CN102346067A - 称重传感器温度性能自动测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明称重传感器温度性能自动测试系统是一种能对多个称重传感器的温度特性同时测试的高效检测设备，其基本单元包括高低温试验箱(A)及力发生和传递机构(B)，其特征是：所述高低温试验箱(A)的保温箱体足够长，可同时排列安放至少8支被测称重传感器即EUT；所述力发生和传递机构(B)对于每一EUT都具有独立的载荷和连接构件，全部载荷由可升降的同一机构承托，以实现对多支EUT同时加卸载和测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种新颖的传感器温度性能测试方式和设备，具体地说，是一种能够同时对多个称重传感器测试并快速获取它们温度特性的方式和高效设备，属于测试技术领域。
背景技术
电阻应变式称重传感器是当今技术和工艺上最为成熟的一类称重传感器，在各类质量计量器具中得到了普遍而广泛的应用。由于电阻应变式称重传感器的敏感元件是金属弹性体，转换元件为金属电阻丝箔应变计，而金属对于环境温度十分敏感；鉴于电阻应变式称重传感器的工作原理基于其检测元件在物体重力作用下的弹性形变，因此质量-负荷特性还会受到使用地点的重力加速度和空气浮力的影响。空气浮力与环境气压相关，而气压又与气温密切相关。因此当环境温度发生变化时称重传感器空载和带载时的信号输出都会随之改变。实测数据表明，传感器的输出与温度的对应关系呈现非线性，并且即使同一厂家生产的同型号、同规格的样品，它们的变化趋势也可能截然相反(参见附件)。
通常要求衡器在(-10～+40)℃的温度范围内都能满足相应准确度的性能。因此，电阻应变式称重传感器要具有良好的计量性能就必须予以温度补偿，称重传感器制造厂要对每支传感器的应变计桥路内部和周边添加适当阻值和适当温度系数的电阻器进行硬件补偿。
事先获取每支称重传感器实际的温度特性曲线是对其性能进行适度补偿的前提。因此带温度箱的测力机应是称重传感器制造厂必备的工艺设施。遗憾的是，我国数百家称重传感器生产企业只有少数配备了灵敏度温度补偿装置，80％左右的生产厂不能自己进行灵敏度温度补偿试验与检测。在那些声称对产品进行了温度补偿的企业之中不乏以下情形：有的是把样品送计量测试机构做出补偿数据后进行补偿，有的不顾自己的生产条件照抄国内其它企业同类产品的补偿数据进行补偿，有的甚至用所谓的“经验公式”估算数据进行补偿；由于未对每一支传感器进行测试，其结果不具有针对性，往往可能会欠补偿或过补偿。(请参见：http://www.dzsc.com/news/html/2006-9-19/18166.html、http://www.clii.com.cn/news/content-273989.aspx、http://www.si-gang.net/html-news/news、http://www.weighment.com/newsletter/year2004/563.htm等)
目前测试温度性能通常采用普通静力式测力机或液压式测力机，每次只能测试1支传感器，覆盖额定工作温度全范围需要数十个小时，测试效率低下，成本高。因此即使是拥有温度补偿装置的称重传感器制造厂企业一般也仅对同一批号的产品抽样1～2支测试，测试温度间隔也选得较大，一般只测2～3个温度点，粗略地算出补偿电阻值，同批的其余传感器只是照搬套用而已。
发达国家少数实力雄厚的传感器制造商拥有更为先进的测试装置，其测力机带有4个温度箱，分别设定在需要的4个温度段，机械手自动转移传感器，温度箱可以一次放置2～6个传感器。但这种设备仍然只有一套加载机构，不能对各支称重传感器同时测试，且价格十分昂贵，许多厂家尚无能力置备。
称重传感器型式鉴定测试机构根据历来检测结果认为：称重传感器型式评价不合格的原因大多数在于其温度特性不合格。由于未能对每支传感器测试温度特性，即使型式评价合格了，也不能保证每个传感器都能合格。在仅经过不完善补偿的传感器中，同一批传感器的温度特性曲线呈相反弯曲方向在实测数据中常被发现。采用补偿不完善的称重传感器的衡器，当环境温度偏离常温较大时性能就会不合格，尤其对于有较高准确度性能要求的衡器更是马虎不得。
