CN87102383A - 电子天平 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁自动平衡式电子天平，其中使由流经放在磁场中的驱动线圈的电流产生的电磁力同天平的载荷相平衡，该电流按一定的周期改变其流向。其特征是设置多个相互串联的驱动线圈，并能用转换开关改变其联接方向。这样，即使测量范围改变，驱动线圈的发热量也总是恒定的。所以不会因温度变化引起磁场强度变化，进而造成灵敏度的变化，从而得到了高度稳定的电子天平。

Description

本发明涉及电子磁力平衡式电子天平。电磁力平衡式电子天平，一般是靠永久磁铁产生磁场，使流过置于磁场内的驱动线圈中的电流产生电磁力。控制这个电流的大小使电磁力同载荷相平衡，根据电流的大小计量出载荷的大小。

原来的这种电子天平存在下述问题，即需根据载荷的大小，改变流经驱动线圈的电流值，这样，驱动线圈的发热量就要随着载荷大小的变化而变化，由此造成温度的变化，进而引起磁场强度变化，这就造成天平灵敏度的改变，也就难以进行准确的测量了。

以解决这个问题为目的，提出“特开昭56-157821号”方案。如果采用这项发明，则可在0.1秒以内的极短的固定周期内，转换流经驱动线圈的电流方向;在这个周期内保持正、负方向的电流的大小不变，而使其流过的时间的比例改变，或者在这个周期内，使正、负方向电流流经的时间相等，而使正、负方向电流的大小改变。就是说相对于电流的“0电平”正、负方向互相交错的电流脉冲，控制驱动线圈产生的电磁力。于是，在上述周期内，根据从正向电流的大小与其流经时间的乘积中减去负向电流的大小与其流经时间的乘积的差值来计量载荷的大小。按这种构成方式，每个周期内流过驱动线圈的电流的绝对面积不随载荷的大小而变化，而成为一个定值，这样驱动线圈的发热量总可保持为一个恒定值。

在上述的“特开昭56-157821号”发明的基础上，要使电子天平有几个量程时，可采用下列方式。一种是使流经驱动线圈的电流正、负峰值间隔的大小变化的方式;另一种是峰值间隔的大小不变而改变驱动线圈的匝数的方式。然而，不管哪种方式，在每个量程内上述的目的和效果是能够达到的，可是，却产生了量程不同时，驱动线圈的发热量不同的问题。这对精度较高的电子电平来说，使其灵敏度受到不良的影响。

本发明可以看成是对“特开昭56-157821号”发明的完整补充。不管是多量程的电子天平也好，还是改变量程也好，总能够使驱动线圈的发热量保持恒定，这就是本发明提出的电子天平所要达到的目的。

参照与实施例相应的图1和图2来说明一下要达到上述目的而应采用的结构形式。本发明是这样一种电子天平，天平内设有电流换向器8，它按规定的周期改变流经放在磁场中的驱动线圈2中的电流方向，控制从电流换向器来的电流，使其在驱动线圈中所产生的电磁力同载荷相平衡。同时根据从这个周期中的正向电流与其流经时间的乘积中减去负向电流与其流经时间的乘积的差值，计量出载荷的大小。该天平的特征是：设有几个驱动线圈2（如2a和2b两个），通过转换开关13把各个驱动线圈（2a和2b）串联起来，靠这个转换开关13的动作改变驱动线圈（2a和2b）相对于电流换向器8的联接方向，从而变更天平的量程。

例如，就像图5（B）中所示的流经磁场中的线圈的电流那样，在规定的周期T内，正向电流i和负向电流-i的大小相等，改变它们流经的时间比例就能使线圈内产生的电磁力变化，但是，线圈的发热量却是相等的。在图2中，如果驱动线圈2a和2b确匝数分别设为N₁和N₂，把转换开关13倒向实线所示位置，则成为把两个驱动线圈2a和2b按匝数相加的方向接到换向器8上，驱动线圈总体具有N₁+N₂的匝数;如果把转换开关13倒向虚线位置，则驱动线圈2b相对于电流换向器8的联接方向便反过来了，从驱动线圈的总体效果来看，所产生的电磁力实际上同N₁-N₂匝数的情况是等效的。因此，靠转换开关13的动作，在不改变流经驱动线圈的电流大小的情况下，而使测量的量程能按1： (N₁－N₂)/(N₁＋N₂) 变化。

下面按图纸说明一下本发明的实施例

图1是表示本发明的实施例的方框图，图2是它的驱动线圈2a、2b和电流换向器8，以及转换开关13的连接图。

在由以永久磁铁为主体构成的磁路系统1形成的磁场中，放置两个驱动线圈2a和2b。这些驱动线圈2a和2b被相同的框架支撑着，并固定在连接着图示的计量盘的横梁上。计量盘上的载荷使驱动线圈2a、2b产生位移，这个位移由位移传感器3检测出来。位移传感器3的输出经放大器4，PID调节器5输入到电压-时差变换电路6。

电压-时差变换电路6，是能得到矩形波输出的电路。如果设输入电压为E，输出矩形波的高电平时间为t₁，低电平时间为t₂，A为比例系数，则有（t₁-t₂）＝AE的关系。该电路的组成见后面的叙述。

这个电压-时差变换电路6的输出信号被送给电流换向器8、施密特触发电路9及可逆计数器11。

电流换向器8是由开关晶体管等组成的无触点开关电路构成的，它接在稳恒电流源7和驱动线圈2a、2b之间，它的作用是当从电压-时差变换电路来的脉冲信号上升时，它的E端导通;下降时F端导通。

施密特触发电路9测从电压-时差变换电路6来的脉冲上升前沿信号，并把该检测电路的输出作为复位信号送给可逆计数器11。可逆计数器11把从时钟脉冲振荡器10来的时钟脉冲信号和从电压-时差变换电路6来的脉冲信号在高电平时相加，在低电平时相减，并在每当从施密特触发电路9来的复位信号到来时，将中计算结果在显示器12上显示出来。

上述的电压-时差变换电路6正像例中图3所示那样，是由锯齿波发生器62和比较器61构成的。如图4所示，比较器61把周期为T的锯齿波e_s同PID调节器5的输出信号e_p进行比较。当e_s＜e_p时，输出高电平脉冲信号，当e_s＞e_p时，输出低电平脉冲信号。因此，这种脉冲信号就成为表示高电平持续时间t₁同低电平持续时间t₂的差（t₁-t₂）正比于输入信号e_p的大小的信号了。

按上述结构，电压-时差变换电路6的输出信号，如图5所示，随着载荷大小的不同，高电平、低电平各自的时间t₁、t₂的差值也不同。这样一来，若设电流换向器8的E端导通为正，则它供给驱动线圈2a、2b的电流波形就像图5（B）所表示那样。由此，设磁场中线圈的匝数为定值，K为常数，则产生的平均电磁力F＝（t₁-t₂）i·k。这个力F靠位移传感器3控制在和线圈位移相对应的数值上，并和计量盘上的载荷成正比。

另外，驱动线圈2a和2b经转换开关13，像图2所示那样。同电流换向器8相联接。设驱动线圈2a和2b的端子分别为A、B和C、D，在把转换开关13倒向实践一边的第一种状态下，对电流换向器8的端子E、F来说接成E→A→B→C→D→F通路;在把切换开关13倒向虚线一边的第二种状态下，接成E→A→B→D→C→F通路，同第一种状态相比，驱动线圈2b的连接方向被反过来了。

设驱动线圈2a和2b的匝数分别为N₁和N₂，在它们同向联接的第一种状态下，线圈的总匝数为N₁+N₂匝，在反向联接的第二种状态下，由于电磁力互相抵消的结果，线圈的总匝数等效于N₁-N₂匝。其结果是：即使流过相同的电流，所产生的电磁力的大小不同，如果第一种状态为1的话，则第二种状态为 (N₁－N₂)/(N₁＋N₂) 。

例如N₁和N₂分别为20圈和10圈，若每10圈测量的最大载荷为50克，则在第一种状态下的量程为150克，在第二种状态下则是50克。

还有，这个转换开关13的状态处于联动时，由于将显示器12上的输入值乘以或除以相应的倍率，因此就能够使显示值适合于各种量程。

若设驱动线圈2a的电阻为R₁，2b的电阻为R₂，如图5所示，电流的流动结果，不论载荷的多少和量程的大小怎样，所产生的热量和i²R₁t₁+i²R₁t₂+i²R₂t₁+i²R₂t₂＝i²（R₁+R₂）T成正比，其值总是保持为一定值。

在以上的实施例中，对具有两个驱动线圈的情况做了说明，而有3个以上的的驱动线圈也是可以的。由于其联接方法的多种变化，如有3个驱动线圈时，就可以有4挡量程。

此外，流过驱动线圈的电流，除了采用上述实施例中的控制方法之外，还可以保持正、负两方向峰值间的电流值一定，相对于0电平做任意方向的移动进行控制。

正像上面说明的那样，如果采用本发明，则可以获得这样的电子天平，即设置多个驱动线圈，使这些驱动线圈通过转换开关连接成可以改变连接方向的串联形式，通过转换开关的动作来改变量程线圈中按规定的周期和方向流过转换电流，产生同载荷相平衡的电磁力，因此不管载荷改变也好，量程改变也好，驱动线圈中的发热量是一定值。所以，由于温度变化而引起磁场强度变化、并造成灵敏度发生变化的事是不会发生的。可以获得一种稳定性很好的电子天平。

在附图中：

图1是表示本发明实施例的结构的方框图，图2是它的驱动线圈2a、2b和电流换向器8、以及转换开关13的联接图，图3是它的电压-时差变换电路6的结构例图，图4是其输出信号的说明图，图5是本发明实施例中流经驱动线圈2a、2b的电流说明图。其中，

1-磁路

2a-2b-驱动线圈

3-位移传感器

6-电压-时差变换电路

7-稳恒电流源

8-电流换向器

13-转换开关

Claims (1)

1. 计量载荷大小的天平，它有按规定的周期转换流经置于磁场中的驱动线圈的电流方向的电流换向器，控制从这个电流换向器来的电流，使其在上述驱动线圈中产生的电磁力和天平的载荷相平衡，同时，根据从上述周期中的正向电流与其流经时间的乘积中减去负向电流与其流经时间的乘积的差值，计量载荷，该天平的特征是：设置多个驱动线圈，通过转换开关把驱动线圈串联起来，靠转换开关的动作，改变上述各驱动线圈相对于电流换向器的联接方向，从而改变该天平的量程。

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