一种天平秤重装置的制作方法

本实用新型涉及秤重装置领域，尤其涉及一种天平秤重装置。

背景技术：

传统秤量传感器由一百多个分立元件装配而成，原理及工艺在理论层面比较成熟，由于各个分立元件的膨胀系数不一致，温度的变化就会对天平产生不利的影响，而且在实际生产及使用中还存在以下几方面问题：

体积大，重量重，造成秤量重复性差，时漂过大，最终造成秤量值不准确。而且传统秤量传感器对使用环境要求较高。

在电子天平生产工艺中，传统秤量传感器结构复杂，零部件繁多，对组装人员的要求很高，且成品一致性差，批量生产质量得不到保证；连接弹性体各部件所用的铍青铜簧片及吊簧毒性较大，对接触人员的健康有影响。

由于传统秤量传感器分立元件多，使用过程中可靠性低，整体不够结实，运输过程中损坏率高。

传统秤量传感器最主要的问题是由一百多个分立元件组成，各种元件的材料特性不一致，现在国内电子天平最高实际分度值只能做到0.1mg如果提高分度值，准确度和稳定性，必须改变技术思路。

随着国内全自动加工中心的普及各种新材料的出现，如今能够制备出将各种部件单一材料模块化的秤量传感器，使其有优良的材料一致性，可以提高分度值和准确度。

然而，该类单体传感器的偏载调节矫正一直是个难题，传统的调偏载通过手工或是机器人进行调偏载，具体方法是通过调整两颗四角误差调整螺丝调整角差调整弹片可以修正四角误差，也可用锉刀修正弹性体支柱或用锉刀修正铝质簧片来达到修正四角误差的目的；这些偏载调整方法存在以下不足：

(1)整个修偏载工作占到了出厂调试工作的50％-60％的时间，耗时长。

(2)通过锉刀磨锉的方式，很容易在锉多了的情况下对传感器的本质进行了破坏。

(3)利用手工或机器人进行调偏载，成本高，而且人工调偏，存在人为误差，调偏结果不一定准确。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术问题提供一种天平秤重装置,不仅能够高精度地测量物体重量值，而且能够便捷有效地调整偏载。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种天平秤重装置,包括弹性单体、秤量支撑片、天平秤盘支撑柱、天平秤盘、电磁感应装置、光电调整装置；

所述弹性单体包括簧片、杠杆机构、电磁感应装置固定机构、顶臂、底臂、侧臂，所述顶臂通过簧片分别连接所述电磁感应装置固定机构的顶端和所述侧臂的顶端；所述底臂通过簧片分别连接所述电磁感应装置固定机构的底端和所述侧臂的底端，所述顶臂与所述底臂相互平行；

所述杠杆机构的输入端连接于所述侧臂的一侧，且位于所述顶臂和所述底臂之间；

所述簧片、所述杠杆机构、所述电磁感应装置固定机构、所述顶臂、所述底臂、所述侧臂一体成型；

所述电磁感应装置和所述光电调整装置设置在所述电磁感应装置固定机构中；

所述杠杆机构的输出端延伸至所述电磁感应装置固定机构中与所述电磁感应装置连接；

所述秤量支撑片的一端固定连接于所述侧臂的顶面，另一端连接所述天平秤盘支撑柱；

所述天平秤盘支撑柱为矩形体，且顶面为正方形；所述天平秤盘支撑柱的顶面连接有圆锥体；

所述天平秤盘的底面中心开设有与所述圆锥体的锥面吻合的倒锥形凹槽；所述天平秤盘支撑柱的四个侧壁均贴设有电阻应变片，且所述电阻应变片位于所述天平秤盘支撑柱的侧壁中心处；

四个所述电阻应变片通过导线连接成惠斯通电桥，所述惠斯通电桥的输入端连接电源电路，所述惠斯通电桥的输出端连接偏载矫正电路。

本实用新型的有益效果是：通过在天平秤盘支撑柱的各方向侧壁上设置电阻应变片采集偏载形变数据，再通过偏载矫正电路处理偏载形变数据，以快速调、有效调整偏载，解决将物体放于秤盘上，放置于不同位置会产生不同的值的问题，并且采用采用这个调偏载结构，一方面可以增大天平的秤量面积，实现大秤盘化，方便特殊不规则物品的秤量，另一个方面可以降低弹性单体的加工精度，简化调整工艺，提高生产效率，降低生产成本。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，四个所述电阻应变片通过金线连接成惠斯通电桥。

