專利名稱:力值測(cè)量裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種力值測(cè)量裝置，其利用張緊細(xì)絲的固有振蕩頻率依加于其上的負(fù)荷變化而改變的現(xiàn)象。
這類力值測(cè)量裝置例如在英國(guó)專利2，133，800中公開了。在這個(gè)裝置中，在一對(duì)平行的懸臂部件的自由端中間張緊一根金屬絲，并且一個(gè)待測(cè)的力加在這些部件中的一個(gè)的自由端上。與外加力的大小有函數(shù)關(guān)系的該細(xì)絲的張緊程度，同時(shí)也與該細(xì)絲的固有振蕩頻率有函數(shù)關(guān)系。因此，如果測(cè)得振蕩頻率，即可由此計(jì)算出外加力。
金屬絲的張緊程度還受懸臂部件的彈性常數(shù)控制，而該彈性常數(shù)一般是受環(huán)境溫度影響的。稍稍傾斜的懸臂的推斥作用使細(xì)絲處于初始張緊狀態(tài)，而這一初始張緊狀態(tài)確定了裝置的零讀數(shù)。所以，環(huán)境溫度的變化可能導(dǎo)致不希望的零點(diǎn)漂移，零點(diǎn)漂移本身又引起測(cè)量誤差。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的力值測(cè)量裝置，其具有消除這類由環(huán)境溫度變化而引起的誤差的裝置。
依照本發(fā)明提供一種力值測(cè)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(xì)絲，以及測(cè)量該細(xì)絲的振蕩頻率并計(jì)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(xiàn)有技術(shù)裝置中一樣。本發(fā)明的一個(gè)特征是，該裝置還包括一個(gè)附裝在至少一個(gè)彈性部件上或其附近的溫度敏感元件，以及根據(jù)該敏感元件的輸出計(jì)算補(bǔ)償值并自動(dòng)校正被測(cè)力的裝置。
參考附圖，從下述對(duì)實(shí)施例的描述中，人們將很容易了解本發(fā)明的其他特征和工作方式。
圖1是說明本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例的方框圖;
圖2是說明圖1裝置由溫度變化引起零點(diǎn)漂移的曲線圖;
圖3和圖4是表示圖1裝置計(jì)算操作的一個(gè)實(shí)例的流程圖;
圖5和圖6是表示圖1裝置中模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的實(shí)例的線路框圖。
參照?qǐng)D1，一個(gè)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(gè)基底上，稱重托盤4附裝于另一端部3。一個(gè)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平行并保持一定間隔。一根金屬細(xì)絲6張緊在彈性部件1和5的自由端中間，并放置在一對(duì)磁極7的磁場(chǎng)之間。將細(xì)絲6聯(lián)接成為振蕩器8的一個(gè)組成部分，該振蕩器8產(chǎn)生一個(gè)頻率與細(xì)絲6的固有振蕩頻率對(duì)應(yīng)的振蕩信號(hào)。振蕩器8的細(xì)節(jié)將不再描述，因?yàn)樗呀?jīng)在上面引用的英國(guó)專利中描述了。
振蕩器8的輸出加到計(jì)數(shù)器9上，計(jì)數(shù)器9對(duì)輸入信號(hào)的振蕩周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且在一個(gè)與預(yù)置周期數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)打開門10。時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器11產(chǎn)生一個(gè)頻率高于振蕩器頻率的時(shí)鐘脈沖列，當(dāng)門10被打開時(shí)，時(shí)鐘脈沖列通過門10。通過門10的該時(shí)鐘脈沖列由另一個(gè)計(jì)數(shù)器12計(jì)數(shù)。因此，計(jì)數(shù)器12的計(jì)數(shù)值精確地正比于與加在托盤4上的負(fù)荷有函數(shù)關(guān)系的細(xì)絲6的振蕩頻率。重量計(jì)算單元13利用輸入的計(jì)數(shù)值和上述數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算外加負(fù)荷的重量W。
本發(fā)明的一個(gè)特征是，該稱重器還包括將被測(cè)量值W轉(zhuǎn)換成一個(gè)經(jīng)補(bǔ)償?shù)臄?shù)值WC的裝置，數(shù)值WC對(duì)應(yīng)于預(yù)置參考溫度下的測(cè)量值，如下所述，該參考溫度可以選為例如20℃。
一個(gè)溫度敏感元件14，例如熱敏電阻，在靠近彎曲5a處附裝于輔助彈性部件5上，來自該敏感元件14的溫度信息T經(jīng)由一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器15加到溫度補(bǔ)償值計(jì)算區(qū)段16。該區(qū)段16用來把被測(cè)量值W對(duì)校正值WC的偏差作為當(dāng)前溫度下的零點(diǎn)對(duì)參考溫度下零點(diǎn)的偏移的差值來計(jì)算。在加/減法器17中從被測(cè)量值W中減去數(shù)值△D，加/減法器17向顯示器18提供校正重量WC，用于顯示。
來自敏感元件14的溫度信息T與實(shí)際溫度并非總是呈線性關(guān)系，因此，零點(diǎn)偏移D一般與溫度信息T不成線性關(guān)系。尤其在使用熱敏電阻作為溫度敏感元件14的時(shí)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(gè)例子。如果曲線20表示一個(gè)二次方程D＝aT2+bT+C (1)參考溫度為T0時(shí)的零點(diǎn)偏移D0由下式給出D0＝aT20+bT0+C (2)所以，△D＝D-D0＝aT2+bT-K (3)這里K＝aT20+bT0(4)由于a和b是常數(shù)，以及由附裝的敏感元件14確定的T0也是常數(shù)，所以K是常數(shù)。計(jì)算區(qū)段16包括一個(gè)只讀存貯器(ROM)(未示出)，用來存貯方程式(3)和這些常數(shù)，并根據(jù)這個(gè)方程式由當(dāng)前溫度信息T°計(jì)算出補(bǔ)償值△D。
當(dāng)D/T曲線代表高階方程時(shí)，可以利用相應(yīng)的方程式進(jìn)行類似計(jì)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(jiǎn)單方程計(jì)算△D，△D＝K(T-T0) (5)這里K是常數(shù)。上述補(bǔ)償計(jì)算可由圖3所示的程序進(jìn)行。
參考圖3，加在托盤4上的負(fù)荷W由第31步重量計(jì)算單元13計(jì)算，而溫度信息T由第32步從A/D轉(zhuǎn)換器15接收。然后，在第33步計(jì)算區(qū)段16按上述方式計(jì)算出補(bǔ)償值△D，并在第34步利用加/減法器從被計(jì)算的負(fù)荷W中減去△D。得到的被校正負(fù)荷WC在第35步由顯示器18顯示。
當(dāng)D/T曲線既不能用簡(jiǎn)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(shí)，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(diǎn)的24、25和26表示在圖2中。在這種情況下，第33步(圖3)補(bǔ)償值的計(jì)算可以由圖4所示程序進(jìn)行。參考圖4，將當(dāng)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(qū)間21、22和23中選出一個(gè)用于計(jì)算的區(qū)間，并在相應(yīng)的第43、44和45步中的一個(gè)進(jìn)行計(jì)算。
通過對(duì)不同的溫度信息T從實(shí)驗(yàn)上測(cè)量補(bǔ)償值△D，并將這些值作成一個(gè)校正表，存在只讀存貯器(ROM)中，可以省去上述的近似和計(jì)算。如果將這種表格繪成T和W的矩陣形式，就有可能補(bǔ)償所有因溫度變化引起的誤差，包括上述的零點(diǎn)漂移。
雖然可以用市售的集成電路組成A/D轉(zhuǎn)換器15，但是也可以采用圖5和圖6所示的線路。
在圖5中，一個(gè)振蕩器/放大器50由熱敏電阻51和補(bǔ)償電阻52并聯(lián)的電路和電容器53串聯(lián)，再配一個(gè)運(yùn)算放大器54及分壓電阻55、56組成。振蕩器/放大器50產(chǎn)生一個(gè)振蕩周期t正比于熱敏電阻14的溫度Tt的方波振蕩信號(hào)，如下述方程式所示，Tt＝K1t＝K2(R·Rt)/(R+Rt) C這里K1和K2是常數(shù)，R、Rt和C是元件參數(shù)，如圖5所示。
利用一個(gè)適當(dāng)?shù)牟ㄐ纬尚尉€路57把振蕩器/放大器50產(chǎn)生的方波信號(hào)轉(zhuǎn)變成雙尖峰脈沖列，得到的正、負(fù)脈沖分別用于使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器58置位和復(fù)位。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器58的Q輸出端耦合到與門59的一個(gè)輸入端上，59的另一個(gè)輸入端耦合到時(shí)鐘發(fā)生器(未示出)。因此，時(shí)鐘脈沖通過與門59，并由計(jì)數(shù)器60計(jì)數(shù)，使計(jì)數(shù)器60的計(jì)數(shù)值正比于溫度Tt。這樣，這一計(jì)數(shù)值被送到補(bǔ)償值計(jì)算區(qū)段16，作為溫度信息T。
