專利名稱：多承重點電子秤的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于質(zhì)量測量器具，主要涉及電子秤的結構。
公知電子秤是當前普通稱量質(zhì)量的器具，計量比較準確，為生活工作提供了方便；但限于結構，容易產(chǎn)生偏重力矩，往往對體積較大、特別是大質(zhì)量的被稱物體有失精準，或存在使用上的困難。
本發(fā)明的目的是提出能正確稱量體積或質(zhì)量較大的被稱物件質(zhì)量的電子秤之結構方案。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，多承重點電子秤包括秤體，與秤體相聯(lián)的壓力傳感部件，與壓力傳感部件相聯(lián)的傳動部件，與傳動部件相聯(lián)、安放被稱物體的支撐部件，固定于秤體的水平檢測部件，與秤體相聯(lián)的水平調(diào)節(jié)機構，與傳感部件輸出相聯(lián)的計算電路，與電路相聯(lián)的運算結果顯示部件，與電路相聯(lián)的電源、控制開關和輔助電路，以及固定聯(lián)接和調(diào)整上述部件的部件。同時，電子秤含有多個壓力傳感部件所述支撐部件除支撐被稱物體外，僅與壓力感受部件以在重力方向上彼此接觸的聯(lián)接副相聯(lián)；計算電路含有將多個傳感器輸出結果按其所代表的力值相加的電路。這樣，按重力方向的聯(lián)接便能夠且只能感受重力方向的力，只要被稱物件的重心位于多個支點的范圍之內(nèi)，其與力感受部件間就不會產(chǎn)生偏重力矩的作用；僅由重力方向接觸副相聯(lián)，便可排除重力感受過程中其他影響因素的干擾；按力值相加是作和的基本要求，從而正確顯示整個被稱物體的質(zhì)量。本發(fā)明目的因此得以實現(xiàn)。
本發(fā)明所述與感受部件間的聯(lián)接副皆選用球面接觸相聯(lián)，這是可以減少非重力因素影響的結構。
本發(fā)明所述與力感受部件相聯(lián)的秤體部分，可以制成僅與各力感受部件相聯(lián)、均設有水平檢測部件和水平調(diào)節(jié)機構的個體。這樣，帶有傳感器的離散秤體形式可以適應不同形狀大小、不同靜態(tài)位置被稱物體的結構，水平的檢測與調(diào)節(jié)可保證正確感受待測物的質(zhì)量作用。
本發(fā)明所述電路還含有溫度感受部件，及相應修正電路，借以修正溫度對計量結果的影響，以期精確測量。
本發(fā)明所述傳感器選用壓阻型傳感部件，這是一種精度較高的經(jīng)濟通用傳感器件。
本發(fā)明以多點支撐結構，提供了稱量質(zhì)量、感受重力時、消除因被稱物安放位置所成力矩作用的可能，且符合力學理論，構思科學合理巧妙；帶力傳感器的離散型秤體結構，能夠適應體積或質(zhì)量較大的被稱物體的質(zhì)量測量；可以修正溫度的影響；尤其適用于大型電子秤。
附圖給出了本發(fā)明實施例的結構示意。


圖1是多承重點電子秤結構示意簡圖；圖2是球形傳動部件聯(lián)接示圖；圖3是球柱形傳動部件聯(lián)接示圖；圖4是帶球柱形傳動部件的托盤連接示圖；圖5是計算電路框圖；圖6是壓阻傳感器放大電路圖；圖7是溫度傳感器放大電路8和圖9是A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和顯示電路；圖10是離散式帶力感受器的部分秤體結構圖；圖11是離散感受器式電子秤的等高使用方式示意圖；圖12是離散感受器式電子秤的不等高使用方式示意圖。