采用上述进一步方案的有益效果是通过金线连接电阻应变片形成惠斯通电桥，一方面利用金线优秀导电的特性，保证形成的惠斯通电桥的信号传输准确性；另一方面由于金线的质量较轻，避免了导线重量影响秤重装置的秤重结果，进而提高秤量准确性。

进一步，所述惠斯通电桥的输入端连接无线充电模块。

采用上述进一步方案的有益效果是通过在惠斯通电桥的输入端连接无线充电模块，以无线的方式为惠斯通电桥充电，一方面省去了布线，另一方面减小了连接线的长度，避免了过长连接线在使用中收到外界的力而影响电阻应变片的形变数据的采集。

进一步，所述惠斯通电桥的输出端连接无线通信模块，通过所述无线通信模块与所述偏载矫正电路通信。

采用上述进一步方案的有益效果是通过在惠斯通电桥的输出端连接无线通信模块，通过无线的方式将惠斯通电桥的信号传输到偏载矫正电路，一方面省去了布线，另一方面减小了连接线的长度，避免了过长连接线在使用中收到外界的力而影响电阻应变片的形变数据的采集。

进一步，所述金线从所述电阻应变片引出后呈拱桥形设置。

采用上述进一步方案的有益效果是通过把金线以拱桥形设置，可以将金线末端受到的外力在拱桥段卸掉，从而防止外力影响纠偏效果及秤重结果。

进一步，所述电磁感应装置包括永磁体、磁缸套、线圈、磁缸帽；

所述永磁体包括S极磁体和N极磁体，所述S极磁体为圆筒形，所述N极磁体为柱体，所述N极磁体设置于所述S极磁体中心；所述线圈位于所述S极磁体和所述N极磁体之间，且所述线圈位固定在所述杠杆机构的输出杆上，所述磁缸套套设在所述永磁体外，所述磁缸帽安装于所述磁缸套顶部。

进一步，所述光电调整装置包括遮挡片、光电接收板以及发光管；所述遮光片连接于所述杠杆机构的输出杠杆的末端，所述光电接收板和所述发光管分别设置于所述遮光片两侧。

进一步，所述电磁感应装置的底端还设置有温度传感器。

采用上述进一步方案的有益效果是通过在电磁感应装置的底端设置温度传感器，采集温度信息以便对秤重结果的温漂进行补偿，进而提高秤重准确性。

进一步，所述偏载矫正电路包括处理器、存储器、AD转换器，所述处理器分别与所述存储器和所述AD转换器电性连接，所述AD转换器与所述惠斯通电桥的输出端连接。

采用上述进一步方案的有益效果是通过偏载矫正电路中的存储器存储惠斯通电桥输出的形变数据对应的矫正数据，再通过处理器调用矫正数据从而起到调整偏载的作用，使得偏载调整快捷、有效。

进一步，所述弹性单体上还设置有角差调整弹片。

采用上述进一步方案的有益效果是通过设置角差调整弹片对弹性单体进行初步偏载调整，以提高秤量精度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的另一种结构示意图；

图3为本实用新型的偏载矫正电路原理框图；

图4为本实用新型的另一种原理框图；

图5为本实用新型的更具体的一种原理框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、弹性单体，11、簧片，12、杠杆机构，13、电磁感应装置固定机构，14、顶臂，15、底臂，16、侧臂，17、角差调整弹片，2、秤量支撑片，3、磁缸套，4、线圈，5、磁缸帽，6、光电接收板，7、天平秤盘支撑柱，8、圆锥体，9、电阻应变片，10、金线，18、电源电路，19、偏载矫正电路。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种天平秤重装置，包括一种天平秤重装置,包括弹性单体1、秤量支撑片2、天平秤盘支撑柱7、天平秤盘、电磁感应装置、光电调整装置；

弹性单体1包括簧片2、杠杆机构12、电磁感应装置固定机构13、顶臂14、底臂15、侧臂16，顶臂14通过簧片2分别连接电磁感应装置固定机构13的顶端和侧臂16的顶端；底臂15通过簧片2分别连接电磁感应装置固定机构13的底端和侧臂16的底端，顶臂14与底臂15相互平行；

杠杆机构12的输入端连接于侧臂16的一侧，且位于顶臂14和底臂15之间；

簧片2、杠杆机构12、电磁感应装置固定机构13、顶臂14、底臂15、侧臂16一体成型；

电磁感应装置和光电调整装置设置在电磁感应装置固定机构13中；

杠杆机构12的输出端延伸至电磁感应装置固定机构13中与电磁感应装置连接；

秤量支撑片2的一端固定连接于侧臂16的顶面，另一端连接天平秤盘支撑柱7；

天平秤盘支撑柱7为矩形体，且顶面为正方形；天平秤盘支撑柱7的顶面连接有圆锥体8；

天平秤盘的底面中心开设有与圆锥体8的锥面吻合的倒锥形凹槽；天平秤盘支撑柱7的四个侧壁均贴设有电阻应变片9，且电阻应变片9位于天平秤盘支撑柱7的侧壁中心处；

四个电阻应变片9通过导线连接成惠斯通电桥，惠斯通电桥的输入端连接电源电路18，惠斯通电桥的输出端连接偏载矫正电路19。

其中，电磁感应装置包括永磁体、磁缸套3、线圈4、磁缸帽5；永磁体包括S极磁体和N极磁体，S极磁体为圆筒形，N极磁体为柱体，N极磁体设置于S极磁体中心；线圈4位于S极磁体和N极磁体之间，且线圈4位固定在杠杆机构12的输出杆上，磁缸套3套设在永磁体外，磁缸帽5安装于磁缸套3顶部。

其中，光电调整装置包括遮挡片、光电接收板6以及发光管；遮光片连接于杠杆机构12的输出杠杆的末端，光电接收板6和发光管分别设置于遮光片两侧。

其中，弹性单体上还设置有用于初步调整偏载的角差调整弹片17。

在实际应用场景中,将待秤重的物体放置到天平秤盘上，天平秤盘将物体的重力传递到天平秤盘支撑柱7，天平秤盘支撑柱7在秤量支撑片2上下移，同时，秤量支撑片2连接侧臂16的一端也给到侧臂16一个向下的力。由于侧臂16是通过簧片2连接在顶臂14和底臂15上，侧臂16能够在顶面收到一个向下的力后产生向下的位移，与此同时，侧臂16将向下的力传递给与之连接的杠杆机构12，杠杆机构12再将传递过来的力进行杠杆放大，输出在杠杆机构12的输出杠杆上，让输出杠杆发生位移。输出杠杆发生位移带动连接在其末端的遮挡片，遮挡片移动遮挡光电调整装置中发光管的光线，使得光电接收板6接收到的光线强度不再处于平衡状态，由于光电接收板6上设置有光敏电阻，可以将不平衡的光线转化为电信号变量，通过检测电信号是否有变量判定光线是否平衡，进而判定杠杆机构12的输出杠杆是否处于平衡状态。

为了杠杆机构12的输出杠杆调节会平衡状态，向电磁感应装置的线圈4输入电流，由于线圈4处于S极磁体和N极磁体形成的磁场中，输入电流的线圈4会受到磁场力，将杠杆机构12的输出杠杆往回拉，再通过光电调整装置的不断反馈，最终将输出杠杆拉回平衡状态，然后采集此时的输入电流，根据输入电流计算出待秤重物体的重量值。

由于整个秤重过程秤重装置受到的力都只在弹性单体1中通过各个簧片2产生的形变进行传递，因此力在传递过程中基本不会被损耗，从而实现了高精度秤量。

需要说明的是，具体的电磁感应装置使用步骤、具体的光电调整装置步骤方法和采集数据计算方法以及具体弹性单体1工作过程，可以参考公开号为CN106679776A的实用新型专利一种适用于电子天平的秤量传感器的工作原理、公开号CN203551054U的实用新型专利一种电磁力平衡式高精度秤量传感器的一体化弹性体的工作原理以及中国标准出版社出版的文献电子天平检定规程。

除此之外，在实际应用过程中，如果待秤重物体如果不放置在天平秤盘的中心处，例如放置在天平秤盘的边缘处；或者秤重物体本身为不规则的物体，将会使天平秤盘支撑柱7的受力不均匀即偏载，进而导致在秤重装置输入端采集的重力不准确，影响最终的秤重结果。

