CN101441102A - 可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种称重传感器(load cell)，该称重传感器可回报并补偿其轴心偏离地心引力方向的影响，在一机壳之内至少装设一称重感测单元、一倾角感测元件、一存储单元、一校准及偏斜补偿的运算单元，及一数据传输界面单元，以电性连接的方式测量一物体重量并输出一代表实际重量的数字信号；其回报并自我补偿的方法包括利用倾角感测元件测量出称重传感器的轴心方向与地心引力的夹角θ，以称重感测单元测一物体重而产生一感测值Wr，以校准及偏斜补偿的运算单元依Wr/cosθ演算而得出一修正值W，经由数据传输界面分别输出代表夹角θ及偏斜修正值W的数字信号。本发明可大幅地提升地磅、桶槽秤等大型测量设备的精度，简化磅重设备的校正及维修作业。

Description

可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器及其方法

技术领域

本发明是有关于一种称重传感器，尤指一种可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器及其方法。

背景技术

称重传感器是一种测量物重的基本元件，广泛地应用于民生与工业领域，譬如体重计、计价、计数秤、平台秤、皮带秤、地磅、桶槽秤及各种工业用秤等。

以地磅站的应用为例，每一磅台要安装6至8个称重传感器。每一称重传感器除了必须调整高低水平使个别的称重传感器承重趋于一致以外，尚须注意维持其轴心与地心引力的方向一致，倘若安装时或使用之后有所偏斜，则其感测值将有所失真。

当地磅站的磅台经过无数次重压、晃动及强力冲击，在磅台底下的称重传感器难免部份会发生松动或机械摩擦而有所位移偏斜。目前尚无有效的方法随时侦知在磅台的下是否已有称重传感器发生偏斜，除非有人到磅台下逐一地仔细检测。

目前地磅站的校准方法，是在磅台上施以标准砝码压重来校准数值，这对于称重传感器轴心偏离的影响也只属概括性的修正，无法精确地针对个别称重传感器发生的误差加以校准。

再以大型桶槽秤的应用为例，有些桶槽秤的最大秤重范围高达数吨、数十吨甚至百吨，很难搬用标准砝码压重来加以校准，纵使有标准砝码，也没有足够的空间供放置砝码，因此调校成了一个头痛的问题。由于校准不易，目前桶槽秤的测量误差容许范围高达1/500，而地磅站的误差却仅容许1/3000。

事实上，任何人为的安装作业都无法保证每一个称重传感器能无丝毫的偏斜。有业者认为今后若能有效地针对个别称重传感器检测其轴心是否偏斜，并在偏斜程度有限时以演算步骤加以修正，将可大幅地提升地磅、桶槽秤等大型测量设备的精度。此外，若能让个别的称重传感器都能随时地回报其偏斜情形，将可大量简化磅重设备的调整校正工作及维修作业，甚至可达到免用砝码即可完成调校的目的，并轻松地预防错误于未然。

发明内容

为使称重传感器符合前述产业期待和殷切的改良需求，本发明提供一种称重传感器，可回报并补偿其轴心偏离地心引力方向的影响；在一机壳之内装设一称重感测单元、一倾角感测元件、一存储单元、一校准及偏斜补偿的运算单元，及一数据传输界面单元，以电性连接的方式测量一物体重量并输出一代表实际重量的数字信号。本发明的称重传感器的回报并自我补偿的方法，包括：利用倾角感测元件测出称重传感器的轴心方向与地心引力的夹角θ，以称重感测单元测量一物体重而产生一感测值Wr，以校准及偏斜补偿的运算单元依Wr/cosθ演算而得出一修正值W，经由有线或无线的数据传输界面分别输出代表夹角θ及偏斜修正值W的数字信号。

