具有延伸至位置传感器的单独的杆臂的力传递机构制造技术

力传递机构包括具有可移动的平行柱、固定的平行柱和至少两个平行引导构件的平行运动引导机构，平行柱和平行引导构件通过挠曲枢转部相互连接，可移动的平行柱通过平行引导构件以受引导的运动性相对于固定平行柱被约束。力传递机构还包括枢转地支撑在支点枢转部上的力传递杆，支点枢转部布置在固定平行柱上，力传递杆具有第一杆臂和第二杆臂，第一杆臂具有通过耦接构件至可移动的平行柱的力传递连接，测量转换器能够通过力传递连接附接至第二杆臂。根据本发明专利技术，第二杆臂包括第一部分杆臂和第二部分杆臂，其中，第一部分杆臂设计成能够接收由测量转换器产生的补偿力，第二部分杆臂设计成用于检测枢转地支撑的力传递杆相对于位置传感器的零位的位移。

【技术实现步骤摘要】
具有延伸至位置传感器的单独的杆臂的力传递机构
本专利技术涉及一种用于基于电磁力补偿原理的力测量装置的力传递机构，还涉及一种具有力传递装置的重量测量仪器以及一种调节流过力测量装置的力补偿线圈的电流的方法，所述力测量装置基于电磁力补偿原理。
技术介绍
电磁力补偿原理在商业、工业和实验室中采用的多种多样的称重秤和天平中具有广泛的应用领域。该原理具有特别的优势，从而可用其实现具有极高测量精度的称重仪器。例如，根据电磁力补偿原理工作的分析天平提供了以0.01mg的测量分辨率测量100g的称重负载的能力，即精确度为千万分之一。与本专利技术相关的普通类型的测重式力测量装置具有固定的基体部件、相对于基体部件被约束以便受引导地运动并且用于接收称重负载的重力的负载接收件、固定至基体部件的具有气隙的永磁组件、在气隙中可移动且承载补偿电流的线圈以及将负载接收器连接至线圈的力传递机构。光电位置传感器通常包括光发射器和光接收器以及遮挡片，光发射器和光接收器在基体部件上面向彼此布置在空隙的相对侧，所述遮挡片穿过所述空隙并参与运动部件的偏移，所述光电位置传感器的传感器信号对应于天平机构的相互连接的运动部件的由于在负载接收器上放置负载而引起的移出零位的偏移量。位置传感器的信号被发送到控制器，控制器作为响应而调节补偿电流，使得线圈与永磁体之间的电磁力使天平的遮挡片和连接的可移动部件回到零位。换句话说，控制器的功能是在电磁补偿力与称重负载之间建立平衡。由于线圈电流的大小与由其产生的力成比例，因此可通过测量线圈电流来确定放置在负载接收器上的称重负载的重量。DE3743073A1中示出了根据前述电磁力补偿原理工作的天平。所述天平包括支撑控制台，所述支撑控制台与天平壳体固定地连接，并且通过两个旋转联接的引导构件以竖直地受引导的运动性保持负载接收器。在顶部，负载接收器支承用于接收称重对象的称重盘。对应于称重对象的质量的力从负载接收器通过耦接元件传递到缩小杠杆的较短的杆臂。缩小杠杆借助于两个支点挠曲件支撑在支撑控制台上。线圈连接到缩小杠杆的较长的杆臂。线圈浮在永磁系统的气隙中，并产生与负载相关的反作用力。通过光学位置传感器和伺服放大器以已知的方式调节流过线圈的电流的大小，从而在称重负载的重量与电磁产生的反作用力之间维持平衡。光学传感器包括辐射发射器、辐射接收器和开槽的孔径片。辐射发射器和辐射接收器固定至永磁体组件的盖，而开槽孔径片固定至缩小杠杆。在该布置中，根据DE3743073A1所述的缩小杠杆的后端、线圈和开槽的孔径片形成具有高几何稳定性的紧凑单元。DE10326699B3示出了用于顶部负载天平的称重系统。所述称重系统包括分成两个部分杆的缩小杠杆。耦接元件和缩小杠杆的挠曲支点(在该情况下称为弯屈支点)同样分成两部分并相对于负载接收器侧向地布置。两个部分杆在端部处、尤其在较长的杆臂处通过横向连接件联接，所述横向连接件支承开槽的孔径片和用于附接线圈的线圈安装结构。