专利名称：一种称重传感器及其微型电子秤的制作方法
一种称重传感器及其微型电子秤。
对于微型电子秤来说，目前的各种传感器都有体积大、结构复杂、耗能高的缺点。其中体积最小、能耗最低的一种当属本人发明的TC式传感器(申请号93224012.7)，其体积可小致Φ8×50mm，能耗9mw以下，用它可以制作60×40×20mm3体积的手提秤。但想进一步降低功耗和体积，就必须发明新的传感器。
本发明的目的在于提供一种功耗0.15mw以下，分辨值1000-2000分之一，称量10-20kg的称重传感器。同时这种传感器由于结构极为简单，其本身就是一个微型电子秤。这种电子秤的体积为25×15×50mm3以内，用一只钮扣电池可以工作半年到一年时间，有数字显示和计价功能，可以校准，可以补偿线性误差，其制造成本不超过人民币35元，可以满足淘汰杆秤以后的市场需求。
本发明的第一个实质在于①以弹簧作为弹性变型元件，把容尺机构作为位移测量元件，二者直接结合在一起，构成完整的传感器及其电子秤。
如附图(一)所示的实例，在滑槽体(2)的上面，有一只螺栓(1)，螺栓(1)上固定着拉力弹簧(6)，当拉力通过螺栓(11)加在簧(6)上时，10-20公斤外力，簧伸长10-15mm。与此同时，也拉动在滑槽体(2)中的滑尺(9)向下移动，滑(9)上装有动尺(7)。如公知公会的容尺一样，(7)上有一块用照相腐蚀方法制作的梳状电容反射电极。在(7)对面有定尺(5)，(5)上有发射电极和接收电极，当(7)相对(5)移动时，由于电容的变化，就产生一系列电压信号的变化。电容的驱动以及信号处理都由芯片(8)来自动完成。(8)把信号处理成位移数据后，送计算机(12)完成斜率校准和非线性自动补偿之后，产生新的显示数据，驱动液晶屏(4)显示给人观察。(8)、(4)、(12)由电池(10)提供100mA的工作电流。
本发明的第二个实质在于采用软件方法进行斜率校准和非线性自动补偿的技术方案。
因为弹簧制造时的工艺误差，不可能准确、一致地达到所要求的斜率(外力和长度变化之比)。长期使用后，计量管理部门还要对其进行定期校准，还要考虑到不同地区的地球重力场差别，所以一般的弹簧传感器上都有调校机构，这就增加了它的复杂程度，当然也引入了误差和不稳定因素，本发明采用如下方案解决校准问题如附图二，图中(21)、(22)、(23)为公知公会的动尺、定尺等效电路及容尺驱动及信号处理电路框图。(23)输出的信号不是直接驱动液晶显示器，而是把数据作为一个乘数送往计算机(24)，和从EEPROM存储器(27)送来的另一个乘数相乘，相乘之后的数据称为准显示数据“W”。
EEPROM是一种一经写入，不论有无电源都可以永久保留数据，并可以重新写入的存储器。在每一只电子秤成品检验或年检时，先用标准量具测量出该秤的实际斜率，计算出实际斜率和标准斜率的差别，把这个值作为一个系数经写入端子(27)写入EEPROM(25)。在以后的使用中，每一个显示数都是(23)送来的数据和(25)送来系数相乘的结果，从而实现了软件校准的目的。年检时重新测量秤的实际斜率，把校准系数重新记入(25)。比如标准斜率为1公斤/1mm，而实测斜率为0.8公斤/mm，那么如果不校准的话就会把0.8公斤实际重量显示为1公斤。校准的方法就是把显示数乘0.8，这时(25)中的存数应为0.8。(25)这时有点象一只电位器，而且是一只非专业人员无法操作的电位器。
由于弹簧形状误差还可能产生非线性误差，对此，采用下述方法解决在电子秤成品校验和年审时，按照每十个分辨值“d”间隔取一个测量点的密度，逐点测出每一只秤的实际线性曲线，并和理论曲线进行比较，当实际曲线偏离理论值时，把误差出现的点位和超差数值及符号这两个数记入E2ROM(25)，这样在(25)里就存储了一批关于这只秤出现超差的点位和超差值的数据。
在实际运行时，从(23)送来的数据和(25)送来的斜率校准系数相乘后的准显示数据“w”和(25)中的误差点位数据进行比较，以检测“w”是否偏离理论曲线，如果是，则把此点位的误差值从(25)中调出，和“w”相减，相减后的差值就是修正过的数据，就可以送去显示了。
