專利名稱：數(shù)字荷重元的制作方法
技術領域：
本實用新型有關于一種數(shù)字荷重元(DIGITAL LOAD CELL)，尤指一含有傾斜角度感測單元且可對外其偏斜狀態(tài)及荷重感應的修正值者。
背景技術：
荷重元是一種量測物重的基本元件，廣泛地應用于民生與工業(yè)領域，譬 如體重計、計價、計數(shù)秤、平臺秤、皮帶秤、地磅桶槽秤及各種工業(yè)用秤等。以地磅站的應用為例，每一磅臺要安裝6至8個荷重元。每一荷重元除 了必須調整高低水平使個別的荷重元承重趨于一致以外，尚須注意維持其軸 心與地心引力的方向一致，倘若安裝時或使用之后有所偏斜，則其感測值將 有所失真。如圖8所繪示， 一些體重計、計價結帳機臺、計數(shù)秤、平臺秤、皮帶秤、 地磅桶槽秤及各種工業(yè)用秤的荷重元，經(jīng)過無數(shù)次壓重、晃動及強力沖擊， 難免因松動或機械摩擦而逐漸出現(xiàn)偏斜的現(xiàn)象。目前尚無有效的方法可隨時 得知個別荷重元是否發(fā)生偏斜，除非有人打開設備逐一檢測；但已經(jīng)偏斜的 荷重元讀值將小于真正的磅重，會將導致設備失去精準度。這必須靠定期的 校準作業(yè)加以修正。其中就地磅站的校準方法而言，是在磅臺上施以標準砝碼壓重來校準數(shù) 值，這對于荷重元軸心偏離的影響也只屬概括性的修正，無法精確地針對個 別荷重元發(fā)生的誤差加以校準。再以大型桶槽秤的應用為例，有些桶槽秤的最大秤重范圍高達數(shù)噸、數(shù) 十噸甚至百噸，很難搬用標準砝碼壓重來加以校準，縱使有標準砝碼，也沒 有足夠的空間供放置砝碼，因此調校成了一個頭痛的問題。由于校準不易，目前桶槽秤的量測誤差容許范圍高達1/500，而地磅站的誤差卻僅容許1/3000。事實上，任何人為的安裝作業(yè)都無法保證新安裝的每一個荷重元能無絲 毫的偏斜。有業(yè)者認為今后若能有效地針對個別荷重元檢測其感測方向是否 偏斜，并在偏斜程度有限時以演算步驟加以修正，將可大幅地提升地磅、桶 槽秤等大型量測設備的精度。此外，若能讓磅重設備里的每個荷重元都能隨 時地報告偏斜情形，將可大量簡化磅重設備的調整校正工作及維修作業(yè)，甚 至可達到免用砝碼即可完成調校的目的，并輕松地預防錯誤于未然。實用新型內容為使荷重元符合上述產業(yè)期待和殷切的改良需求，本實用新型提供一種 數(shù)字荷重元，其可回報并補償其軸心偏離地心引力方向時的影響，該數(shù)字荷 重元在一機殼上裝設一荷重感測單元、 一角度感測元件及一數(shù)據(jù)傳輸界面單 元，以電性連接的方式量測一物體重量并輸出一代表實際重量的數(shù)字信號。本實用新型的另一實施例提供一種數(shù)字荷重元，其包括 一荷重感測單 元，其反應一荷重而產生一感測值Wr; —傾角感測元件，其產生一代表所述數(shù)字荷重元與地心引力之間的夾角e; —校準及偏斜補償?shù)倪\算單元，其是一微處理器，該微處理器讀取所述感測值Wr及所述夾角0，并進行一修 正值W: Wr/cose的數(shù)值轉換處理； 一數(shù)據(jù)傳輸界面單元，其是一信號傳送 設備，該信號傳送設備將所述夾角e及所述修正值W對外傳送； 一存儲單 元，其存儲相關參數(shù)，該相關參數(shù)包括荷重元識別碼、秤量、感量、溫度補 償、校正因子、偏斜感度、零偏移； 一機殼，其構成所述數(shù)字荷重元的外殼; 及一電源，其供應所述數(shù)字荷重元所需的電力。此荷重元可應用于磅重設備，包括體重計、計價、計數(shù)秤、平臺秤、皮 帶秤、地磅桶槽秤及各種工業(yè)用秤等設備，利用數(shù)據(jù)傳輸界面單元對外傳送 至少包括偏斜狀態(tài)及根據(jù)其偏斜狀態(tài)產生的修正值，使操作者得知個別荷重元的傾斜狀態(tài)及荷重。

圖1是一依本實用新型的數(shù)字荷重元實施例的基本構造示意圖。 圖2是本實用新型的數(shù)字荷重元于無線地磅站的應用示意圖。 圖3是本實用新型的數(shù)字荷重元于有線地磅站的應用示意圖。圖4是一依本實用新型的數(shù)字荷重元變化實施例的構造示意圖。 圖5是另一依本實用新型的數(shù)字荷重元變化實施例的構造示意圖。 圖6是本實用新型的數(shù)字荷重元角度變化前、后的坐標變化示意圖。 圖7是本實用新型的數(shù)字荷重元角度變化前、后的信號差異示意圖。 圖8是一般現(xiàn)有荷重元常會發(fā)生偏斜的狀態(tài)示意圖。 主要元件符號說明1:荷重元2:數(shù)字荷重元3:數(shù)字荷重元3A:數(shù)字荷重元4:有線監(jiān)控裝置5:無線監(jiān)控裝置6:太陽能供電設備7:磅臺10機殼11荷重感測單元12角度感測元件13數(shù)據(jù)傳輸界面單元20:機殼22:校準及偏斜補償?shù)倪\算單元21:荷重感測單元23:傾角感測單元24:數(shù)據(jù)傳輸界面單元25:存儲單元26:電源30:機殼31:荷重感測單元32:校準及偏斜補償?shù)倪\算單元33:傾角感測單元34:射頻收發(fā)裝置35:存儲單元36:感溫元件37:電源40:計算單元41:存儲單元42:輸出設備50:計算單元51:存儲單元52:輸出設備53:射頻收發(fā)裝置341:天線G:地心引力方向F:感測方向X:x軸Y:Y軸Z:Z軸X，偏斜時的X軸Y，偏斜時的Y軸Z，偏斜時的z軸e:夾角Sa感度值(sensitivity)T溫度信號W:修正值Wr:感測值XI:無偏斜的x軸感測電壓值Yl:無偏斜的Y軸感測電壓值Zl:無偏斜的z軸感測電壓值X2:偏斜時的X'軸感測電壓值Y2:偏斜時的Y'軸感測電壓值Z2:偏斜時的Z'軸感測電壓值具體實施方式
為讓本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施利，并配合附圖，詳細說明如下參考圖1的數(shù)字荷重元的構造實施例，其包括一機殼10、 一荷重感測單元11、 一角度感測元件12及一數(shù)據(jù)傳輸界面單元13。圖中的數(shù)字荷重元處 于已偏斜的狀態(tài)，其感測方向F與地心引力方向G產生一夾角e，如此造成 其感測值小于實際荷重量。本實施例的荷重感測單元11可由一應變規(guī)(strain gauge bridge)、 一信號 放大器及一模擬/數(shù)字轉換器所組成，用以沿一定的感測方向F感應一荷重 而產生一感測值。角度感測元件12可為一針對物體水平狀態(tài)產生電子信號的裝置或電子 儀器，譬如 一 電子水平儀(electronic level)、電子角度儀(electronicinclinometers)或以下舉例說明的三軸加速規(guī)(3-axis accelerometer)固定于機 殼10上，以提供傾斜角度的信號。數(shù)據(jù)傳輸界面單元13，與荷重感測單元11及角度感測元件12電性連接， 并將該感測值及該表傾斜角度的信號對外傳送。如圖2所示，是一依據(jù)本實用新型實施的數(shù)字荷重元3A的具體應用例。 以復數(shù)個組合型態(tài)配置于一磅臺7之下，以多對一無線傳輸?shù)姆绞綄€別數(shù) 字荷重元3A的辨識碼、夾角e及修正值W匯集至一無線監(jiān)控裝置5，加以 顯示及記錄。本例的數(shù)字荷重元3A，包括在一機殼30之內至少裝設一荷重感測單元 31、 一校準及偏斜補償?shù)倪\算單元32、 一傾角感測元件33、 一射頻收發(fā)裝 置34、 一存儲單元35及一天線341 ，利用太陽能供電設備6、 一般發(fā)電設備、 電能儲存設備或市電提供運作所需的電力，彼此以電性連接的方式量測一物 體重量，并以射頻收發(fā)裝置34透過天線341對外發(fā)送一代表實際重量的修 正值的W數(shù)字信號、夾角0及存儲單元35所儲存的個別數(shù)字荷重元3的辨 識碼。本例的有線監(jiān)控裝置5，可包括一計算單元50、 一存儲單元51、 一輸出 設備52及一射頻收發(fā)裝置53 。其中以射頻收發(fā)裝置53接收來自各個數(shù)字荷 重元3A的辨識碼、夾角e及修正值W，通過計算單元50算出磅臺7上的 荷重，將結果以存儲單元51儲存，利輸出設備52輸出。輸出設備52可為一般屏幕或打印機設備。較佳者，輸出設備52可為一 可發(fā)出聲響或光線的設備，當任何一數(shù)字荷重元3A的夾角e接近一默認值 (譬如6度)時即發(fā)出聲、光型態(tài)的警告信號，通知維修人員。本例若以太陽能供電設備6就近替代各個數(shù)字荷重元3A的電源，將可 省去挖地、配置電力輸配管線的工程。如圖3所示，本實用新型的數(shù)字荷重元2以復數(shù)個組合型態(tài)配置于一磅 臺7之下，以多對一的方式將個別數(shù)字荷重元2的辨識碼、夾角e及修正值W匯集至一有線監(jiān)控裝置4，加以顯示及記錄。本運用例的有線監(jiān)控裝置4，可包括一計算單元40、 一存儲單元41及 一輸出設備42。其中計算單元40可為一執(zhí)行加法的微處理器，用以將每一 數(shù)字荷重元2的修正值W加總起來，利用存儲單元41加以儲存，并且能利 用輸出設備42加以打印或顯示。此外，每當有任何一數(shù)字荷重元2的偏斜 夾角e超過最大許可設定值(譬如接近或超過6度)時，在屏幕上發(fā)出的警訊 或以其它聲、光設備發(fā)出信號，用以提醒操作人員注意，以安排維修或更換 有問題的數(shù)字荷重元2。如圖4所示，是一本實用新型的數(shù)字荷重元3的變化實施例，包括在一 機殼30之內至少裝設一荷重感測單元31 、一校準及偏斜補償?shù)倪\算單元32、 一傾角感測元件33、 一射頻收發(fā)裝置34、 一存儲單元35、感溫元件36及一 電源37，彼此以電性連接的方式量測一物體重量，并以射頻收發(fā)裝置34對 外發(fā)送一代表實際重量的修正值的W數(shù)字信號、夾角9及存儲單元35所儲 存的個別數(shù)字荷重元3的辨識碼。存儲單元35除了可儲存代表個別數(shù)字荷重元3的辨識碼、夾角e的最 大許可設定值、三軸加速規(guī)的感度值Sa，及歸零設定等參數(shù)以外，還可儲存 有關溫度修正的參數(shù)，通過校準及偏斜補償?shù)倪\算單元32依據(jù)感溫元件36 的溫度信號T修改感測值Wr，并執(zhí)行一修正值W=Wr/cos6的轉換步驟。如圖5所示的是另一本實用新型的數(shù)字荷重元2變化實施例，該數(shù)字荷 重元2包括在一機殼20內裝設一荷重感測單元21、 一校準及偏斜補償?shù)倪\ 算單元22、 一傾角感測元件23、 一數(shù)據(jù)傳輸界面單元24、 一存儲單元25 及一電源26，彼此以電性連接的方式量測一物體重量并輸出一代表實際重量 的修正值的W數(shù)字信號。本實施例的荷重感測單元21仍可由一應變規(guī)(strain gauge bridge)、 一信 號放大器及一模擬/數(shù)字轉換器所組成，用以將應變規(guī)所測得的模擬信號轉換 為物重感測值Wr的數(shù)字信號，輸往校準及偏斜補償?shù)倪\算單元22。如圖6所示，傾角感測元件23可為一種三軸加速規(guī)，固定于機殼20內 或外部以提供關于一數(shù)字荷重元2角度的電子信號。本實施例所提供的三軸加速規(guī)的工作原理為當加速規(guī)的本體產生移動或轉動時，內部結構產生位移，造成電容值的變化，經(jīng)轉換為特定的輸出電壓為信號。如圖7所示，傾角感測元件23的三軸加速規(guī)具有一X軸、一Y軸、一 Z軸及一感度值Sa。其中三軸加速規(guī)在X軸與Y軸位于一水平面上時輸出 XI及Yl的感測電壓值，在Z軸方向與地心引力方向G —致時輸出Zl的感 測電壓值。換言之，當三軸加速規(guī)于無偏斜狀態(tài)時，X軸與Y軸于正水平面上，其 Z軸于正地心引力方向時，其輸出的感測電壓值為X1， Y1及Z1。當三軸加速規(guī)的X軸與Y軸偏離水平面時，其X軸與Y軸分別改以X， 軸與Y，軸代表，并輸出X2及Y2的感測電壓值；當其Z軸偏離地心引力方 向G時，改以Z'軸代表，并輸出Z2的感測電壓值。夾角0值可通過傾角感測元件23或校準及偏斜補償?shù)倪\算單元22執(zhí)行 下列步驟讀取且計算出該X軸偏離該水平面時的感測電壓變化量(X1-X2); 讀取且計算出該Y軸偏離該水平面時的感測電壓變化量(Y1-Y2); 讀取且計算出該Z軸偏離地心引力方向時的感測電壓變化量(Z1-Z2); 產生一 Ax值=該X軸偏離該水平面時的感測電壓變化量/Sa; 產生一 Ay值=該Y軸偏離該水平面時的感測電壓變化量/Sa; 產生一 Az值=該Z軸偏離地心引力方向時的感測電壓變化量/Sa; 產生一夾角0 =arctan [( V (Ax2 + Ay2))/Az]的數(shù)值。