CN104884913A - 具有补偿由于未对准误差的装置的称重传感器 - Google Patents

Abstract

一种称重传感器(1)，包括具有上接触表面(3)和下接触表面(4)的可变形本体(2)，该上接触表面和下接触表面设计成将力引入到该可变形本体(2)内。每个接触表面(3、4)包含支承点(5)，上下支承点(5)的连线确定了该力的作用线(6)。在该接触表面(3、4)之间，该可变形本体(2)具有至少一个柱状部分(7)，该柱状部分(7)具有中心纵轴线(8)和其生成线平行于该中心纵轴线(8)延伸的圆周表面。该称重传感器还包括第一确定装置(9)和第二确定装置(10)，该第一确定装置(9)被安装在该可变形本体(2)的柱状部分(7)上并且将该可变形本体(2)的机械变形转换成电子信号，该第二确定装置被安装在该可变形本体(2)的柱状部分(7)上并且将该中心纵轴线(8)从该作用线(6)的偏离转换成相应的信号。该第一确定装置(9)和该第二确定装置(10)各包括至少一个应变片。具体地，该第二确定装置(10)中的至少一个应变片基本上安装在该上接触表面(3)与该下接触表面(4)之间的中部并且按这样的方式相对于该圆周表面的生成线以预定锐角对准，即，在没有该中心纵轴线(8)从该作用线(6)的偏离时，该第二确定装置(10)的信号为零。

Description

具有补偿由于未对准误差的装置的称重传感器

技术领域

本发明涉及一种(具体地说，所谓的摇柱型)称重传感器，具有在称重载荷下弹性变形的本体、第一确定装置和第二确定装置。该第一确定装置用于传输代表称重载荷的测量信号并且安装在可变形本体的外侧表面上，该第二确定装置用于确定与称重传感器的未对准相应的补偿值。

背景技术

摇柱型称重传感器在储罐(用于卡车上的装料桶)和车载称量系统得到了应用。在大多数情况下，总载荷经由秤台的支承结构被分布在多个摇柱型称重传感器上。

一般来说，摇柱型称重传感器是圆柱形的称重传感器以沿两个载荷引入构件之间的旋转对称轴线的方向接收称重载荷。为了力施加于圆柱形称重传感器，后者具有凸出的圆拱形端表面，该表面的曲率半径通常大于称重传感器的高度的一半。这具有称重传感器自动复位的效果，意味着称重传感器偏离竖直位置将产生趋向于使称重传感器返回竖直位置的回复力。如果几个称重传感器被组合设置，则单独的称重传感器不再完全独立，因为它们机械地耦合并且因此相互影响。称重传感器的单独回复力按这样的方式相互作用，即，使整个系统的机械能最小。然而，单独的称重传感器能偏离竖直位置。

只有由可变形本体和上、下载荷引入构件构成的整个装置符合两个标准，摇柱型称重传感器才能准确地测量作用于其上的重力。第一，可变形本体和两个平面载荷引入构件必须沿着公共轴线对准，意味着，该两个载荷引入构件相互平行并且可变形本体的纵轴线平行于载荷引入构件的表面的法向矢量。第二，重力的方向必须与所述整个装置的公共轴线重合。如果两个标准都满足，则称重传感器被称为处于精确对准(也即，理想位置)。摇柱型称重传感器的精确对准对于待测量的载荷的重力的精确确定是必不可少的。

在重力测量装置中，包括具有摇柱型称重传感器的系统，确定相应于所应用产品的质量的重量。万有引力F_G或者亦称为重力G是本体的质量m乘以局部重力加速度g的乘积。假设平均重力加速度g＝9.81[m/s2](或者为[N/kg])，则具有m＝1[kg]质量的本体在其所位于的表面上施加了F_G＝m*g＝9.81[N]的重量。通过上述限定，万有引力总是被限于重力加速度g的方向，并且取决于所处地点的当地有效重力加速度。

第一标准可表述成在可变形本体遇到载荷与引入构件处的连接两个接触点的连线必须与可变形本体的纵轴线重合。该情形在下文中被称为理想的力引入装置。然而，在理想的力引入装置中，公共轴线，即与被传递的力的作用线重合的中心纵轴线仍能与重力的方向偏离。该偏离具有沿垂直于重力方向的两个自由度，其可以用相互正交平面中的两个角度来描绘。

相反，上、下接触点之间的连线与可变形本体的纵轴线偏离的可用四个自由度进行描述。这四个自由度相应于四个变换，通过该四个变换使连线与可变形本体的纵轴线重合。该过程通常需要关于相互正交的轴线的两个旋转(通过其使连接线平行于纵轴线)，并且随后在相互正交方向上的两个横向位移(通过其使连接线和纵轴线互相重合)。

具有可变形本体和已经安装使用的两个载荷引入构件的称重传感器能偏离精确对准。该偏离具有总共六个自由度，因为载荷引入构件和可变形本体中的每个能相对于两个相互正交的方向成角度地倾斜。由于给中心纵轴线偏离精确对准的两个自由度增加了偏离理想的力引入装置的四个自由度的结果，获得了相同的自由度数。

称重传感器的任何未对准基本上是从如上限定的精确对准的状态的偏离。作为未对准的第一分量，可变形本体自身能成角度地定位，即，可变形本体的中心轴线不与重力的方向平行延伸，而载荷引入构件的面向称重传感器的表面保持与重力方向正交。作为未对准的第二分量，载荷引入构件能被倾斜，即，未相互平行地对准，而可变形本体的中心纵轴线能仍与重力方向平行延伸。如果两者都从精确对准状态偏离，即，可变形本体的非竖直位置和载荷引入构件的非水平位置同时出现，则增加了未对准的整体复杂性。因此，在工程力学术语中，整个系统具有六个自由度。

