CN101542244A - 带有水准器的电子秤 - Google Patents

Abstract

对于一种电子秤，所述电子秤具有传感装置(1…16)、数字信号处理单元(18)、数字显示器(19)、由在形成气泡(23)的情况下被部分地以液体(22)填充的容器(21)组成的水准器(20)，并且具有在数字信号处理单元(18)中的程序部分或者电路构件，用以检测气泡(23)的偏移，提出：附加地存在电路构件或程序部分，用以检测气泡(23)的直径。在秤进行垂直振动时，气泡的直径发生改变。由此，传感装置(1…16)的在振动时被歪曲的信号在利用直径信号的情况下被数字信号处理单元(18)计算校正。

Description

带有水准器的电子秤

技术领域

本发明涉及一种电子秤，所述电子秤具有传感装置、数字信号处理单元、数字显示器、由在形成气泡的情况下被部分地以液体填充的容器组成的水准器(所述容器)，并且具有在数字信号处理单元中的程序部分或者电路构件，用来检测气泡的偏移。

背景技术

这种类型的秤是普遍公知的并且例如在DE 32 34 372 C2中有所介绍。在此，水准器的电信号用于基于余弦效应对秤的在倾斜状况中所产生的误差进行数字的校正。由此，不再有必要将秤借助调节脚安设到精确的水平位置。

但是因为用于水准器的开支相对于用处而言显得过大，所以该秤在实践中未被实现。

发明内容

因此，本发明的任务在于，对开头所述类型的秤进行如下改进，以使得水准器提供对于秤的信号处理的附加的用处。

这根据本发明以如下方式实现，即附加地存在电路构件或者程序部分，用于检测气泡的直径。

水准器的气泡不仅在倾斜状况中漂移，而且附加地依赖于作用的重力加速度而改变其直径。在重力加速度很大时，气泡变薄并且具有较大的直径，在重力加速度较小时，气泡由于表面张力而更多地向球形构造的方向变化，气泡的直径较小。在重力加速度变化时，即在垂直地振动时，气泡的直径也同步地改变。由直径信号的变化可以推导出振动的大小和相位。由此，数字信号处理单元一方面可以由关于偏移的信号来将倾斜状况对秤量结果的影响进行公知的校正，另一方面，可以基于直径信号对振动影响进行校正。

如果气泡的位置例如光学地通过两个光敏元件-例如光电二极管-在气泡的边缘被探测，那么从这两个光敏元件的信号的差得出偏移。而优选通过两个光敏元件的信号的和而获知气泡的直径。由此，对于直径不需要额外的采样传感器(Abtastsensor)，而是对现有传感器的信号的另外的评估便足够了。-同样适用的是，对气泡的位置进行电探测。

附图说明

下面借助示意图对本发明进行阐述。

其中：

图1示出具有带光学位置探测装置的水准器的秤的主要部分的剖面图，

图2示出来自图1的水准器的光敏元件的布置，

图3示出在重力加速度很小时，来自图1的水准器的气泡形状，

图4示出在重力加速度较大时，来自图1的水准器的气泡形状，

图5示出对干扰进行校正的图解示图，以及

图6示出用来模拟地测量气泡的偏移以及气泡的直径的可行的电路。

具体实施方式

图1中的电子秤由固定于壳体的支撑件1组成，负载件2在该支撑件1上通过带铰链部位6的导杆4和5在垂直方向上可运动地固定。负载件在其上部承载有用来接纳秤量物的载物盘3并且将相应于秤量物的质量的力通过具有薄细部位12和13的联接元件9传递到传送杆7的较短杆臂上。传送杆7通过十字弹簧铰链8支承在支撑件1上。在传送杆7的较长的杆臂上作用有补偿力，该补偿力通过被电流穿流的线圈11在永磁体系统10的空气间隙中产生。补偿电流的大小以已知的方式通过位置传感器16和调节放大器14如此地调节，使得在秤量物的重量与电磁补偿力之间出现平衡。补偿电流在测量电阻15处产生测量电压，该测量电压被输送给模/数转换器17。数字化的结果被数字信号处理单元18接收并且数字地显示在显示器19上。