该布置形成非常紧凑的称重系统。EP2607866A1中描述了一种光学位置传感器。电磁补偿天平的位置传感器必须满足的主要要求是必须以最高的精确度和再现性维持零位、即遮挡片相对于基体件的使传感器信号在负值与正值之间发生转变的位置。此外，传感器信号应尽可能是传感器片的偏移量的线性函数。这些要求尤其须在规定的大气温度和湿度范围内满足。在上面概述的主题领域内，本专利技术聚焦于力传递机构的设计以及如何将光电传感器和测量转换器(例如线圈)附接到力传递机构。随着越来越强大的与力传递机构结合使用的测量转换器的发展，有必要使力传递机构适应增大的力，所述增大的力在力传递杆中产生较高的弯矩。如果在设计中不考虑这个因素，那么作用在力传递杆上的力——称重负载的重力和测量转换器的补偿力——可导致力传递杆的弯曲变形。由于力传递杆的材料的非弹性行为，因此，随时间推移可发生负载接收器的向下位移(即沿重力方向的位置移动)，从而导致称重结果的与负载相关的漂移。负载接收器的这种向下移动还可进一步导致所有挠曲枢转部(薄材料连接件)的回复力增大，所述挠曲枢转部可被视为具有弹性弹簧刚度的弹性件，并且挠曲枢转部承受由于所述位移而产生的更大的偏移。长期来看，回复力的增大同样可对测量结果具有未知的影响，因为存储在处理器单元中的用于特定操作点的计算参数值不再有效。这些影响可通过适当的软件措施部分地补偿。然而，这种补偿方法依赖于从理论模型和经验获得的参数值，并且不足以用于高精度的力测量装置。在力测量装置的常见的现有技术设计中，例如在WO2014169981A1、US4938301、US5315073、US4245711中或如上所述地在DE3743073A1中，位置传感功能借助于附接至力传递杆的遮挡片来执行，所述力传递杆即线圈附接到的相同的杆。这具有结构简单的优点，因为使用了相同的杆。然而，由于力传递杆的上述可能的弯曲变形，位置传感功能也受到损害。可抵消弯曲变形的一种可能方案是改进力传递机构的设计，使得力传递杆将能够承受增大的力。然而，杆一方面应当尽可能轻，使得其质量惯性不会减慢振荡回到零位，而另一方面，鉴于前述非弹性行为，杆的弯曲变形应当最小化。此外，优选的制造方法是压铸工艺，因为其采购和制造成本低，但是成品部件的非弹性特性是非常不利的。线圈在大多数情况下附接到力传递杆的较长杆臂的端部。相应的永磁磁芯布置在杯形圆筒壳体的中心，所述壳体的功能是引导和诱导磁场以及抑制杂散场，从而防止与相邻电子电路发生干扰，即屏蔽电子设备免受磁场。反过来，该屏蔽也减少了外部因素对永磁体的磁场的不期望的影响。壳体中的开口是必要的，以便使力传递杆能够进入壳体内，从而可将线圈保持在磁场中。壳体中的开口应该保持尽可能小，因为否则磁场可传播到壳体之外，或者力测量装置可能不利地受到寄生的外部场的影响。由永磁体和线圈组成的系统中的任何非均匀区域对力测量装置的期望的线性度具有不利的影响。另一种切换装置——其中，永磁体附接到力传递杆并且线圈附接到平行运动引导机构的固定柱——具有上文讨论的相同问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种力传递机构，所述力传递机构与安装更强大的测量转换器相匹配并克服了现有技术的缺点。此外，应当使外部场的从外部作用在力测量装置上的影响最小化。根据本专利技术，该任务通过一种用于基于电磁力补偿原理的力测量装置的力传递机构来解决。所述力传递机构包括具有可移动的平行柱、固定的平行柱和至少两个平行引导构件的平行运动引导装置，其中，平行柱和平行引导构件通过挠曲枢转部相互连接，平行引导构件以受引导的运动性相对于固定的平行柱约束可移动的平行柱。力传递机构还包括力传递杆，所述力传递杆通过支点被枢转地支撑，所述支点布置在固定的平行柱上。力传递杆具有第一杆臂和第二杆臂，所述第一杆臂具有通过耦接构件至可移动的平行柱的力传递连接，所述第二杆臂具有至测量转换器的力传递连接。所述力传递机构的特征在于第二杆臂包括第一部分杆臂和第二部分杆臂，其中，第一部分杆臂设计成能够接受由测量转换器产生的补偿力，第二部分杆臂设计成用于检测枢转地支撑的力传递杆相对于位置传感器的零位的位移。因此，使重力和补偿力相互平衡的力传导路径不再穿过也支承遮挡片的同一杆。由此，位置传感器的功能较少地受力传递杆的可能的弯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于基于电磁力补偿原理的力测量装置的力传递机构(200、400、500、600、700、800、900、1000、1100)，所述力传递机构包括平行运动引导机构，其具有可移动的平行柱(140、440、540、640、740、840、1140)，固定的平行柱(145、445、545、645、745、845、1145)，以及至少两个平行引导构件(150、450、550、650、750、850、950、1150)，其中，平行柱(140、145、440、445、540、545、640、645、740、745、840、845、1140、1145)与平行引导构件(150、450、550、650、750、850、950、1150)通过挠曲枢转部(160、860、1160)相互连接，可移动的平行柱(140、440、540、640、740、840、1140)通过平行引导构件(150、450、550、650、750、850、950、1150)以受引导的运动性相对于固定的平行柱(145、445、545、645、745、845、1145)被约束，所述力传递机构还包括枢转地支撑在支点枢转部(190、490、590、690、790、890、990、1090、1190)上的力传递杆(280、480、580、680、780、880、980、1080、1180)，所述支点枢转部布置在固定的平行柱(145、445、545、645、745、845、1145)上，所述力传递杆具有第一杆臂(181、281、481、581、681、781、881、981、1081、1181)，其具有通过耦接构件(470、570、870、1170)至可移动的平行柱(140、440、540、640、740、840、1140)的力传递连接，以及第二杆臂(182、282、482、582、682、782、882、982、1082、1182)，测量转换器(110、310A、310B、410、510、610、710、1010)能够通过力传递连接附接至所述第二杆臂，其特征在于，第二杆臂(282、482、582、682、782、882、982、1082、1182)包括第一部分杆臂(282A、482A、582A、682A、782A、882A、982A、1082A、1182A)和第二部分杆臂(282B、482B、582B、682B、782B、882B、982B、1082B、1182B)，其中第一部分杆臂(282A、482A、582A、682A、782A、882A、982A、1082A、1182A)设计成能够接收由测量转换器(110、310A、310B、410、510、610、710、1010)产生的补偿力，以及第二部分杆臂(282B、482B、582B、682B、782B、882B、982B、1082B、1182B)设计成用于检测枢转地支撑的力传递杆(280、480、580、680、780、880、980、1080、1180)相对于位置传感器(120、420、520、620、720、1020)的零位的位移。...

