具有光电位置传感器的、基于磁力补偿原理的称量单元制造技术

称量单元，有固定基底部分；负载接收器，约束到基底部分；永磁体，有气隙；线圈，悬在气隙，及引导补偿电流流动；及力传递连接件，在负载接收器和线圈之间。光电位置传感器，有：光源、光接收器和光闸片，该片连接该连接件，光源和光接收器的中点限定光轴，它们被布置成在间隔对面相对，及光闸片在它们间可移动地布置在光闸距离处。光接收器产生与光闸片偏离零位置的偏移量对应的位置传感器信号，偏移量是负载在负载接收室产生，控制器工作，响应信号来调节补偿电流，光闸片和连接到光闸片的称量单元的活动部分借助线圈和永磁体系统间的电磁力返回零位置。光闸距离在间隔的子区段，该子区段邻接光接收器并子区段在不超过1/3的间隔上延伸。

【技术实现步骤摘要】
具有光电位置传感器的、基于磁力补偿原理的称量单元
本专利技术涉及一种秤或者称量单元，该秤或者称量单元基于磁力补偿原理并且包括光电位置传感器。
技术介绍
电磁力补偿原理在用于商业、工业和实验室中的各种称重仪器中具有广泛应用。这个原理具有特别的优点，即利用它可以实现极好测量精确度的称重仪器。基于电磁力补偿原理的分析秤具有这样的能力，例如确定具有0.01毫克测量分辨率的100克称量负载，即具有一千万之一的精确度。本专利技术涉及的这种秤或者称量单元具有：固定基底部分；负载接收器，它可移动地被约束到基底部分并且用来接收称量负载；永磁体系统，它优选地安装在基底部分和具有气隙；线圈，它可移动地悬在气隙中并且引导补偿电流的流动；及力传递机构，它把负载接收器连接到线圈上。传感器信号与移动距离相应的光电位置传感器典型地包括光源和光接收器，其中当该负载设定在负载接收器上时，秤的互连可移动部分与零位置相偏离该移动距离，该光接收器在最大多数情况下安装在基底部分上，并且在它们之间具有空间间隔；及光闸片，它切割通过空间间隔，并且参与可移动部分的偏移。位置传感器的信号被发送到控制器，该控制器在响应时以这样的方式调节补偿电流，即作为线圈和永磁体之间的电磁力的结果，光闸片和连接到光闸片上的秤的可移动部分返回到零位置。换句话说，该调节具有这样效果，即电磁补偿力抵消了称量负载。假定根据电磁学定律，线圈电流大小和合力相互成比例，那么通过测量线圈电流可以确定放置在负载接收器上的称量负载的重力。在上面所述的领域内，本专利技术集中在光电位置传感器上、尤其是位置传感器的几何形状上，即构件在位置传感器装置内的相对尺寸和空间关系，该位置传感器装置包括光源、光接收器和光闸片。光接收器在大多数情况下包括具有至少一个光敏区域或者构件的光电二极管。光电二极管是半导体构件，该构件在暴露于光时产生电流，在一定范围内，该电流与入射光的量成比例。光闸片常常具有狭缝形通道开口，但其它形状的、用来通过光的开口也是可能的，例如圆形孔或者伸长形孔洞。光接收器可以被配置成光电二极管的两个分开的光敏区域，这两个区域在微分电路装置中工作。当光闸片偏离它的零位置时，这将引起光接收器上的照明图像移动，因此这些光敏区域中的一个将接收更多的光，同时其他光敏区域接收的光较少。相应地，在光闸片的偏移位置上，由两个光敏区域所产生的各自电流相互不同，其中由两个光敏区域的微分电路布置所测得的电流差值代表光接收器的电输出信号、即位置传感器信号。该偏移和电位置传感器信号之间的函数关系也称为位置传感器的特性。电磁补偿秤的位置传感器所不得不遇到的主要要求是，零位置即光闸片的具体位置(在该位置上，产生了传感器信号从负值到正值的零相交)需要最高精确度地和最高再现性地被保持。零点灵敏度即在其零相交处特性的倾斜度因此实际上应该尽可能地陡峭，从而纳米级的偏移量产生了明显的可测量的传感器信号。此外，在光闸片的移动范围上所画出的传感器信号的图表、即位置传感器的特性，在同一生产过程内及还对于任何单独称量单元而言在后者例如受到温度波动、冲击或者震动时，从一个称量单元到下一个称量单元应该接近再现。最后，作为另一个理想特性，位置传感器的特性利用良好近似法应遵随线性轮廓。尤其地，传感器信号应该与光闸片的偏移量成比例。传感器信号的直线性要求、更加具体地说是成比例要求在与电磁力补偿的控制电路有关的其它因素之中，该电磁力补偿的控制电路优选地设计成所谓的PID控制器，意味着补偿力和因此作为控制电路输出所产生的线圈电流表示与偏移量大小成比例的分量P、与偏移量的时间积分成比例的分量I和与偏移量的时间导数成比例的分量D的称量总和。为了确保线圈电流的三个分量P、I、D的各自比例，因此传感器信号显然应该尽可能与偏移量成比例。将位置传感器视为光学投影系统的方法例如公开在CH463137中，其中电磁补偿秤被示成，平衡梁在一端具有悬着的称重盘，及在另一端具有带狭缝形通道开口的光闸片，该通道开口延伸到位于光源和光接收器之间的空间间隔内。光学系统用来改善或者提高光源的光学图像，该光学图像被投影到光接收器上，该光学系统在上述参考文献中的图1中以基本方式表示成透镜，该透镜各布置在光路中在光闸片之前和之后。但是，光学透镜在位置传感器光路中的这种装置需要合适地定尺寸，即通常较长的从光闸片到光源和到光接收器的距离，该要求尤其在紧凑的单片设计的称量单元中是不可能满足的。此外，该制造的成本被增加了。在U.S.5，338，902中所提出的技术方案的目的是通过机械装置来提高电磁补偿秤的位置传感器的灵敏度。光源和光接收器在这种情况下不安装在秤的底盘基底的固定位置上，该底盘基底是传统的装置，但是布置在长的悬臂上，该悬臂牢固地连接到秤的可移动负载接收器上，因此光源和光接收器与负载接收器一起上下移动。可枢转地支撑在秤的固定底盘基底上的两臂杠杆在一侧被连接到秤的负载接受机上，并且在另一端具有光闸片，因此，在负载接收器向下移动时，光闸片向上移动，及反之亦然。因此，光闸片与沿着相反方向移动的光源和光接收器相一致地上下移动，其结果是，光闸片相对于光源和光接收器具有较大的相对移动。因此，与光源和光接收器的传统固定布置相比，负载接受机的相同偏移量使得产生了更强的位置传感器信号。利用这种概念，还具有一些实际问题，因为悬臂不得不通过称量单元的一部分，该一部分在许多情况下已被上述力传递机构所占有，该力传递机构把负载接收器连接到补偿线圈。在根据U.S.3，805，907的光电位置传感器中，光源由发光二极管构成，并且光接收器由微分电路装置中的两个光电晶体管形成。光电晶体管在直径上相互对称地装置在载体盘的表面上，该载体盘可旋转地安装在秤的固定底盘框架上。借助转动该载体盘，可以调整灵敏度特性，即传感器信号在光闸片偏移量上的函数相关性。关于光学投影系统的几何形状，它明确地表明，位于光接收器的两个光敏表面部分之间的距离相应于狭缝孔的宽度，光源的该发光表面尽可能地靠近光闸片，光接收器的光敏表面区域是圆形，及光源的发光表面稍微宽于狭缝孔，尤其是1.5倍的狭缝孔宽度。在这里，产生了缺陷，即具有光接收器圆形光敏表面部分的这种装置的上述特性或者灵敏度图表在光闸片的整个偏移范围上决不是线性，而是随着偏移量的增加，它的倾斜角度可以变得例如逐渐陡峭或者逐渐较窄。公知的现有技术包括具有电磁力补偿的称量单元，它具有位置传感器，其中，光闸片布置在接近位于光源和光接收器之间的中间的光闸平面上。在称量单元的制造过程中所产生的光闸平面位置的稍稍变化，将导致传感器单元灵敏度的随意改变。因此它需要一定产品来在称量单元的制造过程中单个地调整每个单元，这增加了制造成本。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于秤的位置传感器，该秤基于电磁力补偿原理，其中，与目前的现有技术相比，更大程度地满足了零位置的精确度和再现性及灵敏度特性的再现性和线性的上述主要要求。这个目的通过最佳适合于制造要求的原理来实现。这个目的通过一种秤或者称量单元来实现，该秤或者称量单元基于电磁力补偿原理并且具有根据独立权利要求1所述的光电位置传感器。本专利技术的其他实施例和细节在从属权利要求中描述。根据电磁力补偿原理的称量单元包括：固定基底部分；负载接收器，它被约束到基底部分具有有导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电磁力补偿原理的称量单元(1)，包括：固定基底部分(2)；负载接收器(3)，它被约束到基底部分(2)上具有有导向的运动性并且用来接受称量负载(4)的重力；永磁体系统(5)，它具有气隙(6)；线圈(8)，它可移动地悬在气隙(6)中，及在以称量模式工作时引导补偿电流(7)的流动；及力传递机械连接件(9)，它位于负载接收器(3)和线圈(8)之间；还包括光电位置传感器，该位置传感器包括：光源(12)、光接收器(13)和光闸片(10)，该光闸片被牢固地连接到可移动的力传递连接件上，其中，该光源(12)和光接收器(13)的中点限定出光轴线(y)，光源(12)和光接收器(13)被布置成横跨空间间隔(d)彼此面对，及光闸片(10)在光源(12)和光接收器(13)之间被可移动地布置在光轴线上的光闸距离(dB)处，其中，光接收器(13)用来产生相应于光闸片(10)从零位置的偏移(z)的位置传感器信号(S)，该偏移通过把负载(4)放置在负载接收器(3)上来产生，及其中，具有控制器(15)，该控制器进行工作，从而响应于位置传感器信号(S)以这样的方式来调整补偿电流(7)，即，光闸片(10)和连接到光闸片(10)上的称量单元的可移动部分借助线圈(8)和永磁体系统(5)之间的电磁力被返回到零位置；其特征在于，光闸距离(dB)位于空间间隔(d)的子区段(u)中，所述子区段(u)邻接于光接收器(13)并且在不超过该空间间隔(d)的1/3上延伸。...

