓e轉換成一個頻率正比於輸入電壓的交變波。該頻率信號經與門62到計數器63，門62由縣有預置持續期的門信號打開。因此，計數器63的計數值也正比於溫度Tt，而且可以作為溫度信息T。
權利要求
1.一種力值測量裝置，包括彼此平行又留有間隔的主要的和輔助的彈性懸臂部件，所述的主要部件適合於接受加在其自由端的待測力，在所述的主要的和輔助的部件的自由端中間張緊的一根細絲，以及用於測量所述細絲的振蕩頻率並由此計算所述待測力大小的裝置，其特徵在於，所述裝置進一步包括一個放在至少所述主要的和輔助的部件中的一個近旁的溫度敏感元件，用來提供一個指示其溫度的信息，從所述信息計算與所述溫度對應的補償值的裝置，以所述補償值校正所述被計算的力值大小的裝置。
2.如權利要求
1所述的力值測量裝置，其中所述的計算裝置包括存貯所述溫度信息和所述補償值之間的函數關係的存貯裝置，以及根據所述函數關係從所述溫度信息計算所述補償值的算術裝置。
3.如權利要求
2所述的力值測量裝置，其中所述的函數關係是近似的二次方程。
4.如權利要求
2所述的力值測量裝置，其中所述的函數關係是至少一個近似的線性方程。
5.如權利要求
1所述的力值測量裝置，其中所述的計算裝置包括存貯一個所述溫度和相應補償值的校正表的存貯裝置，而所述校正裝置適合於響應所述溫度信息，以利用所述的相應補償值實現校正。
6.利用包括至少一個接受所述力的彈性部件的力值測量裝置測力的一種方法，包括下述步驟預先獲得和存貯所述彈性部件的溫度和被測力的相應補償值之間的函數關係，將一個溫度敏感元件附裝於所述彈性部件上，以獲得關於其溫度的信息顯示，根據所述的存貯的函數關係，從所述信息計算與所述溫度對應的補償值，以及用所述補償值校正該被測力。
7.如權利要求
6所述的方法，其中所述的函數關係以二次方程的形式存貯。
8.如權利要求
6所述的方法，其中所述的函數關係以至少一個線性方程的形式存貯。
9.利用包括至少一個接收所述力的彈性部件的力值測量裝置測力的一種方法，包括下述步驟預先存貯一個所述彈性部件的溫度和被測力的相應補償值的校正表，將一個溫度敏感元件附裝於所述的彈性部件上，以獲得關於其溫度的信息顯示，從所述校正表中讀取一個與所述溫度對應的補償值，以及用所述補償值校正該被測力。
專利摘要
主要用作稱重裝置的力值測量裝置，包括在同一垂直平面上平行配置的第一和第二水平懸臂部件，附裝在第一部件自由端的稱重託盤，以及在兩部件自由端中間張緊的金屬細絲。該細絲放在一對磁極中間，使細絲以與其自身張緊的程度有關，因而也與加在稱重託盤上的負荷的固有頻率振蕩有關。測出該細絲的頻率，並由計算電路算出外加負荷的數值。本發明裝置還包括一個溫度敏感元件和一個算術電路，以補償溫度變化對計算外加力帶來的誤差。
文檔編號G01L1/10GK87102892SQ87102892
公開日1987年12月9日 申請日期1987年4月20日
發明者井上真一, 山中正美 申請人:大和制衡株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan