專(zhuān)利名稱(chēng)：稱(chēng)重裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用信號(hào)處理電路對(duì)負(fù)載單元輸出的負(fù)載信號(hào)進(jìn)行電處理的這一類(lèi)稱(chēng)重裝置，因此被稱(chēng)重物體的重量可由顯示單元顯示。
一些現(xiàn)在市場(chǎng)上可買(mǎi)到的稱(chēng)重裝置一般使用圖9所示的這種電子信號(hào)處理電路。為討論認(rèn)為與本發(fā)明有關(guān)的先有技術(shù)，現(xiàn)請(qǐng)參閱圖9。
圖9所示的先有技術(shù)稱(chēng)重裝置包括與在主電路接線板31上形成的電路電連接的負(fù)載傳感器30。負(fù)載傳感器30有四個(gè)應(yīng)變計(jì)32，各為電阻元件形式固定，或以其他方式提供，在應(yīng)變產(chǎn)生元件上(未圖示)，作為被稱(chēng)物體放置結(jié)果，應(yīng)變產(chǎn)生元件響應(yīng)放在其上負(fù)載產(chǎn)生應(yīng)變。這些應(yīng)變計(jì)32與柔性印刷電路板(未圖示)電氣連接。因而構(gòu)成全橋型橋式電路33。上面提及的柔性印刷電路板通過(guò)適當(dāng)?shù)倪B接器(未圖示)與主電路板31相連。一般在先有技術(shù)稱(chēng)重裝置中使用的應(yīng)變計(jì)32為一種能補(bǔ)償應(yīng)變產(chǎn)生元件熱膨脹系數(shù)變化的類(lèi)型，因此可消除由于應(yīng)變產(chǎn)生元件和應(yīng)變計(jì)之間熱膨脹系數(shù)不同引起的任何可能測(cè)量誤差。
在橋式電路33的四臂中，每臂有各自的應(yīng)變計(jì)32位于其上，通過(guò)接點(diǎn)C連接在一起的二臂包括各自的調(diào)節(jié)元件34，用于在稱(chēng)重裝置無(wú)負(fù)載期間完成零點(diǎn)調(diào)整。在某些型號(hào)中，橋式電路的四臂中都使用了調(diào)節(jié)元件34。在任一情況下，每個(gè)調(diào)節(jié)元件34包括調(diào)零(偏移調(diào)節(jié))電阻35和零點(diǎn)溫度特性補(bǔ)償電阻36，調(diào)零電阻35為精密電阻元件形式，用于配合應(yīng)變計(jì)32中電阻值的變化，將從橋式電路33的輸出調(diào)節(jié)至例如OV的目標(biāo)電平，零點(diǎn)溫度特性補(bǔ)償電阻36為溫度敏感電阻元件形式，與調(diào)零電阻35串聯(lián)，以補(bǔ)償由于橋式電路33與溫度有關(guān)的漂移引起的橋式電路33輸出偏離目標(biāo)電平的變化。
橋式電路33的輸入側(cè)接點(diǎn)a和b與各自的幅度(span)溫度特性補(bǔ)償電阻39相連，溫度特性補(bǔ)償電阻39又與在橋式電路33的接點(diǎn)a和b上加以輸入電壓的直流電源38相連。每個(gè)幅度溫度特性補(bǔ)償電阻39為溫度敏感電阻元件，以補(bǔ)償由于應(yīng)變產(chǎn)生元件的楊氏模量隨溫度增加而降低引起應(yīng)變量增加時(shí)發(fā)生的負(fù)載信號(hào)電平的增加。
橋式電路33的輸出側(cè)接點(diǎn)c和d之間的電壓被加至設(shè)置在主電路板31上的信號(hào)處理電路40。在這種先有技術(shù)稱(chēng)重裝置中使用的信號(hào)處理電路40包括用以放大負(fù)載單元30輸出的負(fù)載信號(hào)的差分放大器級(jí)41，用于濾去已經(jīng)差分放大器級(jí)41放大的負(fù)載信號(hào)中噪聲分量的模擬濾波器，用于將經(jīng)濾波的負(fù)載信號(hào)變換為數(shù)字負(fù)載信號(hào)的模數(shù)變換器(ADC)43，和用于根據(jù)從模數(shù)變換器43供給的數(shù)字負(fù)載信號(hào)計(jì)算表示被稱(chēng)物體重量的測(cè)量值和也將測(cè)量值以能被顯示的重量信號(hào)的形式供給顯示單元的中央處理單元(CPU)44。
另一方面，直流電源38也與第一分壓器電路46相連，用于為信號(hào)處理電路40的所有分量元件提供第一基準(zhǔn)電壓VcoM和與第二分壓器電路47相連，用于為模數(shù)變換器43a提供第二基準(zhǔn)電壓VREF，使模數(shù)變換器43a決定加在其上的輸入信號(hào)的電平。
圖9所示的電路結(jié)構(gòu)在(例如)四個(gè)應(yīng)變計(jì)42和二個(gè)分壓電路46和47中使用許多個(gè)電阻元件，這樣其中所使用的元件數(shù)量較大。而且，由于在稱(chēng)重裝置中使用的這種類(lèi)型的每個(gè)應(yīng)變計(jì)32的電阻值一般較小，橋式電路33消耗較大量電力。因此，在電池供電的稱(chēng)重裝置的情況下電池易于很快消耗完。
