具有補償由于未對準誤差的裝置的稱重傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種(具體地說，所謂的搖柱型)稱重傳感器，具有在稱重載荷下彈性變形的本體、第一確定裝置和第二確定裝置。該第一確定裝置用于傳輸代表稱重載荷的測量信號并且安裝在可變形本體的外側表面上，該第二確定裝置用于確定與稱重傳感器的未對準相應的補償值。
【背景技術】
[0002]搖柱型稱重傳感器在儲罐(用于卡車上的裝料桶)和車載稱量系統得到了應用。在大多數情況下，總載荷經由秤臺的支承結構被分布在多個搖柱型稱重傳感器上。
[0003]一般來說，搖柱型稱重傳感器是圓柱形的稱重傳感器以沿兩個載荷引入構件之間的旋轉對稱軸線的方向接收稱重載荷。為了力施加于圓柱形稱重傳感器，后者具有凸出的圓拱形端表面，該表面的曲率半徑通常大于稱重傳感器的高度的一半。這具有稱重傳感器自動復位的效果，意味著稱重傳感器偏離豎直位置將產生趨向于使稱重傳感器返回豎直位置的回復力。如果幾個稱重傳感器被組合設置，則單獨的稱重傳感器不再完全獨立，因為它們機械地耦合并且因此相互影響。稱重傳感器的單獨回復力按這樣的方式相互作用，即，使整個系統的機械能最小。然而，單獨的稱重傳感器能偏離豎直位置。
[0004]只有由可變形本體和上、下載荷引入構件構成的整個裝置符合兩個標準，搖柱型稱重傳感器才能準確地測量作用于其上的重力。第一，可變形本體和兩個平面載荷引入構件必須沿著公共軸線對準，意味著，該兩個載荷引入構件相互平行并且可變形本體的縱軸線平行于載荷引入構件的表面的法向矢量。第二，重力的方向必須與所述整個裝置的公共軸線重合。如果兩個標準都滿足，則稱重傳感器被稱為處于精確對準(也即，理想位置)。搖柱型稱重傳感器的精確對準對于待測量的載荷的重力的精確確定是必不可少的。
[0005]在重力測量裝置中，包括具有搖柱型稱重傳感器的系統，確定相應于所應用產品的質量的重量。萬有引力Fe或者亦稱為重力G是本體的質量m乘以局部重力加速度g的乘積。假設平均重力加速度g = 9.81 [m/s2](或者為[N/kg])，則具有m = I [kg]質量的本體在其所位于的表面上施加了 Fe= m*g = 9.81 [N]的重量。通過上述限定，萬有引力總是被限于重力加速度g的方向，并且取決于所處地點的當地有效重力加速度。
[0006]第一標準可表述成在可變形本體遇到載荷與引入構件處的連接兩個接觸點的連線必須與可變形本體的縱軸線重合。該情形在下文中被稱為理想的力引入裝置。然而，在理想的力引入裝置中，公共軸線，即與被傳遞的力的作用線重合的中心縱軸線仍能與重力的方向偏離。該偏離具有沿垂直于重力方向的兩個自由度，其可以用相互正交平面中的兩個角度來描繪。
[0007]相反，上、下接觸點之間的連線與可變形本體的縱軸線偏離的可用四個自由度進行描述。這四個自由度相應于四個變換，通過該四個變換使連線與可變形本體的縱軸線重合。該過程通常需要關于相互正交的軸線的兩個旋轉(通過其使連接線平行于縱軸線)，并且隨后在相互正交方向上的兩個橫向位移(通過其使連接線和縱軸線互相重合)。
[0008]具有可變形本體和已經安裝使用的兩個載荷引入構件的稱重傳感器能偏離精確對準。該偏離具有總共六個自由度，因為載荷引入構件和可變形本體中的每個能相對于兩個相互正交的方向成角度地傾斜。由于給中心縱軸線偏離精確對準的兩個自由度增加了偏離理想的力引入裝置的四個自由度的結果，獲得了相同的自由度數。
[0009]稱重傳感器的任何未對準基本上是從如上限定的精確對準的狀態的偏離。作為未對準的第一分量，可變形本體自身能成角度地定位，即，可變形本體的中心軸線不與重力的方向平行延伸，而載荷引入構件的面向稱重傳感器的表面保持與重力方向正交。作為未對準的第二分量，載荷引入構件能被傾斜，即，未相互平行地對準，而可變形本體的中心縱軸線能仍與重力方向平行延伸。如果兩者都從精確對準狀態偏離，即，可變形本體的非豎直位置和載荷引入構件的非水平位置同時出現，則增加了未對準的整體復雜性。因此，在工程力學術語中，整個系統具有六個自由度。
[0010]未對準能由許多不同因素引起的。假定稱重傳感器被精確對準地安裝，則能例如由秤臺的熱膨脹而引起了可變形本體的非豎直位置，并且能例如由秤臺的下垂而引起了載荷引入構件的非水平位置。然而，非垂直狀況和/或非水平狀況還能是當稱重傳感器被安裝到稱量系統中時已經出現的不準確性的結果。
[0011]稱重傳感器的未對準引起了測量誤差，該測量誤差特別依賴于稱重傳感器自身的幾何形狀，即，依賴于稱重傳感器的高度、兩個端部處的半徑、和直徑。測量誤差的總幅度是相當大的并且能達到容量負荷時測量信號的幾千ppm(百萬分之幾)。
[0012]作為未對準的結果而發生的測量誤差能被分成兩種誤差類別。搖柱型稱重傳感器(包括它們的載荷引入構件和可以附接至它們上的測量傳感器或者檢測裝置)關于稱重傳感器圍繞其中心縱軸線的90°旋轉是旋轉地對稱的。
[0013]第一種誤差是由來自該旋轉對稱的偏離所引起的。因此，第一類測量誤差是非水平和/或非豎直位置角度的奇函數，意味著，當角度的符號在正與負之間變化時，相關聯的測量誤差的符號同時改變。換句話說，測量誤差實質上是非水平和/或非豎直位置角度的線性函數。該測量誤差還經常被稱為偏心載荷誤差并且能通過恢復旋轉對稱或者通過磨削操作在稱重傳感器的所選的表面位置處移除表面材料而使其消失。
[0014]第二種誤差甚至存在于準確的旋轉對稱條件下并且由稱重傳感器的幾何形狀來確定。由于幾何對稱，該測量誤差是非水平和/或非豎直位置角度的偶函數，即，測量誤差與非水平和/或非豎直位置角度的符號無關。
[0015]由于新方法的提出，持續地提高了測量結果的準確性和測量誤差的檢測及校正的標準。為了有效地處理未對準的復雜問題，需要大量的測量傳感器。或者換句話說，為了實現可接受的補償，當存在自由度時必須獲得相同的數量的獨立測量值。因此，自由度的數量確定了需要多少測量傳感器。
[0016]作為減小未對準問題的復雜性的方法，即，減少自由度數，人們可以近似認為挨著底層基礎的載荷引入構件被固定在水平位置。因此，自由度的數目降到四。
[0017]例如，在JP 4 408 518 B2中公開了一種具有檢測裝置的搖柱型稱重傳感器。在該稱重傳感器中，借助于沿中心軸線的縱向方向附連到可變形本體上的應變片來測量由稱重載荷施加的作用力。通過允許確定偏離豎直方向的角度的傾斜度傳感器來測量該稱重傳感器的可變形本體的非豎直位置。借助于接觸表面和容納在環形外殼中的電介質液體來測量該傾斜角。該裝置具有除了附連于可變形本體的應變片之外使用相當大成本的單獨的傾斜度傳感器的缺點。此外的缺陷是，該參考文獻中公開的稱重傳感器不能區分不同類型的未對準。如果可變形本體的中心縱軸線沿重力方向對準，則在稱量結果的計算中不會考慮載荷引入構件的可能未對準。另外，該傳感器易發生故障，對于使用者提高了稱重傳感器的成本并且不包含對于傾斜度傳感器的長期漂移的補償。這意味著，不能檢測到傾斜度傳感器的測定值方面的漂移，并且因此必須周期性地校核稱重傳感器。
[0018]在JP 2010 133 785 A中公開一種類似于上述設備的稱重傳感器。在該稱重傳感器中，借助于兩對應變片來測量由稱重載荷所施加的力，其中的每個具有沿縱向方向對準的一個應變片和相對于中心縱軸線沿橫向方向的另一個。同樣，通過類似于上述裝置的傾斜度傳感器來測量該稱重傳感器的可變形本體的非豎直位置，但是通過改進使傾斜度傳感器不但能確定偏離垂直面的角度的大小而且能確定其方向。該裝置仍然具有除了應變片之外還需要單獨的傾斜度傳感器的缺點。然而，從應變片和從傳感器獲得的信號不足以補償其中考慮到稱重傳感器和載荷引入構件的未對準的所有自由度的稱重載荷。而且，缺少了傾斜度傳感器的長期漂移的補償。因此，雖然該裝置與首先提到的設備相比改善了測量結果，但是其仍然有相同的缺點，因為對于稱重傳感器的未對準的測量使用相同的原理。
[0019]此外，在EP I 486 762 A2中公開的搖柱型稱重傳感器設有用于補償因稱重傳感器的不完好性所引起的偏心載荷誤差的裝置。例如，應變片在靈敏度和/或阻抗值方面能相互不同，或者可變形本體的幾何形狀可以不是完好對稱的。在惠斯通電橋電路中，添加了微調電阻器以補償電路的分支中的不相等信號。然而，利用該方法，僅改正了由偏離旋轉對稱所引起的線性測量誤差。
[0020]在JP 2007 033 127 A中，公開了一種例如用于貨車秤中的秤臺的柱狀