电磁砝码的天平的制作方法
【专利摘要】电磁砝码的天平，本发明属衡器的一个【技术领域】。为了天平在不使用砝码的情况下，获得大称量范围，本发明采取了如下的技术措施：横梁的一端吊挂有吊盘，横梁的另一端吊挂有电磁线圈，电磁线圈装在一个主要由磁铁或电磁铁构成的磁回路中，电磁线圈连接驱动电路，驱动电路连接单片机，支架上装有活动刀承驱动装置和多个活动刀承，支架靠近吊盘的一端装有感应开关，感应开关连接单片机，横梁上在对准每一个活动刀承的地方开有刀口，单片机连接活动刀承驱动装置和显示屏。由于支架上安装有多个活动刀承，这样可在横梁上得到不同的臂比。这相当于将拉力传感器的称量范围的放大或缩小。实现了无砝码的大量程的自动称量。
【专利说明】
电磁破码的天平
【技术领域】
[0001]本发明属衡器的一个【技术领域】
【背景技术】
[0002]天平主要分为机械天平和电子天平两大类。天平是称量微重量的主要衡器。现有技术下的机械天平，具有称量范围大，感量(灵敏度或精度)小等电子天平没有的优点。它的感量主要取决于它的结构和加工精度。它的称量主要是通过更换不同的砝码来改变，不足的部份由游码来补够。所以砝码是天平的重要组成部份，砝码的准确度直接关系到天平称量的准确度。同时砝码的使用给天平的操作带来了一定的麻烦，砝码的保管同样给使用者带来了麻烦，而且它一旦丢失，就直接影响天平的称量范围，甚至无法正常工作；另一方面，用机械天平称量重物，当重物超出砝码的重量时，超出部份必须要通过移动游码使天平两边平衡。在移动码的过程中，很容易人为地对天平的平衡造成干扰，令称重操作变得复杂和难度变高。这些都是机械天平的明显不足。
[0003]电子天平无须砝码，最大的好处是使用方便。但是，每一个电子天平的称量范围是固定的而且是很有限的。当被称物稍大于电子天平的称量范围时，其误差将变得很大。当被称物远小于电子天平的最大称量时，其误差同样变得很大。在需要较大范围称量的场合，例如从几克到几千克，为满足精度要求人们只好准备多个电子天平。但是，电子天平的绝对误差随着它称量级别的增加而增加。因此，在同时要求大称量和高精度的情况下，电子天平是“力不从心”的。在这些方面，电子天平远不如机械天平，因为机械天平可通过更换砝码来改变称量范围，而且改变称量范围后，它的感量(灵敏度或精度)基本不变。这是目前的电子天平无法做到的。
[0004]从上可知，机械天平与电子天平两者各有优点和缺点，如果能将两者结合在一起，互相取长补短，使天平在不用砝码的情况下，同样获得大称量范内的高精度是最理想不过的。可惜现有技术中并没有这样的天平。
【发明内容】
[0005]为了天平在不使用砝码的情况下，获得大称量范围和大称量范围内的高精度，本发明采取了如下的技术措施:横梁的一端吊挂有吊盘，横梁的另一端吊挂有电磁线圈，电磁线圈装在一个主要由磁铁或电磁铁构成的磁回路中，电磁线圈连接驱动电路，驱动电路连接单片机，支架上装有活动刀承驱动装置和多个活动刀承，支架靠近吊盘的一端装有感应开关，感应开关连接单片机，横梁上在对准每一个活动刀承的地方开有刀口，活动刀承可由活动刀承驱动装置驱动并可上下有序升降运动，单片机连接活动刀承驱动装置和显示屏。
