专利名称：测力计的制作方法
本申请是申请号为88108281.3的申请的分案申请。
本发明涉及制造称重装置的方法，更具体地，涉及制造组合式新型数字测力计以及作为推力元件的摇杆的方法。
所谓“摇杆”是具有弧形端面的立柱，并且，多年来已经用于称重场合，通常作为负荷传递装置。摇杆的主要优点是它能够自动竖直，也就是说，以便通常竖直的杆相对于其底座或落地端倾斜后，当取消使其倾斜的负荷时，该杆将回到它竖直的位置。自动竖直特性在称重场合是一种优点，在这种场合，会遇到暂时的侧向负荷。获得所述自动竖直特性的方法是使杆具有一定的形状，以致每个端面的曲率半径大于杆的总高度的一半。这种摇杆还容易制造，因为，所需要的整个造形都是圆的，因而，可以通过在车床上车削该杆来实现。不需要钻孔，攻螺纹或其他机械加工。因此，所述杆的加工成本是低廉的。
在称重应用中，各种立柱结构已经装备应变阻片或类似的换能器，并用作推力元件。但是，主要是由于非线性问题，所述立柱的性能已经不完全令人满意。与产生几乎均匀的拉伸和压缩应变的各种推力元件相比，所述立柱负重时产生的不均匀的拉伸和压缩应变产生非线性的应变特性。已经通过以下方法获得一定程度的线性修正，即，把与输入电压串联的半导体应变电阻片附加到所述应变电阻片电桥中，所述半导体应变电阻片改变了电桥的电压，以这样的方式来补偿所述非线性。但是，非线性仍然是立柱形测力计的本质的缺点。
最近，已经出现所谓“数字测力计”，其中，把模/数转换器和微处理器用于单个测力计中。电子电路安装在直接连接于测力计的推力元件上的印刷电路板上。这种进展已经使得有可能对各种测力计误差进行数字式修正。
本发明的目的是要提供一种使用摇杆作为推力元件的测力计的制造方法。另一个目的是要克服与圆柱形测力计相联系的上述缺点。再一个目的是提供一种数字测力计的制造方法，这种测力计是组合式的，并且，在制造之后不需要机械调整，因而，可以将该测力计密封，以允许并且仅仅需要来自外部信号源的数字分析和修正。
按照本发明的一个方面，提供了一种制造组合式数字测力计的方法，所述测力计包括推力元件、安装在所述推力元件上的换能装置、以及安装在所述推元件上的用于提供加在所述推力元件上的负荷的数字式表示的数字电路装置，其特征在于所述方法包括以下步骤为所述换能装置和所述数字电路装置提供密封的外壳，为所述数字电路装置与外部的通信提供穿过所述外壳的通路，使所述推力元件经受各种负荷量和各种工作条件，并且，在所述各种条件下取得数字式负荷表示，利用所述负荷表示确定所述测力计的数字式修正因数，以及存储所述修正因数以供所述测力计工作时使用。
按照本发明的另一个方面提供的方法，所制成的测力计提供了推力元件上负荷的数字表示。还包括了用来确定和存储推力元件的线性修正因数的步骤，以及用于把所述数字表示与所述线性修正因数相组合，以提供推力元件上负荷的经修正的数字表示的步骤。
根据本发明的再一个方面提供的方法，所制成的测力计具有固定在推力元件上的数字电路板，并为所述电路板和推力元件的换能器支承部分配备了密封外壳。象导线之类的装置穿过所述外壳到达电路板，提供用于外部通信的信号通道，所述电路板包含用于产生数字式重量读数，并且经过所述穿过外壳的信号通道输送这些重量读数的电路，及用于把存储的数字式修正因数加到重量读数上的装置。制作之后，该测力计不需要在外壳内部作机械的调整，而可以利用穿过外壳的信号通道来进行控制和修正。可以把一台或多台秤中的若干组合式测力计连接到公用的主控制器，并且，一起连接成局部区域网络。
所述推力元件可以是摇杆，并且，可以存储预定的线性修正因数，并把它们加到重量读数上。
图1是根据本发明的、使用摇杆推力元件的数字测力计的纵剖面图;
图2是图1的测力计的顶视平面图;
图3是摇杆推力元件的前视图;
图4是图3的推力元件的直径收缩部分的展开的视图，图中示出其上的应变电阻片的排列;
图5是所述数字测力计的电子电路的方块图;
图6是使用数字测力计的车辆秤的平面图;
图7是说明图6的车辆秤的主要部件的连接的示意图;
图8是用于图6和7的中最佳形式主控制器的方块图;
图9A至9M是说明本发明中每个数字测力计的操作的程序框图;
图10A和10B是说明数字测力计中使用的线性补偿过程的程序框图;
图11A至11L是说明图8的主控制器的操作的程序框图;
图12A和12B是说明用于把地址赋予多测力计系统中替换的测力计的过程的程序框图;
图13是利用本发明的另一种组合式数字测力计的侧视图;
图14是图13测力计的推力元件的局部剖开和放大比例的侧视图;
图15是图14的测力计的、沿直线15-15视向的水平剖面图;
图16是利用本发明的再一种组合式数字测力计的纵剖面图;
图17是图16的测力计的、沿直线17-17视向的横断面图。
