專利名稱：可變電容式衡器的自動檢驗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用可變電容式負(fù)荷元件的衡器，特別涉及一種自動檢驗這種衡器是否妥善工作的裝置。
衡器，特別是商用衡器，除必須滿足一系列性能要求之外，還不能過于昂貴。磅秤必須足以精確地滿足其使用要求，在許多情況下，必須滿足國家計量局的要求。磅秤在使用期間還必須保持所要求的精度。近年來使用的許多稱重磅秤采用應(yīng)變儀負(fù)荷傳感器作為重量檢測元件，在顯示或利用以數(shù)字形式表示的重量之前，通過模擬和數(shù)字電路處理重量信號。信號通路中的諸參量因(例如)元件老化或失靈而引起的相當(dāng)輕微的變化都會給重量指示值帶來不能容許的誤差。
大家都知道，可以在電子磅秤中設(shè)置自動檢驗程序來定期檢定磅秤的精度。例如美國專利4，310，893就公開了一種稱重磅秤中采用應(yīng)變儀負(fù)荷傳感器的自動檢驗程序。在該磅秤中，在每完成一次稱重操作后，磅稱處于無負(fù)載時，將一個足夠精確的模擬信號作為重量模擬信號引入電氣系統(tǒng)中。然后由磅秤的整個模擬和數(shù)字電路處理該檢驗信號，再根據(jù)該檢驗信號將其與事先已存儲的對應(yīng)于磅秤正確操作的基準(zhǔn)數(shù)字值進(jìn)行比較。若比較后的值對應(yīng)于預(yù)定容差范圍內(nèi)的值，則磅秤處于可繼續(xù)進(jìn)行稱重操作的狀態(tài)。若差值不在容差范圍內(nèi)，則可使磅秤不能繼續(xù)稱重。
近來出現(xiàn)了一種采用可變電容式負(fù)荷傳感器作為負(fù)荷檢測元件、用于要求高精度稱重的磅秤，這些磅秤也采用模擬和數(shù)字電路來獲取和處理重量信號，且因采用自動檢驗程序而具有一定的好處。
本發(fā)明對采用可變電容式負(fù)荷傳感器作為負(fù)荷檢測元件的衡器提供自動檢驗。
實施本發(fā)明的衡器包括負(fù)荷響應(yīng)裝置和電容檢測電路，負(fù)荷響應(yīng)裝置裝有隨所加的負(fù)荷而變化的電容，電容檢測電路則用以檢測電容的變化并根據(jù)電容的變化提供重量信號。衡器的精確度是通過改變電容檢測電路中的一個參數(shù)并用該變化的參數(shù)檢驗磅秤是否妥善操作來檢驗的。更詳細(xì)地說，檢驗程序涉及確定隨該參數(shù)的變化而獲得的重量信號的變化。然后將該變化或差值與在標(biāo)定過程中以同樣方式獲得的事先存儲差值進(jìn)行比較，以檢驗衡器的工作情況。
可變電容最好包括一對串聯(lián)連接的電容器，至少其中一個電容器可隨所加的負(fù)荷而變化。配備有促使各電容器儲存預(yù)定電荷的裝置，且各電容器耦合有一個反饋網(wǎng)絡(luò)，用以提供表示各電容器電荷與預(yù)定值之差的反饋信號。反饋信號表示可變電容器的電容量和磅秤上的重量。自動檢驗時，改變反饋網(wǎng)絡(luò)中的一個參數(shù)值以改變該反饋信號。確定未改變的反饋信號與經(jīng)改變的反饋信號之間的差值，再將其與事先存儲的差值進(jìn)行比較，由此檢驗衡器的工作情況。


圖1是實施本發(fā)明的衡器的方框圖。
圖2是本發(fā)明中所采用的電容檢測電路和檢驗電路的一個最佳形式的方框原理圖。
圖3是圖2的一部分，示出了檢驗電路的另一種布局方式。
圖4是自動檢驗程序的例行程序的流程圖。
如圖1所示，實施本發(fā)明的衡器包括一可變電容式負(fù)荷傳感器20和一電容檢測電路22。負(fù)荷傳感器20可以包括例如一固定構(gòu)件和/或一個或一個以上的可動構(gòu)件，所述可動構(gòu)件可隨所加的負(fù)荷偏向或偏離固定構(gòu)件和/或彼此分離。附在各構(gòu)件上的對置板形成一個或一個以上的電容器，所述電容器的電容值隨所加負(fù)荷而變化。各板最好配置得使其形成一對微分電容器，在所加負(fù)荷的作用下，一個電容器的電容值增加，而另一個電容器的電容值減少。美國專利4，799，558示出了可變電容式負(fù)荷傳感器的一些例子。