【技术特征摘要】
2016.02.19 EP 16156554.41.一种用于基于电磁力补偿原理的力测量装置的力传递机构(200、400、500、600、700、800、900、1000、1100)，所述力传递机构包括平行运动引导机构，其具有可移动的平行柱(140、440、540、640、740、840、1140)，固定的平行柱(145、445、545、645、745、845、1145)，以及至少两个平行引导构件(150、450、550、650、750、850、950、1150)，其中，平行柱(140、145、440、445、540、545、640、645、740、745、840、845、1140、1145)与平行引导构件(150、450、550、650、750、850、950、1150)通过挠曲枢转部(160、860、1160)相互连接，可移动的平行柱(140、440、540、640、740、840、1140)通过平行引导构件(150、450、550、650、750、850、950、1150)以受引导的运动性相对于固定的平行柱(145、445、545、645、745、845、1145)被约束，所述力传递机构还包括枢转地支撑在支点枢转部(190、490、590、690、790、890、990、1090、1190)上的力传递杆(280、480、580、680、780、880、980、1080、1180)，所述支点枢转部布置在固定的平行柱(145、445、545、645、745、845、1145)上，所述力传递杆具有第一杆臂(181、281、481、581、681、781、881、981、1081、1181)，其具有通过耦接构件(470、570、870、1170)至可移动的平行柱(140、440、540、640、740、840、1140)的力传递连接，以及第二杆臂(182、282、482、582、682、782、882、982、1082、1182)，测量转换器(110、310A、310B、410、510、610、710、1010)能够通过力传递连接附接至所述第二杆臂，其特征在于，第二杆臂(282、482、582、682、782、882、982、1082、1182)包括第一部分杆臂(282A、482A、582A、682A、782A、882A、982A、1082A、1182A)和第二部分杆臂(282B、482B、582B、682B、782B、882B、982B、1082B、1182B)，其中第一部分杆臂(282A、482A、582A、682A、782A、882A、982A、1082A、1182A)设计成能够接收由测量转换器(110、310A、310B、410、510、610、710、1010)产生的补偿力，以及第二部分杆臂(282B、482B、582B、682B、782B、882B、982B、1082B、1182B)设计成用于检测枢转地支撑的力传递杆(280、480、580、680、780、880、980、1080、1180)相对于位置传感器(120、420、520、620、720、1020)的零位的位移。2.如权利要求1所述的力传递机构，其特征在于，第一部分杆臂(282A、482A、582A、682A、782A、882A、982A、1082A、1182A)与第二部分杆臂(282B、482B、582B、682B、782B、882B、982B、1082B、1182B)在它们的纵向尺度上相互分开，直至枢转地支撑的力传递杆(280、480、580、680、780、880、980、1080、1180)的支点枢转部(190、490、590、690、790、890、990、1090、1190)附近，使得由测量转换器(110、310A、310B、410、510、610、710、1010)产生的补偿力基本上通过第一部分杆臂(282A、482A、582A、682A、782A、882A、982A、1082A、1182A)传递至可移动的平行柱(140、440、540、640、740、840、1140)。3.如权利要求1或2所述的力传递机构，其特征在于，第一部分杆臂(282A、482A、582A、682A、782A、882A、982A、1082A、1182A)与第二部分杆臂(282B、482B、582B、682B、782B、882B、982B、1082B、1182B)在它们的纵向尺度上相互分开，至超过枢转地支撑的力传递杆(280、480、580、680、780、880、980、1080、1180)的支点枢转部(190、490、590、690、790、890、990、1090、1190)。4.如权利要求1-3中任一项所述的力传递机构，其特征在于，第二杆臂(1182)具有分开的第一部分杆臂(1182A)，所述第一部分杆臂设计成使得补偿力基本上等分地通过分开的第一部分杆臂传递至可移动的平行柱(1140)。5.如权利要求4所述的力传递机构，其特征在于，第二部分杆臂(1182B)布置在分开的第一部分杆臂(1182A)的分支之间。6.如权利要求1-5中任一项所述的力传递机构，其特征在于，第一部分杆臂(282A、482A、582...

【专利技术属性】
技术研发人员：HR·布克哈德，
申请(专利权)人：梅特勒托莱多有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH