CN105074397B

CN105074397B - 用于称重单元的诊断方法

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Publication number: CN105074397B
Application number: CN201480018170.0A
Authority: CN
Inventors: D·施拉格; D·鲁普; C·特劳特魏勒; H-R·布克哈德
Original assignee: Mettler Toledo AG
Current assignee: Mettler Toledo GmbH Germany
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2018-01-05
Anticipated expiration: 2034-03-24
Also published as: CN105074397A; JP2016514836A; EP2784454A1; EP2979067A1; US20160011038A1; JP6336034B2; WO2014154633A1; EP2784454B1; US9964429B2; PL2784454T3

Abstract

测力装置包括固定的平行支腿(11，111)和可移动的平行支腿(12，112)，可移动的平行支腿用于接收被放置在装置上的称重对象的负载并且通过平行的导向件(14，114)连接到固定的支腿(11，111)。测力装置还包括测量转换器(20，120)以及位置传感器(21，28)，测量转换器通过传递力的连接部耦合到平行支腿(12，112)并且包含线圈(25，125)，线圈具有被导向的移动性地设置在磁体系统(27，127)中并且能够承载电流(24)，位置传感器用于检测线圈(25，125)从其平衡位置相对于磁体系统(27，127)的偏转，所述偏转由于将负载放置在可移动的平行支腿(12，112)上而产生。流过线圈(25，125)的电流(24)以作用在线圈(25，125)和磁体系统(127)之间的电磁力的方式用于使线圈(25，125)和连接到线圈(25，125)或磁体系统(27，127)的可移动的平行支腿(12，112)返回到平衡位置和/或保持其处于平衡位置。根据本发明，测力装置(1)的至少一个系统表征条件(29)借助于处理器单元(26)被建立，并且系统表征条件(29)与存储在处理器单元的持久记忆文件中的至少一个不可改变系统参考条件(30)相比较，其中，基于所述比较确定测力装置(1)的功能性，在此，测力装置(1)的动作发生，并且其中，电流(24)的大小和线圈(25，125)从其平衡位置偏转的大小被用于验证功能性。

Description

用于称重单元的诊断方法

技术领域

本发明涉及用于检验测力装置功能性的方法。

背景技术

称重单元是用于测量质量的、机械的测量转换器，其中，由称重对象施加在称重单元上的重力被转换成电信号。示例是应变计称重单元、震荡弦称重单元或EMFR(电磁力复原)称重单元。称重单元经常在测力装置中、尤其在称重秤中使用，称重秤将搁置在秤上的负载的重力转换成电信号。

在根据电磁力补偿的原理操作的称重单元中，称重对象的重力被直接或借助于一个或多个杠杆支点支撑的力传递杠杆传递到机电的测量转换器。测量转换器产生与称重对象的重力相对应的补偿力并且提供由处理单元的电子模块进一步处理并且呈现在显示器上的电信号。

EMFR称重单元包括具有固定的平行支腿并且具有可移动的平行支腿的平行四边形联动机构，可移动的平行支腿用作负载接收器并且通过两个平行的导向件连接到固定的支腿。在具有杠杆降低机构的系统中，在张力下坚硬并且在弯折下柔性的的耦合元件耦合到负载接收器并且将重力传递到平衡梁，平衡梁的杠杆支点由固定的平行支腿支撑。这种类型的称重单元的目的是将称重负载的重力降低到一个大小，在该大小下测量转换器能够产生补偿力并且产生代表重力的测量信号。如在本领域中已知的，在高分辨率的称重单元中的各个元件之间的连结件被配置为柔性的枢转件。柔性的枢转件限定由枢转件耦合的两个元件之间的旋转轴线。在由整件材料制造的称重单元、也称为整料的称重单元中，柔性的枢转件能够以元件之间的薄材料连接部的形式实现。

在重力直接被通过测量转换器产生的补偿力补偿的类型的EMFR称重单元中，即，在没有通过杠杆系统降低的情况下，平行的导向件大多配置为弹簧元件、弹性连结件或膜片弹簧。在也称为直接测量系统的这个类型的称重单元中，单独的测量转换器以等同大小的补偿力对抗负载的重力。如果多个测量转换器被结合以补偿重力，则测量转换器中的每一个产生对应的部分补偿力。

在高分辨率的测力装置中，柔性的枢转件更薄并且因此也更易受到损坏，所述损坏能够影响称重结果或造成测力装置不可用。例如，如果称重盘被撞击或如果平衡突然下降或下跌，则平行的导向件和其他构件会过度受压。因此，柔性的枢转件、弹性连结件或膜片弹簧会弯折变形、破裂或甚至被毁坏。

在EMFR称重单元中使用的测量转换器能够例如配置为永磁体中的导电线圈。线圈在大多数情况下设置在平衡梁上，而永磁体附连到固定的平行支腿。然而，永磁体设置在平衡梁上并且线圈附连到固定的平行支腿上的相反构型也是可能的。在测力装置的操作状态下，电流流过线圈，由此产生补偿力，所述补偿力抵消放置在平衡上的负载。位置测量装置记录线圈从其平衡位置的偏转，于是调节单元响应于位置测量信号如此调节电流的大小，以使得线圈返回到其平衡位置。当线圈处于其平衡位置时，即，当作用在系统上的力的总和等于零时，电流的大小被测量以确定称重结果，然后显示称重结果。

以上提及类型的过量应力能够也影响在磁体系统或位置测量装置中的线圈。在测力装置的生产过程中，调整称重单元的步骤对于装置的敏感性和准确性是重要的。仅只要在装置已进行调整的状态下，调整设定就是有效的。在过量应力下，线圈在磁体系统中的对齐能够改变，或位置感应装置能够相对于平衡梁变位，结果称重结果不再被正确地确定。

