多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，屬于傳感器結構【技術領域】。包括彈性體，彈性體由中間的橫梁及兩端的左固定部、右固定部構成，左固定部上形成有安裝孔，右固定部的下表面設有安裝孔，右固定部的上表面設有用于放置線路板的凹槽，橫梁的內部設有多個貫穿橫梁的通孔，橫梁的上、下表面對應通孔的位置即為應變區，橫梁的上、下表面分別設有兩組電阻應變裝置，每組電阻應變裝置均由四個電阻應變計組成，四組電阻應變裝置通過導線與線路板相焊接，線路板與外部顯示單元通訊連接，橫梁的上、下兩個表面以及凹槽的外表面上均包覆有防腐處理層。本實用新型無需挫修調整，加工方便，省工省時，測量精度高。
【專利說明】多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，屬于傳感器結構【技術領域】。
【背景技術】
[0002]首先，傳統的單點電阻應變式稱重傳感器理論上具有較強的抗偏載能力，但是由于機械加工產生的誤差、貼片位置的偏差和電阻應變計自身材質的不均勻性等等原因，這一切均會導致單點電阻應變式稱重傳感器存在嚴重的偏載誤差，為此必須給予修正，方可應用到電子秤中。目前修正的方法是將稱重傳感器裝到試驗平臺上，在平臺的中心和四個角上依次施加1/3量程的載荷，根據其輸出的大小，用銼刀挫修不同的部位來進行修正。而且當傳感器裝到秤臺上時，由于秤臺的剛度的不同，安裝面不同，裝配力矩的不同，還需二次精修。對于高精度的傳感器非常費時費力，且很難達到二級秤的要求。而且，稱重傳感器在進行偏載修正后，破壞了原有的防腐處理層，還需重新進行防護處理。且防護效果難以達到原有水平。
[0003]再者，目前所有的電阻應變式稱重傳感器都存在一定的稱重誤差，導致這些誤差的原因有內部和外部的。其中溫度的影響最為顯著。傳統的溫度影響誤差的補償是通過溫度試驗，根據溫度輸出的大小焊接不同阻值的靈敏度溫度補償量微調電阻和截取不同長度的漆包銅線進行補償的。這樣做的缺點是需準備大量不同阻值的靈敏度溫度補償量微調電阻，費工費時，為此產生了種種模擬或數字式的溫度補償方法，但是基本上靜態溫度補償；
[0004]其次，電阻應變式稱重傳感器的準確度與傳感器的材料、溫度和所加的載荷有關，大多數模擬電阻應變式稱重傳感器是通過調整模擬電路中分立元件來進行補償的，以達到允差要求。由于受電路元件的允差和有限的量程以及補償所需工作量的限制，而無法達到更高的準確度。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的在于解決上述現有技術存在的需采用挫修方式進行秤量精度調整，費時費力，破壞了稱重傳感器外部的防腐處理層，降低防護效果，而且需用溫度靈敏度補償電阻、溫度零點補償電阻、零點輸出補償電阻進行溫度靈敏度、溫度零點、零點輸出的補償，費工費時，測量精度低的技術問題，提供一種無需挫修調整，加工方便，省工省時，測量精度高的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器。
[0006]多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，其特殊之處在于包括由鋁合金材料制成的彈性體1，彈性體1由中間的橫梁2及兩端的左固定部3、右固定部4構成，兩個固定部與橫梁2為一體結構，左固定部3上形成有安裝孔5，右固定部4的下表面設有安裝孔5，右固定部4的上表面設有用于放置線路板6的凹槽12，橫梁2的內部設有多個貫穿橫梁2的通孔7，橫梁2的上、下表面對應通孔7的位置即為應變區，橫梁2的上、下表面分別設有兩組電阻應變裝置，每組電阻應變裝置均由四個電阻應變計組成，四組電阻應變裝置通過導線與線路板6相焊接，線路板6與外部顯示單元13通訊連接，橫梁2的上、下兩個表面以及凹槽12的外表面上均包覆有防腐處理層；
[0007]所述通孔7的橫剖面呈花瓣狀，橫梁2的上、下表面對應花瓣狀通孔7的位置即為應變區，花瓣狀通孔7的邊是由四個直徑相同的半圓I 7-1、半圓II 7-2、半圓III 7-3、半圓IV 7-4組成，橫梁2的上、下表面分別設有兩組電阻應變裝置，上表面的兩組電阻應變裝置的安裝位置與兩個花瓣狀通孔7的半圓I 7-1、半圓II 7-2的位置相對應，下表面的兩組電阻應變裝置的安裝位置與兩個花瓣狀通孔7的半圓III 7-3、半圓IV 7-4的位置相對應；
[0008]所述通孔7的橫剖面呈圓形或者方型或者橢圓形，橫梁2的上、下表面對應圓形通孔7的位置即為應變區，橫梁2的上、下表面分別設有兩組電阻應變裝置，電阻應變裝置的安裝位置與兩個相鄰的圓形通孔7的位置相對應；
[0009]所述電阻應變裝置是由四個呈田字格狀排列的電阻應變計8構成，電阻應變計8依次通過導線相連接，形成惠斯通電橋；
[0010]所述線路板6上設有單片機9以及電源電路，單片機9連接有溫度測量電路15，單片機9的輸入端還連接有四個A/D轉換器10、A/D轉換器10的輸入端與電阻應裝置通過導線相連接，A/D轉換器10與電阻應裝置之間還設有濾波電路11 ；
[0011]所述左固定部3與秤盤相連接，右固定部4與底座相連接；
[0012]所述橫梁2的寬度為30毫米，電阻應變計8貼于橫梁2上表面或者下表面上距中性層5.36mm處；
[0013]所述右固定部4上開設有用于穿過導線的通孔13，凹槽12的一面側壁上設有用于穿過電纜線的出孔14;
[0014]所述線路板6通過電纜線與外部顯示單元通訊連接。
[0015]本實用新型的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，結構設計巧妙，橫梁的內部所設的多個貫穿橫梁的通孔，橫梁上、下表面與通孔相對應的位置即為應變區，在應變區上安裝電阻應變裝置，電阻應變裝置與單片機控制系統通訊連接，因此當載荷作用到彈性體上時，彈性體的上、下四個應變區均產生與載荷大小成比例的彎曲彈性形變，通過施加激勵電壓的惠斯通電橋將四組電阻應變裝置中的電阻應變計電阻的變化轉換成電壓信號輸出，單片機控制系統對所接收到的多路測量數據進行處理，并根據采集到的溫度信息進行數字化補償計算，最后通過TXD和RXD異步通訊接口將數據發送至外部顯示單元，上述過程實現了以下優點:1、在一只單點式稱重傳感器上不用挫修，一次檢測就能完成對偏載誤差的數字化智能修正，且修正精度大大提高，可以方便的滿足2級秤對偏載誤差的要求；2、通過對惠斯通電橋輸出的電壓信號進行數字化處理，不用溫度靈敏度補償電阻、溫度靈敏度線性化調整和補償量微調電阻、溫度零點補償電阻、零點輸出補償電阻，即可完成溫度靈敏度、溫度零點、零點輸出的補償，且補償精度提高了一個數量級，可以輕松滿足2級秤對溫度誤差的要求；3、通過對惠斯通電橋輸出的電壓信號進行數字化處理，實現了對電阻應變式稱重傳感器輸出的線性、蠕變、滯后的數字化修正，提高了電阻應變式稱重傳感器的精度等級；4、采用傳感器在線固件升級，為產品升級和故障診斷提供了方便；5、采用指令式通訊協議，降低了數據通訊頻率，大大降低傳感器的功耗。綜上所述，本實用新型結構設計合理，在衡器領域具有很好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1:本實用新型實施例1的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器的結構示意圖；
[0017]圖2:圖1的八-八剖結構示意圖；
[0018]圖3:圖1的六向結構示意圖；
[0019]圖4:本實用新型實施例1的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器的彈性體的上表面、下表面接線示意圖；
[0020]圖5:本實用新型實施例2的結構示意圖；
[0021]圖6:本實用新型實施例3的結構示意圖；
[0022]圖7:本實用新型實施例4的結構示意圖；
[0023]圖8:本實用新型設于橫梁2上表面的第一組電阻應變裝置、濾波電路、八/0轉換電路的接線圖；
[0024]圖9:本實用新型設于橫梁2上表面的第二組電阻應變裝置、濾波電路、八/0轉換電路的接線圖；
[0025]圖10:本實用新型設于橫梁2下表面的第一組應變裝置、濾波電路、八/0轉換電路的接線圖；
[0026]圖11:本實用新型設于橫梁2下表面的第二組應變裝置、濾波電路、八/0轉換電路的接線圖。
[0027]圖12:本實用新型單片機、顯示單元、溫度測量電路的接線圖；
[0028]圖13:本實用新型電源電路的接線圖。
【具體實施方式】
[0029]以下參考附圖給出本實用新型的【具體實施方式】，用來對本實用新型做進一步的說明。
[0030]實施例1