首先参考图1至4，利用本发明的测力计包含不锈钢或类似材料制成的摇杆推力元件12。印刷电路板14安装在该推力元件上，而总的标为15的外壳围住该印刷电路板和推力元件的大部分。印刷电路板14装有与包含模/数转换器和微处理器的测力计有关的电子电路，下面将对该板进行更全面的描述。用穿过垫圈进入推力元件壳体的螺钉17，把印刷电路板14固定到推力元件12上。推力元件，电路板和外壳的组合，产生总的用标号20表示的数字测力计。
外壳15通常是圆柱形的，并且，包含上部和下部碗状构件21和22，这两者最好分别用不锈钢制成。每个构件21，22在其敞开端分别具有法兰23，24，后者从所述构件的边缘径向向外延伸。将法兰23，24焊接在一起，以便把上部和下部构件连接起来。在构件21，22的闭合端设置中心开口25，26，推力元件12的外端部穿过这些开口延伸出去。在开口25、26的周边上，将每个构件21、22焊接在推力元件12的凸肩上(如27，28所示出的)。上部构件21备有一对径向开口30和31。插座33穿过开口30延伸出去，并且，被焊接在构件21的、限定开口30边界的壁部分。电线34从插座33伸进外壳15，到达电路板14上的连接器。通风管36穿过开口31延伸出去，并且，用铜焊焊在构件21的壁上而固定就位。通风管36使得能够将外壳15内部净化，然后，通过堵塞该通风管而将外壳15封闭，从而，与外部气氛隔离。
下面参考图3和4，摇杆推力元件12具有圆柱形立柱的外形，并且，相对于横向中心线50纵向对称。由直径收缩段52构成的部分从中心线50向两个方向延伸，从而，与上体段54及下体段55汇合。上凸肩57(上部外壳构件21焊接在该凸肩上)从上体段54延伸到上颈部58，后者结尾于上负荷面60。相应地，下凸肩62(下部外壳构件22焊接在该凸肩上)从下体段55延伸到下颈部63，后者结尾于下负荷面65。每个负荷面60，65的曲率半径大于摇杆总高度的一半，以便使摇杆自动竖直，也就是说，以便当摇杆以一个负荷面支持时，当去掉使该摇杆偏离竖直位置的力时，该摇杆能够回到其竖直位置。在上体段54中设置一对螺纹孔68，用于容纳螺钉17，以便把电路板14固定到推力元件上。可以由适当的圆柱形杆或棒在车床上车削，以极低成本高效率的方法来加工推力元件12，此时，除了螺纹孔68之外，不需要钻孔，攻螺纹或者其他机加工。
当摇杆处在额定的负荷下时，推力元件上的直径收缩段52在该段中形成所要求的应变幅度。一组应变电阻片和一个温度敏感电阻按图4中所示的方式排列在收缩段52的圆柱体表面上。一对压缩敏感应变电阻片75，76安装在收缩段52上直径方向上相反的位置，分别位于中心线50的下方和上方，同时，它们的应变敏感元件沿该摇杆的纵方向取向，以便检测由加到负荷面60，65上的负荷产生的压缩应变。一对拉伸敏感应变电阻片79、80安装在与压缩敏感应变电阻片75、76一样的直径方向上相反的位置上，但是，在中心线50的、不同于压缩敏感应变电阻片的相对的两侧。应变电阻片79和80的敏感元件通常相对于横向中心线50而对中，以便当对负荷面60、65加载而使收缩段52压缩时，检测出由于收缩段52圆周的增长而显现的拉伸应变。对温度敏感的镍电阻82安装在收缩段52上，位于在垂直方向上排列成一直线的两组应变电阻片的中间，并且，相对于横向中心线50而对中。
图1至4的测力计的装配方法是首先，用螺钉17把印刷电路板14连接到推力元件12上，并且，连接该推力元件与该印刷电路板之间的接线;然后，将插座33熔焊或钎焊在上部外壳构件21上;将推力元件和电路板装配到上部外壳构件21上，并且，完成电路板和插座33之间的布线连接;如标号27所示，将上部构件21熔焊到推力计12的凸肩57上;然后，使下部外壳构件22与上部构件21贴合，并且，在法兰23和24处把两个构件熔焊在一起;接着，如标号28所示，把下部构件22熔焊到推力元件的凸肩62上。然后，通过通风管36驱赶该组件中的气体，接着，把该通风管压扁并熔焊，以致接近于把电子电路和推力元件的非负荷部分以气密方式密封在外壳15中。最后得到的是一个装在壳体内的、气密密封的数字测力计，能够而且仅仅需要通过把该测力计连接到计算机或其他控制器上的插座33对该测力计进行调整、补偿和进一步鉴定其特性。因此，可以在不对测力计进行有形干预的情况下，从远处进行所有的分析、修正和调整。这使该测力计成为称重系统中一种组合式的、可更换的部件。
当然，摇杆推力元件12和安装在它上面的应变电阻片或其他换能器可以用做没有安装数字电路板的测力计和/或装有这种电路板的测力计。同样，可以用其他形式的推力元件来构成组合式数字测力计。
使用时，把负荷加到负荷面60和65上，后者主要是产生由应变电阻片75和76检测到的、平行于摇杆纵轴的压缩应变。由于收缩段52的径向膨胀的结果，产生了很小的拉伸应变。用应变电阻片79和80检测这种拉伸应变。因为所述压缩应变显著地大于拉伸应变，所以，由应变电阻片75，76，79和80构成的桥路的输出信号是显著地非线性的。如上所述，这一直是过去柱状测力计使用中的重要缺点。
现在参考图5，图1至4的数字测力计20的电路包括连接成桥路90的应变电阻片75、76、79和80。该桥路为前置放大器92提供模拟重量信号。该重量信号从前置放大器92中出来后经由模拟滤波器94而耦合到模拟开关96的一个输入端。开关96的输出端连接到多斜度积分模/数(A/D)转换器100的输入端。镍电阻82与桥路90串联连接，并且，经由前置放大器101为模拟开关96的另一个输入端提供信号。电源103为桥路90提供激励，该电源还经由模拟开关96为多斜度A/D转换器100提供已知的基准电压。A/D转换器100的输出端连接到微处理器105，后者最好是Inte18344。微处理器105控制模拟开关96的动作，使来自桥路90的模拟重量信号和来自镍电阻82的温度指示信号由A/D转换器100转换成数字形式，然后，输送到微处理器105。
微处理器105备有包含ROM，外部可擦可编程序ROM(EEpROM)以及RAM的存储器105a，用于存储从A/D转换器100以及从远距离的控制器或计算机接收到的程序和数据。微处理器105还备有串行接口单元105b，后者经由驱动器107和接收机108连接到与控制器或计算机通信的总线或者类似装置。
参考图6和7，图中示出一种利用多个数字测力计的、用于车辆称重的称。该系统包含八个上述数字测力计20，它们支承一个适用于承载车辆(例如卡车)的平台125。各测力计20经由接线盒127连接在一起，并且，经由总线128连接到主控制器130。该主控制器可以连接一个或者多个外围设备132，例如打印机或主计算机。安排各数字式测力计20及主控制器130，并且，为它们编制程序，使它们构成LAN(局部区域网络)，其中，主控制器130作为主导装置运行，而各测力计20作为从动装置运行。和图1系统中一样，该LAN最好使用Intel BITBUS通讯系统。
如图8中所示，主控制器130包含备有内部RAM存储器140a和串行接口单元140b的微处理器140(最好是Intel 8344)。微处理器140经由连接到串行接口单元140b的驱动器142和接收器143，连接到用于与各数字测力计20通信的总线128。微处理器还与地址/数据总线150保持通信，程序存储器152，RAM153，实时时钟154以及一对双用发射机156、157连接到总线150。发射机156和157把总线150连接到各种外围设备，例如，打印机160主计算机161，条型码编器163以及串行输入/输出线164。并行输入/输出线166也经由储存器167连接到总线150。
微处理器140经由显示控制器174给七位真空荧光显示器172提供重量数据。键盘180经由链盘驱动器182连接到微处理器140，该键盘用于在校准和调整系统以及轻微改变系统的运行时，进行各种方式和方案的手动选择和输入。非易失性可编程序存储器183也连接到微处理器140，用于存储在校准和调整系统时确定的各种校准常数和类似信息。
图8中示出的主控制器是由本申请的受让人，Toledo Scale Corporation制造和销售的8530型数字式显示器。
在图6和7的系统的运行中，作为LAN主导装置的主控制器以所要求的速率轮询各测力计(各LAN附属装备，各从动装置)，以便从每个测力计接收重量数据。可以在某些方面处理来自各测力计的数据，把所述数据与来自该秤的其他测力计的数据相加，并且进一步处理所得到的结果，以产生最终显示的重量。
虽然，象LAN那样连接和操作是可取的，但是，各个测力计(或者共用一个A/D转换器的一组测力计)的数字式输出信号可以单独连接到主控制器，而不是经由公用总线。本质的特征是所述主控制器接收和处理来自多个测力计中每个测力计的数字式信息。为图1至5中所说明的数字测力计编制程序，以便它们作为主控制器或者主计算机的从动装置而工作，并且，对输送到这些测力计上的指令做出反应。所述测力计可以单独地和控制器一起工作，或者，作为具有公用控制器，即，主控制器的多测力计秤或系统中的一个测力计。每个测力计的独有的地址存储在存储器中，在多测力计秤的情况下，该存储器只允许主控制器将指令送到它那里。制造过程中，所有测力计备有相同的地址;在调整秤的过程中，如果必要的话，用独有的地址代替该相同的地址。
另外，给数字测力计编制程序，以便就温度对起点和相邻刻度间隔的影响方面，相邻刻度间隔调整方面，线性和徐变方面，对其重量读数进行补偿。所采用的补偿算法(包括一些常数值)存储在测力计存储器中。在制造测力计期间确定这些常数值。确定这些常数的方法是制造期间，将测力计连接到主计算机上，使该测力计承受所要求的、各种不同的重量和温度条件，以提供用于修正算法的数据，并且，利用这些数据求出各相应的常数。然后，借助于主计算机把这些常数输送到该测力计，并且，存储在存储器中。
适用于进行线性修正的算法是Wc＝D·WR(1+WR·E) (1)其中，WC是经过线性修正的重量，WR是未修正的重量读数，而D和E是常数。确定这些常数值的方法是在半负荷和全负载情况下分别读取重量读数，然后，把这些读数分别代入方程(1)中。如果WC1和WR2是半负荷时的值，而WC2和WR2是全负荷时的值，并且，规定Wc2等于WR2，则D＝1/(1+E·WR2)以及E＝(WR1-Wc2)/(WC1·WR2-WR12)
然后，把这些方程中常数D和E的值输送到测力计中，用于在操作时进行线性修正。
图9A至9M的程序框图说明数字测力计的操作，该测力计或者连接在单测力计系统中，或者连接在多测力计系统中，并且，处在校准过程或者正常工作状态。在程序块250“起动”之后，以程序块251“静”方式开始操作。这本质上是一种本机方式，因为，主控制器或者主计算机尚未开始与测力计通信。在程序块252和253中，从存储器取得测力计地址，并且，检查其有效性。如里所存储的地址是无效的，那么，在程序块255中，写入具有任意值(例如1或240)的地址。在已经确定所存储的地址是有效的，或者是赋予的新地址之后，操作指令直接向前进行，或者，经由程序块254到257，在程序块257中，检查ROM错误，如果发现有这种错误，就设定标记。然后，在程序块259，从图4镍电阻59获得温度读数，并将它存储以供补偿之用。在程序块260，取得数字式重量读数，并且，清除负的超出范围标记。在程序块262中，检查重量读数，以确定该读数是否超出范围。如果该读数不超出范围，则操作指令经由点264到程序块268(图9B)继续进行，在程序块268中，做出关于该数据是应当被补偿，还是以其原始形式出现的决定。如果在程序块262确定该重量读数超出范围，那么，在程序块269设定标记，并且，操作指令经由点270到程序块272(图9B)继续进行。同样，如果在程序块268确定将不对重量读数进行补偿，那么，操作指令经由点270跳到程序块272。
如果要对该重量读数进行补偿，那么，在程序块275中执行子程序，以便对起点和相邻刻度间隔系数进行温度补偿。在程序块276，如下文将说明的那样，利用子程序“LINCOR”修正该重量读数的非线性。在程序块277和278分别执行子程序，以按照相邻刻度间隔调整系统修正重量读数，以及对重量读数进行测力计中徐变方面的修正。
在程序块272，280，281和282中，审查存储器错误和超出范围数据，并且，当发现任何这种状态时，装入合适的错误代码。然后，操作指令经由点284进到程序块286(图9c)，在程序块286，确定测力计是否处在静方式。如果测力计不处在静方式，那么，在程序块288，将重量和温度读数装入串行缓冲器中，以便传送，并且，操作指令进到程序块290。如果测力计处在静方式，那么，绕过程序块288，经由点291到程序块290，在程序块290中，检查来自计算机或主控制器的任何信息。如果没有信息，并且，在程序块292中确定测力计不处在静方式，那么，操作指令经由点293返回程序块252处的主循环，并且，重复上述操作指令。如果测力计不处在静方式，那么，操作从程序块292进到程序块259，并且，经由点296而进入循环，直至串行缓冲器呈空(这表明已经将重量和温度读数传送到主控制器或主计算机)为止。那时，操作指令经由点293返回程序块252处的主循环(图9A)。
当在程序块290中确定已接收到信息时，操作指令经由点298进到程序块300(图9D)，在程序块300中，鉴定所述信息的有效性。如果所述信息是无效的，那么，对该结果的应答被送到程序块301，并且，操作指令经由点296返回程序块295。如果在程序块300中确定所述信息是有效的，那么，操作指令经由点303进到程序块305(图9E)，以确定所述信息的内容。复位信息指令使操作指令返回“起动”点250。如果在程序块307确定所述信息是用于触发数据输出的指令，那么，在程序块308中禁止静方式而采用现用数据方式。然后，操作指令经由点310继续进行到程序块311(图9M)，以对主控制器或主计算机做出所述指令已实施的应答。于是，所述循环经由点296继续进行到程序块295(图9C)，传输数据，然后，返回程序块252处操作指令的起点。
如果在程序块307中(图9E)确定所述信息不是触发数据输出的指令，那么，操作经由点315继续进行到程序块316(图9F)，以确定所述信息是关于原始形式数据的指令或者是关于补偿形式数据的指令。如果这样的话，则在程序块317中置指令数据方式，经由点310和已经实施该指令的程序块311而做出应答，然后，操作指令经由点296返回程序块295。
如果在程序块316中确定所述信息不是数据形式指令，那么，操作指令经由点319进行一系列查询，以确定所述信息是否包含待存入存储器的修正数据(例如，算法补偿常数)的信息。在程序块块322(图9G)中，确定所述信息是否包含温度补偿数据。如果不包含，那么，操作指令经由点323按顺序进行以下步骤(1)程序块326(图9H)，以确定所述数据是不是徐变补偿数据;(2)点327和程序块329(图9J)，以确定所述数据是不是线性补偿数据;以及(3)点330和程序块331(图9K)，以确所述数据是不是相邻刻度间隔调整校准数据。如果确定所述信息包含各类补偿数据中的一类数据，那么，操作指令经由点333进到程序块335(图9G)，在该程序块中将数据存入存储器。然后，在程序块336中进行检查，以确定所述数据装入是否成功。如果装入成功，那么，操作指令经由点310进到程序块311，以做出所述信息指令已实施的应答，然后，经由点296到程序块295。如果所述数据装入是不成功的，那么，在程序块338中发送对该结果的应答，并且，操作指令经由点296进到程序块295。
应当指出，仅在调整期间(作为制造过程的一部分)才把用于在温度、徐变、线性和相邻刻度间隔调整校准方面进行修正的补偿常数传送到测力计。因此，当测力计作为图6和7的秤系统的一部分时，上述对在接收到的信息中存在这类数据的试验的结果将是否定的。
再参考图9A至9M，当在程序块331(图9K)中已经对接收到的信息中包含的数据常数进行最后检验后，操作指令经由点340进到程序块341(图9L)，以便确定所述信息是否包含测力计的地址赋值。如果不包含，则操作指令经由点296进到程序块295。如果所述信息是地址赋值，那么，在程序块343中将该地址存入存储器中，并且，在程序块344中进行检查，以确定所述地址的装入是否已令人满意地完成。当该地址的装入不是令人满意的时候，在程序块345中发送对该结果的应答，并且，操作指令经由点296进到程序块295。如果在程序块344中确定所述地址已成功地装入，那么，操作指令经由点310进到程序块311(图9M)，以便传送已实施所述指令的应答。然后，操作指令经由点296进行到程序块295。
图10A和10B说明在程序块276中(图9B)执行的、用于给重量读数提供线性修正的子程序LINCOR中的各个步骤。在点350(图10A)处进入该子程序，接着，进到程序块351，在该程序块中，装入线性补偿常数D和E。然后，操作指令进到程序块353，在该程序块中，进行检查以确定所述常数是否被正确装入。如果未被正确装入，则操作指令经由点354进到程序块355(图10B)，在该程序块中，置错误标记，然后，操作指令经由点357，在程序块277处返回主程序。如果在程序块353中确定线性补偿常数已被令人满意地装入，那么，操作指令进到程序块358，在该程序块中，计算并存储经线性修正的重量读数。然后，操作指令经由点357返回主程序中的程序块277。
圈11A至11L的程序框图说明在图6和7的秤中主控制器130的操作。在进行程序块400中通电及程序块401中某些初始化步骤之后，在程序块403中从存储器提取系统中测力计的数目，并且，在程序块405中检查该信息。如果尚未写入测力计的数目，那么，在程序块406中将选用测力计的标识建立方式，并且，操作指令将经由点407跳到判定程序块410(图11B)，以检查键盘活动状态。如果在程序块412确定键盘活动正常，并且该系统处在建立方式中，那么，操作指令经由点413跳到判定程序块415，以确定是否已知测力计的数目以及它们的地址。如果未知，则操作指令进到判定程序块417，以确定该键盘是否指示单个或全部键的活动。如果指示，则操作指令经由点418跳到程序块420和421(图11D)，在那里，发送适当显示的指令，并且，根据系统中有一个或多个测力计而设置或清除单个测力计标记。然后，操作指令经由点423跳回程序块425和426(图11c)，在那里，写入测力计的数目，并且，将地址赋予它们。赋予测力计地址的方法是仅仅把第一个测力计连接到总线，按照制造时赋予所有测力计的地址数字240访问该测力计，并且，命令该测力计把该地址改变为新赋予的地址。然后，将第二个测力计连接到总线，并且，重复上述步骤。连续进行该步骤，直至所有测力计都已连接到总线，并且，都已被赋予地址为止。