如果尽管存在对称重单元的损坏而测力装置仍给出表现为是称重负载的测量，不论损坏是在柔性的枢转件中、或由磁体系统中的线圈的位置改变或位置测量装置相对于测力装置已被校准的位置的位置改变而造成，则损坏不能由当前可用手段识别。虽然损坏，但是测力装置提供称重结果，即使该称重结果是不正确的，因为测力装置不表现为功能性受损，即，测力装置似乎无错误地工作。

监测和/或确定测力装置的状态的方法在文献EP 1785703A1中公开，其中，测力装置包括设定在壳体的内部空间中的测力单元、以及测量在内部空间中的、环境有关的参数的传感器，环境有关的参数影响测力装置的操作寿命时间。所述方法允许测力装置的状态被监测，而无需打开壳体以确定测力装置的状态。然而，这个方法的缺点是，称重单元由于过度压力引起的损坏情况不能被检测到，所述损坏情况例如是损坏的柔性的枢转件或线圈或位置测量装置的变位。

为了确保测力装置正确地运行并且使用者能够对显示的测参量有信心，称重单元必须以规则的间隔被检验。这个周期性的检测在大多数情况下由制造商进行，这引起对使用者造成费用的测力装置的停工时间。

发明内容

本发明的目的是提供验证测力装置的功能性的方法。

所述方法还应该可以在测力装置的工作地点处并且由测力装置自身进行。

根据本发明，这些任务通过如权利要求1所述的、根据电磁力补偿的原理工作的、用于测力装置功能性的验证的方法实现。

测力装置包括固定的平行支腿和可移动的平行支腿，可移动的平行支腿用作接收放置在装置上的称重对象的负载并且由平行的导向件连接到固定的支腿。测力装置还包括测量转换器，测量转换器通过传递力的连接部耦合到平行支腿并且包含线圈，所述线圈具有被导向的移动性地设置在磁体系统中并且能够承载电流。也包括在测力装置中的是位置传感器，位置传感器用作检测线圈从其平衡位置相对于磁体系统的位置改变，所述位置改变由于将负载放置在可移动的平行支腿上而产生。流过线圈的电流以在线圈和磁体系统之间的电磁力的方式使线圈和连接到线圈或磁体系统的可移动的平行支腿返回到平衡位置和/或保持其处于平衡位置。

根据本发明，测力装置的至少一个系统表征条件(means)借助于处理器单元建立，并且系统表征条件与存储在处理器单元的持久记忆文件中的、不可改变的至少一个系统参考条件相比较。基于所述比较，测力装置的功能性被确定，于是测力装置的动作发生，并且其中，电流的大小和线圈从其平衡位置偏转的大小被用于验证功能性。

由于根据本发明的方法，测力装置能够将线圈从其平衡位置的偏转、或线圈在磁体系统内的位置用于验证功能性，因为线圈从其平衡位置偏转的大小作为附加输入信息被供应给处理器单元。

测量转换器能够以不同方式设置在测力装置中。或者线圈附连到可移动的平行支腿并且磁体系统附连固定的平行支腿，或者线圈附连到固定的平行支腿并且磁体系统附连到可移动的平行支腿。在任一情况下，线圈和磁体系统能够相对于彼此移动。在大多数情况下由PID控制器调节的、流过线圈的电流在两种情况下都引起线圈和磁体系统之间的电磁力，电磁力使线圈返回到其相对于磁体系统的平衡位置和/或保持线圈处于所述位置，当负载被放置在负载接收部分上时。具有被导向的移动性地设置在磁体系统中的线圈能够配置有一个或多个绕组。磁体系统自身能够是永磁体或电磁体，其中电流流过电磁体。在最常见的配置方式中，磁体系统附连到固定的部分，而线圈或者直接附连到负载接收部分或借助于一个或多个杠杆耦合到负载接收部分。这个构型在大多数情况下是优选的，因为较小的惯性质量(在这种情况下的线圈质量)允许较快地返回到平衡位置或更稳定地附着在平衡位置。然而，也存在测力装置，在所述测力装置中，永磁体形式的磁体系统附连到可移动的部分的，例如以简化电流到线圈的传递。

平衡位置是线圈在磁体系统中的位置，在所述位置，作用在系统上的所有力相互平衡。在杠杆系统中，这也对应于平衡梁的零位置。由于线圈与平衡梁的连接，平衡梁从平衡位置的偏转等效于线圈从平衡位置的偏转。相同的情形应用于磁体系统作为线圈的替代连接到平衡梁的情况。在这个上下文中，术语“平衡梁”指代的传递力的连接部的部分是单臂或两臂杠杆，杠杆的平衡位置由位置传感器监测。在优选构型中，平衡梁的旋转轴线、平衡梁的重力的质心、第一杠杆臂到耦合件的连接以及施加测量转换器的合成力的有效点位于一个共同的平面中。如果遇到这个情况并且如果无称重负载被放置在测力装置上，则平衡梁处于无转矩的情况下并且总是处于平衡中，即使测力装置支承在倾斜的支撑表面上。由前述点限定的平面也称为杠杆中立平面。

在直接测量系统中，测量转换器的线圈或磁体系统附连到力传递杆，力传递杆直接连接到负载接收部分，以使得没有杠杆用于降低所施加的力。在直接测量系统中，线圈或磁体系统从其平衡位置的偏转等效于力传递杆从其平衡位置的偏转。

