[发明专利]基于电磁力补偿原理具有光电位置传感器的称重单元

说明书

技术领域

本发明涉及基于电磁力补偿原理具有光电位置传感器的天平，尤其是称重单元。

背景技术

电磁力补偿原理在商业、工业以及实验室中使用的不同种类的天平中具有广阔的应用。该原理特别强之处在于其允许高测量精度的天平得以实现。例如，通过一台根据电磁力补偿原理运行的分析天平，以0.01毫克的的测量分辨率测量100克称重负载可能的，即精度为千万分之一。

本发明所属的天平或称重单元的类型具有固定底座部分以及被约束在该底座部分的负载接收器，以使得允许负载接收器相对于底座部分做被引导运动，其中负载接收器用于接收称重负载的重力。在固定底座部分上安装有具有空气间隙的永磁系统。线圈通过力传递机构连接到负载接收器并且能被引导移动地悬置在空气间隙中，该线圈中流有补偿电流。光电位置传感器，其传感器信号表示从零位起天平的相互关联可移动部分的位移，当在负载接收器上放置负载时结果出现该零位，该光电传感器通常包括了安装在底座部分上的光发射器和光接收器，在光发射器和光接收器之间具有一个空隙空间，并且还包括了延伸穿过该空隙并且参与移动部件位移移动的遮光板。位置传感器的信号被传送到闭环控制器，作为响应，该闭环控制器以这样的方式控制补偿电流，即在作用于线圈和永磁系统之间的合成电磁力的作用下，遮光板以及与遮光板连接天平的移动部件被返回至它们的零位。换句话说，闭环调整的功能在于保持电磁补偿力和称重负载之间的平衡。根据电磁学定律，线圈电流强度与合力互成比例，因此，放置在负载接收器上的称重负载的重量能够通过测量线圈电流确定。

在前述说明描述的范围内，本发明集中在光电位置传感器。电磁补偿天平的位置传感器的最主要要求是其零点，即当传感器信号越过负值和正值之间零界时遮光板相对于固定底座部分的位置，需要以高精度等级和可再现性被维持。

在根据美国专利3,805,907的光电位置传感器中，光源由一个发光二极管组成，并且光接收器由两个差分布置的光电晶体管组成。光电晶体管在一个可旋转安装到天平的固定底座框体上的传送盘的表面上直径地彼此相对。通过旋转该传送盘，灵敏度即与遮光板偏转相关的传感器信号的大小能够被调节。然而，这种关系绝不是线性的。严格地说，除了在零点的瞬时区域（限定为零点处灵敏度曲线的斜率），这种关系因此不能表达为一个比例因子。

在美国专利4,825,968描述的又一个光电位置传感器中，位置传感器的光发射器和光接收器穿过永磁系统盖板中的一个中央开孔（cutout）彼此相对布置。遮光板，在该案中为附于也承载补偿线圈的天平横梁上的具有槽形孔的光栅，作为光发射器和光接收器之间一个可移动的光门向上进入开孔。在这种布置方式中，对于零位即传感器信号越过负值和正值之间的零界时遮光板位置的参照并不是天平的支撑底座底座框架，而是磁铁的盖板。由于天平底座框架和永磁装置中的热膨胀系数不同，参照由天平测量的零点因此会受到一个温度漂移。

在实际温度补偿之前的制造过程中的一个阶段，称重单元面临一系列大的温度振幅，即对于老化过程，目的在于稳定灵敏度以及零点的磁滞回线并且将进一步老化的范围减至最低。滞后以及老化的现象能通过具有不同热膨胀的称重单元组件间连接区域的微小错位导致。

因此，期望减少组件数量和相关的连接区域，以匹配独立组件彼此间的膨胀特性，并且因此缩短或完全节省前述老化过程所需的时间。

发明内容

因此，本发明的目的在于创建一种基于电磁力补偿原理的天平用位置传感器，其中所述位置传感器优于现有技术，在给定的环境温度和大气湿度范围内满足前述主要要求。第一要求关系到维持零位的精确度和可再现性，上下文中的零位是指当传感器信号越过负值和正值之间的零界时遮光板相对于固定底座部分的位置。尤其是，实现发明目的的方案应当尽可能地减少前述测量尺度的零点的温度滞后，并且去除进行多个老化/时效周期的需要。而且，传感器信号与遮光板偏移之间的关系应当尽可能成线性并且是可再现的。另一个目的是通过一种方法解决创造性的任务，该方法最佳地符合由制造过程施加的技术条件。

这个任务通过基于电磁力补偿原理并且具有根据独立权利要求1的光电位置传感器的天平或称重单元解决。

本发明更多的实施例和细节在从属权利要求中描述。

一种基于电磁力补偿原理的称重单元，其包括

固定底座部分；

负载接收器，其约束于所述底座部分以便允许所述负载接收器相对于所述固定底座部分受引导地移动，其中所述负载接收器用于接收称重负载的重力；

在固定底座部分上安装的永磁系统，所述永磁系统具有空气间隙；