操作指令从程序块426经由点430进到程序块432和433(图11E)，在那里，给所有测力计发送复位指令，继之以当被轮询时提供数据的指令。如果在程序块435中确定有的测力计未积极地应答，那么，在程序块436中显示最高序列无应答测力计的地址，使操作员在必要时能够干预。然后，操作指令经由点423跳到程序块425和426(图11c)，在那里，再次赋予测力计地址，于是，操作指令经由点403返回程序块432、433和435。操作指令环绕该循环而进行，直至在判定程序块435中做出以下判定为止该系统中所有测力计都已积极地应答。
操作指令从判定程序块435经由点440进到判定程序块442(图11F)，以确定该系统是否已经退出系统建立方式。如果未退出，那么，操作指令经由点445跳到程序块446(图11G)，以开始检查一系列键(它们发送各种系统建立功能指令)中一个或多个键的触发。如果在程序块446中检测到重新赋予测力计地址的键指令，那么，操作指令经由点448跳到下面将描述的图12A和12B中所说明的过程中。例如，当确定图6和7的系统中的一个测力计已损坏而必须更换时，重新赋予测力计地址就可能成为必要的事情。在那种情况下，必须把与被更换的测力计相同的地址赋予新测力计。
当重新赋予测力计地址的过程结束时，操作指令经由点440(图11F)返回判定程序块442，以确定是否已退出系统建立方式。如果未退出，操作指令经由点445重新开始对键指令的扫描。如果在判定程序块453(图11G)已经接收到校准该秤的键指令，那么，操作指令经由点455跳到那个过程。在完成校准操作后，操作指令经由点440返回判定程序块442(图11F)，并且，经由点445重新开始键指令扫描。操作指令以经由判定程序块457、459和461这种方式连续进行。在程序块457中，移位调整键指令经由点463起动用于确定负荷位置修正常数值的过程。在程序块459中检测到的键指令经由点465起动校准调整过程。程序块461中的键指令使操作指令经由点467跳到在更换测力计后 用于进行秤的负荷位置修正的过程。
当所有键指令都已满足要求时，操作指令经由点440进到程序块442(图11F)。当已经退出系统建立方式时，操作指令经由点470进到判定程序块472(图11H)。如果没有已经设置的测力计错误标记，那么，在程序块475中，从所有测力计中取得读数，并且，在程序块476中检查这些读数，以确定是否从所有测力计中接收到数据。如果未接收到，则在程序块478中显示出错的测力计的地址，并且，在程序块480中设置测力计错误标记。然后，操作指令经由点407跳到判定程序块410(图11B)，并且，如果不存在键盘活动，则操作指令经由点470返回判定程序块472。因为已经设置了测力计错误标记，所以，操作指令经由点430进到程序块432和433(图11E)，在那里，测力计被复位和重排，以提供数据。如果在程序块435中确定所有测力计都未积极应答，那么，操作指令经由程序块436和点423进到程序块425和426(图11c)，以再次把地址赋予测力计，然后，操作指令经由点430返回，直至在程序块435(图11E)中确定了以下事实为止所有测力计都已积极应答。然后，操作指令经由点440和判定程序块442(图11F)以及经由点470和程序块472(图11H)而进行，以便在程序块475中再次读出所有测力计的读数。
当在程序块476确定已从所有测力计获得数据后，操作指令经由点485进到判定程序块487(图11J)，以检查和测力计数据一起接收到的任何错误信息。如果接收到任何这种错误信息，那么，这一事实在程序块489中被显示，并且，操作指令经由点407进到程序块410(图11B)。如果不存在键盘活动，则操作指令经由点470返回，以在程序块475(图11H)中再次从所有测力计读出数据。当在程序块487(图11J)中确定没有和测力计数据一起接收到错误信息时，操作指令经由点492进到判定程序块494(图11K)。如果在程序块494中确定设置了单个测力计标记，那么，操作指令经由点496跳到程序块497(图11B)，在那里，单个测力计数据被显示。然后，操作指令仅仅经由程序块410，或者，经由程序块412和498而返回点470(图11H)。
如果在程序块494(图11K)确定未设置单个测力计标记，则操作指令在程序块500中开始，以便在负荷位置方面校准来自各测力计的重量读数，并且，将这些读数加起来，以获得该秤上的总重量。在程序块500中，总重量寄存器被清零，而在程序块501中，该寄存器被置N(该系统中测力计的数目)。在程序块530中，从存储器取出系统中最高序号测力计的负荷位置修正常数X，并且，把它写入寄存器M中。如果在程序块505中确定测力计N的负荷位置修正常数的取出是不成功的，那么，在程序块506中将数字1装入寄存器M中，并且，操作指令继续进行。如果在程序块505中确定从存储器成功地取出负荷位置修正常数，那么，操作指令经由点508跳到程序块510，在那里，把来自测力计N的重量读数乘以存储在寄存器M中的负荷位置修正常数XN，然后，把所得结果加到总重量寄存器上。然后，在程序块512中将N减小，并且，在程序块514中检验该值，以确定N值是否等于零。如果N值不等于零，则操作指令经由点515返回程序块503，在那里，从存储器取出系统中下一个最高序号测力计的漂移校准常数X，并把它装入寄存器M中。