針對(duì)上述提出的問(wèn)題，有人已建議使用圖10所示的橋式電路33A。圖10所示橋式電路33A是這樣設(shè)計(jì)的，使得在應(yīng)變計(jì)32之間接點(diǎn)d出現(xiàn)的電壓和第一基準(zhǔn)電壓VCOM之差值可以用作負(fù)載信號(hào)。這種橋式電路33A被認(rèn)為的優(yōu)點(diǎn)在于分壓器電路46和47的每一個(gè)被選擇為具有較高電阻值，可以大大減小被橋式電路33A消耗的電能量，然而，這種橋式電路33A的結(jié)構(gòu)已被發(fā)現(xiàn)具有下列二個(gè)問(wèn)題。
首先，除非幅度溫度特性補(bǔ)償電阻39具有相同電阻值和相同溫度特性，否則在負(fù)載信號(hào)可以取出的接點(diǎn)d處的電壓會(huì)隨溫度變化而波動(dòng)，即，隨溫度變化變得不穩(wěn)定。
其次，由于負(fù)載信號(hào)的電平由在應(yīng)變計(jì)32之間接點(diǎn)d的電壓和第一基準(zhǔn)電壓VCOM之間的差值表示的，故為獲得相對(duì)于溫度變化而言為穩(wěn)定的負(fù)載信號(hào)就必須完全補(bǔ)償分壓器電路46和應(yīng)變計(jì)32兩者的溫度特性。再者由于一方面應(yīng)變計(jì)32是裝在負(fù)載單元30上，而另一方面分壓器電路46裝在主電路板31上，當(dāng)將負(fù)載單元30和主電路板31組裝在一起時(shí)一定要進(jìn)行為補(bǔ)償與溫度有關(guān)的變化所必須的調(diào)整。因此，此調(diào)整往往是復(fù)雜和耗時(shí)的。此外，由于負(fù)載傳感器30和主電路板31在組裝狀態(tài)下一旦它們已被調(diào)好，就與其他任何負(fù)載單元或主電路板不再兼容，它們?cè)谔囟ǖ姆Q(chēng)重裝置中必須始終配對(duì)使用，調(diào)換負(fù)載傳感器30和主電路板31的其中一個(gè)就需要相應(yīng)地更換負(fù)載傳感器30和主電路板31中的另一個(gè)。這樣，在特定稱(chēng)重裝置中使用的負(fù)載傳感器和主電路板兩個(gè)中一個(gè)需要更換時(shí)，就必須同時(shí)用一對(duì)已被單獨(dú)調(diào)好的負(fù)載傳感器和主電路板更換這二個(gè)，造成元件的浪費(fèi)。
為了明顯減緩上述二個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明的發(fā)明人已在他們的美國(guó)專(zhuān)利No.4951765中建議如圖11所示的這種電路結(jié)構(gòu)，在該電路結(jié)構(gòu)中省去了幅度溫度特性補(bǔ)償電阻39的使用。依照?qǐng)D11所示的電路結(jié)構(gòu)，為了能按照溫度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)差分放大器級(jí)41的增益的目的，使用了溫度敏感電阻39A，使得通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)差分放大器級(jí)41的增益，可以補(bǔ)償由于溫度變化引起的負(fù)載信號(hào)的變化。圖11所示的電路結(jié)構(gòu)在解決與負(fù)載信號(hào)隨溫度變化變得不穩(wěn)定的有關(guān)上述第一個(gè)問(wèn)題上是有效的，但人們已發(fā)現(xiàn)有關(guān)調(diào)整困難和浪費(fèi)零部件的上述第二個(gè)問(wèn)題仍然不能得到解決。
考慮到與先有技術(shù)稱(chēng)重裝置有聯(lián)系的上文所討論的問(wèn)題，本發(fā)明已作出一種經(jīng)改進(jìn)的稱(chēng)重裝置，這種稱(chēng)重裝置基本上不需要復(fù)雜和耗時(shí)的調(diào)節(jié)以改進(jìn)稱(chēng)重精度，在保養(yǎng)期間可以容易地維修，而且消耗電力最少。
為此，本發(fā)明提出的稱(chēng)重裝置包括輸出正比于被稱(chēng)物體其上負(fù)載的負(fù)載信號(hào)的負(fù)載傳感器和處理來(lái)自負(fù)載傳感器的負(fù)載信號(hào)以提供指示被稱(chēng)物體重量的重量信號(hào)的信號(hào)處理電路。而負(fù)載傳感器包括能根據(jù)放在負(fù)載傳感器上負(fù)載的施加而產(chǎn)生應(yīng)變的應(yīng)變產(chǎn)生元件和具有第一和第二應(yīng)變計(jì)和若干電阻組成的串聯(lián)連接電路的橋式電路。信號(hào)處理電路接收在第一和第二應(yīng)變計(jì)之間接點(diǎn)送入的負(fù)載信號(hào)和在橋式電路的電阻之間接點(diǎn)送入的基準(zhǔn)電壓信號(hào)兩者。
