專利名稱：稱重裝置，特別是多軌跡稱重裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括多個(gè)稱重單元的稱重裝置，通過其能夠完成并 行的多個(gè)稱重過程。這種多軌跡稱重裝置能夠進(jìn)行高頻率的測(cè)量，例如 能夠在制藥行業(yè)應(yīng)用，用于小質(zhì)量物體、特別如藥片、藥粒等的稱重。
背景技術(shù)：
為了使單位時(shí)間內(nèi)的稱重次數(shù)保持盡可能高的水平，不可能釆用那 種用較低截止頻率的低通濾波器來處理測(cè)量信號(hào)的裝置。這種低通濾波 器盡管也許能夠改善稱重的精度，特別是能夠滿足制藥行業(yè)所必須的精 度，然而起振過程有可能因此持續(xù)太長，從而導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)無法完成 所必須的稱重次數(shù)。這種裝配有低通濾波器的多軌跡稱重裝置已經(jīng)有所公開，其在采用 非常低的截止頻率的低通濾波器的情況下，通過測(cè)量干擾加速度來生成 稱重單元自身的力傳感器的輸出端信號(hào)的校正系數(shù)，并以這種方式補(bǔ)償 干擾加速度的影響。例如在DE 32 30 998 Al中公開了配備有單一稱重單元的稱重裝置 的這種補(bǔ)償方法。在這種稱重裝置中， 一個(gè)加速度傳感器緊貼著可移動(dòng) 式機(jī)械測(cè)量部分設(shè)置在稱重單元的外殼內(nèi)。該加速度傳感器實(shí)質(zhì)上檢測(cè) 以負(fù)載和質(zhì)量形式作用于該機(jī)械測(cè)量部分的干擾加速度。傳感器信號(hào)被 放大，用于使傳感器靈敏度與稱重單元的靈敏度相匹配，并從稱重單元 的信號(hào)中減去該傳感器信號(hào)。按照這種方式獲得相關(guān)于檢測(cè)得到的干擾 加速度的校正測(cè)量信號(hào)，該測(cè)量信號(hào)在理想狀態(tài)下僅取決于待稱重的負(fù) 載的質(zhì)量。該加速度傳感器因此這樣設(shè)定，即其能夠檢定作用于負(fù)荷裝 載方向上的干擾加速度分量。在DE40 01 614Al中公開了一種補(bǔ)償稱重裝置，其中至少有一個(gè)加
速度傳感器布置在稱重裝置的可移動(dòng)的部件上。該加速度傳感器向校正 信號(hào)處理系統(tǒng)傳送信號(hào)，校正信號(hào)處理系統(tǒng)檢定至少一個(gè)用于影響測(cè)量 結(jié)果的校正信號(hào)，該測(cè)量結(jié)果在輸出部分以重量或者負(fù)載質(zhì)量的形式出 現(xiàn)，該負(fù)載裝載于前述可移動(dòng)部件。該背景技術(shù)也闡述了作用于稱重裝 置基板的平移干擾加速度和旋轉(zhuǎn)干擾加速度的影響的補(bǔ)償或者消除。這種類型的帶有相應(yīng)的一個(gè)或更多個(gè)測(cè)量接收器的稱重單元在被用 于構(gòu)建多軌跡稱重系統(tǒng)的應(yīng)用中會(huì)由于相應(yīng)的大量加速度傳感器的使用 而導(dǎo)致高額的成本。因此，在多軌跡稱重系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，相應(yīng)數(shù)量的稱重單元布置在一 個(gè)共用基板上，在該基板上布置唯一的一個(gè)加速度傳感器。該加速度傳 感器的位置這樣選擇，g卩，使得通常情況下所期待的干擾加速度盡可能 特征化，具體來說，通過前述唯一加速度傳感器的信號(hào)，能夠以足夠的 精度對(duì)干擾加速度所引發(fā)的各個(gè)測(cè)量單元的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行校正。這種多軌跡稱重系統(tǒng)有這樣的缺點(diǎn)，即，對(duì)于那些不以相同方式作 用到各個(gè)稱重單元的干擾加速度，不能保證以足夠的精確對(duì)干擾加速度 進(jìn)行補(bǔ)償，從而導(dǎo)致那些被生成、被校正的各個(gè)稱重單元的重量信號(hào)在 某些情況下產(chǎn)生不可接受的誤差。發(fā)明內(nèi)容由此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有多個(gè)以機(jī)械方式互相剛性連 接的稱重單元的稱重裝置，其中各個(gè)稱重單元的重量信號(hào)能夠在出現(xiàn)干 擾加速度(該干擾加速度以不同方式作用在所有稱重單元上)的情況下， 也能夠以足夠的精度被校正，且提供了一種簡單又經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過權(quán)利要求1的特征解決該任務(wù)。本發(fā)明從以下認(rèn)知出發(fā)，即，能夠通過使用至少一個(gè)加速度傳感器 而實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾加速度的足夠精確的補(bǔ)償，該加速度傳感器至少能夠檢定 一個(gè)加速度干擾值。