[发明专利]具有自由浮动的称量盘的秤

说明书

一种用于操作秤(1)的方法，秤具有称量盘(3)、至少六个位置传感器和称量机构(4)，其中，称量机构包括至少六个电磁机构(5)，其中的每个均包括至少一个永磁体(6)和至少一个力线圈(7)，其中，在称量过程中，电磁机构(5)根据力线圈相对于称量盘(3)的相应位置和定向通过使电流流过力线圈而产生在六个自由度上作用在称量盘(3)上的补偿力(F_c1–F_c6)，具有以下步骤：‑借助于所述至少六个位置传感器(8)在所有三个维度上测量称量盘(3)的位置；‑同时调节每个力线圈(7)中流过的相应电流，从而补偿力(F_c1–F_c6)通过它们相应的力矩的和将使称量盘在六个自由度上相对于平移和旋转移位保持在预定的自由浮动且不变的位置；和‑由相应力线圈(7)中流过的电流的大小来计算称量结果。

技术领域

本发明涉及一种具有自由浮动的称量盘的秤。

背景技术

为了以高精度来称量质量体，现有技术解决方案是使用基于磁力补偿原理的秤。在该类型的秤中，作用在称量盘上的力通过引导件并通过挠性枢轴(flexure pivot)传递至杠杆系统。杠杆系统的最后杠杆借助于陷没于永磁体中的力线圈而保持在不变的位置。流过力线圈的必须的电流大小被测量并用于确定称量结果。

传统磁力补偿秤将作用在称量盘上的所有力矩隔离，从而仅测量重力方向上的力。该概念的缺点是：额外的力可能出现在重力方向上，并使称量信号有误。因此，秤应设置成：使得称重传感器的作用线、及施加被测量的力所沿着的以及称重传感器敏感度最高所沿着的轴线定向成尽可能靠近重力方向。这通过调节秤的水平位置来实现。

另外，在称量物体的重心不位于称重传感器的作用线上的情况下可能产生其他错误。相应的偏心负载力未传递至称重传感器，且不能被考虑到测量结果内。偏心负载力只能通过另外的传感器来估计和修正。

还不利的是，力可出现在不同的枢轴点和挠性联结中，从而可影响秤的精度。此外，杠杆和挠性枢轴对热尤其敏感，因而经常成为称量结果的误差源。

在现有技术中，具有电磁力补偿系统的秤公开于US 5485784，其中，重力在无机械接触的情况下从称量盘直接传递至磁力补偿系统。因此，没有在传统磁力补偿秤的枢轴点和传递杠杆中所产生的那种力损失。重力通过具有两个力线圈的系统来补偿。另外，无源磁体竖直地布置，从而用来使力补偿系统稳定在重力方向上。因此，无源磁体保证了秤的正确水平位置。另外，无源磁体补偿了由于偏心放置的负载而引起的力矩。在该设置中，补偿仅取决于磁力和无源磁体相对于彼此的布置情况。它未匹配于偏心负载力。因此，不能估计偏心负载力对称量结果所影响的程度。因此，该系统对于最高分辨率称量结果的秤来说过于不准确。

JP2005127858A公开了一种称量装置，其具有至少六个磁单元和引导元件，以将负载室保持在无接触的浮动位置。每个磁单元均包括两个线圈、两个电磁体和一个永磁体。铁磁材料的引导元件相对于每个磁单元布置，所述引导元件固定至负载室。磁单元相对于引导元件布置成防止负载室的任何平移和旋转。每个引导元件与相应的磁单元之间的距离通过每个磁单元的位置传感器来测量。

当称量物体置于负载室中后，对电流进行调节，以便稳定磁单元与引导元件之间的距离。当位置稳定时，将电流向着零逐渐调节。磁单元的吸引力因而改变，且因此磁单元与引导元件之间的距离、以及负载室的位置被改变。当电流达到零时，测量磁单元与相应的引导元件之间的距离。由磁单元与相应的引导元件之间的距离以及磁体的磁导率来计算称量物体的重量。使用霍尔元件来优化电流的调节以及磁单元与引导元件之间的距离的调节。

JP2005127858A中所公开的称量装置具有的优点是，线圈中的电流被设成零。因此，线圈中不产生额外的热。由此限制了对磁体特性的影响。

然而，基于距离来确定重量具有明显缺点。磁场和距离之间的非线性函数关系一方面使得距离更难以调节，另一方面导致重量确定中的不准确。