負(fù)荷傳感器20的各電容器在電容檢測電路22中是在電氣上串聯(lián)連接的。電路22產(chǎn)生表示負(fù)荷傳感器20的可變電容因而也表示負(fù)荷傳感器20上的重量的模擬信號。來自電路22的該模擬重量信號加到模-數(shù)轉(zhuǎn)換器25上，在那里被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，然后傳送到帶有關(guān)聯(lián)存儲器30的微計算機(jī)28中。各數(shù)字信號在微計算機(jī)28中以任何所希望的方式加以處理，重量的數(shù)字指示連同其它所希望顯示的信息則加到顯示器31上。
圖1的稱重系統(tǒng)是在帶有關(guān)聯(lián)存儲器30的微計算機(jī)28的控制下工作的。微計算機(jī)為監(jiān)視和控制稱重操作而編程，對重量信號進(jìn)行各種處理，并將它們加到顯示器31上，這一切都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所周知的。微計算機(jī)28最好包括一個由英特爾公司制造的80C51FA微處理器。
根據(jù)本發(fā)明，檢驗電路35系連接到電容檢測電路22，以便可以自動檢驗稱重系統(tǒng)是否正確工作。檢驗程序是在微計算機(jī)28的控制下進(jìn)行的，最好按一定的時間間隔進(jìn)行。一旦到達(dá)這一時間時，若磅秤穩(wěn)定，且靜止和處于非加載狀態(tài)，則微計算機(jī)28便通過該稱重系統(tǒng)的操作而獲得檢驗值。然后將如此得出的檢驗值與磅秤標(biāo)定期間以同樣方式獲得并存儲在存儲器30以供稱重系統(tǒng)工作期間自動檢驗用的檢驗值進(jìn)行比較。
根據(jù)本發(fā)明，檢驗值是非加載時在磅秤上讀取的重量值與微計算機(jī)28已指示檢驗電路35改變電容檢測電路22中的一個參數(shù)值之后讀取的重量值之間的差值。這些重量讀數(shù)間的差值即為檢驗值。將此值與標(biāo)定稱重系統(tǒng)時以同樣方式得出的事先存儲的檢驗值進(jìn)行比較。若比較的結(jié)果是在容許容差范圍內(nèi)，則稱重系統(tǒng)就如前繼續(xù)工作。若比較的結(jié)果是在容許容差范圍外，就必須采取措施使磅秤不能繼續(xù)稱重。
從下面即將談到的即可知道，按本發(fā)明選取的檢驗程序，為對磅秤工作情況的檢驗得出可靠的結(jié)果，所檢驗的磅秤元件的數(shù)目最大。
圖2詳細(xì)示出了電容檢測電路22和檢驗電路35。電路22包括一對串聯(lián)連接的檢測電容器50和51。電容器50和51最好構(gòu)成微分式電容器，在有負(fù)荷加到衡器上時，一個電容器以另一個電容器所增加的電容值減少其電容值。包括開關(guān)54和55的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接到電容器50、51上。開關(guān)54和55受到控制以使其根據(jù)開關(guān)控制器61在線路59上所提供的控制信號同步地在兩個工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在它們的第一狀態(tài)下，開關(guān)54將電容器50連接到參考電位VR上，同時開關(guān)55將電容器51連接到接地電位上。在它們的第二狀態(tài)下，開關(guān)54和55將兩個電容器50和51都連接到反饋信號KVf。開關(guān)54和55可以是一般的CMOS開關(guān)，由線路59上的信號控制。開關(guān)控制器61可以是一般的方波或矩形波發(fā)生器。
