FR2600159A1 - Dispositif de mesure de forces, notamment pour systeme de pesee - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIF DE MESURE DE FORCES QUI COMPREND DES MOYENS POUR DETECTER UNE FORCE APPLIQUEE, DE MANIERE A OBTENIR UNE DONNEE DE FORCE REPRESENTANT LADITE FORCE, DES MOYENS POUR DETECTER UNE TEMPERATURE D'UNE PORTION PREDETERMINEE DU DISPOSITIF, AFIN D'OBTENIR UNE DONNEE REPRESENTANT LADITE TEMPERATURE, ET DES MOYENS POUR COMPENSER UN CHANGEMENT DU A LA TEMPERATURE DE LA DONNEE DE FORCE, CE DISPOSITIF ETANT CARACTERISE EN CE QUE LESDITS MOYENS DE COMPENSATION COMPRENNENT:-DES MOYENS 5 POUR RECEVOIR DES DONNEES DE TEMPERATURE X REPRESENTANT LES DIVERSES TEMPERATURES, A PARTIR DESDITS MOYENS 4 DELIVRANT LES DONNEES DE TEMPERATURES, ET DES DONNEES DE POIDS W, POUR LESDITES DIVERSES TEMPERATURES, A UN ETAT EXEMPT DE CHARGE, A PARTIR DES MOYENS 2 FOURNISSANT LES DONNEES DE FORCES, AFIN DE DETERMINER UNE EQUATION REPRESENTANT UNE RELATION ENTRE LESDITES DONNEES DE FORCES, A L'ETAT EXEMPT DE CHARGE, ET LES DONNEES DE TEMPERATURE EN UTILISANT UNE TECHNIQUE D'ANALYSE REGRESSIVE DESDITES DONNEES DE TEMPERATURES ET DE FORCES; -DES MOYENS 7 POUR EMMAGASINER LADITE EQUATION; -DES MOYENS 8 POUR RECEVOIR LESDITES DONNEES DE FORCES A L'ETAT CHARGE, AINSI QUE LES DONNEES DE TEMPERATURES CORRESPONDANTES, EN VUE DE CALCULER UNE VALEUR DE DEVIATION DE ZERO, A UNE TEMPERATURE COURANTE, EN UTILISANT LADITE EQUATION EMMAGASINEE; ET, -DES MOYENS 10 POUR COMMUNIQUER AUX DONNEES DE FORCES COURANTES UNE COMPENSATION CORRESPONDANT A LADITE VALEUR DE LA DEVIATION DE ZERO.
Description
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La présente invention est relative à un dispositif de mesure de forces, notamment pour un système de pesée, et elle vise plus particulièrement un dispositif de mesure de forces comportant des moyens pour effectuer une compensation de la déviation du zéro et/ou de la déviation de portée résultant des changements de température. Un dispositif de mesure de forces, tel que notamment une balance, permettant de transformer une force en un signal numérique électrique, qui est ensuite traité pour être affiché, donne quelquefois des valeurs non nulles à l'état hors charge, ou des valeurs incorrectes lorsqu'il est chargé. La première valeur 10 est appelée "déviation du zéro", et la dernière valeur est dénommée "déviation de portée", toutes deux provoquant une erreur de mesure. Bien que cette erreur puisse être éliminée en réglant le dispositif avant son utilisation, elle réapparait souvent avec les variations de la température ambiante. Une tentative a été faite
pour compenser une telle erreur, en utilisant un élément de détection de tempé15 rature, par exemple du type thermistor, mais cette tentative n'a pas été couronnée de succès.
Le brevet japonais publié sous le n 58-95220 décrit un dispositif dans lequel un poids de référence, présentant une valeur connue, est pesé, et on calcule le rapport entre la valeur du poids et sa valeur indiquée, ce rapport étant 20 stocké en tant que coefficient de correction, de manière à compenser la déviation de portée. Cependant, un certain nombre de poids de référence doivent être préparés pour permettre l'obtention d'une précision élevée, étant donné que le coëfficient de correction varie avec la charge à mesurer. Il est non économique et
gênant de toujours conserver et utiliser un tel nombre de poids de référence.
La présente titulaire a proposé antérieurement un dispositif pour compenser automatiquement l'erreur ci-dessus, à l'aide d'un dispositif de mesure de forces du type corde vibrante, décrit dans la demande de brevet japonais publiée sous le n 61-92600. Ce dispositif emmagasine une relation entre un signal électrique provenant d'un élément de détection de température fixé à une partie es30 sentielle du dispositif et le signal de sortie de mesure, et il effectue la compensation de sa sortie en se basant sur cette relation emmagasinée. Bien que ce dispositif procure un résultat préférable lorsqu'il se conforme à la relation
emmagasinée, cette relation n'est pas la même pour tous les dispositifs. Par conséquent, il existe un problème en ce qu'une telle relation doit être étudiée et 35 préparée pour chaque dispositif, afin d'obtenir une précision élevée.