[0006]本发明的好处是:本发明的基本结构仍然是机械天平，由于支架上安装有活动刀承驱动装置和多个活动刀承，使天平可使用不同位置的活动刀承来承托横梁。横梁上不同位置的活动刀承就是不同位置的支点，这样可在横梁上得到大于I和小于I的臂比(左臂与右臂之比)。根所杠杆原理可知，不同的臂比可使吊盘上的重量按这个臂比加载到电磁砝码上。电磁砝码在一定的范围，产生的拉力正比于通过电磁线圈的电流。也就是说，在一定的范围内，知道通过线圈的电流就知道线圈产生了多大的拉力。这相当于一个在一定范围内可变的砝码；本发明这样的结构相当于把这个“可变的砝码”的称量范围扩大和缩小。使天平即使不用砝码也能在很大的范围内连续称量重物，而且，在称量较大重物量仍能保持高灵敏度的量感。另一方面，由于本发明使用了单片机，它使本天平的一切操作都能自动进行而无须人工干预。本发明不用砝码的天平具有机械天平和电子天平的优点，同时实现了无砝码的大量程的自动称量。它大大简化了称量工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1电磁砝码的天平的结构示意图。
[0008]图中:吊盘1、横梁2、活动刀承3、凸轮4、凸轮轴5、支架6、从动齿轮7、磁石8、霍尔感应头9、步进电机10、电磁线圈11、磁铁或电磁铁12、感应开关13。
【具体实施方式】
[0009]本申请所述的活动刀承驱动装置，是指能手动或根据计算机(单片机)的指令，驱动活动刀承有序升降的机械或机电装置。活动刀承驱动装置有各种各样的形式，例如，凸轮驱动式、电机螺杆驱动式和手动驱动式等等。本发明对活动刀承驱动装置没有特殊要求，所有能驱动活动刀承有序升降的机械或机电装置都适合本发明使用。
[0010]本申请所述的电磁砝码，与现实的物理砝码有所不同。它是一个可变的模拟砝码，是指在计算机(单片机)的控制下，能对横梁产生可控模拟重量(拉力)的装置。组成电磁砝码的主要部件有电磁线圈11和由导磁板、铁芯、磁铁或电磁铁12构成的磁场回路等，如图1所示。磁铁或电磁铁12、导磁板、铁芯等构成的磁场回路，磁场回路穿过电磁线圈11的中心，电磁线圈11在磁场回路里可上下自由运动。当电磁线圈11有电流流通时将会产生磁磁场。这时在两个磁场相互作用下，电磁线圈11产生沿着磁场方向的作用力，改变电流的方向可改变这个力的方向，同时这个力在一定的条件下正比于通过电磁线圈的电流。所以只要能控制通过电磁线圈的电流，就相当于控制了砝码的模拟重量或相当于在天平上放置了不同的砝码。
[0011]例1:凸轮驱动式活动刀承驱动装置结构如下:在支架6上安装多个活动刀承3，活动刀承3在凸轮4的驱动下可升降运动。支架6上活动安装有凸轮轴5，凸轮轴5上固定安装有多个凸轮4，凸轮之间的端面中线相互错开一定的角度，使任何时候最多只有一个凸轮驱动一个活动刀承升起。凸轮轴5上装有从动齿轮7，从动齿轮7上装有磁石8并与步进电机10轴上的齿轮齿合在一起。使步进电机可带动从动齿轮、凸轮轴和凸轮一起转动。在支架6上，磁石8经过的圆周旁边，装有霍尔传感器。霍尔传感器连接单片机，单片机连接步进电机控制器，步进电机控制器连接步进电机驱动器，步进电机驱动器连接步进电机10如图1所示。这样的结构使步进电机能按单片机的指令运转。从动齿轮7转动到磁石8靠近霍尔传感器9时，霍尔传感器发出活动刀承驱动装置复位成功的信号到单片机。这时所有凸轮离开活动刀承，所有活动刀承处在下方的待命状态。凸轮驱动式活动刀承驱动装置的工作原理是:在接通天平的电源时，单片机复位后进入正常工作状态。跟着单片机检测霍尔传感器传来的信号，确定凸轮驱动式活动刀承驱动装置是否在复位状态。如果它不在复位状态，单片机将会发出指令给步进电机控制器、步进电机驱动器等，控制步进电机10转动。步进电机10通过齿轮带动从动齿轮7、磁石8、凸轮轴5和凸轮4转动。当从动齿轮7转动使磁石8对准霍尔传感器9时,磁石8的磁场令霍尔传感器发出电信号到单片机。单片机收到这个信号后，立即发出指令，通过电机控制器关停步进电机10的电源，令步进电机10停止转动。