根据本发明的方法的优选应用是在微平衡装置中，因为微平衡装置在大多数情况下具有非常薄的柔性的枢转件。这些平衡装置能够以0.001毫克的测量分辨率测量十克的称重负载，即，具有一千万分之一的精确性。因此仅需相对小量的过应力就引起对微平衡装置中的柔性的枢转件的损坏。

本发明适于具有测量转换器的测力装置，所述测量转换器以推动模式操作以及所述测量转换器在推拉模式中产生补偿力。差异在于补偿力的方向性：推动系统能够仅沿一个方向产生补偿力，而推拉系统设计成沿两个相反方向产生补偿力。

线圈从其平衡位置的偏转借助于位置传感器确定并且量化，并且作为用于通过线圈调节电流的输入被发送到位置控制器，以使得由于线圈和磁体系统之间的电磁力，线圈和连接到线圈或磁体系统的平行支腿返回到平衡位置。替代地，线圈从平衡位置偏转的大小也能够借助于附加位置传感器确定。能够用作附加位置传感器的类型的传感器能够获取与用于位置测量的位置传感器相同的、有关线圈在磁体系统内部的偏转大小的信息作为传感器信号。例如，这个传感器信号可以由加速传感器、速率传感器、或角度或线性位置传感器提供，以向处理器单元提供相应信息。

用于位置传感器的优选选择是光电位置传感器，光电位置传感器的传感器信号对应于称重单元的相互连接的可移动的部件从平衡位置的偏转，所述偏转由于将负载放置在负载接收器上而产生。这种类型的光电位置传感器典型地包括光发送器和光接收器以及屏障叶片，所述光发送器和光接收器隔着一间隙空间面向彼此地设置在固定的平行支腿上，屏障叶片横跨该间隙空间并且参与到可移动的部件的偏转中。位置传感器的信号被提供给位置控制器，位置控制器相应地通过线圈如此调节电流，以使得屏障叶片和叶片所连接到的、称重单元的可移动的部件通过线圈和永磁体之间的电磁力返回到屏障叶片和可移动的部件的平衡位置。换言之，由于调节，线圈和磁体系统之间的电磁力与称重负载处于平衡中。

如在此使用的术语，系统包括称重单元，所述称重单元具有其构件(平行四边形件，杠杆降低机构，柔性的枢转件，测量转换器，位置传感器)的所有特性及它们受其影响的因子。诸如材料特性、剖面模数、磁场均匀性和位置传感器的线性的特性与不同影响因子有关。温度改变、地面震动和震荡、或对于称重单元的冲击影响系统或甚至能够引起永久改变。系统的参考条件描述与系统在生产或组装过程结束时或在提供给使用者时的性能相对应的、无错误的状态。这个系统参考条件存储在测力装置的处理器单元的持久记忆文件中。系统表征条件表征系统的当前情况或功能性，并且当需要时和/或在指定的时间间隔时被确定。系统表征条件因此表征测力装置的当前情况或功能性。系统表征条件与系统参考条件的偏差因此表明运行正常的状态或能力方面的改变。

根据本发明的进一步改进的实施方式，所述至少一个系统表征条件和所述至少一个系统参考条件各建立电流的大小和线圈从其平衡位置偏转的大小之间的关系。

在本发明的有利的进一步改进中，所述至少一个系统参考条件代表测力装置在初始调整时的功能性和/或反应测力装置的无错功能性的状态，所述调整尤其是在生产测力装置期间或接近于完成测力装置时发生的调整。

根据本发明的进一步改进的实施方式，所述至少一个系统表征条件和/或所述至少一个系统参考条件各包括系统表格和/或系统函数，所述系统表格列出重力的与线圈从其平衡位置偏转的不同大小有关的对应值，所述系统函数具有至少一个参数并且至少具有线圈从其平衡情况偏转的大小和电流的大小作为输入参量。在本发明的上下文中，系统函数的所述至少一个参数意味着数学函数的变量，所述数学函数描述线圈从其平衡位置偏转的大小和电流的大小之间的关系。

当使用系统表格时，系统表征条件与系统参考条件的比较通过从表格中选出对应的比较值来进行，在所述表格中，根据线圈从其平衡位置偏转的大小并且根据电流的大小列出值。在这个上下文中，术语系统函数意味着具有至少两个输入参量和至少一个参数的数学函数。

根据本发明的另一实施方式，系统函数的所述至少一个参数被存储为参数表格，与线圈从其平衡位置偏转的大小和电流的大小相对应地从所述参数表格中选出系统函数的对应参数。附加地，系统函数的所述至少一个参数能够是与负载有关的。

根据本发明的另一有利改进，系统表格的值和/或系统函数的所述至少一个参数通过改变线圈的偏转并且基本同时测量与线圈从其平衡位置偏转有关的电流大小而被确定，和/或通过改变电流的大小并且基本同时测量与电流的大小有关的线圈偏转大小而被确定。

在本发明的有利实施方式中，系统表格的值和/或系统函数的至少一个参数各在不具有被施加到可移动的平行支腿的重量以及具有所述重量的情况下被确定，其中，重量能够是外部操纵的重量或由操纵机构在内部设定就位的重量。在不同负载情况下确定所述值和/或所述至少一个参数提高了对于在重量分析式测力装置的整个称重范围上的功能性的验证的准确性。

根据本发明的另一方面，所述至少一个系统参考条件针对每个测力装置被个别地建立或针对给定类型的测力装置被普适地建立。显然，每个测力装置经受磁体系统、柔性的枢转件、位置测量传感器和杠杆降低机构的制造公差中的各个变化，并且因此具有专用于所述一个测力装置的、其自身的值和/或参数。为了在测力装置的生产中加速对这些值和/或参数的确定，普适地基于先前确定的参考条件的计算统计平均值而被建立的系统参考条件能够存储在处理器单元中。