對(duì)于這種稱(chēng)重裝置，負(fù)載信號(hào)和基準(zhǔn)電壓信號(hào)兩者都是從形成在負(fù)載傳感器這邊上的橋式電路供給的，又被加到與負(fù)載傳感器分開(kāi)設(shè)置的信號(hào)處理電路。由于構(gòu)成負(fù)載傳感器上橋路的各部分的電阻同時(shí)用作為提供基準(zhǔn)電壓信號(hào)的電阻，故顯著影響稱(chēng)重精度的負(fù)載信號(hào)和基準(zhǔn)電壓信號(hào)兩者的精度僅取決于橋路的精度。因此，為確保稱(chēng)重精度所需的調(diào)節(jié)可以簡(jiǎn)單地通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載傳感器上的橋式電路而達(dá)到。而且，即使在維修工作期間要求更換負(fù)載傳感器的，僅僅更換已調(diào)好的負(fù)載傳感器就可足以保證稱(chēng)重精度，而在更換后只需調(diào)節(jié)信號(hào)處理電路的一個(gè)幅度，而無(wú)需調(diào)節(jié)包括負(fù)載傳感器上橋式電路和信號(hào)處理電路的整個(gè)電路。
而且，通過(guò)為橋路中每個(gè)電阻選擇較高的阻值，即可有利地將橋路所消耗的電功率減至最小。
依照本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例，信號(hào)處理電路包括放大負(fù)載信號(hào)的放大器裝置和與放大器裝置相連的溫度補(bǔ)償電阻裝置。溫度補(bǔ)償電阻裝置具有能隨溫度變化有效地改變放大器裝置放大倍數(shù)的特性，從而補(bǔ)償應(yīng)變產(chǎn)生元件楊氏模量的溫度系數(shù)，以抑制從放大器裝置輸出的負(fù)載信號(hào)隨溫度變化而變化。因此，當(dāng)應(yīng)變產(chǎn)生元件的楊氏模量隨溫度變化而改變時(shí)，即使負(fù)載信號(hào)電平隨溫度變化而變時(shí)，從放大器裝置輸出的負(fù)載信號(hào)并不隨溫度變化而變，因此能有助于改善稱(chēng)重精度。
另外，依照本發(fā)明的另一最佳實(shí)施例，每個(gè)應(yīng)變計(jì)可以是能補(bǔ)償應(yīng)變產(chǎn)生元件楊氏模量的溫度系數(shù)的溫度補(bǔ)償式電阻。在這種情況下，從橋路輸出的負(fù)載信號(hào)將不隨應(yīng)變產(chǎn)生元件的溫度變化而變，因此也能有利于改善稱(chēng)重精度。
在本發(fā)明的另一最佳實(shí)施例中該橋式電路包括與電阻的串聯(lián)電路或與應(yīng)變計(jì)串聯(lián)的調(diào)節(jié)元件，用于調(diào)節(jié)橋式電路的輸出。依照該實(shí)施例，通過(guò)調(diào)節(jié)或選擇調(diào)節(jié)元件的電阻值可以實(shí)現(xiàn)橋式電路的零點(diǎn)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)元件可以或者與電阻或者與應(yīng)變計(jì)串聯(lián)。在應(yīng)變計(jì)中電阻值差別相當(dāng)大的場(chǎng)合，調(diào)節(jié)元件與應(yīng)變計(jì)的串聯(lián)連接可能需要這樣復(fù)雜和耗時(shí)的調(diào)節(jié)每個(gè)應(yīng)變計(jì)的電阻值的程序或者根據(jù)對(duì)每個(gè)應(yīng)變計(jì)的電阻值測(cè)量的計(jì)算，為選擇用于每個(gè)橋路的調(diào)節(jié)元件作好準(zhǔn)備。因此，在這種情況下最好調(diào)節(jié)元件與電阻串聯(lián)連接，電阻可以做成使用它們的電阻值沒(méi)有明顯的差別。
無(wú)論如何，從以下結(jié)合


本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，將會(huì)更清楚地理解本發(fā)明。然而，實(shí)施例和附圖只是為圖示說(shuō)明和解釋為目的給出的，不以任何方式作為對(duì)本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)來(lái)確定。附圖中貫穿幾個(gè)圖中相同的元件標(biāo)以相同標(biāo)號(hào)，附圖如下圖1表示依照本發(fā)明的第一最佳實(shí)施例的稱(chēng)重裝置的電路方塊圖;
圖2是在本發(fā)明的稱(chēng)重裝置中所用的應(yīng)變產(chǎn)生元件的立體示意圖;
圖3是表示在本發(fā)明的稱(chēng)重裝置中所用的兩個(gè)印刷電路板之間連接的平面示意圖;
圖4(a)是應(yīng)變產(chǎn)生元件在無(wú)負(fù)載狀態(tài)下的側(cè)面示意圖;
圖4(b)是應(yīng)變產(chǎn)生元件在負(fù)載狀態(tài)下的側(cè)面示意圖;
圖5(a)至5(f)是表示本發(fā)明的稱(chēng)重裝置中溫度補(bǔ)償特性的圖表;
圖6是表示圖1電路中所用的差分放大器級(jí)的細(xì)菌的電路方塊圖;
圖7是表示依照本發(fā)明的第二最佳實(shí)施例的稱(chēng)重裝置的電路方塊圖;
圖8是表示依照本發(fā)明的第三最佳實(shí)施例的稱(chēng)重裝置的電路方塊圖;
圖9是表示一個(gè)先有技術(shù)稱(chēng)重裝置的電路方塊圖;
圖10是表示另一個(gè)先有技術(shù)稱(chēng)重裝置的電路方塊圖;
圖11是表示又一個(gè)先有技術(shù)稱(chēng)重裝置的電路方塊圖。