操作指令以与上述相同的方式继续进行，直至已经把来自所有测力计的重量读数乘以相应的负荷位置修正常数，并且，在总重量寄存器中把它们加起来为止。此刻，程序块514将确定是否来自所有测力计的读数已被加起来。然后，在程序块517中，将从存储器中取出起点和相邻刻度间隔的校准常数。如果在程序块519中确定所述存储器取出是不成功的，那么，将在程序块520中做出错误显示，并且，操作指令将经由点407返回程序块410(图11B)。如果存储器取出是成功的，那么，操作指令经由点522进到程序块525(图11L)，在那里，将起点和相邻刻度间隔修正常数加到重量读数上。然后，在程序块527中进行与自动校零和扣除皮重有关的其他操作。在程序块528中，为了显示而对重量读数进行四舍五入和舍位，而在程序块530中显示最后的重量。然后，操作指令经由点407返回程序块410(图11B)，以检查键盘活动，并且，轮询各测力计，以取得重量读数。
返回图11A和判定程序块405，以上的叙述假定还没有将地址赋予系统中各测力计。但是，如果在程序块405中确定已经将地址预先赋予各测力计，那么，操作指令会经由点535进到程序块540，在那里，将为轮询各测力计做准备。然后，在程序块432中，在清除发送到所有测力计的指令的情况下，按照上述方式继续进行操作。
本发明的一个重要优点是更换多测力计秤中一个或多个损坏的测力计的能力。因为，可以单独地监控和诊断所述秤中的每个测力计，所以，能够容易地找到损坏的测力计。当发生损坏的情况时，将新的测力计装入系统中，以替换损坏的测力计，并且，把地址赋予新的测力计。
图12A和12B说明把地址赋予新的测力计的过程。当在程序块446中(图11G)检测到重新赋予测力计地址的键指令时，经由点448进入该过程。一开始，必须把该秤系统中所有其他测力计与总线断开，以致只有新的测力计连接到总线上。参考图12A，在程序块575中，应来自显示器的提示信息的要求，经由键盘而写入新的测力计地址，在该情况下，新的测力计地址将与更换的、损坏的测力计的地址相同。在程序块578中，将地址240写入地址寄存器中，接着，操作指令由点579进到程序块580。在程序块580中，将改变测力计地址指令和新的地址输送到地址寄存器中的测力计地址(在该情况下是240)。然后，在程序块581中，确定是否从编址后的测力计得到积极的应答。如果得到积极的应答，则已经令人满意地赋予新的地址，接着，操作指令经由点445返回，以便在程序块446(图11G)中扫描所述键盘。因为，制造时将地址240写入所有测力计中，所以，当更换的测力计是新的测力计，通常，上述过程将到此为止。
但是，在某些情况下，所述更换的测力计可能不是新的测力计，因而，可能具有存储的地址，而不是240。在那种情况下，操作指令会从判定程序块581进到程序块583，在那里，将地址寄存器的内容减小，然后，在程序块585中，将该内容与零比较。如果地址寄存器的内容不等于零，那么，操作指令经由点579返回，以便把改变地址指令和新的地址输送到减小后的测力计地址，然后，在程序块581中对积极的应答做检查。操作指令以该方法继续进行，直至从替换的测力计得到积极的应答为止，或者，直至在程序块585中已经确定所述地址寄存器的内容等于零为止。在那种情况下，在程序块587中使显示器指示无起作用的测力计连接到该系统中，并且，操作指令经由点440返回到程序块442(图11F)。
图13-15以及图16和17说明实施本发明的组合式数字测力计的其他实施例。在图13-15中，双导向横杆推力元件600和两个封闭环602、603是用不锈钢浇注的。由穿过所述不锈钢壳体而形成开口608的许多孔限定上横杆605和下横杆606的界限。一对应变电阻片610、611以通常的方法安装在上横杆605上，并且，沿着该横杆的中心线对中。镍电阻615位于所述两个应变电阻片之间，并且，用于检测温度。另一对应变电阻片617、618以相同的方法安装在下横杆606上。在620和621处设置一对螺纹孔，用于把该推力元件的一端安装到负荷容器上，而把其另一端安装到底座上。
