稱重傳感器中的數(shù)字線性化的制作方法
【專利摘要】一種確定由載荷施加的重式力的方法可用于根據(jù)電磁力補(bǔ)償原理工作的測(cè)力裝置（1）中，其中，測(cè)力裝置（1）包括測(cè)量換能器（18、118），具有線圈（20、120），線圈可移動(dòng)地浸入磁體系統(tǒng)（19、119）中并且可以傳送電流（24），進(jìn)一步包括在載荷接收部件（12、112）與測(cè)量換能器（18、118）的線圈（20、120）或磁體系統(tǒng)（19、119）之間的力傳輸機(jī)械連接。同樣也是測(cè)力裝置（1）的部件的位置傳感器（21、28）用于確定線圈（20、120）自其穩(wěn)定位置相對(duì)于磁體系統(tǒng)（19、119）的位移，將載荷放置在載荷接收部件（12、112）上產(chǎn)生該位移。流過(guò)線圈（20、120）的電流（24）用于在線圈（20、120）與磁體系統(tǒng)（19、119）之間產(chǎn)生電磁力，由此使線圈（20、120）和連接到線圈（20、120）或磁體系統(tǒng)（19、119）的載荷接收部件（12、112）返回到和/或保持在穩(wěn)定位置。線圈電流（24）的大小和線圈（20、120）自其穩(wěn)定位置的位移量用于確定所加載的載荷施加的重式力。
【專利說(shuō)明】稱重傳感器中的數(shù)字線性化

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種借助測(cè)力裝置確定重式力(weight force)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在測(cè)力裝置中，例如稱重傳感器類型的，其根據(jù)電磁力補(bǔ)償?shù)脑矶ぷ?，也稱為電磁力復(fù)原或EMFR，稱重對(duì)象的重式力直接地或者經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)支點(diǎn)支撐的力傳輸杠桿傳輸?shù)綑C(jī)電測(cè)量換能器。測(cè)量換能器產(chǎn)生與稱重對(duì)象的重式力匹配的補(bǔ)償力，并傳遞電信號(hào)，電信號(hào)由電子集合體一信號(hào)處理單元處理并顯示。
[0003]EMFR稱重傳感器大多數(shù)情況下包括平行四邊形機(jī)構(gòu)，其具有固定平行臂和可移動(dòng)平行臂，可移動(dòng)平行臂由兩個(gè)平行導(dǎo)軌連接到固定平行臂并用作載荷接收器。在具有杠桿系統(tǒng)的EMFR稱重傳感器中，重式力經(jīng)由聯(lián)接器元件傳輸?shù)教炱搅?，?lián)接器元件嚴(yán)格保持其長(zhǎng)度但可柔軟彎曲，天平梁樞轉(zhuǎn)支撐在固定平行臂上。這個(gè)布置的目的是通過(guò)杠桿減小使得由施加的載荷施加的重式力足夠小，以使得產(chǎn)生補(bǔ)償力的測(cè)量換能器能夠產(chǎn)生表示重式力的測(cè)量信號(hào)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的水平，將高分辨率稱重傳感器中的各個(gè)元件之間的連接設(shè)計(jì)為撓性樞軸。撓性樞軸定義了在兩個(gè)聯(lián)接器元件之間的旋轉(zhuǎn)軸。在構(gòu)造為材料連續(xù)單元的稱重傳感器中，其也稱為單體式或單片式稱重傳感器，撓性樞軸可以構(gòu)成為窄材料連接部。
[0004]在直接補(bǔ)償重式力的EMFR稱重傳感器類型中，即沒(méi)有補(bǔ)償力的杠桿減小，在大多數(shù)情況下將平行導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)配置為彈簧元件，特別是撓性構(gòu)件或膜片彈簧。在這類稱重傳感器中，其也稱為直接測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量換能器以等量的補(bǔ)償力抵消載荷的重式力。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)水平的EMFR稱重傳感器的測(cè)量換能器通常被配置為傳導(dǎo)電流的線圈，其被浸入永磁體的氣隙中，以使得可以依據(jù)相應(yīng)的電氣變量，即線圈電流I，來(lái)確定稱重對(duì)象的重式力。由于重式力與補(bǔ)償力成比例，后者又與線圈電流I成比例，線圈電流I從而也與重式力成比例，并因此與稱重載荷的質(zhì)量成比例。當(dāng)稱重傳感器處于平衡時(shí)，這個(gè)關(guān)系可以由以下等式表示(沒(méi)有考慮溫度影響):
[0006]F' =f (I) =kX I
[0007]F1:計(jì)算的被稱重的質(zhì)量m的重式力
[0008]K:傳遞常數(shù)
[0009]1:線圈電流
[0010]在設(shè)計(jì)中為每一類稱重傳感器指定傳遞常數(shù)K，并存儲(chǔ)在處理單元中，用于補(bǔ)償力的計(jì)算。換句話說(shuō)，傳遞常數(shù)取決于稱重傳感器的載荷接收系統(tǒng)，并說(shuō)明了測(cè)量的線圈電流到力F'的轉(zhuǎn)換。
[0011]通常用于EMFR稱重傳感器中的這類測(cè)量換能器中，導(dǎo)電線圈受洛倫茲力的影響而在永磁體的氣隙中移動(dòng)，洛倫茲力即作用于在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電荷上的力，在此情況下，其將自身表現(xiàn)為線圈的補(bǔ)償力。在周圍磁場(chǎng)的跡線的橫向上流入諸如線圈繞組的電導(dǎo)體中的電流將導(dǎo)致力作用于導(dǎo)體上，并從而作用于測(cè)量換能器的線圈上。
[0012]永磁體的磁場(chǎng)理想上應(yīng)是均勻的，但實(shí)際上這個(gè)條件在大多數(shù)情況下不能滿足。磁場(chǎng)在某種程度上在線圈相對(duì)于永磁體的不同位置處可以改變。換句話說(shuō)，在給定大小的電流的情況下，由線圈產(chǎn)生的補(bǔ)償力是與位置相關(guān)的。在計(jì)算稱重結(jié)果時(shí)，這是需要考慮的。如果天平梁沒(méi)有處于確定傳遞常數(shù)K的平衡位置，而是略高或略低，存儲(chǔ)的傳遞常數(shù)會(huì)偏離實(shí)際傳遞常數(shù)。如果稱重傳感器遭受震動(dòng)、振動(dòng)等，傳遞常數(shù)的偏差就會(huì)影響稱重結(jié)果的快速且準(zhǔn)確的確定，并且會(huì)存在零點(diǎn)的偏差。尤其是在動(dòng)態(tài)測(cè)重秤中，這個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重性會(huì)增大。
[0013]為了減輕這個(gè)問(wèn)題，在現(xiàn)有技術(shù)水平的測(cè)力裝置中使用了電子濾波器，其作用于表示補(bǔ)償力的信號(hào)上。在測(cè)力裝置的操作狀態(tài)中，通過(guò)基于磁體與撓性樞軸的彈簧常數(shù)的溫度相關(guān)性應(yīng)用校正來(lái)使得補(bǔ)償力的計(jì)算適應(yīng)于環(huán)境條件。同樣考慮的是與接通設(shè)備和稱重載荷的變化相關(guān)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。而且，時(shí)間相關(guān)性現(xiàn)象也包括在補(bǔ)償中。載荷接收器上質(zhì)量的重式力的計(jì)算可以在數(shù)學(xué)上表示為函數(shù):
[0014]F' =f(I，T，t)
[0015]這個(gè)函數(shù)也稱為傳遞函數(shù)，用于將線圈電流的信號(hào)和不同溫度傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為與時(shí)間相關(guān)的輸出值，將其呈現(xiàn)在顯示器上。因此，傳遞常數(shù)是傳遞函數(shù)的一部分。線圈電流由位置控制單元根據(jù)以下函數(shù)調(diào)節(jié):
[0016]I=f (F, z, T, t)
[0017]除了溫度效應(yīng)(T)和動(dòng)態(tài)效應(yīng)(t)以外，它還考慮了可能的干擾參數(shù)(z)。
[0018]動(dòng)態(tài)測(cè)重秤是用于在生產(chǎn)線上的產(chǎn)品在秤上移動(dòng)時(shí)對(duì)其稱重的系統(tǒng)，用以將產(chǎn)品分類到給定重量類別中，根據(jù)重量類別分類和/或淘汰產(chǎn)品。測(cè)重秤用于各種應(yīng)用中，例如包括:
[0019]一檢查超重和欠重產(chǎn)品，
[0020]一符合對(duì)于包裝商品的凈含量的法律要求，
[0021]一通過(guò)使用由測(cè)重秤收集的重量數(shù)據(jù)調(diào)整灌裝機(jī)的設(shè)定來(lái)減少產(chǎn)品浪費(fèi)，
[0022]一借助重量分類產(chǎn)品，
[0023]一測(cè)量并記錄生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)線的性能，
[0024]一基于重量驗(yàn)證件計(jì)數(shù)。
[0025]測(cè)重秤的目的是稱重生產(chǎn)線的100%的產(chǎn)品。結(jié)果，收集了整個(gè)生產(chǎn)輸出的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算生產(chǎn)的單位的數(shù)量，保持生產(chǎn)批量可追蹤，或者用于生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)。
[0026]測(cè)重系統(tǒng)通常由供料輸送機(jī)、稱重輸送機(jī)、具有分類設(shè)備的輸出輸送機(jī)、和具有用戶界面的稱重終端組成。稱重輸送機(jī)位于供料輸送機(jī)與輸出輸送機(jī)之間，由稱重傳感器支撐，稱重傳感器在產(chǎn)品在稱重輸送機(jī)上移動(dòng)時(shí)對(duì)其稱重。
[0027]在動(dòng)態(tài)測(cè)重秤的操作中，產(chǎn)品從供料輸送機(jī)帶移動(dòng)到稱重輸送機(jī)帶，在此在它移動(dòng)的同時(shí)稱重，隨后經(jīng)由輸出輸送機(jī)傳送?？捎糜诖_定稱重結(jié)果的時(shí)間取決于稱重輸送機(jī)的長(zhǎng)度和輸送速度。由稱重傳感器支撐的稱重輸送機(jī)帶在產(chǎn)品從供料輸送機(jī)到達(dá)時(shí)接收產(chǎn)品的重量，并在產(chǎn)品轉(zhuǎn)換到輸出輸送機(jī)時(shí)再次釋放重量。在產(chǎn)品的連續(xù)稱重中，稱重傳感器從而受到交替的加載和卸載。這個(gè)交替變化的載荷導(dǎo)致輸送機(jī)帶的振蕩，它對(duì)于稱重結(jié)果具有明顯的影響，因?yàn)樵诋a(chǎn)品完全放置在輸送機(jī)帶上時(shí)的時(shí)間間隔極短。
[0028]為了在存在振蕩或振動(dòng)的情況下更迅速地獲得稱重結(jié)果，在EP0430695A2中提出了同時(shí)使用兩個(gè)稱重傳感器的概念。第一稱重傳感器接收稱重載荷，基于產(chǎn)生的補(bǔ)償力，向處理單元發(fā)送相應(yīng)的信號(hào)。第二稱重傳感器具有向處理單元發(fā)送信號(hào)的功能，該信號(hào)反映了在與標(biāo)準(zhǔn)重量相同的振蕩或振動(dòng)下第一稱重傳感器的行為。處理單元將第二稱重傳感器的信號(hào)從第一稱重傳感器的信號(hào)中減去，從而消除了第一稱重傳感器的信號(hào)中的振蕩和振動(dòng)，由此產(chǎn)生稱重結(jié)果。這個(gè)概念的缺點(diǎn)是每一個(gè)稱重站都需要兩個(gè)稱重傳感器，這顯著增加了制造成本。還需要注意的是，兩個(gè)載荷單元可能不具有完全等量的慣性，對(duì)振蕩和振動(dòng)的響應(yīng)因此對(duì)于兩個(gè)稱重傳感器會(huì)不同，使得稱重結(jié)果不能被完全校正。
[0029]微量天平中還可以發(fā)現(xiàn)零點(diǎn)的偏差，大多數(shù)微量天平具有按照電磁力補(bǔ)償原理而操作的測(cè)力單元。這些天平能夠以0.001毫克的測(cè)量分辨率，即以一千萬(wàn)分之一的精度，測(cè)量10克的稱重載荷。因此，即使源自環(huán)境的最小的振動(dòng)，例如建筑物中的電梯，都會(huì)足以導(dǎo)致零點(diǎn)的偏差。零點(diǎn)偏差對(duì)于用戶看來(lái)是指示的顯示值的增大，其只在干擾減退后逐漸回歸正常。在長(zhǎng)時(shí)間段中延續(xù)的測(cè)量中，這種事件會(huì)使整個(gè)測(cè)量嚴(yán)重地不可用。
[0030]另一用以減小振蕩或振動(dòng)對(duì)稱重結(jié)果的影響的方案包括以彈性阻尼系統(tǒng)在沉重的工作臺(tái)或支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置平衡。這個(gè)方法在使用微量天平的地點(diǎn)或稱重站是優(yōu)選的。這個(gè)解決方案同樣提高了用于建立稱重站的采購(gòu)成本。
[0031]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的解決方案，例如EP0359978A3中所述的，其中僅將線圈電流用作計(jì)算稱重結(jié)果的基礎(chǔ)，其缺點(diǎn)是在根據(jù)線圈電流計(jì)算稱重結(jié)果時(shí)，平衡需要達(dá)到其穩(wěn)定位置，或者更具體地，線性化稱重結(jié)果符合測(cè)量的線圈電流的位置。每一次存在諸如振蕩或振動(dòng)的干擾時(shí)，測(cè)力裝置都自其精確穩(wěn)定位置失去穩(wěn)定，這會(huì)導(dǎo)致零點(diǎn)偏差。
[0032]本文使用的術(shù)語(yǔ)“振蕩”指的是系統(tǒng)的狀態(tài)變量從平均值的動(dòng)態(tài)偏離，也稱為波動(dòng)。本上下文中的術(shù)語(yǔ)“振動(dòng)”指的是系統(tǒng)的周期性交替運(yùn)動(dòng)，其大多數(shù)在高頻范圍的中間并具有低振幅。
[0033]在US2003/0229600A1中公開(kāi)了一種方法，用于物體的快速稱重，其中，具有稱重傳感器的平臺(tái)向模/數(shù)轉(zhuǎn)換器傳送輸出信號(hào)。得到的數(shù)字輸出信號(hào)經(jīng)由低通濾波器處理，并由微處理器分析，以便確定平臺(tái)上物體的重量。以適合的電子濾波器對(duì)測(cè)量的線圈電流進(jìn)行平滑已知是為了穩(wěn)定要計(jì)算的稱重結(jié)果的手段。其缺點(diǎn)是該方法的速度和精度取決于濾波器參數(shù)，在大多數(shù)情況下是互斥的，意味著稱重結(jié)果的準(zhǔn)確確定會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間，相反地，稱重結(jié)果的快速確定是不準(zhǔn)確的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0034]本發(fā)明的目的在于提供一種方法，從而可以快速同時(shí)準(zhǔn)確地確定稱重結(jié)果。
[0035]另外，本發(fā)明目的在于提供在存在強(qiáng)振動(dòng)和/或源自周圍環(huán)境的振動(dòng)的情況下，快速獲得準(zhǔn)確稱重結(jié)果的能力。
[0036]如權(quán)利要求1中所闡述的，根據(jù)本發(fā)明，這些任務(wù)借助以基于電磁力補(bǔ)償原理的測(cè)力裝置確定重式力的方法來(lái)解決。
[0037]確定加載的載荷的重量的方法設(shè)計(jì)為在根據(jù)電磁力補(bǔ)償原理工作的測(cè)力裝置上執(zhí)行，并包括測(cè)量換能器，具有線圈，線圈可移動(dòng)地浸入磁體系統(tǒng)中并可以傳送電流，測(cè)力裝置進(jìn)一步包括在載荷接收部件與測(cè)量換能器的線圈或磁體系統(tǒng)之間的力傳輸機(jī)械連接，以及位置傳感器，其用于確定線圈自其穩(wěn)定位置相對(duì)于磁體系統(tǒng)的位移，將載荷放置在載荷接收部件上產(chǎn)生該位移。流過(guò)線圈的電流具有在線圈與磁體系統(tǒng)之間產(chǎn)生電磁力的功能，由此將線圈和連接到線圈或磁體系統(tǒng)的載荷接收部件返回到和/或保持在穩(wěn)定位置。電流大小和線圈自其穩(wěn)定位置的位移量用于確定所加載的載荷的重式力。
[0038]作為本發(fā)明的結(jié)果，測(cè)力裝置提供在計(jì)算顯示值時(shí)考慮線圈自其穩(wěn)定位置的位移量的能力，將線圈自其穩(wěn)定位置的位移作為附加的輸入發(fā)送到處理單元，這使得還可以在稱重結(jié)果的計(jì)算中包括非線性，例如磁體系統(tǒng)的不均勻性，以及位置測(cè)量、平行導(dǎo)軌連接、特別是撓性樞軸或彈性構(gòu)件、或膜片彈簧的非線性，以及如果測(cè)力裝置包括杠桿系統(tǒng)，杠桿傳動(dòng)比的非線性。
[0039]測(cè)量換能器可以以不同方式布置在測(cè)力裝置中。線圈或者附接到可移動(dòng)平行臂或者具有到它的連接，磁體系統(tǒng)或者附接到固定平行臂或者具有到它的連接。可替換地，線圈附接到固定平行臂或者具有到它的連接，磁體系統(tǒng)附接到可移動(dòng)平行臂或者具有到它的連接。在任一情況下，線圈和磁體系統(tǒng)都可以相對(duì)于彼此移動(dòng)。流過(guò)線圈的電流在大多數(shù)情況下受PID控制環(huán)路的調(diào)節(jié)，它在兩種情況下都在線圈和磁體系統(tǒng)之間產(chǎn)生電磁力，從而當(dāng)載荷放置在載荷接收部件上時(shí)，將線圈相對(duì)于磁體系統(tǒng)返回到或保持在其穩(wěn)定位置。布置線圈以便可以相對(duì)于磁體系統(tǒng)移動(dòng)，線圈可以具有一個(gè)或多個(gè)線圈繞組。磁體系統(tǒng)自身可以是永磁體或者由電流激勵(lì)的電磁體。最常見(jiàn)的布置是將磁體系統(tǒng)附接到固定部件，并直接或通過(guò)一個(gè)或多個(gè)杠桿將線圈連接到載荷接收部件。這一配置在大多數(shù)情況下是優(yōu)選的，因?yàn)榫€圈較小的慣性質(zhì)量允許后者更快地返回并更穩(wěn)定地保持在穩(wěn)定位置。然而，還存在將磁體系統(tǒng)布置為在可移動(dòng)部件上的永磁體的測(cè)力裝置，例如作為簡(jiǎn)化電流到線圈的傳送的一個(gè)方式。
[0040]穩(wěn)定位置(settling posit1n)是線圈相對(duì)于磁體系統(tǒng)的位置,在此,作用于系統(tǒng)上的所有力都彼此平衡。在杠桿系統(tǒng)中，這也是天平梁的零位置。由于線圈連接到天平梁，天平梁自穩(wěn)定位置的偏離伴隨線圈自其穩(wěn)定位置的偏離一起發(fā)生。這同樣適用于如果代替線圈將磁體系統(tǒng)連接到天平梁的情況。本文在力傳輸機(jī)械連接環(huán)境中所用的術(shù)語(yǔ)“天平梁”指代單臂或雙臂杠桿，其穩(wěn)定位置由位置傳感器監(jiān)測(cè)。優(yōu)選地，天平梁的支點(diǎn)軸、天平梁的重力的質(zhì)心、第一杠桿臂到聯(lián)接器構(gòu)件的連接和測(cè)量換能器所產(chǎn)生的力的施加點(diǎn)都是常見(jiàn)的。如果滿足這個(gè)條件，沒(méi)有稱重載荷的天平梁就不會(huì)受到任何扭矩，并一直處于平衡中，與支撐底座的不水平狀況無(wú)關(guān)。由前述點(diǎn)定義的平面也稱為水平無(wú)差別平面
[0041]在直接測(cè)量系統(tǒng)中，測(cè)量換能器的線圈或磁體系統(tǒng)附接到力傳輸桿，其直接連接到載荷接收部件，意味著沒(méi)有用于減小作用力的杠桿。在直接測(cè)量系統(tǒng)中，線圈或磁體系統(tǒng)自穩(wěn)定位置的位移與力傳輸桿自其穩(wěn)定位置的位移相同。
[0042]用于根據(jù)該發(fā)明概念的方法的優(yōu)選應(yīng)用是用于微量天平中，由此在存在振蕩和/或振動(dòng)情況下改進(jìn)了測(cè)力裝置的穩(wěn)定性。
[0043]該方法還極佳地適合于測(cè)重秤，因?yàn)樵诖饲闆r下經(jīng)常出現(xiàn)測(cè)重器的輸送機(jī)帶通過(guò)載入和載出被稱重的產(chǎn)品而激發(fā)進(jìn)入振蕩和/或振動(dòng)。
[0044]本發(fā)明適合于具有測(cè)量換能器的測(cè)力裝置，測(cè)量換能器根據(jù)推原理產(chǎn)生補(bǔ)償力，以及根據(jù)推/拉原理產(chǎn)生補(bǔ)償力。區(qū)別在于產(chǎn)生補(bǔ)償力的方式:推系統(tǒng)僅能夠在一個(gè)方向上產(chǎn)生補(bǔ)償力，而推/拉系統(tǒng)能夠在兩個(gè)方向上產(chǎn)生補(bǔ)償力。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，線圈自其穩(wěn)定位置的位移量由位置傳感器測(cè)量并量化，其將輸入信號(hào)提供給位置控制單元，位置控制單元調(diào)節(jié)通過(guò)線圈的電流，以使得線圈與磁體系統(tǒng)之間的電磁力使線圈和連接到線圈或磁體系統(tǒng)的載荷接收部件返回到穩(wěn)定位置?？商鎿Q地，也可以用附加的位置傳感器確定線圈自其穩(wěn)定位置的位移量。測(cè)量線圈自其穩(wěn)定位置的位移量的最簡(jiǎn)單的方式是使用位置控制單元的位置傳感器的位置信號(hào)。但也可以使用附加的傳感器，其傳送與平橫桿的位置或線圈在磁體系統(tǒng)內(nèi)自其穩(wěn)定位置的位移或天平梁自其穩(wěn)定位置的位移有關(guān)的相同信息。這個(gè)傳感器信號(hào)例如可以由加速度傳感器、速度傳感器、測(cè)角傳感器或位置傳感器來(lái)提供，以便將各自的信息提供給處理器單元。
[0046]為了根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例確定所加載的載荷的重式力，使用算術(shù)指令形式的傳遞模塊，其存儲(chǔ)在處理單元中，并且在電流大小、線圈自其穩(wěn)定位置的位移量和重式力之間建立相關(guān)性。這里在數(shù)學(xué)指令的意義上使用了術(shù)語(yǔ)“傳遞模塊”，處理單元根據(jù)它將可用的輸入量變換為顯示值，即計(jì)算重式力F'的值。
[0047]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步發(fā)展的實(shí)施例，將傳遞模塊存儲(chǔ)為傳遞表，其中，線圈自其穩(wěn)定位置的位移量和線圈電流大小與所加載的載荷的重式力值相關(guān)聯(lián)。進(jìn)一步的可能是將傳遞模塊存儲(chǔ)為傳遞函數(shù)，其具有至少一個(gè)參數(shù)，并至少使用線圈自其穩(wěn)定位置的位移量和線圈電流大小作為輸入量。
[0048]如果傳遞表用作用于計(jì)算的指令，則可以在表中找到顯示值，該表作為線圈自其穩(wěn)定位置的位移量和線圈電流大小的函數(shù)列出了顯示值。本文使用的術(shù)語(yǔ)“傳遞函數(shù)”表示數(shù)學(xué)函數(shù)，具有至少兩個(gè)輸入量和至少一個(gè)參數(shù)。在本發(fā)明的環(huán)境下，傳遞函數(shù)的至少一個(gè)參數(shù)理解為數(shù)學(xué)函數(shù)的變量，其描述了在線圈自其穩(wěn)定位置的位移量和線圈電流大小之間的關(guān)系。
[0049]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例，傳遞函數(shù)的至少一個(gè)參數(shù)存儲(chǔ)為系統(tǒng)的參數(shù)表和/或特性曲線。在此同樣，根據(jù)線圈的位移量和線圈電流大小，從參數(shù)表選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)，或者在系統(tǒng)圖的情況下，選擇作為說(shuō)明系統(tǒng)圖的參數(shù)。