先參閱圖1至3，依照本發(fā)明的第一最佳實(shí)施例的稱(chēng)重裝置包括響應(yīng)施加其上的負(fù)載能輸出負(fù)載信號(hào)的負(fù)載傳感器1和主印刷電路板2。主印刷電路板2包括能對(duì)負(fù)載傳感器1供給的負(fù)載信號(hào)進(jìn)行電處理的信號(hào)處理電路3，以提供指示被稱(chēng)重物體重量所測(cè)得的重量信號(hào)。
負(fù)載傳感器1包括圖2所示的橋式電路4和應(yīng)變產(chǎn)生元件5，元件5能響應(yīng)通過(guò)被稱(chēng)物體施加的負(fù)載而產(chǎn)生應(yīng)變。正如圖2清楚示出的，應(yīng)變產(chǎn)生元件5是具有一般為細(xì)長(zhǎng)鏜孔6的平行六面體塊結(jié)構(gòu)，孔6是由一對(duì)位于鄰近平行六面體塊各自相對(duì)端的一般為橢園形孔6a和6b和使橢園孔6a和6b相互連通的直徑6c所界定。平行六面體塊這樣開(kāi)孔，從而在例如圖2左邊其一個(gè)相對(duì)端部留下固定的剛性部分5a和在例如右邊的其另一個(gè)端部為可移動(dòng)的剛性部分5b，也就使上和下橫臂5c和5d限定在孔6的各自側(cè)和將固定部和可移動(dòng)部5a和5b連接在一起。構(gòu)成橋路4元件的應(yīng)變計(jì)7和8固定安裝在上橫臂5c的凹區(qū)5e和5f的外部，每個(gè)所述的凹區(qū)5e和5f正好定位在各自的橢園孔6a或6b上方，而且就位位置與上橫臂壁的最薄處相對(duì)應(yīng)。每個(gè)應(yīng)變計(jì)7和8可具有任何已知結(jié)構(gòu)因此具有在稱(chēng)重裝置的負(fù)載傳感器中一般使用的各種應(yīng)變計(jì)的運(yùn)行特性標(biāo)準(zhǔn)，用以補(bǔ)償應(yīng)變產(chǎn)生元件5的與溫度相關(guān)的熱膨脹系數(shù)的變化。
橋式電路4構(gòu)成在圖2和3所示的柔性主印刷電路板21上，并通過(guò)連接器22a和22b與在主印刷電路板2上構(gòu)成的信號(hào)處理電路3電氣連接。安裝在應(yīng)變產(chǎn)生元件5上的應(yīng)變計(jì)7和8與在柔性印刷電路板21上形成的導(dǎo)線相連接。
正如圖4(a)和4(b)所示，應(yīng)變產(chǎn)生元件5是用牢牢固定在稱(chēng)重裝置的支持架25上的固定剛性部5a支承的，而稱(chēng)臺(tái)9安裝在可移動(dòng)剛性部5b上。因此很容易理解，當(dāng)負(fù)載F也就是被稱(chēng)物體M的重量置于稱(chēng)臺(tái)9上時(shí)，應(yīng)變產(chǎn)生元件5經(jīng)受可移動(dòng)剛性部5b相對(duì)和平行于固定剛性部5a向下運(yùn)動(dòng)的平移而產(chǎn)生變形。由于應(yīng)變產(chǎn)生元件5以上述方式的變形結(jié)果在應(yīng)變計(jì)7和8中產(chǎn)生應(yīng)變，伴之以應(yīng)變計(jì)7和8的阻值正比于所產(chǎn)生應(yīng)變量的變化。根據(jù)應(yīng)變計(jì)7和8正比于所產(chǎn)生的應(yīng)變量而改變的各自電阻值，橋式電路4產(chǎn)生與被稱(chēng)物體M的重量F相對(duì)應(yīng)的負(fù)載信號(hào)。
圖1所示的在主印刷電路板2上構(gòu)成的信號(hào)處理電路3包括放大負(fù)載傳感器1供給的負(fù)載信號(hào)的放大器級(jí)17，用于除去來(lái)自負(fù)載傳感器的頻率高于預(yù)定截止頻率的高頻分量，即，主要由于負(fù)載傳感器1的機(jī)械振動(dòng)引起的振動(dòng)分量的模擬濾波器18，將過(guò)濾后的模擬負(fù)載信號(hào)變換為數(shù)字負(fù)載信號(hào)的例如一個(gè)雙積分型的模-數(shù)變換器(ADC)19和用于運(yùn)算處理數(shù)字負(fù)載信號(hào)以提供指示被稱(chēng)物體所測(cè)重量并可由任何已知顯示單元(未圖示)顯示的重量信號(hào)的中央處理單元(CPU)20。
橋式電路4除了上面提及的應(yīng)變計(jì)7和8以外還包括第一至第三電阻10、11和12的串聯(lián)電路SC和調(diào)節(jié)元件13，電阻10、11和12的每個(gè)為具有極其小的電阻與溫度有關(guān)的系數(shù)的普通電阻形式，調(diào)節(jié)元件13通過(guò)第一至第三電阻10至12的串聯(lián)連接電路SC而相互連接，用于調(diào)節(jié)橋式電路4的輸出。尤其是，應(yīng)變計(jì)7和8的串聯(lián)連接電路和包括第一至第三電阻10至12和調(diào)節(jié)元件13的串聯(lián)電路相互并聯(lián)連接在能產(chǎn)生電橋輸入電壓Vex的直流電源14的正極和接地極之間。因此，應(yīng)變計(jì)7和8之間的接點(diǎn)D提供負(fù)載信號(hào)，第一和第二電阻10和11之間的接點(diǎn)C提供第一基準(zhǔn)電壓信號(hào)VCOM;和在第二電阻11和第三電阻12之間的接點(diǎn)E提供第二基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF。第一基準(zhǔn)電壓信號(hào)VCOM提供為信號(hào)處理電路3所有部件元件所共用的基準(zhǔn)電壓，而第二基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF是由信號(hào)處理電路3中模數(shù)變換器19使用的將輸入信號(hào)與之比較的基準(zhǔn)電壓。
位于橋路4的二臂上，即分別在接點(diǎn)A和第一電阻10之間和在接點(diǎn)B和第三電阻12之間的每個(gè)調(diào)節(jié)元件13用于在稱(chēng)重裝置無(wú)負(fù)載期間將來(lái)自負(fù)載傳感器1的負(fù)載信號(hào)調(diào)節(jié)至預(yù)定電平，或零電平，元件13包括調(diào)零電阻15和零點(diǎn)溫度特性補(bǔ)償電阻16。調(diào)零電阻15為具有很小溫度系數(shù)足以配合在應(yīng)變計(jì)7和8之間電阻值差異的精密電阻，從而將橋式電路4的輸出調(diào)節(jié)至例如0的預(yù)定電平。另一方向，零點(diǎn)溫度特性補(bǔ)償電阻16為溫度敏感式電阻元件，用于補(bǔ)償由于橋式電路4與溫度有關(guān)的漂移所引起的橋式電路4輸出對(duì)預(yù)定電平的偏離。與第一至第三電阻10至12中任一個(gè)阻值相比，這些補(bǔ)償電阻15和16中每個(gè)具有足夠低的阻值。
信號(hào)處理電路3的放大器級(jí)17與溫度補(bǔ)償電阻39A相連，補(bǔ)償電阻39A的阻值隨溫度變化而可變的，因而改變放大器級(jí)17的放大系數(shù)。這溫度補(bǔ)償電阻39A具有能補(bǔ)償應(yīng)變產(chǎn)生元件5楊氏模量的溫度系數(shù)的特性，因而抑制放大器級(jí)17輸出的負(fù)載信號(hào)與溫度相關(guān)的變化。
換句話說(shuō)，放大器級(jí)17的輸出電壓VOUT由下列方程給定VOUT＝V.G＝K.ε.vex.G...(1)式中Vex表示橋式電路輸入電壓;V表示橋式電路輸出電壓，即在接點(diǎn)D處電壓和第一基準(zhǔn)電壓信號(hào)VCOM之間電位差;K表示應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變系數(shù)，ε表示應(yīng)變計(jì)中產(chǎn)生的應(yīng)變量;和G表示放大器級(jí)的放大系數(shù)。
總之，由于溫度增加造成應(yīng)變產(chǎn)生元件5的楊氏模量下降時(shí)，應(yīng)變計(jì)中產(chǎn)生的應(yīng)變量ε就增加，如圖5(a)所示。而且如圖5(b)所示，應(yīng)變系數(shù)K隨溫度增加而增加。因此，假定輸入電壓Vex如圖5(c)所示保持不變，格式電路輸出電壓V由于溫度增加產(chǎn)生應(yīng)變的結(jié)果而增加。因此，在使用如圖9所示的全橋式電路33的先有技術(shù)稱(chēng)重裝置的情況中，已經(jīng)使用幅度溫度特性補(bǔ)償電阻，每個(gè)補(bǔ)償電阻的阻值隨溫度增加而傾向于增加，因此加到橋路33的接點(diǎn)a和b上的輸入電壓Vex可以隨溫度增加而下降，從而補(bǔ)償幅度溫度特性，以如圖5(e)所示保持輸出電壓VOUT為恒定值。
然而，在本發(fā)明中使用的功能上相當(dāng)于圖10和11中任一個(gè)所示的半橋電路33A的橋式電路4中，使用上述幅度溫度特性補(bǔ)償電阻39會(huì)導(dǎo)致以上討論的問(wèn)題，因?yàn)樵谪?fù)載信號(hào)取出的接點(diǎn)D處電壓隨溫度變化而波動(dòng)，除非幅度溫度特性補(bǔ)償電阻39彼此具有相同阻值和相同的溫度特性。
從上述觀點(diǎn)看來(lái)，在本發(fā)明的第一最佳實(shí)施例的實(shí)踐中，橋式電路輸入電壓Vex保持不變的同時(shí)使放大器級(jí)17的放大系數(shù)G如圖5(d)所示隨溫度增加而下降。通過(guò)這樣做，放大器級(jí)17的輸出電壓VOUT可以保持恒定值，正如從上面引用的方程(1)中可以容易理解的。
可以被使用在本發(fā)明實(shí)踐中的上面提及的放大器級(jí)17的例子是如圖6所示的電路結(jié)構(gòu)。參閱圖6，放大器級(jí)17包括負(fù)反饋放大器171，其正輸入端適用于饋入第一基準(zhǔn)電壓信號(hào)VCOM，而橋式電路4的接點(diǎn)D處出現(xiàn)的負(fù)載信號(hào)通過(guò)緩沖器172和溫度補(bǔ)償電阻39A加在負(fù)反饋放大器171的負(fù)輸入端上。上述電路結(jié)構(gòu)的放大器級(jí)17的放大系數(shù)G與負(fù)反饋電阻173的阻值Rf和溫度補(bǔ)償電阻39A的阻值Rs具有下列關(guān)系G＝Rf/Rs因此，讓溫度補(bǔ)償電阻39A的阻值Rs變得隨溫度補(bǔ)償電阻39A的溫度增加而增加，放大系數(shù)G隨溫度增加而增加，這樣如圖5(e)所示，放大器級(jí)17的輸出電壓VOUT(幅度)可以相對(duì)于溫度變化而穩(wěn)定在恒定值。
上述結(jié)構(gòu)的稱(chēng)重裝置以下列方式操作。
假定來(lái)自直流電源14的輸入電壓加在負(fù)載傳感器1的橋式電路4的接點(diǎn)A和B，則在橋式電路4的接點(diǎn)C和D之間產(chǎn)生的電壓可隨之作為負(fù)載信號(hào)供給放大器級(jí)17。在稱(chēng)重裝置無(wú)負(fù)載狀態(tài)期間來(lái)自負(fù)載傳感器1的負(fù)載信號(hào)的偏移量由調(diào)零電阻15和零點(diǎn)溫度特性補(bǔ)償電阻16加以調(diào)節(jié)，從而達(dá)到預(yù)定電平不受溫度變化的不利影響，即，使在接點(diǎn)C和D之間的輸出電壓差達(dá)到某預(yù)定值例如OV。
另一方面，當(dāng)?shù)谝换鶞?zhǔn)電壓信號(hào)VCOM為信號(hào)處理電路3的所有元部件所共用時(shí)，出現(xiàn)在橋式電路4的接點(diǎn)C的電壓來(lái)自負(fù)載傳感器1供給主印刷電路板2上的信號(hào)處理電路3。還有，當(dāng)?shù)诙鶞?zhǔn)電壓信號(hào)VREF為模數(shù)變換器19所使用時(shí)，出現(xiàn)在橋式電路4的接點(diǎn)E的電壓被輸入至模數(shù)變換器19。部分因?yàn)榈谝缓偷诙鶞?zhǔn)電壓信號(hào)VCOM和VREF之間差值對(duì)應(yīng)于電阻11的相對(duì)二端之間的電壓和部分因?yàn)榈谝恢恋谌娮?0至12的每個(gè)阻值比任何一個(gè)調(diào)節(jié)元件13的阻值足夠高，而且具有極其小的阻值的溫度相關(guān)系數(shù)，故有可能供給相對(duì)于第一基準(zhǔn)電壓信號(hào)VCOM穩(wěn)定的與虛地電壓相對(duì)應(yīng)的第二基準(zhǔn)電壓信號(hào)VREF。
輸入至放大器級(jí)17的模擬負(fù)載信號(hào)在放大器級(jí)被放大，接著通過(guò)模擬濾波器18，使模擬負(fù)載信號(hào)中高頻分量被濾去。經(jīng)模擬濾波器18濾波后的模擬負(fù)載信號(hào)又經(jīng)模數(shù)變換器19變換為數(shù)字負(fù)載信號(hào)，數(shù)字負(fù)載信號(hào)隨之供給中央處理單元20。中央處理單元20對(duì)收到數(shù)字負(fù)載信號(hào)作出響應(yīng)，執(zhí)行運(yùn)算以確定被稱(chēng)物體的重量。然后輸出重量信號(hào)至顯示單元，以提供所稱(chēng)物體重量的可視指示。
在依照本發(fā)明的稱(chēng)重裝置中，負(fù)載傳感器1的橋式電路4是經(jīng)高度精密組裝而成，因此可以同時(shí)精確控制第一和第二基準(zhǔn)信號(hào)VCOM和VREF和負(fù)載信號(hào)兩者。而且，為保證稱(chēng)重精度所必需的調(diào)節(jié)可以只在負(fù)載傳感器1側(cè)進(jìn)行，而與主印刷電路板2上電路無(wú)關(guān)。
此外，在維護(hù)期間需要調(diào)換負(fù)載傳感器1的場(chǎng)合，只要更換上一塊類(lèi)似的但已經(jīng)調(diào)整的負(fù)載傳感器就足以維持稱(chēng)重精度，除了需要調(diào)節(jié)中央處理單元26的幅度之外無(wú)需其他調(diào)節(jié)。
進(jìn)而，由于在本發(fā)明的稱(chēng)重裝置中所用的負(fù)載傳感器1采用了連接成橋式電路4的第一至第三電阻10至12也就是說(shuō)，第一至第三電阻10至12可能對(duì)應(yīng)于圖9至11任一圖中兩個(gè)分壓器電路46和47被組合在一起的電路，所以橋式電路4中必需的電阻數(shù)目可以被有利地減少。
還有，與信號(hào)處理電路3的放大器級(jí)17相連的溫度補(bǔ)償電阻39A的結(jié)構(gòu)能有效補(bǔ)償應(yīng)變產(chǎn)生元件5的楊氏模量的溫度系數(shù)，因此可抑制從放大器級(jí)17輸出的負(fù)載信號(hào)的任何可能與溫度有關(guān)的變化。因此，從放大器17輸出的負(fù)載信號(hào)是穩(wěn)定的，不隨溫度變化而波動(dòng)，因而可有助于改善稱(chēng)重精度。
再者，由于構(gòu)成橋式電路4的各個(gè)元件的第一至第三電阻10至12的每個(gè)阻值可被選為高阻值，而不論應(yīng)變計(jì)7和8中任一個(gè)的阻值如何，可有助于最大限度地減小橋式電路4所消耗的電功率量，所以本發(fā)明可以很好地運(yùn)用在電池供電的稱(chēng)重裝置中。
同時(shí)，在制造應(yīng)變計(jì)期間各應(yīng)變計(jì)的阻值會(huì)有明顯的差別，為了調(diào)節(jié)與應(yīng)變計(jì)串聯(lián)連接的元件，可能需要復(fù)雜和耗時(shí)的程序，去測(cè)量應(yīng)變計(jì)7和8的每個(gè)阻值，然后參照應(yīng)變計(jì)7和8測(cè)得的電阻值進(jìn)行計(jì)算確定每個(gè)調(diào)節(jié)元件13的阻值，最后選擇阻值等于或接近所決定阻值的每個(gè)調(diào)節(jié)元件。
