用于称重单元的诊断方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于检验测力装置功能性的方法。
【背景技术】
[0002]称重单元是用于测量质量的、机械的测量转换器，其中，由称重对象施加在称重单元上的重力被转换成电信号。示例是应变计称重单元、震荡弦称重单元或EMFR(电磁力复原)称重单元。称重单元经常在测力装置中、尤其在称重秤中使用，称重秤将搁置在秤上的负载的重力转换成电信号。
[0003]在根据电磁力补偿的原理操作的称重单元中，称重对象的重力被直接或借助于一个或多个杠杆支点支撑的力传递杠杆传递到机电的测量转换器。测量转换器产生与称重对象的重力相对应的补偿力并且提供由处理单元的电子模块进一步处理并且呈现在显示器上的电信号。
[0004]EMFR称重单元包括具有固定的平行支腿并且具有可移动的平行支腿的平行四边形联动机构，可移动的平行支腿用作负载接收器并且通过两个平行的导向件连接到固定的支腿。在具有杠杆降低机构的系统中，在张力下坚硬并且在弯折下柔性的的耦合元件耦合到负载接收器并且将重力传递到平衡梁，平衡梁的杠杆支点由固定的平行支腿支撑。这种类型的称重单元的目的是将称重负载的重力降低到一个大小，在该大小下测量转换器能够产生补偿力并且产生代表重力的测量信号。如在本领域中已知的，在高分辨率的称重单元中的各个元件之间的连结件被配置为柔性的枢转件。柔性的枢转件限定由枢转件耦合的两个元件之间的旋转轴线。在由整件材料制造的称重单元、也称为整料的称重单元中，柔性的枢转件能够以元件之间的薄材料连接部的形式实现。
[0005]在重力直接被通过测量转换器产生的补偿力补偿的类型的EMFR称重单元中，SP，在没有通过杠杆系统降低的情况下，平行的导向件大多配置为弹簧元件、弹性连结件或膜片弹簧。在也称为直接测量系统的这个类型的称重单元中，单独的测量转换器以等同大小的补偿力对抗负载的重力。如果多个测量转换器被结合以补偿重力，则测量转换器中的每一个产生对应的部分补偿力。
[0006]在高分辨率的测力装置中，柔性的枢转件更薄并且因此也更易受到损坏，所述损坏能够影响称重结果或造成测力装置不可用。例如，如果称重盘被撞击或如果平衡突然下降或下跌，则平行的导向件和其他构件会过度受压。因此，柔性的枢转件、弹性连结件或膜片弹簧会弯折变形、破裂或甚至被毁坏。
[0007]在EMFR称重单元中使用的测量转换器能够例如配置为永磁体中的导电线圈。线圈在大多数情况下设置在平衡梁上，而永磁体附连到固定的平行支腿。然而，永磁体设置在平衡梁上并且线圈附连到固定的平行支腿上的相反构型也是可能的。在测力装置的操作状态下，电流流过线圈，由此产生补偿力，所述补偿力抵消放置在平衡上的负载。位置测量装置记录线圈从其平衡位置的偏转，于是调节单元响应于位置测量信号如此调节电流的大小，以使得线圈返回到其平衡位置。当线圈处于其平衡位置时，即，当作用在系统上的力的总和等于零时，电流的大小被测量以确定称重结果，然后显示称重结果。
[0008]以上提及类型的过量应力能够也影响在磁体系统或位置测量装置中的线圈。在测力装置的生产过程中，调整称重单元的步骤对于装置的敏感性和准确性是重要的。仅只要在装置已进行调整的状态下，调整设定就是有效的。在过量应力下，线圈在磁体系统中的对齐能够改变，或位置感应装置能够相对于平衡梁变位，结果称重结果不再被正确地确定。
[0009]如果尽管存在对称重单元的损坏而测力装置仍给出表现为是称重负载的测量，不论损坏是在柔性的枢转件中、或由磁体系统中的线圈的位置改变或位置测量装置相对于测力装置已被校准的位置的位置改变而造成，则损坏不能由当前可用手段识别。虽然损坏，但是测力装置提供称重结果，即使该称重结果是不正确的，因为测力装置不表现为功能性受损，即，测力装置似乎无错误地工作。
[0010]监测和/或确定测力装置的状态的方法在文献EP 1785703A1中公开，其中，测力装置包括设定在壳体的内部空间中的测力单元、以及测量在内部空间中的、环境有关的参数的传感器，环境有关的参数影响测力装置的操作寿命时间。所述方法允许测力装置的状态被监测，而无需打开壳体以确定测力装置的状态。然而，这个方法的缺点是，称重单元由于过度压力引起的损坏情况不能被检测到，所述损坏情况例如是损坏的柔性的枢转件或线圈或位置测量装置的变位。
[0011]为了确保测力装置正确地运行并且使用者能够对显示的测参量有信心，称重单元必须以规则的间隔被检验。这个周期性的检测在大多数情况下由制造商进行，这引起对使用者造成费用的测力装置的停工时间。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是提供验证测力装置的功能性的方法。
[0013]所述方法还应该可以在测力装置的工作地点处并且由测力装置自身进行。
[0014]根据本发明，这些任务通过如权利要求1所述的、根据电磁力补偿的原理工作的、用于测力装置功能性的验证的方法实现。
[0015]测力装置包括固定的平行支腿和可移动的平行支腿，可移动的平行支腿用作接收放置在装置上的称重对象的负载并且由平行的导向件连接到固定的支腿。测力装置还包括测量转换器，测量转换器通过传递力的连接部耦合到平行支腿并且包含线圈，所述线圈具有被导向的移动性地设置在磁体系统中并且能够承载电流。也包括在测力装置中的是位置传感器，位置传感器用作检测线圈从其平衡位置相对于磁体系统的位置改变，所述位置改变由于将负载放置在可移动的平行支腿上而产生。流过线圈的电流以在线圈和磁体系统之间的电磁力的方式使线圈和连接到线圈或磁体系统的可移动的平行支腿返回到平衡位置和/或保持其处于平衡位置。
[0016]根据本发明，测力装置的至少一个系统表征条件(means)借助于处理器单元建立，并且系统表征条件与存储在处理器单元的持久记忆文件中的、不可改变的至少一个系统参考条件相比较。基于所述比较，测力装置的功能性被确定，于是测力装置的动作发生，并且其中，电流的大小和线圈从其平衡位置偏转的大小被用于验证功能性。
[0017]由于根据本发明的方法，测力装置能够将线圈从其平衡位置的偏转、或线圈在磁体系统内的位置用于验证功能性，因为线圈从其平衡位置偏转的大小作为附加输入信息被供应给处理器单元。
[0018]测量转换器能够以不同方式设置在测力装置中。或者线圈附连到可移动的平行支腿并且磁体系统附连固定的平行支腿，或者线圈附连到固定的平行支腿并且磁体系统附连到可移动的平行支腿。在任一情况下，线圈和磁体系统能够相对于彼此移动。在大多数情况下由PID控制器调节的、流过线圈的电流在两种情况下都引起线圈和磁体系统之间的电磁力，电磁力使线圈返回到其相对于磁体系统的平衡位置和/或保持线圈处于所述位置，当负载被放置在负载接收部分上时。具有被导向的移动性地设置在磁体系统中的线圈能够配置有一个或多个绕组。磁体系统自身能够是永磁体或电磁体，其中电流流过电磁体。在最常见的配置方式中，磁体系统附连到固定的部分，而线圈或者直接附连到负载接收部分或借助于一个或多个杠杆耦合到负载接收部分。这个构型在大多数情况下是优选的，因为较小的惯性质量(在这种情况下的线圈质量)允许较快地返回到平衡位置或更稳定地附着在平衡位置。然而，也存在测力装置，在所述测力装置中，永磁体形式的磁体系统附连到可移动的部分的，例如以简化电流到线圈的传递。
[0019]平衡位置是线圈在磁体系统中的位置，在所述位置，作用在系统上的所有力相互平衡。在杠杆系统中，这也对应于平衡梁的零位置。由于线圈与平衡梁的连接，平衡梁从平衡位置的偏转等效于线圈从平衡位置的偏转。相同的情形应用于磁体系统作为线圈的替代连接到平衡梁的情况。在这个上下文中，术语“平衡梁”指代的传递力的连接部的部分是单臂或两臂杠杆，杠杆的平衡位置由位置传感器监测。在优选构型中，平衡梁的旋转轴线、平衡梁的重力的质心、第一杠杆臂到耦合件的连接以及施加测量转换器的合成力的有效点位于一个共同的平面中。如果遇到这个情况并且如果无称重负载被放置在测力装置上，则平衡梁处于无转矩的情况下并且总是处于平衡中，即使测力装置支承在倾斜的支撑表面上。由前述点限定的平面也称为杠杆中立平面。
[0020]在直接测量系统中，测量转换器的线圈或磁体系统附连到力传递杆，力传递杆直接连接到负载接收部分，以使得没有杠杆用于降低所施加的力。在直接测量系统中，线圈或磁体系统从其平衡位置的偏转等效于力传递杆从其平衡位置的偏转。
[0021]根据本发明的方法的优选应用是在微平衡装置中，因为微平衡装置在大多数情况下具有非常薄的柔性的枢转件。这些平衡装置能够以0.001毫克的测量分辨率测量十克的称重负载，即，具有一千万分之一的精确性。因此仅需相对小量的过应力就引起对微平衡装置中的柔性的枢转件的损坏。
[0022]本发明适于具有测量转换器的测力装置，所述测量转换器以推动模式操