本专利申请人在研制高准确度皮带秤时(现行国家标准、国家计量检定规程按国际法制计量组织50号建议规定，皮带秤的最高准确度等级为0.5级，而我们为了满足市场的需求研制开发了0.2级产品，详见ZL200710025317.0和PCT/CN2008/000210。)发现称重传感器的温度特性尚不能直接满足高准确度皮带秤的需求。因而必需对高准确度皮带秤所用的每一支称重传感器再进行软件补偿以改善其外特性。为此我们曾要求称重传感器制造厂对供应我们的每一支传感器都能提供实测的温度性能曲线，然而几家供方都无法满足我们的要求。为此我们决定对购进的传感器逐个检验修正，以突破上游产品对我们产品的品质制约。
由于每一台套高精度皮带称重阵列系统一般要用到8～10支称重传感器，要对每支传感器进行测试，沿用传感器制造厂的测试设备显然是不可取的。于是，研制能对多个称重传感器的温度特性同时测试的高效检测装置，成为我们的唯一出路。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，我们研制了“称重传感器温度性能自动测试系统”，目的对于所采购的称重传感器进行品质控制，高效地获取每一支称重传感器的第一手数据，针对每个传感器进行多温度逐点软件补偿，完善温度补偿效果，提高自动衡器的品质。
通常，带温度箱的测力机由以下部分组成：(1)加热和制冷装置、(2)温度设定与调节仪表、(3)可放置被测称重传感器(以下简称EUT)的保温箱、(4)力发生装置、(5)力传递机构。在现有技术中，每次仅可同时测试1～6支传感器，且只有1个加载装置，测试效率低下。针对现有技术的缺陷，我们设计了可放置多支称重传感器的保温箱，并能同时对多个称重传感器各自加载。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下(参见附图1)：
1)设置足够长的水平横梁，EUT安装基座与横梁连成一体，该基座可同时安装8支以上的EUT；上述横梁与基座置于保温箱内，保温箱设有活门，以便装卸EUT，横梁和保温箱由立柱支撑架空。
2)对应每一EUT设各自独立的力发生和传递机构，可同时加卸砝码，以减少总共所需的测试时间。
3)保温箱底部开一系列的孔，EUT受力处连接砝码的传力构件从保温箱内穿孔而下，砝码可以挂在该构件上对EUT施加载荷；穿孔而过的构件采用热传导系数小的材料制作，以减小保温箱对外散热。
4)保温箱正下方设置砝码承托机构(平台或扁担梁)，用同一机构承托全部载荷，平台或扁担梁可由传动机构驱使其升降，平台或扁担梁与保温箱之间为砝码放置空间；平台或扁担梁下降时，各砝码同时脱离砝码承托机构，悬挂于传力构件，EUT加载；平台或扁担梁上升时托住各砝码底部，砝码脱离传力构件，EUT卸载。
5)系统设有风道，加热/制冷装置的热交换器在风道中散发热/冷量；保温箱两端的进/出风口与风道连接，在内置风机的作用下，热/冷风在风道和保温箱内循坏，使EUT升/降温，直至温度趋向温控仪表的设定值后维持不变。
6)从保温箱进风口至出风口，沿多支EUT排列方向，设置热电阻温度传感器(在每支或间隔若干支EUT上埋设)，以增加对保温箱内的温度监视点，以弥补保温箱因尺寸长、温度梯度大而造成的测温不准。
7)系统配有信号采集器，以提供EUT激励电压和采集处理EUT在不同温度下加载或卸载时的输出信号。
8)系统可增设IPC或PLC，对温控仪和信号采集器实现通讯控制，按事先设定的试验程序自动完成加/卸载、变换设定温度点，记录采集的数据，从而实现昼夜全过程无人值守测试。
本发明的有益效果是：通过在现有技术上的创新，采用可安装多支传感器的保温箱，并用可升降平台或扁担梁起落多组砝码，对各EUT同时加/卸载，从而大大提高了测试效率；辅之以自动控制技术，系统能完成昼夜连续无人值守测试，使一般称重传感器制造厂难以承受的逐支温度性能测试工艺得以实现。这一技术的实际运用，加强了我公司对采购传感器的品质监控，并能获取每一支称重传感器的温度特性曲线，使针对每个传感器进行多温度逐点软件补偿成为可能，本公司产品的品质有了实质提高，受到越来越多的用户欢迎。
附图说明
图1是称重传感器温度性能自动测试系统的系统框图
图2是称重传感器温度性能自动测试系统实施例(一)的机械部分正视图
图3是实施例(一)的机械部分右视图(未画立柱)
图4是EUT为单点式称重传感器时的传力构件正视剖面图
图5是称重传感器温度性能自动测试系统实施例(二)的机械部分正视图