本實用新型的數(shù)字荷重元2的回報并自我補償?shù)姆椒?，包括賦予每一 數(shù)字荷重元2 —識別碼，利用校準及偏斜補償?shù)倪\算單元22執(zhí)行一 W^Wr/cose的轉換步驟，以產生一修正值W，并從數(shù)據(jù)傳輸界面24輸出識別碼、夾角e及修正值W。透過數(shù)據(jù)傳輸界面24，可以利用有線或無線的傳輸方式輸入一辨識碼、一夾角e的最大許可設定值、三軸加速規(guī)的感度值Sa，及歸零設定等參數(shù)而 儲存于存儲單元25。校準及偏斜補償?shù)倪\算單元22可為一執(zhí)行上述運算的微處理器，以一 定的程序取讀存儲單元25里儲存的參數(shù)提供校準及偏斜補償?shù)倪\算，并且 于數(shù)據(jù)傳輸界面24輸出代表夾角e及修正值W的同時， 一并對外送出個別 數(shù)字荷重元2的辨識碼，供接收端的監(jiān)控裝置據(jù)以識別夾角e及修正值W 的信號來源。本實用新型所提供的數(shù)字荷重元2與3，與其它現(xiàn)有技術相比較時，至 少具有下列優(yōu)點1. 使用的業(yè)者不必停止磅重設備的運作，即可隨時得知各個數(shù)字荷重 元的偏斜程度。2. 可設定夾角e的最大許可設定值，在預設的偏斜角度內可令之自動產 生修正值W。3. 當偏斜角度超出默認值時，可產生警告信號以防繼續(xù)發(fā)生錯誤。 以上詳細說明系針對本實用新型的較佳實施例所提供的具體說明，但該實施例并非用以限制本實用新型的專利范圍，凡未脫離本實用新型技藝精神 所為的等效實施或更動，均應包含于本案的專利范圍中。
權利要求1.一種數(shù)字荷重元，其特征在于，所述數(shù)字荷重元包括一荷重感測單元，其沿一感測方向感應一荷重而產生一感測值；一角度感測元件，其感應所述數(shù)字荷重元的感測方向與地心引力方向的夾角而產生一代表所述夾角的夾角信號；及一數(shù)據(jù)傳輸界面單元，其與所述荷重感測單元及所述角度感測元件電性連接，并將所述感測值及所述表傾斜角度的信號對外傳送。
2. 如權利要求1所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述角度感測元件是 一電子水平儀。
3. 如權利要求1所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述角度感測元件是 一電子角度儀。
4. 如權利要求1所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述角度感測元件是 一三軸加速規(guī)。
5. 如權利要求1所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸界面單 元是一射頻收發(fā)裝置。
6. 如權利要求1所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述數(shù)字荷重元還包 括一存儲單元用以存儲一代表所述數(shù)字荷重元的辨識碼。
7. 如權利要求6所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸界面單 元對外傳送所述辨識碼、所述感測值及所述夾角信號。
8. —種數(shù)字荷重元，其特征在于，所述數(shù)字荷重元包括 一荷重感測單元，其反應一荷重而產生一感測值Wr; 一傾角感測元件，其產生一代表所述數(shù)字荷重元與地心引力之間的夾角e;一校準及偏斜補償?shù)倪\算單元，其是一微處理器，該微處理器讀取所述感測值Wr及所述夾角0，并進行一修正值W= Wr/cos6的數(shù)值轉換處理；一數(shù)據(jù)傳輸界面單元，其是一信號傳送設備，該信號傳送設備將所述夾 角e及所述修正值W對外傳送；一存儲單元，其存儲相關參數(shù)，該相關參數(shù)包括荷重元識別碼、秤量、 感量、溫度補償、校正因子、偏斜感度、零偏移；一機殼，其構成所述數(shù)字荷重元的外殼；及一電源，其供應所述數(shù)字荷重元所需的電力。