【技术特征摘要】
2012.02.29 EP 12157426.31.一种基于电磁力补偿原理的称量单元(1)，包括：固定基底部分(2)；负载接收器(3)，它被约束到基底部分(2)上具有有导向的运动性并且用来接受称量负载(4)的重力；永磁体系统(5)，它具有气隙(6)；线圈(8)，它可移动地悬在气隙(6)中，及在以称量模式工作时引导补偿电流(7)的流动；及力传递机械连接件(9)，它位于负载接收器(3)和线圈(8)之间；还包括光电位置传感器，该位置传感器包括：光源(12)、光接收器(13)和光闸片(10)，该光闸片被牢固地连接到可移动的力传递机械连接件上，其中，该光源(12)和光接收器(13)的中点限定出光轴线(y)，光源(12)和光接收器(13)被布置成横跨空间间隔(d)彼此面对，及光闸片(10)在光源(12)和光接收器(13)之间被可移动地布置在光轴线上距光接收器(13)一光闸距离(dB)处，其中，光接收器(13)用来产生相应于光闸片(10)从零位置的偏移(z)的位置传感器信号(S)，该偏移通过把负载(4)放置在负载接收器(3)上来产生，及其中，具有控制器(15)，该控制器进行工作，从而响应于位置传感器信号(S)以这样的方式来调整补偿电流(7)，即，光闸片(10)和连接到光闸片(10)上的称量单元的可移动部分借助线圈(8)和永磁体系统(5)之间的电磁力被返回到零位置；其特征在于，光闸距离(dB)位于空间间隔(d)的子区段(u)中，所述子区段(u)邻接于光接收器(13)并且延伸不超过该空间间隔(d)的1/3。2.根据权利要求1所述的称量单元(1)，其特征在于，子区段(u)由于下面的事实而不同于空间间隔(d)的剩余部分：该位置传感器的标准化灵敏度(E*)实质上采用它的最大值，其中该位置传感器的该标准化灵敏度(E*)相应于位置传感器信号(S)关于偏移量(z)的导数以及与使位置传感器信号(S)标准化的标准化常数成比例。3.根据权利要求2所述的称量单元(1)，其特征在于，在子区段(u)内，与位置传感器信号(S)相应的标准化传感器信号函数(S*(z))至少在偏移量(z)的有限范围内实质上是线性的，位置传感器信号(S)与标准化常数(N)成比例，其中所述有限的范围随着光闸距离(dB)的减小而增大。4.根据权利要求3所述的称量单元(1)，其特征在于，在子区段(u)内和在偏移量(z)的所述有限范围内，标准化灵敏度(E*)在光闸距离(dB)有变化时保持基本不变。5.根据权利要求3所述的称量单元(1)，其特征在于，借助停止部使光闸片(10)的偏移量(z)局限于全偏移幅度(a)的偏移范围(-a≤z≤+a)。6.根据权利要求5所述的称量单元，其特征在于，光源(12)包括发光二极管(17)，该二极管结合在载体台(18)内。7.根据权利要求6所述的称量单元，其特征在于，光接收器(13)包括至少一个光敏表面区域(21、22)，该光敏表面区域沿着垂直于光轴线(y)的z方向具有规定高度(h)。8.根据权利要求7所述的称量单元，其特征在于，光闸片(10)包括通道开口。9.根据权利要求8所述的称量单元，其特征在于，所述通道开口是沿着z方向具有狭缝宽度(b)的狭缝孔(11)。10.根据权利要求8...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·贝甘，T·克佩尔，S·巴尔蒂斯伯格，
申请(专利权)人：梅特勒托利多公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：