图中：A：高低温试验箱单元，B：力发生和传递机构单元；
1-横梁，101-EUT安装基座；
2-保温箱，201-保温箱外壳，202-隔热材料内衬，203-活门，204-EUT电缆引出孔；3-立柱；
4-砝码，40-砝码吊座，41-传力构件，411-吊耳，412-吊杆，413-销轴，414-挡圈，415-垫圈，416-EUT接板，417-螺栓，418-螺栓，419-销轴销孔，420-吊杆上销孔，421-吊杆下销孔；
5-砝码承托构件及其升降驱动机构，51-固定平台，511-固定平台基座，512-升降机，513-电动机-减速机组，514-链轮，515-链条，52-活动平台，521-活动平台框架，522-平板，531-导轮导板，532-限位开关；
61-扁担梁，62-电动推杆，7-EUT
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的优选实施例。
实施例(一)：用平台作为砝码承托机构的18工位测试装置
参见图2，该实施例的EUT安装基座101与横梁1连成一体，EUT安装基座可同时安装18支EUT；上述横梁与基座置于保温箱2内，保温箱外壳201内敷设泡沫塑料或其它隔热材料202，保温箱底板设有通孔，传力构件经通孔连接EUT和载荷(砝码)，底板为可拆卸活门，以便装卸EUT，横梁和保温箱由立柱支撑架空。
图4是EUT为单点式称重传感器时的传力构件，EUT受载面上安放接板416，并用螺栓417连接EUT和接板，然后套入吊耳411，再用螺栓418将吊耳固定于接板之上；环氧树脂胶木棒制成的吊杆412有上下两个销孔，销轴413由吊耳一侧的孔穿入，经挡圈414、吊杆上销孔420、第二个挡圈从吊耳另一侧的孔穿出，放上垫圈415，在销轴端部的小孔419中穿入开口销，使吊杆与吊耳连接；吊杆的下销孔与砝码吊座40连接(参见图3)，使砝码能加载于EUT。若EUT不是单点式称重传感器，传力构件的具体形状和尺寸将不完全相同，但都是一头与EUT连接，另一头与力发生机构连接。(在图2、图3中的18支EUT仅在首尾两支画了传力构件，且没有画出传力构件与砝码的连接)
本实施例的砝码承托构件及其升降驱动机构5由固定平台51和活动平台52两部分组成，其中：固定平台的基座511上安装两台升降机512，由电动机-摆线针轮减速机组513驱动，链条515连接两者的链轮514；承托砝码的平板522装于活动平台框架521之上，升降机螺杆的顶部与活动平台框架连接；当启动电动机-摆线针轮减速机组时，经链传动带动升降机螺杆，使活动平台或上或下运动，从而使砝码也随之升降，实现对EUT的卸载或加载。为避免活动平台升降时发生晃动，在活动平台框架与固定平台之间设导轮导板531；为避免两台升降机的动作不同步使承托砝码的平板倾斜，活动平台两侧各设限位开关一个。
实施例(二)：用扁担梁作为砝码承托机构的18工位测试装置
参见图5，该实施例与实施例(一)的主要区别在于砝码承托机构的型式为扁担梁，扁担梁的升降由电动推杆实现，电动推杆安装于立柱外侧，砝码下方占用的空间可大为减小，使保温箱的位置得以下降，活门可设在保温箱的后侧，不再由底板来担当，使EUT的装卸操作更为便捷。
Claims (7)
1.一种称重传感器温度性能自动测试系统，其基本单元包括高低温试验箱(A)及力发生和传递机构(B)，其特征是：所述高低温试验箱(A)含有可排列安放至少8支被测称重传感器即EUT的保温箱；所述力发生和传递机构(B)对于每一EUT都具有独立的载荷和连接构件，全部载荷由可升降的同一机构承托，以实现对多支EUT同时加卸载和测试。
2.根据权利要求1所述称重传感器温度性能自动测试系统，其特征在于：置于保温箱内的EUT安装基座足够长，可同时安装8支以上的EUT，EUT安装基座与大致等长的水平横梁连成一体，横梁和保温箱由立柱支撑架空，保温箱设有活门，保温箱底部开有一系列的通孔，每个孔的上方对着各支EUT，下方对着一组作为力发生机构的砝码，连接件即力传递机构穿过孔将EUT与砝码一一对应相互连接；各砝码下方由可升降的同一平台或扁担梁或其它同功能构件承托。
3.根据权利要求1所述称重传感器温度性能自动测试系统，其特征在于：整个装置可增配IPC或PLC实现程序控制，对温控仪和信号采集器实现通讯控制，按事先设定的试验程序自动完成加/卸载、变换设定温度点，记录采集的数据，从而实现昼夜全过程无人值守测试。