可作上述运算的单片机芯片以及E2ROM型号很多，发明人作试验时采用的是一种带LCD驱动端子的单片四位计算机芯片μ001和低功耗E2ROM-E24。
本发明用容尺作为位移检测元件，并用计算机软件替代调校机构，具有结构简单，无磨擦，无间隙的特点，利用软件进行非线性补偿，实现了理想弹簧，因而可以获得很高的精度。
由于数字集成电路的成本远低于A/D转换电路，弹簧制造成本也很低，因而，本发明可以提供一种非常廉价的高精度电子秤。
由于全部采用数字电路，没有温度漂移的烦恼，使产品有很好的稳定性。
由于数字电路及容尺技术耗能极小，可以用一只钮扣电池工作一年；产品体积甚小，非常方便携带；没有可调整元件，只有管理部门可以调校，有很高的适用性；总之这些优点都是以前其它技术无法比拟的。
图一为传感器及微型电子秤的一个实例的内部构造，(1)镙栓，(2)滑槽体，(3)印刷电路板，(4)液晶显示屏，(5)容尺定尺，(6)弹簧，(7)容尺动尺，(8)容尺驱动及信号处理专用芯片，(9)滑块，(10)电池，(11)镙栓，(12)单片计算机和EEPROM存储器芯片。
图二是图一的项视图。
图三传感器的电路框图，(21)容尺动尺的等效电路，(22)容尺动尺的等效电路，(23)容尺驱动和信号处理电路芯片，(24)单片计算机芯片，(25)EEPROM芯片，(26)液晶显示屏，(27)输入、输出接口。
实现本发明的最好方法为1.用塑料制造外壳及滑槽体，用恒弹性合金制弹簧；2.开发专用芯片把(12)和(8)作在同一芯片上；3.计算机兼有计价和语音报数功能。
权利要求
一种称重传感器及其微型电子秤。一、其特征在于由弹簧(26)作为弹性元件，由容尺动尺(7)、定尺(5)、容尺驱动及信号处理专用芯片(8)作为位移检测装置，由计算机芯片(12)、EEPROM芯片(25)作为斜率校准和非线性补偿装置，液晶显示屏(4)作为显示元件。
二、根据权利要求(一)中所述的一种称重传感器及其微型电子秤，其特征在于所述弹簧(26)的两端分别固定着一个螺栓(1)、(11)，螺栓(1)拧紧在滑槽体(2)上，螺栓(11)拧紧在滑尺(9)上，滑尺(9)装在滑槽体(2)中，动尺(7)装在滑尺(9)上，定尺和容尺驱动及信号处理专用芯片(8)分别装在印刷电路板(5)的两面，印刷电路板和滑槽体(5)固定在一起。
三、根据权利要求(一)中所述的一种称重传感器及其微型电子秤，其特征在于在EEPROM芯片(25)中写入了传感器实际斜率和理论斜率之间的比例常数，这个常数和从容尺驱动及信号处理专用芯片(8)送来的传感器实际测量值数据一起送入计算机芯片(12)，实现相乘运算，把实际测量值换算成理论显示值W，所述EEPROM(25)留有供校准用的输入接口(27)。
四、根据权利要求(一)中所述的一种称重传感器及其微型电子秤，其特征在于在EEPROM芯片(25)中写入了传感器非线性超差的位点和超差值及超差符号，计算机芯片(12)每完成一次把实际测量值换算成理论显示值运算之后，就把这个值W和EEPROM(25)芯片中存储的非线性超差位点资料进行比较，查看有没有和W值相同者，如果没有，则说明W值没有非线性超差，可以不被偿，直接送去显示；如果有，则说明这个W有非线性超差，这时计算机芯片(12)就把存储在EEPROM(25)中的超差值及超差符号取出来，作减法运算，对W进行非线性超差补偿。
全文摘要
一种以弹簧作为弹性变型元件，以容尺机构作为变型检测元件组成的称重传感器及其微型电子秤，采用软件方法进行斜率较准和非线性补偿的方案，制成能耗0.15mw，称量10-20kg，分辨值10g，体积小于25×15×50mm的附有语音报数功能和计价功能的高性能产品。
文档编号G01G3/02GK1152118SQ9512062
公开日1997年6月18日 申请日期1995年12月11日 优先权日1995年12月11日
发明者郭绍华 申请人:郭绍华