CN1920500B - 电子天平的校准砝码结构 - Google Patents

Abstract

具有测力单元(6)的用于电子天平(1)的校准砝码结构，其具有可连接到测力单元(6)的校准砝码(14)。为了建立和解除校准砝码(14)和测力单元(6)之间的传力接触，校准砝码(14)被传送机构和驱动源(118)垂直地移动。传送机构具有至少一个复位元件(122)，配置为弯头联动装置(117)的提升系统(110)，和多稳态定位元件(115)，其中由于来自多稳态定位元件(115)的反馈，仅在传送机构的运动阶段才提供能量给传动装置(118)，该多稳态定位元件(115)的第一稳态限定传送机构的校准位置(132)，而第二稳态限定传送机构的停止位置(133)。

Description

电子天平的校准砝码结构 

技术领域

本发明涉及重量测量仪器特别是电子天平的校准砝码结构，且本发明尤其涉及校准砝码结构的传送机构。 

背景技术

在很多情况下电子天平通过内部校准砝码来校准。为了进行校准，一个规定质量的砝码与传力装置传力接触，或者与测力单元的承载部件传力接触，因此确定参考值，上述传力装置被设置在天平的测力单元中。基于此参考值，天平的另外的称量参数可被更新。在校准成功地完成之后，校准砝码与传力装置或承载部件之间的接触被再次解除，且校准砝码被固定在停止位置。在上述过程中，校准砝码被传送机构从停止位置移动到校准位置，且随后返回到停止位置。在校准位置，校准砝码与测力单元或承载部件传力接触；在停止位置不存在传力接触。许多天平的校准砝码结构和测力单元是以EP 0 955 530 A1公开的方式设置的，即一个位于另一个的后面。 

存在多种移动校准砝码的传送机构，其中在其停止位置，校准砝码一般安装在与提升系统相连的支撑元件上。 

带有校准砝码的校准砝码结构通过多对楔子在垂直方向上被移动，由此校准砝码被引入与天平的测力单元传力接触，上述校准砝码在EP 0 468 159 B1中公开，上述楔子可水平地朝其它楔子滑动。此传送机构由电机驱动机构通过连接到楔子上的轴杆来提供动力。 

EP 0 955 530 A1所描述的装置也实现了校准砝码的垂直提升和降低。此砝码靠在支撑元件上，此支撑元件通过带有盘形凸轮提升系统或偏心件的传送机构来移动。 

EP 0 020 030 A1中公开了带有两个相互独立的校准砝码的校准砝码结构，其中校准砝码可被连接到校准砝码支撑元件以及可与校准砝码支撑元件相互分离，此校准砝码支撑元件对于两个校准砝码来说是相同的并与测力单元的承载部件相连。逐步校准的目的是检查校准砝码本身。如DE 33 30 988 A1所公开的那样，作为另一种可能性，至少一个校准砝码可用来扩大称量范围。 

上述的升降元件通常由小型伺服电机来提供动力。使用伺服电机的缺点为伺服电机在上述测力单元中占用的空间相对较大，由此无谓地增加了测力单元及天平自身尺寸。为了改进校准砝码结构，人们特别需要使传送机构的驱动源最优化和最小化。 

特别是在高灵敏度的电子天平中，称量结果也受静电电荷和交感的影响，甚至可被它们改变。用来提供动力给传送机构的伺服电机包括电绝缘变速箱部件，此部件在操作过程中由于摩擦而产生静电场。尤其在高灵敏度电子天平中，作为结果产生的静电场十分大以至于可以影响称量结果。 

作为前面引用的EP 0 020 030 A1中的驱动源，使用升降磁铁，在整个校准和测量过程中，该升降磁铁的能量由电流提供。因此，升降磁铁具有与大多数小型且有成本效益的驱动源一样的缺点，原因在于它们不具备自锁特性。此类驱动机构不适合于用于精确分析天平的校准砝码结构的操作，这是因为它们产生的磁场和线圈长时间处在电流下所产生的热量对参考值和称量结果具有很大的影响。关于驱动机构的术语“自锁”涉及驱动机构是固定不动时，驱动机构对作用在驱动机构上的力的抵抗能力，使得驱动机构将不会由于 这些力而移动。 

发明内容

因此，本发明的目的在于提供小的、紧凑的、并能够灵活地适应不同应用的校准砝码结构，且此校准砝码结构的驱动源不会对待测的参考值和称量结果产生影响，或者仅产生可能的最小影响。 

达到此目的的解决方案是通过权利要求1所述的特征来提供的。提供一种重量测量仪器，尤其是天平，除了具有带有固定部件和承载部件的测力单元外还包括校准砝码结构，其中至少有一个校准砝码可以与承载部件连接。如果测力单元具有用于减小力的传力机构，那么使校准砝码与传力机构的杠杆系统在后者的任何位置接合同样包含在如此处所使用的术语“使校准砝码连接到承载部件”的意思中。校准砝码结构具有至少一个校准砝码，包括至少一个复位元件的传送机构，提升系统和至少一个定位元件，和驱动源，此驱动源用于在从停止位置到校准位置或从校准位置到停止位置的运动阶段转移校准砝码。所述至少一个定位元件被设置为多稳态定位元件，其具有限定校准位置的第一稳态和限定传送机构的停止位置的第二稳态。当然，例如，如EP 0 020 030 A1所公开，为了连接多个校准砝码到相互独立的承载部件，多稳态定位元件可以具有校准位置和停止位置之间的其它稳定位置。多稳态定位元件的位置数目依赖于校准过程的步进顺序。具有如EP 0 020 030 A1所提出的步进顺序的校准需要三稳态定位元件，在其第三稳定位置，两个校准砝码中的第一个被结合，而在其校准位置，第二校准砝码和第一校准砝码均与承载部件接触。 

但是在大多数情况下，仅使用一个校准砝码，在此处一个双稳态定位元件就完全足够了，此双稳态定位元件限定两个位置，即， 校准位置和停止位置。 

出于具有多稳态定位元件的传送机构的设计思想，可以使用无自锁特征的小型且有成本效益的致动器，在此情况下该致动器仅在运动阶段需要施加能量。在校准位置、停止位置、以及如果适用的话在另一个稳定位置对传送机构的支持由复位元件和定位元件的联合作用来完成，使得致动器不必产生与复位元件相抵消的力。 

出于多稳态定位元件的设计思想和复位元件的作用，仅在导向螺栓处在导槽的特定部分时致动器才需要施加能量。在这些部分，例如，可以以几个能量脉冲的形式施加能量，或者也可以在每个运动阶段的开始时仅由一个脉冲来施加能量。 

优选使用电气致动器，且以电流脉冲的形式对此致动器施加能量。当此致动器启动时，它要能够克服复位元件的复位力。 

在2001冬季学期第11卷的2/01的Wissenschaftsmagazin derRuhr-Universitt Bochum RUBIN中发表了一篇题目为Keep itsimple：Kosmak and iLiros的文章，此文公开了一个由形状记忆线提供动力的紧凑的定位驱动机构。驱动机构的驱动轴在两个角位置之间来回反复。此种情况下的两个角位置也由双稳态定位元件即机械双稳态多谐振荡器限定。此种又被称为SMA线的形状记忆合金线仅需要少量的空间，不自锁，因此使其成为了本发明的驱动源。 

复位元件的复位力应大于校准砝码的重力、传送机构作用在负载方向的力与由传送机构中的摩擦所产生的阻力的和。复位元件的复位力将传送机构固定在定位元件限定的校准位置和停止位置。 

例如，这可由双稳态定位元件或机械双稳态多谐振荡器来完成，此机械双稳态多谐振荡器具有至少一个带有心形导槽的导向元件，此心形导槽与心形曲线相似，例如其指向外部的角对应于例如， 停止位置，而其指向内部的尖角对应于校准位置。至少一个连接到固定部件的导向螺栓被接合进此导槽。复位元件的弹力沿心形的尖端或尖角的各自方向来推动导向螺栓。心形是此种导槽的惯用形状。当然，也可能使用不同形状的导槽，这些导槽容许定位元件的至少两个稳定位置。单个弯曲部分的设计基本适合于相应的传送机构的结构及其运动次序。也可以使用成型构件来代替导槽，该成型构件的外部或内部轮廓具有与导槽类似的功能。这同样也可应用于导向螺栓，其设计适合于定位元件的其它部件。 

原则上，多数多稳态元件可以用来定位，例如通过弹簧或永久性磁铁工作的机械双稳态多谐振荡器，和气动与水力解决方案。 

为了保证多稳态定位元件的导槽中的导向螺栓在沿槽行进时能处在正确的方向上，且不会经过同样的弯曲部分再一次地返回，必须提供阻止性装置来阻止后退运动。这种装置可以以导槽中的弹性钳的形式实现，起到类似于铁路轨道开关的功能，弯曲部分由此被隔开。更简单的解决方案为使用弹性连接，例如由柔性薄连接部分实现的弯曲弹簧，或被设置在提升系统和多稳态定位元件之间的弯曲枢轴，其中当导向螺栓处在校准位置和停止位置之间时，薄弯曲弹簧连接或弯曲枢轴处在弯曲应力的中性状态。因此，在稳定位置导向螺栓在相对于导向元件的给定方向上被弹簧偏置，因此由于导槽的几何形状，并根据产生于复位元件和薄弯曲弹簧连接各个力矢量合成的力矢量，导向螺栓仅可在一个方向上维持其运动。作为一般的观察结论，导向螺栓当然也可与提升系统相连，且导向元件可与固定部件相连。 

但是，如DE 12 69 012 B1或FR 431 346所描述的那样，多稳态定位元件也可包括一种例如圆珠笔中使用的机构。这种情形中的定位元件具有导向元件，该导向元件是与测力单元的固定部件相连 的旋转支撑圆柱或套管的形式，其中圆柱的周围包括至少一个具有两个位置的导槽，这两个位置代表校准位置和停止位置，至少一个导向螺栓啮合在其与提升系统相连的位置。当然，旋转支撑的圆柱或套管形式的导向元件也可被连接到提升系统，且导向螺栓可被连接到固定部件。 

提升系统优选地包括至少一个弯头联动装置。复位元件和提升系统以这样一种方式相互匹配，即，当一个小的张力作用在提升系统上时弯头联动装置已经变弯曲，由此实现了校准砝码与测力单元的传力接触。复位力又被设计成使其可以在作用于杠杆系统上的力减小时可以拉直弯头联动装置。 

根据传送机构的设计，尤其是提升系统的设计，可以使用不同种类的复位元件。其中，其包括各种类型的弹簧或具有相似作用的其它构件。优选地，复位元件在校准砝码结构的停止位置被轻轻地拉伸偏置。可以使用不同种类的弹簧，例如杠杆弹簧、压缩卷簧、拉伸卷簧、扭杆弹簧或片簧。使用杠杆弹簧的特殊优点为弹簧的复位力直接作用在弯头上，且由于弹簧的连接方式的原因，弹簧自身不震动或不能改变其位置。 

优选地，在平行结构中使用两个弯头联动装置，其中弯头是通过其轴来连接的，使得两个弯头联动装置可以同时移动且不会相互阻碍，甚至相互堵塞。一个或多个弯头联动装置又可以包括多个成型件，这些成型件可以通过合适的连接装置直接或间接地相互连接，或者这些成型件可由一块料完整地形成。提升系统、复位元件和至少部分定位元件也可整体地相互连接。在适当的结构下，提升系统也可以只有一个弯头联动装置。 

复位元件的复位力与使用它的传送机构相匹配，以便保证校准过程以最优的方式运转，上述校准过程即为校准砝码与传力装置或 承载部件之间的接触的啮合和分离。 

作为用于带有配置为弯头联动装置的提升系统的校准砝码结构的非自锁致动器，可以使用多种驱动源，尤其是直线驱动，例如轴驱动、带驱动、磁驱动、和直线电机。驱动机构特别小且尺寸紧凑，至少部分由形状记忆合金形成。即使对传送机构进行手工致动也是可能的，其中为了将手工施加的能量脉冲传递给传送机构，当然必须提供传动装置。致动器也可通过至少一个滑轮或杠杆改变力的方向从而启动传送机构。 

但是，多稳态定位元件的使用会产生一个问题，即每次操作重量分析仪器时，校准砝码结构的实际位置都是未知的。即便重量测量仪器关闭时，此位置也完全可能由于例如震动这样的外界因素而发生变化。只有给此机构配备昂贵的锁闭装置时，才能避免发生上述情况。如果每次操作重量测量仪器时或者在周期性时间间隔内都对校准砝码结构的实际状态进行检查，同时校准砝码结构转移到限定状态，例如转移到停止位置，那么它将变得更简单和更具有成本效率。人们可通过例如下列方法用多稳态定位元件来检查和限定校准砝码结构的状态。 

首先，确定测力单元的参考信号值，且此参考信号值与分配给它的位置编号1一起存储。随后，多稳态定位元件循环经过所有另外的稳定位置直到循环回到参考信号值的位置，其中，在此循环过程中确定测力单元在每个稳定位置的称量信号值并将其以连续的位置编号序列进行存储。现在相互比较称量信号值和参考信号值，由此确定最低信号值，同时确定与后者关联的位置和与参考值关联的位置之间的差异。现在从参考值的位置开始并根据所确定的位置差异，给致动器提供所需数量的能量脉冲，直到到达代表停止位置的最低信号值位置。 

如果在校准砝码结构中使用双稳态定位元件，则过程将被如下所述地简化： 

再一次地，第一步骤为确定和存储测力单元的参考信号。其次，发送能量脉冲给致动器，并确定测力单元的称量信号值；比较参考值和称量信号值，如果称量信号值大于参考信号值，则进一步发送能量脉冲给致动器。 

如果已经将参考值存储在工厂中，例如与一种状态相联系的称量信号值，此状态中，校准砝码结构处在其停止位置且没有负载加在承载器上，当然没必要确定参考值，且在测力单元的称量信号值与参考信号值相匹配之前一直都给致动器施加能量脉冲，但最多是有多少稳定位置就供应多少脉冲。 

附图说明

附图中图解了校准砝码结构的不同实施例，其中： 

图1给出了电子天平的测力单元的简化侧视示意图，此电子天平具有细长的校准砝码臂和包括临近测力单元布置的校准砝码的校准砝码结构，图1a示出了处在其停止位置的校准砝码，而图1b示出了处在其校准位置的校准砝码。 

图2给出了校准砝码结构的简化侧视示意图，此校准砝码结构带有弯头联动装置、配置为形状记忆合金线的致动器和多稳态定位元件，其中图2a示出了处在停止位置的校准砝码结构，而图2b示出了处在校准位置的校准砝码结构； 

图3给出了校准砝码结构的简化侧视示意图，此校准砝码结构带有弯头联动装置、配置为形状记忆合金线的致动器和以旋转支撑圆柱的形式出现的多稳态定位元件，其中弯头联动装置在弯头构件之间具有锐角以实现较小的总高度； 

图4图解了以图3的旋转支撑圆柱的形式出现的多稳态定位元件，其中图4a到图4f表示了定位元件的不同位置； 

图5给出了整体形成的传送机构侧视图，如此处所示其处在停止位置，此传送机构具有一体组合的超载防护特征和双稳态定位元件； 

图6给出了相似于图5的整体形成的传送机构侧视祥图，如此处所示其处在停止位置，此传送机构具有一体组合的超载防护特征，其中详细的图解示出了代替双稳态定位元件的三稳态定位元件。 

具体实施方式

为了显现重量测量仪器1尤其是电子天平中的测力单元6和校准砝码结构2的传统结构，图1中以侧视图图解了测力单元6和校准砝码结构2。图1a示出了处在其停止位置的校准砝码结构2，而图1b示出了处在其校准位置的校准砝码结构2。测力单元6具有带有固定部件3和承载部件5的平行导向机构，承载部件5相对于固定部件3被两个平行四边形导向装置4可移动地限制。固定部件3和校准砝码结构2安装在底座39上，例如重量测量仪器1的托架基底。承载部件5通过锥形物7连接到称量盘(图中未示出)，且当负载被置于称量盘上时其能够在重力方向上垂直于部件3移动。承载部件5在重力方向上的位移产生了将被传输到杠杆机构8的力，此杠杆机构使该力减小并将其传输到力补偿系统11，此力补偿系统通常是电磁型的，其未在此图中详细示出。 

测力单元6的平行导向机构3、4、5和杠杆机构8以一种形式形成为大体砖状材料块，其形成方式为后者的材料部分被直线窄切口12形式的无材料空间隔开，窄切口12在与其主要表面垂直的方向上切开了材料块。直线切口12优选地通过电火花腐蚀的方法形成。 

杠杆机构8的杠杆9设有通孔，校准砝码臂13通过适当的紧固装置41安装在此处以作为杠杆延伸部，其安装方式为也可用小质量的校准砝码14来执行满载校准。 

由图1a可见，在称量过程中校准砝码14放在校准砝码支撑元件21上，且抵着配置为支架16的校准砝码结构2的横向部件推动。在此图中，面向观察者的横向部件已经从校准砝码结构2上被去除，因此可以看见校准砝码支撑元件21且尤其是校准砝码14与校准砝码臂13之间的接触区域。这同样适用于图1b。 

如图1a所示，校准砝码14与测力单元6的杠杆机构完全分离。如图1b所示，为了执行校准，校准砝码14通过传送机构(在此图中其被校准砝码支撑元件21掩盖)被降低到校准砝码臂13上，校准砝码14由此与杠杆机构8传力接触。因此当校准砝码14处在校准位置时，其完全靠在校准砝码臂13上。传送机构包括提升系统和驱动源。在图1所示的图形平面的前面和后面，驱动源通常临近校准砝码结构2放置。 

校准砝码结构102的简化侧视示意图由图2示出，其中图2a示出了处在其停止位置的校准砝码结构102，而图2b示出了处在校准位置的校准砝码结构102。校准砝码结构102通过底座39连接到称量单元(其在此处未被示出)的固定部件，且其包括校准砝码14，提升系统110，致动器118、119和多稳态定位元件115。 

提升系统110包括导杆123，此导杆被限制在垂直于底座39的方向上作直线运动，其还包括一端可旋转地连接到安装在底座 39上的支点块140的转动臂125，且其进一步包括连接构件124，连接构件124的第一端通过枢轴连接到了靠近底座39的导杆123的端部，而其第二端通过枢轴关节126支撑转动臂125的中部。在由转动臂125、枢轴关节126和连接构件124形成的弯头联动装置117处，一个力通过非自锁致动器118、119作用在枢轴关节126区域，上述非自锁致动器以形状记忆合金线的形式出现，其可被加热并作为部分驱动机构使用。形状记忆合金具有显著的特点，即由于固体相变的原因，在经过相变温度时此合金自身的物理特性发生变化。形状记忆合金在低于其相变温度的温度下比在高于其相变温度的温度下更易于成形。当形状记忆合金具有金属线的形式时，在相变温度之上的温度增加具有下述作用，即金属线使自身收缩并因此使自身施加一个例如拉力的力到此处所示的弯头联动装置117上，从而使后者移动。通过用电流给金属线118施加能量可以使温度的增加以简单的方式发生，如此处所指可通过金属线一端的电连接引线119来实现。金属线118在此处未示出的相对端接地。 

一旦金属线自身收缩，枢轴关节126就移出其位置，由此折叠弯头联动装置117，结果导致导杆123在垂直于底座39的方向上作直线运动。由于远离底座39的导杆123的末端支撑校准砝码支撑元件121，所以校准砝码支撑元件将在朝底座39的方向上产生位移。因此，例如在经过提升系统110的提升时间间隔的一半后，位于校准砝码支撑元件121上的校准砝码14被放在校准砝码臂13上并与传送机构完全分离。为了使此运动反向并因此再次将校准砝码14从校准砝码臂13提起，必须在底座39和校准砝码支撑元件121之间以压缩卷簧形式设置复位元件122。一旦致动器118的拉力降低，在复位元件122的复位力的作用下弯头联动装置117再次伸直，且校准砝码14通过提升系统110被提起并与校准砝码臂13分离。 如果致动器118包括SMA线，则校准后金属线冷却时复位元件122便具有附加作用，它被拉伸到原来的长度，此过程需要一个力。 

为了避免在校准过程中不得不持续给致动器118施加能量以便将传送机构保持在校准位置，作为多稳态定位元件115的部件的导向元件130被安装在了底座39的固定位置。导向元件130具有导槽131，该导槽是大体心形的。因此，图解的多稳态定位元件115也可被称为双稳态定位元件115。定位元件115的移动部分通过薄弯曲弹簧连接127被连接到远离支点块140的转动臂125的末端，上述移动部分由导向螺栓129和导向连接构件128构成。图2a所示的位置代表停止位置。薄弯曲弹簧连接127被偏压并在导向连接构件128上施加顺时针力矩M+，由此导向螺栓129抵着远离底座39的导槽131的侧面而被推动。导槽131的外形和位置与转动臂125的运动次序相匹配，匹配方式为使产生于弹簧元件127、122的力矢量将导致导向螺栓129始终逆时针行进通过导槽131。 

下面对运动次序的描述将提供更为详尽的解释。为了更加清楚起见，仅在图2b中来识别导槽131的一些部分。导槽131具有心形的限定停止位置的指向外部的拐角133和限定传送机构的校准位置的指向内部的尖角132。远离底座39的导槽131的凹槽部分将被称为第一部分134，第一部分134和尖角132之间的部分将被称为第二部分135，临近底座39的凹槽部分将被称为第四部分137，且第四部分137和尖角132之间的部分将被称为第三部分136。 

一旦弯头联动装置117由于致动器118的力而折叠，那么导向螺栓129从图2a所示停止位置滑过第一部分134，这是因为由薄弯曲弹簧连接127产生的顺时针力矩M+的作用，更具体地是因为作为结果而作用在导向螺栓129上的力矢量的作用，此力矢量将后者抵着远离底座39的第一部分134的侧面而被推动。在位于心形的 指向外部的拐角133和指向内部的尖角132之间的134部分，导向螺栓129到达一个点，在此点，薄弯曲弹簧连接127达到了弯曲应力的中性状态。导向螺栓129在向着第二部分135和尖角132的方向上移动的越远，则薄弯曲弹簧连接127被再次压缩得越强，但是现在在此方向上其导致薄弯曲弹簧连接施加一个逆时针力矩M-。一旦导向螺栓由于薄弯曲弹簧连接127所产生的力矩而到达第二部分135，则其在朝向底座39的方向上行进通过第二部分135。当到达大约位于第二部分135的中间的第一转向点138时，对致动器118的能量供应被切断，且由于复位元件122的弹簧弹力，导向螺栓129滑入尖角132。因此如图2b所示，转动臂125保持在表示校准位置的位置。当导向螺栓129位于心形尖角132时，薄弯曲弹簧连接127仍然施加力矩M-，使得导向螺栓129在第三部分136的方向上被推动，且一旦再次施加能量给致动器118，其将行进滑过第三部分136。一旦导向螺栓到达第二转向点139，能量供应便会被切断。现在复位元件122朝向心形的指向外部的拐角133牵引导向螺栓129通过第三部分136的第二半和第四部分137。由于结构的几何形状的原因，薄弯曲弹簧连接127在137部分中再次经受弯矩的反转，这样当到达心形的拐角133时，施加在导向螺栓129上的力矢量再次远离底座39。转动臂125和校准砝码14返回到图2a的初始位置，此位置代表停止位置。 

图3中的校准砝码连接机构202的实施例包括提升系统210，此系统基本上与图2的提升系统110具有相同的功能元件。但为了得到较低的总高度，支点块240被安装在了支撑物40上的校准砝码的上方，支撑物40被刚性连接到底座39且同时用作保持校准砝码14的支架。结果，弯头联动装置217具有位于连接元件224和转动臂225之间的锐角。导杆223限于相对于底座39进行直线运 动，且连接到导杆223的校准砝码支撑元件221经配置与图2的校准砝码支撑元件121类似，以便将校准砝码14转移到校准砝码臂13并在提升系统启动时使校准砝码从校准砝码臂再次返回。拉伸弹簧形式的复位元件222直接作用在枢轴关节226上并因此抵抗致动器218的拉力。另外，当复位元件222处在停止位置时，其抵着刚性连接到底座39的上挡件241来牵引弯头217。在此位置，连接构件224相对于旋转臂225被设置成使作用在提升系统210上的超载通过弯头联动装置217被止挡件241直接吸收，上述超载由于弯头联动装置217的位置而作用在提升系统210上，且此超载可由例如来自外界的震动产生。因此，致动器218未因超载损坏。多稳态定位元件215再次以双稳态的结构出现，其被设置在致动器218和枢轴关节226之间且与致动器218串联作用。为了更清晰地示出其功能，此部分以透视图的形式示出。串行结构并非是绝对的要求；也可以使用平行于致动器218的结构。可旋转地连接到连接构件228的圆柱形导向元件230具有围绕凸起的心形中央轮廓249的导槽231，其中中央轮廓249的心形区域位于圆柱的外壁高度。导向元件230被支撑成使其在相对于连接构件228的轴向上只能旋转而不能移动。理想的情况是，如图3所示，通过轴承242来引导进行整个多稳态定位元件215直线运动，在轴承242中导向螺栓229也被一体引导。但是，此类导向结构中，连接构件228需要有回转节，或者至少设计成具有弹性。导槽231被设计成可使得随着导向元件230相对于固定导向螺栓229的直线运动，导向元件230在每种情况下均通过导槽231的侧面部分243、244、245、246、247进入合适的位置，使得导向螺栓229始终顺时针行进通过图3所示的导槽。使用这种结构，重要的是导向元件230相对于连接构件228或轴承242具有一定量的轴承摩擦，这样导向元件230将停在由导槽230 的侧面所限定的旋转角直到下一个侧面使导向元件230继续旋转为止。结果，颤动或震动不能引起故障。图3所示的导向元件被设计成用来进行往复转动。但是，人们也可使用具有给定旋转方向的旋转导向元件，此元件在书写工具业中使用，例如圆珠笔。具有往复或旋转导向元件的这种实施例尤其适用于在校准位置和停止位置之间需要附加稳定位置的应用。 

为了更清楚地说明往复导向元件230的运动功能和次序，图4a到4f示出了主要的位置。给致动器施加能量时，它开始从图3所示的停止位置233出发牵引导向元件230通过轴承242。如图4a所示，在第一部分234，与第一侧面243接触的导向螺栓229使导向元件230转为方向D。一旦导向螺栓229到达第二部分235并因此到达第二侧面244，则导向元件230就会转为方向U直到导向螺栓299到达第一转向点238(参照图4b)。在这一点上，对致动器的能量供应被切断，且复位元件222的复位力在相反的方向上牵引导向元件230通过轴承242直到导向螺栓229到达校准位置232(参照图4c)。在此阶段，第三侧面245使导向元件230在方向U上继续旋转。为了移动导向螺栓229通过第三部分236，需要再次施加能量给致动器218直到导向螺栓229到达第二转向点239。如图4d所示，在此步骤，导向元件在方向U上被第四侧面246再次移动，并由致动器218牵引通过轴承242。如图4e所示，当导向螺栓229到达第二转向点239时，对致动器的能量供应被再次切断，运动方向被逆转，且复位元件222在朝着停止位置233的方向上牵引导向元件230通过第四部分237。如图4f所示，在第四部分237，通过导向螺栓229和第五侧面247的相互作用，导向片230再次在方向D上进入初始位置。 

当然，导向元件230也可具有图2所示类型的导槽131。但是， 为了保证导向螺栓229在导槽131周围以正确的方向移动，必须通过弹力，例如通过扭杆弹簧，在每个运动阶段的正确方向上使这种情形中的导向元件230偏置。 

除了到此为止所介绍的校准砝码结构之外，也可以形成提升系统的弯头联动装置和其它功能部件，例如定位元件的移动部件，此部件由整个一块构成并使它们与例如图2和图3所示机构类似的传送机构结合。图5中图解了校准砝码结构302中的这种提升系统310，此校准砝码结构302带有整体形成的弯头联动装置317。 

图5示出了处在展开状态的弯头联动装置317，即，弯头联动装置317垂直排列并处在临近停止位置的地方，而未被抵着止挡件推动。虚线所示轮廓代表了位于附图平面后面且通常无法看见的元件。 

提升系统310优选地由聚合体工艺材料整块制成。其包括相互连接的三个功能区域。第一功能区域325具有两个用来固定位移制动元件343的安装点344，且其进一步包括细长孔326。位移制动元件343和弯头联动装置317相互固定连接且可被看作一个单一元件。第二功能区域340被连接到第一功能区域325，此连接通过弯曲枢轴324其次通过作为复位元件322的拉伸弹簧来实现。第二功能区域340进一步包括杠杆支点348，其支点轴351在提升系统310的最大平面中通过倚着底座39的轴承板349可枢转地支撑第二功能区域340。滑槽销352也同样刚性连接到平行于支点轮轴的轴承板349上。此滑槽销352配合在细长孔326中并因此限制第一功能区域325的活动范围。平移运动由细长孔326的长度限定，而绕弯曲枢轴324的旋转运动由第二功能区域340的杠杆支点348限定。第三功能区域330同样通过薄弯曲弹簧连接327被整体连接到第一功能区域325。第三功能区域330包括从图2已知的导槽331。但 是，与图2所示结构不同，图5中的导槽331相对于刚性连接到底座39的导向螺旋329运动。在此处图解的停止位置，薄弯曲弹簧连接327对第三功能区域330施加力矩M-，这样倚着导向螺栓329从底座39上推开了导槽331。因此，导向螺栓329在顺时针方向上沿导槽331前进。 

如图5所图解，致动器318所产生的力的施加点360位于弯曲枢轴324的中央。但是，这并不意味着致动器318将必须被连接到弯曲枢轴324；它也可被固定于位移制动元件343，或者甚至被固定于第二功能区域340。根据杠杆作用规律，力作用点360离支点轴351或滑槽销352越近，则致动器318必须行进的位移越短，但是力越大。 

位移制动元件343具有与支点轴351协作的弧形细长孔353。此特征用来保护弯曲枢轴324不超载，因为一方面弯曲枢轴324的挠曲角由弧形细长孔353的长度限定，而另一方面由震动产生的垂直指向底座39的极值力通过弧形细长孔353的侧面被直接传递到支点轴351。 

在重量测量仪器的校准过程中，致动器318在位移制动元件343上施加一个拉力，相对于附图所示的情形此拉力指向右边。这个力具有使第二功能区域340转移的作用，因此后者略微绕支点轴351转动并折叠弯头联动装置317。致动器318进一步具有下面的作用，即复位元件322被置于压力下且弯曲枢轴324被弯曲。结果，位移制动元件343和弯头联动装置317的第一功能区域325向右旋转并被拖向底座39。校准砝码支撑元件321向下移动且校准砝码与测力单元传力接触。 

形状记忆合金本身在长度上以一定的百分比收缩。例如，含镍量约为50％的镍钛合金在约90℃的相变温度下约收缩4％。但是， 金属线318具有柔韧性并可被设置成在方向上变化几次，例如通过此处所述的由电热绝缘且光滑滑动的例如特氟纶的聚合物制成的双滑轮380。金属线也可通过一种或多种变向装置布置而在方向上有几次变化，例如通过杠杆和/和滑轮。 

图6仅示出了校准砝码结构402的第三功能区域430，此校准砝码结构将以其他方式与图5所示的结构相同。与前面附图所示的所有情况一样，图5所示的导槽331具有双稳态定位功能，但与此不同的是多稳态定位元件415的导槽431具有三稳态定位功能。在停止位置433和校准位置432之间存在第一中间稳定位置490。在具有更多中间位置的多稳态定位元件中，这些中间位置设置在停止位置433和校准位置432之间，这与图解的三稳态导槽431相似。三稳态定位元件或具有更多中间位置的多稳态定位元件的操作次序与双稳态方案的操作次序没有实质性的差异。对于每一个中间位置，为了再次到达初始位置，只须提供附加能量脉冲给致动器。仅在下面位置，薄弯曲弹簧联动装置427中弯矩的反向必须只在一些点处发生，在这些点处，导向螺栓429位于停止位置433和校准位置432之间或位于停止位置433和第一中间稳定位置490之间。 

除了上述的包括形状记忆合金的无自锁特征的致动器之外，原则上人们可使用任何商业上可得的无自锁驱动源，且优选是任何直线驱动源，只要后者满足重量测量仪器尤其是电子天平的校准砝码结构的驱动源的要求。已知的直线驱动源的类型包括轴驱动、带驱动、磁驱动或直线电机等。甚至手工启动方案也可使用。 

对于复位元件，上述实施例描述的方案主要包括弹簧，例如压缩卷簧、拉伸弹簧和片簧。除了这些明确描述过的弹簧类型，人们当然可以使用其它类型的弹簧或具有相似作用的部件。依赖于产生的复位力，可能使用一个或多个复位元件。 

上述的测力单元仅代表了已知的测力单元的一种。依照本发明的校准砝码结构也可用在其它测力单元中。 

在图2、3和5中，所示的致动器的施力位置位于弯头处，但是也可有其它的力作用点。 

图3所示的位移制动元件241配置成一种外壳，而这仅仅为一个例子。也有可能包括任何其它具有同样作用或执行同样功能的设计，此类设计当然也可以以合适的形式用在如图3所示的结构中。 

标识号列表 

1                     重量测量仪器，天平 

402，302，202，102，2 校准砝码结构 

3                     固定部件 

4                     平行四边形导向装置 

5                     承载部件 

6                     测力单元 

7                     锥形物 

8                     杠杆机构 

9                     杠杆 

11                    力补偿系统 

12                    直线切割 

13                    校准砝码臂 

14                    校准砝码 

16                    支架 

321，221，121，21     校准砝码支撑元件 

39                    底座 

40                    支撑件 

41                    紧固装置 

310，210，110                提升系统 

415，215，115                多稳态定位元件 

317，217，117                弯头，弯头联动装置 

318，218，118                无自锁传动装置，SMA线 

119                          电源引线 

322，222，122                复位元件 

223，123                     导杆 

224，124                     连接元件 

225，125                     转动臂 

226，126                     枢轴关节 

427，327，127                薄弯曲弹簧连接 

128                          导向连接构件 

429，329，229，129           导向螺栓 

230，130                     导向元件 

431，331，231，131           导槽 

432，232，132                校准位置，心形轮廓的指向内部的角 

433，233，133                停止位置，心形轮廓的指向外的拐角 

234，134                     第一部分 

235，135                     第二部分 

236，136		第三部分
			237，137		第四部分
238，138		第一转向点
			239，139		第二转向点
240，140		支点块
			228		连接构件
243		第一侧面

244		第二侧面
			245		第三侧面
246		第四侧面
			247		第五侧面
248		回转节
			249		中央轮廓
241		止挡件，位移制动元件
			242		轴承
324		弯曲枢轴
			325		第一功能区域
326		细长孔
			430，330		第三功能区域
340		第二功能区域
			343		位移制动元件
344		安装点
			348		杠杆支点
349		轴承板
			351		支点轴
352		滑槽销
			353		弧形细长孔
360		施力点
			380		滑轮
490		第一中间稳定位置

Claims (19)

1.带有测力单元(6)的用于重量测量仪器(1)的校准砝码结构(102)，所述测力单元(6)包括固定部件(3)和承载部件(5)，其中校准砝码结构(102)包括至少一个可连接到承载部件(5)的校准砝码(14)，且其中校准砝码结构(102)进一步包括传送机构，该传送机构具有至少一个复位元件(122)、提升系统(110)和驱动源，此驱动源用来在从停止位置到校准位置和从校准位置到停止位置的运动阶段转移至少一个校准砝码(14)，其中，所述传送机构包括至少一个多稳态定位元件(115)，其第一稳态限定校准位置(132)而其第二稳态限定传送机构的停止位置(133)，其中，所述驱动源是一个致动器(118)，此致动器是非自锁的且仅在传送机构的运动阶段被施加能量，其特征在于，

在提升系统(110)和多稳态定位元件(115)之间设置有薄弯曲弹簧连接(127)，其中当所述多稳态定位元件的导槽中的导向螺栓(129)处在校准位置(132)和停止位置(133)之间时薄弯曲弹簧连接(127)处在弯曲应力的中性状态。

2.带有测力单元(6)的用于重量测量仪器(1)的校准砝码结构(102)，所述测力单元(6)包括固定部件(3)和承载部件(5)，其中校准砝码结构(102)包括至少一个可连接到承载部件(5)的校准砝码(14)，且其中校准砝码结构(102)进一步包括传送机构，该传送机构具有至少一个复位元件(122)、提升系统(110)和驱动源，此驱动源用来在从停止位置到校准位置和从校准位置到停止位置的运动阶段转移至少一个校准砝码(14)，其中，所述传送机构包括至少一个多稳态定位元件(115)，其第一稳态限定校准位置(132)而其第二稳态限定传送机构的停止位置(133)，其中，所述驱动源是一个致动器(118)，此致动器是非自锁的且仅在传送机构的运动阶段被施加能量，其特征在于，

所述多稳态定位元件(215)包括至少一个导向元件(230)，此导向元件以旋转支撑圆柱的形式出现并连接到提升系统(210)，其圆柱外壁包括至少一个具有至少两个位置的导槽(231)，上述两个位置代表校准位置(132)和停止位置(133)，至少一个连接到固定部件(3)的导向螺栓(229)配合在该导槽(231)中。

3.如权利要求1或2所述的校准砝码结构(102)，其特征在于，所述复位元件(122)的复位力应大于校准砝码(14)的重力、传送机构作用在负载方向的力与由传送机构中的摩擦所产生的阻力的和，其特征进一步在于，所述复位元件(122)的复位力将传送机构保持在由多稳态定位元件(115)所限定的位置上。

4.如权利要求3所述的校准砝码结构(102)，其特征在于，所限定的位置在校准位置(132)或在停止位置(133)。

5.如权利要求1或2所述的校准砝码结构(102)，其特征在于，所述致动器(118)被以能量脉冲的形式施加能量。

6.如权利要求1或2所述的校准砝码结构(102)，其特征在于，在每个运动阶段开始时仅发送一个能量脉冲给所述致动器(118)，此能量脉冲足够转移校准砝码(14)。

7.如权利要求6所述的校准砝码结构(102)，其特征在于，所述转移为从停止位置转移到校准位置，或者从校准位置转移到停止位置。

8.如权利要求1或2所述的校准砝码结构(102)，其特征在于，所述提升系统(110)包括至少一个弯头联动装置(117)。

9.如权利要求1所述的校准砝码结构(102)，其特征在于，所述多稳态定位元件(415)是三稳态定位元件，其第一中间稳定位置(490)设置在所述校准位置(432)和所述停止位置(433)之间。

10.如权利要求1或2所述的校准砝码结构(102)，其特征在于，所述多稳态定位元件(115)是双稳态定位元件。

11.如权利要求10所述的校准砝码结构(102)，其特征在于，所述双稳态定位元件(115)包括所述导向螺栓(129)和带有所述导槽(131)的导向元件(130)，其中导槽(131)包括第一部分(134)、第二部分(135)、所述校准位置(132)、第三部分(136)、第四部分(137)和所述停止位置(133)，且其中仅在所述导向螺栓(129)运动经过第一部分(134)和第二部分(135)到达第一转向点(138)的时间内和当所述导向螺栓(129)从所述校准位置(132)开始运动经过第三部分(136)向第二转向点(139)行进时，才给致动器(118)施加能量。

12.如权利要求10所述的校准砝码结构(102)，其特征在于，所述双稳态定位元件(115)包括至少一个带有所述导槽(131)的导向元件(130)，所述导槽为心形导槽，其中心形的指向外部的拐角(133)代表所述停止位置(133)而心形的指向内部的尖角(132)代表所述校准位置(132)，且进一步包括至少一个配合在导槽(131)中并与固定部件(3)连接的所述导向螺栓(129)。

13.如权利要求1或2所述的校准砝码结构(102)，其特征在于，所述复位元件(122)是杠杆弹簧、扭杆弹簧、片簧、压缩卷簧、或拉伸卷簧。

14.如权利要求1或2所述的校准砝码结构(302)，其特征在于，所述至少一个复位元件(322)、提升系统(310)、和至少部分多稳态定位元件(115)被构造成一个整体件。

15.如权利要求1或2所述的校准砝码结构(102)，其特征在于，所述非自锁致动器(118)是一个直线驱动机构。

16.如权利要求15所述的校准砝码结构(102)，其特征在于，所述直线驱动机构为线性电机、轴驱动器、带驱动器、磁驱动器、与加热装置协作的形状记忆合金线、或手动操作装置。

17.如权利要求1或2所述的校准砝码结构(302)，其特征在于，所述非自锁致动器(118)通过至少一个滑轮(380)或至少一个杠杆作用于传送机构。

18.用权利要求1到17中任一项所述的带有测力单元(6)的用于重量测量仪器(1)的校准砝码结构(102)中所述的多稳态定位元件检查和限定校准砝码结构(102)的状态的方法，其特征在于：

a.确定测力单元的参考值，且将所述参考值以位置编号1存储在存储器中，

b.通过每一个其他的稳定位置，直到再次到达参考值的位置，其中在每个稳定位置确定测力单元(6)各自的称量信号值，且以所述稳定位置被通过的次序按位置编号对所述各自的称量信号值进行存储，

c.对称量信号值和参考值进行比较，由此确定最小的信号值，且相对于参考值的位置确定其位置，

d.从与参考值相联系的位置出发，经过多稳态定位元件的稳定位置，直到到达具有最小信号值的位置。

19.用根据权利要求10所述的带有测力单元(6)的用于重量测量仪器(1)的校准砝码结构(102)中所述的双稳态定位元件检查和限定校准砝码结构(102)的状态的方法，其特征在于：

a.确定测力单元的参考值，且将所述参考值存储在存储器中，

b.给致动器提供能量脉冲，

c.确定测力单元的称量信号值，

d.将所述称量信号值与参考值进行比较，

e.如果所述称量信号值大于参考值，则施加进一步的能量脉冲给致动器。

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