如果檢定出了加速度千擾值的影響，則對(duì)于每一個(gè) 稱重單元，通過使用一個(gè)預(yù)先給定的規(guī)則，可以按照相關(guān)的稱重單元的 幾何位置，并參考至少一個(gè)加速度傳感器的幾何位置，根據(jù)至少一個(gè)加 速度傳感器得出的干擾值信號(hào)相應(yīng)地檢定出一個(gè)修正量，該修正量還要 參考在相關(guān)的稱重單元的幾何位置上的至少一個(gè)加速度干擾值的有效影 響。采用這個(gè)對(duì)應(yīng)各個(gè)稱重單元被檢定的修正量能夠校正前述干擾加速 度影響的、前述相關(guān)稱重單元的重量信號(hào)。此外，該修正量能夠在電路 技術(shù)上(比如通過模擬電路)與稱重單元自身的力測(cè)量儀的測(cè)量信號(hào)連 接或者電路聯(lián)通。當(dāng)然，純粹計(jì)算上的重量信號(hào)的校正也能夠借助相應(yīng) 設(shè)置的估值單元完成。加速度傳感器和受力器的數(shù)字化信號(hào)可以被提供 給該估值單元。加速度傳感器能夠與互相剛性連接的稱重單元?jiǎng)傂赃B接。這樣能夠 保證即使出現(xiàn)的干擾加速度對(duì)各個(gè)稱重單元的作用可能不同，也能因此 避免稱重單元系統(tǒng)內(nèi)部的振蕩、加速度傳感器內(nèi)部的振蕩。在后者的情 況下，不能非常有把握地通過在一個(gè)或幾個(gè)位置上檢測(cè)至少一個(gè)加速度 干擾值來推斷該加速度干擾值對(duì)該稱重單元的位置以及進(jìn)而對(duì)稱重單元 自身產(chǎn)生的影響。然而原則上可以這樣考慮，在一個(gè)或幾個(gè)稱重單元的可移動(dòng)的機(jī)械 測(cè)量部分上也安置至少一個(gè)加速度傳感器或者一些加速度傳感器中的一 個(gè)。以這種方式能夠直接在相關(guān)稱重單元的承載側(cè)檢定加速度干擾值的 影響。這些被檢定的加速度干擾值，憑借各個(gè)稱重單元的幾何數(shù)據(jù)和特 性數(shù)據(jù)，能夠與檢定的加速度干擾值的效果互相關(guān)聯(lián)，并且能夠與相應(yīng) 的其他稱重單元互相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以簡單地這樣實(shí)現(xiàn)，全部的稱重單元和至少 一個(gè)加速度傳感器優(yōu)選與承載元件機(jī)械地互相剛性連接，例如設(shè)置在整 體固定的基板上。如一般情況，這些稱重單元優(yōu)選這樣設(shè)置，即這些稱重單元的負(fù)荷 裝載方向或者作用方向互相基本平行布置。按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，加速度傳感器的數(shù)量和方式這樣確定， 既在每個(gè)稱重單元的負(fù)荷裝載方向上能夠檢定或確定存在的純平移加速 度干擾值的分量，又在負(fù)荷裝載方向上能夠檢定或確定存在的旋轉(zhuǎn)千擾 加速度值的分量，其通過稱重單元的一個(gè)單軸或多軸的旋轉(zhuǎn)干擾移動(dòng)產(chǎn) 生。優(yōu)選的是，估值單元在當(dāng)前情況下優(yōu)選這樣設(shè)置，對(duì)于每一個(gè)稱重 單元使用事先給定的規(guī)則，把加速度傳感器中得出的干擾值信號(hào)按照前 述這些相關(guān)稱重單元的幾何位置，并參考加速度傳感器的幾何位置，相 應(yīng)地檢定出一個(gè)修正量，該參數(shù)值還要參考在幾何位置上相關(guān)稱重單元 的有效影響，該有效影響是加速度干擾值在相關(guān)稱重單元的負(fù)荷裝載方 向上的分量導(dǎo)致的。該相關(guān)稱重單元的，包括干擾值的重量信號(hào)能夠這 樣與修正量連接或者經(jīng)計(jì)算處理，即該相關(guān)稱重單元在負(fù)荷裝載方向上 的加速度干擾值的分量的影響被基本上補(bǔ)償?shù)皆撝亓啃盘?hào)。按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，加速度傳感器的數(shù)量和方式可以這樣 確定，即，除每個(gè)稱重單元在其幾何位置上沿負(fù)荷裝載方向上的一個(gè)或 幾個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)加速度干擾值的加速度分量之外的分量，能夠被檢定或者 確定，該加速度干擾值圍繞相應(yīng)的軸作用到稱重單元的機(jī)械測(cè)量部分的 一個(gè)或者一些轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。假如還要把旋轉(zhuǎn)加速度干擾值作用到稱重單元的機(jī)械測(cè)量部分的、 圍繞相應(yīng)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響進(jìn)行補(bǔ)償，就得到進(jìn)一步改善的稱重裝置 精度。優(yōu)選的是，估值單元在當(dāng)前情況下優(yōu)選這樣設(shè)置，對(duì)于每一個(gè)稱重 單元使用事先給定的規(guī)則，把加速度傳感器中得出的干擾值信號(hào)，按照 前述這些相關(guān)稱重單元的幾何位置，并參考加速度傳感器的幾何位置， 得到修正量，該參數(shù)值還要圍繞相應(yīng)軸參考一個(gè)或多個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)加速度 干擾值在相關(guān)稱重單元的幾何位置上作用到相關(guān)稱重單元的測(cè)量部分的 一個(gè)或數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的有效影響。該相關(guān)稱重單元的包括干擾值的重量 信號(hào)能夠再次與修正量連接或者經(jīng)計(jì)算處理，這樣旋轉(zhuǎn)加速度干擾值的 影響在該重量信號(hào)上基本被補(bǔ)償。當(dāng)然，這里不僅可以應(yīng)用一個(gè)單獨(dú)的 用于信號(hào)處理的估值單元，也可以應(yīng)用多個(gè)這樣的估值單元，或者甚至 每個(gè)稱重單元配備一個(gè)這樣的估值單元，或者前述各個(gè)估值單元能夠被 實(shí)現(xiàn)為分布式估值單元。按照本發(fā)明的一個(gè)簡化實(shí)施例，多個(gè)稱重單元布置在兩個(gè)保持預(yù)定 距離的平移加速度傳感器之間的X連接直線上。平移加速度傳感器的概 念是，加速度傳感器，它的傳感信號(hào)能夠把在該加速度傳感器的有效方 向上或者檢定方向上出現(xiàn)的任意的加速度干擾值的分量映射或者成比例 的映射出來。與此相反，旋轉(zhuǎn)加速度傳感器圍繞給定的軸(旋轉(zhuǎn)加速度 傳感器有效方向)檢定純旋轉(zhuǎn)干擾加速度。在根據(jù)本發(fā)明的該簡化實(shí)施例中，稱重裝置可以僅僅借助兩個(gè)平移 加速度傳感器，把加速度干擾值在稱重單元的、在負(fù)荷裝載方向上的分 量的影響，以簡化方式計(jì)算得出。在很多情況下，僅兩個(gè)平移加速度傳 感器就能得到足夠精確的重量信號(hào)校正參數(shù)。按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，除上述兩個(gè)平移加速度傳感器和稱重單元 一起布置在直線上外，還布置附加的一個(gè)平移加速度傳感器，該附加的 平移加速度傳感器與前述連接直線保持預(yù)定距離。在該實(shí)施例中，以下 情況不是必須的，即全部稱重單元與前面兩個(gè)首先提到的平移加速度傳 感器被布置在一條直線上。因此通過三個(gè)平移加速度傳感器的使用，任 意的加速度干擾值在稱重單元的負(fù)荷裝載方向上的分量的影響能夠在各 個(gè)稱重單元的幾何位置上檢定。通過前述稱重單元在其中兩個(gè)平移加速 度傳感器的一條直線上的布置，達(dá)到了稱重信號(hào)的簡化計(jì)算的校正。如果該附加的平移加速度傳感器以某距離被布置在前述兩個(gè)首先提 及的平移加速度傳感器構(gòu)成的直線的中垂線上，那么一個(gè)單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)加 速度干擾值(即其軸平行相對(duì)于前述的被布置了稱重單元的直線的旋轉(zhuǎn) 加速度干擾值)的影響的校正參數(shù)也能被簡化的檢定。原則上，當(dāng)旋轉(zhuǎn) 干擾加速度的軸與通過這三個(gè)平移加速度傳感器而形成的平面平行時(shí)， 借助這三個(gè)平移加速度傳感器，也能檢定該旋轉(zhuǎn)干擾加速度的影響。進(jìn)一步的校正簡化和精度改進(jìn)可以這樣完成，即把這些稱重單元如 此構(gòu)建和布置，使得機(jī)械測(cè)量單元具有基本上僅圍繞平行相對(duì)于前述布 置了稱重單元的直線的軸的這樣一個(gè)旋轉(zhuǎn)振蕩靈敏度。在借助三個(gè)平移加速度傳感器的實(shí)施例中，其中，稱重單元設(shè)置在 兩個(gè)加速度傳感器的連接直線上且第三加速度傳感器布置在前述兩個(gè)首 先提及的加速度傳感器構(gòu)成的直線的中垂線上，能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)非常簡單
的計(jì)算補(bǔ)償，其既補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)干擾加速度的影響，也補(bǔ)償在稱重單元的負(fù) 荷裝載方向上的平移干擾加速度的影響。按照本發(fā)明的實(shí)施例，電容式傳感器能夠作為加速度傳感器，特別 是作為平移加速度傳感器使用，其中來自輸出部的振動(dòng)量偏差被電容式 檢定，并且該振動(dòng)量通過應(yīng)用一個(gè)閉環(huán)控制電路所產(chǎn)生的靜電力被反饋 到該輸出部，其中，這里所需的反饋力被看作為被檢定的加速度的一部 分。這些加速度傳感器自身在高分辨率的情況下保持很低的噪聲。另外， 這些傳感器直到100Hz上邊界頻率都不會(huì)出現(xiàn)相移。由此相對(duì)簡化的是， 無需設(shè)置為使傳感器的頻率響應(yīng)與稱重單元的頻率響應(yīng)相適應(yīng)的濾波 器，因?yàn)檫@些傳感器的頻率響應(yīng)在所涉及的范圍內(nèi)保持恒定。這種電容式加速度傳感器當(dāng)然不僅能夠在根據(jù)本發(fā)明的帶有多個(gè)稱 重單元的稱重裝置中使用。而且， 一個(gè)或多個(gè)這種電容式加速度傳感器 還能用于具有單一稱重單元的稱重裝置的干擾加速度的檢定。正如已公 開的，這些傳感器既可以與稱重單元機(jī)械地剛性連接，又可以設(shè)置在稱 重單元的機(jī)械測(cè)量部分的一個(gè)可移動(dòng)元件上。而且， 一個(gè)或多個(gè)這種電 容式加速度傳感器還能用于具有單一稱重單元的稱重裝置的干擾加速度 的檢定。正如已公開的，這些傳感器既可以與稱重單元機(jī)械地剛性連接， 又可以設(shè)置在稱重單元的機(jī)械測(cè)量部分的一個(gè)可移動(dòng)元件上。


由從屬權(quán)利要求得到本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例。以下結(jié)合附圖中所 描述的實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。在圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有兩個(gè)平移加速度傳感器的多軌跡稱重裝置的示意圖；圖2是用于圖1所示裝置的重量信號(hào)校正的信號(hào)連接的流程示意圖；圖3是具有三個(gè)加速度傳感器的多軌跡稱重裝置的另一實(shí)施例的 俯視圖； 圖4是用于圖3所示多軌跡稱重裝置的重量信號(hào)校正的各個(gè)信號(hào)連 接的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
在圖1中以前視圖示意的稱重裝置1包括多個(gè)稱重單元3，這些稱 重單元使用縮寫WZ表示。稱重單元3沿著線段或直線布置在固定承載 板5上。為了描述稱重裝置1的幾何分布，在圖1中使用平面坐標(biāo)系。 線段在該坐標(biāo)系中延伸，稱重單元3以優(yōu)選等距的間隔沿該線段設(shè)置在x 軸方向。負(fù)載(未示出)將重力施加到每個(gè)稱重單元3的負(fù)載接收器7 的力的引入方向沿該坐標(biāo)系的z軸方向延伸。為了校正沿稱重單元3的z軸方向加速度干擾值的分量的影響，在 圖1中表示的稱重裝置1僅配備了兩個(gè)平移加速度接受器或者加速度傳 感器9。這兩個(gè)加速度傳感器在該圖中表示為BA1和BA2。為了補(bǔ)償前述加速度干擾值，加速度傳感器9被設(shè)置在與稱重單元 3所在的同一線段上。在圖示實(shí)施例中，加速度傳感器9分別設(shè)置在稱重 單元3形成的鏈條的一端部。由于這兩個(gè)加速度傳感器9之間具有相對(duì) 較大的距離，因此在計(jì)算校正系數(shù)時(shí)能獲得符合預(yù)期的高精度，如下所 述。由于已知稱重單元l的幾何分布，分量沿z軸方向作用于各個(gè)稱重 單元的信號(hào)的加速度干擾值的效果可以加以考慮。常規(guī)的(嚴(yán)格來說不 正確的)以千克為單位在被加速度分量^W扭曲或疊加的位置k的稱重單 元的重力Gk(t)能夠通過下面這個(gè)關(guān)系式表達(dá)<formula>formula see original document page 12</formula>(I)其中，mk表示負(fù)載質(zhì)量，該負(fù)載位于位置k處的稱重單元的負(fù)載接 收器7之上，mVUc表示也設(shè)置在稱重單元上的預(yù)載荷的影響和作用于該 加速度的稱重機(jī)械單元的自重。萬有引力常數(shù)(地球重力加速度)用g 表不。對(duì)于在此特殊規(guī)定的幾何分布，z方向的加速度能夠由前述平移 加速度傳感器9的兩個(gè)幾何位置參數(shù)xBA1和xBA2以及由在BA1及 BA2處檢定的加速度^^j和^^(j，通過下列關(guān)系式計(jì)算得到。<formula>formula see original document page 13</formula> (II) 在這個(gè)關(guān)系式中，在位置k的稱重單元的幾何位置參數(shù)用xWZk表示。 按照全部稱重單元3的特定幾何分布規(guī)定，以及前述在一條直線上 的兩個(gè)平移加速度傳感器9，任何加速度干擾值在稱重單元的負(fù)荷裝載方 向上的全部分量，能夠僅由兩個(gè)平移加速度傳感器檢定并校正。在這里要指出，平移加速度傳感器就是能夠在給定的作用方向上檢 定加速度的加速度傳感器。在圖1的實(shí)施例中，加速度傳感器9的作用 方向在選定坐標(biāo)系的z軸方向上，也就是說與稱重單元3的負(fù)荷裝載方 向平行。為了補(bǔ)償含有z軸方向分量的加速度干擾值的影響，必須從每個(gè)稱 重單元3自身的受力接收器生成的、包含誤差的重量信號(hào)Gk(t)中減去前 述等式I的第二項(xiàng)，該第二項(xiàng)指的是通過檢定的干擾加速度^參數(shù)描述 的部分。在圖2中描述了相應(yīng)的信號(hào)流程示意圖。出于簡化考慮，其中 僅示出用于第一稱重單元3 WZ1和WZ2的信號(hào)流程。從平移加速度接收器3或者說從BA1和BA2產(chǎn)生的兩個(gè)加速度信 號(hào)與檢定的z軸方向的干擾加速度保持比例關(guān)系。