專利名稱：電子秤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子秤，該電子秤中要被稱量的重量被由電磁力轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的力所平衡。
這樣的電子秤主要由自平衡伺服系統(tǒng)(selfequilibrating servomechanism)構(gòu)成，主要包括測重托盤，托盤位移檢測器，用于測量測重托盤的位移，PID(比例積分微分)控制系統(tǒng)和電磁力轉(zhuǎn)換裝置，該裝置的活動線圈部件與測重托盤機械連接。PID控制系統(tǒng)包括一個PID運算電路，該電路通過對與托盤位移檢測器的輸出瞬態(tài)值成比例的比例信號(P)，與該輸出值的時間積分值成比例的積分信號(I)及與該輸出值的微分值成比例的微分值(D)進行計算與求和輸出PID控制信號。除以上基本結(jié)構(gòu)外，還具有一個托盤限位器當秤放上重物時，用于將測重托盤的位移機械地限制在限定的區(qū)間，如果沒有該限位器，由于秤的形變所產(chǎn)生的彈性后效應(yīng)，測重托盤的較大位移會使秤產(chǎn)生錯誤的測量結(jié)果。
但是，對測重托盤的活動范圍的限制導(dǎo)致這樣的缺點，當稱量重物時，需要較長時間，秤才能進入平衡狀態(tài)。當測重托盤的位移受到托盤限位器的限制時，不管放在測重托盤上的重量有多大，托盤位移檢測器的輸出都保持托盤限位器所限定的值。相應(yīng)地，因為PID運算電路運算的輸入信號比測重托盤自由移動以迎合放在托盤上的重物時所予期的要小對電磁力轉(zhuǎn)換裝置來說，就需要較長的時間產(chǎn)生補償放在托盤上的較重的重物的力消除這種缺點原則上可以用下述方法只有當測重托盤持續(xù)處于托盤限位器之上時增加PID運算電路的增益。但是，伴之而來的缺點是秤經(jīng)常會引起振蕩和無規(guī)律的擺動。
本發(fā)明目的在于消除帶有托盤限位器的傳統(tǒng)電子秤的上述缺點。并提供一種消除由于對測重托盤的活動范圍的強行限制而產(chǎn)生的缺點的經(jīng)改進的電子秤。
本發(fā)明的另一個目的在于構(gòu)造這樣一種改進的電子秤，它并不需要增加秤的內(nèi)部的PID運算電路的增益。
為了達到上述目的，本發(fā)明電子秤除也包含PID運算電路和托盤限位器外，還包括用于檢測測重托盤是否與托盤限位器保持接觸的裝置，及這樣一個裝置，只有當測重托盤與托盤限位器保持接觸時用于增加至少積分項系數(shù)與由上述PID電路執(zhí)行的數(shù)學(xué)運算中所包含的積分項相乘。
根據(jù)本發(fā)明，即使一個重的重物使得測重托盤被壓下到限位器，測量過程也能平穩(wěn)地進行而無需增加反應(yīng)時間，并且在平衡過程中也不會產(chǎn)生附加的擺動。
下面將參照附圖對本發(fā)明進一步詳細說明。


圖1顯示了本發(fā)明一個實施例結(jié)構(gòu)的方框圖;
圖2顯示了本發(fā)明另一個實施例結(jié)構(gòu)的方框圖;
圖3顯示了描繪圖1圖2中實施例的主要功能的部分流程圖;
圖4顯示了本發(fā)明實施例的平衡過程;以及圖5顯示了具有不是象本發(fā)明那樣設(shè)計的PID控制系統(tǒng)的電子秤的衡量過程。
參見圖1，圖1以方框圖描繪本發(fā)明的一個實施例的基本結(jié)構(gòu)，電磁力轉(zhuǎn)換裝置1(其公知的結(jié)構(gòu)僅以可動作用力線圈13符號地表示出)具有一個與測重托盤11機械相連的可動作用力線圈13，并由PID運算電路4經(jīng)過電流放大器5向其提供PID控制電流，測重托盤11的位移由托盤位移檢測器2檢測，并由托盤限位器12限定在一個限定的區(qū)域。托盤位移檢測器2的輸出信號由放大器3放大，然后同時送到PID運算電路4及電平比較器6，通過它，反映托盤位移的信號與設(shè)置在電平比較器6內(nèi)部的標準信號源提供的標準信號比較。