專利名稱：一種稱重傳感器及其微型電子秤的制作方法
一種稱重傳感器及其微型電子秤。
對于微型電子秤來說，目前的各種傳感器都有體積大、結構復雜、耗能高的缺點。其中體積最小、能耗最低的一種當屬本人發明的TC式傳感器(申請號93224012.7)，其體積可小致Φ8×50mm，能耗9mw以下，用它可以制作60×40×20mm3體積的手提秤。但想進一步降低功耗和體積，就必須發明新的傳感器。
本發明的目的在于提供一種功耗0.15mw以下，分辨值1000-2000分之一，稱量10-20kg的稱重傳感器。同時這種傳感器由于結構極為簡單，其本身就是一個微型電子秤。這種電子秤的體積為25×15×50mm3以內，用一只鈕扣電池可以工作半年到一年時間，有數字顯示和計價功能，可以校準，可以補償線性誤差，其制造成本不超過人民幣35元，可以滿足淘汰桿秤以后的市場需求。
本發明的第一個實質在于①以彈簧作為彈性變型元件，把容尺機構作為位移測量元件，二者直接結合在一起，構成完整的傳感器及其電子秤。
如附圖(一)所示的實例，在滑槽體(2)的上面，有一只螺栓(1)，螺栓(1)上固定著拉力彈簧(6)，當拉力通過螺栓(11)加在簧(6)上時，10-20公斤外力，簧伸長10-15mm。與此同時，也拉動在滑槽體(2)中的滑尺(9)向下移動，滑(9)上裝有動尺(7)。如公知公會的容尺一樣，(7)上有一塊用照相腐蝕方法制作的梳狀電容反射電極。在(7)對面有定尺(5)，(5)上有發射電極和接收電極，當(7)相對(5)移動時，由于電容的變化，就產生一系列電壓信號的變化。電容的驅動以及信號處理都由芯片(8)來自動完成。(8)把信號處理成位移數據后，送計算機(12)完成斜率校準和非線性自動補償之后，產生新的顯示數據，驅動液晶屏(4)顯示給人觀察。(8)、(4)、(12)由電池(10)提供100mA的工作電流。
本發明的第二個實質在于采用軟件方法進行斜率校準和非線性自動補償的技術方案。
因為彈簧制造時的工藝誤差，不可能準確、一致地達到所要求的斜率(外力和長度變化之比)。長期使用后，計量管理部門還要對其進行定期校準，還要考慮到不同地區的地球重力場差別，所以一般的彈簧傳感器上都有調校機構，這就增加了它的復雜程度，當然也引入了誤差和不穩定因素，本發明采用如下方案解決校準問題如附圖二，圖中(21)、(22)、(23)為公知公會的動尺、定尺等效電路及容尺驅動及信號處理電路框圖。(23)輸出的信號不是直接驅動液晶顯示器，而是把數據作為一個乘數送往計算機(24)，和從EEPROM存儲器(27)送來的另一個乘數相乘，相乘之后的數據稱為準顯示數據“W”。
EEPROM是一種一經寫入，不論有無電源都可以永久保留數據，并可以重新寫入的存儲器。在每一只電子秤成品檢驗或年檢時，先用標準量具測量出該秤的實際斜率，計算出實際斜率和標準斜率的差別，把這個值作為一個系數經寫入端子(27)寫入EEPROM(25)。在以后的使用中，每一個顯示數都是(23)送來的數據和(25)送來系數相乘的結果，從而實現了軟件校準的目的。年檢時重新測量秤的實際斜率，把校準系數重新記入(25)。比如標準斜率為1公斤/1mm，而實測斜率為0.8公斤/mm，那么如果不校準的話就會把0.8公斤實際重量顯示為1公斤。校準的方法就是把顯示數乘0.8，這時(25)中的存數應為0.8。(25)這時有點象一只電位器，而且是一只非專業人員無法操作的電位器。
由于彈簧形狀誤差還可能產生非線性誤差，對此，采用下述方法解決在電子秤成品校驗和年審時，按照每十個分辨值“d”間隔取一個測量點的密度，逐點測出每一只秤的實際線性曲線，并和理論曲線進行比較，當實際曲線偏離理論值時，把誤差出現的點位和超差數值及符號這兩個數記入E2ROM(25)，這樣在(25)里就存儲了一批關于這只秤出現超差的點位和超差值的數據。
在實際運行時，從(23)送來的數據和(25)送來的斜率校準系數相乘后的準顯示數據“w”和(25)中的誤差點位數據進行比較，以檢測“w”是否偏離理論曲線，如果是，則把此點位的誤差值從(25)中調出，和“w”相減，相減后的差值就是修正過的數據，就可以送去顯示了。