該信號(hào)輸入到對(duì)于每 個(gè)稱重單元3的相應(yīng)的放大器VBA,或VBA2 。這兩個(gè)信號(hào)分別施加與從 等式II中得出的因數(shù)。同時(shí)借助放大器VB^和VBA2把兩個(gè)加速度傳感 器BA1和BA2的靈敏度與稱重單元的靈敏度相適配，該靈敏度提供誤差的重量信號(hào)Gk(t)。在放大器VBA,和VBA2輸出端的信號(hào)按照等式相應(yīng)的被相加，其中前述信號(hào)分別對(duì)應(yīng)于等式II里相應(yīng)的加數(shù)。該信號(hào)被輸 入到濾波器11，該濾波器把兩個(gè)加速度傳感器的頻率響應(yīng)與稱重單元的 頻率響應(yīng)相適配，用于保證該信號(hào)的相位正確的連接。緊接著，濾波器 11的輸出信號(hào)與相應(yīng)的乘法單元以系數(shù)1/g相乘。當(dāng)然，這個(gè)乘法器也 能集成到濾波器11內(nèi)。包括質(zhì)量mv^的前述乘法單元輸出信號(hào)的乘積與 包含誤差的重量信號(hào)Gk(t)相減。緊接著，該結(jié)果除以被提高了 1的前述 乘法單元的輸出信號(hào)。該被校正的重量信號(hào)Gk,k。 (t)能夠輸出給一個(gè)顯 示單元和/或者一個(gè)后續(xù)的數(shù)據(jù)處理單元。
圖3是多軌跡稱重裝置的另一個(gè)實(shí)施例，其與圖1的實(shí)施例盡可能地保持一致。此外存在附加的一個(gè)加速度傳感器9，其以BA3表示。該實(shí)施例也能夠檢定和校正承載盤5的旋轉(zhuǎn)加速度，并因而也就能 夠檢定并校正稱重單元3的旋轉(zhuǎn)加速度。使用這三個(gè)平移加速度傳感器， 其相應(yīng)沿著稱重單元3的負(fù)荷裝載方向具備功效，能夠在理論上檢定全 部加速度千擾值，該干擾值包括z軸向的分量以及承載盤5的雙軸旋轉(zhuǎn) 加速度，以及因此稱重單元3的旋轉(zhuǎn)加速度。前述旋轉(zhuǎn)加速度的這兩個(gè) 軸或者與承載盤5的平面，或者與裝配了稱重單元3的平面平行，或者 位于前述平面內(nèi)(或者在與稱重單元3的負(fù)荷裝載方向正交的平面內(nèi))。 因此承載盤5的和在其上的稱重單元3的任意擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)能夠被檢定。下面的描述這樣假定，即稱重單元3這樣構(gòu)造，其僅具備旋轉(zhuǎn)振蕩 的、或者圍繞與x軸平行的軸的旋轉(zhuǎn)干擾加速度的靈敏度。例如在補(bǔ)償 稱重裝置中，該稱重裝置的杠桿機(jī)械部分包括用于杠桿繞與x軸平行的 轉(zhuǎn)軸的支點(diǎn)。如果稱重單元3這樣設(shè)置，即其杠桿機(jī)械裝置的轉(zhuǎn)軸與x 軸平行，這樣就只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)干擾加速度值疊加作用于測(cè)量結(jié)果，該旋 轉(zhuǎn)干擾加速度值至少影響一個(gè)圍繞前述軸的旋轉(zhuǎn)干擾加速度分量。對(duì)于布置在與BA1和BA2加速度傳感器連接線的中垂線上的附加 加速度傳感器BA3的計(jì)算規(guī)則，可以按照?qǐng)D3的幾何分布由下列關(guān)系式 得出<formula>formula see original document page 14</formula> (m)該關(guān)系式符合前述等式I，僅在等式I的最后，在考慮了圍繞與x軸平行的軸的旋轉(zhuǎn)干擾加速度后，進(jìn)行了關(guān)于最后一部分的表達(dá)式的擴(kuò)展，其中kk表示在位置k的、與x軸平行的軸的稱重單元的測(cè)量機(jī)械的旋轉(zhuǎn)靈敏度，KO表示繞前述軸的旋轉(zhuǎn)干擾加速度。 平移干擾加速度&w再次按照前述等式II得出。旋轉(zhuǎn)干擾加速度&(0相對(duì)于圖3所示幾何分布通過下述關(guān)系式得出<formula>formula see original document page 14</formula>
在上述關(guān)系式中，前述兩個(gè)平移加速度傳感器BA1和BA2以及附 加的平移加速度傳感器BA3的測(cè)量信號(hào)通過^^" 、 sBA2^禾n ^wW來表示。yBA1 、 yBA2 、 yBA3表示在正交于x軸的方向上或者在y軸方向 上平移加速度傳感器的幾何位置。當(dāng)然，可以選擇比圖3所示的更復(fù)雜的幾何分布。特別是，上述幾 何分布使得用于測(cè)量單元3的包含誤差的重量信號(hào)的校正的參數(shù)計(jì)算關(guān)系式相對(duì)簡單。一般來說，本發(fā)明還要基于下述原理，從機(jī)械上與同樣相互剛性連 接的稱重單元?jiǎng)傂赃B接的加速度傳感器的預(yù)先選擇的數(shù)量和方式出發(fā)， 傳感器信號(hào)在參考幾何分布的情況下這樣估值，即檢定所涉及的干擾加 速度或者該干擾加速度在各個(gè)稱重單元的幾何位置上的分量，并且該傳 感器信號(hào)被用于校正包含誤差的相關(guān)稱重單元重量信號(hào)。在圖4中描述了使用三個(gè)平移加速度傳感器BA1 、 BA2和BA3 信號(hào)(處于簡化原因僅列出第一稱重單元3WZ1)生成各個(gè)稱重單元3的，被校正的重量信號(hào)Gk，k。rr(t)的信號(hào)流程。為了生成在z方向上的平移加速度的用重力加速度來標(biāo)定的相應(yīng)信 號(hào)，那些在濾波器ll輸出端的信號(hào)，按照前述注解在圖2，被連接起來。 按照前述等式IV的旋轉(zhuǎn)加速度通過所有三個(gè)平移加速度傳感器9的信號(hào)檢定，其中這些傳感器的各個(gè)信號(hào)用放大器V，BA1 、 V，BA2和V'BA3處理。放大器使得加速度傳感器的靈敏度與相應(yīng)的稱重單元3的靈敏度相 適配，并同時(shí)考慮等式IV中的因數(shù)1/2。放大器的輸出信號(hào)V，脇、V，BA2和V'BA3按照正確的符號(hào)相加并輸入到另一個(gè)濾波器13。為了生成校正后的重量信號(hào)Gk,kOT(t)，該信號(hào)對(duì)應(yīng)等式III中的質(zhì)量 mk(t)，如等式III的計(jì)算mk(t)的值方法，在位置1從稱重單元的包含誤 差的重量信號(hào)Gk(t)把濾波器13的信號(hào)與kk相乘的部分減去。濾波器13 再次使得加速度傳感器BA1 、 BA2 、 BA3的頻率響應(yīng)，與在位置k的 相關(guān)稱重單元WZk的頻率響應(yīng)相適應(yīng)。當(dāng)然，在使用不同的加速度傳感 器時(shí)，該頻率響應(yīng)適應(yīng)過程可以集成到相應(yīng)的放大器內(nèi)，并對(duì)每一個(gè)加 速度傳感器獨(dú)立操作。另外，濾波器13能夠包括圍繞x軸的旋轉(zhuǎn)干擾加
速度，與在位置k的稱重單元WZk的旋轉(zhuǎn)靈敏度kk的乘法過程，這一 過程可以在圖4中借助一個(gè)獨(dú)立表示的乘法單元來表示。下一步，包含誤差的信號(hào)Gk(t)也要減去濾波器11輸出端乘積的，包括質(zhì)量mvLk和 因數(shù)1/g的值。該結(jié)果再次除以被提高了 1的濾波器11的輸出信號(hào)。出于直觀的原因，圖4只示出了在位置1的稱重單元1。對(duì)于相同 的稱重單元可以使用相同的信號(hào)流程框圖。對(duì)于不同的稱重單元，必須 考慮給定條件下的不同參數(shù)，如不同的稱重單元靈敏度、不同的頻率響 應(yīng)和不同的旋轉(zhuǎn)靈敏度。當(dāng)然，相應(yīng)數(shù)量的硬件連接圖不是必需的；相應(yīng)的對(duì)于每個(gè)稱重單 元獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的信號(hào)流程圖，如在圖3中針對(duì)稱重單元WZ1出現(xiàn)的信號(hào)流 程圖，也不是必需的。更進(jìn)一步的是，加速度傳感器的信號(hào)和包含誤差 的稱重單元信號(hào)可以數(shù)字化，并提供給中央估值單元，該中央估值單元 一般由控制器組成，該控制器當(dāng)然也可以是獨(dú)立的計(jì)算機(jī)。該控制器能 夠按照上述等式中其已知的規(guī)則完成必要的計(jì)算，并且把校正后的重量 信號(hào)以數(shù)字形式或者再次經(jīng)數(shù)-模轉(zhuǎn)換，以模擬形式輸出。當(dāng)然可以存在 多個(gè)估值單元，這些估值單元可以相應(yīng)校正來自稱重單元3的一組包含 誤差的重量信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種稱重裝置，該稱重裝置包括(a)多個(gè)機(jī)械上互相剛性連接的稱重單元(3)，這些稱重單元各自具有能夠裝載負(fù)荷的、帶有給定的負(fù)荷裝載方向的負(fù)載接收器(7)，(b)用于檢定至少一個(gè)干擾加速度值的至少一個(gè)加速度傳感器(9)，和(c)至少一個(gè)估值單元，稱重單元(3)產(chǎn)生的重量信號(hào)和加速度傳感器(9)產(chǎn)生的干擾值信號(hào)被輸入到該估值單元，(d)其中，該至少一個(gè)估值單元被構(gòu)成為(i)通過使用針對(duì)各稱重單元(3)的預(yù)定規(guī)則，根據(jù)相關(guān)稱重單元(3)的相對(duì)于至少一個(gè)加速度傳感器(9)的幾何位置的幾何位置，從該至少一個(gè)加速度傳感器(9)的干擾信號(hào)中推導(dǎo)出修正量，該修正量考慮了至少一個(gè)加速度干擾值在相關(guān)稱重單元(3)的幾何位置處的影響；(ii)與被至少一個(gè)加速度干擾值影響的相關(guān)稱重單元(3)的重量信號(hào)被這樣地與修正量連接或者經(jīng)計(jì)算處理即基本上補(bǔ)償了該至少一個(gè)加速度干擾值對(duì)該重量信號(hào)的影響。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的稱重裝置，其特征在于，該至少一個(gè)加速 度傳感器(9)與稱重單元(3)剛性連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的稱重裝置，其特征在于，稱重單元(3) 和優(yōu)選至少一個(gè)加速度傳感器(9)與固定的承載元件(5)機(jī)械剛性地 連接，該承載元件(5)例如是整體剛性的基板。