電平比較器6的輸出輸入到PID運算電路4以后面敘述的方式調(diào)整其運算。提供給作用力線圈13的PID控制電流在輸出電阻7上轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電壓。該電壓經(jīng)濾波器8轉(zhuǎn)送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器9進行數(shù)字化以便在數(shù)字顯示裝置10顯示出重量測量值。在這樣的基本結(jié)構(gòu)中，當測重托盤11被壓到由托盤限位器12限制的可能的最低位置時，設(shè)置在電平比較器內(nèi)的標準信號源輸出一個略微低于前置放大器3的輸出電壓的值。于是，如果測重托盤11被壓到上述的最低位置，電平比較器6輸出一個信號加于PID運算電路4。該信號作用于PID運算電路4并增加積分項系數(shù)，與包含在由PID運算電路4執(zhí)行的數(shù)學(xué)運算中的積分項相乘。
利用上述結(jié)構(gòu)的實施例，如果放在托盤11上的重物很輕能保證托盤11的位移在托盤限位器12限制的區(qū)間內(nèi)，因為前置放大器3的輸出電壓比設(shè)置在電平比較器6內(nèi)的標準信號源提供的標準電壓低，PID運算電路4正常運算，比例，積分及微分項被其各自的予定的固定系數(shù)所乘。
相反，當測重托盤放入重物，被壓至由托盤限位器12限定的最低位置時，PID運算電路4以如前所述的增加的積分項系數(shù)運算，使提供給電磁力轉(zhuǎn)換裝置1的作用力線圈13的PID控制電流的增加速度增加。于是，當測重托盤11保持在被限制的最低位置時，重力被迅速補償，使測重托盤11迅速脫離托盤限位器12，一旦托盤離開該位置，PID運算電路再次以原來的(未增加)積分項系數(shù)運算，平穩(wěn)地控制秤趨于最終的平衡狀態(tài)。這種以合成的PID輸出曲線表示的平衡過程在圖4中定性地加以描繪。與圖4相比，圖5顯示了當PID運算電路4并非裝置成以使積分項系數(shù)可以調(diào)整時的予期的PID輸出曲線。從圖4與圖5的比較中可明確看出，按照本發(fā)明的電子秤的響應(yīng)速度有了較大改進。
在該實施例中，積分項系數(shù)被來自電平比較器6的信號所改變，該實施例也可以加以修改，以便使該系數(shù)通過有意設(shè)計的軟件或按照來自托盤限位器12利用同樣結(jié)構(gòu)以形成接觸開關(guān)的接觸信號來加以改變。
象在圖2中方框圖示的那樣，本發(fā)明也可應(yīng)用到使用數(shù)字化PID運算電路的電子秤中。在圖2中，與圖1中顯示的相同的結(jié)構(gòu)采用與圖1相同的參考標號。按照該實施例，電磁力轉(zhuǎn)換裝置1的作用力線圈13被加以脈沖電流，脈沖電流通過開關(guān)裝置26連續(xù)切斷來自直流電流源27的直流電流獲得，該脈沖電流的占空因數(shù)確定電磁力轉(zhuǎn)換裝置1產(chǎn)生的抗衡力。按照本發(fā)明，由托盤檢測器2檢測的托盤位移被模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路21轉(zhuǎn)換成數(shù)字位移數(shù)據(jù)，然后輸入進PID運算電路23輸出PID控制信號。脈沖占空(duty)檢測電路24連同PID運算電路23一起是微機化的(25)，收到PID控制信號后，輸出一系列的開關(guān)信號使開關(guān)裝置26工作使提供給電磁力轉(zhuǎn)換裝置的作用力線圈13脈沖電流的有效幅度與PID運算電路23輸出的PID控制信號相對應(yīng)。
對具有如上簡介的基本結(jié)構(gòu)的電子秤，如果模/數(shù)轉(zhuǎn)換器21輸出的位移數(shù)據(jù)，對應(yīng)于測重托盤11被壓到由托盤限制器限定的最低位置狀態(tài)時的位移值，PID運算電路23用有意設(shè)計的軟件對增加的積分項系數(shù)進行運算，于是得到與圖1所示的前一個實施例相似的改進的平衡反應(yīng)性能。積分項系數(shù)的調(diào)整執(zhí)行過程同樣以部分流程圖在圖3中示出。