未对准能由许多不同因素引起的。假定称重传感器被精确对准地安装，则能例如由秤台的热膨胀而引起了可变形本体的非竖直位置，并且能例如由秤台的下垂而引起了载荷引入构件的非水平位置。然而，非垂直状况和/或非水平状况还能是当称重传感器被安装到称量系统中时已经出现的不准确性的结果。

称重传感器的未对准引起了测量误差，该测量误差特别依赖于称重传感器自身的几何形状，即，依赖于称重传感器的高度、两个端部处的半径、和直径。测量误差的总幅度是相当大的并且能达到容量负荷时测量信号的几千ppm(百万分之几)。

作为未对准的结果而发生的测量误差能被分成两种误差类别。摇柱型称重传感器(包括它们的载荷引入构件和可以附接至它们上的测量传感器或者检测装置)关于称重传感器围绕其中心纵轴线的90°旋转是旋转地对称的。

第一种误差是由来自该旋转对称的偏离所引起的。因此，第一类测量误差是非水平和/或非竖直位置角度的奇函数，意味着，当角度的符号在正与负之间变化时，相关联的测量误差的符号同时改变。换句话说，测量误差实质上是非水平和/或非竖直位置角度的线性函数。该测量误差还经常被称为偏心载荷误差并且能通过恢复旋转对称或者通过磨削操作在称重传感器的所选的表面位置处移除表面材料而使其消失。

第二种误差甚至存在于准确的旋转对称条件下并且由称重传感器的几何形状来确定。由于几何对称，该测量误差是非水平和/或非竖直位置角度的偶函数，即，测量误差与非水平和/或非竖直位置角度的符号无关。

由于新方法的提出，持续地提高了测量结果的准确性和测量误差的检测及校正的标准。为了有效地处理未对准的复杂问题，需要大量的测量传感器。或者换句话说，为了实现可接受的补偿，当存在自由度时必须获得相同的数量的独立测量值。因此，自由度的数量确定了需要多少测量传感器。

作为减小未对准问题的复杂性的方法，即，减少自由度数，人们可以近似认为挨着底层基础的载荷引入构件被固定在水平位置。因此，自由度的数目降到四。

例如，在JP 4 408 518 B2中公开了一种具有检测装置的摇柱型称重传感器。在该称重传感器中，借助于沿中心轴线的纵向方向附连到可变形本体上的应变片来测量由称重载荷施加的作用力。通过允许确定偏离竖直方向的角度的倾斜度传感器来测量该称重传感器的可变形本体的非竖直位置。借助于接触表面和容纳在环形外壳中的电介质液体来测量该倾斜角。该装置具有除了附连于可变形本体的应变片之外使用相当大成本的单独的倾斜度传感器的缺点。此外的缺陷是，该参考文献中公开的称重传感器不能区分不同类型的未对准。如果可变形本体的中心纵轴线沿重力方向对准，则在称量结果的计算中不会考虑载荷引入构件的可能未对准。另外，该传感器易发生故障，对于使用者提高了称重传感器的成本并且不包含对于倾斜度传感器的长期漂移的补偿。这意味着，不能检测到倾斜度传感器的测定值方面的漂移，并且因此必须周期性地校核称重传感器。

在JP 2010 133 785 A中公开一种类似于上述设备的称重传感器。在该称重传感器中，借助于两对应变片来测量由称重载荷所施加的力，其中的每个具有沿纵向方向对准的一个应变片和相对于中心纵轴线沿横向方向的另一个。同样，通过类似于上述装置的倾斜度传感器来测量该称重传感器的可变形本体的非竖直位置，但是通过改进使倾斜度传感器不但能确定偏离垂直面的角度的大小而且能确定其方向。该装置仍然具有除了应变片之外还需要单独的倾斜度传感器的缺点。然而，从应变片和从传感器获得的信号不足以补偿其中考虑到称重传感器和载荷引入构件的未对准的所有自由度的称重载荷。而且，缺少了倾斜度传感器的长期漂移的补偿。因此，虽然该装置与首先提到的设备相比改善了测量结果，但是其仍然有相同的缺点，因为对于称重传感器的未对准的测量使用相同的原理。

此外，在EP 1 486 762 A2中公开的摇柱型称重传感器设有用于补偿因称重传感器的不完好性所引起的偏心载荷误差的装置。例如，应变片在灵敏度和/或阻抗值方面能相互不同，或者可变形本体的几何形状可以不是完好对称的。在惠斯通电桥电路中，添加了微调电阻器以补偿电路的分支中的不相等信号。然而，利用该方法，仅改正了由偏离旋转对称所引起的线性测量误差。

在JP 2007 033 127 A中，公开了一种例如用于货车秤中的秤台的柱状载荷支承构件。类似于JP 2010 133 785 A中所公开的设备，该称重传感器同样配备有多个应变片，以便除了由称重载荷所引起的变形之外还能测量由未对准所引起的进一步变形。然而，该设备不同于JP 2010 133 785A，因为应变片还被用于测量未对准的影响。分别设置在可变形本体的相反侧上的两个应变片形成了一对，其中两个应变片在未对准的情况被不相等地拉伸或者压缩。如果这样的一对的两个应变片被按差分电路地接线，则能测量弯曲变形。利用处于关于中心轴线相互转动90°位置的两对应变片，能计算具有两个自由度的未对准。因此，利用三个惠斯通电桥电路，有可能计算测量结果，该三个惠斯通电桥电路中的一个用于测量由称重载荷所引起的变形，并且每一个用于测量由在两个相互正交方向上的未对准所引起的变形。在该构思的实际应用中，在载荷支承元件上设置用于确定未对准的四个应变片。这使得称重传感器的制造工艺变复杂了，特别是使得应变片在可变形本体表面上的安装变复杂了。尽管有大量的应变片，但是利用该装置并且结合用于与载荷有关的变形的应变片仅能确定两个自由度，这对于检测可变形本体是否从竖直位置倾斜和/或载荷引入构件是否相互不平行是太少了。

根据又一参考文献JP 2010 210 357，应变片沿零应力方向安设。该应变片仅用于通过在电桥电路中包含该独立于负载的电阻器而获得具体位置的温度补偿的目的。其中该应变片安装的方向(即，相对于第一主应力方向的角度)源自于与材料有关的泊松比。该发明未提供用于补偿称重传感器的未对准的解决方案。

摇柱式称重传感器不同于多轴线力传感器，多轴线力传感器仅确定沿一个方向(即，沿重力加速度g方向)的力分量。沿着其他方向的另外的力和力矩与摇柱型称重传感器的实际任务无关，即，确定重量。

发明内容

考虑到该技术现状，本发明具有提供一种坚固结构的称重传感器的目的，其提供了高精度并且包括补偿由于未对准的误差的装置。此外，目标是全面地解决该未对准，即，在确定未对准中包括超过两个自由度，并且关于测量值的漂移而改善了具有这些特征的称重传感器。

另一目的是通过简单装置来实现与未对准有关的误差的补偿。这符合了在称重传感器的生产中希望保持材料和劳动成本低的愿望。

这些目的由包括具有上、下接触表面的可变形本体的称重传感器来满足。接触表面被设计成将力引入可变形本体的作用，其中每个接触表面包含支承点，利用两个实际的支承点限定力的作用线。在两个接触表面之间，可变形本体具有柱状部分，该柱状部分具有中心纵轴线和其生成线平行于该中心纵轴线延伸的圆周表面。称重传感器还包括第一确定装置和第二确定装置，该第一确定装置被安装在可变形本体的柱状部分上并且将可变形本体的机械变形转换成电子信号，该第二确定装置被安装在可变形本体的柱状部分上并且将中心纵轴线离开作用线的偏离转换成相应的信号。在该设施中，第一和第二确定装置各包括至少一个应变片。同时，第二确定装置中的至少一个应变片实质上被按这样的方式相对于圆周表面的生成线以预定锐角安装在上、下接触表面之间的中部，即，第二确定装置的信号在中心纵轴线没有从作用线偏离时为零并且因此独立于称重载荷。

按照变形本体的机械变形的幅度来执行通过第一确定装置的机械变形至电子信号的转换，即，机械变形越大，则电子信号越大。从该电子信号中不仅能进行定性测量(存在机械变形)，而且执行反映可变形本体的机械变形程度的定量测量(机械变形的大小)。类似地，通过第二确定装置根据该偏离的大小确定力参考线的中心纵轴线的偏离至电子信号的转换。利用第二确定装置，其因此还能进行定量测量，并且因此不但检测中心纵轴线对于力参考线的偏离而且确定其大小。

第一确定装置与第二确定装置之间的区别在于电信号的信息类型(分别测量不同电信号)。更具体地说，第一确定装置提供了主要信息，即，变形本体沿着中心纵轴线的变形。第二确定装置是关于位置误差的信息，因此确定了辅助信息。

称重传感器的理想载荷引入装置从几何方面看被定义为其中所施加力的作用线与可变形本体的中心纵轴线重合的状况，即，其中作用线和中心纵轴线相互重叠。在该情况中，在可变形本体的柱状部分中将不会出现弯曲或者横向剪切，并且能在不需要任何补偿的情况下使用测量信号来产生测量结果。

实质上按相对于圆周表面的生成线成预定锐角安装在上、下接触表面之间的中部的应变片提供了用于确定称重传感器未对准的最大灵敏度。通过当称重传感器处于理想的力引入条件或者甚至精确对准(也即，理想位置)时为测量信号设定皮重(零基准)来获得进一步的优点，因为零基准值能被用于称重传感器的随后操作以为了监控第一确定装置信号的漂移的目的。监控数据还能例如用于补偿测量值的漂移。这能例如通过将在无载荷状态中随时的输出值归零来完成。因为该类称重传感器在安装状况中从未完全从任何载荷中解除，所以仅当载荷降到一定阈值之下时能执行归零。

用于该类称重传感器的应变片通常是金属箔材电阻应变片。已知的现有技术还包括基于薄膜技术或者基于厚膜技术的应变片。还可能使用基于光学原理和/或表面声波的应变传感器。

根据本发明的进一步的有利发展，该预定锐角取决于材料，具体地说，取决于用于可变形本体的柱状部分中的材料的泊松比。

在又一有利的实施例中，该预定锐角在从54到72°的范围，取决于可变形本体的柱状部分中所使用的材料。例如，在由常用类型的钢所制成的可变形本体中，该预定锐角为61.3°。

根据本发明的进一步发展的实施例，第一和第二确定装置被安装在柱状部分的圆周表面上，特别是在接触表面之间的中部。由于引入可变形本体内的力集中在支承点，称重传感器的可变形本体中的应力分布是不均匀的。通过在支承点之间的中部装置应变片来考虑到该因素，因为应变片被定位于柱状部分的横截面处，在该处应力分布最均匀，其在离接触点最大可能的距离处。第一确定装置还可以被定位于第二确定装置上方或者下方的相同生成线上，优选尽可能靠近接触表面之间的中点。该布置的优点之一是第一确定装置的应变片和第二确定装置的应变片能在同一载体基板箔上，从而它们能在一个工作操作中被安装和对准，这带来了时间和成本的节省。

根据本发明的又一实施例，第一和/或第二确定装置各包括至少两个应变片或者应变片对安装在沿中心纵轴线沿直径相反位置处。为了产生信号，所述沿直径相反的应变片被以这样的方式设置在惠斯通电桥电路中，即，它们在可变形本体沿中心纵轴线方向的机械变形和/或中心纵轴线从力的作用线偏离的测量结果中的贡献相互增强了。

根据本发明的有利实施例，在关于中心纵轴线相互可旋转地偏移一角度，特别是偏移90°的角度的位置处将第一确定装置的两个应变片或应变片对和/或第二确定装置的两个应变片安装在圆周表面上。在第一确定装置的情况中，该装置提供了可变形本体的机械变形的改进测量，并且在第二确定装置的情况中，其提供了未对准(特别是，可变形本体在所有空间方向上的非竖直位置)的改进确定。

根据本发明的又一有利实施例，第二确定装置的至少两对应变片安装在第一确定装置的应变片之间(具体地说在中部)并且绕中心纵轴线偏移90°的旋转角度。利用该装置，所有的应变片能被安装在可变形本体的同一圆周线上。

在本发明的又一实施例中，第二确定装置包括以预定锐角安装的两个应变片，第一确定装置包括四个应变片以成对的方式平行于中心纵轴线且安装在可变形本体上的相对的面上，其中以预定锐角对准的应变片和两对应变片分别关于中心纵轴线成90°旋转角度。

在本发明的优选实施例中，可变形本体的柱状部分沿其中心纵轴线被分成具有至少两个不同直径的区域。相应地，该可变形本体是哑铃形的。例如，在用于更小的称重载荷的称重传感器中，直径在确定装置所在的部位减小了。这增大了柱状部分中直径减小的横截面中的材料应力，由此增大了变形量。更大的变形量进而在确定装置中产生了更强的信号，并且该称重传感器因此适于所施加的力。

在又一有利实施例中，称重传感器可以特定类型传感器或单只传感器进行标定。在特定类型传感器的校准中，如果称重传感器具有相同的类型或者相同的模型系列，则在称重传感器的处理单元的相应存储器中存储相同的参数值。该参数值在该情况中是基于从少量随机样品测量中获得的平均值并且同样地被应用于所有其他称重传感器。这简化了生产工艺并且降低了制造成本。在称重传感器必须满足更高的准确性标准的情况中进行单个传感器标定。在该情况中，对于各称重传感器单独地确定参数值。

称重秤，特别是车辆秤、罐秤或者容器秤具有至少一个称重传感器。至少一个称重传感器具有将可变形本体的机械变形转换成信号的第一确定装置和将中心纵轴线与力的作用线的偏离转换为对应信号的第二确定装置。第一确定装置和第二确定装置各具有至少一个应变片，其中后者被安装在上接触表面与下接触表面之间的基本上中部，在第二确定装置的情况中，相对于圆周表面的生成线以预定锐角倾斜，从而第二确定装置的信号在中心纵轴线与作用线没有偏离时为零并且独立于称重载荷。

在补偿称重传感器的未对准的方法中，称重传感器包括具有上、下接触表面的可变形本体。接触表面被设计成将力引入可变形本体内，其中每个接触表面包含支承点，利用两个实际的支承点限定出力的作用线。在两个接触表面之间，可变形本体具有柱状部分，该柱状部分具有中心纵轴线和其生成线平行于该中心纵轴线延伸的圆周表面。称重传感器还包括第一确定装置和第二确定装置，其中所述第一确定装置和所述第二确定装置中的每个包括至少一个应变片。该方法的特点在于如下的步骤，按这样的方式在可变形本体的圆周表面上设置作为第一确定装置的至少一个应变片，即，将可变形本体的机械变形转换为第一确定装置的信号；并且按这样的方式在可变形本体的圆周表面上设置作为第二确定装置的至少一个应变片，即，将中心纵轴线与作用线的偏离转换为第二确定装置的信号；其中第二确定装置中的至少一个应变片基本上安装在上、下接触表面之间的中部，并且与圆周表面的生成线成预定锐角，以使得第二确定装置的信号在中心纵轴线与作用线没有偏离时为零。在进一步的步骤中，记录第一确定装置的至少一个应变片的信号，并且随后或者同时记录第二确定装置的至少一个应变片的信号，该第二确定装置相对于圆周表面的生成线成预定锐角。接着，根据称重传感器的偏离程度来确定补偿值，其中使用第二确定装置的至少一个信号。在随后的步骤中，基于第一和第二确定装置的信号和补偿值来计算称重结果。

在进一步的方法中，补偿值的确定中随以下条件的不同而不同，载荷传导单元分别相互平行地偏移、它们相互成角度地倾斜或者它们相互成角度地偏移。或者换句话说，在补偿值的确定中，在可变形本体的非竖直位置、载荷引入构件的非水平倾斜和非竖直的可变形本体与非水平的载荷引入构件的结合的情况之间来区分。

