CN87102892A - 力值测量装置 - Google Patents
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Abstract
主要用作称重装置的力值测量装置，包括在同一垂直平面上平行配置的第一和第二水平悬臂部件，附装在第一部件自由端的称重托盘，以及在两部件自由端中间张紧的金属细丝。该细丝放在一对磁极中间，使细丝以与其自身张紧的程度有关，因而也与加在称重托盘上的负荷的固有频率振荡有关。测出该细丝的频率，并由计算电路算出外加负荷的数值。本发明装置还包括一个温度敏感元件和一个算术电路，以补偿温度变化对计算外加力带来的误差。
Description
本发明涉及一种力值测量装置，其利用张紧细丝的固有振荡频率依加于其上的负荷变化而改变的现象。
这类力值测量装置例如在英国专利2，133，800中公开了。在这个装置中，在一对平行的悬臂部件的自由端中间张紧一根金属丝，并且一个待测的力加在这些部件中的一个的自由端上。与外加力的大小有函数关系的该细丝的张紧程度，同时也与该细丝的固有振荡频率有函数关系。因此，如果测得振荡频率，即可由此计算出外加力。
金属丝的张紧程度还受悬臂部件的弹性常数控制，而该弹性常数一般是受环境温度影响的。稍稍倾斜的悬臂的推斥作用使细丝处于初始张紧状态，而这一初始张紧状态确定了装置的零读数。所以，环境温度的变化可能导致不希望的零点漂移，零点漂移本身又引起测量误差。
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的力值测量装置，其具有消除这类由环境温度变化而引起的误差的装置。
依照本发明提供一种力值测量装置，包括主要的和辅助的弹性悬臂部件，在两部件的自由端之间张紧的一根金属细丝，以及测量该细丝的振荡频率并计算加在该主要弹性部件上的外力大小的装置，如在上面引用的现有技术装置中一样。本发明的一个特征是，该装置还包括一个附装在至少一个弹性部件上或其附近的温度敏感元件，以及根据该敏感元件的输出计算补偿值并自动校正被测力的装置。
参考附图，从下述对实施例的描述中，人们将很容易了解本发明的其他特征和工作方式。
图1是说明本发明装置的一个实施例的方框图;
图2是说明图1装置由温度变化引起零点漂移的曲线图;
图3和图4是表示图1装置计算操作的一个实例的流程图;
图5和图6是表示图1装置中模/数转换器的实例的线路框图。
参照图1，一个具有熟知的平行四边形形状的主要弹性部件1以其端部2水平地固定在一个基底上，称重托盘4附装于另一端部3。一个具有弯曲5a的辅助弹性部件5从该主要弹性部件1的固定端2处延伸出去，与该主要弹性部件1平行并保持一定间隔。一根金属细丝6张紧在弹性部件1和5的自由端中间，并放置在一对磁极7的磁场之间。将细丝6联接成为振荡器8的一个组成部分，该振荡器8产生一个频率与细丝6的固有振荡频率对应的振荡信号。振荡器8的细节将不再描述，因为它已经在上面引用的英国专利中描述了。
振荡器8的输出加到计数器9上，计数器9对输入信号的振荡周期进行计数，并且在一个与预置周期数对应的时间内打开门10。时钟脉冲产生器11产生一个频率高于振荡器频率的时钟脉冲列，当门10被打开时，时钟脉冲列通过门10。通过门10的该时钟脉冲列由另一个计数器12计数。因此，计数器12的计数值精确地正比于与加在托盘4上的负荷有函数关系的细丝6的振荡频率。重量计算单元13利用输入的计数值和上述数学关系计算外加负荷的重量W。
本发明的一个特征是，该称重器还包括将被测量值W转换成一个经补偿的数值WC的装置，数值WC对应于预置参考温度下的测量值，如下所述，该参考温度可以选为例如20℃。
一个温度敏感元件14，例如热敏电阻，在靠近弯曲5a处附装于辅助弹性部件5上，来自该敏感元件14的温度信息T经由一个模/数转换器15加到温度补偿值计算区段16。该区段16用来把被测量值W对校正值WC的偏差作为当前温度下的零点对参考温度下零点的偏移的差值来计算。在加/减法器17中从被测量值W中减去数值△D，加/减法器17向显示器18提供校正重量WC，用于显示。
来自敏感元件14的温度信息T与实际温度并非总是呈线性关系，因此，零点偏移D一般与温度信息T不成线性关系。尤其在使用热敏电阻作为温度敏感元件14的时候，更是如此。图2中的曲线20表示这类线性D/T曲线的一个例子。如果曲线20表示一个二次方程：
D＝aT2+bT+C （1）
参考温度为T0时的零点偏移D0由下式给出
D0＝aT2 0+bT0+C （2）
所以，
△D＝D-D0＝aT2+bT-K （3）
这里
K＝aT2 0+bT0（4）
由于a和b是常数，以及由附装的敏感元件14确定的T0也是常数，所以K是常数。计算区段16包括一个只读存贮器（ROM）（未示出），用来存贮方程式（3）和这些常数，并根据这个方程式由当前温度信息T°计算出补偿值△D。
当D/T曲线代表高阶方程时，可以利用相应的方程式进行类似计算。
如果D/T曲线可由图2所示的一条直线21近似，则可用下述简单方程计算△D，
△D＝K（T-T0） （5）
这里K是常数。上述补偿计算可由图3所示的程序进行。
参考图3，加在托盘4上的负荷W由第31步重量计算单元13计算，而温度信息T由第32步从A/D转换器15接收。然后，在第33步计算区段16按上述方式计算出补偿值△D，并在第34步利用加/减法器从被计算的负荷W中减去△D。得到的被校正负荷WC在第35步由显示器18显示。
当D/T曲线既不能用简单方程表示，也不能用如图2的直线21那样的单一曲线近似时，可以用一条折线来近似。这种折线的例子由县有在温度信息T1和T2处形成弯折点的24、25和26表示在图2中。在这种情况下，第33步（图3）补偿值的计算可以由图4所示程序进行。参考图4，将当前温度信息T分别在第41步和第42步与T1和T2相比较，在区间21、22和23中选出一个用于计算的区间，并在相应的第43、44和45步中的一个进行计算。
通过对不同的温度信息T从实验上测量补偿值△D，并将这些值作成一个校正表，存在只读存贮器（ROM）中，可以省去上述的近似和计算。如果将这种表格绘成T和W的矩阵形式，就有可能补偿所有因温度变化引起的误差，包括上述的零点漂移。
虽然可以用市售的集成电路组成A/D转换器15，但是也可以采用图5和图6所示的线路。
在图5中，一个振荡器/放大器50由热敏电阻51和补偿电阻52并联的电路和电容器53串联，再配一个运算放大器54及分压电阻55、56组成。振荡器/放大器50产生一个振荡周期t正比于热敏电阻14的温度Tt的方波振荡信号，如下述方程式所示，
Tt＝K1t＝K2(R·Rt)/(R+Rt) C
这里K1和K2是常数，R、Rt和C是元件参数，如图5所示。
利用一个适当的波形成形线路57把振荡器/放大器50产生的方波信号转变成双尖峰脉冲列，得到的正、负脉冲分别用于使双稳态触发器58置位和复位。双稳态触发器58的Q输出端耦合到与门59的一个输入端上，59的另一个输入端耦合到时钟发生器（未示出）。因此，时钟脉冲通过与门59，并由计数器60计数，使计数器60的计数值正比于温度Tt。这样，这一计数值被送到补偿值计算区段16，作为温度信息T。
图6的线路包括并联着的热敏电阻51和补偿电阻52。当恒稳电流lc流经这一并联线路时，在其上产生一个正比于其电阻值的电压降e，即RtR/（Rt+R）。由电压一频率转换器（V/f）61将此电压e转换成一个频率正比于输入电压的交变波。该频率信号经与门62到计数器63，门62由县有预置持续期的门信号打开。因此，计数器63的计数值也正比于温度Tt，而且可以作为温度信息T。
Claims (9)
1、一种力值测量装置，包括彼此平行又留有间隔的主要的和辅助的弹性悬臂部件，所述的主要部件适合于接受加在其自由端的待测力，在所述的主要的和辅助的部件的自由端中间张紧的一根细丝，以及用于测量所述细丝的振荡频率并由此计算所述待测力大小的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：
一个放在至少所述主要的和辅助的部件中的一个近旁的温度敏感元件，用来提供一个指示其温度的信息，
从所述信息计算与所述温度对应的补偿值的装置，
以所述补偿值校正所述被计算的力值大小的装置。
2、如权利要求1所述的力值测量装置，其中所述的计算装置包括存贮所述温度信息和所述补偿值之间的函数关系的存贮装置，以及根据所述函数关系从所述温度信息计算所述补偿值的算术装置。
3、如权利要求2所述的力值测量装置，其中所述的函数关系是近似的二次方程。
4、如权利要求2所述的力值测量装置，其中所述的函数关系是至少一个近似的线性方程。
5、如权利要求1所述的力值测量装置，其中所述的计算装置包括存贮一个所述温度和相应补偿值的校正表的存贮装置，而所述校正装置适合于响应所述温度信息，以利用所述的相应补偿值实现校正。
6、利用包括至少一个接受所述力的弹性部件的力值测量装置测力的一种方法，包括下述步骤：
预先获得和存贮所述弹性部件的温度和被测力的相应补偿值之间的函数关系，
将一个温度敏感元件附装于所述弹性部件上，以获得关于其温度的信息显示，
根据所述的存贮的函数关系，从所述信息计算与所述温度对应的补偿值，以及
用所述补偿值校正该被测力。
7、如权利要求6所述的方法，其中所述的函数关系以二次方程的形式存贮。
8、如权利要求6所述的方法，其中所述的函数关系以至少一个线性方程的形式存贮。
9、利用包括至少一个接收所述力的弹性部件的力值测量装置测力的一种方法，包括下述步骤：
预先存贮一个所述弹性部件的温度和被测力的相应补偿值的校正表，
将一个温度敏感元件附装于所述的弹性部件上，以获得关于其温度的信息显示，
从所述校正表中读取一个与所述温度对应的补偿值，以及
用所述补偿值校正该被测力。
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