4.根据权利要求2所述称重传感器温度性能自动测试系统，其特征在于：所述保温箱的两端分别与风道连接，风道内装有鼓风机和加热/制冷装置的热交换器。
5.根据权利要求2所述称重传感器温度性能自动测试系统，其特征在于：所述力传递机构中穿越保温箱底部之孔的吊杆采用环氧树脂胶木棒或热传导系数小的材料制作而成。
6.根据权利要求2所述称重传感器温度性能自动测试系统，其特征在于：所述力传递机构中穿越保温箱底部之孔的吊杆采用环氧树脂胶木棒或其它热传导系数小的材料制作而成。
7.根据权利要求4所述称重传感器温度性能自动测试系统，其特征在于：所述保温箱两端的进风口至出风口之间，沿各支EUT排列方向设置热电阻温度传感器(在每支或间隔若干支EUT上埋设)，温度传感器输出信号由采集器采集并输往IPC或PLC。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 211100 Jiangning Binjiang Development Zone, Jiangning District, Jiangsu, Nanjing Patentee after: NANJING SANAI IPC CO., LTD. Address before: 211100 Jiangning Binjiang Development Zone, Jiangning District, Jiangsu, Nanjing Patentee before: Nanjing Sanai Industrial Automation Co., Ltd. |
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yuan Yanqiang Inventor after: Mao Shuonan Inventor after: Hu Qiang Inventor before: Yuan Yanqiang |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171010 Address after: 211100 Jiangning Binjiang Development Zone, Jiangning District, Jiangsu, Nanjing Co-patentee after: Jiangsu Measuring Science Institute Patentee after: NANJING SANAI IPC CO., LTD. Address before: 211100 Jiangning Binjiang Development Zone, Jiangning District, Jiangsu, Nanjing Patentee before: NANJING SANAI IPC CO., LTD. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 211100 Jiangning Binjiang Development Zone, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province Co-patentee after: Jiangsu Measuring Science Institute Patentee after: Nanjing Saimer Sanai Industrial Control Equipment Co., Ltd. Address before: 211100 Jiangning Binjiang Development Zone, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province Co-patentee before: Jiangsu Measuring Science Institute Patentee before: NANJING SANAI IPC CO., LTD. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |