专利名称：可变电容式衡器的自动检验的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用可变电容式负荷元件的衡器，特别涉及一种自动检验这种衡器是否妥善工作的装置。
衡器，特别是商用衡器，除必须满足一系列性能要求之外，还不能过于昂贵。磅秤必须足以精确地满足其使用要求，在许多情况下，必须满足国家计量局的要求。磅秤在使用期间还必须保持所要求的精度。近年来使用的许多称重磅秤采用应变仪负荷传感器作为重量检测元件，在显示或利用以数字形式表示的重量之前，通过模拟和数字电路处理重量信号。信号通路中的诸参量因(例如)元件老化或失灵而引起的相当轻微的变化都会给重量指示值带来不能容许的误差。
大家都知道，可以在电子磅秤中设置自动检验程序来定期检定磅秤的精度。例如美国专利4，310，893就公开了一种称重磅秤中采用应变仪负荷传感器的自动检验程序。在该磅秤中，在每完成一次称重操作后，磅称处于无负载时，将一个足够精确的模拟信号作为重量模拟信号引入电气系统中。然后由磅秤的整个模拟和数字电路处理该检验信号，再根据该检验信号将其与事先已存储的对应于磅秤正确操作的基准数字值进行比较。若比较后的值对应于预定容差范围内的值，则磅秤处于可继续进行称重操作的状态。若差值不在容差范围内，则可使磅秤不能继续称重。
近来出现了一种采用可变电容式负荷传感器作为负荷检测元件、用于要求高精度称重的磅秤，这些磅秤也采用模拟和数字电路来获取和处理重量信号，且因采用自动检验程序而具有一定的好处。
本发明对采用可变电容式负荷传感器作为负荷检测元件的衡器提供自动检验。
实施本发明的衡器包括负荷响应装置和电容检测电路，负荷响应装置装有随所加的负荷而变化的电容，电容检测电路则用以检测电容的变化并根据电容的变化提供重量信号。衡器的精确度是通过改变电容检测电路中的一个参数并用该变化的参数检验磅秤是否妥善操作来检验的。更详细地说，检验程序涉及确定随该参数的变化而获得的重量信号的变化。然后将该变化或差值与在标定过程中以同样方式获得的事先存储差值进行比较，以检验衡器的工作情况。
可变电容最好包括一对串联连接的电容器，至少其中一个电容器可随所加的负荷而变化。配备有促使各电容器储存预定电荷的装置，且各电容器耦合有一个反馈网络，用以提供表示各电容器电荷与预定值之差的反馈信号。反馈信号表示可变电容器的电容量和磅秤上的重量。自动检验时，改变反馈网络中的一个参数值以改变该反馈信号。确定未改变的反馈信号与经改变的反馈信号之间的差值，再将其与事先存储的差值进行比较，由此检验衡器的工作情况。
图1是实施本发明的衡器的方框图。
图2是本发明中所采用的电容检测电路和检验电路的一个最佳形式的方框原理图。
图3是图2的一部分，示出了检验电路的另一种布局方式。
图4是自动检验程序的例行程序的流程图。
如图1所示，实施本发明的衡器包括一可变电容式负荷传感器20和一电容检测电路22。负荷传感器20可以包括例如一固定构件和/或一个或一个以上的可动构件，所述可动构件可随所加的负荷偏向或偏离固定构件和/或彼此分离。附在各构件上的对置板形成一个或一个以上的电容器，所述电容器的电容值随所加负荷而变化。各板最好配置得使其形成一对微分电容器，在所加负荷的作用下，一个电容器的电容值增加，而另一个电容器的电容值减少。美国专利4，799，558示出了可变电容式负荷传感器的一些例子。
负荷传感器20的各电容器在电容检测电路22中是在电气上串联连接的。电路22产生表示负荷传感器20的可变电容因而也表示负荷传感器20上的重量的模拟信号。来自电路22的该模拟重量信号加到模-数转换器25上，在那里被转换成数字值，然后传送到带有关联存储器30的微计算机28中。各数字信号在微计算机28中以任何所希望的方式加以处理，重量的数字指示连同其它所希望显示的信息则加到显示器31上。
