專利名稱：采用不同負載額量的測力傳感器的稱重裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種稱重裝置，例如稱量秤。更特別地，本發明涉及一種包括不同負載額量(靈敏度)的測力傳感器的稱重裝置。
背景技術：
一種常用的稱重裝置是稱量秤。各種稱量秤(或秤)，例如用于稱量車輛或其它物體的那些秤，通常包括載荷接收元件、輸送帶或用于接收待稱量的物體的其它載荷接收元件。載荷接收元件通常由多個位于下方的測力傳感器支撐，所述測力傳感器可具有模擬或數字輸出。擱置在載荷接收元件上的物體的重量在每個測力傳感器上施加某一幅度的力。施加給測力傳感器的力的幅度與由給定的測力傳感器支撐的物體的重量的一部分對應。
在采用多個模擬測力傳感器的稱量秤中，測力傳感器通常并行地電連接，以形成組合電路，且所述組合電路的輸出實際上是測力傳感器輸出的平均。輸出連接到二次裝置(例如，計量儀)，該二次裝置的功能是將組合電路輸出轉換為重量值。由于度量衡要求規定秤必須提供與物體在載荷接收元件上的位置無關的重量，因此測力傳感器的靈敏度必須被調節為大致相等。為了實現這一點，更靈敏的測力傳感器的輸出被調節為不太靈敏的測力傳感器的輸出，這或通過降低提供給更靈敏的測力傳感器的激勵電壓或通過在它們的輸出上增加被隔離的電阻器進行。最終的電路輸出此時變成代表最不靈敏的測力傳感器的輸出。如上所述，采用多個模擬測力傳感器的稱量秤的測力傳感器通常并行地電連接。因此，如本領域的技術人員所很好理解的那樣，這種稱量秤的總體靈敏度隨著測力傳感器的總數的增大而降低。與上述模擬結構形式不同，稱量秤也可采用數字測力傳感器，這意味著，每個測力傳感器產生數字值作為輸出，該數字值表示由于存在位于載荷接收元件上的物體而施加到測力傳感器上的力。這種數字測力傳感器的一個實施例描述于美國專利No. 4，815，547中。在采用數字測力傳感器的稱量秤中，每個測力傳感器的輸出被修正，以補償載荷在載荷接收元件上的不同位置。為此，可為每個測力傳感器確定乘法修正因數，以提供與物體在載荷接收元件上的位置無關的秤輸出。較大的因數應用于不太靈敏的測力傳感器，較小的因數應用于較靈敏的測力傳感器。測力傳感器修正因數可以多種方式中的任何方式確定，例如通過美國專利No. 4，804，052中描述的技術。這種數字系統的秤輸出通過數字上求秤的所有測力傳感器的輸出的和而確定。數字測力傳感器不必并行地連接，而在使用多個模擬測力傳感器的稱量秤中通常要并行地連接。相反，放置在采用數字測力傳感器的稱量秤上的載荷的重量通過數字上求各個數字測力傳感器的輸出的和而確定，這與將模擬測力傳感器的組合電路的輸出轉換為重量值不同。這樣，與采用多個模擬測力傳感器的稱量秤不同，采用多個數字測力傳感器的稱量秤的靈敏度不隨測力傳感器的數量的增大而減小。在過去，通常做法是使用類似負載額量的測力傳感器制造模擬和數字類型的稱量秤。根據秤使用的是模擬的還是數字的測力傳感器，組裝到秤結構上和暴露在載荷下的測力傳感器輸出的修正然后如上所述地進行。然而，已經確定，多測力傳感器秤的測力傳感器通常不支撐待稱量的給定物體的重量的相同部分。相反，如下面更詳細地解釋和說明那樣，一個或一組測力傳感器通常比另一個測力傳感器或另一組測力傳 感器支撐更多的物體重量。本領域的技術人員可以理解，現有的和典型的秤設計需要選擇具有類似靈敏度的測力傳感器，因此，足以適應最高加載的負載額量很可能在相關的秤中被看見。然而，在考慮在多測力傳感器秤的測力傳感器中的上述不成比例的重量分布時，也可理解，這不是期望的狀態。特別地，即使這種典型的秤的某些測力傳感器很可能比其他測力傳感器經受較小的力，但它們的負載額量將與那些經受較大力的測力傳感器相同。因此，前者的測力傳感器將具有過大的負載額量，這種設計可導致秤的靈敏度降低。顯而易見的是，較大負載額量的測力傳感器通常由于它們的尺寸較大、結構更堅固等而比較小負載額量的測力傳感器貴很多。因此，至少在采用數字測力傳感器構造的稱量秤的情況下(或可能地，在采用連接到一個或多個數字轉換盒的模擬測力傳感器構造的稱量秤的情況下)，如果有可能使用較小負載額量的測力傳感器，可降低秤的總成本。為此，以這種方式構造數字測力傳感器稱量秤具有成本益處。如下面更詳細地所述，還可能有度量學方面的益處。
發明內容
如上所述，通過提供一種具有不同負載額量的數字測力傳感器的稱量秤，可具有多種實際和明顯的優點。可選地，這種優點也可通過提供一種具有不同負載額量的模擬測力傳感器的稱量秤實現，其中，模擬測力傳感器連接到一個或多個匯合部或類似盒，在所述匯合部或類似盒處，測力傳感器的輸出被轉換為數字形式，且修正因數被應用。這種轉換和修正可利用一個或多個模擬-數字(A/D)轉換器和相關的電子器件實現，本領域技術人員可很好地理解這一點。盡管可如上所述地使用模擬測力傳感器，但為了清楚起見下面僅涉及數字測力傳感器。作為一個例子，眾所周知的是，在典型的車輛秤中，與載荷接收元件的內稱重區段相關聯的測力傳感器通常經受的靜載荷是端部區段中的測力傳感器經受的靜載荷的兩倍。此外，當車輛(特別是具有輪組的車輛)駛入和駛出載荷接收元件時，內側的測力傳感器由于車輛駛過秤時產生的載荷分配而比入口和出口處的測力傳感器經受更大的動載荷。如果與這種車輛秤的端部區段相關聯的數字測力傳感器被更換為具有減小的負載額量的數字測力傳感器，則可以理解，稱量秤的成本將會降低而不會影響其功能。而且，由于測力傳感器采用數字設計，因此，也可容易地考慮不相似的靈敏度。如上所述，采用不同靈敏度的數字測力傳感器也可能具有度量學方面的益處。該益處基于以下事實在典型的重量和測量應用中允許的最小刻度大小(eMIN)與秤中的測力傳感器的數量(N)和測力傳感器檢定分度值(Vmin)有關。通過在秤中放置不同靈敏度的數字測力傳感器，可以在使用較大總數的測力傳感器的情況下提供較小的最小刻度的秤。通過閱讀下面提供的特定例子可更好地理解該度量學方面的益處以及總體發明。
除了上述特征以外，從下面對附圖和示例性實施例的描述可容易地顯見本發明的其他方面，其中，在所有視圖中，相同的附圖標記表示相同或等同替換的特征，附圖包括圖I是多測力傳感器稱量秤的一個示例性實施例的頂視圖；圖2是圖I的示例性稱量秤的側視圖；圖3a示意性地示出了圖1-2的示例性稱量秤的測力傳感器所經受的靜載荷；圖3b示意性地示出了秤被給定尺寸和重量的卡車經過時的示例性車輛稱量秤的測力傳感器所經受的動載荷；圖4示出了具有多個測力傳感器的示例性水平帶式秤；以及
圖5示出了具有多個測力傳感器的示例性轉動工作臺包裝秤。
具體實施例方式圖1-2中示出了多測力傳感器車輛秤5的一個示例性實施例。如圖所示，該示例性秤5包括載荷接收元件10，所述載荷接收元件由下側的十個數字測力傳感器15支撐，所述十個數字測力傳感器15沿著載荷接收元件的長度分兩排設置。測力傳感器15位于載荷接收元件10的下側與地面20或者另一支撐表面之間。在該特殊的例子中，測力傳感器15采用搖銷式設計，使得測力傳感器可響應于車輛的駛入或駛出傾斜，隨后返回到大致相同的直立位置。這種測力傳感器在該領域中是眾所周知的(例如，參看美國專利No. 4，815，547)。本發明還適用于其他秤和測力傳感器設計。當待測量的物體(這種情況下為車輛)位于載荷接收元件10上時，車輛的重量在測力傳感器15上施加力，每個測力傳感器15產生數字輸出信號,該數字輸出信號表不由那個測力傳感器支撐的重量。通常，測力傳感器輸出被修正，如上所述和如本領域的技術人員所眾所周知的。這些數字信號可被求和，以獲得載荷接收元件上的車輛的重量。本領域的技術人員還理解，具有多種這種秤，且該特殊的實施例僅為了說明目的被提供。如上所述，多測力傳感器秤的測力傳感器通常不是支撐待稱量的給定物體的重量的相等部分。相反，一個或一組測力傳感器通常比另一個或其它測力傳感器或其它組的測力傳感器支撐更大的物體重量。例如，在典型的車輛秤中，與秤載荷接收元件的內稱量區段相關的測力傳感器通常承受的是端部區段中的測力傳感器承受的靜載荷的近似兩倍。此夕卜，當車輛(特別是具有軸組的車輛)駛入和駛出載荷接收元件時，內測力傳感器比入口和出口處的測力傳感器承受更大的動載荷，因為當車輛駛過秤時會產生載荷分配。圖3a中示出了靜載荷狀態，其示出了圖1-2所示的秤5的測力傳感器15經受的重量分布(以向上的力箭頭表示測力傳感器)。如上所述，以及如圖3a所示，四個內排Ri的測力傳感器15中的每個測力傳感器與位于載荷接收元件10的每個端部附近的多排測力傳感器Re中的每個測力傳感器相比支撐近似兩倍的重量(2W)。顯然，在其他秤中，與該特殊的例子中示出的相比，這種非均勻的重量分布可影響不同數目的測力傳感器和/或不同位置處的測力傳感器。圖3b示出了一個示例性的但真實的動載荷狀態(未按比例繪制)，其表示與車輛秤5類似的另一車輛秤5’的測力傳感器15’經受的重量分布(以向上的箭頭表示測力傳感器)。在圖3b中，卡車T沿著箭頭所示的方向駛過秤5’的載荷接收元件10’。在該特殊的例子中，卡車T被示出具有五個軸，其中，四個后方的軸Ap A2, A3> A4中的每個軸支撐的重量為27500磅,前軸A5支撐的重量為16000磅。卡車軸之間的距離如下*4=48”；A2-A3=120”;A3-A4=48”;A4-A5=72”。秤5’的測力傳感器之間的距離如下秤橋邊緣-1^=3”；LC「LC2=208. 5” ；LC2-LC3=208. 5” ；LC3-LC4=208. 5” ；LC4-LC5=208. 5” ；LC5-秤橋邊緣=3”。當卡車T駛過秤5’時由成排布置的測力傳感器中的每個測力傳感器經受的最大動載荷為 1^=54800 磅，LC2=72400 磅，LC3=72500 磅，LC4=72400 磅，LC5=53200 磅。因此，顯見的是，由于行駛的卡車而由內三排測力傳感器LC2-LC4經受的最大載荷明顯大于分別位于車輛秤5’的入口端和出口端附近的成排布置的測力傳感器LCpLC5經受的最大載荷。如同圖3a所示的靜載荷重量分布，對于其他稱量秤設計，圖3b中示出的非均勻的動載荷分布可能不同，且顯然也會受到秤長度、測力傳感器跨度和駛過秤的車輛的物理特性影響。仍請參看圖3a_3b，可以理解，如果端部處的成排布置的測力傳感器15被用較小負載額量的測力傳感器替代，則制造秤5、5’的成本可被降低，而不會影響其功能。由于測力傳感器采用數字設計，因此，與不相似的負載額量的測力傳感器相關的靈敏度差異可容易被解決。當然，這種益處同樣也會在非均勻的重量分布可能與圖3a-3b所示的不同的其 他設計的秤上存在。利用不同負載額量的測力傳感器的能力不限于車輛秤。例如，存在許多常見的工業稱量應用場合，其中，稱量裝置的某些測力傳感器可能比稱量裝置的其他測力傳感器經受大得多的靜載荷。圖4簡化地示出了表示這種狀態的示例性水平帶式秤25。水平帶式秤25包括支撐框架30和運動的水平輸送帶35，所述水平輸送帶35沿著箭頭所示的方向輸送待稱量的物體40 (具有某一重量W)。在該特殊的實施例中，多對測力傳感器(以箭頭Wl和W2表示)設置在秤25的相對的端部處，以便在物體40在輸送帶35上行進時確定物體40的重量。如圖所示，水平帶式秤25的電機30和相關的驅動構件35通常接近其一端安裝。這樣，靜載荷明顯不平衡，其中，在秤的一端比另一端施加大得多的靜載荷。因此，施加到第一測力傳感器對(由Wl表不)的力將明顯大于施加到第二測力傳感器對(由W2表不)的力。一種示例性的轉動工作臺包裝秤45示意性地示于圖5中。該轉動工作臺包裝秤45是可從本發明的教導獲得益處的非車輛秤裝置的另一例子。轉動工作臺包裝秤45包括支撐框架50和轉動載荷接收元件55。在運送之前要用塑料或類似材料包裝的物體60 (具有某一重量W)可放置在轉動載荷接收元件55上,且被轉動以便在從包裝筒65供給的這種材料的包裹中包封它們。在該特殊的實施例中，多對測力傳感器(由箭頭Wl和W2表示)設置在秤45的相對端處，以在物體60位于轉動載荷接收元件55上時確定物體60的重量。如圖所示，容納轉動載荷接收元件55驅動器和包裝筒65的柱70位于秤45的一偵U。這樣，靜載荷明顯不平衡，其中，在秤的一端比另一端施加了大得多的靜載荷。因此，施加到第一測力傳感器對(由Wl表示)的力明顯大于施加到第二測力傳感器對(由W2表示)的力。在上述水平帶式秤25和轉動工作臺包裝秤45這兩者中，由于存在待稱量的物體而出現的動載荷在秤的任一端處的測力傳感器之間相當均勻地分布。換言之，當待稱量的物體正被處理和稱量時，處于秤的任一端處的測力傳感器經受類似的加載。然而，由于明顯不平衡的靜載荷，通常使用比本該需要大的靈敏度的測力傳感器，以避免在秤操作過程中測力傳感器過載。在傳統的模擬系統中，在各處均需要安裝較高負載額量的測力傳感器，從而有效地降低了裝置的靈敏度。然而，在數字系統中，負載額量各不同的測力傳感器可用于適應不同的加載條件，同時優化(最大化)了秤的總體靈敏度。請再次參看圖3a_3b，可更好地理解使用不同靈敏度的數字測力傳感器的上述度量學方面的益處。在這點上，認識以下是重要的在典型的重量和測量應用中允許的最小秤刻度大小(eMIN)與秤中的測力傳感器的數量(N)和測力傳感器檢定分度值(Vmin)有關。這由以下公式表示
權利要求
1.一種稱重裝置，包括 多個測力傳感器，所述多個測力傳感器中的至少一些是適于提供其上的載荷的數字表示的數字測力傳感器；以及 用于接收待稱量的物體的載荷接收元件，所述載荷接收元件直接或間接地與所述多個測力傳感器關聯； 其中，待稱量的物體當擱置在所述載荷接收元件上時的重量在所述多個測力傳感器上非均勻地分布；以及 其中，所述多個測力傳感器包括不同負載額量的測力傳感器。
2.如權利要求I所述的稱重裝置，其特征在于， 所述稱重裝置是汽車秤。
3.如權利要求I或2所述的稱重裝置，其特征在于， 給定的測力傳感器的負載額量被設計為將由該測力傳感器承受的所述載荷的一部分。
4.在具有用于接收待稱量的物體的載荷接收元件的稱量裝置中，所述載荷接收元件由多個數字測力傳感器直接或間接地支撐，每個數字測力傳感器適于提供表示其所支撐的載荷的數字輸出信號，以及其中，待稱量的物體當擱置在所述載荷接收元件上時的重量在所述多個測力傳感器上非均勻地分布，改進包括 不同負載額量的數字測力傳感器，給定的測力傳感器的負載額量與將由其支撐的待稱量的物體的一部分相應； 其中，所述測力傳感器的所述數字輸出信號被求和，以獲得擱置在所述載荷接收元件上的物體的重量。
5.如權利要求4所述的改進，其特征在于，所述稱重裝置是汽車秤。
6.如權利要求4或5所述的改進，其特征在于，給定的測力傳感器的負載額量基于將由該測力傳感器承受的總載荷的一部分選擇。
7.一種用于稱量物體的稱重裝置，所述物體在所述稱重裝置上施加非均勻的重量分布，所述稱重裝置包括 多個模擬測力傳感器，包括具有第一負載額量的至少一個測力傳感器和具有與第一負載額量不同的第二負載額量的至少一個第二測力傳感器； 用于接收待稱量的物體的載荷接收元件，所述載荷接收元件由所述多個測力傳感器直接或間接地支撐； 至少一個模擬-數字轉換裝置，其用于將所述測力傳感器的輸出轉換為數字形式；以及 用于將修正因數應用到所述多個測力傳感器的數字化輸出的至少一個裝置。
8.如權利要求7所述的稱重裝置，其特征在于， 所述稱重裝置是車輛秤。
9.如權利要求7或8所述的稱重裝置，其特征在于， 每個測力傳感器的負載額量基于將由該測力傳感器承受的總載荷的一部分選擇。
10.如權利要求7-9中任一所述的稱重裝置，其特征在于， 提供的模擬-數字轉換裝置的數量等于提供的測力傳感器的數量。
11.如權利要求7-10中任一所述的稱重裝置，其特征在于，單個模擬-數字轉換裝置依 次將所述測力傳感器的輸出轉換為數字形式。
全文摘要
一種稱重裝置具有載荷接收元件和與載荷接收元件直接或間接地關聯的多個測力傳感器，使得當待稱量的物體擱置在載荷接收元件上時，物體的重量非均勻地施加到測力傳感器。稱重裝置基于施加到測力傳感器上的非均勻加載而包括不同負載額量的測力傳感器。
文檔編號G01G19/02GK102762963SQ201080060082
公開日2012年10月31日 申請日期2010年12月29日 優先權日2009年12月30日
發明者T·S·賴斯 申請人:梅特勒-托萊多有限責任公司