根据本发明的尤其有利的改进，所述比较被用于探查平行导向机构的枢转件的破碎或撕裂和/或变形、和/或线圈在磁体系统中相对于初始位置的位置改变、和/或位置传感器相对于初始位置的位置改变，其中，初始位置在每种情况下与测力装置的状态有关，系统参考条件针对所述情况被建立。

本发明的优选实施方式由以下特征区别：功能性的趋势线基于当前确定的系统表征条件和先前建立的系统表征条件被建立，并且由此能够对功能性、尤其对于直到测力装置的下次维护所剩余的时间进行预测。

用于根据电磁力补偿的原理工作的重量分析式测力装置的测力单元，其在测量转换器和可移动的平行支腿之间具有传递力的机械连接部位，测量转换器具有在磁体系统中移动的线圈，其中，或者线圈或者磁体系统连接到可移动的平行支腿，所述测力单元由以下特征区别：测力单元包括位置传感器，位置传感器检测线圈从其平衡位置的偏转，所述偏转由于将负载放置在可移动的平行支腿而产生，由此线圈从其平衡位置偏转的大小能够被确定，并且其中，线圈从其平衡位置偏转的大小能够在用于验证功能性的方法中使用。

在用于执行根据电磁力补偿的原理操作的重量分析式测力装置的功能性的验证方法的计算机辅助程序中，信号发出以触发测力装置的动作，例如以释放或锁住测力装置。测力装置包括：在磁体系统中移动并且能够传导电流的线圈，所述电流由于在线圈和磁体系统之间作用的电磁力而用作使线圈和连接到线圈或磁体系统的可移动的平行支腿返回到平衡位置和/或将其保持在平衡位置中；以及线圈和可移动的平行支腿之间的、传递力的机械连接部；和传感器，其用于检测线圈从其平衡位置的偏转，所述偏转由于将负载放置在可移动的平行支腿上而发生。计算机辅助程序的输入参量至少包括电流的大小和线圈从其平衡位置偏转的大小。

根据计算机辅助程序的进一步改进的实施方式，计算机辅助程序检索系统参考条件和至少一个系统表征条件。系统表征条件能够存储在执行所述程序的单元的工作存储器中，而系统参考条件存储在持久记忆文件中。

附图说明

本发明的主题将在以下通过在附图中示出的优选实施方式的示例说明，其中，

图1示意性示出从侧面看去的设计为杠杆系统的顶部加载测力装置的测力单元的剖视图；

图2示出从侧面看去的设计为杠杆系统的、整料构成的测力单元；

图3示出设计为直接测量系统的测力单元；

图4示出方框图，通过所述方框图描述根据本发明的测力装置中的功能流程；

图5示出方框图，通过所述方框图描述根据本发明的测力装置的寿命周期；

图6代表在线圈的整个偏转范围上的位置/电流曲线图，所述曲线图具有系统参考条件的系统函数S_E1、S_E2和S_E3和理想系统函数A；

图7代表在线圈的整个偏转范围上的位置/电流曲线图，所述曲线图具有测力装置的系统表征条件的系统函数S_K1、S_K2和S_K3，在所述测力装置中，柔性的枢转件、弹性连结件或膜片弹簧已经被损坏；

图8代表图6的位置/电流曲线图的一部分，以示出用于系统函数的可能阈值，所述曲线图具有测力装置的系统表征条件的系统函数S_K1，S_K2和S_K3，在所述测力装置中，柔性的枢转件、弹性连结件或膜片弹簧已经损坏；

图9代表在线圈的整个偏转范围上的位置/电流曲线图，所述曲线图具有测力装置的系统表征条件的系统函数S_K，以呈现与系统参考条件的系统函数S_E相比较的位置测量的偏移；并且

图10代表在线圈的整个偏转范围上的位置/电流曲线图，所述曲线图具有测力装置的系统表征条件的系统函数S_K，在所述测力装置中，与系统参考条件的系统函数S_E相比，线圈已经偏离其在磁体系统中的居中位置。

在以下说明中，具有相同功能和类似配置方式的特征由相同的附图标记标示。

具体实施方式

图1从侧面看去以剖视图示意性示出设计为杠杆系统的测力装置1的测力单元10。借助于固定的平行支腿11，测力装置1支承在支撑结构上。待测量的负载被放置在称重盘15上，该称重盘搁置在可移动的平行支腿12上，该可移动的平行支腿借助于两个平行的导向件14连接到固定的平行支腿11。平行的导向件14借助于柔性的枢转件16连接到可移动的平行支腿12和固定的平行支腿11。柔性的枢转件16限定旋转轴线，并且柔性的枢转件在横向于旋转轴线的方向上表现为实际上刚性的力传递元件。测力装置并非必须如在此所示的那样在顶部上配置有称重盘。测力装置同样能够实现有悬挂盘、在大多数情况下实现有悬挂机构。耦合件13将重力传递到平衡梁17的第一杠杆臂18，该平衡梁由杠杆支点支撑。测量转换器20附连到平衡梁17的另一端，即，第二杠杆臂19的外端，所述测量转换器以补偿力来补偿称重负载的经杠杆降低的重力。在此示出的测量转换器20示出为导电线圈25，该导电线圈以具有被导向的移动性的方式被插入到磁体系统27中。当由测量转换器20在第二杠杆臂19处产生的补偿力相应于在第一杠杆臂18处的负载的重力时，平衡梁17处于平衡并且因此处于平衡位置中。这个平衡位置由位置传感器21监测。

当质量或力被施加到称重盘15时，可移动的平行支腿12以受平行的导向件14以平行运动导向的方式向下偏转。通过耦合件13连接到可移动的平行支腿12的平衡梁17具有限定的降低比率地将这个运动传递到平衡梁17的另一端，该另一端面向测量转换器20。位置传感器21产生与线圈25从平衡位置的偏转相对应的位置信号22。这个位置信号22作为输入信号被发送到位置控制器单元，该位置控制器单元如此调节通过线圈25的电流24，使得由于合成的补偿力，线圈25和线圈所连接到的平衡梁17返回到平衡位置。在该调节的平稳状态下(当线圈25已经返回到其平衡位置时)，在线圈中流过的电流24的大小代表用于待确定的参量的、即作用在可移动的平行支腿12上的质量或力的量度。电流24的大小借助于处理器单元26测量(参见图3)，并且结果随后被作为测参量呈现在显示器上。

图2从侧面看去以剖视图示出测力装置1的整料构成的测力单元10的可能配置方式。固定的平行支腿11、可移动的平行支腿12、耦合件13、平行的导向件14和平衡梁17被整体地相互连接，由一块同质的材料制造。所有这些元件由金属块构成，通过适当的制造技术分开这些元件，例如削除加工过程、切割、或火花蚀刻。柔性的枢转件16、平衡梁的杠杆支点和耦合件13的连接端被构成为薄的材料桥接部，其中，柔性的枢转件16的材料厚度适用于测力装置1的能力范围，以使得柔性的枢转件16的材料桥接部被设计得较强以用于较大的称重能力。

图3示出设计为直接测量系统的测力单元100的可能实施方式。固定的平行支腿111搁置在支撑地面结构上。用于接收负载的、可移动的平行支腿112连接到力传递杆117并且被平行的导向件114导向，平行的导向件在这个示例中配置为膜片弹簧。在这个实施方式中，测量转换器120设置在力传递杆117的较低的端部处，其中，线圈示出为连接到可移动的平行支腿112并且磁体系统127设置在固定的平行支腿111处。这个概念可以通过将测量转换器120设置在平行的导向件114之间的区域中和/或通过更换设置磁体系统127和线圈125的位置来进一步实现。

材料连接的材料桥接部或弹簧枢转件或膜片设计得越薄，测力单元10、100越容易遭受由指向可移动的平行支腿12、112处的冲击、来自突然下降或下跌的冲击力、或对于过度压力的其他暴露而引起的损坏。结果，材料桥接部、柔性的枢转件、或膜片弹簧会弯折变形、破裂或甚至整个破碎或撕裂。

位置传感器21和测量转换器20、120同样容易遭受冲击、过度压力情况和/或碰撞冲击力。测力装置1的这些构件在制造过程或接近测力装置1的完成时间期间被调整就位和对齐。测力装置1的后续调整因此总是参考测力装置被初始设定和对齐的位置。如果构件的位置与初始位置偏离，则这将引起使用者不能注意到的称重结果误差。

尽管无论是在材料连接、柔性的枢转件、膜片弹簧中、或由线圈或位置测量装置相对于测力装置1曾被校准的位置而言的变位而对测力单元10、100造成损坏，却仍可能进行表现为有效的称重，因为前述类型的损坏不能由当前可用的手段识别。尽管损坏，但是测力装置1提供称重结果，虽然是不正确的称重结果，因为测力装置表现为未受损害的并且以无误差的方式工作。

在下文中，在测力装置1的操作中的功能流程通过跟随图4的方框图更详细地描述。被放置在称重盘15上的负载在可移动的平行支腿12、112上施加力F。连接有线圈25的平衡梁17、或连接到平衡梁17的磁体系统27、或连接有线圈125的力传递杆117、或连接到力传递杆117的磁体系统127从其平衡位置偏移，即，它们移动到不同位置。新位置x由位置传感器21检测并且作为位置信号22被发送到位置控制器单元23。响应于位置信号22，位置控制器单元23(在大多数情况下的PID控制器)连续地确定线圈电流24的使所述系统返回到其平衡位置所需要的大小。由于电线圈电流24，线圈25、125引起磁场并且通过与磁体系统27、127的相互作用而产生补偿力，所述补偿力使平衡梁17或力传递杆117连同线圈25、125返回到平衡位置。相同周期以闭环调节的方式连续重复自身，以将所述系统保持在其平衡位置中。这个控制环动态地调节平衡梁17或力传递杆117的偏转，即，每秒数次，例如在500Hz至10kHz的范围内。

因为电流24代表用于补偿力的直接量度，所以电流24被测量并且结果被处理器单元用于计算作为待显示的值的重力。进入到被显示的值的由处理器单元26进行的计算中的附加因子例如包括环境温度、磁体的温度、以及依据时间的动态效应。

根据本发明的验证功能性的方法由以下特征区别：除了电流24的大小之外，处理器单元使用位置传感器21的位置信号22、即线圈25、125从其平衡位置偏转的大小用于评估功能性。这在图4中由虚线表示。作为位置信号22的替代，也可以向处理器单元26提供输入信号，所述输入信号包含与位置x、即线圈25、125在磁体系统27、127内的位置有关的相同信息。这在图4中由点划线表示。这个信息例如可以以来自附加的第二传感器28的位置信号22’的形式发送到处理器单元26，第二传感器例如为加速传感器、速率传感器，或角度或线性位置传感器。

相应地，测力装置1能够在验证功能性中使用线圈25、125从其平衡位置偏转的量，并且因此考虑到是否存在例如对于磁体系统27、127、位置测量系统、或尤其平行的导向件14、114的柔性的枢转件、弹性的连结件或膜片弹簧或杠杆降低系统的损坏。

在调整测力装置1的过程中(参见图5的说明)建立的系统参考条件30存储在处理器单元26中。系统参考条件30存储在持久记忆文件中，即，存储在非易失性存储器中，并且仅能够在测力装置1的新调整中被覆写。这在图4中由关闭扣锁的标志表示。相反，系统表征条件29能够在测力装置1的操作期间、例如在已经发生对功能性的验证之后被更新。然而，不再当前的系统表征条件并非必须被清除、而是能够保持存储在处理器单元26中，例如以建立测力装置1的功能性的趋势历史。

术语“校准”指的是在给定测量情况下不进行修正地确定被测量的量的测参量和真实值之间的偏差的过程。另一方面，如果做出修正，则所述过程称为调整。例如，当平衡通过训练有素的人员以适当器具来微调平衡的功能地手动调整、或通过使用者以将外部的或内置的参考重量放置在负载接收器上的方式半自动地调整、或如果平衡配有包括参考重量的调整机构而被自动地调整时，偏差被修正。

以方框图的形式，图5示出测力装置1的寿命周期。寿命周期始于使所有部件和构件及其组件被生产成测力装置1。通常，作为下一步骤或接近于完成测力装置1的时间，进行测力装置1的构件和部件的校准以及调整。这包括建立系统参考条件30，系统参考条件代表无错误的功能性的状态。这个系统参考条件30存储在处理器单元26中的持久记忆文件中。系统参考条件30能够以具有至少一个参数的系统表格或系统函数的形式存储。附加地，测力装置1的其他调整设定能够存储在处理器单元26中。

系统参考条件30能够针对每个测力装置1个别地被建立或针对给定类型的测力装置1被普适地建立。对于普适地确定的系统参考条件，能够基于先前确定的参考条件建立计算统计平均值并且然后能够将所述计算统计平均值用于相同类型的所有测力装置1。

测力装置1现在能够被提供给使用者并且投入操作。对于适用于具体操作情况(诸如，例如永久存在预负载)的特定测力装置1，系统参考条件的确定能够推迟到在使用者位置处的装配时间。根据本领域现有技术的测力装置必须以某个时间间隔由制造商检验，以验证测力装置的功能并且满足国家规范、校准要求和/或工业标准的准确性要求。这能够由维修技术员现场完成或在测力装置1的制造商的设施处完成。

如果在由制造商进行的功能性检验中检测到损坏并且如果维修成本并不显得有价值，则使测力装置1脱离操作。如果功能性检验给出积极结果，则测力装置1能够继续保留使用下一时间间隔。如果测力装置连接到通讯网络，则报告能够自动发送到制造商。这保持制造商获知测力装置的功能性状态，以使得如果需要的话能够采用适当步骤。

作为在已经识别到损坏情况的情形下的第三可能性，已经变得有缺陷的或其功能性有不足的构件能够被更换。这需要由通过制造商对测力装置1的构件和部件新调整来跟进。在该过程中，新的系统参考条件30被确定并且在处理器单元26中存储在持久记忆文件中，其中先前的系统参考条件30被覆写。附加地，其他调整设定能够同时存储在处理器单元26中。随后，测力装置1被释放以再次由使用者投入操作。

在图5中由虚线示出的、根据本发明的方法在周期性维护服务由制造商进行之前被插入这个寿命周期中，以便在两次维护服务之间的时间间隔期间验证测力装置1运作正常。因此，能够在实际维护服务之前已经确认装置运作是否正常或其功能性是否受损。这防止在潜在缺陷的情况下使用测力装置1，在潜在缺陷情况下，测力装置1对于使用者呈现为未损坏，以使得测力装置似乎以无错误的方式运作。另一方面，只要功能性测试示出积极结果，两次维护服务之间的时间间隔也可以延长，由此使用者节省与为了维护而使测力装置1脱离操作有关的停工成本。

在根据本发明的方法的每个周期中，所述至少一个系统参考条件30与至少一个系统表征条件29相比较，并且基于所述比较确定测力装置1的功能性。系统表征条件29以及系统参考条件30都建立电流24的大小和线圈25、125从其平衡位置偏转的大小之间的关系并且能够以数值的形式存在于具有至少一个参数的系统表格或系统函数中。存储在处理器单元26的持久记忆文件中的系统参考条件30代表测力装置1的无错误的状态，而系统表征条件29代表当前时间的测力装置1的实际的功能性情况。

在将系统表征条件29与系统参考条件30比较之前，必须在具有至少一个参数的系统表格或系统函数中以数值的形式建立系统表征条件29。具有至少一个参数的系统表格或系统函数的值的确定作为在将系统表征条件29与系统参考条件30比较之前的步骤，以及在调整时发生的、针对系统参考条件而对具有至少一个参数的系统表格或系统函数的值的确定能够以不同方式实施。

在下文中，说明了确定具有至少一个参数的系统表格以及系统函数的值的可能方式。有利地，在测力装置1的生产过程期间、尤其在调整阶段期间进行所述确定。作为第一可能性，通过改变线圈25、125的偏转并且基本同时测量与线圈25的偏转有关的电流24的量来进行所述确定。替代地，作为第二可能性，通过改变电流24的量并且基本同时测量与电流24的大小相对应的、线圈25、125的偏转来进行所述确定。为了能够改变线圈25、125的偏转或电流24的大小，处理器单元能够借助于两个到位置控制器单元23的接口连接来设定目标位置或目标电流。

以上已经描述的、用于具有至少一个参数的系统表格和/或系统函数的值的确定的两个过程也能够被补充，其方式是，具有将校准重量放置在负载接收器上的附加步骤地再次实施所述过程。基于具有校准重量的测量和不具有校准重量的测量，分开的、相应的系统参考条件30和/或系统表征条件29能够被建立用于磁体系统27、127、用于平行的导向件14、114及其柔性的枢转件16或弹性连结件、位置传感器21和/或杠杆传动比。

基于系统表征条件29和先前确定的系统表征条件29’，可以建立功能性的趋势历史，这允许预测直到测力装置的下一维护服务的剩余操作时间。

如果测力装置1配备有能够耦合到可移动的平行支腿12、112并且当要求校准时被启动的内部校准重量，则测力装置1能够依据应用在菜单的控制下或自主实施用于确定具有至少一个参数的系统表格和/或系统函数的值的、前述可能过程中的一个或多个。

在功能性被验证之后，处理器单元26能够释放测力装置1用于操作、锁止测力装置1、或向使用者发出警告、或总体触发测力装置1的一个动作。警告能够包括维护服务即将发生或功能性受损的信息。

图6至10以位置/电流曲线图的形式示出测力装置1的不同系统函数。系统函数建立电流24的大小和线圈25、125从其平衡位置偏转的大小之间的关系。这是代表系统表征条件29或系统参考条件30的可能形式。在水平轴线上的正100％和负100％的标记限定磁体系统27、127中的线圈25、125失去平衡的偏转。

图6示出理想化的测力装置1的系统函数A，其中柔性的枢转件16或弹性连结件和磁体系统27、127的理想表现被绘制为直线，这意味着线圈25、125从其平衡位置的偏转引起电流24的线性改变。与系统函数A相对，系统函数S_E1、S_E3和S_E3反应出磁体系统27、127的真实表现并且也代表系统参考条件30。

如果测力装置1受到例如由撞击称重盘15或装置落在地上而引起的过度压力负载，则系统函数将改变。图7代表具有测力装置1的系统函数S_K1、S_K2、S_K3的系统表征条件29，在所述测力装置中，至少一个柔性的枢转件16或弹性连结件或膜片弹簧已经被过度压力负载损坏。明显的证据是系统函数曲线的不规则形状，尤其系统函数在偏转位置P处的偏差。被损坏的柔性的枢转件16或弹性连结件、或被损坏的膜片弹簧的这种征兆能够采用非常不同的形式。例如，如在系统函数S_K2中，在偏转变量的窄范围内能够有线圈电流24的强偏差，或如在系统函数S_K3中，在偏转变量的宽范围上能够发生线圈电流24的小偏差。

图8是图7的以虚线框住的矩形部分的放大代表图。系统参考条件30和系统表征条件29之间的比较赋予偏差的定量表征以及基于阈值的定性表征。阈值能够例如被限定为边界不可以被越过的公差带，或如对于系统函数S_K3示出的，极限值能够被设定用于包封在系统参考条件30和系统表征条件29之间的区域，或两种可能性能够被结合。公差带无需在整个偏转范围上具有相同宽度。宽度也能够依据偏转变量，从而较窄的公差能够被限定用于在平衡位置附近的系统表征条件29的系统函数的偏差。这使得能够确保系统函数中的最不同征兆能够被量化并且征兆的重要性能够被量化。

图9示出位置传感器21的变位对系统表征条件29的系统函数S_K的影响。如果位置传感器21不再位于调整被实施的位置，则位置/电流曲线图中的系统表征条件29的系统函数S_K将相对于系统参考条件30的系统函数S_E水平偏移。因此，偏差能够被容易并且快速地检测到。

图10示出线圈25、125从其在磁体系统27、127中的居中位置变位如何影响系统表征条件29。与图9的示例相似的，线圈的变位产生相对于系统参考条件30的系统函数S_E沿曲线图的竖直方向偏移的系统函数S_K，这意味着，在线圈25、125的所有偏转位置中，与已调整的状态相比，较强的电流24将流过线圈25、125。在两种情况下，即，在线圈25、125从其在磁体系统27、127中的居中位置变位的情况下和在位置传感器21变位的情况下，都需要限定适当的公差或阈值，优选在平衡位置附近的较窄公差。

已经发现，系统参考条件30和系统表征条件29依据称重负载的质量。换言之，系统参考条件30或系统表征条件29的系统表格的值和/或系统函数的参数对于所施加的负载的特定大小是有效的。这在图6、7和8中通过不同系统函数S_E1、S_E2、S_E3和S_K1、S_K2、S_K3示出。作用在可移动的平行支腿12、112上的力越大，位置/电流曲线图中的系统函数的弯曲越强。系统函数S_E3和S_K3的曲线图向上弯曲。这个弯曲由测量转换器20、120中的力的方向改变所引起，这例如在推拉系统中发生。系统参考条件30和系统表征条件29因此包括具有对应参数的至少一个系统表格和/或系统函数，系统表格和/或系统函数被用于验证功能性，如果功能性所基于的所施加的力非常接近地符合实际被施加的负载的话，否则，在系统表格的两个值之间或两个系统函数之间进行内插。

虽然已经通过呈现特定实施方式的数个示例描述本发明，但是考虑到明显的是，基于本发明的教导、例如通过将各个实施方式的特征与彼此结合和/或通过互换实施方式之间的各个功能性单元可以生成多种其他的变型方案。