9. 如權利要求8所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述荷重感測單元包括一應變規(guī)，其根據(jù)所述荷重所造成的應變程度產生一模擬信號； 一信號放大器，其將所述模擬信號放大；及一模擬/數(shù)字轉換器，其將所述經(jīng)過放大的模擬信號轉換為一數(shù)字信號作 為所述感測值Wr。
10. 如權利要求8所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述傾角感測元件是一種三軸加速規(guī)，該三軸加速規(guī)產生所述夾角e。
11. 如權利要求8所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸界面單 元是一射頻收發(fā)裝置。
12. 如權利要求8所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述數(shù)字荷重元還包括一存儲單元，該存儲單元儲存一辨識碼，所述辨識碼可隨所述夾角e及所述修正值W對外傳送。
13. 如權利要求8所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述電源是一太陽能 供電設備。
14. 如權利要求8所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述數(shù)字荷重元還包 括一存儲單元及一感溫元件，所述數(shù)字荷重元利用所述存儲單元儲存一有關 溫度修正的參數(shù)；并且所述數(shù)字荷重元通過校準及偏斜補償?shù)倪\算單元依據(jù) 所述感溫元件的溫度信號T修改所述感測值Wr，并進行所述修正值 W=Wr/cos0的數(shù)值轉換處理。
15. 如權利要求8所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述數(shù)字荷重元是以 復數(shù)個、多對一的型態(tài)分別將一代表個別數(shù)字荷重元的辨識碼連同各所述夾角e及各所述修正值w —起傳至一有線監(jiān)控裝置。
16. 如權利要求8所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述數(shù)字荷重元是以 復數(shù)個、多對一的型態(tài)分別將一代表個別數(shù)字荷重元的辨識碼連同各所述夾角e及各所述修正值w -起傳至一無線監(jiān)控裝置。n.如權利要求s所述的數(shù)字荷重元，其特征在于，所述數(shù)字荷重元是以 復數(shù)個、多對一的型態(tài)分別將一代表個別數(shù)字荷重元的辨識碼連同各所述夾 角e及各所述修正值w —起傳至一監(jiān)控裝置，其中所述監(jiān)控裝置包括一計 算單元，該計算單元將各所述修正值w相加而產生一相加結果。
專利摘要本實用新型提供一種數(shù)字荷重元，其可回報并補償其軸心偏離地心引力方向時的影響，在一機殼上裝設一荷重感測單元、一傾角感測元件、一存儲單元、一校準及偏斜補償?shù)倪\算單元，及一數(shù)據(jù)傳輸界面單元，以電性連接的方式量測一物體重量并輸出一代表實際重量的數(shù)字信號。此荷重元可應用于磅重設備，包括體重計、計價、計數(shù)秤、平臺秤、皮帶秤、地磅桶槽秤及各種工業(yè)用秤等設備，利用數(shù)據(jù)傳輸界面單元以無線傳輸?shù)姆绞絺魉椭辽侔ㄆ睜顟B(tài)及根據(jù)其偏斜狀態(tài)產生的修正值，使操作者得知個別荷重元的傾斜狀態(tài)及荷重。
文檔編號G01G23/01GK201122110SQ200720305050
公開日2008年9月24日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權日2007年12月6日
發(fā)明者戴允中, 黃添城 申請人:弘邦衡量控制系統(tǒng)股份有限公司