图1的称重系统是在带有关联存储器30的微计算机28的控制下工作的。微计算机为监视和控制称重操作而编程，对重量信号进行各种处理，并将它们加到显示器31上，这一切都是本领域技术人员所周知的。微计算机28最好包括一个由英特尔公司制造的80C51FA微处理器。
根据本发明，检验电路35系连接到电容检测电路22，以便可以自动检验称重系统是否正确工作。检验程序是在微计算机28的控制下进行的，最好按一定的时间间隔进行。一旦到达这一时间时，若磅秤稳定，且静止和处于非加载状态，则微计算机28便通过该称重系统的操作而获得检验值。然后将如此得出的检验值与磅秤标定期间以同样方式获得并存储在存储器30以供称重系统工作期间自动检验用的检验值进行比较。
根据本发明，检验值是非加载时在磅秤上读取的重量值与微计算机28已指示检验电路35改变电容检测电路22中的一个参数值之后读取的重量值之间的差值。这些重量读数间的差值即为检验值。将此值与标定称重系统时以同样方式得出的事先存储的检验值进行比较。若比较的结果是在容许容差范围内，则称重系统就如前继续工作。若比较的结果是在容许容差范围外，就必须采取措施使磅秤不能继续称重。
从下面即将谈到的即可知道，按本发明选取的检验程序，为对磅秤工作情况的检验得出可靠的结果，所检验的磅秤元件的数目最大。
图2详细示出了电容检测电路22和检验电路35。电路22包括一对串联连接的检测电容器50和51。电容器50和51最好构成微分式电容器，在有负荷加到衡器上时，一个电容器以另一个电容器所增加的电容值减少其电容值。包括开关54和55的开关网络连接到电容器50、51上。开关54和55受到控制以使其根据开关控制器61在线路59上所提供的控制信号同步地在两个工作状态之间转换。在它们的第一状态下，开关54将电容器50连接到参考电位VR上，同时开关55将电容器51连接到接地电位上。在它们的第二状态下，开关54和55将两个电容器50和51都连接到反馈信号KVf。开关54和55可以是一般的CMOS开关，由线路59上的信号控制。开关控制器61可以是一般的方波或矩形波发生器。
电容器50与51之间的接点经由交流放大器70和短期电荷储存电容器72连接到第二开关网络75上。开关75也由开关控制器61控制。开关75在图示状态下将短期储存电容器72接到诸如大地之类的参考电位。在其另一状态下，开关75将短期储存电容器72接到长期电荷储存电容器80上。开关75可包括一电子开关网络，该网络包括与FET(场效应晶体管)模拟开关串联连接的CMOS开关在内。
长期电荷储存电容器80连接到积分器85上，积分器85则提供与电容器80两端电压的时间积分成正比的输出信号。积分器85的输出信号Vf加到包括电阻器87和88的分压网络。信号KV5的一部分通过反馈线路90反馈到开关54和55。检验电路35包括电阻器92和开关94，连接到由电阻器87和88组成的分压网络，以便按下面即将谈到的方式进行检验工作。
工作时，开关54、55和75由开关控制器61定期在其相反的各状态之间转换。开关54、55和75处于图2所示的各位置时，电容器50和51在其接点处产生误差信号，以便给短期储存电容器72充电。开关54、55和75处在与图示相反的位置时，短期电容器72上的电荷转移到长期储存电容器80上。电容器80两端的电压被积分一部分电压KV5通过分压网络、开关54和55以及电容器50、51反馈。反馈信号具有在各电容器接点处抵消交流信号的倾向。在抵消状态下，积分器所产生的反馈信号是电容器50和51电容值的函数。
美国专利4，054，833中示出和介绍了基本的电容检测电路22及其一些变型和修改方案，本说明书将该公开内容也包括进去，仅供参考。
如上所述，改变图2电路中的一个参数就能够检验出称重系统是否妥善工作。开关94闭合时使电阻器92与电阻器88关联，并改变了加到反馈信号V5的衰减因数值K。
在图2的电路中，可以证明Vf= (VR)/(K) ( (C51)/(C50+C51) )(1)其中K是电阻器88的阻值与电阻器87和88的阻值之和的比值，C50和C51是那些电容器的电容值，V5和VR则如图2中所示。
如果假设，随着负荷的增加电容器50的间隙打开，电容器51的间隙闭合，且假设两个间隙在负荷为零时都等于G，则可以证明Vf= (VR)/(2K) (1+ (dg)/(G) )(2)其中dg是间隙在负荷作用下的变化，若R87＝R88，则K＝0.5，且Vf=VR+ (VRdg)/(G) (3)若电阻器88因开关94闭合而处于分路状态，则K值将减小，且图2的电路会自我调整，以便使电容器50和51的接点处再次达到抵消状态。
令KO为初始衰减常数，KV为开关94闭合时的新衰减常数。于是V5因衰减变化所引起的变化则为dvf=VR( 1/(2KO) + (dg)/(2KOG) - 1/(2KV) - (dg)/(2KVG) )(4)若磅秤未加载，因而dg＝0，则dvf= (VR)/2 ( 1/(KO) - 1/(KV) )(5)以电阻表示，则dvf= (R87)/(R92) · (VR)/2 (6)在磅秤有负荷的情况下，因而dg不为零，则dvf= (VR)/2 · (R87)/(R92) (1+ (dg)/(G) )(7)磅秤标定过程中获得的dV5的数字值系存储起来供以后操作磅秤时用的。检验磅秤的工作是否妥善是通过比较工作时获得的值与所存储的dV5值实现的。
将电容的变化转换成重量的数字值所采用的同一个电子电路和元件产生反馈电压差值信号dV5。因此会检测出各电子电路或元件中或电容变化中的任何变化并将其与精确度极限值进行比较。检验结果dV5离存储值的任何性能下降会与称重结果的变坏情况相对应。
从上式(6)可以看出，检验值dV5与图2中电阻器88的阻值无关。因此并不能通过dV5值的变化检测出电阻器88阻值变化的效果。图3举例说明了使检验程序把电阻器88考虑进去时检验电路35与检测电路22的另一种连接方式。
从上式(5)，dvf= (VR)/2 ( 1/(Ko) - 1/(KV) )用图3中的各电阻器表示，则dvf= (VR)/(2R88) ( (R872)/(R87+R92) )这样，在图3中，检验值dV5与电阻器88的阻值有关。
若使电阻器87与92的并联组合后与电阻器88等效，则可令检验开关94在称重过程中常闭，并在微计算机28控制下检验时打开。
工作时，自动检验程序是在磅秤未加载而且未因除去负荷而致使磅秤运动的情况下由微计算机28在预定时间间隔起动的。如图4所示，从方框101所示的主程序，在方框103确定自上一次自动检验程序以来是否已经过了预定的时限。若未过时限，则操作返回到方框101的主程序。若已过预定时限，则在方框106检查磅称上是否有负荷。若有，则操作就返回到主程序，以对物体进行称量。若磅秤上没有负荷，则在方框107检查，以确定磅秤是否在运动。若然，则操作返回到主程序，然后继续循环操作，直到在方框107检测出不运动为止。这时，读取重量值，并在磅秤上没有重量的情况下在方框108存储该读数。在方框110，操作检验开关94(图2和3)以改变电容检测电路中的一个参数(反馈信号的衰减因数K)。在方框112，在参数已变的情况下读取并存储重量值。在方框115计算在不同参数值下各重量读数之间的差值。
在方框117，将对应于dV5的结果差值与标定过程中以同样方式获得的差值进行比较，并存储起来以供检验时用。比较的结果产生误差值，这个误差值在方框119与所存储的容许误差值进行比较。若误差值小于容许误差，则在方框121，检验开关就放开，于是操作返回到主程序。若误差值在容许误差范围以外，则在方框125可以通过例如消除指示检验误差的显示使磅秤不能进行称重。
权利要求