電容器50與51之間的接點(diǎn)經(jīng)由交流放大器70和短期電荷儲存電容器72連接到第二開關(guān)網(wǎng)絡(luò)75上。開關(guān)75也由開關(guān)控制器61控制。開關(guān)75在圖示狀態(tài)下將短期儲存電容器72接到諸如大地之類的參考電位。在其另一狀態(tài)下，開關(guān)75將短期儲存電容器72接到長期電荷儲存電容器80上。開關(guān)75可包括一電子開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包括與FET(場效應(yīng)晶體管)模擬開關(guān)串聯(lián)連接的CMOS開關(guān)在內(nèi)。
長期電荷儲存電容器80連接到積分器85上，積分器85則提供與電容器80兩端電壓的時間積分成正比的輸出信號。積分器85的輸出信號Vf加到包括電阻器87和88的分壓網(wǎng)絡(luò)。信號KV5的一部分通過反饋線路90反饋到開關(guān)54和55。檢驗電路35包括電阻器92和開關(guān)94，連接到由電阻器87和88組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，以便按下面即將談到的方式進(jìn)行檢驗工作。
工作時，開關(guān)54、55和75由開關(guān)控制器61定期在其相反的各狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。開關(guān)54、55和75處于圖2所示的各位置時，電容器50和51在其接點(diǎn)處產(chǎn)生誤差信號，以便給短期儲存電容器72充電。開關(guān)54、55和75處在與圖示相反的位置時，短期電容器72上的電荷轉(zhuǎn)移到長期儲存電容器80上。電容器80兩端的電壓被積分一部分電壓KV5通過分壓網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)54和55以及電容器50、51反饋。反饋信號具有在各電容器接點(diǎn)處抵消交流信號的傾向。在抵消狀態(tài)下，積分器所產(chǎn)生的反饋信號是電容器50和51電容值的函數(shù)。
美國專利4，054，833中示出和介紹了基本的電容檢測電路22及其一些變型和修改方案，本說明書將該公開內(nèi)容也包括進(jìn)去，僅供參考。
如上所述，改變圖2電路中的一個參數(shù)就能夠檢驗出稱重系統(tǒng)是否妥善工作。開關(guān)94閉合時使電阻器92與電阻器88關(guān)聯(lián)，并改變了加到反饋信號V5的衰減因數(shù)值K。
在圖2的電路中，可以證明Vf= (VR)/(K) ( (C51)/(C50+C51) )(1)其中K是電阻器88的阻值與電阻器87和88的阻值之和的比值，C50和C51是那些電容器的電容值，V5和VR則如圖2中所示。
如果假設(shè)，隨著負(fù)荷的增加電容器50的間隙打開，電容器51的間隙閉合，且假設(shè)兩個間隙在負(fù)荷為零時都等于G，則可以證明Vf= (VR)/(2K) (1+ (dg)/(G) )(2)其中dg是間隙在負(fù)荷作用下的變化，若R87＝R88，則K＝0.5，且Vf=VR+ (VRdg)/(G) (3)若電阻器88因開關(guān)94閉合而處于分路狀態(tài)，則K值將減小，且圖2的電路會自我調(diào)整，以便使電容器50和51的接點(diǎn)處再次達(dá)到抵消狀態(tài)。
令KO為初始衰減常數(shù)，KV為開關(guān)94閉合時的新衰減常數(shù)。于是V5因衰減變化所引起的變化則為dvf=VR( 1/(2KO) + (dg)/(2KOG) - 1/(2KV) - (dg)/(2KVG) )(4)若磅秤未加載，因而dg＝0，則dvf= (VR)/2 ( 1/(KO) - 1/(KV) )(5)以電阻表示，則dvf= (R87)/(R92) · (VR)/2 (6)在磅秤有負(fù)荷的情況下，因而dg不為零，則dvf= (VR)/2 · (R87)/(R92) (1+ (dg)/(G) )(7)磅秤標(biāo)定過程中獲得的dV5的數(shù)字值系存儲起來供以后操作磅秤時用的。檢驗磅秤的工作是否妥善是通過比較工作時獲得的值與所存儲的dV5值實現(xiàn)的。
將電容的變化轉(zhuǎn)換成重量的數(shù)字值所采用的同一個電子電路和元件產(chǎn)生反饋電壓差值信號dV5。因此會檢測出各電子電路或元件中或電容變化中的任何變化并將其與精確度極限值進(jìn)行比較。檢驗結(jié)果dV5離存儲值的任何性能下降會與稱重結(jié)果的變壞情況相對應(yīng)。
從上式(6)可以看出，檢驗值dV5與圖2中電阻器88的阻值無關(guān)。因此并不能通過dV5值的變化檢測出電阻器88阻值變化的效果。圖3舉例說明了使檢驗程序把電阻器88考慮進(jìn)去時檢驗電路35與檢測電路22的另一種連接方式。
從上式(5)，dvf= (VR)/2 ( 1/(Ko) - 1/(KV) )用圖3中的各電阻器表示，則dvf= (VR)/(2R88) ( (R872)/(R87+R92) )這樣，在圖3中，檢驗值dV5與電阻器88的阻值有關(guān)。
若使電阻器87與92的并聯(lián)組合后與電阻器88等效，則可令檢驗開關(guān)94在稱重過程中常閉，并在微計算機(jī)28控制下檢驗時打開。
工作時，自動檢驗程序是在磅秤未加載而且未因除去負(fù)荷而致使磅秤運(yùn)動的情況下由微計算機(jī)28在預(yù)定時間間隔起動的。如圖4所示，從方框101所示的主程序，在方框103確定自上一次自動檢驗程序以來是否已經(jīng)過了預(yù)定的時限。若未過時限，則操作返回到方框101的主程序。若已過預(yù)定時限，則在方框106檢查磅稱上是否有負(fù)荷。若有，則操作就返回到主程序，以對物體進(jìn)行稱量。若磅秤上沒有負(fù)荷，則在方框107檢查，以確定磅秤是否在運(yùn)動。若然，則操作返回到主程序，然后繼續(xù)循環(huán)操作，直到在方框107檢測出不運(yùn)動為止。這時，讀取重量值，并在磅秤上沒有重量的情況下在方框108存儲該讀數(shù)。在方框110，操作檢驗開關(guān)94(圖2和3)以改變電容檢測電路中的一個參數(shù)(反饋信號的衰減因數(shù)K)。在方框112，在參數(shù)已變的情況下讀取并存儲重量值。在方框115計算在不同參數(shù)值下各重量讀數(shù)之間的差值。
在方框117，將對應(yīng)于dV5的結(jié)果差值與標(biāo)定過程中以同樣方式獲得的差值進(jìn)行比較，并存儲起來以供檢驗時用。比較的結(jié)果產(chǎn)生誤差值，這個誤差值在方框119與所存儲的容許誤差值進(jìn)行比較。若誤差值小于容許誤差，則在方框121，檢驗開關(guān)就放開，于是操作返回到主程序。若誤差值在容許誤差范圍以外，則在方框125可以通過例如消除指示檢驗誤差的顯示使磅秤不能進(jìn)行稱重。
權(quán)利要求
1.一種衡器，其特征在于，它包括一裝有可隨所加負(fù)荷而變化的電容器的負(fù)荷響應(yīng)裝置、一檢測所述可變電容器的電容并提供表示所述電容的信號的電路、一改變所述電容檢測電路中一參數(shù)的裝置、和一利用來自所述電容檢測電路用所述變化的參數(shù)獲取的信號檢驗衡器的工作情況的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的衡器，其特征在于，在改變所述參數(shù)的前和后，從所述電容檢測電路獲得信號，所述信號用以檢驗衡器的工作情況。
3.如權(quán)利要求2所述的衡器，其特征在于，它包括一測定所述之前和之后信號之差值的裝置和將所述差值與已存儲的差值進(jìn)行比較以檢驗衡器的工作情況的裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的衡器，其特征在于，所述經(jīng)改變的參數(shù)系反饋到反所電容器的反饋信號中的衰減因數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的衡器，其特征在于，所述電容檢測電路包括一給所述電容器提供反饋信號的反饋網(wǎng)絡(luò)，所述反饋信號是所述電容器的電容量的函數(shù)，且變化中的所述參數(shù)改變了所述反饋到電容器的反饋信號的大小。
6.一種衡器，其特征在于，它包括裝有一對電容器、其中至少一個電容器可隨所加負(fù)荷而改變的負(fù)荷響應(yīng)裝置，將所述電容器串聯(lián)連接的裝置，促使所述諸電容器儲存預(yù)定電荷的裝置，一耦合到所述電容器以提供表示所述諸電容器上的電荷與某預(yù)定值之差值的反饋信號的反饋網(wǎng)絡(luò)，所述反饋信號系所述可變電容器電容量的一個函數(shù)、產(chǎn)生經(jīng)改變的反饋信號的裝置和用所述經(jīng)改變的反饋信號檢驗衡器工作情況的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的衡器，其特征在于，它包括確定所述反饋信號與所述經(jīng)改變的反饋信號之差值的裝置，和將所述差值與原先存儲的差值進(jìn)行比較以檢驗衡器工作情況的裝置。
8.如權(quán)利要求6所述的衡器，其特征在于，所述經(jīng)改變的反饋信號是通過改變加到耦合到所述諸電容器的反饋信號的參數(shù)產(chǎn)生的。
9.如權(quán)利要求6所述的衡器，其特征在于，它包括一電氣元件和用以連接在所述反饋網(wǎng)絡(luò)中的所述元件以產(chǎn)生所述經(jīng)改變的反饋信號的開關(guān)裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的衡器，其特征在于，所述元件是由開關(guān)裝置連接到一個衰減電路中的一個電阻器，以改變耦合到所述諸電容器的反饋信號。
11.一種采用可變電容式負(fù)荷傳感器和電容檢測電路檢驗衡器是否正確工作的方法，其特征在于包括下列步驟獲取表示衡器上的負(fù)荷的第一信號，改變所述電容檢測電路中的一個參數(shù)，獲取表示在改變參數(shù)的情況下衡器上同一個負(fù)荷的第二信號，然后利用所述第一和第二信號檢驗衡器的工作情況。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述諸步驟是以一定時間間隔重復(fù)進(jìn)行的。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于還包括下列步驟確定第一和第二信號之間的差值，并將該差值同所存儲的差值信號進(jìn)行比較以檢驗衡器的工作情況。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述經(jīng)改變的參數(shù)是衰減因數(shù)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述衰減因數(shù)是通過減少一個衰減電路中的一個電阻值而加以改變的。
全文摘要
衡器的自動檢驗方法及裝置，該裝置包括一電容檢測電路。該電路配備有計算機(jī)控制的檢驗開關(guān)，借助于該開關(guān)可改變諸如衰減電路中的電阻之類的參數(shù)值。自動檢驗是這樣達(dá)到的定期在磅秤未加載情況下獲取第一重量讀數(shù)，操作檢驗開關(guān)以改變參數(shù)，再獲取第二重量讀數(shù)。兩讀數(shù)之差值即為檢驗值，將此差值與標(biāo)定時以同樣方式獲得并存儲的存儲檢驗值進(jìn)行比較。若測出的與存儲檢驗值之差超過容許范圍，就可使磅秤不能稱重。
文檔編號G01G23/01GK1046599SQ9010090
公開日1990年10月31日 申請日期1990年2月20日 優(yōu)先權(quán)日1989年4月10日
發(fā)明者理查德·C·洛什包 申請人:托利多磅秤公司