[0031]本實施例的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，包括由鋁合金材料制成的彈性體1，彈性體1由中間的橫梁2及兩端的左固定部3、右固定部4構成，兩個固定部與橫梁2為一體結構，左固定部3上形成有安裝孔5，右固定部4的下表面設有安裝孔5，右固定部4的上表面設有用于放置線路板6的凹槽12，橫梁2的內部設有兩個貫穿橫梁2的通孔7，橫梁2的上、下表面對應通孔7的位置即為應變區，橫梁2的上、下表面分別設有兩組電阻應變裝置，每組電阻應變裝置均由四個電阻應變計組成，四組電阻應變裝置通過導線與線路板6相焊接，線路板6與外部顯示單元13通訊連接，橫梁2的上、下兩個表面以及凹槽12的外表面上均包覆有防腐處理層；通孔7的橫剖面呈花瓣狀，橫梁2的上、下表面對應花瓣狀通孔7的位置即為應變區，花瓣狀通孔7的邊是由四個直徑相同的半圓I 7-1、半圓II 7-2、半圓III 7-3、半圓IV 7-4組成，橫梁2的上、下表面分別設有兩組電阻應變裝置，上表面的兩組電阻應變裝置的安裝位置與兩個花瓣狀通孔7的半圓I 7-1、半圓
II7-2的位置相對應，下表面的兩組電阻應變裝置的安裝位置與兩個花瓣狀通孔7的半圓
III7-3、半圓IV 7-4的位置相對應。電阻應變裝置是由四個呈田字格狀排列的電阻應變計8構成，其中電阻應變計8可選用型號為8(^350-3— (23)的電阻應變計，電阻應變計8依次通過導線相連接，形成惠斯通電橋；線路板6上設有單片機9以及電源電路，單片機9連接有溫度測量電路15，單片機9的輸入端還連接有四個八/0轉換器104/0轉換器10的輸入端與電阻應裝置通過導線相連接，八/0轉換器10與電阻應裝置之間還設有濾波電路11 ；左固定部3與秤盤相連接，右固定部4與底座相連接；橫梁2的寬度為30毫米，電阻應變計8貼于橫梁2上表面或者下表面上距中性層5.處；右固定部4上開設有用于穿過導線的通孔13，凹槽12的一面側壁上設有用于穿過電纜線的出孔；線路板6通過電纜線與外部顯示單元通訊連接。
[0032]多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器的稱重方法，包括以下步驟:
[0033]0、將載荷作用到彈性體1上，使彈性體1的上、下四個應變區均產生與載荷大小成比例的彎曲彈性形變；
[0034]通過力學分析計算，根據其空間變形的規律，采用8?16個不同位置粘貼電阻應變計(如30毫米寬彈性體，電阻應變計8貼在應變區距離中性層5.36臟處)，組成了多個惠斯通電橋(31, 82,……3吣，參見附圖8-11，供橋電壓給51供電，在力的作用下橋路輸出一個0?6-的模擬信號；
[0035]四組惠斯通電橋輸出的電壓信號通過01，02, 03濾除噪音后送給口2高精度模數八/0轉換器10，通過300及兩個接口將數據傳送給單片機9，同理32，33，....％也將測量數據發送給單片機9，由奶溫度傳感器和狀組成的溫度測量電路將彈性體的溫度信號送給VI ；
[0036]單片機9對步驟3)所接收到的多路測量數據進行處理，并根據采集到的溫度信息進行數字化補償計算；
[0037]通過單片機9上所設的1X0和狀0異步通訊接口將數據通過電纜線發送至外部顯示單元13。
[0038]實施例2
[0039]本實施例與實施例1的區別在于:通孔7的橫剖面呈圓形，橫梁2的上、下表面對應圓形通孔7的位置即為應變區，橫梁2的上、下表面分別設有兩組電阻應變裝置，電阻應變裝置的安裝位置與兩個相鄰的圓形通孔7的位置相對應。
[0040]實施例3
[0041]本實施例與實施例1的區別在于:所述通孔7的橫剖面呈方型，橫梁2的上、下表面對應圓形通孔7的位置即為應變區，橫梁2的上、下表面分別設有兩組電阻應變裝置，電阻應變裝置的安裝位置與兩個相鄰的圓形通孔7的位置相對應。
[0042]實施例4
[0043]本實施例與實施例1的區別在于:所述通孔7的橫剖面呈橢圓形，橫梁2的上、下表面對應圓形通孔7的位置即為應變區，橫梁2的上、下表面分別設有兩組電阻應變裝置，電阻應變裝置的安裝位置與兩個相鄰的圓形通孔7的位置相對應。
[0044]提高稱重傳感器稱重精度的關鍵是降低內部和外部因素的影響。達到更高的精度需要通過稱為補償的過程來“調整”每個稱重傳感器。補償的目的是不論溫度或加載時間如何，在稱重傳感器的輸出和其所受載荷之間都獲得理想的線性關系。在額定承載范圍內，用已知力進行加載時，通過傳感器的實際輸出量來計算沿“期望值”曲線的線性補償系數，從而達到理想結果。數字補償算法中所使用的補償系數是用傳感器的實際輸出量來計算的。數字補償是在實際加載條件下，對稱重傳感器的輸出進行校正來實現的。
