具有补偿由于未对准误差的装置的称重传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种(具体地说，所谓的摇柱型)称重传感器，具有在称重载荷下弹性变形的本体、第一确定装置和第二确定装置。该第一确定装置用于传输代表称重载荷的测量信号并且安装在可变形本体的外侧表面上，该第二确定装置用于确定与称重传感器的未对准相应的补偿值。
【背景技术】
[0002]摇柱型称重传感器在储罐(用于卡车上的装料桶)和车载称量系统得到了应用。在大多数情况下，总载荷经由秤台的支承结构被分布在多个摇柱型称重传感器上。
[0003]一般来说，摇柱型称重传感器是圆柱形的称重传感器以沿两个载荷引入构件之间的旋转对称轴线的方向接收称重载荷。为了力施加于圆柱形称重传感器，后者具有凸出的圆拱形端表面，该表面的曲率半径通常大于称重传感器的高度的一半。这具有称重传感器自动复位的效果，意味着称重传感器偏离竖直位置将产生趋向于使称重传感器返回竖直位置的回复力。如果几个称重传感器被组合设置，则单独的称重传感器不再完全独立，因为它们机械地耦合并且因此相互影响。称重传感器的单独回复力按这样的方式相互作用，即，使整个系统的机械能最小。然而，单独的称重传感器能偏离竖直位置。
[0004]只有由可变形本体和上、下载荷引入构件构成的整个装置符合两个标准，摇柱型称重传感器才能准确地测量作用于其上的重力。第一，可变形本体和两个平面载荷引入构件必须沿着公共轴线对准，意味着，该两个载荷引入构件相互平行并且可变形本体的纵轴线平行于载荷引入构件的表面的法向矢量。第二，重力的方向必须与所述整个装置的公共轴线重合。如果两个标准都满足，则称重传感器被称为处于精确对准(也即，理想位置)。摇柱型称重传感器的精确对准对于待测量的载荷的重力的精确确定是必不可少的。
[0005]在重力测量装置中，包括具有摇柱型称重传感器的系统，确定相应于所应用产品的质量的重量。万有引力Fe或者亦称为重力G是本体的质量m乘以局部重力加速度g的乘积。假设平均重力加速度g = 9.81 [m/s2](或者为[N/kg])，则具有m = I [kg]质量的本体在其所位于的表面上施加了 Fe= m*g = 9.81 [N]的重量。通过上述限定，万有引力总是被限于重力加速度g的方向，并且取决于所处地点的当地有效重力加速度。
[0006]第一标准可表述成在可变形本体遇到载荷与引入构件处的连接两个接触点的连线必须与可变形本体的纵轴线重合。该情形在下文中被称为理想的力引入装置。然而，在理想的力引入装置中，公共轴线，即与被传递的力的作用线重合的中心纵轴线仍能与重力的方向偏离。该偏离具有沿垂直于重力方向的两个自由度，其可以用相互正交平面中的两个角度来描绘。
[0007]相反，上、下接触点之间的连线与可变形本体的纵轴线偏离的可用四个自由度进行描述。这四个自由度相应于四个变换，通过该四个变换使连线与可变形本体的纵轴线重合。该过程通常需要关于相互正交的轴线的两个旋转(通过其使连接线平行于纵轴线)，并且随后在相互正交方向上的两个横向位移(通过其使连接线和纵轴线互相重合)。
[0008]具有可变形本体和已经安装使用的两个载荷引入构件的称重传感器能偏离精确对准。该偏离具有总共六个自由度，因为载荷引入构件和可变形本体中的每个能相对于两个相互正交的方向成角度地倾斜。由于给中心纵轴线偏离精确对准的两个自由度增加了偏离理想的力引入装置的四个自由度的结果，获得了相同的自由度数。
[0009]称重传感器的任何未对准基本上是从如上限定的精确对准的状态的偏离。作为未对准的第一分量，可变形本体自身能成角度地定位，即，可变形本体的中心轴线不与重力的方向平行延伸，而载荷引入构件的面向称重传感器的表面保持与重力方向正交。作为未对准的第二分量，载荷引入构件能被倾斜，即，未相互平行地对准，而可变形本体的中心纵轴线能仍与重力方向平行延伸。如果两者都从精确对准状态偏离，即，可变形本体的非竖直位置和载荷引入构件的非水平位置同时出现，则增加了未对准的整体复杂性。因此，在工程力学术语中，整个系统具有六个自由度。