可作上述運算的單片機芯片以及E2ROM型號很多，發明人作試驗時采用的是一種帶LCD驅動端子的單片四位計算機芯片μ001和低功耗E2ROM-E24。
本發明用容尺作為位移檢測元件，并用計算機軟件替代調校機構，具有結構簡單，無磨擦，無間隙的特點，利用軟件進行非線性補償，實現了理想彈簧，因而可以獲得很高的精度。
由于數字集成電路的成本遠低于A/D轉換電路，彈簧制造成本也很低，因而，本發明可以提供一種非常廉價的高精度電子秤。
由于全部采用數字電路，沒有溫度漂移的煩惱，使產品有很好的穩定性。
由于數字電路及容尺技術耗能極小，可以用一只鈕扣電池工作一年；產品體積甚小，非常方便攜帶；沒有可調整元件，只有管理部門可以調校，有很高的適用性；總之這些優點都是以前其它技術無法比擬的。
圖一為傳感器及微型電子秤的一個實例的內部構造，(1)鏍栓，(2)滑槽體，(3)印刷電路板，(4)液晶顯示屏，(5)容尺定尺，(6)彈簧，(7)容尺動尺，(8)容尺驅動及信號處理專用芯片，(9)滑塊，(10)電池，(11)鏍栓，(12)單片計算機和EEPROM存儲器芯片。
圖二是圖一的項視圖。
圖三傳感器的電路框圖，(21)容尺動尺的等效電路，(22)容尺動尺的等效電路，(23)容尺驅動和信號處理電路芯片，(24)單片計算機芯片，(25)EEPROM芯片，(26)液晶顯示屏，(27)輸入、輸出接口。
實現本發明的最好方法為1.用塑料制造外殼及滑槽體，用恒彈性合金制彈簧；2.開發專用芯片把(12)和(8)作在同一芯片上；3.計算機兼有計價和語音報數功能。
權利要求
一種稱重傳感器及其微型電子秤。一、其特征在于由彈簧(26)作為彈性元件，由容尺動尺(7)、定尺(5)、容尺驅動及信號處理專用芯片(8)作為位移檢測裝置，由計算機芯片(12)、EEPROM芯片(25)作為斜率校準和非線性補償裝置，液晶顯示屏(4)作為顯示元件。
二、根據權利要求(一)中所述的一種稱重傳感器及其微型電子秤，其特征在于所述彈簧(26)的兩端分別固定著一個螺栓(1)、(11)，螺栓(1)擰緊在滑槽體(2)上，螺栓(11)擰緊在滑尺(9)上，滑尺(9)裝在滑槽體(2)中，動尺(7)裝在滑尺(9)上，定尺和容尺驅動及信號處理專用芯片(8)分別裝在印刷電路板(5)的兩面，印刷電路板和滑槽體(5)固定在一起。
三、根據權利要求(一)中所述的一種稱重傳感器及其微型電子秤，其特征在于在EEPROM芯片(25)中寫入了傳感器實際斜率和理論斜率之間的比例常數，這個常數和從容尺驅動及信號處理專用芯片(8)送來的傳感器實際測量值數據一起送入計算機芯片(12)，實現相乘運算，把實際測量值換算成理論顯示值W，所述EEPROM(25)留有供校準用的輸入接口(27)。
四、根據權利要求(一)中所述的一種稱重傳感器及其微型電子秤，其特征在于在EEPROM芯片(25)中寫入了傳感器非線性超差的位點和超差值及超差符號，計算機芯片(12)每完成一次把實際測量值換算成理論顯示值運算之后，就把這個值W和EEPROM(25)芯片中存儲的非線性超差位點資料進行比較，查看有沒有和W值相同者，如果沒有，則說明W值沒有非線性超差，可以不被償，直接送去顯示；如果有，則說明這個W有非線性超差，這時計算機芯片(12)就把存儲在EEPROM(25)中的超差值及超差符號取出來，作減法運算，對W進行非線性超差補償。
全文摘要
一種以彈簧作為彈性變型元件，以容尺機構作為變型檢測元件組成的稱重傳感器及其微型電子秤，采用軟件方法進行斜率較準和非線性補償的方案，制成能耗0.15mw，稱量10-20kg，分辨值10g，體積小于25×15×50mm的附有語音報數功能和計價功能的高性能產品。
文檔編號G01G3/02GK1152118SQ9512062
公開日1997年6月18日 申請日期1995年12月11日 優先權日1995年12月11日
發明者郭紹華 申請人:郭紹華
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
