專利名稱：帶有水準(zhǔn)器的電子秤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子秤，所述電子秤具有傳感裝置、數(shù)字信號處 理單元、數(shù)字顯示器、由在形成氣泡的情況下被部分地以液體填充的 容器組成的水準(zhǔn)器(所述容器)，并且具有在數(shù)字信號處理單元中的 程序部分或者電路構(gòu)件，用來檢測氣泡的偏移。
背景技術(shù)：
這種類型的秤是普遍公知的并且例如在DE 32 34 372 C2中有所介 紹。在此，水準(zhǔn)器的電信號用于基于余弦效應(yīng)對秤的在傾斜狀況中所 產(chǎn)生的誤差進(jìn)行數(shù)字的校正。由此，不再有必要將秤借助調(diào)節(jié)腳安設(shè) 到精確的水平位置。
但是因?yàn)橛糜谒疁?zhǔn)器的開支相對于用處而言顯得過大，所以該秤 在實(shí)踐中未被實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，對開頭所述類型的秤進(jìn)行如下改進(jìn)， 以使得水準(zhǔn)器提供對于秤的信號處理的附加的用處。
這根據(jù)本發(fā)明以如下方式實(shí)現(xiàn)，即附加地存在電路構(gòu)件或者程序 部分，用于檢測氣泡的直徑。
水準(zhǔn)器的氣泡不僅在傾斜狀況中漂移，而且附加地依賴于作用的 重力加速度而改變其直徑。在重力加速度很大時(shí)，氣泡變薄并且具有 較大的直徑，在重力加速度較小時(shí)，氣泡由于表面張力而更多地向球 形構(gòu)造的方向變化，氣泡的直徑較小。在重力加速度變化時(shí)，即在垂直地振動(dòng)時(shí)，氣泡的直徑也同步地改變。由直徑信號的變化可以推導(dǎo) 出振動(dòng)的大小和相位。由此，數(shù)字信號處理單元一方面可以由關(guān)于偏 移的信號來將傾斜狀況對秤量結(jié)果的影響進(jìn)行公知的校正，另一方面， 可以基于直徑信號對振動(dòng)影響進(jìn)行校正。
如果氣泡的位置例如光學(xué)地通過兩個(gè)光敏元件-例如光電二極管-在氣泡的邊緣被探測，那么從這兩個(gè)光敏元件的信號的差得出偏移。 而優(yōu)選通過兩個(gè)光敏元件的信號的和而獲知?dú)馀莸闹睆?。由此，對?br> 直徑不需要額外的采樣傳感器(Abtastsensor)，而是對現(xiàn)有傳感器的 信號的另外的評估便足夠了。-同樣適用的是，對氣泡的位置進(jìn)行電探


下面借助示意圖對本發(fā)明進(jìn)行闡述。
其中
圖l示出具有帶光學(xué)位置探測裝置的水準(zhǔn)器的秤的主要部分的剖
面圖，
圖2示出來自圖1的水準(zhǔn)器的光敏元件的布置， 圖3示出在重力加速度很小時(shí)，來自圖l的水準(zhǔn)器的氣泡形狀， 圖4示出在重力加速度較大時(shí)，來自圖l的水準(zhǔn)器的氣泡形狀， 圖5示出對干擾進(jìn)行校正的圖解示圖，以及
圖6示出用來模擬地測量氣泡的偏移以及氣泡的直徑的可行的電路。
具體實(shí)施例方式
圖l中的電子秤由固定于殼體的支撐件l組成，負(fù)載件2在該支撐件 l上通過帶鉸鏈部位6的導(dǎo)桿4和5在垂直方向上可運(yùn)動(dòng)地固定。負(fù)載件 在其上部承載有用來接納秤量物的載物盤3并且將相應(yīng)于秤量物的質(zhì) 量的力通過具有薄細(xì)部位12和13的聯(lián)接元件9傳遞到傳送桿7的較短桿臂上。傳送桿7通過十字彈簧鉸鏈8支承在支撐件1上。在傳送桿7的較 長的桿臂上作用有補(bǔ)償力，該補(bǔ)償力通過被電流穿流的線圈ll在永磁
體系統(tǒng)10的空氣間隙中產(chǎn)生。補(bǔ)償電流的大小以已知的方式通過位置 傳感器16和調(diào)節(jié)放大器14如此地調(diào)節(jié)，使得在秤量物的重量與電磁補(bǔ) 償力之間出現(xiàn)平衡。補(bǔ)償電流在測量電阻15處產(chǎn)生測量電壓，該測量 電壓被輸送給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器17。數(shù)字化的結(jié)果被數(shù)字信號處理單元18接 收并且數(shù)字地顯示在顯示器19上。
這種類型的秤在其結(jié)構(gòu)和其功能方面是普遍公知的，從而前面僅 對這種秤進(jìn)行簡短而概要的闡述。
另外，將電水準(zhǔn)器20裝入該秤。電水準(zhǔn)器20由透明的容器21組成， 該容器21部分地以液體22填充，從而氣泡23在容器21的最高的部位形 成。由于容器21的上分界面的彎曲，該氣泡23的位置是依賴于秤的傾 斜狀況的；在圖中，該彎曲被強(qiáng)烈夸張地繪出。在容器21的下方居中 地布置有發(fā)光二極管24，該發(fā)光二極管24將其發(fā)射出的光束垂直向上 地穿過下容器壁、液體22、氣泡23以及上容器壁地發(fā)送。在那里，未 被吸收的光束被兩個(gè)光敏元件-例如兩個(gè)光電二極管-25和25'紀(jì)錄。液 體22這時(shí)被這樣選擇或者說染色，從而液體22部分地吸收發(fā)光二極管 的光束，從而到達(dá)光敏元件25和25'的光束量強(qiáng)烈地依賴于所透過的液 體厚度進(jìn)而依賴于氣泡23的位置。發(fā)光二極管24由電流供應(yīng)單元28供 應(yīng)恒定的電流。光敏元件25和25'的輸出信號在兩個(gè)放大器26中放大并 且通過多路開關(guān)29輸送給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器27并且在那里數(shù)字化。于是，數(shù) 字信號處理單元18可以由水準(zhǔn)器的信號與已知的特征曲線的差計(jì)算出 秤的傾斜狀況并且對由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器17提供的秤系統(tǒng)的測量值進(jìn)行相應(yīng) 的校正。
在圖1中出于概覽的原因，僅示出在一個(gè)方向上對秤的傾斜狀況 的探測。對于在兩個(gè)方向上的探測優(yōu)選利用圓水準(zhǔn)器-大多稱為盒式水 準(zhǔn)器，該圓水準(zhǔn)器具有四個(gè)光敏元件25、 25'、 25"、 25"'，這四個(gè)光敏元件的形狀和布置在圖2中示出。光敏元件25和25'以其差信號得 出在x-方向上的傾斜狀況，光敏元件25，'和25"，相應(yīng)地得出在y-方向 上的傾斜狀況。在光敏元件25"和25"'之后同樣接有各一個(gè)放大器并 且多路開關(guān)29具有兩個(gè)附加的輸入端(未示出)。
重力加速度對氣泡形狀的影響在圖3和4中示出。在重力加速度 很小時(shí)，表面張力的影響占主導(dǎo)并且氣泡的形狀接近于球形，如在圖3 中所示。在重力加速度很高時(shí)，重力加速度的影響更大并且將氣泡擠 壓成更扁平的形狀，如在圖4中所示。在秤垂直地振動(dòng)時(shí)，隨振動(dòng)的 節(jié)奏較高或者較低的重力加速度交替變換。與之相應(yīng)地，氣泡的直徑 隨振動(dòng)的節(jié)奏交替變換。數(shù)字信號處理單元18在此可以由兩個(gè)光敏元 件25和25'的和信號和/或兩個(gè)光敏元件25"和25'"的和信號算出直徑。 當(dāng)然，對于此的前提是多路開關(guān)29和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器27是如此迅速，使 得振動(dòng)的大小和相位能夠正確地再現(xiàn)。而這是沒有問題的，因?yàn)橹饕?振動(dòng)處于大約0.1Hz至10Hz的頻率范圍內(nèi)。具有例如高于50Hz的頻 率的振動(dòng)可以很好地通過常用的數(shù)字濾波器來抑制，從而在該頻率范 圍內(nèi)不必對干擾信號進(jìn)行附加的抑制。
在圖5中示例地示出對在時(shí)間點(diǎn)to上出現(xiàn)的干擾進(jìn)行校正。在分 圖a中示出了如下的干擾，諸如該干擾從外部作用于秤正常的重力加 速度go從時(shí)間點(diǎn)to起被干擾加速度疊加，該干擾加速度以提高的重力 加速度起始并且經(jīng)過一些周期后比較快地衰減。該干擾相稱地在傳感 裝置的信號方面起作用，如信號例如可以在測量電阻15處被采集并且 如在分圖b中所示的那樣。干擾加速度以同樣的方式作用于氣泡的直 徑，如在分圖c中所示。于是，數(shù)字信號處理單元18可以通過相應(yīng)的 校正算法來校正傳感裝置的信號，使得該干擾在秤的顯示器19中不產(chǎn) 生影響或非常小地產(chǎn)生影響(分圖d)。
