[发明专利]力传感装置、特别是称重单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种力传感装置、特别是称重单元，其具有：弹性体，该弹性体在待测的力或负荷的作用下发生变形；和传感器，该传感器由两个分离的并安装在弹性体的不同位置处的传感器部件构成并且产生取决于传感器部件彼此间的相对位置的传感器信号。

背景技术

常见的力传感装置和专门的称重单元是测量变换器，该测量变换器将对其起作用的力或负荷转化为电的模拟或数字的测量信号。在此大部分金属的弹性体与所施加的负荷或力成正比地弹性地变形并且利用合适的传感器检测弹性体的或其中特定部件的由此造成的变形。弯曲部件处的长度变化通常借助于应变计来检测。也能够可替换地电容式地检测由该变形产生的距离变化。传感器装置、例如应变计或电容面直接地布置在弹性体处。

从EP0534270A1或DE102008019115A1中已知开头所述类型的、具有电容式传感器的力传感装置或称重单元。该电容式传感器具有两个梳形地彼此啮合的电极（电容板），其安装在弹性体的不同部件处。称重单元根据偏移方法工作；也就是说待测量的力或负荷的变化引起传感器信号的变化，进一步处理传感器信号的偏移。

从DE3716615C2中已知一种按照补偿方法工作的称重系统、即所谓的补偿秤，其中借助于电动驱动装置向运动地导入的负荷接收装置施加反作用力。在此，借助于电容式传感器检测负荷接收装置的位置并且根据传感器信号这样控制流经电动驱动装置的线圈的电流，即负荷接收装置保持在不取决于负荷的平衡位置中。线圈电流则是负荷的程度。

利用微机械技术制造的传感器、即所谓的MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）传感器的应用领域越来越广。WO02/103369A1例如示出了一种电容式地工作的MEMS加速度传感器，其具有两个彼此啮合的梳齿状电极（电容板），其中一个梳齿状电极布置在刚性的基体上并且另一个梳齿状电极布置在能震荡地悬挂在基体上的载体处。

根据应用情况和待测的力或负荷的大小，在力传感装置以及称重单元中应用的弹性体具有不同的构造方式和尺寸。由于利用以微机械技术制造的传感器基于其较小的尺寸能线性地检测到仅仅非常小的变形或运动和更微小的变形以及运动，因此存在这样的问题，即需为不同大小和构造方式的弹性体选择合适的MEMS传感器或者从MEMS传感器的角度出发找到合适的位置，在该位置处其安装在弹性体处。在此，与传统的传感器相比，弹性体的制造公差也起着更为重要的作用。此外还必须在测量范围和测量灵敏度之间找到平衡点。

发明内容

因此，本发明的目的在于，在力传感装置或称重元件中改进传感器对弹性体的匹配度。

根据本发明，该目的这样实现，即在开头所属类型的力传感装置或称重单元中，在中间存在机电的执行器的情况下传感器部件中的一个安装在弹性体处并且存在控制装置，该控制装置根据传感器信号在缩小传感器部件的位置差异的方向上控制执行器。

从称重技术中已知的补偿方法即转而应用到了布置在力传感装置或称重单元的弹性体处的传感器上。而弹性体本身则同按照偏移方法工作的称重单元一样取决于负荷地发生变形。由该变形造成的传感器部件之间相对位置的变化借助于机电的执行器至少部分地得到补偿，使得必须由传感器检测仅仅还非常小的运动。因此传感器不取决于负荷和/或弹性体的变形地工作在线性区域中，因而也不会造成对传感器的过度负荷。在完全补偿传感器部件的相对位置的变化时，由用于控制执行器的控制装置产生的控制信号是用于待测负荷的直接的度量。此外还能将控制信号和传感器信号组合成所期望的测量信号。

原则上，所有无接触式的、按照下面的测量方法中的其中一种来工作的路径接收装置或距离接收装置均可以考虑用作传感器：即电容的、电感的（例如电感的、磁致伸缩的或涡电流路径接收装置）、光学的（例如传播时间法、三角测量、干涉、图像传感）、声学的（例如传播时间法）或电磁的测量方法。被证明为特别合适的是具有两个彼此啮合的梳齿状电极的电容式传感器，该电容式传感器能够以微机械的方式相对简单地并且低成本地制造出来。

为补偿传感器部件的相对位置的变化，原则上可以考虑所有按照以下工作原理工作的机电的执行器：即压电式、电磁式、静电式、电致伸缩式、磁致伸缩式。