在进一步的方法中，第一确定装置的应变片的和/或第二确定装置的应变片的信号能在处理器单元中单独地和/或成对地确定。称重传感器的处理器单元能因此从应变片的信号中提取最大的信息量，以便获得可能最好的未对准补偿。

根据进一步的方法，在处理器单元中，例如利用至少一个电桥电路顺序地处理第一和/或第二确定装置的单独信号。因此，电桥电路的数量能保持较低。在该情况中，信号借助于附加的开关电路被单独地和顺序地连接至至少一个电桥电路。

在附图中图解的实施例的实例的描述中展示了根据本发明的用于由于未对准的误差补偿的称重传感器和方法的细节。

附图说明

在下文中通过附图中示出的优选实施例的实例进一步阐述了本发明的主题，其中

图1为处于精确对准(也即，理想位置)的称重传感器的主视图，具有第一确定装置和以倾斜安装在与第一确定装置相同的圆周线上的第二确定装置；

图2为处于理想的力引入状况中的称重传感器的主主视图，具有第一确定装置和第二确定装置；

图3为图1的称重传感器在平面A-A处的剖视图，具有第一确定装置和以倾斜安装在与第一确定装置相同的圆周线上的第二确定装置；

图4为图3中称重传感器的B向的部分试图，具有第一确定装置和以倾斜安装在与第一确定装置相同的圆周线上的第二确定装置；

图5为处于理想位置的称重传感器的主视图，具有倾斜安装的第一确定装置和安装在与第一确定装置相同的轮廓生成线上且位于第一确定装置上方的第二确定装置；

图6为图5的称重传感器在平面C-C处的剖视图；

图7为处于非竖直位置的图1的称重传感器的主视图，具有第一确定装置和具有倾斜角度的第二确定装置，同时可变形本体处于倾斜位置；

图8显示了图1的称重传感器的主视图，具有第一确定装置和倾斜安装的第二确定装置，其中上部载荷引入构件处于倾斜位置；

图9显示了图1的称重传感器的主视图，具有第一确定装置和倾斜安装的第二确定装置，其中上、下载荷引入构件均处于倾斜位置；

图10显示了图1的称重传感器的主视图，具有第一确定装置和具有一定倾斜角度的第二确定装置，其中上、下载荷引入构件以及可变形本体均处于倾斜位置；

图11显示了秤台下面的几个称重传感器的布置；

图12为从侧方观看的车辆秤的剖视图。

具体实施方式

图1为称重传感器1的主视图，该称重传感器1具有可变形本体2，其处于精确对准(也即，理想位置)状态的两个载荷引入构件11之间。因为上接触表面3和下接触表面4两者都是凸出的球面，所以可变形本体2分别通过一个支承点5与上、下载荷引入构件11接触。称重物体的重力通过载荷引入构件11被传递至(此处通过两个箭头来表示)可变形本体2。在两个支承点5处出现传力接触时，重力沿着由两个支承点5限定的作用线6作用。利用处于精确对准的称重传感器1获得最佳的称量结果，即，如果可变形本体2的柱状部分7的中心纵轴线8沿重力G的方向对准并且如果载荷引入构件11的表面12朝向可变形本体2的法向矢量平行于中心纵轴线8，或者换句话说，如果作用线6与可变形本体2的柱状部分7的中心纵轴线8相互重合并且沿重力G方向对准。

为了使称重传感器1适应给定的称重范围，可变形本体2的柱状部分7沿其中心纵轴线8被分成具有至少两个不同直径的区域。如在图1中由细虚线标出的，可变形本体2的柱状部分7从而特别是被赋予哑铃形状。因此，给定总尺寸的称重传感器1能适应特殊的称重条件，具体地说，适应使用者的应用所需的称重范围。

当力被施加于可变形本体2时，可变形本体2将改变形状。在称重传感器处于压缩载荷下的情况时，可变形本体2沿中心纵轴线8的方向被压缩(变短)并且沿垂直于中心纵轴线8的径向方向被扩大(变宽)。作为该变形的结果，应变分量ε₁出现在沿中心纵轴线8的方向(第一主方向)，应变分量ε₂出现在垂直于中心纵轴线8(第二主方向)。作为横向收缩而出现的应变ε₂被定义为横向应变。泊松数μ(特定的材料常数)是应变ε₂与ε₁之间的比。在单轴应力条件下，应变ε₁与ε₂之间的关系为：

ε₂＝-μ·ε₁

方程式中的负号表示应变中的一个为拉伸的，另一个为收缩的，反之亦然。因此，在作为从第一主方向朝向第二主方向测得的角度θ的函数的应变ε的图形中，必须有零交叉，即，限定其中正应力消失的方向的角度θ，即，等于零。对于零交叉的角度θ由以下方程式来确定：