相比之下，在本發(fā)明所圖示的實(shí)施例中，橋式電路4中調(diào)節(jié)元件與稱(chēng)為固定電阻的第一至第三電阻10至12串聯(lián)連接，固定電阻在各個(gè)電阻之間阻值上幾乎無(wú)差異，可以有利地用作第一至第三電阻10至12的每一個(gè)。因此在本發(fā)明實(shí)踐中所使用的調(diào)節(jié)元件，每個(gè)元件具有的阻值考慮到用作第一至第三電阻10至12的每個(gè)固定電阻的阻值而選擇出來(lái)的，相同調(diào)節(jié)元件可以等同地用于其他類(lèi)似橋式電路4中。另一方面，在本發(fā)明的實(shí)踐中可以使用阻值有明顯差異的應(yīng)變計(jì)。這導(dǎo)致實(shí)用性的改善，也使應(yīng)變計(jì)隨時(shí)效降低其性能的任何可能性減為最小。
在本發(fā)明的上述實(shí)施例中，溫度補(bǔ)償電阻39A已被圖示和描述為安裝在負(fù)載傳感器1的應(yīng)變產(chǎn)生元件5上。這特別有利于使應(yīng)變產(chǎn)生元件5的任何可能的溫度變化可被直接傳遞給溫度補(bǔ)償電阻39A。然而，其上形成有信號(hào)處理電路3的主印刷電路板2位于應(yīng)變產(chǎn)生元件5的附近，溫度補(bǔ)償電阻39A可被安裝在主印刷電路板2上，即使是在這可供選擇的位置，溫度補(bǔ)償電阻39A也能具有隨應(yīng)變產(chǎn)生元件5溫度的變化而有效改變了的阻值。
圖7表示本發(fā)明的第二最佳實(shí)施例。在這第二最佳實(shí)施例中，省去了上述本發(fā)明的實(shí)施例中所用的已被介紹過(guò)的溫度補(bǔ)償電阻39A，代之以使用分別標(biāo)為70和80的應(yīng)變計(jì)，每個(gè)應(yīng)變計(jì)本身為溫度補(bǔ)償電阻，其特性能有效補(bǔ)償應(yīng)變產(chǎn)生元件楊氏模量的溫度系數(shù)。
換句話說(shuō)，每個(gè)應(yīng)變計(jì)70和80具有如圖5(f)所示應(yīng)變系數(shù)K隨溫度T增加而減小的特性。另一方面，正如上文所述，如圖5(a)所示由于溫度T增加引起應(yīng)變產(chǎn)生元件的楊氏模量E減小的結(jié)果應(yīng)變?chǔ)旁黾?，因而傾向于增加輸出電壓VOUT。輸出電壓VOUT的這個(gè)增量被應(yīng)變系數(shù)K的溫度特性所抵消，正如從上述的方程(1)中可容易理解的，因此盡管放大器級(jí)17的放大系數(shù)G不論溫度如何變化而保持恒定，可以如圖5(e)所示獲得相對(duì)于圖5(c)所示恒定輸入電壓Vex的恒定輸出電壓VOUT。這樣，應(yīng)變計(jì)70和80是能抵消應(yīng)變產(chǎn)生元件由于溫度變化引起的楊氏模量變化的類(lèi)型，即為能補(bǔ)償楊氏模量溫度系數(shù)的類(lèi)型。每個(gè)應(yīng)變計(jì)70和80也具有通常的補(bǔ)償熱膨脹溫度系數(shù)的工作特性，這種特性在稱(chēng)重裝置的負(fù)載傳感器中使用的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變計(jì)中一般可找到。
每個(gè)應(yīng)變計(jì)70和80為既能補(bǔ)償應(yīng)變產(chǎn)生元件之楊氏模量的溫度系數(shù)又能補(bǔ)償應(yīng)變產(chǎn)生元件的熱膨脹溫度系數(shù)的類(lèi)型，所使用的這種類(lèi)型應(yīng)變計(jì)可以是由例如鎳鉻合金的電阻元件制備的溫度補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)。
根據(jù)在圖7所示和結(jié)合圖7說(shuō)明的上述本發(fā)明的第二最佳實(shí)施例，由于應(yīng)變計(jì)70和80本身具有補(bǔ)償應(yīng)變產(chǎn)生元件楊氏模量的溫度系數(shù)的特性，故橋式電路4輸出的負(fù)載信號(hào)是穩(wěn)定的，不會(huì)隨著應(yīng)變產(chǎn)生元件5的溫度變化而變化，因而可以提高稱(chēng)重精度。
在說(shuō)明本發(fā)明上述任一最佳實(shí)施例的過(guò)程中已圖示和說(shuō)明了橋式電路4具有與第一至第三電阻10至12串聯(lián)的調(diào)節(jié)元件。然而，在應(yīng)變計(jì)7和8的阻值差異很小時(shí)，不再需要這種復(fù)雜和耗時(shí)的選擇調(diào)節(jié)元件的程序，因此調(diào)節(jié)元件13可以如圖8所示與應(yīng)變計(jì)7和8串聯(lián)連接。即使對(duì)于圖8所示的本發(fā)明第三實(shí)施例，運(yùn)用調(diào)節(jié)元件13可以有效和滿意地實(shí)現(xiàn)橋式電路4的調(diào)零和零點(diǎn)溫度特性補(bǔ)償。