本发明可大幅地提升地磅、桶槽秤等大型测量设备的精度；大量简化磅重设备的调整校正工作及维修作业，甚至可达到免用砝码即可完成调校的目的，并轻松地预防错误于未然。

附图说明

图1为一称重传感器发生偏斜时的示意图。

图2为本发明的数字称重传感器实施例的方块图。

图3为本发明的数字称重传感器发生偏斜的示意图。

图4为本发明的数字称重传感器的倾角感测元件于不同角度的示意图。

图5为本发明的数字称重传感器的应用示意图。

图6为本发明的数字称重传感器变化实施例的方块图。

图7为本发明的数字称重传感器的另一应用示意图。

附图标号

1     称重传感器                      2      数字称重传感器

3     数字称重传感器                  4      有线监控装置

5     无线监控装置                    6      太阳能供电设备

7     磅台                            20     机壳

22    校准及偏斜补偿的运算单元        21     称重感测单元

23    倾角感测单元                    24     数据传输界面单元

25    存储单元                        26     电源

30    机壳                            31     称重感测单元

32    校准及偏斜补偿的运算单元        33     倾角感测单元

34    射频收发装置                    35     存储单元

36    感温元件                        37     电源

40    计算单元                        41     存储单元

42    输出设备                        50     计算单元

51    存储单元                        52     输出设备

53    射频收发装置                    G      地心引力方向

X     X轴                             Y      Y轴

Z     Z轴                             X’    偏斜时的X轴

Y’   偏斜时的Y轴                     Z’    偏斜时的Z轴

θ     夹角                            Sa     感度值(sensitivity)

T     温度信号                        W      修正值

Wr    感测值

X1    无偏斜的X轴感测电压值

Y1     无偏斜的Y轴感测电压值

Z1     无偏斜的Z轴感测电压值

X2     偏斜时的X’轴感测电压值

Y2     偏斜时的Y’轴感测电压值

Z2     偏斜时的Z’轴感测电压值

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施利，并配合附图，详细说明如下：

如图1所绘示，为一称重传感器1处于一偏斜状态的示意图。由于轴心与地心引力方向G有一夹角θ，造成其感测值Wr小于实际称重量。

如图2所示，为一本发明的数字称重传感器2，包括在一机壳20之内至少装设一称重感测单元21、一校准及偏斜补偿的运算单元22、一倾角感测元件23、一数据传输界面单元24、一存储单元25及一电源26，彼此以电性连接的方式测量一物体重量并输出一代表实际重量的修正值的W数字信号。

本实施例的称重感测单元21可由一应变规(strain gauge bridge)、一信号放大器及一模拟/数字转换器所组成，用以将应变规所测得的模拟信号转换为物重感测值Wr的数字信号，输往校准及偏斜补偿的运算单元22。

如图3所示，倾角感测元件23可为一种三轴加速规，固定于机壳20之内。其工作原理为：当加速规的本体产生移动或转动时，内部的微结构产生位移，造成电容值的变化，经转换为特定的输出电压为信号。

如图4所示，倾角感测元件23的三轴加速规具有一X轴、一Y轴、一Z轴及一感度值Sa。其中三轴加速规在X轴与Y轴位于一水平面上时输出X1及Y1的感测电压值，在Z轴方向与地心引力方向G一致时输出Z1的感测电压值。

换言之，当三轴加速规于无偏斜状态时，X轴与Y轴于正水平面上，其Z轴于正地心引力方向时，其输出的感测电压值为X1，Y1及Z1。

当三轴加速规的X轴与Y轴偏离水平面时，其X轴与Y轴分别改以X’轴与Y’轴代表，并输出X2及Y2的感测电压值；当其Z轴偏离地心引力方向G时，改以Z’轴代表，并输出Z2的感测电压值。

夹角θ值可借由倾角感测元件23或校准及偏斜补偿的运算单元22执行下列步骤：

读取且计算出所述的X轴偏离所述的水平面时的感测电压变化量(X1-X2)；

读取且计算出所述的Y轴偏离所述的水平面时的感测电压变化量(Y1-Y2)；

读取且计算出所述的Z轴偏离地心引力方向时的感测电压变化量(Z1-Z2)；

产生一Ax值＝所述的X轴偏离所述的水平面时的感测电压变化量/Sa；

产生一Ay值＝所述的Y轴偏离所述的水平面时的感测电压变化量/Sa；

产生一Az值＝所述的Z轴偏离地心引力方向时的感测电压变化量/Sa；

产生一夹角 $\mathrm{\θ}=\arctan [\left(\sqrt{({\mathrm{Ax}}^2+{\mathrm{Ay}}^2)}\right)/\mathrm{Az}]$ 的数值。

本发明的数字称重传感器2的回报并自我补偿的方法，包括：赋予每一数字称重传感器2一识别码，利用校准及偏斜补偿的运算单元22执行一W＝Wr/cosθ的转换步骤，借以产生一修正值W，并从数据传输界面24输出识别码、夹角θ及修正值W。

通过数据传输界面24，可以利用有线或无线的传输方式输入一辨识码、一夹角θ的最大许可设定值、三轴加速规的感度值Sa，及归零设定等参数而储存于存储单元25。

校准及偏斜补偿的运算单元22可为一执行上揭运算的微处理器，以一定的程序取读存储单元25里储存的参数提供校准及偏斜补偿的运算，并且于数据传输界面24输出代表夹角θ及修正值W的同时，一并对外送出个别数字称重传感器2的辨识码，供接收端的监控装置据以识别夹角θ及修正值W的信号来源。

如图5所示，本发明的数字称重传感器2能以复数个组合型态配置于一磅台7之下，以多对一的方式将个别数字称重传感器2的辨识码、夹角θ及修正值W汇集至一有线监控装置4，加以显示及记录。

本实施例的有线监控装置4，可包括一计算单元40、一存储单元41及一输出设备42。其中计算单元40可为一执行计算的微处理器，用以将每一数字称重传感器2的修正值W加总起来，利用存储单元41加以储存，并且能利用输出设备42加以打印或显示。此外，每当有任何一数字称重传感器2的偏斜夹角θ超过最大许可设定值(譬如接近或超过6度)时，在萤幕上发出的警告或以其它声、光设备发出信号，用以提醒操作人员注意，以安排维修或更换有问题的数字称重传感器2。

如图6所示，为一本发明的数字称重传感器3的变化实施例，包括在一机壳30之内至少装设一称重感测单元31、一校准及偏斜补偿的运算单元32、一倾角感测元件33、一射频收发装置34、一存储单元35、感温元件36及一电源37，彼此以电性连接的方式测量一物体重量，并以射频收发装置34对外发送一代表实际重量的修正值的W数字信号、夹角θ及存储单元35所储存的个别数字称重传感器3的辨识码。

存储单元35除了可储存代表个别数字称重传感器3的辨识码、夹角θ的最大许可设定值、三轴加速规的感度值Sa，及归零设定等参数以外，还可储存有关温度修正的参数，借由校准及偏斜补偿的运算单元32依据感温元件36的温度信号T修改感测值Wr，并执行一修正值W＝Wr/cosθ的转换步骤。

如图7所示，为一本发明的数字称重传感器3的变化应用例，能以复数个组合型态配置于一磅台7之下，以多对一无线传输的方式将个别数字称重传感器3的辨识码、夹角θ及修正值W汇集至一无线监控装置5，加以显示及记录。

本实施例的有线监控装置5，可包括一计算单元50、一存储单元51、一输出设备52及一射频收发装置53。其中以射频收发装置53接收来自各个数字称重传感器3的辨识码、夹角θ及修正值W，借由计算单元50算出磅台7上的称重，将结果以存储单元51储存，利输出设备52输出。

输出设备52可为一般萤幕或打印机设备。较佳的，输出设备52可为一可发出声响或光线的设备，当任何一数字称重传感器3的夹角θ接近一预设值(譬如6度)时即发出声、光型态的警告信号，通知维修人员。

本实施例可利用太阳能供电设备6就近替代各个数字称重传感器3的电源37，省去挖地、配置电力输配管线的工程。

本发明所提供的数字称重传感器2与3，与其他现有技术相比较时，至少具有下列优点：

1.使用的业者不必停止磅重设备的运作，即可随时得知各个数字称重传感器的偏斜程度。

2.可设定夹角θ的最大许可设定值，在预设的偏斜角度内可令之自动产生修正值W。

3.当偏斜角度超出预设值时，可产生警告信号以防继续发生错误。

以上详细说明是针对本发明的较佳实施例所提供的具体说明，而所述的实施例并非用以限制本发明的权利要求范围，凡未脱离本发明技术精神所做的等效实施或更动，均应包含于本案的权利要求围中。

Claims (18)