因此，本实施的另一个关键点在于在将天平秤盘支撑柱7设置矩形体，且顶面为正方形；天平秤盘支撑柱7的顶面连接有圆锥体8，天平秤盘的底面中心开设有与圆锥体8的锥面吻合的倒锥形凹槽；天平秤盘支撑柱7的四个侧壁均贴设有电阻应变片9，且电阻应变片9位于天平秤盘支撑柱7的侧壁中心处，四个电阻应变片9通过导线连接成惠斯通电桥，惠斯通电桥的输入端连接电源电路18，惠斯通电桥的输出端连接偏载矫正电路19。

在其工作时，天平秤盘支撑柱7的顶面的圆锥体8设置以及天平秤盘的底面中心开设的与圆锥体8的锥面吻合的倒锥形凹槽，该结构会将天平秤盘上收到的不均匀的力分摊到天平秤盘支撑柱7的四个侧壁上，力分摊到天平秤盘支撑柱7的四个侧壁上时，受力侧壁会发生一定形变，于是在侧壁的电阻应变片9就能采集到形变，再通过将四个电阻应变片9连接成惠斯通电桥，能够将形变转化电信号，最终将该电信号输入到偏载矫正电路19，由偏载矫正电路19对形变产生的电信号进行处理后结合秤重装置的秤重部分采集数据进行校正，最终达到调节偏载的效果。

其中，将天平秤盘支撑柱7设置矩形体，且顶面为正方形是为了让电阻应变片9有更好的接触面。

天平秤盘支撑柱7顶端的圆锥体8以及天平秤盘的底面中心开设的与圆锥体8的锥面吻合的倒锥形凹槽的设计是为了天平秤盘支撑柱7和天平秤盘具有更大的接触面，使受力更加均匀。

其中，如图3所示：偏载矫正电路19包括处理器、存储器、AD转换器，处理器分别与存储器和AD转换器电性连接，AD转换器与惠斯通电桥的输出端连接。

其中，存储器里预先存储有经过关系训练得到的形变数据对应的矫正数据，当惠斯通电桥输出形变数据后，经AD转换器传输到处理器中，处理器再在存储器中寻找出与该形变数据对应的矫正数据，后续的处理器再将矫正数据结合秤重装置的秤重部分采集数据，经计算得出矫正后的秤重数据。

其中，AD转换器可以为为24位或32位，处理器可以为PC机、单片机、PLC等等。

在实际应用过程中，由于电阻应变片9需要接出导线来连接成惠斯通电桥，导线的质量会对天平秤盘支撑柱7的侧壁形变产生影响。

所以，优选的，四个电阻应变片9通过金线10连接成惠斯通电桥。通过金线10连接电阻应变片9形成惠斯通电桥，一方面利用金线10优秀导电的特性，保证形成的惠斯通电桥的信号传输准确性；另一方面由于金线10的质量较轻，避免了导线重量影响秤重装置的秤重结果，进而提高秤量准确性。

优选地，如图4所示：惠斯通电桥的输入端连接无线充电模块。通过在惠斯通电桥的输入端连接无线充电模块，以无线的方式为惠斯通电桥充电，一方面省去了布线，另一方面减小了连接线的长度，避免了过长连接线在使用中收到外界的力而影响电阻应变片9的形变数据的采集。

优选地，如图5所示：惠斯通电桥的输出端连接无线通信模块，通过无线通信模块与偏载矫正电路19通信。通过在惠斯通电桥的输出端连接无线通信模块，通过无线的方式将惠斯通电桥的信号传输到偏载矫正电路19，一方面省去了布线，另一方面减小了连接线的长度，避免了过长连接线在使用中收到外界的力而影响电阻应变片9的形变数据的采集。

需要说明的是，无线通信模块可以为蓝牙模块、WIFI模块、4G模块等等，更具体的，蓝牙模块为TI CC2541/0模块；WIFI模块为ESP-07S。

优选地，如图2所示：金线10从电阻应变片9引出后呈拱桥形设置，通过把金线10以拱桥形设置，可以将金线10末端受到的外力在拱桥段卸掉，避免金线10受力将力传递到连接电阻应变片9端，给影电阻应变片9采集形变数据，从而防止外力影响纠偏效果及秤重结果。

优选地，所述弹性单体1上还设置有角差调整弹片17，通过设置角差调整弹片对弹性单体进行初步偏载调整，以提高秤量精度。具体的调整过程可参考公开号为CN106679776A的实用新型专利一种适用于电子天平的秤量传感器的工作原理。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。