专利名称：多承重点电子秤的制作方法
技术领域：
本发明属于质量测量器具，主要涉及电子秤的结构。
公知电子秤是当前普通称量质量的器具，计量比较准确，为生活工作提供了方便；但限于结构，容易产生偏重力矩，往往对体积较大、特别是大质量的被称物体有失精准，或存在使用上的困难。
本发明的目的是提出能正确称量体积或质量较大的被称物件质量的电子秤之结构方案。
本发明的目的是这样实现的，多承重点电子秤包括秤体，与秤体相联的压力传感部件，与压力传感部件相联的传动部件，与传动部件相联、安放被称物体的支撑部件，固定于秤体的水平检测部件，与秤体相联的水平调节机构，与传感部件输出相联的计算电路，与电路相联的运算结果显示部件，与电路相联的电源、控制开关和辅助电路，以及固定联接和调整上述部件的部件。同时，电子秤含有多个压力传感部件所述支撑部件除支撑被称物体外，仅与压力感受部件以在重力方向上彼此接触的联接副相联；计算电路含有将多个传感器输出结果按其所代表的力值相加的电路。这样，按重力方向的联接便能够且只能感受重力方向的力，只要被称物件的重心位于多个支点的范围之内，其与力感受部件间就不会产生偏重力矩的作用；仅由重力方向接触副相联，便可排除重力感受过程中其他影响因素的干扰；按力值相加是作和的基本要求，从而正确显示整个被称物体的质量。本发明目的因此得以实现。
本发明所述与感受部件间的联接副皆选用球面接触相联，这是可以减少非重力因素影响的结构。
本发明所述与力感受部件相联的秤体部分，可以制成仅与各力感受部件相联、均设有水平检测部件和水平调节机构的个体。这样，带有传感器的离散秤体形式可以适应不同形状大小、不同静态位置被称物体的结构，水平的检测与调节可保证正确感受待测物的质量作用。
本发明所述电路还含有温度感受部件，及相应修正电路，借以修正温度对计量结果的影响，以期精确测量。
本发明所述传感器选用压阻型传感部件，这是一种精度较高的经济通用传感器件。
本发明以多点支撑结构，提供了称量质量、感受重力时、消除因被称物安放位置所成力矩作用的可能，且符合力学理论，构思科学合理巧妙；带力传感器的离散型秤体结构，能够适应体积或质量较大的被称物体的质量测量；可以修正温度的影响；尤其适用于大型电子秤。
附图给出了本发明实施例的结构示意。
图1是多承重点电子秤结构示意简图；图2是球形传动部件联接示图；图3是球柱形传动部件联接示图；图4是带球柱形传动部件的托盘连接示图；图5是计算电路框图；图6是压阻传感器放大电路图；图7是温度传感器放大电路8和图9是A/D转换、数据处理和显示电路；图10是离散式带力感受器的部分秤体结构图；图11是离散感受器式电子秤的等高使用方式示意图；图12是离散感受器式电子秤的不等高使用方式示意图。
图13是两支点重力合成原理图；图14是四支点重力合成原理图。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
图中1.壳体2.电路联线3.托盘4.传感器5.被称物6.水平检测仪7.传感器8.固定板9.电路板10.电源11.称量结果显示器12.球座13.钢球14.导套15.钢柱16.传感器支柱17.温度传感器 18.高度调节螺栓19.离散状态的力传感部件A-放大器C-压阻传感器电桥D-单片机第一实施例为四点承重电子秤，如图1、2、5-9。本例外形尺寸为300×250×200厘米，重约3Kg。整体为箱形，箱顶设水平固定板8，板上中部装有水平测量仪11。固定板上还分设突出其上平面的四个与板螺纹固定联接的传感器4、7，制作时应保证传感器顶部同在一个水平面内，并保证与测量仪读数一致。传感器顶部与钢球13接触相联，在接触副四周设有与二者滑动配合的导套14。被称物托盘底面近缘部、与四传感器位置相当处，设有与钢球接触配合的球座12。在箱壳体1下部设有电源10和数据放大处理电路9，传感器4、7的输出端与电路板9的输入经联线2相联。箱体正面还设有显示器6，与电路9的输出相联，显示称量结果。箱体底部装有高度调节螺栓18。