圖13是兩支點重力合成原理圖；圖14是四支點重力合成原理圖。
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖中1.殼體2.電路聯(lián)線3.托盤4.傳感器5.被稱物6.水平檢測儀7.傳感器8.固定板9.電路板10.電源11.稱量結果顯示器12.球座13.鋼球14.導套15.鋼柱16.傳感器支柱17.溫度傳感器 18.高度調(diào)節(jié)螺栓19.離散狀態(tài)的力傳感部件A-放大器C-壓阻傳感器電橋D-單片機第一實施例為四點承重電子秤，如圖1、2、5-9。本例外形尺寸為300×250×200厘米，重約3Kg。整體為箱形，箱頂設水平固定板8，板上中部裝有水平測量儀11。固定板上還分設突出其上平面的四個與板螺紋固定聯(lián)接的傳感器4、7，制作時應保證傳感器頂部同在一個水平面內(nèi)，并保證與測量儀讀數(shù)一致。傳感器頂部與鋼球13接觸相聯(lián)，在接觸副四周設有與二者滑動配合的導套14。被稱物托盤底面近緣部、與四傳感器位置相當處，設有與鋼球接觸配合的球座12。在箱殼體1下部設有電源10和數(shù)據(jù)放大處理電路9，傳感器4、7的輸出端與電路板9的輸入經(jīng)聯(lián)線2相聯(lián)。箱體正面還設有顯示器6，與電路9的輸出相聯(lián)，顯示稱量結果。箱體底部裝有高度調(diào)節(jié)螺栓18。工作電路由SYC型壓阻傳感器C與三極管BG1、BG2和二極管D1、D2以及R1、R2、R3構成的恒流源電路相聯(lián)，其輸出與BG3、BG4和R4、R5所構成的源極跟隨器相聯(lián)，跟隨器的輸出與放大器A相聯(lián)，放大器的輸出Vsc與A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的IN7相聯(lián)，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出進入8031單片機D的P0口，8031的輸出經(jīng)接口14495與顯示器6相聯(lián)，電源10提供電路所需能源。二端式集成溫度傳感器17選用AD590固定于電路板上，其輸出經(jīng)放大器OP07以V0與ADC0809的輸入端IN7相聯(lián)。單片機8031按如下內(nèi)容編制的計算程序進行運算1.對四個壓力傳感器的輸出信號進行溫度修正，包括零點溫漂和靈敏度溫漂修正2.對各壓力信號乘以各自的靈敏度系數(shù)，也就是對四個輸入信號進行加權處理后，將電壓信號變成壓力信號；3.求和，將四個壓力信號的幅值疊加起來。然后再由顯示器顯示最終結果。以上是本例的結構描述。
工作時，應首先檢測水平儀6的讀數(shù)，必要時調(diào)節(jié)螺栓18使其讀數(shù)為零。由于有四點支撐，被稱物的重心能夠較容易的進入由傳感器四支點所限定的范圍之內(nèi)水平的工作狀態(tài)，使托盤能正常將其重力由盤下球座12、鋼球13分別傳遞到四個傳感器7上，即由四支點分擔其整體重量。經(jīng)傳感器變換放大后的電壓信號由A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號，送進單片機8031按計算程序進行運算，即1.對四個壓力傳感器的輸出信號進行溫度修正，包括零點溫漂和靈敏度溫漂修正2.對各壓力信號乘以各自的靈敏度系數(shù)，也就是對四個輸入信號進行加權處理后，將電壓信號變成壓力信號3.求和，將四個壓力信號的幅值疊加起來。然后再由顯示器顯示最終結果。
本稱所以能夠由多承重點受力之和表示被稱物重，現(xiàn)證明如下多點承重方法的力學基礎是質(zhì)心位置定理和質(zhì)量守恒定律，其數(shù)學表達式分別是
或rc＝∫ridm/∫dmi
或Mc＝∫dmi式中mi是第i個質(zhì)點的質(zhì)量，ri是第i個質(zhì)點的位置矢量，rc是質(zhì)點系i＝1......k的質(zhì)心的位置矢量，Mc是質(zhì)點系的總質(zhì)量。置于托盤中的重物可以是一塊剛體，也可以是許多不連續(xù)的小物體。當它們在托盤中穩(wěn)定下來時，均可使用上式。以離散物體為例，當重物倒入托盤中時，其質(zhì)心位置和總質(zhì)量可以
和
的方程組確定。方程組表明，當托盤中質(zhì)點分布變化或質(zhì)點質(zhì)量mi變化時，其質(zhì)心位置要變，即mi、ri和rc都要變化，但比值
不變。即重物總質(zhì)量不變，表明質(zhì)量總和與質(zhì)點質(zhì)量大小、個數(shù)和位置無關。所以重物的重量Mcg也和質(zhì)點的分布狀態(tài)無關，但這個結果必須有一個先決條件，即托盤的底面處于水平狀態(tài)。我們知道三點確定一個平面，要使托盤處于水平狀態(tài)，底面下部必須有三個支撐點，即必須用三個承重傳感器?，F(xiàn)在通用的電子秤托盤下部只有一個力傳感器，雖然加長了升降力柱和承重導套，當托盤上重物分布變化時，不能保證托盤絕對水平，很容易產(chǎn)生偏重力矩，甚至出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。為了減小由此產(chǎn)生的誤差，保證測量精度，只需給托盤做四個(或三個)支撐點即可達到上述目的。而且每個支撐點所承擔的重量與其他支撐點承擔的重量無重疊現(xiàn)象。即能保證
現(xiàn)以兩支點和四支點為例證明如下，如圖13、14。
1.支承點在一條線段兩端點的重力的合成一根梁AB支點在兩端A和B點上，重物P在梁上任一點P，P點與A、B兩點距離為a、b，平衡后A、B兩點的支承力分別為NA和NB。梁的重力略去不計，根據(jù)剛化公理及平面平行力平衡條件有∑LA＝0、∑LB＝0，L為力矩。即NB(a+b)-Pa＝0 NA(a+b)-Pb＝0∴NA＝Pa/(a+b) NB＝Pb/(a+b) 二者之和NA+NB＝P無論怎樣改變a、b的長度，即改變重物P在梁中的位置，這時NA和NB都在改變，但二者之和恒等于P，說明二者之和與質(zhì)點的重心位置無關，且兩點支承力無重疊現(xiàn)象。只要在A、B兩點放置兩個力傳感器，二傳感器顯示的力值之和即為重物重量P。
2.作用在一個矩形四個頂點上的重力的合成，如圖。A1B1BnAn為矩形四個頂點，現(xiàn)將線段A1An、B1Bn均分為n等份，并聯(lián)接A1B1、A2B2、A3B3......AnBn，組成一組平行線AjBj。作用在線段A1B1上的重力之和(A1B1上設有i個質(zhì)點)
同樣作用于AjBj上的重力之和
當n→∞時平行線AjBj組成平面A1AnBnB1。作用于平面A1B1BnAn上的重力之和
(k＝1，2，3......n1，2，3......)，這樣即是將平面A1B1BnAn上的重物支承于線段A1An和B1Bn上。它們的支點是A1、An和B1、Bn。而
∴上式變?yōu)?
(k＝1，2，3......；n＝1，2，3......)，如果從A1An，B1Bn上開始分析也會得出相同的結果。這表明不論NA1、NB1、NAn、NBn上的支承力大小如何變化，它們的總和不變，也不論盤內(nèi)的重物位置如何變化，它們的總重量Mcg與A1B1AnBn四點上的支承力之和永遠相等。說明A1B1AnBn四個支承點上分別承受的重力沒有重疊也沒有減少。
同樣可以證明三個支承點上的重力的合成也符合上述規(guī)律，即NA+NB+NC＝Mcg。
實際上托盤中的重物只要不再增加或減少，其總重量不會再變的。無論將盤中的物體怎樣移動，改變的是ri，mi和rc，Mc永遠不變。但是隨著ri，mi和rc的變化，NA、NB、NC、ND四個支點上分擔的支承力也會變化，只是有增有減，其總和也不會變化。如果在四個(或三個)支點上放置力傳感器，則這些支點上承受的重力會變成傳感器的電壓輸出，將它們求和即可求出托盤中重物的重量。
第二實施例為球柱形傳動部件的電子秤，如圖3。其結構與使用與上例均同，只是傳動部件制成兩端為球面的鋼柱體15。
第三實施例可將傳動部件與托盤制成一體，如圖4其余與前例相同。
第五實施例是離散感受器式電子秤，如圖10-12?；窘Y構仍與前例一致，只是各感受器脫離主秤體，裝于支柱16上，仍為螺紋聯(lián)接，形成獨立的離散狀態(tài)的力傳感部件19；其余的結構內(nèi)容皆如前裝于主秤體內(nèi)；兩部分之電路仍如上相聯(lián)，只是加長了聯(lián)接線路。使用時，可選用適當托盤，各感受器按托盤支撐的需要放置，但需保證托盤水平?；蚋鞲惺芷魇芰c在同一水平面上，即可使用?；蚩砂葱枰诓煌叨扔筛鞲惺芷鞴餐伪环Q物體，如圖12但需保證各感受器的受力方向與重力相同。兩種使用方式的其他情況與前幾例一致。
權利要求
1.多承重點電子秤包括秤體，與秤體相聯(lián)的壓力傳感部件，與壓力傳感部件相聯(lián)的傳動部件，與傳動部件相聯(lián)、安放被稱物體的支撐部件，與傳感部件輸出相聯(lián)的計算電路，與電路相聯(lián)的運算結果顯示部件，與電路相聯(lián)的電源、控制開關和輔助電路，以及固定聯(lián)接和調(diào)整上述部件的部件；其特征在于電子秤含有多個壓力傳感部件(4、7)；所述支撐部件(3)除支撐被稱物體外，僅與壓力感受部件以在重力方向上彼此接觸的聯(lián)接副(4、13、12)相聯(lián)；計算電路含有將多個傳感器輸出結果按其所代表的力值相加的電路(D)。
2.如權利要求1所述電子秤，其特征在于所述與傳動部件間的聯(lián)接副皆選用球面接觸(13)相聯(lián)。
3.如權利要求1或2所述電子秤，其特征在于所述與力感受部件相聯(lián)的秤體部分可以制成僅與各力感受部件相聯(lián)的個體(19)。
4.如權利要求1或2所述電子秤，其特征在于所述傳感器選用壓阻型傳感部件(C)。
5.如權利要求3所述電子秤，其特征在于本發(fā)明所述傳感器選用壓阻型傳感部件(C)。
6.如權利要求1或2所述電子秤，其特征在于所述電路還含有溫度感受部件(17)，及相應修正電路(D)。
7.如權利要求3所述電子秤，其特征在于所述電路還含有溫度感受部件(17)，及相應修正電路(D)。
8.如權利要求4所述電子秤，其特征在于所述電路還含有溫度感受部件(17)，及相應修正電路(D)。
9.如權利要求5所述電子秤，其特征在于所述電路還含有溫度感受部件(17)，及相應修正電路(D)。
全文摘要
多承重點電子秤屬計量器件,含有多個壓力傳感部件(7),承物托盤(3)除承物外僅與多個壓力傳感部件相聯(lián),與力感受部件相聯(lián)的秤體部分可以制成僅與各力感受部件相聯(lián)的個體(16),并含加權處理的計算電路(D),溫度修正電路(D),球面?zhèn)髁Σ考?13、15),可選用較經(jīng)濟的壓阻型傳感器(C)。本秤可消除稱量時的重力矩或其影響,矯正溫度影響。各感受器與主秤體相分離的型式,則更適用于稱量任何大、重物件的大型電子秤。
文檔編號G01G19/00GK1266180SQ00101350
公開日2000年9月13日 申請日期2000年1月26日 優(yōu)先權日2000年1月26日
發(fā)明者曾光宇, 薄玉成, 楊喜旺 申請人:曾光宇