ε₀＝0.5·ε₁·[1-μ+(1+μ)·cos(2·θ)]＝0

在该方程式中，θ是零变形方向与第一主方向之间的角度。对于μ＝0.3的泊松数，获得了61.3°的角度θ。其中不出现正应变的方向在此处被称为零变形方向。

第一确定装置9的应变片沿着同一圆周线被安装在可变形本体2的柱状部分7的圆周表面上，优选布置在其中可变形本体2的柱状部分7中的应力分布尽可能接近均匀的位置处，即，优选在接触表面3和4之间的中部。图1中所示的第一确定装置9是由成对地安装在四个敏感位置中、总共八个应变片构成的，意味着，在每个位置处有两个应变片，其中一个将沿中心纵轴线8方向(第一主方向)的变形转换为信号，并且另一个将沿与中心纵轴线8成90°的横向方向(第二主方向)的变形转换为信号。以90°横向于中心纵轴线8方向的变形的测量向沿中心纵轴线8方向测得的信号提供了附加的信号。可变形本体2中的变形促使应变片改变它们的长度并且因此改变它们的电阻。取决于由导体轨迹(也被称为曲折线)设定的应变片的方向，应变片处于对由于长度方面变化的变形敏感的某一(被分配的)方向。基于电阻变化，处理器单元(图1中未示出)能确定作用于称重传感器上的力的数值，其进而代表称重物体的质量。当金属材料被用于可变形本体2时，可变形本体2的变形相应于所施加力线性增大。因此，变形通过第一确定装置9到电子信号的转换是根据变形的大小来实现的，并且因而是定量测量。

第二确定装置10在该实例中同样是由应变片构成的并且优选被安装在上接触表面3与下接触表面4之间的中部。此外，第二确定装置10(在图1的实例中有两个)的应变片相对于柱状部分7的中心纵轴线8倾斜预定的锐角θ(参见图3)。因此，这些应变片将可变形本体2的相应位置处沿零变形方向的变形转换成信号。如果所施加力的作用线6与可变形本体2的柱状部分7的中心纵轴线8重合，如图1的实例中的情况，则称重传感器1的静态条件是理想的力引入的那些。在该状态中，第二确定装置10的应变片不受长度方面变化的影响，由于在零变形方向上未出现应变。对于处于精确对准的称重传感器1的第二确定装置10的信号为零，即，独立于称重载荷。

称重传感器1的精确对准与理想的力引入装置之间的区别是在理想的力引入装置中，由于载荷引入构件11的装置而相互重合的中心纵轴线8和作用线6不必平行于重力G的方向对准。在精确对准的情况中，作用线6、中心纵轴线8和重力G的方向全都相互重合。因此，在图2中示出的理想的力引入装置仅与可变形本体2和上、下载荷引入构件11相对于彼此的布置有关，而与它们的绝对空间定向无关。

描绘了图1的称重传感器在平面A-A中的剖视图的图3图解了第一确定装置9和第二确定装置10在柱状部分7的圆周上的装置。第一确定装置9的四个应变片对被安装在关于中心纵轴线8相互旋转地偏离90°的位置处，即，沿直径上相反对称设置，并且它们能按惠斯通电桥电路来设置。第二确定装置10中的至少一个应变片以角度对称地被安装在第一确定装置9的两个应变片之间。在未精确地定位的称重传感器1的情况中，应变片的信号相应于平面E1中的偏离分量。如果在柱状部分7的圆周上安装进一步的应变片作为平面E2中的第二确定装置10，该平面E2关于中心纵轴线8旋转地偏离平面E190°，则在不精确定位的称重传感器1的情况中获得了相应于在平面E2中偏离分量的进一步的信号。通过结合对于两个平面E1和E2的偏离分量，能确定称重传感器1在任何期望空间方向上的位置偏离。

如果为第二确定装置10的每个应变片增加与第一应变片沿直径相反的进一步的应变片，则在惠斯通电桥电路中可以在直径上相反位置中设置应变片对以便获得相应平面中的位置偏离的更好测量信号，或者能单独地评估应变片的信号以便具有用于补偿的可获得的更多自由度。

图4描绘了沿图3的观察方向B观看时可变形本体2的柱状部分7的剖面。安装在与第一确定装置9的应变片相同的圆周线上并且处于后者之间的是第二确定装置10的至少一个应变片。第二确定装置10以相对于柱状部分7的中心纵轴线8成角度θ来设定。该角度取决于可变形本体2的材料。在图4的实例中并且假定通常用于可变形本体2的钢等级，角度θ为61.3°。

第一确定装置9和第二确定装置10的应变片不必按与图1到4和图7到10中相同的方式来安装。还可能将第一确定装置9安装在第二确定装置10的应变片的上方或者下方，第二确定装置10的应变片基本上安装在接触表面3和4之间的中部，如图5中所示。虽然第一确定装置9的应变片在该情况中不再被安装在可变形本体2的柱状部分7的圆周表面上的中部，但是应力分布仍然是足够均匀的以获得可用的信号。该布置具有这样的优点，即，第一确定装置9的和第二确定装置10的应变片能一起被制造成同一载体基板箔上的单元，其能在一个工作操作中被安装到可变形本体上。这减少了制造时间和成本。

图6描绘了图5的称重传感器沿平面C-C的剖视图。第二确定装置10被分布在公共的直径线上，相对于中心纵轴线8相互以90°的步长旋转地偏离。第一确定装置9的应变片在此处是不可见的，因为它们在该图中位于平面C-C后面。

称重传感器1的位置偏离导致了测量误差。图7图解了图1的称重传感器的一种状态，其中由于载荷引入构件11相对彼此的平行位移的结果可变形本体2相对于竖直方向成角度地倾斜。随着载荷引入构件11的平行移位，上接触表面3和下接触表面4的相应支承点5也改变了它们的位置。因此，作用线6现在以角度α偏离中心纵轴线8，但是仍然经过可变形本体2的中心，假设上、下接触表面3、4的球面半径是彼此相等的。在该状态中，第一确定装置9不再提供重力的精确测量，而是经受了误差。成角度θ倾斜的第二确定装置10不再与零变形方向对准。因此，第二确定装置10的应变片经受了产生信号的长度方面的变化。该信号被用于计算补偿，该信号是载荷引入构件之间平行移位的函数并且因此是可变形本体2的倾斜位置的函数。