这时所有凸轮4脱离活动刀承3停在待命状态。支架6上的所有活动刀承3全部下降到下止点的待命状态，这时没有活动刀承单独承托横梁2。凸轮驱动式活动刀承驱动装置复位完成；在工作时，单片机可以通过步进电机控制器等控制步进电机10向某一个方向转动一定的圈数，依次驱动不同的凸轮4将不同的活动刀承3有序向上顶起横梁2，成为横梁2的新支点。也就是说，电机10向每向一个方向每转动一定的圈数，就可以更换一个凸轮将另一个的活动刀承3向上顶起承托横梁2，相当于向一个方向改变横梁2的支点，完成了按单片机的指令驱动不同活动刀承3承托横梁2的驱动任务。
[0012]本例的结构是:横梁的一端吊挂有吊盘，横梁的另一端吊挂有电磁线圈，电磁线圈装在一个磁回路中，电磁线圈连接驱动电路，驱动电路连接单片机，支架上装有活动刀承驱动装置和多个活动刀承，支架靠近吊盘的一端装有感应开关，感应开关连接单片机，横梁上在对准每一个活动刀承的地方开有刀口，活动刀承由活动刀承驱动装置驱动可上下有序升降运动，单片机连接活动刀承驱动装置和显示屏。
[0013]本例工作原理:活动刀承3的刀锋就是横梁2的支点，用不同位置的活动刀承来承托横梁2，就是改变了支点的位置和改变了左右臂之比(改变了臂比)。这样就可以在砝码不变的情况下，称量不同重量等级的物体。根据杠杆原理，加在电磁砝码上的上的拉力，等于吊盘I上的重量乘以臂比(忽略各部件的自重)。臂比可以大于1，也可小于I。例如臂比可以做到N倍的大于1，或N分之一倍的小于I。也就是说，本发明可以N倍放大或N分之一倍缩小电磁砝码的最大称量范围。同时使天平在无须更换砝码的情况下实现大范围的称量。电磁砝码产生的重力(拉力)与物理砝码重力有所不同。它可以从O到X之间变化，并且正比于通过电磁线圈11的电流，这是电磁砝码的一个突点；如何改变支点的位置实现不同的臂比？为此本发明采用了多个活动刀承3，并用活动刀承驱动装置驱动活动刀承3承托横梁2的技术方案。具体的做法是用多个活动刀承3直线分布在横梁2的不同位置，由不同的活动刀承3来承托横梁2就可以改变横梁2支点的位置，实现不同的臂比。本发明的工作过程是:当使用者打开天平的电源开关时，首先的是单片机复位。单片机正常工作后通过霍尔传感器检测活动刀承驱动装置是否在复位待命状态。在单片机和活动刀承驱动装置完成复位后，天平就可以进入正常的工作状态。这时使用者可以把待称物体放进吊盘1，然后按下称重开关，单片机按既定程序执行称重指令。由于事先天平不知待称物体的重量，所以天平将以最小的称量设置来试称量物体的重量。即升起最接近电磁砝码的活动刀承3来承托横梁2。然后，单片机开始一点点地加大通过电磁砝码的电流，相当于一点点加大砝码的重量。当被称物体远大于当前设置的称量值时，电磁砝码加大到最大也不能令横梁的姿态变成水平状态。这种情况下，单片机根据既定程序向吊盘I的方向更换下一个活动刀承3，来改变臂比并不断重复这一过程。直至电磁砝码加到接近最大值时，横梁刚刚回复水平状态。感应开关13发出信号到单片机为止。单片机一收到感应开关传来的信号后，立即冻结电磁线圈11的电流。这时被称物体的重量就等于电磁线圈当前的电流量所对应的“电磁砝码的模拟重量”乘以臂比。由于吊盘刀峰到活动刀承3的刀峰之间的距离、各活动刀承之间的距离、活动刀承刀峰到拉力传感器刀峰的距等都是预先设定的。换句话说，升起不同的活动刀承就有固定的臂比。单片机根据当前的臂比计算出被称物体的重量，通过显示屏显示出来报告使用者。
[0014]例2:与上一例的凸轮驱动式活动刀承驱动装置相比，本例不同之处在于驱动活动刀承3的机构不是凸轮，而是螺杆和电机。电机螺杆驱动式活动刀承驱动装置主要包括行程开关、螺杆、电机、电机控制器等，其结构如下:在支架6上安装多个活动刀承3，支架6上装有行程开关用于检测活动刀承3的工作状态(升起承托横梁2或降下退出工作)。行程开关连接单片机，活动刀承3的下端加工有内螺纹，活动刀承3通过内螺纹与螺杆螺纹连接在一起。电机驱动螺杆转动。电机连接电机控制器，电机控制器连接单片机。电机螺杆驱动式活动刀承驱动装置的工作原理是:每一个活动刀承3都由一个电机驱动，同时在支架6上，对应每一个活动刀承3的位置上都装有行程开关，用于检测活动刀承3的工作状态。在接通天平的电源时，单片机复位进入正常工作状态后。跟着单片机检测活动刀承3的状态信息。活动刀承3的复位状态是所有的活动刀承3都处在最下方的待命位置，这时没有活动刀承单独承托横梁2。在检测过程中，当有活动刀承3不在复位状态(即不在下方)时，装在支架6上的该活动刀承3的行程开关将信号发到单片机，单片机将向驱动该活动刀承3的电机控制器发出指令，控制该电机驱动该活动刀承3返回复位状态。在所有活动刀承3复位后，单片机可以通过不同的电机控制器控制不同的电机，驱动不同的活动刀承3升起承托横梁2的任务，实现按单片机的指令，驱动不同活动刀承3执行任务目标。
[0015]本例的结构除活动刀承驱动装置不同之外其余的都基本相同。它的工作过程是:当使用者打开天平的电源开关，单片机和活动刀承3复位后，天平就可以进入正常的工作状态。这时使用者可以把待称物体放进吊盘1，然后按下称重开关，单片机按既定程序执行称重指令。由于事先天平不知待称物体的重量，所以天平将以最小的称量设置来称量当前物体的重量。即升起最接近电磁砝码的活动刀承3来承托横梁2。当被称物体远大于当前设置的称量时，电磁砝码加大到最大也不能令横梁的姿态变成水平状态。这种情况下，单片机根据既定程序向吊盘I的方向更换下一个活动刀承3，来改变臂比并不断重复这一过程。直至电磁砝码加到接近最大值时，横梁刚刚回复水平状态。感应开关13发出信号到单片机为止。单片机一收到感应开关传来的信号后，立即冻结电磁线圈11的电流。这时被称物体的重量就等于电磁线圈当前的电流量所对应的“电磁砝码的模拟重量”乘以臂比。由于吊盘刀峰到活动刀承3的刀峰之间的距离、各活动刀承之间的距离、活动刀承刀峰到拉力传感器刀峰的距等都是预先设定的。换句话说，升起不同的活动刀承就有固定的臂比。单片机根据当前的臂比计算出被称物体的重量，通过显示屏显示出来报告使用者。
【权利要求】
1.电磁破码天平，主要包括活动刀承驱动装置、多个活动刀承(3)、电磁线圈(11)、感应开关(13)和单片机，其特征在于:横梁(2)的一端吊挂有吊盘(1)，横梁(2)的另一端吊挂有电磁线圈(11),电磁线圈(11)装在一个主要由磁铁或电磁铁(12 )构成的磁回路中，电磁线圈(11)连接驱动电路，驱动电路连接单片机，支架上装有活动刀承驱动装置和多个活动刀承(3)，支架(6)靠近吊盘的一端装有感应开关(13)，感应开关(13)连接单片机，横梁(2)上在对准每一个活动刀承的地方开有刀口，活动刀承(3)可由活动刀承驱动装置驱动可上下有序升降运动，单片机连接活动刀承驱动装置和显示屏。
【文档编号】G01G1/26GK104198021SQ201410381602
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2014年8月5日
【发明者】胡晓聪, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:胡达广