工作电路由SYC型压阻传感器C与三极管BG1、BG2和二极管D1、D2以及R1、R2、R3构成的恒流源电路相联，其输出与BG3、BG4和R4、R5所构成的源极跟随器相联，跟随器的输出与放大器A相联，放大器的输出Vsc与A/D转换器ADC0809的IN7相联，A/D转换器的输出进入8031单片机D的P0口，8031的输出经接口14495与显示器6相联，电源10提供电路所需能源。二端式集成温度传感器17选用AD590固定于电路板上，其输出经放大器OP07以V0与ADC0809的输入端IN7相联。单片机8031按如下内容编制的计算程序进行运算1.对四个压力传感器的输出信号进行温度修正，包括零点温漂和灵敏度温漂修正2.对各压力信号乘以各自的灵敏度系数，也就是对四个输入信号进行加权处理后，将电压信号变成压力信号；3.求和，将四个压力信号的幅值叠加起来。然后再由显示器显示最终结果。以上是本例的结构描述。
工作时，应首先检测水平仪6的读数，必要时调节螺栓18使其读数为零。由于有四点支撑，被称物的重心能够较容易的进入由传感器四支点所限定的范围之内水平的工作状态，使托盘能正常将其重力由盘下球座12、钢球13分别传递到四个传感器7上，即由四支点分担其整体重量。经传感器变换放大后的电压信号由A/D转换器变成数字信号，送进单片机8031按计算程序进行运算，即1.对四个压力传感器的输出信号进行温度修正，包括零点温漂和灵敏度温漂修正2.对各压力信号乘以各自的灵敏度系数，也就是对四个输入信号进行加权处理后，将电压信号变成压力信号3.求和，将四个压力信号的幅值叠加起来。然后再由显示器显示最终结果。
本称所以能够由多承重点受力之和表示被称物重，现证明如下多点承重方法的力学基础是质心位置定理和质量守恒定律，其数学表达式分别是
或rc＝∫ridm/∫dmi
或Mc＝∫dmi式中mi是第i个质点的质量，ri是第i个质点的位置矢量，rc是质点系i＝1......k的质心的位置矢量，Mc是质点系的总质量。置于托盘中的重物可以是一块刚体，也可以是许多不连续的小物体。当它们在托盘中稳定下来时，均可使用上式。以离散物体为例，当重物倒入托盘中时，其质心位置和总质量可以
和
的方程组确定。方程组表明，当托盘中质点分布变化或质点质量mi变化时，其质心位置要变，即mi、ri和rc都要变化，但比值
不变。即重物总质量不变，表明质量总和与质点质量大小、个数和位置无关。所以重物的重量Mcg也和质点的分布状态无关，但这个结果必须有一个先决条件，即托盘的底面处于水平状态。我们知道三点确定一个平面，要使托盘处于水平状态，底面下部必须有三个支撑点，即必须用三个承重传感器。现在通用的电子秤托盘下部只有一个力传感器，虽然加长了升降力柱和承重导套，当托盘上重物分布变化时，不能保证托盘绝对水平，很容易产生偏重力矩，甚至出现卡死现象。为了减小由此产生的误差，保证测量精度，只需给托盘做四个(或三个)支撑点即可达到上述目的。而且每个支撑点所承担的重量与其他支撑点承担的重量无重叠现象。即能保证
现以两支点和四支点为例证明如下，如图13、14。
1.支承点在一条线段两端点的重力的合成一根梁AB支点在两端A和B点上，重物P在梁上任一点P，P点与A、B两点距离为a、b，平衡后A、B两点的支承力分别为NA和NB。梁的重力略去不计，根据刚化公理及平面平行力平衡条件有∑LA＝0、∑LB＝0，L为力矩。即NB(a+b)-Pa＝0 NA(a+b)-Pb＝0∴NA＝Pa/(a+b) NB＝Pb/(a+b) 二者之和NA+NB＝P无论怎样改变a、b的长度，即改变重物P在梁中的位置，这时NA和NB都在改变，但二者之和恒等于P，说明二者之和与质点的重心位置无关，且两点支承力无重叠现象。只要在A、B两点放置两个力传感器，二传感器显示的力值之和即为重物重量P。
2.作用在一个矩形四个顶点上的重力的合成，如图。A1B1BnAn为矩形四个顶点，现将线段A1An、B1Bn均分为n等份，并联接A1B1、A2B2、A3B3......AnBn，组成一组平行线AjBj。作用在线段A1B1上的重力之和(A1B1上设有i个质点)
同样作用于AjBj上的重力之和
当n→∞时平行线AjBj组成平面A1AnBnB1。作用于平面A1B1BnAn上的重力之和
(k＝1，2，3......n1，2，3......)，这样即是将平面A1B1BnAn上的重物支承于线段A1An和B1Bn上。它们的支点是A1、An和B1、Bn。而
∴上式变为
(k＝1，2，3......；n＝1，2，3......)，如果从A1An，B1Bn上开始分析也会得出相同的结果。这表明不论NA1、NB1、NAn、NBn上的支承力大小如何变化，它们的总和不变，也不论盘内的重物位置如何变化，它们的总重量Mcg与A1B1AnBn四点上的支承力之和永远相等。说明A1B1AnBn四个支承点上分别承受的重力没有重叠也没有减少。
同样可以证明三个支承点上的重力的合成也符合上述规律，即NA+NB+NC＝Mcg。
实际上托盘中的重物只要不再增加或减少，其总重量不会再变的。无论将盘中的物体怎样移动，改变的是ri，mi和rc，Mc永远不变。但是随着ri，mi和rc的变化，NA、NB、NC、ND四个支点上分担的支承力也会变化，只是有增有减，其总和也不会变化。如果在四个(或三个)支点上放置力传感器，则这些支点上承受的重力会变成传感器的电压输出，将它们求和即可求出托盘中重物的重量。
第二实施例为球柱形传动部件的电子秤，如图3。其结构与使用与上例均同，只是传动部件制成两端为球面的钢柱体15。
第三实施例可将传动部件与托盘制成一体，如图4其余与前例相同。
第五实施例是离散感受器式电子秤，如图10-12。基本结构仍与前例一致，只是各感受器脱离主秤体，装于支柱16上，仍为螺纹联接，形成独立的离散状态的力传感部件19；其余的结构内容皆如前装于主秤体内；两部分之电路仍如上相联，只是加长了联接线路。使用时，可选用适当托盘，各感受器按托盘支撑的需要放置，但需保证托盘水平。或各感受器受力点在同一水平面上，即可使用。或可按需要在不同高度由各感受器共同支撑被称物体，如图12但需保证各感受器的受力方向与重力相同。两种使用方式的其他情况与前几例一致。
权利要求
1.多承重点电子秤包括秤体，与秤体相联的压力传感部件，与压力传感部件相联的传动部件，与传动部件相联、安放被称物体的支撑部件，与传感部件输出相联的计算电路，与电路相联的运算结果显示部件，与电路相联的电源、控制开关和辅助电路，以及固定联接和调整上述部件的部件；其特征在于电子秤含有多个压力传感部件(4、7)；所述支撑部件(3)除支撑被称物体外，仅与压力感受部件以在重力方向上彼此接触的联接副(4、13、12)相联；计算电路含有将多个传感器输出结果按其所代表的力值相加的电路(D)。
2.如权利要求1所述电子秤，其特征在于所述与传动部件间的联接副皆选用球面接触(13)相联。
3.如权利要求1或2所述电子秤，其特征在于所述与力感受部件相联的秤体部分可以制成仅与各力感受部件相联的个体(19)。
4.如权利要求1或2所述电子秤，其特征在于所述传感器选用压阻型传感部件(C)。
5.如权利要求3所述电子秤，其特征在于本发明所述传感器选用压阻型传感部件(C)。
6.如权利要求1或2所述电子秤，其特征在于所述电路还含有温度感受部件(17)，及相应修正电路(D)。
7.如权利要求3所述电子秤，其特征在于所述电路还含有温度感受部件(17)，及相应修正电路(D)。
8.如权利要求4所述电子秤，其特征在于所述电路还含有温度感受部件(17)，及相应修正电路(D)。
9.如权利要求5所述电子秤，其特征在于所述电路还含有温度感受部件(17)，及相应修正电路(D)。
全文摘要
多承重点电子秤属计量器件,含有多个压力传感部件(7),承物托盘(3)除承物外仅与多个压力传感部件相联,与力感受部件相联的秤体部分可以制成仅与各力感受部件相联的个体(16),并含加权处理的计算电路(D),温度修正电路(D),球面传力部件(13、15),可选用较经济的压阻型传感器(C)。本秤可消除称量时的重力矩或其影响,矫正温度影响。各感受器与主秤体相分离的型式,则更适用于称量任何大、重物件的大型电子秤。
文档编号G01G19/00GK1266180SQ00101350
公开日2000年9月13日 申请日期2000年1月26日 优先权日2000年1月26日
发明者曾光宇, 薄玉成, 杨喜旺 申请人:曾光宇