1.一种衡器，其特征在于，它包括一装有可随所加负荷而变化的电容器的负荷响应装置、一检测所述可变电容器的电容并提供表示所述电容的信号的电路、一改变所述电容检测电路中一参数的装置、和一利用来自所述电容检测电路用所述变化的参数获取的信号检验衡器的工作情况的装置。
2.如权利要求1所述的衡器，其特征在于，在改变所述参数的前和后，从所述电容检测电路获得信号，所述信号用以检验衡器的工作情况。
3.如权利要求2所述的衡器，其特征在于，它包括一测定所述之前和之后信号之差值的装置和将所述差值与已存储的差值进行比较以检验衡器的工作情况的装置。
4.如权利要求1所述的衡器，其特征在于，所述经改变的参数系反馈到反所电容器的反馈信号中的衰减因数。
5.如权利要求1所述的衡器，其特征在于，所述电容检测电路包括一给所述电容器提供反馈信号的反馈网络，所述反馈信号是所述电容器的电容量的函数，且变化中的所述参数改变了所述反馈到电容器的反馈信号的大小。
6.一种衡器，其特征在于，它包括装有一对电容器、其中至少一个电容器可随所加负荷而改变的负荷响应装置，将所述电容器串联连接的装置，促使所述诸电容器储存预定电荷的装置，一耦合到所述电容器以提供表示所述诸电容器上的电荷与某预定值之差值的反馈信号的反馈网络，所述反馈信号系所述可变电容器电容量的一个函数、产生经改变的反馈信号的装置和用所述经改变的反馈信号检验衡器工作情况的装置。
7.如权利要求6所述的衡器，其特征在于，它包括确定所述反馈信号与所述经改变的反馈信号之差值的装置，和将所述差值与原先存储的差值进行比较以检验衡器工作情况的装置。
8.如权利要求6所述的衡器，其特征在于，所述经改变的反馈信号是通过改变加到耦合到所述诸电容器的反馈信号的参数产生的。
9.如权利要求6所述的衡器，其特征在于，它包括一电气元件和用以连接在所述反馈网络中的所述元件以产生所述经改变的反馈信号的开关装置。
10.如权利要求9所述的衡器，其特征在于，所述元件是由开关装置连接到一个衰减电路中的一个电阻器，以改变耦合到所述诸电容器的反馈信号。
11.一种采用可变电容式负荷传感器和电容检测电路检验衡器是否正确工作的方法，其特征在于包括下列步骤获取表示衡器上的负荷的第一信号，改变所述电容检测电路中的一个参数，获取表示在改变参数的情况下衡器上同一个负荷的第二信号，然后利用所述第一和第二信号检验衡器的工作情况。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述诸步骤是以一定时间间隔重复进行的。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括下列步骤确定第一和第二信号之间的差值，并将该差值同所存储的差值信号进行比较以检验衡器的工作情况。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述经改变的参数是衰减因数。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述衰减因数是通过减少一个衰减电路中的一个电阻值而加以改变的。
全文摘要
衡器的自动检验方法及装置，该装置包括一电容检测电路。该电路配备有计算机控制的检验开关，借助于该开关可改变诸如衰减电路中的电阻之类的参数值。自动检验是这样达到的定期在磅秤未加载情况下获取第一重量读数，操作检验开关以改变参数，再获取第二重量读数。两读数之差值即为检验值，将此差值与标定时以同样方式获得并存储的存储检验值进行比较。若测出的与存储检验值之差超过容许范围，就可使磅秤不能称重。
文档编号G01G23/01GK1046599SQ9010090
公开日1990年10月31日 申请日期1990年2月20日 优先权日1989年4月10日
发明者理查德·C·洛什包 申请人:托利多磅秤公司