专利名称：采用不同负载额量的测力传感器的称重装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种称重装置，例如称量秤。更特别地，本发明涉及一种包括不同负载额量(灵敏度)的测力传感器的称重装置。
背景技术：
一种常用的称重装置是称量秤。各种称量秤(或秤)，例如用于称量车辆或其它物体的那些秤，通常包括载荷接收元件、输送带或用于接收待称量的物体的其它载荷接收元件。载荷接收元件通常由多个位于下方的测力传感器支撑，所述测力传感器可具有模拟或数字输出。搁置在载荷接收元件上的物体的重量在每个测力传感器上施加某一幅度的力。施加给测力传感器的力的幅度与由给定的测力传感器支撑的物体的重量的一部分对应。
在采用多个模拟测力传感器的称量秤中，测力传感器通常并行地电连接，以形成组合电路，且所述组合电路的输出实际上是测力传感器输出的平均。输出连接到二次装置(例如，计量仪)，该二次装置的功能是将组合电路输出转换为重量值。由于度量衡要求规定秤必须提供与物体在载荷接收元件上的位置无关的重量，因此测力传感器的灵敏度必须被调节为大致相等。为了实现这一点，更灵敏的测力传感器的输出被调节为不太灵敏的测力传感器的输出，这或通过降低提供给更灵敏的测力传感器的激励电压或通过在它们的输出上增加被隔离的电阻器进行。最终的电路输出此时变成代表最不灵敏的测力传感器的输出。如上所述，采用多个模拟测力传感器的称量秤的测力传感器通常并行地电连接。因此，如本领域的技术人员所很好理解的那样，这种称量秤的总体灵敏度随着测力传感器的总数的增大而降低。与上述模拟结构形式不同，称量秤也可采用数字测力传感器，这意味着，每个测力传感器产生数字值作为输出，该数字值表示由于存在位于载荷接收元件上的物体而施加到测力传感器上的力。这种数字测力传感器的一个实施例描述于美国专利No. 4，815，547中。在采用数字测力传感器的称量秤中，每个测力传感器的输出被修正，以补偿载荷在载荷接收元件上的不同位置。为此，可为每个测力传感器确定乘法修正因数，以提供与物体在载荷接收元件上的位置无关的秤输出。较大的因数应用于不太灵敏的测力传感器，较小的因数应用于较灵敏的测力传感器。测力传感器修正因数可以多种方式中的任何方式确定，例如通过美国专利No. 4，804，052中描述的技术。这种数字系统的秤输出通过数字上求秤的所有测力传感器的输出的和而确定。数字测力传感器不必并行地连接，而在使用多个模拟测力传感器的称量秤中通常要并行地连接。相反，放置在采用数字测力传感器的称量秤上的载荷的重量通过数字上求各个数字测力传感器的输出的和而确定，这与将模拟测力传感器的组合电路的输出转换为重量值不同。这样，与采用多个模拟测力传感器的称量秤不同，采用多个数字测力传感器的称量秤的灵敏度不随测力传感器的数量的增大而减小。在过去，通常做法是使用类似负载额量的测力传感器制造模拟和数字类型的称量秤。根据秤使用的是模拟的还是数字的测力传感器，组装到秤结构上和暴露在载荷下的测力传感器输出的修正然后如上所述地进行。然而，已经确定，多测力传感器秤的测力传感器通常不支撑待称量的给定物体的重量的相同部分。相反，如下面更详细地解释和说明那样，一个或一组测力传感器通常比另一个测力传感器或另一组测力传 感器支撑更多的物体重量。本领域的技术人员可以理解，现有的和典型的秤设计需要选择具有类似灵敏度的测力传感器，因此，足以适应最高加载的负载额量很可能在相关的秤中被看见。然而，在考虑在多测力传感器秤的测力传感器中的上述不成比例的重量分布时，也可理解，这不是期望的状态。特别地，即使这种典型的秤的某些测力传感器很可能比其他测力传感器经受较小的力，但它们的负载额量将与那些经受较大力的测力传感器相同。因此，前者的测力传感器将具有过大的负载额量，这种设计可导致秤的灵敏度降低。显而易见的是，较大负载额量的测力传感器通常由于它们的尺寸较大、结构更坚固等而比较小负载额量的测力传感器贵很多。因此，至少在采用数字测力传感器构造的称量秤的情况下(或可能地，在采用连接到一个或多个数字转换盒的模拟测力传感器构造的称量秤的情况下)，如果有可能使用较小负载额量的测力传感器，可降低秤的总成本。为此，以这种方式构造数字测力传感器称量秤具有成本益处。如下面更详细地所述，还可能有度量学方面的益处。
发明内容
如上所述，通过提供一种具有不同负载额量的数字测力传感器的称量秤，可具有多种实际和明显的优点。可选地，这种优点也可通过提供一种具有不同负载额量的模拟测力传感器的称量秤实现，其中，模拟测力传感器连接到一个或多个汇合部或类似盒，在所述汇合部或类似盒处，测力传感器的输出被转换为数字形式，且修正因数被应用。这种转换和修正可利用一个或多个模拟-数字(A/D)转换器和相关的电子器件实现，本领域技术人员可很好地理解这一点。尽管可如上所述地使用模拟测力传感器，但为了清楚起见下面仅涉及数字测力传感器。作为一个例子，众所周知的是，在典型的车辆秤中，与载荷接收元件的内称重区段相关联的测力传感器通常经受的静载荷是端部区段中的测力传感器经受的静载荷的两倍。此外，当车辆(特别是具有轮组的车辆)驶入和驶出载荷接收元件时，内侧的测力传感器由于车辆驶过秤时产生的载荷分配而比入口和出口处的测力传感器经受更大的动载荷。如果与这种车辆秤的端部区段相关联的数字测力传感器被更换为具有减小的负载额量的数字测力传感器，则可以理解，称量秤的成本将会降低而不会影响其功能。而且，由于测力传感器采用数字设计，因此，也可容易地考虑不相似的灵敏度。如上所述，采用不同灵敏度的数字测力传感器也可能具有度量学方面的益处。该益处基于以下事实在典型的重量和测量应用中允许的最小刻度大小(eMIN)与秤中的测力传感器的数量(N)和测力传感器检定分度值(Vmin)有关。通过在秤中放置不同灵敏度的数字测力传感器，可以在使用较大总数的测力传感器的情况下提供较小的最小刻度的秤。通过阅读下面提供的特定例子可更好地理解该度量学方面的益处以及总体发明。
除了上述特征以外，从下面对附图和示例性实施例的描述可容易地显见本发明的其他方面，其中，在所有视图中，相同的附图标记表示相同或等同替换的特征，附图包括图I是多测力传感器称量秤的一个示例性实施例的顶视图；图2是图I的示例性称量秤的侧视图；图3a示意性地示出了图1-2的示例性称量秤的测力传感器所经受的静载荷；图3b示意性地示出了秤被给定尺寸和重量的卡车经过时的示例性车辆称量秤的测力传感器所经受的动载荷；图4示出了具有多个测力传感器的示例性水平带式秤；以及
图5示出了具有多个测力传感器的示例性转动工作台包装秤。
具体实施例方式图1-2中示出了多测力传感器车辆秤5的一个示例性实施例。如图所示，该示例性秤5包括载荷接收元件10，所述载荷接收元件由下侧的十个数字测力传感器15支撑，所述十个数字测力传感器15沿着载荷接收元件的长度分两排设置。测力传感器15位于载荷接收元件10的下侧与地面20或者另一支撑表面之间。在该特殊的例子中，测力传感器15采用摇销式设计，使得测力传感器可响应于车辆的驶入或驶出倾斜，随后返回到大致相同的直立位置。这种测力传感器在该领域中是众所周知的(例如，参看美国专利No. 4，815，547)。本发明还适用于其他秤和测力传感器设计。当待测量的物体(这种情况下为车辆)位于载荷接收元件10上时，车辆的重量在测力传感器15上施加力，每个测力传感器15产生数字输出信号,该数字输出信号表不由那个测力传感器支撑的重量。通常，测力传感器输出被修正，如上所述和如本领域的技术人员所众所周知的。这些数字信号可被求和，以获得载荷接收元件上的车辆的重量。本领域的技术人员还理解，具有多种这种秤，且该特殊的实施例仅为了说明目的被提供。如上所述，多测力传感器秤的测力传感器通常不是支撑待称量的给定物体的重量的相等部分。相反，一个或一组测力传感器通常比另一个或其它测力传感器或其它组的测力传感器支撑更大的物体重量。例如，在典型的车辆秤中，与秤载荷接收元件的内称量区段相关的测力传感器通常承受的是端部区段中的测力传感器承受的静载荷的近似两倍。此夕卜，当车辆(特别是具有轴组的车辆)驶入和驶出载荷接收元件时，内测力传感器比入口和出口处的测力传感器承受更大的动载荷，因为当车辆驶过秤时会产生载荷分配。图3a中示出了静载荷状态，其示出了图1-2所示的秤5的测力传感器15经受的重量分布(以向上的力箭头表示测力传感器)。如上所述，以及如图3a所示，四个内排Ri的测力传感器15中的每个测力传感器与位于载荷接收元件10的每个端部附近的多排测力传感器Re中的每个测力传感器相比支撑近似两倍的重量(2W)。显然，在其他秤中，与该特殊的例子中示出的相比，这种非均匀的重量分布可影响不同数目的测力传感器和/或不同位置处的测力传感器。图3b示出了一个示例性的但真实的动载荷状态(未按比例绘制)，其表示与车辆秤5类似的另一车辆秤5’的测力传感器15’经受的重量分布(以向上的箭头表示测力传感器)。在图3b中，卡车T沿着箭头所示的方向驶过秤5’的载荷接收元件10’。在该特殊的例子中，卡车T被示出具有五个轴，其中，四个后方的轴Ap A2, A3> A4中的每个轴支撑的重量为27500磅,前轴A5支撑的重量为16000磅。卡车轴之间的距离如下*4=48”；A2-A3=120”;A3-A4=48”;A4-A5=72”。秤5’的测力传感器之间的距离如下秤桥边缘-1^=3”；LC「LC2=208. 5” ；LC2-LC3=208. 5” ；LC3-LC4=208. 5” ；LC4-LC5=208. 5” ；LC5-秤桥边缘=3”。当卡车T驶过秤5’时由成排布置的测力传感器中的每个测力传感器经受的最大动载荷为 1^=54800 磅，LC2=72400 磅，LC3=72500 磅，LC4=72400 磅，LC5=53200 磅。因此，显见的是，由于行驶的卡车而由内三排测力传感器LC2-LC4经受的最大载荷明显大于分别位于车辆秤5’的入口端和出口端附近的成排布置的测力传感器LCpLC5经受的最大载荷。如同图3a所示的静载荷重量分布，对于其他称量秤设计，图3b中示出的非均匀的动载荷分布可能不同，且显然也会受到秤长度、测力传感器跨度和驶过秤的车辆的物理特性影响。仍请参看图3a_3b，可以理解，如果端部处的成排布置的测力传感器15被用较小负载额量的测力传感器替代，则制造秤5、5’的成本可被降低，而不会影响其功能。由于测力传感器采用数字设计，因此，与不相似的负载额量的测力传感器相关的灵敏度差异可容易被解决。当然，这种益处同样也会在非均匀的重量分布可能与图3a-3b所示的不同的其 他设计的秤上存在。利用不同负载额量的测力传感器的能力不限于车辆秤。例如，存在许多常见的工业称量应用场合，其中，称量装置的某些测力传感器可能比称量装置的其他测力传感器经受大得多的静载荷。图4简化地示出了表示这种状态的示例性水平带式秤25。水平带式秤25包括支撑框架30和运动的水平输送带35，所述水平输送带35沿着箭头所示的方向输送待称量的物体40 (具有某一重量W)。在该特殊的实施例中，多对测力传感器(以箭头Wl和W2表示)设置在秤25的相对的端部处，以便在物体40在输送带35上行进时确定物体40的重量。如图所示，水平带式秤25的电机30和相关的驱动构件35通常接近其一端安装。这样，静载荷明显不平衡，其中，在秤的一端比另一端施加大得多的静载荷。因此，施加到第一测力传感器对(由Wl表不)的力将明显大于施加到第二测力传感器对(由W2表不)的力。一种示例性的转动工作台包装秤45示意性地示于图5中。该转动工作台包装秤45是可从本发明的教导获得益处的非车辆秤装置的另一例子。转动工作台包装秤45包括支撑框架50和转动载荷接收元件55。在运送之前要用塑料或类似材料包装的物体60 (具有某一重量W)可放置在转动载荷接收元件55上,且被转动以便在从包装筒65供给的这种材料的包裹中包封它们。在该特殊的实施例中，多对测力传感器(由箭头Wl和W2表示)设置在秤45的相对端处，以在物体60位于转动载荷接收元件55上时确定物体60的重量。如图所示，容纳转动载荷接收元件55驱动器和包装筒65的柱70位于秤45的一侦U。这样，静载荷明显不平衡，其中，在秤的一端比另一端施加了大得多的静载荷。因此，施加到第一测力传感器对(由Wl表示)的力明显大于施加到第二测力传感器对(由W2表示)的力。在上述水平带式秤25和转动工作台包装秤45这两者中，由于存在待称量的物体而出现的动载荷在秤的任一端处的测力传感器之间相当均匀地分布。换言之，当待称量的物体正被处理和称量时，处于秤的任一端处的测力传感器经受类似的加载。然而，由于明显不平衡的静载荷，通常使用比本该需要大的灵敏度的测力传感器，以避免在秤操作过程中测力传感器过载。在传统的模拟系统中，在各处均需要安装较高负载额量的测力传感器，从而有效地降低了装置的灵敏度。然而，在数字系统中，负载额量各不同的测力传感器可用于适应不同的加载条件，同时优化(最大化)了秤的总体灵敏度。请再次参看图3a_3b，可更好地理解使用不同灵敏度的数字测力传感器的上述度量学方面的益处。在这点上，认识以下是重要的在典型的重量和测量应用中允许的最小秤刻度大小(eMIN)与秤中的测力传感器的数量(N)和测力传感器检定分度值(Vmin)有关。这由以下公式表示
权利要求
1.一种称重装置，包括 多个测力传感器，所述多个测力传感器中的至少一些是适于提供其上的载荷的数字表示的数字测力传感器；以及 用于接收待称量的物体的载荷接收元件，所述载荷接收元件直接或间接地与所述多个测力传感器关联； 其中，待称量的物体当搁置在所述载荷接收元件上时的重量在所述多个测力传感器上非均匀地分布；以及 其中，所述多个测力传感器包括不同负载额量的测力传感器。
2.如权利要求I所述的称重装置，其特征在于， 所述称重装置是汽车秤。
3.如权利要求I或2所述的称重装置，其特征在于， 给定的测力传感器的负载额量被设计为将由该测力传感器承受的所述载荷的一部分。
4.在具有用于接收待称量的物体的载荷接收元件的称量装置中，所述载荷接收元件由多个数字测力传感器直接或间接地支撑，每个数字测力传感器适于提供表示其所支撑的载荷的数字输出信号，以及其中，待称量的物体当搁置在所述载荷接收元件上时的重量在所述多个测力传感器上非均匀地分布，改进包括 不同负载额量的数字测力传感器，给定的测力传感器的负载额量与将由其支撑的待称量的物体的一部分相应； 其中，所述测力传感器的所述数字输出信号被求和，以获得搁置在所述载荷接收元件上的物体的重量。
5.如权利要求4所述的改进，其特征在于，所述称重装置是汽车秤。
6.如权利要求4或5所述的改进，其特征在于，给定的测力传感器的负载额量基于将由该测力传感器承受的总载荷的一部分选择。
7.一种用于称量物体的称重装置，所述物体在所述称重装置上施加非均匀的重量分布，所述称重装置包括 多个模拟测力传感器，包括具有第一负载额量的至少一个测力传感器和具有与第一负载额量不同的第二负载额量的至少一个第二测力传感器； 用于接收待称量的物体的载荷接收元件，所述载荷接收元件由所述多个测力传感器直接或间接地支撑； 至少一个模拟-数字转换装置，其用于将所述测力传感器的输出转换为数字形式；以及 用于将修正因数应用到所述多个测力传感器的数字化输出的至少一个装置。
8.如权利要求7所述的称重装置，其特征在于， 所述称重装置是车辆秤。
9.如权利要求7或8所述的称重装置，其特征在于， 每个测力传感器的负载额量基于将由该测力传感器承受的总载荷的一部分选择。
10.如权利要求7-9中任一所述的称重装置，其特征在于， 提供的模拟-数字转换装置的数量等于提供的测力传感器的数量。
11.如权利要求7-10中任一所述的称重装置，其特征在于，单个模拟-数字转换装置依 次将所述测力传感器的输出转换为数字形式。
全文摘要
一种称重装置具有载荷接收元件和与载荷接收元件直接或间接地关联的多个测力传感器，使得当待称量的物体搁置在载荷接收元件上时，物体的重量非均匀地施加到测力传感器。称重装置基于施加到测力传感器上的非均匀加载而包括不同负载额量的测力传感器。
文档编号G01G19/02GK102762963SQ201080060082
公开日2012年10月31日 申请日期2010年12月29日 优先权日2009年12月30日
发明者T·S·赖斯 申请人:梅特勒-托莱多有限责任公司