本发明与秤这类的测力装置有关，特别是与可对载荷在该装置上的位置进行补偿的测力装置有关。 众所周知，载荷在秤上位置的不同会降低重量测定的精确度，并且必须根据称重装置需要的精度范围或多或少地进行补偿。在对力矩不敏感的只有一个测力计的秤中，承载托盘和底座是与测力计直接连接的，因此测力计本身的结构减小了载荷位置不同的影响。这种测力计通常包括平衡支架（Counterforce）和固定在这一支架上并同时被连接到一个电桥电路的一些应变片。测力计通常是这样设计以便做到：（1）由载荷位置变化引起一个应变片电阻变化时，将伴随有另一个应变片的电阻变化，从而使电桥电路的输出趋于保持不变和/或（2）这些应变片是固定在相对载荷的位置变化不敏感地区域或方向上的。一种把应变片装置在对称于梁的中心轴并与该中心轴相平行的、对力矩不敏感的双梁测力计，就是应用了这二项技术。
通常，还必须进一步减小载荷位置变化引起的误差，这有以下几种不同的方法。一种技术是通过搪磨支架表面以稍稍改变测力计的几何形状。这种方法虽然可以改善测量的精度，但是既费工又费时。
另一种技术是由Lockery在美国专利第3，576，128号中提出的采用与应变片连接的补偿电阻。与此类似，但作了相当改进的技术是由Griffen和Griffen等分别在美国专利第4380175号和第4453609号中提出的。他们通过以某些方式来定位应变片，并在与某些应变片连结的电路中采用补偿电阻的方法对测力装置做出显著改进，并大大减少了工耗。
在Komoto的美国专利第4482022号中，采用了一个对中心加载位置标定的测力传感器并采用一些辅助传感器来测定载荷离开中心标定位置的位移。辅助传感器的输出被用来调节测力传感器的增益，以便对测得的离开标定位置的任意位移进行修正。
根据本发明，在平衡支架上装有一个或几个附加的传感元件以确定载荷在沿相互横贯的两条轴中至少一条轴上的位置，位置传感元件的输出与测力传感器得到的重量读数一起输入微处理机。然后应用一种算法来计算修正的重量，使得相同的载荷或者安放在沿测力装置的一条或两条轴上任何位置处的重量相等载荷都有相同的重量数值。算法中对于每一测力计所需要知道的常数值可以根据与该测力计的载荷位置特性有关的数据具体确定。
本发明的另一优点是，对由于测力计结构引起的非线性的修正可以包容在上述算法中。这样，可以允许对测力计的结构进行一些可能提高效率和具有优点、然而也会引起非线性的改变。例如，在应用应变片的双梁平衡支架中，为了便于装配与设置应变片，可以把所有的应变片装在平衡支架的顶部表面上，尽管这样做会引起非线性问题。
图1是体现本发明装置的框图;
图2是体现本发明的称重装置的一种优选形式的框图。它与图1相比要详尽得多。
图3是根据本发明包含用于载荷偏移补偿的双梁测力计的称重装置的侧视图;
图4是图3中仅仅示出测力计时的俯视图;
图5是图3中仅仅示出测力计时的底视图;
图6是图3至图5中用于位置敏感的和用于测力的应变片的示意图;
图7是图3所示称重装置的俯视图，图中画出了对中的和一些偏心的加载位置;
图8是一个采用多个纵向和横向位置敏感应变片的双梁测力计的俯视图，其中所有测力的和位置敏感的应变片都装在测力计上梁顶部表面上;
图9A至9C是图8所示的测力计中分别包含有纵向位置敏感的应变片、横向位置敏感的应变片与测力应变片的桥式电路;
图10是根据本发明带有用于载荷偏移补偿的位置敏感应变片的压缩梁测力计的正视图;
图11是图10所示测力计的侧视图;
图12是根据本发明带有用于载荷偏移补偿的电容性重量传感元件和位置传感元件的测力计平衡支架的侧视图;
图13是图12中所示测力计沿该图中13-13线所作的水平截面图;
图14是图12所示平衡支架带有不同布局的电容性传感器时的侧视图;
图15是图14所示测力计沿该图中线15-15所作的水平截面图;
图16是用来测定如图12-15中测力计所采用的传感元件电容器电容量的电路框图;
图17是为了在图16所示的电路中用一个基准电容器来测定3个敏感电容器的电容量而设计的电路原理图;
图18是一个电容器的正视图，其中表明该电容器极板受到偏心加载作用。
图19是图18所示的电容器的侧视图;