[0050]在本發(fā)明另一有利實(shí)施例中，傳遞函數(shù)的至少一個(gè)參數(shù)是與載荷相關(guān)的。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，通過(guò)改變線圈的位移，并且通過(guò)基本同時(shí)測(cè)量與線圈的位移相關(guān)的線圈電流大小，和/或通過(guò)改變線圈電流大小，并且通過(guò)基本同時(shí)測(cè)量與線圈電流大小相關(guān)的線圈位移，和/或在存在振動(dòng)的情況下通過(guò)分析相對(duì)于線圈電流大小的線圈的位移來(lái)確定傳遞表的值和/或傳遞函數(shù)的至少一個(gè)參數(shù)。
[0052]在測(cè)重秤情況下，特別優(yōu)選地使用在存在振動(dòng)的情況下通過(guò)分析確定傳遞表的值和/或傳遞函數(shù)的至少一個(gè)參數(shù)的概念。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，在將重量放置和不放置在載荷接收部件上的情況下，都進(jìn)行傳遞表的值的確定和/或傳遞函數(shù)的至少一個(gè)參數(shù)的確定，其中，重量或者是從外部設(shè)置在載荷接收部件的重量，或者是借助機(jī)構(gòu)內(nèi)部地接合的重量。在不同載荷條件下確定值和/或至少一個(gè)參數(shù)在重量測(cè)量設(shè)備的整個(gè)稱重范圍上都改進(jìn)了輸出值的精度。
[0054]根據(jù)本發(fā)明特別有利的實(shí)施例，單獨(dú)為每一個(gè)測(cè)力裝置生成傳遞模塊，或者為同類測(cè)力裝置一般性地生成傳遞模塊。顯然，由于磁體系統(tǒng)、撓性樞軸、位置測(cè)量和杠桿減小率的制造公差，每一個(gè)個(gè)別單元都具有其自己的值和/或參數(shù)，它僅對(duì)于一個(gè)特定測(cè)力裝置有效。為了在測(cè)力裝置的生產(chǎn)中加速這些值和/或參數(shù)的確定，基于在前確定的傳遞模塊的算術(shù)平均值的通用傳遞模塊可以存儲(chǔ)在處理單元的存儲(chǔ)器中。
[0055]根據(jù)電磁力補(bǔ)償原理的用于確定重式力的重量測(cè)定測(cè)力裝置的測(cè)力單元包括測(cè)量換能器，其具有線圈，線圈可移動(dòng)地浸入磁體系統(tǒng)中，并進(jìn)一步包括在測(cè)量換能器與載荷接收部件之間的力傳輸機(jī)構(gòu)連接，其中，線圈或者磁體系統(tǒng)連接到載荷接收部件，特征在于以下事實(shí):測(cè)量單元具有位置傳感器，其能夠檢測(cè)并測(cè)量線圈自其穩(wěn)定位置的位移，位移由載荷放置在載荷接收部件上而產(chǎn)生，其中，線圈自其穩(wěn)定位置的位移量可以用于確定重式力的過(guò)程中。
[0056]在用于實(shí)現(xiàn)借助根據(jù)電磁力補(bǔ)償原理而工作的測(cè)力裝置確定重式力的方法的計(jì)算機(jī)程序中，產(chǎn)生重式力的顯示值作為輸出。測(cè)力裝置包括線圈，其可移動(dòng)地浸入磁體系統(tǒng)中，并可以傳送電流，電流在線圈與磁體系統(tǒng)之間產(chǎn)生相互作用力，由此線圈和連接到線圈或磁體系統(tǒng)的載荷接收部件返回到和/或保持在穩(wěn)定位置，并進(jìn)一步包括在線圈與載荷接收部件之間的力傳輸機(jī)械連接，還包括能夠檢測(cè)線圈自其穩(wěn)定位置的位移的傳感器，由載荷放置在載荷接收部件上而產(chǎn)生該位移。輸入計(jì)算機(jī)程序的輸入量至少包括線圈電流大小和線圈自其穩(wěn)定位置的位移量。
[0057]計(jì)算機(jī)程序的優(yōu)選實(shí)施例附加地使用時(shí)間信號(hào)和至少一個(gè)溫度信號(hào)作為輸入量。這確保了也可以考慮對(duì)磁體系統(tǒng)的磁場(chǎng)的溫度影響和/或由于熱膨脹的杠桿傳動(dòng)比的變化和/或撓性樞軸的彈性恢復(fù)力的變化。時(shí)間信號(hào)用于接通階段中或載荷變化過(guò)程中動(dòng)態(tài)效應(yīng)的補(bǔ)償，或者用于與時(shí)間相關(guān)的補(bǔ)償。
[0058]在計(jì)算機(jī)程序的進(jìn)一步實(shí)施例中，后者可以調(diào)用傳遞模塊，傳遞模塊可以存儲(chǔ)在執(zhí)行程序的單元的工作存儲(chǔ)器中。
[0059]當(dāng)計(jì)算機(jī)程序用于具有測(cè)重系統(tǒng)中時(shí)，借助計(jì)算機(jī)程序在終端中執(zhí)行中重式力確定，其中，測(cè)重系統(tǒng)具有用以將稱重物體送到秤的供料輸送機(jī)帶，用以將稱重物體輸送離開(kāi)秤的輸出輸送機(jī)帶，和其連接到測(cè)力裝置的稱重輸送機(jī)帶。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0060]在下文中，通過(guò)附圖中示出的優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)例進(jìn)一步解釋本發(fā)明的目的，在附圖中:
[0061]圖1以橫向截面圖示意性地示出了被配置為杠桿系統(tǒng)的頂部加載測(cè)力裝置的測(cè)力單元；
[0062]圖2顯示了被配置為直接測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)力單元；
[0063]圖3顯示了有助于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的測(cè)力裝置中的功能序列的方框圖；
[0064]圖4表示具有傳遞函數(shù)A和傳遞函數(shù)Bi的覆蓋線圈整個(gè)位移范圍的位置/電流圖；
[0065]圖5表示具有傳遞函數(shù)A和傳遞函數(shù)B1A2和B3的覆蓋線圈整個(gè)位移范圍的位置/電流圖；
[0066]圖6表示在存在線圈振蕩情況下，具有傳遞函數(shù)A和傳遞函數(shù)Bi的覆蓋在穩(wěn)定位置附近的位移范圍部分的位置/電流圖；
[0067]圖7示出了在沒(méi)有稱重載荷(零載荷條件)情況下，由于分別用于現(xiàn)有技術(shù)的方法和根據(jù)本發(fā)明的方法的具有O — 400克稱重范圍的測(cè)力裝置的振蕩而引起的零點(diǎn)偏差之間的圖示比較；
[0068]圖8示出了在400克稱重載荷情況下，由于分別用于現(xiàn)有技術(shù)的方法和根據(jù)本發(fā)明的方法的具有O — 400克稱重范圍的測(cè)力裝置的振蕩而引起的零點(diǎn)偏差之間的圖示比較；以及
[0069]圖9示出了分別根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法和根據(jù)本發(fā)明的方法而運(yùn)行的動(dòng)態(tài)測(cè)重秤的瞬態(tài)響應(yīng)之間的圖示比較。
[0070]在以下說(shuō)明中，具有相同功能和相似結(jié)構(gòu)的特征以相同的參考標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)。

【具體實(shí)施方式】
[0071]圖1以來(lái)自側(cè)面的截面圖示意性地示出了測(cè)力裝置I的測(cè)力單元。借助固定部件11，測(cè)力裝置I安裝在支撐結(jié)構(gòu)上。載荷接收部件12由兩個(gè)平行導(dǎo)軌14連接到固定部件11，支撐稱重盤15，在稱重盤上放置了稱重載荷。平行導(dǎo)軌14由撓性樞軸16連接到載荷接收部件12和固定部件11。撓性樞軸定義旋轉(zhuǎn)軸，但在旋轉(zhuǎn)軸的任意橫向方向上，撓性樞軸實(shí)際上作為剛性力傳輸元件工作。測(cè)力裝置I不限于稱重盤在頂部的所示結(jié)構(gòu)，也可以配置為稱重盤布置在下面，大多數(shù)情況下借助吊架而懸掛。聯(lián)接器13將重式力傳送到由支點(diǎn)支撐的天平梁17的第一杠桿臂。在另一端一天平梁17的第二杠桿臂的外端一布置的是測(cè)量換能器18，其產(chǎn)生補(bǔ)償力25，以抵消杠桿減小的重式力。在此所示的測(cè)量換能器18顯示為導(dǎo)電線圈20，其可移動(dòng)地浸入磁體系統(tǒng)19中。如果由測(cè)量換能器18產(chǎn)生并作用于第二杠桿臂上的補(bǔ)償力25對(duì)應(yīng)于作用于第一杠桿臂上的重式力，天平梁17處于平衡，從而處于穩(wěn)定位置。這個(gè)穩(wěn)定位置由位置傳感器21監(jiān)控。