这种类型的秤在其结构和其功能方面是普遍公知的，从而前面仅对这种秤进行简短而概要的阐述。

另外，将电水准器20装入该秤。电水准器20由透明的容器21组成，该容器21部分地以液体22填充，从而气泡23在容器21的最高的部位形成。由于容器21的上分界面的弯曲，该气泡23的位置是依赖于秤的倾斜状况的；在图中，该弯曲被强烈夸张地绘出。在容器21的下方居中地布置有发光二极管24，该发光二极管24将其发射出的光束垂直向上地穿过下容器壁、液体22、气泡23以及上容器壁地发送。在那里，未被吸收的光束被两个光敏元件-例如两个光电二极管-25和25’纪录。液体22这时被这样选择或者说染色，从而液体22部分地吸收发光二极管的光束，从而到达光敏元件25和25’的光束量强烈地依赖于所透过的液体厚度进而依赖于气泡23的位置。发光二极管24由电流供应单元28供应恒定的电流。光敏元件25和25’的输出信号在两个放大器26中放大并且通过多路开关29输送给模/数转换器27并且在那里数字化。于是，数字信号处理单元18可以由水准器的信号与已知的特征曲线的差计算出秤的倾斜状况并且对由模/数转换器17提供的秤系统的测量值进行相应的校正。

在图1中出于概览的原因，仅示出在一个方向上对秤的倾斜状况的探测。对于在两个方向上的探测优选利用圆水准器-大多称为盒式水准器，该圆水准器具有四个光敏元件25、25’、25”、25’”，这四个光敏元件的形状和布置在图2中示出。光敏元件25和25’以其差信号得出在x-方向上的倾斜状况，光敏元件25”和25’”相应地得出在y-方向上的倾斜状况。在光敏元件25”和25’”之后同样接有各一个放大器并且多路开关29具有两个附加的输入端(未示出)。

重力加速度对气泡形状的影响在图3和4中示出。在重力加速度很小时，表面张力的影响占主导并且气泡的形状接近于球形，如在图3中所示。在重力加速度很高时，重力加速度的影响更大并且将气泡挤压成更扁平的形状，如在图4中所示。在秤垂直地振动时，随振动的节奏较高或者较低的重力加速度交替变换。与之相应地，气泡的直径随振动的节奏交替变换。数字信号处理单元18在此可以由两个光敏元件25和25’的和信号和/或两个光敏元件25”和25’”的和信号算出直径。当然，对于此的前提是多路开关29和模/数转换器27是如此迅速，使得振动的大小和相位能够正确地再现。而这是没有问题的，因为主要振动处于大约0.1Hz至10Hz的频率范围内。具有例如高于50Hz的频率的振动可以很好地通过常用的数字滤波器来抑制，从而在该频率范围内不必对干扰信号进行附加的抑制。

在图5中示例地示出对在时间点t₀上出现的干扰进行校正。在分图a中示出了如下的干扰，诸如该干扰从外部作用于秤：正常的重力加速度g₀从时间点t₀起被干扰加速度叠加，该干扰加速度以提高的重力加速度起始并且经过一些周期后比较快地衰减。该干扰相称地在传感装置的信号方面起作用，如信号例如可以在测量电阻15处被采集并且如在分图b中所示的那样。干扰加速度以同样的方式作用于气泡的直径，如在分图c中所示。于是，数字信号处理单元18可以通过相应的校正算法来校正传感装置的信号，使得该干扰在秤的显示器19中不产生影响或非常小地产生影响(分图d)。