4. 根據(jù)上述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的稱重裝置，其特征在于，稱重 單元(3)的負(fù)荷裝載方向基本上平行布置。
5. 根據(jù)上述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的稱重裝置，其特征在于，加速 度傳感器(9)的數(shù)量和方式這樣確定既檢定和/或確定在每個(gè)稱重單元(3)的負(fù)荷裝載方向上存在的純平移加速度干擾值的分量，又檢定和/ 或確定在負(fù)荷裝載方向上存在的旋轉(zhuǎn)加速度干擾值的分量，該旋轉(zhuǎn)加速 度干擾值通過稱重單元(3)的單軸或多軸的旋轉(zhuǎn)干擾運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的稱重裝置，其特征在于，至少一個(gè)估值單元這樣設(shè)定(a) 對(duì)于每個(gè)稱重單元(3)通過使用一個(gè)預(yù)定規(guī)則，根據(jù)相關(guān)稱 重單元(3)的相對(duì)于至少一個(gè)加速度傳感器(9)的幾何位置的 幾何位置，從加速度傳感器(9)的干擾值信號(hào)相應(yīng)地檢定一個(gè)修 正量，該參數(shù)值考慮作用于相關(guān)稱重單元(3)的幾何位置的加速 度干擾值的、在相關(guān)稱重單元(3)的負(fù)荷裝載方向上的分量的影 響，并且(b) 相關(guān)稱重單元(3)的包括干擾值的重量信號(hào)能夠這樣與修正 量連接或者經(jīng)計(jì)算處理，即加速度干擾值的在相關(guān)稱重單元(3) 的負(fù)荷裝載方向上作用于重量信號(hào)的分量的影響基本上被補(bǔ)償。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或者6所述的稱重裝置，其特征在于，這樣確定 加速度傳感器(9)的數(shù)量和方式除了在每個(gè)稱重單元的位置上的每個(gè) 稱重單元(3)的負(fù)荷裝載方向上的加速度分量外，還檢定和/或確定單軸 或多軸的旋轉(zhuǎn)加速度干擾值，該旋轉(zhuǎn)加速度干擾值繞相應(yīng)的軸作用于稱 重單元(3)的相對(duì)于固定基體可移動(dòng)的部分的慣性力矩。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的稱重裝置，其特征在于，該至少一個(gè)估值單元這樣設(shè)定(a) 對(duì)于每個(gè)稱重單元(3)通過使用一個(gè)預(yù)定規(guī)則，按照相關(guān) 稱重單元(3)的相對(duì)于加速度傳感器(9)的幾何位置的幾何位 置，從加速度傳感器(9)得出的干擾值信號(hào)相應(yīng)地檢定一個(gè)修正 量，該參數(shù)值還要考慮單軸或多軸的旋轉(zhuǎn)加速度干擾值在相關(guān)稱 重單元(3)幾何位置上繞相應(yīng)的軸作用于相關(guān)稱重單元(3)的 機(jī)械測(cè)量部分的慣性力矩的影響，并且(b) 相關(guān)稱重單元(3)的包含干擾值的重量信號(hào)這樣與修正量連 接或者經(jīng)計(jì)算處理，即旋轉(zhuǎn)加速度干擾值作用于重量信號(hào)的影響 基本上被補(bǔ)償。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5和6所述的稱重裝置，其特征在于，存在兩個(gè)以 預(yù)定距離布置的平移加速度傳感器(9)，并且稱重單元(3)布置在這兩個(gè)平移加速度傳感器的連接線上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的稱重裝置，其特征在于，該至少一個(gè)估值單元在位置k上按照下述關(guān)系式檢定稱重單元(3)的重量信號(hào)Gk(t):<formula>formula see original document page 4</formula>其中，mk(t)表示稱重單元(3)的負(fù)載質(zhì)量，mvLk表示在位置k的 稱重單元(3)的可選的初始負(fù)載質(zhì)量和機(jī)械測(cè)量部分的相對(duì)移動(dòng)部分的 自身質(zhì)量，^W表示在稱重單元(3)的幾何位置上的稱重單元(3)在檢 定方向上的所有平移干擾加速度，g表示重力加速度，并且稱重單元(3) 按照下述關(guān)系式檢定平移干擾加速度其中，SBA,W和&A2W表示兩個(gè)平移加速度傳感器(9)的測(cè)量信號(hào)，XBA1, XBA2表示前述兩個(gè)平移加速度傳感器的幾何位置，Xwzk表示在它們兩者之間直線上的相關(guān)稱重單元(3)的幾何位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的稱重裝置，其特征在于，還配備有附加的 