[0072]當(dāng)質(zhì)量放置在天平盤15上或力作用于其上時(shí)，載荷接收部件12平行于固定部件
I1、受平行導(dǎo)軌12約束地向下移動(dòng)。天平梁17通過(guò)聯(lián)接器構(gòu)件13連接到載荷接收部件12，以定義的減小率將載荷接收部件12的移動(dòng)傳送到天平梁17的朝向測(cè)量換能器18的另一端。位置傳感器21檢測(cè)線圈20自其穩(wěn)定位置的位移，產(chǎn)生相應(yīng)的位置信號(hào)22。位置信號(hào)22作為輸入信號(hào)發(fā)送到位置控制單元23，其以使得線圈20和天平梁17返回到其穩(wěn)定位置的方式產(chǎn)生并控制通過(guò)線圈20的電流24。在線圈20穩(wěn)定回到穩(wěn)定位置中的穩(wěn)定狀態(tài)后，線圈電流大小表示對(duì)施加到載荷接收部件12上的質(zhì)量或力的測(cè)量。測(cè)量電流24 ;借助處理單元26計(jì)算顯示值27，并隨后呈現(xiàn)在顯示面板上。
[0073]圖2顯示了作為直接測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)力單元100的可能結(jié)構(gòu)。固定平行臂111由底座結(jié)構(gòu)支撐。用于接收載荷的可移動(dòng)平行臂112連接到力傳輸桿117，并由平行導(dǎo)軌114可移動(dòng)地約束，其在圖2的實(shí)例中是膜片彈簧的形式。在所示實(shí)施例中，測(cè)量換能器118布置在力傳輸桿117的下端，線圈連接到可移動(dòng)平行臂112，磁體系統(tǒng)119附接到固定平行臂
III。在可能的可替換結(jié)構(gòu)中，測(cè)量換能器118可以布置在平行導(dǎo)軌114之間的空間中和/或借助磁體119與線圈120之間的交換空間來(lái)布置。
[0074]圖3是方框圖形式，示出了在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平的測(cè)力裝置和根據(jù)本發(fā)明的測(cè)力裝置I中的功能的序列。放置在盤15上的載荷在載荷接收部件12、112上施加力F，其導(dǎo)致從天平梁17和連接到天平梁17的線圈20或磁體系統(tǒng)19，或者力傳輸桿117和連接到力傳輸桿117的線圈120或磁體系統(tǒng)119的穩(wěn)定位置的位移。換句話說(shuō)，這些元件變得具有不同的位置。由位置傳感器21確定新位置X，相應(yīng)的位置信號(hào)22發(fā)送到位置控制單元23?；谖恢眯盘?hào)22，大多數(shù)情況下包括PID控制器的位置控制單元23連續(xù)確定將系統(tǒng)返回到穩(wěn)定位置所需的線圈電流24的量。作為線圈電流24的結(jié)果，線圈20、120產(chǎn)生磁場(chǎng)，并產(chǎn)生作用在磁體系統(tǒng)19、119與線圈20之間的補(bǔ)償力25，其分別將天平梁17或力傳輸桿117移動(dòng)回到穩(wěn)定位置。相同的事件鏈不斷自身重復(fù)，由此將系統(tǒng)調(diào)節(jié)或保持在穩(wěn)定位置。這個(gè)控制環(huán)路動(dòng)態(tài)地校正天平梁17或力傳輸桿117的位移，即每秒數(shù)次，例如在500Hz到1kHz的頻率范圍中。
[0075]由于線圈電流24表示對(duì)補(bǔ)償力25的直接測(cè)量，由處理單元26基于線圈電流24的測(cè)量值計(jì)算在載荷接收器上的載荷的重式力，并作為顯示結(jié)果27呈現(xiàn)。顯示值27的計(jì)算還包括額外的因素，例如環(huán)境溫度和磁體溫度，以及與時(shí)間相關(guān)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。
[0076]在現(xiàn)有技術(shù)水平的測(cè)力裝置I中，根據(jù)以下顯示的等式計(jì)算顯示值27
[0077]F=f (I, T, t)
[0078]其中，線圈電流24和與溫度相關(guān)的因子作為獨(dú)立參數(shù)進(jìn)入計(jì)算中。另外，計(jì)算包括與時(shí)間相關(guān)的運(yùn)算，用以補(bǔ)償在通電階段期間或借助載荷變化而出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。這個(gè)方面在傳遞函數(shù)中解決，其具有專門用于給定類型的測(cè)力單元的常數(shù)，除了其他因子以外，包括天平梁17的杠桿比，用于從線圈20的補(bǔ)償力25到設(shè)置在載荷接收部件12上的重式力或質(zhì)量的轉(zhuǎn)換。為了在顯示面板上連續(xù)呈現(xiàn)顯示值27，而不是僅在天平梁17或力傳輸桿117準(zhǔn)確處于穩(wěn)定位置時(shí)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力裝置中的顯示值27進(jìn)行電子濾波，即借助傳遞函數(shù)形成時(shí)間相關(guān)平均值。線圈電流由位置控制單元根據(jù)以下函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)
[0079]I=f (F, z, T, t)
[0080]除了溫度(T)效應(yīng)和動(dòng)態(tài)效應(yīng)(t)以外，它還有可考慮干擾量(z)。
[0081]在測(cè)力裝置的組裝過(guò)程完成后，在工廠將傳遞函數(shù)的一些常數(shù)存儲(chǔ)在處理單元26中。這些常數(shù)僅對(duì)于在穩(wěn)定位置的線圈20、120的調(diào)節(jié)中的穩(wěn)定狀態(tài)有效，因?yàn)槿缜八觯朋w系統(tǒng)19、119的磁場(chǎng)并非完全均勻的，或者因?yàn)槲恢脺y(cè)量中、撓性樞軸16中、或彈性構(gòu)件或膜片中、或杠桿減小中的非線性。
[0082]在測(cè)力裝置I的振動(dòng)、振蕩或其他干擾存在時(shí)，僅基于線圈電流24計(jì)算的載荷接收器上的載荷的重量的顯示值27易遭受誤差，因?yàn)闉榫€圈20、120的精確穩(wěn)定位置而校準(zhǔn)的傳遞函數(shù)的常數(shù)不再以完美的精度而適用?；谠诰€圈20、120沒(méi)有處于穩(wěn)定位置時(shí)的線圈電流24的量而計(jì)算的重式力F'因此不同于天平盤上的載荷的實(shí)際重式力F。
[0083]根據(jù)本發(fā)明的確定重式力的方法的特征在于處理單元26額外使用位置傳感器21的位置信號(hào)22，即線圈20、120自其穩(wěn)定位置的位移量，用于顯示值27的計(jì)算，顯示值對(duì)應(yīng)于在天平盤上的重量的重量值。為了在數(shù)學(xué)上結(jié)合線圈電流24的量與線圈20、120的位移量來(lái)確定重量，將傳遞模塊30作為算術(shù)指令存儲(chǔ)在處理單元26中。這在圖3中以虛線示出。代替位置信號(hào)22，也可以向處理單元26發(fā)送輸入信號(hào)，其包含關(guān)于位置X的相同信息，即線圈20、120相對(duì)于磁體系統(tǒng)19、119的位置。這在圖3中以點(diǎn)劃線示出。例如，可以使用第二附加傳感器28，例如加速度傳感器、速度傳感器、測(cè)角傳感器或位置傳感器，以便向處理單元26提供各自的信息。根據(jù)本發(fā)明的方法的顯示值27的計(jì)算從而基于公式
[0084]F=f (X, I, T, t)
[0085]其中，溫度T和計(jì)算顯示值的時(shí)刻再次對(duì)顯示值具有影響。測(cè)力裝置I從而也能夠?qū)⒕€圈20、120自其穩(wěn)定位置的位移輸入到顯示值27的計(jì)算中，結(jié)果，同樣考慮了非線性，例如磁體系統(tǒng)19、119的不均勻性，以及位置測(cè)量中、平行導(dǎo)軌14、114中、尤其是撓性樞軸16中或彈性構(gòu)件或膜片中、或杠桿減小中的非線性。這改進(jìn)了位置信號(hào)22、22,的數(shù)量值，其在顯示值27的計(jì)算中被考慮，但沒(méi)有影響由位置控制單元23執(zhí)行的調(diào)節(jié)功能。
[0086]圖4到6以位置/電流圖的形式顯示了不同測(cè)力裝置I的系統(tǒng)特性曲線，和它們?nèi)绾斡绊懱幚韱卧?6中顯示值27的計(jì)算。每一幅圖都顯示了具有撓性樞軸16或彈性構(gòu)件和磁體系統(tǒng)19、119的理想狀態(tài)的理想的測(cè)力裝置I的系統(tǒng)特性曲線A，以及用于具有撓性樞軸16或彈性構(gòu)件的理想狀態(tài)，和磁體系統(tǒng)19、119的基于實(shí)際的狀態(tài)的測(cè)力裝置I的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)特性曲線Bitj水平軸上用于100%和-100%及用于10%和-10%的標(biāo)記定義了線圈20、120相對(duì)于磁體系統(tǒng)19、119的偏移位置。
[0087]在圖4中，系統(tǒng)特性曲線A顯示為直線，這表示在理想條件下，線圈20、120自其穩(wěn)定位置的位移以線性關(guān)系轉(zhuǎn)換為電流24的變化。與此相反，系統(tǒng)特性曲線Bi反映了實(shí)際發(fā)生的情況，即前述的磁體系統(tǒng)19、119的不均勻性。如果力F施加到載荷接收部件12、112上，位置X改變，位置控制單元23從位置傳感器21接收相應(yīng)的位置信號(hào)22?；诰€圈電流Ia的測(cè)量，處理單元26計(jì)算顯示值27，如圖4中由虛線箭頭所示的。一旦在調(diào)節(jié)操作結(jié)束時(shí)線圈20、120返回到穩(wěn)定位置，此時(shí)測(cè)量的電流Itl將與作用于載荷接收部件上的力F成比例。
[0088]如上所述，系統(tǒng)特性曲線A不足以反映實(shí)際情況，即它只是實(shí)際狀態(tài)的不準(zhǔn)確表示。由于磁體系統(tǒng)19、119的不均勻性和撓性樞軸16或彈性構(gòu)件的非線性恢復(fù)力，如圖4中曲線Bi所示的，需要至少二階的傳遞函數(shù)，以便表示實(shí)際狀態(tài)。這樣，當(dāng)處理單元接收位置信號(hào)22、22'時(shí)，它應(yīng)真實(shí)地計(jì)算對(duì)應(yīng)于線圈電流Ib的顯示值27。在系統(tǒng)特性曲線A與B之間的差異在穩(wěn)定位置附近較小，因?yàn)樵诜€(wěn)定位置周圍，系統(tǒng)特性曲線與磁體系統(tǒng)19、119的狀態(tài)匹配。使用曲線A的結(jié)果是為處理單元26提供不準(zhǔn)確的電流信號(hào)用于顯示值的計(jì)算。
[0089]為了改正計(jì)算顯示值中的這個(gè)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的處理單元26額外地，即除了線圈電流24的量以外，還使用位置傳感器21的位置信號(hào)22 (或位置傳感器28的位置信號(hào)22')和傳遞模塊30，傳遞模塊30存儲(chǔ)在處理單元26的內(nèi)存中。傳遞模塊30例如可以具有傳遞函數(shù)或傳遞表的形式。這意味著根據(jù)本發(fā)明的傳遞模塊30包括用于在天平梁17或力傳輸桿117的整個(gè)位移范圍內(nèi)多個(gè)位置X的前述傳遞因子k的值。在顯示值27的計(jì)算中，處理單元26基于由處理單元26接收的位置信號(hào)22、22'，并基于載荷接收部件上的載荷，選擇傳遞因子27。換句話說(shuō)，傳遞模塊30是計(jì)算指令，除了其他的以外，其還取決于位置X，從而在線圈電流24的量與線圈20、120從穩(wěn)定位置的位移量之間建立相關(guān)性。
[0090]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如上所述的傳遞模塊30取決于稱重載荷的質(zhì)量，這表示傳遞模塊30的參數(shù)與稱重載荷的特定量相關(guān)聯(lián)。這在圖5中以不同的傳遞函數(shù)B1A2和B3示出。施加在載荷接收器12、112上的力越強(qiáng)，傳遞函數(shù)Bi就將越多地彎曲離開(kāi)直線曲線A。傳遞函數(shù)B3的曲線向上彎曲。這個(gè)形狀是力反轉(zhuǎn)了其方向的測(cè)量換能器18、118的特性，如圖例如推/拉系統(tǒng)中的情況。傳遞模塊30因此包括至少一個(gè)傳遞函數(shù)，其具有相應(yīng)的參數(shù)，該參數(shù)用于在傳遞函數(shù)最接近于符合作用于載荷接收器上的力的點(diǎn)確定顯示值27，或者在兩個(gè)傳遞函數(shù)的各自參數(shù)之間進(jìn)行內(nèi)插。
[0091]圖6示出了以穩(wěn)定位置為中心的振蕩和/或振動(dòng)的影響。放大了穩(wěn)定位置周圍的區(qū)域，以使得X軸的可見(jiàn)部分僅從位置X的范圍的-10%延伸到+10%。位置信號(hào)22、22'的振蕩近似地顯示為正弦曲線，其相對(duì)于穩(wěn)定位置對(duì)稱。在具有系統(tǒng)特性曲線A的理想的測(cè)力裝置I中，振蕩會(huì)導(dǎo)致關(guān)于平均值Ita振蕩的電流IA。依據(jù)實(shí)際發(fā)生的、由系統(tǒng)特性曲線Bi示出的狀態(tài)，位置X的振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換為線圈電流信號(hào)IB。這個(gè)電流信號(hào)Ib反映了實(shí)際發(fā)生的，是由傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換的不對(duì)稱失真信號(hào)，導(dǎo)致電流Ib的平均值相對(duì)于Ia的偏差M。
[0092]比較電流14和Ib的兩個(gè)平均值，平均值的偏差M變得明顯。在沒(méi)有本發(fā)明的方法的情況下，顯示值27因此也會(huì)遭受到偏差。這個(gè)偏差M以兩個(gè)彼此相對(duì)的箭頭在圖6中縱軸(I軸)上示出。
[0093]為了使處理單元26能夠根據(jù)實(shí)際狀態(tài)計(jì)算顯示值27，將傳遞模塊30存儲(chǔ)在處理單元的存儲(chǔ)器中。傳遞模塊30為顯示值27定義了計(jì)算指令，具有作為輸入變量的位置X和線圈電流24，并且還包括參數(shù)。如前所述，它可以具有傳遞函數(shù)或傳遞表的形式。
[0094]可以根據(jù)以下方案一個(gè)來(lái)確定傳遞模塊30的值和/或參數(shù)。有利地，在測(cè)力裝置I的生產(chǎn)過(guò)程中，特別是在調(diào)整階段過(guò)程中執(zhí)行傳遞模塊30的值和/或參數(shù)的確定?？梢詥为?dú)為每一個(gè)測(cè)力裝置I生產(chǎn)傳遞模塊30，或者可以為同類測(cè)力裝置I確定通用傳遞模塊30。通用傳遞模塊可以基于多個(gè)在前確定的傳遞模塊30的算術(shù)平均值，其隨后可以用于同類的所有測(cè)力裝置I。另一個(gè)可能是在顧客設(shè)施的設(shè)備的安裝地點(diǎn)確定傳遞模塊30。這可以通過(guò)使用以下說(shuō)明的過(guò)程短時(shí)間內(nèi)完成。
[0095]在不做出物理改變的情況下，根據(jù)規(guī)定條件，在測(cè)量并記錄測(cè)量量的測(cè)量值與真實(shí)值的偏差的意義上使用術(shù)語(yǔ)“校準(zhǔn)”。如果做出改變以校正偏差，則使用術(shù)語(yǔ)“調(diào)整”。例如，在調(diào)整天平的過(guò)程中，通過(guò)由受過(guò)訓(xùn)練的技術(shù)人員在特定元件的設(shè)置中做出改變來(lái)手動(dòng)微調(diào)其函數(shù)，或者通過(guò)由用戶執(zhí)行的半自動(dòng)過(guò)程，其中可以是外部附件或者是天平的內(nèi)置部件的參考重量放置在載荷接收器上，或者如果天平配備了自動(dòng)啟動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的話，通過(guò)自動(dòng)過(guò)程來(lái)校正偏差。
[0096]在確定傳遞函數(shù)30的值和/或參數(shù)的可能性中，第一方案是改變線圈20、120的位移，并基本上同時(shí)測(cè)量與線圈20、120的位移相關(guān)的線圈電流24的量。可替換地，作為第二可能的方案，可以通過(guò)改變線圈電流24的量，并通過(guò)基本上同時(shí)通過(guò)測(cè)量與線圈電流24的量相關(guān)的線圈20、120的位移來(lái)確定傳遞函數(shù)30的值和/或參數(shù)。
[0097]作為確定傳遞函數(shù)30的值和/或參數(shù)的第三可能的方案，相關(guān)于線圈電流24的量，分析存在振動(dòng)時(shí)線圈20、120的位移。這個(gè)過(guò)程可以在特別為此目的設(shè)計(jì)的振動(dòng)臺(tái)上的校準(zhǔn)階段過(guò)程中執(zhí)行，或者在測(cè)力裝置I的正常運(yùn)行過(guò)程中的安裝地點(diǎn)執(zhí)行。確定傳遞函數(shù)30的值和/或參數(shù)的該第三方案在測(cè)重秤中是優(yōu)選使用的。
[0098]如果測(cè)力裝置I配備了內(nèi)部校準(zhǔn)重量，內(nèi)部校準(zhǔn)重量連接到載荷接收部件并可以在需要校準(zhǔn)時(shí)聯(lián)接或斷開(kāi)聯(lián)接，測(cè)力裝置能夠根據(jù)菜單控制或自主地執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)前述可能的方案或者參數(shù)的確定。
[0099]圖7和8中的曲線示出了由本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)(點(diǎn)劃線)的顯示值27的改進(jìn)，其相比于在天平中具有杠桿系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力裝置(虛線)，天平以在地球表面上重力加速度的約0.2m/s2或2%的加速度幅度振蕩。顯示值27的這個(gè)改進(jìn)也稱為魯棒性。圖中的橫坐標(biāo)以激發(fā)頻率(Hz)的單位分刻度，縱軸以顯示值27相對(duì)于在載荷接收器上的載荷的重量的偏差的百萬(wàn)分之一 [ppm]分刻度。圖7和8的兩個(gè)曲線關(guān)于相同的測(cè)力裝置1，其具有O到400克的稱重范圍。圖7示出了當(dāng)測(cè)力裝置操作于零點(diǎn)時(shí)，即沒(méi)有力施加到載荷接收部件12上的情況下的狀態(tài)。圖8示出了在400克稱重載荷情況下的魯棒性。依據(jù)圖7和8，顯然，在這個(gè)實(shí)例的情況下，可以在低振蕩頻率下實(shí)現(xiàn)巨大的高達(dá)10倍的改進(jìn)(即測(cè)力裝置I對(duì)振蕩和/或振動(dòng)較高程度的魯棒性)，而在較高頻率下，點(diǎn)劃線(本發(fā)明的方法)和虛線(現(xiàn)有技術(shù))漸進(jìn)地彼此接近。
[0100]通過(guò)在動(dòng)態(tài)測(cè)重秤的測(cè)力裝置I中使用本發(fā)明的方法，可以實(shí)現(xiàn)如圖9中所示的更快的重量測(cè)量。要稱重的產(chǎn)品從供料輸送機(jī)帶移動(dòng)到稱重輸送機(jī)帶，并從稱重輸送機(jī)帶移動(dòng)到輸出輸送機(jī)帶。這個(gè)移動(dòng)導(dǎo)致稱重輸送機(jī)帶中的振蕩，結(jié)果也導(dǎo)致顯示值27的振蕩，因此，位置控制單元23以使得天平梁17或力傳輸桿117返回到穩(wěn)定位置的方式來(lái)調(diào)節(jié)線圈電流24。具有現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力裝置的測(cè)重秤的顯示值的信號(hào)F' A沿著漸近曲線F' M，它由于平均值的偏差M (參見(jiàn)圖6)而與最終值不同，但隨著振蕩減退，平均值的偏差M同時(shí)減小，逐漸穩(wěn)定到后者。根據(jù)本發(fā)明的方法確定顯示值27的測(cè)力裝置I從開(kāi)始即穩(wěn)定在最終值。以相同的電濾波器獲得的兩個(gè)濾波信號(hào)曲線F' &與!^ Bm2間的差異明顯，并在大約一個(gè)半振蕩周期后達(dá)到其各自的平均值F, a與P B。盡管在時(shí)間間隔^后信號(hào)F, Bm已經(jīng)在目標(biāo)值的公差帶內(nèi)，但信號(hào)F' Bm僅在比tB更長(zhǎng)的時(shí)間間隔扒后達(dá)到公差帶內(nèi)。目標(biāo)值的公差帶定義閾值，在此顯示值27開(kāi)始滿足稱重過(guò)程所需的精度。結(jié)果，顯示值27到達(dá)公差帶內(nèi)越快，產(chǎn)品就可以越快地移動(dòng)通過(guò)稱重輸送機(jī)帶。結(jié)果，可以收緊所需精度，即設(shè)定更窄的公差，但仍在相同的時(shí)間tA中到達(dá)公差帶內(nèi)。借助后一選擇，產(chǎn)品的生產(chǎn)量保持相同，而顯示值27的精度增大。
[0101]盡管通過(guò)提供特定實(shí)施例來(lái)說(shuō)明了本發(fā)明，但顯然，基于本發(fā)明的教導(dǎo)，可以產(chǎn)生許多進(jìn)一步的變化形式，例如通過(guò)彼此組合單個(gè)實(shí)施例的特征，和/或在實(shí)施例之間交換單個(gè)功能單元。
[0102]參考標(biāo)記列表
[0103]I測(cè)力裝置
[0104]100直接測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)力單元
[0105]IlUll固定部件
[0106]12、112 載荷接收部件
[0107]13聯(lián)接器構(gòu)件
[0108]14、114 平行導(dǎo)軌
[0109]15稱重盤
[0110]16撓性樞軸
[0111]17天平梁
[0112]117力傳輸桿
[0113]18、118 測(cè)量換能器
[0114]19、119 磁體系統(tǒng)
[0115]20、120 線圈
[0116]21位置傳感器
[0117]22、22' 位置信號(hào)
[0118]23位置控制單元
[0119]24線圈電流大小，電流強(qiáng)度
[0120]25補(bǔ)償力
[0121]26處理單元
[0122]27顯示值
[0123]28附加位置傳感器
[0124]30傳遞模塊
[0125]A理想的系統(tǒng)特性曲線
[0126]BpBpByB3真實(shí)的基于現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)特性曲線
[0127]10在天平梁的穩(wěn)定位置的線圈電流
[0128]Ia根據(jù)理想的系統(tǒng)特性曲線操作時(shí)的線圈電流
[0129]Ib根據(jù)真實(shí)的基于現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)特性曲線操作時(shí)的線圈電流
[0130]Iam根據(jù)理想的系統(tǒng)特性曲線操作時(shí)的線圈電流的平均值
[0131]Ibm根據(jù)真實(shí)的基于現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)特性曲線操作時(shí)的線圈電流的平均值
[0132]F作用于載荷接收部上的力
[0133]F'為力計(jì)算的值
[0134]X天平梁的位置
[0135]z干擾量
[0136]Ti溫度信號(hào)
[0137]t傳遞函數(shù)中的時(shí)間變量
[0138]M平均值的偏差
[0139]F'A現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)重秤的顯示值27的信號(hào)曲線
[0140]F'B本發(fā)明的測(cè)重秤的顯示值27的信號(hào)曲線
[0141]F'μ從目標(biāo)最終值偏離的直線部分
[0142]F'AM現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)重秤的顯示值27的濾波信號(hào)
[0143]F'BM本發(fā)明的測(cè)重秤的顯示值27的濾波信號(hào)
[0144]tA到達(dá)現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)重秤的公差帶內(nèi)的時(shí)間
[0145]tB到達(dá)本發(fā)明的測(cè)重秤的公差帶內(nèi)的時(shí)間
【權(quán)利要求】
1.確定由測(cè)力裝置(I)上的載荷施加的重式力的方法，所述測(cè)力裝置根據(jù)電磁力補(bǔ)償原理操作并且包括 -測(cè)量換能器(18、118)，具有線圈(20、120)，所述線圈布置在磁體系統(tǒng)(19、119)中以便相對(duì)于后者可移動(dòng)并且可以傳送電流(24 )， -力傳輸機(jī)械連接，位于載荷接收部件(12、112)與所述測(cè)量換能器(18、118)的所述線圈(20、120)或磁體系統(tǒng)(19、119)之間，以及 -位置傳感器(21、28)，其用于確定所述線圈(20、120)自其穩(wěn)定位置相對(duì)于所述磁體系統(tǒng)(19、119)的位移，所述位移由將所述載荷放置在所述載荷接收部件(12、112)上而產(chǎn)生，其中，流過(guò)所述線圈(20、120)的所述電流(24)具有在所述線圈(20、120)與所述磁體系統(tǒng)(19、119)之間產(chǎn)生電磁力的功能，由此使所述線圈(20、120)和連接到所述線圈(20、120)或所述磁體系統(tǒng)(19、119)的所述載荷接收部件(12、112)返回到和/或保持在所述穩(wěn)定位置， 其特征在于:使用所述電流(24)的大小和所述線圈(20、120)自其穩(wěn)定位置的位移量來(lái)確定所加載的載荷施加的所述重式力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定重式力的方法，其特征在于: 借助于向位置控制單元(23)提供輸入信號(hào)的相同的位置傳感器(21)來(lái)確定所述線圈(20、120)自其穩(wěn)定位置的位移量，所述位置控制單元(23)調(diào)節(jié)通過(guò)所述線圈(20、120)的所述電流(24)，以使得所述線圈(20、120)和連接到所述線圈(20、120)或所述磁體系統(tǒng)(19、119)的所述載荷接收部件(12、112)通過(guò)所述線圈(20、120)與所述磁體系統(tǒng)(19、119)之間的所述電磁力返 回到所述穩(wěn)定位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定重式力的方法，其特征在于: 借助附加的位置傳感器(28)來(lái)確定所述線圈(20、120)自其穩(wěn)定位置的位移量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項(xiàng)所述的確定重式力的方法，其特征在于: 使用傳遞模塊(30)以確定由所述載荷施加的所述重式力，所述傳遞模塊包括算術(shù)指令，所述傳遞模塊存儲(chǔ)在處理單元(26)中并將所述電流(24)的大小和所述線圈(20、120)自其穩(wěn)定位置的位移量與所述重式力的確定相關(guān)聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的確定重式力的方法，其特征在于: 所述傳遞模塊(30)存儲(chǔ)為傳遞表，在所述傳遞表中，所述線圈(20、120)自其穩(wěn)定位置的位移量的值和所述線圈電流(24)的大小的值與所加載的載荷的所述重式力的值相關(guān)聯(lián)，和/或所述傳遞模塊(30)存儲(chǔ)為傳遞函數(shù)，所述傳遞函數(shù)具有至少一個(gè)參數(shù)，并且使用至少所述線圈電流(24)的大小和所述線圈(20、120)自其穩(wěn)定位置的位移量作為輸入量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的確定重式力的方法，其特征在于: 所述傳遞函數(shù)的所述至少一個(gè)參數(shù)存儲(chǔ)為參數(shù)表和/或系統(tǒng)特性曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6中的一項(xiàng)所述的確定重式力的方法，其特征在于: 所述傳遞函數(shù)的所述至少一個(gè)參數(shù)是載荷相關(guān)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中的一項(xiàng)所述的確定重式力的方法，其特征在于: 通過(guò)改變所述線圈(20、120)的位移以及通過(guò)基本同時(shí)測(cè)量與所述線圈的位移相關(guān)聯(lián)的所述線圈電流(24)的大小，和/或通過(guò)改變所述線圈電流(24)的大小以及通過(guò)基本同時(shí)測(cè)量與所述線圈電流(24 )的大小相關(guān)聯(lián)的所述線圈(20、120 )的位移，和/或通過(guò)在存在振動(dòng)的情況下，與所述線圈電流(24)的大小相關(guān)地分析所述線圈(20、120)的位移來(lái)確定所述傳遞表的值和/或所述傳遞函數(shù)的所述至少一個(gè)參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的確定重式力的方法，其特征在于: 在所述載荷接收部件(12、112)上放置和不放置重量的情況下，進(jìn)行所述傳遞表的值的確定和/或所述傳遞函數(shù)的所述至少一個(gè)參數(shù)的確定，其中，所述重量可以是從外部設(shè)置在所述載荷接收部件(12、112)上的重量，或者是借助機(jī)構(gòu)內(nèi)部地接合的重量。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中的一項(xiàng)所述的確定重式力的方法，其特征在于: 單獨(dú)為每一個(gè)測(cè)力裝置(I)生成所述傳遞模塊(30)，或者生成對(duì)相同類型的測(cè)力裝置(I)通用所述傳遞模塊。
11.測(cè)力單元，根據(jù)電磁力補(bǔ)償原理工作，用于重量測(cè)定測(cè)力裝置(I)，所述重量測(cè)定測(cè)力裝置用于根據(jù)權(quán)利要求1至10中的一項(xiàng)來(lái)確定重式力。
12.計(jì)算機(jī)程序，用于在根據(jù)電磁力補(bǔ)償原理工作的重量測(cè)定測(cè)力裝置(I)中實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1至10中的一項(xiàng)所述的確定重式力的方法，其中，產(chǎn)生所述重式力(F)的顯示值(27)作為所述程序的輸出，以及將至少所述線圈電流(24)的大小和所述線圈(20、120)自其穩(wěn)定位置的位移量用作輸入。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于實(shí)現(xiàn)確定重式力的方法的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于: 時(shí)間信號(hào)和至少一個(gè)溫度信號(hào)附加地用作輸入量。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13中的一項(xiàng)所述的用于實(shí)現(xiàn)確定重式力的方法的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于: 所述計(jì)算機(jī)程序根據(jù)權(quán)利要求3至10中的一項(xiàng)調(diào)用傳遞模塊(30)。
15.測(cè)重系統(tǒng)，用于對(duì)物體稱重，包括用于載入所述稱重物體的供料輸送機(jī)帶、用于載出所述稱重物體的輸出輸送機(jī)帶以及連接到測(cè)力裝置(I)的稱重輸送機(jī)帶，其特征在于: 在終端中借助根據(jù)權(quán)利要求12至14中的一項(xiàng)所述的計(jì)算機(jī)程序來(lái)執(zhí)行所述重式力的確定。
【文檔編號(hào)】G01G7/02GK104075783SQ201410119771
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】D·施拉格, D·魯普, C·特勞特魏勒, H-R·布克哈德 申請(qǐng)人:梅特勒-托利多公開(kāi)股份有限公司