圖6的線路包括并聯(lián)著的熱敏電阻51和補(bǔ)償電阻52。當(dāng)恒穩(wěn)電流lc流經(jīng)這一并聯(lián)線路時(shí)，在其上產(chǎn)生一個(gè)正比于其電阻值的電壓降e，即RtR/(Rt+R)。由電壓一頻率轉(zhuǎn)換器(V/f)61將此電壓e轉(zhuǎn)換成一個(gè)頻率正比于輸入電壓的交變波。該頻率信號(hào)經(jīng)與門62到計(jì)數(shù)器63，門62由縣有預(yù)置持續(xù)期的門信號(hào)打開。因此，計(jì)數(shù)器63的計(jì)數(shù)值也正比于溫度Tt，而且可以作為溫度信息T。
權(quán)利要求
1.一種力值測(cè)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于接受加在其自由端的待測(cè)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(xì)絲，以及用于測(cè)量所述細(xì)絲的振蕩頻率并由此計(jì)算所述待測(cè)力大小的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括一個(gè)放在至少所述主要的和輔助的部件中的一個(gè)近旁的溫度敏感元件，用來提供一個(gè)指示其溫度的信息，從所述信息計(jì)算與所述溫度對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償值的裝置，以所述補(bǔ)償值校正所述被計(jì)算的力值大小的裝置。
2.如權(quán)利要求
1所述的力值測(cè)量裝置，其中所述的計(jì)算裝置包括存貯所述溫度信息和所述補(bǔ)償值之間的函數(shù)關(guān)系的存貯裝置，以及根據(jù)所述函數(shù)關(guān)系從所述溫度信息計(jì)算所述補(bǔ)償值的算術(shù)裝置。
3.如權(quán)利要求
2所述的力值測(cè)量裝置，其中所述的函數(shù)關(guān)系是近似的二次方程。
4.如權(quán)利要求
2所述的力值測(cè)量裝置，其中所述的函數(shù)關(guān)系是至少一個(gè)近似的線性方程。
5.如權(quán)利要求
1所述的力值測(cè)量裝置，其中所述的計(jì)算裝置包括存貯一個(gè)所述溫度和相應(yīng)補(bǔ)償值的校正表的存貯裝置，而所述校正裝置適合于響應(yīng)所述溫度信息，以利用所述的相應(yīng)補(bǔ)償值實(shí)現(xiàn)校正。
6.利用包括至少一個(gè)接受所述力的彈性部件的力值測(cè)量裝置測(cè)力的一種方法，包括下述步驟預(yù)先獲得和存貯所述彈性部件的溫度和被測(cè)力的相應(yīng)補(bǔ)償值之間的函數(shù)關(guān)系，將一個(gè)溫度敏感元件附裝于所述彈性部件上，以獲得關(guān)于其溫度的信息顯示，根據(jù)所述的存貯的函數(shù)關(guān)系，從所述信息計(jì)算與所述溫度對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償值，以及用所述補(bǔ)償值校正該被測(cè)力。
7.如權(quán)利要求
6所述的方法，其中所述的函數(shù)關(guān)系以二次方程的形式存貯。
8.如權(quán)利要求
6所述的方法，其中所述的函數(shù)關(guān)系以至少一個(gè)線性方程的形式存貯。
9.利用包括至少一個(gè)接收所述力的彈性部件的力值測(cè)量裝置測(cè)力的一種方法，包括下述步驟預(yù)先存貯一個(gè)所述彈性部件的溫度和被測(cè)力的相應(yīng)補(bǔ)償值的校正表，將一個(gè)溫度敏感元件附裝于所述的彈性部件上，以獲得關(guān)于其溫度的信息顯示，從所述校正表中讀取一個(gè)與所述溫度對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償值，以及用所述補(bǔ)償值校正該被測(cè)力。
專利摘要
主要用作稱重裝置的力值測(cè)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托盤，以及在兩部件自由端中間張緊的金屬細(xì)絲。該細(xì)絲放在一對(duì)磁極中間，使細(xì)絲以與其自身張緊的程度有關(guān)，因而也與加在稱重托盤上的負(fù)荷的固有頻率振蕩有關(guān)。測(cè)出該細(xì)絲的頻率，并由計(jì)算電路算出外加負(fù)荷的數(shù)值。本發(fā)明裝置還包括一個(gè)溫度敏感元件和一個(gè)算術(shù)電路，以補(bǔ)償溫度變化對(duì)計(jì)算外加力帶來的誤差。
文檔編號(hào)G01L1/10GK87102892SQ87102892
公開日1987年12月9日 申請(qǐng)日期1987年4月20日
發(fā)明者井上真一, 山中正美 申請(qǐng)人:大和制衡株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan