用于力測量設備的溫度校正的方法和力測量設備技術

本發明專利技術涉及一種用于力測量設備(1)，具體地說，天平的溫度校正的方法，其是基于電磁力補償原理的，其按正常的測量模式運行，包括借助于力測量單元(10)來產生與輸入力對應的力測量信號(mL)的步驟；借助于設置在離所述力測量設備(1)的發熱部件一定距離處的溫度傳感器(15)來產生電氣的溫度測量信號(mT)，其中所述溫度測量信號(mT)相應于所述力測量設備所暴露的環境溫度(Te)；基于所述溫度測量信號(mT)和力測量信號(mL)來將所述力測量信號(mL)處理成溫度校正輸出信號(mLc)；并且將所述輸出信號(mLc)輸送至指示器單元(13)和/或進一步的處理單元(14)。在所述處理步驟中，借助于熱力學模型來由所述力測量信號(mL)和/或溫度測量信號(mT)計算出用于校正所述輸出信號(mLc)的至少一個校正參數(CP)，其中所述校正參數(CP)表示處于系統溫度(Ts、Ts1、Ts2)和環境溫度(Te)之間或者第一系統溫度(Ts1)和第二系統溫度(Ts2)之間的溫度差(dTr、dT1、dT2)。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種用于力測量設備(具體地說是天平)中與溫度有關的誤差的校正方法和一種擁有必需性能的力測量設備。
技術介紹
力測量設備通常包括不同的功能部分，例如，力接收器、力傳遞機構、力測量單元和有時用于處理測量信號的設備。待測量的作用力通過力接收器來接收并且經由力傳遞機構傳遞至力測量單元。力測量單元將輸入的作用力轉換為與作用在力測量設備上的作用力對應的電力測量信號。類似地，在天平的情況中，稱量物體的重力代表輸入的力，所謂的稱量負載作用于具有稱量盤形式的力接收器。該力輸入被連桿形式的力傳遞機構傳遞至力測量單元或者稱量單元，在該力測量單元或者稱量單元處，其被轉換為所謂的稱量信號的電力測量信號。電力測量信號被傳輸至信號處理單元，該信號處理單元用來進一步處理力測量信號并且產生相應的輸出信號。輸出信號被傳輸至指示器單元和/或被傳輸至進一步的處理單元，例如，主計算機或者系統控制器。該類力測量設備或者天平一般用于稱量單獨稱量物件，但是其也在用于稱量大量稱量貨物的自動化生產和測試系統中得到應用。該類力測量設備必須滿足很高的精度水平、可重復性和測量結構的穩定性。另外，力測量設備應當盡可能為簡單和低成本的設計。為了準確和穩定的測量，必須測量并適當地校正在稱量結構中引起誤差的影響因素是現有技術的作法。例如，GB 1495278中描述了一種用于校正與負載無關的參數的影響， 特別是從外部影響稱量設備的溫度的影響的方法。該校正伴隨有測量稱量設備所暴露的環境溫度并且伴隨有產生一相應的電力的溫度測量信號。基于該溫度測量信號，然后將該力測量信號處理成一溫度校正輸出信號。使用該方法，還有可能借助于一時變指數函數來校正時變現象，例如，跟隨彈性變形的蠕變效應。屬于已知的現有技術的該校正方法是基于這樣的假設的，力測量設備是處于其所有部件具有相同溫度(即，周圍環境的溫度)的條件的。然而，經常存在力測量設備的不同部件具有不均勻溫度的情況。例如，可能在操作期間在力測量設備中產生附加熱，這使力測量設備的一些部件的溫度升高。因此，在與操作相關的部件溫度和設備所暴露的環境溫度之間存在溫度差。通常，該類溫度差將影響力測量設備的測量值，S卩，輸入力或者作用在設備上的輸入負載的測量值。因此，目的是盡可能完全校正所述溫度作用的影響，特別是必須滿足高精度和穩定性的標準的力測量設備。現有技術為校正溫度差的影響提供了不同解決方案。例如，DE 10353414B3中公開的天平具有至少兩個設置在不同位置處的溫度傳感器，根據剛好在接通電源之后所述兩個溫度傳感器的輸出信號之間的差值來選擇初始校正值。兩個溫度傳感器，更準確地說，由其所測得的溫度差用來間接地確定設備在被接通之前切斷期間所持續的時間。通過數理計4算器件，因為設備被接通，所以根據經過的持續時間來校正由稱量系統所產生的與重量相關的信號。這允許急速縮短從接通電源直到天平達到其全準確度的時間。因此，所引用的參考文獻中提出的解決方案是針對天平的通電特性的。GB 2148512A中公開的電子天平具有兩個測量傳感器，所述傳感器測量對稱量結果具有有害影響的因素。所述測量傳感器之一例如為溫度傳感器，其固定于力補償線圈以便測量由補償線圈中的功率耗散所引起的溫度變化并且根據所測的溫度變化來校正天平的測量傳感器的輸出信號。溫度傳感器的數據連續地記入到數字信號處理單元的存儲器中并且存儲規定的時間長度。根據測量傳感器的惰性，如果來自不同時間點的數據被用于校正天平的測量傳感器的輸出信號，則來自不同時間點的數據被分配給不同的稱重。因此，執行的該校正是唯象特性的。DE 29803425 Ul中公開的天平包括一種用于零點信號的溫度補償的設備，其中在第一步中，確定溫度的變化速率dT/dt，并且如果發現后者足夠小，則將電流零點信號與電流溫度信號一起存儲起來，并且其中，在已經收集到足夠大量的數值對之后，其起到了用于計算零點的溫度系數的基礎的作用。其然后被用于校正稱量結果的零點，即，零負載值。在CH 658516中描述的基于電磁力補償原理的天平中，借助于流過設置在永磁體的空隙中的線圈的電流來產生補償力。作為電流的結果，線圈的溫度比再除掉線圈設置的那些部件高，并且實質上通過設備暴露的周圍室溫來確定其溫度。為了補償該溫度差，在永磁體組件內部設置一溫度傳感器以測量對應于永磁體的升高溫度的一溫度。基于所測得的溫度，然后校正力測量信號。然而，由于永磁體的熱慣性，溫度傳感器可能僅緩慢地響應環境溫度的變化。因此，與補償無關，仍然存在有害的影響，其可能在稱量結果中引起誤差。此夕卜，永磁體中的溫度傳感器的安裝、調節和檢查是費用高的并且易于出錯。這是其中溫度傳感器緊挨著直接與實際的力測量有關的關鍵部件設置或者設置在其內部的缺陷。對于熱量產生的更直接測量，CH 669041中提出了一種構想，其中溫度傳感器設置在線圈的繞組內部。這允許測量熱源中心，即線圈繞組中的溫度。然而，溫度傳感器的安裝和調節仍然充滿了難題。此外，對于與磁場有關的溫度的校正，測定值可能不是代表性的， 因為后者主要依賴于永磁體的溫度并且僅次要地依賴于線圈的溫度。
技術實現思路
因此，本專利技術的目的是提出一種用于力測量設備、具體地說，天平中的溫度校正的改進方法，為了獲得簡單的且低成本的操作而同時滿足與測量精度和穩定性有關的高標準的目的。特別是，旨在提供一種用于溫度差的補償的方法，其中可以按簡單方式安裝、調節和檢查溫度傳感器。另外的目的是提出一種簡單的、低成本的且可靠設計的合適的力測量設備。通過一種獨立權利要求中所陳述的方法并且通過一種擁有獨立權利要求中所陳述的特征的力測量設備來解決該任務。在進一步的從屬權利要求中陳述了本專利技術的有益實施例。以下論述主要涉及天平的正常運行。不考慮通電事件和故障。本專利技術涉及一種用于力測量設備(具體地說是天平)在其正常運行期間的溫度校正的方法，包括以下步驟借助于力測量單元，產生與輸入力對應的力測量信號；借助于設置在離力測量設備的發熱部件一定距離處的溫度傳感器來測量溫度，其中所述溫度主要對應于力測量設備所暴露的環境溫度，并且產生與測得溫度對應的溫度信號；基于溫度測量信號和力測量信號來將力測量信號處理為溫度校正輸出信號；并且，將輸出信號傳輸至指示器單元和/或進一步的處理單元。在處理步驟中，借助于基本的熱力學模型來由力測量信號和溫度測量信號計算出用于輸出信號校正的至少一個校正參數，其中所述校正參數表示為系統溫度與測得溫度之間存在的溫度差和/或第一系統溫度與第二系統溫度之間存在的溫度差。該方法具有簡單、高效且在無需緊挨著力測量設備的關鍵部件或者在其內部的費用大的和/或易于出錯的安裝的情況下執行精確的溫度補償的優點。其還消除了在力測量設備的不同位置處安裝進一步的溫度傳感器的需要。因此，可能獲得力測量設備的簡單和低成本的設計。另外，因為在回溯步驟中可通過簡單器件來執行計算，所以獲得了與力測量設備的成本、可靠性和穩定性有關的優點。因此，與現有技術相比，通過經由熱力學模型或者物理模型來計算顯著影響力測量的另外的熱影響因子的事實突出了本專利技術。然后，該計算出的影響因子被用于力測量信號的另外校正。溫度傳感器設置在力測量設備中由傳感器測得的溫度基本與環境溫度相當的位置處。可以借助于熱力學模型或者物理模型來計本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2009.07.23 EP 09166245.21.一種用于力測量設備(1)的，具體地說，天平的溫度校正同時按測量模式操作的方法，包括以下步驟-借助于力測量單元(10)，產生與輸入力對應的電氣的力測量信號(mL)；-借助于設置在距所述力測量設備(1)的發熱部件一定距離處的溫度傳感器(1 來測量溫度(Tm)并且產生與測得溫度(Tm)對應的溫度測量信號(mT)，其中所述溫度(Tm)主要與所述力測量設備所暴露的環境溫度(Te)相當；-基于所述溫度測量信號(mT)和力測量信號(mL)來將所述力測量信號(mL)處理成溫度校正輸出信號(mLc)；以及-將所述輸出信號(mLc)輸送至指示器單元(1 和/或進一步的處理單元(14)，-其特征在于，在所述處理步驟中，借助于基礎的熱力學模型來由所述力測量信號 (mL)和溫度測量信號(mL)計算出用于校正所述輸出信號(mLc)的至少一個校正參數 (CP)，其中所述校正參數(CP)表示存在于下述之間的溫度差(dTr、dTl、dT2)，Α)在系統溫度(TS、TS1、TW)和所述測得溫度(Tm)之間，和/或B)在第一系統溫度(Tsl)和第二系統溫度(Ts2)之間。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，借助于響應函數(S(t)、Sl(t)、S2(t))和卷積積分，特別是通過利用所述響應函數(S(t)、Sl(t)、S2(t))的時間導數卷積所述溫度測量信號(mT)、力測量信號(mL)或者由所述力測量信號(mL)確定的耗散功率量(P)來計算所述校正參數(CP)。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，根據至少一個熱力學定律和/或作為對階梯函數或者脈沖函數和/或時間延遲函數，特別是具有給定時間常數(τ、τ ρ τ 2)的指數函數的形式的輸入的熱力學響應來限定所述響應函數(S (t)、Sl (t)、S2 (t))。4.根據權利要求1到3中一項所述的方法，其特征在于，通過遞歸方法來計算所述校正參數(CP)。5.根據權利要求1到4中一項所述的方法，其特征在于，所述校正參數(CP)被計算為由時間決定的量，該由時間決定的量依賴于所述測得溫度(Tm)和/或所述力測量信號(mL) 的時間分布，特別是變化率。6.根據權利要求1到5中一項所述的方法，其特征在于，所述系統溫度(Ts、Tsl、Ts2) 相應于所述力測量設備(1)的部件的溫度，特別是，力輸入構件、力傳遞構件、杠桿G6)或者杠桿臂G8)的溫度，并且與所述部件的熱膨脹有關地校正所述輸出信號(mLc)。7.根據權利要求1到6中一項所述的方法，其特征在于，所述校正參數(CP)表示至少兩個分別與所述力測量設備(1)的不同部件...

【專利技術屬性】
技術研發人員：T·克佩爾，D·雷伯，
申請(專利權)人：梅特勒托利多公開股份有限公司，
類型：發明
國別省市：