雖然已結(jié)合附圖以最佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明，但這些僅僅為舉例說(shuō)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易在閱讀本發(fā)明所提供的本文技術(shù)說(shuō)明后在顯而易見(jiàn)的范圍內(nèi)作出大量變動(dòng)和修改。例如，雖然在本發(fā)明的任一上述實(shí)施例中橋式電路4圖示和說(shuō)明為在接點(diǎn)D的各側(cè)有二個(gè)應(yīng)變計(jì)7和8或70和80，但在橋式電路接點(diǎn)D的每側(cè)上也可以使用若干個(gè)應(yīng)變計(jì)。
因此，這些變動(dòng)和改型除非它們脫離了本文所附權(quán)利要求確定的本發(fā)明的范圍，否則就應(yīng)認(rèn)作本發(fā)明所包括的。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)對(duì)物體重量進(jìn)行電氣處理以測(cè)量被稱(chēng)重物體重量的稱(chēng)重裝置，該裝置包括負(fù)載傳感器，用于輸出正比于其上施加的被稱(chēng)物體的負(fù)載的負(fù)載信號(hào)和信號(hào)處理電路，用于處理來(lái)自負(fù)載傳感器的負(fù)載信號(hào)，以提供指示被稱(chēng)重物體重量的重量信號(hào)；這里所述負(fù)載傳感器包括能響應(yīng)負(fù)載傳感器上的負(fù)載的施加產(chǎn)生應(yīng)變的應(yīng)變產(chǎn)生元件和具有第一和第二應(yīng)變計(jì)和由若干電阻組成的串聯(lián)連接電路的橋式電路；所述信號(hào)處理電路接收從在第一和第二應(yīng)變計(jì)之間的接點(diǎn)送來(lái)的負(fù)載信號(hào)以及從在橋式電路電阻之間接點(diǎn)送來(lái)的基準(zhǔn)電壓信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的稱(chēng)重裝置，其特征在于所述信號(hào)處理電路包括用于放大負(fù)載信號(hào)的放大器裝置和與所述放大器裝置連接的溫度補(bǔ)償電阻裝置，所述溫度補(bǔ)償電阻裝置具有隨溫度變化有效地改變?cè)摲糯笃餮b置的放大系數(shù)的特性，從而補(bǔ)償應(yīng)變產(chǎn)生元件的楊氏模量的溫度系數(shù)，以抑制放大器裝置輸出的負(fù)載信號(hào)隨溫度變化而變化。
3.如權(quán)利要求2所述的稱(chēng)重裝置，其特征在于所述溫度補(bǔ)償電阻裝置裝在負(fù)載傳感器上。
4.如權(quán)利要求2所述的稱(chēng)重裝置，其特征在于所述信號(hào)處理電路構(gòu)成在主印刷電路板上而所述溫度補(bǔ)償電阻裝置安裝在所述主印刷電路板上。
5.如權(quán)利要求1所述的稱(chēng)重裝置，其特征在于每個(gè)所述應(yīng)變計(jì)是溫度補(bǔ)償電阻，其具有能補(bǔ)償應(yīng)變產(chǎn)生元件楊氏模量的溫度系數(shù)的特性。
6.如權(quán)利要求1所述的稱(chēng)重裝置，其特征在于所述信號(hào)處理電路包括將負(fù)載信號(hào)變換為數(shù)字負(fù)載信號(hào)的模數(shù)變換器，所述串聯(lián)連接電路包括第一至第三電阻，在第一和第二電阻之間的接點(diǎn)提供為信號(hào)處理電路所有元件所共用的第一基準(zhǔn)電壓，而第二和第三電阻之間的接點(diǎn)提供確定加在模數(shù)變換器上輸入信號(hào)電平的第二基準(zhǔn)電壓，所述第一和第二基準(zhǔn)電壓被加到所述信號(hào)處理電路。
7.如權(quán)利要求1所述的稱(chēng)重裝置，其特征在于所述橋式電路包括與電阻的串聯(lián)電路串聯(lián)連接的調(diào)節(jié)元件，用于調(diào)節(jié)橋式電路的輸出。
8.如權(quán)利要求1所述的稱(chēng)重裝置，其特征在于所述橋式電路包括與所述應(yīng)變計(jì)串聯(lián)連接的調(diào)節(jié)元件。
全文摘要
一種稱(chēng)重裝置，包括負(fù)載傳感器1和處理來(lái)自傳感器1的負(fù)載信號(hào)提供指示負(fù)載的重量信號(hào)的信號(hào)處理電路3。傳感器1包括能正比于其上負(fù)載而產(chǎn)生應(yīng)變的應(yīng)變產(chǎn)生元件5和具有一對(duì)固定在元件5上的應(yīng)變片7和8及電阻10至12的電橋4。負(fù)載信號(hào)取自片7和8之間接點(diǎn)D；基準(zhǔn)電壓信號(hào)V
文檔編號(hào)G01G3/18GK1089352SQ93120568
公開(kāi)日1994年7月13日 申請(qǐng)日期1993年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月3日
發(fā)明者今井健治, 內(nèi)藤和文 申請(qǐng)人:株式會(huì)社石田