每个专业人士均可以轻易地设计校正算法并且在此例如同样顾及到，在秤盘3上的负荷更大时，同样必须进行更大的校正。

前述内容由此出发，将水准器20的瞬时直径信号直接用于对传感装置的瞬时信号的校正。这当然以如下所述为前提，在校正的频率范围内的直径信号的频率特征和相位特征与传感装置的频率特征和相位特征一致。这种一致可以例如通过正确地选择水准器的液体22的粘度而实现，但是同样通过对直径信号进行模拟的或者数字的滤波来实现。在执行所介绍的振动校正之前，同样也可以以已知的方式对传感装置的信号进行滤波。

而可选地也可以实行更简单的校正对策，例如数字信号处理单元18可以简单地确定直径信号变化的平均振幅进而简单地确定干扰加速度的平均振幅并且基于该信号改变在传感装置的信号的滤波中的至少一个滤波级：在干扰加速度很小时，传感装置的信号仅被很少地滤波，在干扰加速度很大时，提高滤波器时间常数并且于是尽管装设条件更糟，却实现了稳定的显示。

在另外的有利的构造方案中，仅确定直径信号的变化的频率。于是，例如通过改变模/数转换器17的采样频率而使得，采样频率是干扰频率的数倍，以便特别有效地抑制干扰频率。这自然也可以通过在数字信号处理单元18内的数字滤波的相应匹配而实现。于是，该可选方案自然特别有利的是，干扰加速度不是短期的类型的-如在图5中假设的那样，而是更长期地作用到秤上。对此的示例是基于平衡恶化的旋转机器的结构振动。

振动校正的迄今所介绍的变动方案都基于在数字信号处理单元18内对测量值传感器的信号的校正。而同样可能的是，例如在秤的脚内设置有执行器，该执行器对由水准器测量到的倾斜状况以及对由水准器测量到的振动进行机械的校正。针对秤的倾斜状况，这是公知的并且例如利用能以电动机进行调整的调整脚来实现。当利用能在所要求的频率范围内进行调整的执行器时，这针对干扰加速度以相同的方式也是可行的。例如压电执行器就适用于此。于是，这样的执行器例如在调节回路中如此地控制，使得水准器处的振动信号被调节到(几乎)为零。

之前在带有光学的透光水准器的秤的示例中对本发明进行了介绍。但是，水准器的其它构造方案也是可行的：例如可以将发光二极管布置在水准器的与光敏元件25...25’”相同的侧上。于是，光敏元件接收反射光，该反射光同样依赖于气泡的位置而改变。于是，发光二极管例如布置在图2中以30表示的位置上。

作为光学地探测气泡位置的替代，也可以进行电的探测：容器21在其内侧设有居中的电极以及被分为四个电极扇段的环形电极，如图2所示，则在气泡位置改变时，居中电极与各个电极扇段之间的欧姆电阻改变。为此，水准器中的液体必须仅具有适当的比电阻。同时电容性评估也是可行的：在气泡的位置发生改变时，电极之间的电容由于液体22的介电常数而改变。

前面为了对气泡23的偏移进行二维地探测总是要设置四个光敏元件25...25’”或四个电极扇段。这对于表示是最简单的，这是因为在x方向上和在y方向上的偏移(根据图2)直接由对置的光敏元件或电极扇段的信号差而获得。而在数学上稍微复杂的是，可以由三个光敏元件或三个电极扇段来确定在x方向或y方向上的偏移，所述三个光敏元件或三个电极扇段布置在等边三角形的角上。

为了对水准器的信号进行评估，在图1中设置为在模/数转换器27中对每个光敏元件25...25’”的信号进行数字化。而电路也是可行的，所述电路以模电的方式提供和信号和差信号可供使用。这样的电路在图6中-出于概览的原因仅对于一个方向进行示出。两个光敏元件25和25’(被称为光电二极管)连同两个等大的电阻35和35’一起被接入第一惠斯通电桥。于是，在桥式放大器37的输出端可以对差信号进行采集。整个第一电桥又与三个其它的桥式电阻32、33和34一起形成第二惠斯通电桥，在其桥对角处通过放大器36可以对和信号进行采集。用于惠斯通电桥的供电电压加在接头38处。-当光敏元件25和25’的信号相反地变化时，则第二惠斯通电桥的平衡不改变，即，第二惠斯通电桥不受光敏元件25和25’的差信号的影响。光敏元件25和25’的信号的相同的变化以相应的方式不会影响到放大器37的输出信号。放大器36和37的输出端也分别仅提供和信号或差信号。