1.一种可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其特征在于，所述的数字称重传感器包括

一称重感测单元，反应一称重而产生一感测值Wr；

一倾角感测元件，产生一代表所述的数字称重传感器与地心引力之间的夹角θ；

一校准及偏斜补偿的运算单元，所述的校准及偏斜补偿的运算单元为一可取读所述的感测值Wr及所述的夹角θ，并执行一修正值W＝Wr/cosθ的数值转换步骤的微处理器；

一数据传输界面单元，所述的数据传输界面单元为一可将所述的夹角θ及所述的修正值W对外传送的信号传送设备；

一存储单元，所述的存储单元用以存储称重传感器识别码、秤量、感量、温度补偿、校正因数、偏斜感度、零偏移等相关参数；

一机壳，所述的机壳构成所述的数字称重传感器的外壳；及

一电源，所述的电源供应所述的数字称重传感器所需的电力。

2.如权利要求1所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中所述的称重感测单元包括：

一应变规，根据所述的称重所造成的应变程度产生一模拟信号；

一信号放大器，将所述的模拟信号放大；及

一模拟/数字转换器，将所述的经过放大的模拟信号转换为一数字信号作为所述的感测值Wr。

3.如权利要求1所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中所述的倾角感测元件为一三轴加速规，用以产生所述的夹角θ。

4.如权利要求1所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中所述的数据传输界面单元为一射频收发装置。

5.如权利要求1所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中还包括一存储单元，用以储存一辨识码，所述的辨识码可随所述的夹角θ及所述的修正值W对外传送。

6.如权利要求1所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中所述的电源为一太阳能供电设备。

7.如权利要求1所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中还包括一存储单元及一感温元件，并利用所述的存储单元储存一有关温度修正的参数；借由校准及偏斜补偿的运算单元依据所述的感温元件的温度信号T修改所述的感测值Wr，并执行所述的修正值W＝Wr/cosθ的数值转换步骤。

8.如权利要求1所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中所述的数字称重传感器以复数个、多对一的型态分别将一代表个别数字称重传感器的辨识码连同各所述的夹角θ及各所述的修正值W一起传至一有线监控装置。

9.如权利要求1所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中所述的数字称重传感器以复数个、多对一的型态分别将一代表个别数字称重传感器的辨识码连同各所述的夹角θ及各所述的修正值W一起传至一无线监控装置。

10.如权利要求1所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中所述的数字称重传感器以复数个、多对一的型态分别将一代表个别数字称重传感器的辨识码连同各所述的夹角θ及各所述的修正值W一起传至一监控装置，其中所述的监控装置包括一加法单元，将各所述的修正值W相加而产生一相加结果。

11.如权利要求10所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中所述的监控装置还包括一存储单元用以储存所述的相加结果。

12.如权利要求10所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中所述的监控装置还包括一输出设备用以输出所述的夹角θ及各所述的修正值W及所述的相加结果。

13.如权利要求10所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中所述的输出设备为一打印机。

14.如权利要求10所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中所述的输出设备为一萤幕。

15.如权利要求10所述的可回报并自我补偿偏斜影响的数字称重传感器，其中所述的加法单元为一可执行加法的微处理机。

16.一种使数字称重传感器可回报并自我补偿偏斜影响的方法，其特征在于，所述的使数字称重传感器可回报并自我补偿偏斜影响的方法的步骤包括：

赋予所述的数字称重传感器一识别码；

取读一称重感测单元的感测值Wr；

取读一倾角感测单元关于所述的数字称重传感器与地心引力方向的夹角θ；

执行一修正值W＝Wr/cosθ的数值转换步骤；及

传送识别码、所述的夹角θ及所述的修正值W。

17.如权利要求16所述的使数字称重传感器可回报并自我补偿偏斜影响的方法，其中所述的夹角θ为读取来自一三轴加速规的信号所产生的。

18.如权利要求17所述的使数字称重传感器可回报并自我补偿偏斜影响的方法，其中所述的三轴加速规为具有一X轴、一Y轴、一Z轴及一感度值Sa，且所述的X轴与Y轴位于一水平面，所述的Z轴与地心引力方向一致；所述的夹角θ的产生步骤包括：

读取且计算出所述的X轴偏离所述的水平面时的感测电压变化量；

读取且计算出所述的Y轴偏离所述的水平面时的感测电压变化量；

读取且计算出所述的Z轴偏离地心引力方向时的感测电压变化量；

产生一Ax值，所述的Ax＝所述的X轴偏离所述的水平面时的感测电压变化量/Sa；

产生一Ay值，所述的Ay＝所述的Y轴偏离所述的水平面时的感测电压变化量/Sa；

产生一Az值，所述的Az＝所述的Z轴偏离地心引力方向时的感测电压变化量/Sa；

产生一夹角 $\mathrm{\θ}=\arctan [\left(\sqrt{({\mathrm{Ax}}^2+{\mathrm{Ay}}^2)}\right)/\mathrm{Az}]$ 的数值。

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