En conséquence, cette invention se propose d'apporter un dispositif de mesure de forces qui comprend des moyens pour détecter une force appliquée de manière à obtenir une donnée de force représentant ladite force, des moyens pour
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détecter une température d'une portion prédéterminée du dispositif, afin d'obtenir une donnée représentant ladite température, et des moyens pour compenser un chargement dû à la température de la donnée de force, ce dispositif étant caractérisé en ce que lesdits moyens de compensation comprennent: - des moyens (5) pour recevoir des données de température (X) représentant les diverses températures, à partir desdits moyens (4) délivrant les données de températures, et des données de poids (W), pour lesdites diverses températures, à un état exempt de charge, à partir des moyens (2) fournissant les données de forces, afin de déterminer une équation représentant une relation entre les10 dites données de forces, à l'état exempt de charge, et les données de températures, en utilisant une technique d'analyse régressive desdites données de températures et de forces; - des moyens (7) pour emmagasiner ladite équation; - des moyens (8) pour recevoir lesdites données de forces à l'état chargé, ainsi 15 que les données de températures correspondantes, en vue de calculer une valeur de déviation de zéro à une température courante en utilisant ladite équation emmagasinée; et,
- des moyens (10) pour communiquer aux données de forces courantes une compensation correspondant à ladite valeur de la déviation de zéro.
D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront
de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur
les dessins: - la Figure 1 est un schéma par blocs représentant un premier exemple de 25 réalisation du dispositif de mesure de forces selon l'invention; - la Figure 2 est un schéma représentant un programme pour l'obtention d'une équation illustrant la relation entre la déviation du zéro et les données relatives à la température dans le premier exemple de réalisation de l'invention; - la Figure 3 est un schéma par blocs représentant un second exemple de 30 réalisation du dispositif de mesure de forces selon l'invention; - la Figure 4 est un schéma illustrant une variation, dépendant de la température, de la relation entre la charge appliquée et sa valeur indiquée; et,
- la Figure 5 est un schéma par blocs représentant une variante du générateur de données de forces utilisé dans les divers exemples de réalisation de 35 l'invention.
En se référant à la Figure 1, on y a représenté un mode de réalisation d'un dispositif de mesure de force selon cette invention, réalisé en tant que système de pesée. Sur cette Figure 1, la référence 1 désigne un système de pesée mettant en oeuvre une cellule de charge du type corde vibrante, et la référence 2
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désigne un circuit générateur de données de forces pour traiter un signal électrique provenant de la cellule de charge, afin de produire un signal numérique W représentant la charge appliquée ou un poids. Les configurations mécaniques et
électriques de ces composants 1 et 2 sont décrites en détail dans le brevet ja5 ponais publié sous le n 59-131 131, et elles n'ont pas de rapport direct avec la présente invention; par conséquent, elles ne seront pas décrites ici.
La référence 3 désigne un élément sensible à la température, tel qu'un thermocouple ou un thermistor, pour détecter la température et délivrer un signal
électrique,représentant la température, à un circuit 4 engendrant des données de 10 températures, afin de traiter ce signal pour produire un signal numérique X représentant la température détectée. Le circuit 4 comporte un amplificateur et un convertisseur analogique/numérique, et il est de type bien connu, et, par conséquent, il ne sera pas décrit ici.
Les signaux numériques de sortie W et X des deux générateurs de données 15 2 et 4 sont emmagasinés dans une mémoire 5, de façon à être utilisés pour la détermination d'une équation en vue du calcul de la déviation du zéro, comme on le
décrira ci-après.
Comme connu de l'état de la technique, la déviation ou l'écart du zéro Y, pour une température X, est généralement donnée par une équation de second degré: 202 Y = aX + bX + c Cette équation n'est pas totalement déterminée, étant donné que les coëfficients "a" et "b" et la constante "c" varient selon les divers dispositifs. Par conséquent, conformément à cette invention, ces valeurs sont déterminées, pour
chaque dispositif, en utilisant une technique d'analyse régressive. Un tel pro25 cédé sera décrit ci-après, en référence au schéma de la Figure 2.
Initialement, le dispositif est déchargé et réglé pour une température de référence prédéterminée, telle que, par exemple, 20 C, de manière à indiquer un poids zéro. Ensuite, la température ambiante est modifiée successivement dans un domaine désiré d'utilisation, par exemple de - 10 C à + 40 C, et les signaux 30 représentant les poids W0, W1..., Wn provenant du générateur de données de
forces 2 et les signaux correspondants représentant les températures X0, X1....
X, sont emmagasinés dans la mémoire 5, lors de l'étape 11. Ces données de poids n
et de température sont extraites pour lecture par une unité arithmétique générateur d'équation 6, et elles sont traitées de la façon suivante.
Il est bien connu, dans le domaine de l'analyse régressive, que les coëfficients "a" et "b" et la constante "c" mentionnés ci-dessus sont donnés par les relations suivantes:
4 2 6 0 0 1 5 9
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a _ S(x2w)S(xx)-S(xw)S(xx2) 22 2 2= S(Xx)S(x2x2)-[S(xx?)]2 b= S(xw)S(x2x2) -S(x2W)S(xx2) 22 2) 2 S(xx)S(x x)-[S(xx)]2 n n n
Z W Z
c = i=O i b n=O iX i=O Xi -a n n n dans lesquelles: n n (E X 2 S(xx) =io i - iO i n n n E X E W, (i=O Xi)= S(Xw) = iO XW i -iiO i i=O i i n n n n Z XZW 2 n i i=O ii=0 i
-S(xx) = iO Xi - -
n 2 n n E X2. E W. S(X 2W) n X2W. i=so Xi=O Wi i= O ix2 2 2 n 4 i- X S(xxw) = E X i=0 i1 n (i2O2) X V i Ces valeurs de "a", "b", et "c" sont calculées dans le générateur d'équation 6, et l'équation du second degré: a X2 + b X + c, utilisant les valeurs calculées, est emmagasinée dans une autre mémoire 7, lors de l'étape 13. 25 La mémoire 5 et le générateur d'équation 6 peuvent âtre incorporés dans un microordinateur qui est couplé, de façon détachable, aux générateurs de données 2 et
4 et à la seconde mémoire 7.
Lorsque le dispositif est utilisé dans cette condition (en état pour l'utilisation), un générateur de déviation de zéro 8 utilise une donnée de tem30 pérature courante X, provenant du générateur de données de températures 4, dans
l'équation extraite pour lecture de la mémoire 7, pour calculer la valeur de la déviation du zéro Y à cet instant. L'écart calculé Y est soustrait de la donnée de force courante W dans un soustracteur 9, et la valeur de poids résultante, à zéro corrigé, est affichée par un indicateur 10. La mémoire 7, le générateur de 35 déviation de zéro 8 et le soustracteur 9 peuvent être incorporés dans un microordinateur.
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La Figure 3 illustre un second exemple de réalisation, qui peut compenser non seulement la déviation du zéro, mais également la déviation de portée.
Dans cet exemple de réalisation, les composants 2 à 8 sont identiques à ceux du premier exemple de réalisation décrit ci-dessus en référence à la Figure 1, et 5 la déviation du zéro t' correspondant à Y, pour toute température "t" par rapport à une température de référence prédéterminée, est fournie par le générateur
de déviation de zéro 8, à une unité arithmétique de correction 19.
Sur la Figure 4, on a représenté la courbe de variation, fonction de- la température, de la charge appliquée, en fonction de la valeur indiquée, 20 C 10 étant la température choisie comme valeur de référence. Comme on peut le voir, le zéro et la portée du système de pesée varient avec la température. Bien que la portée ne varie pas avec la variation de la charge appliquée, elle varie linéairement en fonction de la température, et l'on obtient la relation suivante: (Wt - wr) t -W r dans laquelle Wt et Wr sont des données de poids fournies par les générateurs de données 2 à une température "t" et à la température de référence, respectivement, et ït est une constante appelée "facteur de déviation de portée". Par 20 conséquent: Wt = wr (1 + t) Si l'on tient compte de la déviation du zéro Et' on a: Wt = Wr (1 + +) +e (wT - e) r t t, (Wt ' 8 t) d'o W - (l) r l + t
o: Wr = (Wt - t) (1 - t) lorsque t " 1 (2).
Par conséquent, lorsque le facteur de déviation de portée 6t est connu,
les déviations de zéro et de portée peuvent être compensées à toute température 30 en utilisant l'équation (1) ou l'équation (2).
Bien que la déviation de portée présente une relation linéaire à la température "t", sa relation par rapport aux données de température X, fournies par le générateur de données de température 4, n'est pas toujours linéaire, en raison de la non linéarité de l'élément de détection de température utilisé. Par 35 conséquent, selon cette invention, le facteur de déviation de portée t est
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approximativement une fonction du second degré des données de températures X, comme dans le premier exemple de réalisation, par exemple: t = AX2 + BX = C. Ensuite, les valeurs de A, B et C sont calculées par analyse régressive, comme 5 décrit ci-dessus, dans un second générateur d'équation 16. Ce calcul est identique à celui effectué dans le premier générateur d'équation 6, sauf que les données de poids Wi utilisées ici subissent préalablement une correction de zéro dans l'unité arithmétique de correction 19, et elles sont stockées dans une mémoire 15 avec les données correspondantes de température X.. L'équation 10 déterminée est emmagasinée dans une mémoire 17, et elle est utilisée dans un générateur de coefficient de déviation de portée 18, avec les données de température X provenant du générateur de données de températures 4, à chaque opération de pesée, pour calculer le coefficient àt à température courante. Le coëfficient de déviation de portée calculé t est appliqué à l'unité arithmétique 15 de correction 19 en même temps que la déviation de zéro t' à la même température, et il est utilisé pour le calcul des données de poids W, ayant subi des r corrections de zéro et de portée, en utilisant l'équation (1) ou l'équation (2), qui ont été préalablement emmagasinées dans l'unité 19. Les données corrigées
sont fournies sur l'indicateur 10. Les composants 5 à 8 et 15 à 19 peuvent être 20 incorporés dans un micro-ordinateur.
Le générateur de données de force 2 peut présenter toute configuration susceptible de fournir des données numériques. La Figure 5 représente un exemple de cette configuration, dans laquelle une donnée analogique provenant d'une cellule de charge 21 est amplifiée par un amplificateur 22,et transformée sous forme numérique par un convertisseur analogique/numérique 23, et la donné numérique résultante est appiiquée à un circuit de correction de portée 24 pour une
compensation préalable d'une erreur inhérente de portée indépendante de la température.
Dans l'exemple de réalisation mentionné ci-dessus, le coefficient de dé30 viation de portée t est défini par:
W - W
K V t r t = W r W t Cependant, il peut être défini par: t = W W r Dans ce dernier cas, on utilise une équation: w Wt r t r t
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dans l'unité arithmétique 19, au lieu de l'équation (1) ou de l'équation (2) La relation entre les données de température X et Et ou Yt peut être représentée par une autre équation d'ordre plus élevé. On peut également utiliser, dans ce cas, la technique de l'analyse régressive, comme le savent les techni5 ciens dans ce domaine, bien que le programme d'analyse puisse différer plus ou moins. Les composants 5 et 6 et/ou 15 ou 16 utilisés pour la détermination de l'équation deviennent inutiles après détermination des équations. Par conséquent,
il est préférable que ces composants puissent être détachés du dispositif, afin 10 qu'ils puissent être utilisés pour le même but dans d'autres systèmes.
Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation décrits et représentés ici, mais qu'elle en englobe toutes
les variantes.
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Claims (3)
1 - Dispositif de mesure de forces qui comprend des moyens pour détecter une force appliquée, de mani&re à obtenir une donnée de force représentant ladite force, des moyens pour détecter une température d'une portion prédéterminée du dispositif, afin d'obtenir une donnée représentant ladite température, et des 5 moyens pour compenser un changement dû à la température de la donnée de force, ce dispositif étant caractérisé en ce que lesdits moyens de compensation comprennent: - des moyens (5) pour recevoir des données de température (X) représentant les diverses températures, à partir desdits moyens (4) délivrant les données de -températures, et des données de poids (W), pour lesdites diverses températures, à un état exempt de charge, à partir des moyens (2) fournissant les données de forces, afin de déterminer une équation représentant une relation entre lesdites données de forces, à l'état exempt de charge, et les données de température en utilisant une technique d'analyse régressive desdites données de 15 températures et de forces; des moyens (7) pour emmagasiner ladite équation; - des moyens (8) pour recevoir lesdites données de forces à l'état chargé, ainsi que les données de températures correspondantes, en vue de calculer une valeur de déviation de zéro, à une température courante, en utilisant ladite équation 20 eumagasinée; et,
- des moyens (10) pour communiquer aux données de forces courantes une compensation correspondant à ladite valeur de la déviation de zéro.
2 - Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de compensation comprennent en outre: - des moyens (16) pour recevoir des données de températures représentant diverses températures, à partir des moyens fournissant les données de températures, et des données de forces, pour les diverses températures, dans un état de charge prédéterminé, à partir des moyens fournissant les données de forces, afin de déterminer une équation représentant une relation entre un coefficient de dé30 viation de portée du dispositif et lesdites données de températures en utilisant une technique d'analyse régressive desdites données de forces et de températures; - des moyens (17) pour emmagasiner ladite équation; - des moyens (18) pour calculer le coefficient de déviation de portée, à une 35 température courante, à partir des données de température correspondantes, en utilisant ladite équation emmagasinée; et, - des moyens (19) pour communiquer auxdites données de forces, à ladite température courante, dans l'état chargé, une compensation de déviation de
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portée, en utilisant ledit coefficient de déviation de portée en plus de la
compensation correspondant à la valeur de-la déviation du zéro.
3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce
que lesdits moyens de détermination d'équation sont incorporés de façon déta5 chable dans le dispositif de mesure de forces.
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