附图标记列表：

1    固定于壳体的支撑件

2    负载件

3    载物盘

4    导杆

5    导杆

6    铰链部位

7    传送杆

8    十字弹簧铰链

9    联接元件

10   永磁体系统

11   线圈

12   薄细部位

13   薄细部位

14   调节放大器

15   测量电阻

16   位置传感器

17   模/数转换器

18   数字信号处理单元

19   显示器

20   倾斜测量器

21   透明的容器

22          液体

23          气泡

24          发光二极管

25、25’    光敏元件

25”、25’”光敏元件

26          放大器

27          模/数转换器

28          电流供应单元

29          多路开关

30          发光二极管的位置/居中电极的位置

32          桥式电阻

33          桥式电阻

34          桥式电阻

35、35’    电阻

36          桥式放大器

37          桥式放大器

38          供电电压的接头

Claims (13)

1.电子秤，所述电子秤具有传感装置(1...16)、数字信号处理单元(18)、数字显示器(19)、由在形成气泡(23)的情况下被部分地以液体(22)填充的容器(21)组成的水准器(20)，以及具有在所述数字信号处理单元(18)中的程序部分或电路构件，用以检测所述气泡(23)的偏移，其特征在于，附加地存在电路构件(32...36)或程序部分，用来检测所述气泡(23)的直径。

2.根据权利要求1所述的电子秤，其特征在于，对所述气泡的偏移的检测和对所述气泡(23)的直径的检测通过同一光学辅助构件(24、25...25’”)来进行。

3.根据权利要求2所述的电子秤，其特征在于，所述光学辅助构件由居中地布置的、作为光源的发光二极管(24)和至少三个光敏元件(25、25’、25”、25’”)组成，其中，所述光敏元件作为圆扇段以围绕着布置在中轴线上的所述发光二极管的方式布置。

4.根据权利要求3所述的电子秤，其特征在于，由每两个对置的光敏元件(25、25’；25”、25’”)的差信号导出所述气泡(23)的偏移并且由至少两个光敏元件(25、25’、25”、25’”)的和信号导出所述气泡(23)的直径的变化。

5.根据权利要求1所述的电子秤，其特征在于，对所述气泡(23)的偏移的所述检测和对所述气泡(23)的直径的所述检测通过同一电辅助构件来进行。

6.根据权利要求5所述的电子秤，其特征在于，所述电辅助构件由中心的中部电极和分为至少三个电极扇段的环形电极组成。

7.根据权利要求6所述的电子秤，其特征在于，由每两个对置的电极扇段的差信号导出所述气泡(23)的偏移并且由至少两个电极扇段的和信号导出所述气泡(23)的直径的变化。

8.根据权利要求4或7之一所述的电子秤，其特征在于，所述光敏元件(25、25’、25”、25’”)的单个信号或所述电极扇段的单个信号被输送给模/数转换器(27)，并且在所述数字信号处理单元(18)中存在程序部分，用以数字地形成所述单个信号的差及和。

9.用来运行根据权利要求1所述的电子秤的方法，其特征在于，直径信号被用来校正振动对秤的显示的影响。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述数字信号处理单元(18)中依赖于所述直径信号来数字地校正所述传感装置(1...16)的信号。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述直径信号被用来控制布置在所述电子秤的脚中的执行器，并且所述执行器反作用于作用到所述秤上的振动。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，依赖于所述直径信号的波动的振幅地改变存在于所述数字信号处理单元(18)中的滤波器中的至少一个的时间常数。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，依赖于所述直径信号的波动的频率地改变接在所述传感装置(1...16)之后的所述模/数转换器(17)的采样频率。

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