如图15中所示，印刷电路板625、626安装在推力元件600的两侧，而另一块电路板628安装在推力元件一端的空腔603中。各电路板包含使测力计以类似于图1至4的测力计的方式运行所需要的模拟的和数字的电路。在各电路板和应变电阻片之间，以及通向位于空腔630的开口端的插座633，设置适当的接线。把玻璃和金属密封件635焊接到推力元件上，以封闭空腔630的开口端。密封件635带着用于同插座633的接线搭配的接线端子。来自密封件635各接线端子的接线经由电缆637而引出。用环氧树脂密封件639封装密封件635，各接线以及电缆637的端部。
用管状波纹管642将印刷电路板625、626和双横杆推力元件600的应变电阻片支承部分一起封装和密封。波纹管642装在推力元件600的一端，并且，位于密封环602和603之间。通过把每个密封的外圆周熔焊到波纹管642的各端部650和651的内圆周上而把波纹管642固定在密封环602和603上。
这样，就将图13至15的测力计的电子电路和非负荷接触部分封装和密封。最后得到的是一个装备在壳体内的、组合式的数字测力计，如图1至4的数字测力计中那样，能够而且仅仅需要通过电缆637对该测力计进行调整、补偿和进一步鉴定其特性。
图16和17中所示的基本测力计通称为扭转环测力计。总的用标号675标明的推力元件由不锈钢构成，并且，包含外环677和中心毂盘679，外环677和中心毂盘679通过外锥形膜片681及内锥形膜片680连接到扭转环684上。使用时，通常用螺栓或类似构件将外缘平稳地固定住，然后，将负荷或力加在毂盘679上。该负荷在扭转环684的上部分产生圆周方向的压缩应变，而在该扭转环的下部分产生圆周方向的拉伸应变。四个应变电阻片687至690在扭转环684的上表面以90°的间隔分开，它们的应变敏感元件在圆周方向上取向，以便检测在所述环中产生的压缩应变。同样，四个应变电阻片(图中仅仅示出其中的两个，并且，用标号692和693标明)安装在扭转环684的下表面、各压缩应变电阻片正下方的位置上，以检测该扭转环中的拉伸应变。最好是把各应变电阻片接入电桥电路中。设置穿过外膜片681的两个孔694a和694b，作为从应变电阻片687至690到扭转环684下面的空腔的接线的通路。在轱盘679中设置负荷孔695，以便于把负荷加到测力计上。
根据本发明，环形电路板700安装在毂盘679的下部分上，并且，用粘结剂或其他适当的固定装置固定在它上面。电路板700包含为使测力计以同图1至4的测力计类似的方式运行所需要的模拟和数字电子电路。电缆螺纹接头701穿过外缘677的开口为在数字测力计和控制器或计算机之间传送信息创造条件。用环形金属密封件704和705(例如不锈钢薄片，它们熔焊到，或者，用其他方法适当地连接到外边缘677的内圆周和毂盘679的外圆周上)封闭和密封在扭转环684上面和下面的空腔。必要的话，扭转环684上面和下面的空腔可填充惰性气体。该测力计是另一种组合式的、装在容器中的数字测力计，能够而且仅仅需要通过电缆螺纹接头701来鉴定该测力计特性以及控制该测力计。
权利要求
1.一种制造组合式数字测力计的方法，所述测力计包括推力元件、安装在所述推力元件上的换能装置、以及安装在所述推元件上的用于提供加在所述推力元件上的负荷的数字式表示的数字电路装置，其特征在于所述方法包括以下步骤(1)为所述换能装置和所述数字电路装置提供密封的外壳，(2)为所述数字电路装置与外部的通信提供穿过所述外壳的通路，(3)使所述推力元件经受各种负荷量和各种工作条件，并且，在所述各种条件下取得数字式负荷表示，(4)利用所述负荷表示确定所述测力计的数字式修正因数，以及(5)存储所述修正因数以供所述测力计工作时使用。
2.如权利要求1所要求的方法，其特征在于所述推力元件是摇杆，所述方法还包括为所述推力元件确定一个数字式非线性修正因素的步骤，和包括储存所述非线性修正因素的步骤。
3.如权利要求1所要求的方法，其特征在于所述数字电路装置包含用于产生所述推力元件的温度的数字式表示的装置，所述方法还包括为所述推力元件确定温度修正因素的步骤，和包括存储所述温度修正因数以便利用所述温度的数字式表示和所述温度修正因数来修正所述数字式负荷表示的步骤。
全文摘要
制造数字测力计的方法，测力计包括摇杆、导向横杆、扭转环或其它推力元件、安装在推力元件上的电路板、及使电路板和除推力元件支承面以外的所有部分密封的外壳。电路板包括A/D转换器和微计算机。安装在外壳上的插座提供与电路板的数字通信，对重量数据可作数字修正。可通过插座从远处而不实际进入外壳中，用数字方式对测力计校准、鉴定特性、控制和监视。可把一个或若干数字测力计连接到计算机或控制器上，以构成一个或多个称重装置。
文档编号G01G7/02GK1061282SQ91111168
公开日1992年5月20日 申请日期1991年11月19日 优先权日1987年11月30日
发明者本尼·N·迪朗, 尼尔·C·格里芬, 马克·E·魏斯 申请人:梅特勒-托利多有限公司