[0010]未对准能由许多不同因素引起的。假定称重传感器被精确对准地安装，则能例如由秤台的热膨胀而引起了可变形本体的非竖直位置，并且能例如由秤台的下垂而引起了载荷引入构件的非水平位置。然而，非垂直状况和/或非水平状况还能是当称重传感器被安装到称量系统中时已经出现的不准确性的结果。
[0011]称重传感器的未对准引起了测量误差，该测量误差特别依赖于称重传感器自身的几何形状，即，依赖于称重传感器的高度、两个端部处的半径、和直径。测量误差的总幅度是相当大的并且能达到容量负荷时测量信号的几千ppm(百万分之几)。
[0012]作为未对准的结果而发生的测量误差能被分成两种误差类别。摇柱型称重传感器(包括它们的载荷引入构件和可以附接至它们上的测量传感器或者检测装置)关于称重传感器围绕其中心纵轴线的90°旋转是旋转地对称的。
[0013]第一种误差是由来自该旋转对称的偏离所引起的。因此，第一类测量误差是非水平和/或非竖直位置角度的奇函数，意味着，当角度的符号在正与负之间变化时，相关联的测量误差的符号同时改变。换句话说，测量误差实质上是非水平和/或非竖直位置角度的线性函数。该测量误差还经常被称为偏心载荷误差并且能通过恢复旋转对称或者通过磨削操作在称重传感器的所选的表面位置处移除表面材料而使其消失。
[0014]第二种误差甚至存在于准确的旋转对称条件下并且由称重传感器的几何形状来确定。由于几何对称，该测量误差是非水平和/或非竖直位置角度的偶函数，即，测量误差与非水平和/或非竖直位置角度的符号无关。
[0015]由于新方法的提出，持续地提高了测量结果的准确性和测量误差的检测及校正的标准。为了有效地处理未对准的复杂问题，需要大量的测量传感器。或者换句话说，为了实现可接受的补偿，当存在自由度时必须获得相同的数量的独立测量值。因此，自由度的数量确定了需要多少测量传感器。
[0016]作为减小未对准问题的复杂性的方法，即，减少自由度数，人们可以近似认为挨着底层基础的载荷引入构件被固定在水平位置。因此，自由度的数目降到四。
[0017]例如，在JP 4 408 518 B2中公开了一种具有检测装置的摇柱型称重传感器。在该称重传感器中，借助于沿中心轴线的纵向方向附连到可变形本体上的应变片来测量由称重载荷施加的作用力。通过允许确定偏离竖直方向的角度的倾斜度传感器来测量该称重传感器的可变形本体的非竖直位置。借助于接触表面和容纳在环形外壳中的电介质液体来测量该倾斜角。该装置具有除了附连于可变形本体的应变片之外使用相当大成本的单独的倾斜度传感器的缺点。此外的缺陷是，该参考文献中公开的称重传感器不能区分不同类型的未对准。如果可变形本体的中心纵轴线沿重力方向对准，则在称量结果的计算中不会考虑载荷引入构件的可能未对准。另外，该传感器易发生故障，对于使用者提高了称重传感器的成本并且不包含对于倾斜度传感器的长期漂移的补偿。这意味着，不能检测到倾斜度传感器的测定值方面的漂移，并且因此必须周期性地校核称重传感器。
[0018]在JP 2010 133 785 A中公开一种类似于上述设备的称重传感器。在该称重传感器中，借助于两对应变片来测量由称重载荷所施加的力，其中的每个具有沿纵向方向对准的一个应变片和相对于中心纵轴线沿横向方向的另一个。同样，通过类似于上述装置的倾斜度传感器来测量该称重传感器的可变形本体的非竖直位置，但是通过改进使倾斜度传感器不但能确定偏离垂直面的角度的大小而且能确定其方向。该装置仍然具有除了应变片之外还需要单独的倾斜度传感器的缺点。然而，从应变片和从传感器获得的信号不足以补偿其中考虑到称重传感器和载荷引入构件的未对准的所有自由度的称重载荷。而且，缺少了倾斜度传感器的长期漂移的补偿。因此，虽然该装置与首先提到的设备相比改善了测量结果，但是其仍然有相同的缺点，因为对于称重传感器的未对准的测量使用相同的原理。
[0019]此外，在EP I 486 762 A2中公开的摇柱型称重传感器设有用于补偿因称重传感器的不完好性所引起的偏心载荷误差的装置。例如，应变片在灵敏度和/或阻抗值方面能相互不同，或者可变形本体的几何形状可以不是完好对称的。在惠斯通电桥电路中，添加了微调电阻器以补偿电路的分支中的不相等信号。然而，利用该方法，仅改正了由偏离旋转对称所引起的线性测量误差。
[0020]在JP 2007 033 127 A中，公开了一种例如用于货车秤中的秤台的柱状