一個(gè)平移加速度傳感器(9)，其距所述連接線預(yù)定的距離設(shè)置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的稱重裝置，其特征在于，該附加的平移 加速度傳感器(9)以預(yù)定的距離設(shè)置在前述兩個(gè)平移加速度傳感器(9) 的連接線的中垂線上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的稱重裝置，其特征在于，如此設(shè)定 和安置所述稱重單元(3)，即機(jī)械測(cè)量部分具有基本上僅繞與x直線平 行的軸的扭力振蕩敏感度，稱重單元(3)安置在該直線上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的稱重裝置，其特征在于，該至少一個(gè)估值單元在位置k上按照下述關(guān)系式檢定稱重單元(3)的重量信號(hào)Gk(t):<formula>formula see original document page 4</formula>其中，mk(t)表示作用于稱重單元的負(fù)載的質(zhì)量，mvuc表示機(jī)械測(cè)量 部分的可相對(duì)移動(dòng)部分的自重和在位置k的稱重單元(3)的可選的初始 負(fù)載的質(zhì)量，表示在稱重單元幾何位置的稱重單元在檢定方向上的 全部平移干擾加速度，g表示重力加速度，kk表示在位置k上繞平行于 兩傳感器連接線的軸的稱重單元(3)的機(jī)械測(cè)量部分的旋轉(zhuǎn)靈敏度， ^y表示繞前述軸的旋轉(zhuǎn)千擾加速度，并且該至少一個(gè)估值單元按照下述關(guān)系式檢定前述平移干擾加速度<formula>formula see original document page 5</formula>其中，iBA1W和SBA2W表示兩平移加速度傳感器(9)的測(cè)量信號(hào)， xBA1,xBA2，和xwzk表示兩平移加速度傳感器(9)的幾何位置以及在前述 連接線上的相關(guān)稱重單元(3)的幾何位置，并且該至少一個(gè)估值單元按照下面關(guān)系式檢定該旋轉(zhuǎn)干擾加速度&^ :<formula>formula see original document page 5</formula>其中，SBA,^，5BA2W和^A3^表示兩平移加速度傳感器(9)的測(cè)量信號(hào)以及附加平移加速度傳感器(9)的測(cè)量信號(hào)，yBA1、 yBA2和yBA3 表示前述平移加速度傳感器(9)的在正交于坐標(biāo)軸x方向上的幾何位置。
15. 根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求稱重裝置，其特征在于，該加速度 傳感器(9)是電容式加速度傳感器，其中，來自輸出部的振動(dòng)量偏差被 電容式檢定，并且該振動(dòng)量通過應(yīng)用一個(gè)閉環(huán)控制電路所產(chǎn)生的靜電力 被反饋到該輸出部，其中，這里所需的反饋力被看作為被檢定的加速度 的一部分。
16. 根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的稱重裝置，其特征在于，每 個(gè)稱重單元具有一個(gè)估值單元，或者每一組稱重單元相應(yīng)具有一個(gè)估值 單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種稱重裝置，其包括多個(gè)機(jī)械上互相剛性連接的稱重單元(3)，這些稱重單元(3)各自具有能夠被負(fù)荷偏置并具有給定的負(fù)荷偏置方向的負(fù)載接收器(7)；還包括用于檢測(cè)至少一個(gè)加速度干擾值的至少一個(gè)加速度傳感器(9)；以及至少一個(gè)估值單元，稱重單元(3)產(chǎn)生的重量信號(hào)和加速度傳感器(9)產(chǎn)生的干擾信號(hào)被輸入到該估值單元。該估值單元被構(gòu)成為通過使用針對(duì)各估值單元(3)的預(yù)定規(guī)則，根據(jù)相關(guān)稱重單元(3)的相對(duì)于該至少一個(gè)加速度傳感器(9)的幾何位置的幾何位置，從該至少一個(gè)加速度傳感器(9)的干擾信號(hào)中推導(dǎo)出修正量，該修正量考慮了至少一個(gè)加速度干擾值的作用于相關(guān)稱重單元(3)的幾何位置的影響；并且與被至少一個(gè)加速度干擾值影響的相關(guān)稱重單元(3)的重量信號(hào)被這樣地與修正量連接或者經(jīng)計(jì)算處理即基本上補(bǔ)償了該至少一個(gè)加速度干擾值作用于重量信號(hào)的影響。
文檔編號(hào)G01G23/12GK101163949SQ200680013536
公開日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2006年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日
發(fā)明者帕特里克·烏爾舍, 揚(yáng)·戈特弗里德森 申請(qǐng)人:偉博泰稱量及定位系統(tǒng)有限公司