在零变形方向上，可变形本体2的变形是与所施加力成线性的。在没有理想对准的情况下，零应变方向上的变形通过第二确定装置10到电子信号的转换因此是根据零变形方向上的变形大小的，并且因此是定量测量。因此，根据上述实施例，第二确定装置10的转换信号是称重传感器1的倾斜位置的定量评定。

图8显示了处于上部载荷引入构件11成角度地倾斜状态中的图1的称重传感器。上部支承点5被移向右侧，并且结果力的作用线6不再与中心纵轴线8重合。第一确定装置9的信号不再精确地相应于待测量的载荷的重力，而是需要校正以补偿上部载荷引入构件11的非水平位置。该校正是由第二确定装置10的至少一个应变片的信号计算出的，该第二确定装置10由于非水平状况而不再精确地与零变形方向对准。

作为与图8的称重传感器1相比的附加因素，图9的称重传感器中的载荷引入构件11两者都从它们的正确位置倾斜。虽然中心纵轴线8平行于作用线6，但是两条线没有相互重合，并且结果，可变形本体2经受弯曲变形。进一步的校正程序是有效的，其在此处将不详述。替代地，能安装附加的应变片来补充第二确定装置10。例如，除了按预定锐角对准的应变片之外，能在圆周上以90°间隔安装四个进一步的应变片并且平行于中心纵轴线8对准，其中沿直径相反的应变片一同起作用来提供用于确定位置偏离的计算基础并计算补偿值。

图10图解了称重传感器1的进一步的未对准，其中可变形本体2的非竖直位置和载荷引入构件11的倾斜位置的状况相互叠加，意味着，载荷引入构件11的朝向可变形本体2的表面12不再相互平行。作用线6不再在可变形本体2的中心处与中心纵轴线8相交，该事实使得用于测量信号的校正的计算更困难了。由于在可变形本体2的柱状部分7上安装第一确定装置9的四对应变片和起第二确定装置10作用的四个应变片的结果，能确定足够数量的参数以便表示出位置偏离并且计算出将被应用于测量信号的补偿校正。

第一确定装置9的应变片和第二确定装置10的应变片各根据所分配的应变片的数量和方向来将变形转换成电信号，即，发生变形的状态的连续测量，其中电信号的大小反映了变形量。

在处理单元(未显示)中，利用第二确定装置10的信号来校正第一确定装置9的电信号。结果，称重传感器1在显示器(未显示)上输出沿重力加速度g的方向施加的重力F_G。

使用与JP 2007 033 137 A的装置中所使用的相同的数量的应变片，本发明给与位置有关的误差的更准确补偿开辟了道路。或者以不同眼光观察，能利用与根据JP 2007 033 137 A的设备中所使用的相比更低总数的应变片来获得在质量方面与JP 2007 033 137 A的设备同等的补偿。

图11为一种秤，具体地说，车辆秤18。秤台18是用来承接称重载荷。其由至少三个称重传感器支承，在图11的实例中由六个称重传感器支承，它们设置在秤台18下面因此不会妨碍称重载荷的放置。

称重传感器2搁靠在支承下部结构上，该下部结构被设计成没有将妨碍载荷在秤台上运动的明显台阶。如图12中所示，这利用秤坑(scale pit)来实现，该秤坑具有所需的精确深度以便秤台18的载荷表面与邻近的地面处于同一平面中。图12中的侧部剖视图显示了两个称重传感器1。另外两个称重传感器(秤台搁靠在至少四个称重传感器1上)因在最靠近观察者的两个称重传感器1的后面而没有看到。取决于秤台的尺寸和称重能力，在实践中可以使用六个、八个或更多称重传感器1的装置。

虽然已经通过提供具体实施例的实例描述了本发明，但是明显地认为，能基于本发明的教导，例如通过使单独实施例的特征相互结合和/或通过在实施例之间互换单独的功能单元来产生许多进一步的变型。

附图标记列表

1 称重传感器

2 可变形本体

3 上接触表面

4 下接触表面

5 支承点

6 (力的)作用线

7 (可变形本体的)柱状部分

8 (可变形本体的)中心纵轴线

9 第一确定装置

10 第二确定装置

11 载荷引入构件

12 载荷引入构件的面朝称重传感器的面

17 秤

18 秤台

19 秤坑

E₁ 未对准的第一参考面

E₂ 未对准的第二参考面

G 重力

Claims (15)

1.称重传感器(1)，包括

可变形本体(2)，其具有设计成用于将力引入该可变形本体(2)内的上接触表面(3)和下接触表面(4)，其中每个接触表面(3、4)包含支承点(5)，两个实际支承点(5)确定了该力的作用线(6)，其中所述可变形本体(2)在该上接触表面(3)与该下接触表面(4)之间具有至少一个柱状部分(7)，该柱状部分(7)具有中心纵轴线(8)和其生成线平行于该中心纵轴线(8)延伸的圆周表面；

并且还包括

第一确定装置(9)，其被安装在该可变形本体(2)的柱状部分(7)上并且将该可变形本体(2)的机械变形转换成电子信号，以及

第二确定装置(10)，其被安装在该可变形本体(2)的柱状部分(7)上并且将该中心纵轴线(8)从该作用线(6)的偏离转换成相应的信号，

其中该第一确定装置(9)和该第二确定装置(10)各包括至少一个应变片，其特征在于

该第二确定装置(10)中的至少一个应变片基本上安装在该上接触表面(3)与该下接触表面(4)之间的中部并且按这样的方式相对于该圆周表面的生成线以预定锐角对准，即，在没有该中心纵轴线(8)从该作用线(6)的偏离时，该第二确定装置(10)的信号为零。

2.根据权利要求1所述的称重传感器，其特征在于，该预定锐角的大小取决于被用于该可变形本体(2)的柱状部分(7)材料，更具体地说，取决于被用于该可变形本体(2)的柱状部分(7)材料的泊松比。

3.根据权利要求2所述的称重传感器(1)，其特征在于，该预定锐角在从54°到72°的范围，依赖于在该可变形本体(2)的柱状部分(7)中所使用的材料。

4.根据权利要求3所述的称重传感器(1)，其特征在于，对于常用于可变形本体(2)的钢材，该预定锐角为或者接近61.3°。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的称重传感器(1)，其特征在于，该第一确定装置(9)和该第二确定装置(10)被安装在该柱状部分(7)的圆周表面上，特别是在该接触表面(3、4)之间的中部。

6.根据权利要求5所述的称重传感器(1)，其特征在于，该第一确定装置(9)和/或该第二确定装置(10)各包括相对于该中心纵轴线(8)安装在沿直径相反位置处的至少两个应变片或者应变片对。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的称重传感器(1)，其特征在于，该第一确定装置(9)的两个应变片或者应变片对和/或该第二确定装置(10)的两个应变片或者应变片对在关于该中心纵轴线(8)相互旋转地偏离一角度，特别是90°角度的位置处被安装在该圆周表面上。

8.根据权利要求5到7中任一项所述的称重传感器(1)，其特征在于，该第二确定装置(10)的至少两个应变片分别被安装在该第一确定装置(9)的应变片之间，特别是之间的中部，并且关于该中心纵轴线(8)相互旋转地偏离90°的角度。

9.根据权利要求5到8中任一项所述的称重传感器(1)，其特征在于，该第二确定装置(10)包括以预定锐角安装的两个应变片和平行于该中心纵轴线(8)地对准并且相互沿直径相反地成对安装在该可变形本体(2)上的四个进一步的应变片，其中以该预定锐角对准的该应变片和该两个应变片对分别关于该中心纵轴线(8)相互旋转偏离90°的角度。

10.根据权利要求1到8中任一项所述的称重传感器(1)，其特征在于，该可变形本体(2)的柱状部分(7)沿着其中心纵轴线(8)被分成具有至少两个不同直径的区域并且特别是该可变形本体是哑铃状的。

11.一种包括根据权利要求1到10中任一项所述的至少一个称重传感器(1)的称重秤，具体地说，车辆秤、罐秤或者容器秤。

12.用于补偿称重传感器(1)的未对准的方法，其中该称重传感器(1)包括可变形本体(2)，该可变形本体(2)具有设计成将力引入该可变形本体(2)内的上接触表面(3)和下接触表面(4)，其中每个接触表面(3、4)包括支承点(5)，两个实际支承点(5)确定了该力的作用线(6)，其中所述可变形本体(2)在该上接触表面(3)与该下接触表面(4)之间具有至少一个柱状部分(7)，该柱状部分(7)具有中心纵轴线(8)和其生成线平行于该中心纵轴线(8)延伸的圆周表面；并且还包括，第一确定装置(9)和第二确定装置(10)，其每个包括至少一个应变片，该方法的特征在于以下步骤

-在该可变形本体(2)的圆周表面上提供作为第一确定装置(9)的至少一个应变片，即，该可变形本体(2)的机械变形被转换成该第一确定装置(9)的信号；

-在该可变形本体(2)的圆周表面上提供作为第二确定装置(10)的至少一个应变片，即，该中心纵轴线(8)从该作用线(6)的偏离被转换成该第二确定装置(10)的信号，其中该第二确定装置(10)的至少一个应变片被安装在该上接触表面(3)和该下接触表面(4)之间的中部并且按这样的方式相对于该圆周表面的生成线以预定锐角对准，即，在没有该中心纵轴线(8)从该作用线(6)的偏离时，该第二确定装置(10)的信号为零；

-记录该第一确定装置(9)的至少一个应变片的信号；

-记录该第二确定装置(10)的至少一个应变片的信号，其相对于该圆周表面的生成线以该预定锐角对准；

-确定与该称重传感器(1)的未对准有关的补偿值，其中使用该第二确定装置(10)的至少一个信号；以及

-基于该第一确定装置(9)的信号和该补偿值，和如果合适的话，该第二确定装置(10)的进一步的信号来计算校正的称量结果。

13.根据权利要求12所述的用于补偿称重传感器(1)的位置偏离的方法，其特征在于，在该补偿值的确定中，在其中该载荷引入构件(11)分别相互平行地偏移、相互成角度地倾斜或者相对彼此偏移以及倾斜两者的状况之间进行区分。

14.根据权利要求12或13中任一项所述的用于补偿称重传感器(1)的位置偏离的方法，其特征在于，在处理器单元中单独地和/或成对地确定该第一确定装置(9)的和/或该第二确定装置(10)的应变片的信号。

15.根据权利要求12到14中任一项所述的用于补偿称重传感器(1)的位置偏离的方法，其特征在于，在该处理器单元中顺序地处理该第一确定装置(9)和/或该第二确定装置(10)的应变片的单独信号。