每個(gè)專業(yè)人士均可以輕易地設(shè)計(jì)校正算法并且在此例如同樣顧及 到，在秤盤3上的負(fù)荷更大時(shí)，同樣必須進(jìn)行更大的校正。前述內(nèi)容由此出發(fā)，將水準(zhǔn)器20的瞬時(shí)直徑信號直接用于對傳感 裝置的瞬時(shí)信號的校正。這當(dāng)然以如下所述為前提，在校正的頻率范 圍內(nèi)的直徑信號的頻率特征和相位特征與傳感裝置的頻率特征和相位
特征一致。這種一致可以例如通過正確地選擇水準(zhǔn)器的液體22的粘度
而實(shí)現(xiàn)，但是同樣通過對直徑信號進(jìn)行模擬的或者數(shù)字的濾波來實(shí)現(xiàn)。 在執(zhí)行所介紹的振動(dòng)校正之前，同樣也可以以已知的方式對傳感裝置 的信號進(jìn)行濾波。
而可選地也可以實(shí)行更簡單的校正對策，例如數(shù)字信號處理單元
18可以簡單地確定直徑信號變化的平均振幅進(jìn)而簡單地確定干擾加速
度的平均振幅并且基于該信號改變在傳感裝置的信號的濾波中的至少
一個(gè)濾波級在干擾加速度很小時(shí)，傳感裝置的信號僅被很少地濾波， 在干擾加速度很大時(shí)，提高濾波器時(shí)間常數(shù)并且于是盡管裝設(shè)條件更 糟，卻實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的顯示。
在另外的有利的構(gòu)造方案中，僅確定直徑信號的變化的頻率。于
是，例如通過改變模/數(shù)轉(zhuǎn)換器17的采樣頻率而使得，采樣頻率是干擾
頻率的數(shù)倍，以便特別有效地抑制干擾頻率。這自然也可以通過在數(shù)
字信號處理單元18內(nèi)的數(shù)字濾波的相應(yīng)匹配而實(shí)現(xiàn)。于是，該可選方 案自然特別有利的是，干擾加速度不是短期的類型的-如在圖5中假設(shè)
的那樣，而是更長期地作用到秤上。對此的示例是基于平衡惡化的旋 轉(zhuǎn)機(jī)器的結(jié)構(gòu)振動(dòng)。
振動(dòng)校正的迄今所介紹的變動(dòng)方案都基于在數(shù)字信號處理單元18 內(nèi)對測量值傳感器的信號的校正。而同樣可能的是，例如在秤的腳內(nèi) 設(shè)置有執(zhí)行器，該執(zhí)行器對由水準(zhǔn)器測量到的傾斜狀況以及對由水準(zhǔn) 器測量到的振動(dòng)進(jìn)行機(jī)械的校正。針對秤的傾斜狀況，這是公知的并 且例如利用能以電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整的調(diào)整腳來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)利用能在所要求 的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整的執(zhí)行器時(shí)，這針對干擾加速度以相同的方式也是可行的。例如壓電執(zhí)行器就適用于此。于是，這樣的執(zhí)行器例如 在調(diào)節(jié)回路中如此地控制，使得水準(zhǔn)器處的振動(dòng)信號被調(diào)節(jié)到(幾乎) 為零。
之前在帶有光學(xué)的透光水準(zhǔn)器的秤的示例中對本發(fā)明進(jìn)行了介 紹。但是，水準(zhǔn)器的其它構(gòu)造方案也是可行的例如可以將發(fā)光二極 管布置在水準(zhǔn)器的與光敏元件25...25，'，相同的側(cè)上。于是，光敏元件 接收反射光，該反射光同樣依賴于氣泡的位置而改變。于是，發(fā)光二
極管例如布置在圖2中以30表示的位置上。
作為光學(xué)地探測氣泡位置的替代，也可以進(jìn)行電的探測容器21 在其內(nèi)側(cè)設(shè)有居中的電極以及被分為四個(gè)電極扇段的環(huán)形電極，如圖2
所示，則在氣泡位置改變時(shí)，居中電極與各個(gè)電極扇段之間的歐姆電 阻改變。為此，水準(zhǔn)器中的液體必須僅具有適當(dāng)?shù)谋入娮?。同時(shí)電容
性評估也是可行的在氣泡的位置發(fā)生改變時(shí)，電極之間的電容由于 液體22的介電常數(shù)而改變。
前面為了對氣泡23的偏移進(jìn)行二維地探測總是要設(shè)置四個(gè)光敏元 件25...25'"或四個(gè)電極扇段。這對于表示是最簡單的，這是因?yàn)樵趚 方向上和在y方向上的偏移(根據(jù)圖2)直接由對置的光敏元件或電極 扇段的信號差而獲得。而在數(shù)學(xué)上稍微復(fù)雜的是，可以由三個(gè)光敏元 件或三個(gè)電極扇段來確定在x方向或y方向上的偏移，所述三個(gè)光敏 元件或三個(gè)電極扇段布置在等邊三角形的角上。
為了對水準(zhǔn)器的信號進(jìn)行評估，在圖1中設(shè)置為在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器27 中對每個(gè)光敏元件25...25'"的信號進(jìn)行數(shù)字化。而電路也是可行的， 所述電路以模電的方式提供和信號和差信號可供使用。這樣的電路在 圖6中-出于概覽的原因僅對于一個(gè)方向進(jìn)行示出。兩個(gè)光敏元件25 和25'(被稱為光電二極管)連同兩個(gè)等大的電阻35和35'—起被接入 第一惠斯通電橋。于是，在橋式放大器37的輸出端可以對差信號進(jìn)行采集。整個(gè)第一電橋又與三個(gè)其它的橋式電阻32、 33和34 —起形成 第二惠斯通電橋，在其橋?qū)翘幫ㄟ^放大器36可以對和信號進(jìn)行采集。 用于惠斯通電橋的供電電壓加在接頭38處。-當(dāng)光敏元件25和25'的信 號相反地變化時(shí)，則第二惠斯通電橋的平衡不改變，即，第二惠斯通 電橋不受光敏元件25和25'的差信號的影響。光敏元件25和25'的信 號的相同的變化以相應(yīng)的方式不會影響到放大器37的輸出信號。放大 器36和37的輸出端也分別僅提供和信號或差信號。
附圖標(biāo)記列表
1固定于殼體的支撐件
2負(fù)載件
3載物盤
4導(dǎo)桿
5導(dǎo)桿
6鉸鏈部位
7傳送桿
8十字彈簧鉸鏈
9聯(lián)接元件
10永磁體系統(tǒng)
11線圈
12薄細(xì)部位
13薄細(xì)部位
14調(diào)節(jié)放大器
15測量電阻
16位置傳感器
17模/數(shù)轉(zhuǎn)換器
18數(shù)字信號處理單元
19顯示器
20傾斜測量器
21透明的容器22液體
23氣泡
24發(fā)光二極管
25、25，光敏元件
25,，、25"，光敏元件
26放大器
27模/數(shù)轉(zhuǎn)換器
28電流供應(yīng)單元
29多路開關(guān)
30發(fā)光二極管的位置/居中電極的位置
32橋式電阻
33橋式電阻
34橋式電阻
35、35，電阻
36橋式放大器
37橋式放大器
38供電電壓的接頭
權(quán)利要求
1.電子秤，所述電子秤具有傳感裝置(1...16)、數(shù)字信號處理單元(18)、數(shù)字顯示器(19)、由在形成氣泡(23)的情況下被部分地以液體(22)填充的容器(21)組成的水準(zhǔn)器(20)，以及具有在所述數(shù)字信號處理單元(18)中的程序部分或電路構(gòu)件，用以檢測所述氣泡(23)的偏移，其特征在于，附加地存在電路構(gòu)件(32...36)或程序部分，用來檢測所述氣泡(23)的直徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子秤，其特征在于，對所述氣泡的偏 移的檢測和對所述氣泡(23)的直徑的檢測通過同一光學(xué)輔助構(gòu)件(24、 25...25'")來進(jìn)行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子秤，其特征在于，所述光學(xué)輔助構(gòu) 件由居中地布置的、作為光源的發(fā)光二極管(24)和至少三個(gè)光敏元 件(25、 25'、 25，'、 25"')組成，其中，所述光敏元件作為圓扇段以 圍繞著布置在中軸線上的所述發(fā)光二極管的方式布置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子秤，其特征在于，由每兩個(gè)對置的 光敏元件(25、 25，； 25'，、 25"')的差信號導(dǎo)出所述氣泡(23)的偏 移并且由至少兩個(gè)光敏元件(25、 25'、 25"、 25"')的和信號導(dǎo)出所 述氣泡(23)的直徑的變化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子秤，其特征在于，對所述氣泡(23) 的偏移的所述檢測和對所述氣泡(23)的直徑的所述檢測通過同一電 輔助構(gòu)件來進(jìn)行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子秤，其特征在于，所述電輔助構(gòu)件 由中心的中部電極和分為至少三個(gè)電極扇段的環(huán)形電極組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子秤，其特征在于，由每兩個(gè)對置的電極扇段的差信號導(dǎo)出所述氣泡(23)的偏移并且由至少兩個(gè)電極扇段的和信號導(dǎo)出所述氣泡(23)的直徑的變化。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4或7之一所述的電子秤，其特征在于，所述光敏元件(25、 25'、 25"、 25'")的單個(gè)信號或所述電極扇段的單個(gè)信號被輸送給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(27)，并且在所述數(shù)字信號處理單元(18)中存在程序部分，用以數(shù)字地形成所述單個(gè)信號的差及和。
9. 用來運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子秤的方法，其特征在于，直徑信號被用來校正振動(dòng)對枰的顯示的影響。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在所述數(shù)字信號處理單元(18)中依賴于所述直徑信號來數(shù)字地校正所述傳感裝置(1...16)的信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述直徑信號被用來控制布置在所述電子秤的腳中的執(zhí)行器，并且所述執(zhí)行器反作用于作用到所述秤上的振動(dòng)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，依賴于所述直徑信號的波動(dòng)的振幅地改變存在于所述數(shù)字信號處理單元(18)中的濾波器中的至少一個(gè)的時(shí)間常數(shù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，依賴于所述直徑信號的波動(dòng)的頻率地改變接在所述傳感裝置(1...16)之后的所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(17)的采樣頻率。
全文摘要
對于一種電子秤，所述電子秤具有傳感裝置(1…16)、數(shù)字信號處理單元(18)、數(shù)字顯示器(19)、由在形成氣泡(23)的情況下被部分地以液體(22)填充的容器(21)組成的水準(zhǔn)器(20)，并且具有在數(shù)字信號處理單元(18)中的程序部分或者電路構(gòu)件，用以檢測氣泡(23)的偏移，提出附加地存在電路構(gòu)件或程序部分，用以檢測氣泡(23)的直徑。在秤進(jìn)行垂直振動(dòng)時(shí)，氣泡的直徑發(fā)生改變。由此，傳感裝置(1…16)的在振動(dòng)時(shí)被歪曲的信號在利用直徑信號的情況下被數(shù)字信號處理單元(18)計(jì)算校正。
文檔編號G01G23/00GK101542244SQ200780042645
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者克里斯蒂安·奧爾登多夫, 格爾德·弗雷丹克, 溫弗里德·格拉夫 申請人:賽多利斯股份有限公司