附图标记列表

1 测力装置

10 杠杆系统的测力单元

100 直接测量系统的测力单元

11，111 固定的平行支腿

12、112 可移动的平行支腿

13 耦合件

14，114 平行的导向件

15 称重盘

16 柔性的枢转件

17 平衡梁

117 力传递杆

18 平衡梁的第一杠杆臂

19 平衡梁的第二杠杆臂

20、120 测量转换器

21 位置传感器

22 位置信号

23 位置控制器单元

24 线圈电流

25、125 线圈

26 处理器单元

27、127 磁体系统

28 附加的位置传感器

29 系统表征条件

29’ 先前的系统表征条件

30 系统参考条件

A 理想系统函数

S_E，S_E1，S_E2，S_E2 系统参考条件的系统函数

S_K，S_K1，S_K2，S_K3 系统表征条件的系统函数

F 被施加负载的重力

x 平衡梁或力传递杆的位置

z 外来扰乱量

T_i 温度信号

t 时间信号

Claims

1.一种验证功能性的方法，所述功能性为测力装置(1)的功能性，所述测力装置根据电磁力补偿的原理工作并且包括

-固定的平行支腿(11，111)，

-可移动的平行支腿(12，112)，其用于接收称重对象的负载并且通过两个平行的导向件(14，114)连接到所述固定的支腿，

-测量转换器(20，120)，其通过传递力的连接部耦合到可移动的平行支腿(12，112)并且包括线圈(25，125)，所述线圈具有被导向的移动性地设置在磁体系统(27，127)中并且能够承载电流(24)，

-位置传感器(21，28)，其用于检测所述线圈(25，125)从其平衡位置相对于所述磁体系统(27，127)的偏转，所述偏转由于负载被放置在所述可移动的平行支腿(12，112)上而产生，

其中，流过线圈(25，125)的电流(24)用于通过在线圈(25，125)和磁体系统(127)之间作用的电磁力使线圈(25，125)和连接到线圈(25，125)或磁体系统(27，127)的可移动的平行支腿(12，112)返回到平衡位置和/或保持处于平衡位置，其特征在于，

借助于处理器单元(26)建立测力装置(1)的至少一个系统表征条件(29)，并且

将系统表征条件(29)与不可改变的至少一个系统参考条件(30)相比较，该系统参考条件(30)存储在处理器单元(26)的持久记忆文件中，

其中，基于所述比较确定测力装置(1)的功能性，并且

其中，将电流(24)的大小和线圈(25，125)从其平衡位置偏转的大小用于验证功能性。

2.根据权利要求1所述的验证功能性的方法，其特征在于，所述至少一个系统表征条件(29)和所述至少一个系统参考条件(30)各建立电流(24)的大小和线圈(25，125)从其平衡位置偏转的大小之间的关系。

3.根据权利要求1或2所述的验证功能性的方法，其特征在于，所述至少一个系统参考条件(30)代表测力装置(1)在初始调整时的功能性，和/或所述至少一个系统参考条件反映了测力装置(1)的无错的功能性的状态。

4.根据权利要求1或2所述的验证功能性的方法，其特征在于，所述至少一个系统表征条件(29)和/或所述至少一个系统参考条件(30)各包括系统表格和/或系统函数，所述系统表格列出所施加负载的重力的与线圈(25，125)从其平衡位置偏转的不同大小有关并且与电流(24)的不同大小有关的相应值，所述系统函数具有至少一个参数并且至少具有线圈(25，125)的偏转的大小和电流(24)的大小作为输入参量。

5.根据权利要求4所述的验证功能性的方法，其特征在于，系统函数的所述至少一个参数被存储为参数表格，其中，系统函数的所述至少一个参数能够是与负载有关的。

6.根据权利要求4所述的验证功能性的方法，其特征在于，系统表格的值和/或系统函数的所述至少一个参数通过改变线圈(25，125)的偏转并且基本同时测量电流(24)的与线圈的偏转有关的大小被确定、和/或通过改变电流(24)的大小并且基本同时测量线圈(25，125)的与电流(24)的大小有关的偏转被确定。

7.根据权利要求5所述的验证功能性的方法，其特征在于，系统表格的值和/或系统函数的所述至少一个参数通过改变线圈(25，125)的偏转并且基本同时测量电流(24)的与线圈的偏转有关的大小被确定、和/或通过改变电流(24)的大小并且基本同时测量线圈(25，125)的与电流(24)的大小有关的偏转被确定。

8.根据权利要求6所述的验证功能性的方法，其特征在于，系统表格的值和/或系统函数的所述至少一个参数各在没有被施加到可移动的平行支腿(12，112)上的重量以及具有被施加到可移动的平行支腿的重量的情况下被确定，其中，所述重量能够是在外部被操纵的重量或由操纵机构在内部设定就位的重量。

9.根据权利要求1或2所述的验证功能性的方法，其特征在于，所述至少一个系统参考条件(30)针对每个测力装置被个别地建立或针对给定类型的测力装置(1)被普适地建立。

10.根据权利要求1或2所述的验证功能性的方法，其特征在于，所述比较被用于探查平行导向机构(14，114)的枢转件的破碎或撕裂和/或变形、和/或磁体系统(27，127)的线圈(25，125)相对于初始位置的位置改变、和/或位置传感器(21，28)相对于初始位置的位置改变，其中，相应的初始位置与测力装置(1)的状态有关，在所述测力装置中已建立所述系统参考条件(30)。

11.根据权利要求1或2所述的验证功能性的方法，其特征在于，基于当前确定的系统表征条件(29)和先前建立的系统表征条件(29’)建立功能性的趋势线，并且，基于所述趋势线，能够对功能性进行预测。

12.一种重量分析式测力装置(1)，其根据电磁力补偿的原理工作并且使用根据权利要求1至11之一所述的用于验证功能性的方法。