此實施例也可進行修改，以使積分項系數(shù)按照從托盤限位器11利用相同的結(jié)構(gòu)以形成一個接觸開關(guān)而得到的控制信號進行改變。
盡管在上述實施例中，PID控制信號通過增加積分項系數(shù)得到調(diào)整，本發(fā)明當然可以實際上通過使PID運算電路4和23以其它的增加的系數(shù)進行運算，如比例項及微分項系數(shù)，與由PID運算電路執(zhí)行的數(shù)學(xué)運算中的比例及微分項相乘。
此外，本發(fā)明可以與傳統(tǒng)的非線性控制方法結(jié)合實施，在該方法中，電子秤的控制系統(tǒng)的增益是按照測重托盤的位移非線性地變化的。
權(quán)利要求
1.一種電子秤，包括一個測重托盤用于接受要稱量的重物；一個位移檢測器，用于檢測所述測重托盤的位移并輸出反映其位移的位移信號；一個電磁力轉(zhuǎn)換裝置，主要由一個靜態(tài)磁路及一個可動作用力線圈構(gòu)成，所述線圈可在靜態(tài)磁路形成的磁隙中運動并與所述測重托盤機械連接；一個PID運算電路，根據(jù)所述的位移信號輸出一個控制提供給所述可動作用力線圈電流的PID控制信號；一個托盤限位器，用于限制所述的測重托盤的位移，以使所述的測重托盤不會超出予定的最低位置；以及一個電子裝置，當所述的測重托盤停于所述的最低位置時，輸出一個PID運算調(diào)整信號，使系數(shù)增加，與由所述的PID運算電路執(zhí)行的數(shù)學(xué)運算中的至少積分項相乘。
2.一種電子秤，包括一個測重托盤，用于接受要測量的重物;一個位移檢測器，用于檢測所述的測重托盤的位移并輸出反映該位移的位移信號;一個電磁力轉(zhuǎn)換裝置，主要由靜態(tài)磁路及一個可動作用力線圈組成，該作用力線圈可運動地處在所述的靜態(tài)磁路的磁隙中，并且與所述的測重托盤機械連接;一個開關(guān)裝置，通過開關(guān)由直流恒流源提供的恒定的直流電流向所述的可動受力線圈提供脈沖電流;一個數(shù)字PID運算電路，按照所述的位移信號輸出數(shù)字化PID控制信號;占空因數(shù)確定電路，用于確定所述脈沖電流的占空因數(shù)，以使所述的脈沖電流的有效幅度對應(yīng)于所述的PID控制信號，并按照所述的PID控制信號，輸出一系列的開關(guān)信號使所述的開關(guān)裝置工作;一個托盤限位器，用于限制所述測重托盤的位移，使托盤不超過預(yù)定的最低位置;以及一個電子裝置，用于當所述的測重托盤停于所述的予定的最低位置時輸出一個PID運算調(diào)整信號，使與包含在由所述的PID運算電路執(zhí)行的數(shù)學(xué)運算中的至少其積分項相乘的系數(shù)增加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子秤，其中所述的PID運算調(diào)整信號是由將所述的位移信號與予定的標準信號進行比較的比較器輸出的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子秤，其中所述的位移信號的予定電平用來作為所述的PID運算調(diào)整信號。
全文摘要
PID控制電子秤，包括測重托盤，托盤限位器以限定托盤最低位置，位移檢測器以檢測托盤位移，PID運算電路及電磁力轉(zhuǎn)換裝置，當托盤運動被托盤限位器限定時，PID運算電路這樣運算，增加至少一個數(shù)學(xué)系數(shù)的數(shù)值，這些系數(shù)分別地與包含在PID運算電路執(zhí)行的數(shù)學(xué)運算中過程中的比例項，積分項及微分項相乘。
文檔編號F03G7/08GK1054829SQ91101230
公開日1991年9月25日 申請日期1991年2月28日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月28日
發(fā)明者河本晟 申請人:株式會社島津制作所