[0045]滯后補償:
[0046]大多數傳感器會表現出稱之為滯后的屬性。在逐級施加載荷再依次卸下載荷時，傳感器的輸出會出現滯后或有時稱作“內摩擦”的現象。在理想的情況下，相同的載荷在卸載時應當與對應的加載時的讀數相同。但事實上卻會發生差異，這種差異就稱之為滯后。滯后通常是正數，但也有一些負滯后的現象發生過。在電阻應變式傳感器中由滯后產生的影響會相當大，往往會限制設備的整體精確度。滯后現象的產生主要來自于傳感器的材料特性和幾何形狀。所有具有反作用力的材料，不論是金屬還是玻璃/陶瓷都顯示了不同程度的滯后。高分子材料基底的電阻應變計也顯示了滯后，并且在傳感器的整體滯后誤差中占了很大比例。滯后補償算法使稱重傳感器的輸出更接近于理想的直線。數字補償算法中所使用的滯后補償系數是在額定承載范圍內對傳感器施加已知力，通過對傳感器實際輸出的一系列重量值進行計算得出的。該算法根據實際加載量來修正稱重傳感器的輸出，并考慮到當前的加載量是否大于或小于前一個加載量。當加載和卸載是在同一步驟內完成時，滯后修正過程會相當簡單。
[0047]靈敏度溫度補償:
[0048]溫度是最顯著的外部影響因素。稱重傳感器的主要部件(彈性體和電阻應變計)都是由金屬材料制造的。隨著溫度的變化，金屬的熱脹冷縮會導致稱重傳感器的信號輸出的變化。在受控的條件下，溫度的影響可以被測量出來的。由于溫度效應是不變的且可重復的，因此可以進行補償。要得到溫度補償系數，需要在整個溫度范圍內測試稱重傳感器并記錄數據，調整由溫度產生的相關偏差，以取得預期的結果。補償系數存儲在稱重傳感器的永久存儲器中。
[0049]零點溫度補償:
[0050]零點輸出是在零載荷下所測的傳感器輸出。零點輸出的溫度補償是通過某種算法來實現的，該算法使傳感器在不同溫度下產生相同的零點輸出。零點補償是由整個工作溫度范圍內所測的零載荷輸出讀數來確定的。數字補償算法中所使用的補償系數是用這些讀數來計算的。該算法是根據稱重傳感器的實際溫度，對其輸出進行校正的。
[0051]蠕變補償:
[0052]蠕變是傳感器在受載不變的情況下，其輸出隨時間而發生的變化(增加或減少)。在受載條件下，隨著時間的延續稱重傳感器的金屬元件會產生持續的變形。這種持續的變形會在傳感器內引起附加的應變。該變形在受控的條件下，加載后時間的影響可以被測量出來。由于這種影響是不變的和可重復的，因此可以進行補償。蠕變補償系數是在一個給定的時間內，對稱重傳感器施加相同的力所決定的。數字補償算法中所使用的蠕變補償系數是通過對這些重量讀數進行計算得出的。該算法根據實際加載量，加載的時間來修正稱重傳感器的輸出。
[0053]偏載誤差的修正:
[0054]由于機械加工產生的誤差、貼片位置的偏差和電阻應變計自身的原因會導致載荷加到秤臺的不同位置是傳感器輸出產生誤差。這種誤差通過對秤臺不同的位置依次施加相同的載荷并記錄下不同位置各電橋的輸出，通過對不同電橋的輸出數據進行計算處理，實現在一只單點式傳感器上不用物理方法對偏載誤差的修正。這種采用數字化偏載誤差的修正是在電子秤裝配完畢后一次完成的，從而節省了大量的人力，且大大提升了生產效率；特別對使用片式結構的彈性體大大降低了彈性體的加工難度、大大減低了制造成本。
[0055]上述實施例的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器具有以下優點:
[0056]1、實現了在一只單點式稱重傳感器上不用挫修，一次檢測就能完成對偏載誤差的數字化智能修正，且修正精度大大提高，可以方便的滿足2級秤對偏載誤差的要求。
[0057]2、通過對惠斯通電橋輸出的電壓信號進行數字化處理，不用溫度靈敏度補償電阻、溫度靈敏度線性化調整和補償量微調電阻、溫度零點補償電阻、零點輸出補償電阻，即可完成溫度靈敏度、溫度零點、零點輸出的補償，且補償精度提高了一個數量級，可以輕松滿足2級秤對溫度誤差的要求。
[0058]3、通過對惠斯通電橋輸出的電壓信號進行數字化處理，實現了對電阻應變式稱重傳感器輸出的線性、蠕變、滯后的數字化修正，提高了電阻應變式稱重傳感器的精度等級。
[0059]4、采用傳感器在線固件升級，為產品升級和故障診斷提供了方便。
[0060]5、采用指令式通訊協議，降低了數據通訊頻率，大大降低傳感器的功耗。
【權利要求】
1.多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，其特征在于包括由鋁合金材料制成的彈性體(I)，彈性體(I)由中間的橫梁(2)及兩端的左固定部(3)、右固定部(4)構成，兩個固定部與橫梁(2)為一體結構，左固定部(3)上形成有安裝孔(5)，右固定部(4)的下表面設有安裝孔(5)，右固定部(4)的上表面設有用于放置線路板(6)的凹槽(12)，橫梁(2)的內部設有多個貫穿橫梁(2)的通孔(7)，橫梁(2)的上、下表面對應通孔(7)的位置即為應變區，橫梁(2)的上、下表面分別設有兩組電阻應變裝置，每組電阻應變裝置均由四個電阻應變計組成，四組電阻應變裝置通過導線與線路板(6)相焊接，線路板(6)與外部顯示單元(13)通訊連接，橫梁(2)的上、下兩個表面以及凹槽(12)的外表面上均包覆有防腐處理層。
2.按照權利要求1所述的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，其特征在于所述通孔(7)的橫剖面呈花瓣狀，橫梁(2)的上、下表面對應花瓣狀通孔(7)的位置即為應變區，花瓣狀通孔(7)的邊是由四個直徑相同的半圓I (7-1)、半圓II (7-2)、半圓111(7-3)、半圓IV(7-4)組成，橫梁(2)的上、下表面分別設有兩組電阻應變裝置，上表面的兩組電阻應變裝置的安裝位置與兩個花瓣狀通孔(7)的半圓I (7-1)、半圓II (7-2)的位置相對應，下表面的兩組電阻應變裝置的安裝位置與兩個花瓣狀通孔(7)的半圓111(7-3)、半圓IV (7-4)的位置相對應。
3.按照權利要求1所述的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，其特征在于所述通孔(7)的橫剖面呈圓形或者方型或者橢圓形，橫梁(2)的上、下表面對應圓形通孔(7)的位置即為應變區，橫梁(2)的上、下表面分別設有兩組電阻應變裝置，電阻應變裝置的安裝位置與兩個相鄰的圓形通孔(7)的位置相對應。
4.按照權利要求1-3任一權利要求所述的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，其特征在于所述電阻應變裝置是由四個呈田字格狀排列的電阻應變計(8)構成，電阻應變計(8)依次通過導線相連接，形成惠斯通電橋。
5.按照權利要求4所述的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，其特征在于所述線路板(6)上設有單片機(9)以及電源電路，單片機(9)連接有溫度測量電路(15)，單片機(9)的輸入端還連接有四個A/D轉換器(10)、A/D轉換器(10)的輸入端與電阻應裝置通過導線相連接，A/D轉換器(10 )與電阻應裝置之間還設有濾波電路(11)。
6.按照權利要求4任一權利要求所述的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，其特征在于所述左固定部(3)與秤盤相連接，右固定部(4)與底座相連接。
7.按照權利要求4任一權利要求所述的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，其特征在于所述橫梁(2)的寬度為30毫米，電阻應變計(8)貼于橫梁(2)上表面或者下表面上距中性層5.36mm處。
8.按照權利要求4任一權利要求所述的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，其特征在于所述右固定部(4)上開設有用于穿過導線的通孔(13)，凹槽(12)的一面側壁上設有用于穿過電纜線的出孔。
9.按照權利要求4任一權利要求所述的多通道數字化偏載誤差智能修正多孔多梁式稱重傳感器，其特征在于所述線路板(6)通過電纜線與外部顯示單元通訊連接。
【文檔編號】G01G3/18GK204202717SQ201420747661
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月3日 優先權日:2014年12月3日
【發明者】孫純國 申請人:煙臺鈞杰衡器有限公司
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