图20是图18所示电容器的俯视图;
图21是包含本发明的称重装置的工作流程图;
图22是在图21流程图中用于载荷偏移修正的子程序流程图;
图23是一个秤的托盘的俯视图，图中描述了可以用来得到确定修正算法常数的数据的不同载荷位置;以及
图24A至图24C是用于包含本发明的具体称重装置中确定载荷偏移计算常数的程序流程图。
如图1所示，体现了本发明的电子秤包括测力平衡支架10。平衡支架基本上可以是任何类型的，只要它们产生的弯曲变形与放在其上的载荷大小成正比并且这种弯曲变形可以通过象应变片、电容元件等适当装置测定与表示出来。方框14表示一组指示这种力测定结果的指示器。当同样的载荷施加在平衡支架10上的不同位置时，测力指示器14的输出将会在一定范围内随之变化。位置敏感元件16、17用来提供关于加在平衡支架10二个相互横贯的方向上载荷位置的信息。在某些情况下，可能只需要或希望仅仅对载荷在一个方向上的位置变化进行补偿，这时一个或几个位置敏感元件只需要表示载荷沿这个方向上的位置。位置传感元件16、17基本上可以是任何类型能够测量平衡支架弯曲变形的传感元件，例如应变片，或电容、压电、光导纤维元件。从测力指示器14得到的测力结果和从传感器16、17得到的位置信息通过模拟开关20耦合到模数转换器（A/D）21，在那里把模拟信号转换成数字信号并输入微计算机24。同时，存储器25和显示单元27与微计算机24相联。微计算机24控制模拟开关20和A/D转换器21以接受有关加于平衡支架10上的载荷大小和位置的数据。最后，微计算机24应用在秤安装时得到的与储存在存储器25中的信息并根据载荷大小和位置的信息，得出经过载荷位置变化修正的重量指示，并在显示单元27上显示出这一修正的重量值。与上述相应的具体方法将在下面详细说明。
现在参考图2，包含本发明称重装置的优选形式一般包括一个“数字式测力计”，它在图中标号为30并与“主机”或称量系统微计算机32连接。这台微计算机32除了具有其它功能外还控制显示器34、打印机35和接收通过键盘37传来的操作员信息。图2所示的称重系统与图1的较典型结构的不同之处，主要是把各种电子线路和A-D转换器、测力计专用微处理机及附加的存储器结合在同一块印刷线路板中。这样做可以使数字测力计本身可作为一个单元进行标定、补偿和修正并被纳入多种形式的微机控制称量系统中，在这种情况下，数字测力计是与秤或主微机（例如图2中的微机32）相接口的。
在图2所示的称重装置中，数字测力计30包括许多与图1中相同的元件。测力指示器14和位置传感元件16、17分别把模拟信号送入相应的各组前置放大器和滤波器43至45，然后再通过电子开关47送入A-D转换器50。A-D转换器最好采用三重斜率积分（triple slope integrating）型的。数字测力计的工作由编程的微处理机60和与之连接的非易失性随机存取存储器62控制，其中微处理机可以采用INTEL 8049和8051型的。
除了控制数字测力计30的工作外，根据本发明，带着随机存取存储器62的微处理机60还对来自A-D转换器50的重量数据进行载荷位置效应的补偿运算，微处理机还与主微机32通讯，并把重量数据传输到主微机供进一步处理和在显示器34上显示出来。
现在再看图3、4和图5，在此，表明了由上梁71和下梁72组成的双梁平衡支架70。梁71、72在一端与垂直构件75刚性连接，而在另一端与垂直构件77刚性连接。平衡支架70在一端通过刚性的间隔构件81连接到支撑底座82，而另一端通过刚性的间隔构件86支撑承受载荷的托盘85。一组测力应变片90至93按通常方式装在平衡支架70上，其中应变片90和91装在上梁71的顶部表面上，它们与梁71的纵向中心轴线平行并以此轴线为中心而对称设置，应变片92和93则装在下梁72的底部表面并与应变片90、91有相同的定位取向。
上述图3至图5表示的装置是采用双梁测力计的常用秤。应变片90至93可以与电桥电路连接以产生表示放置在托盘85上物体重量的电模拟输出信号。这种电桥的模拟输出信号一般可以经过A-D转换器送入显示器，得到代表托盘上物体重量的数字信号。因此上述的秤也或多或少地会受到载荷在托盘85上所处位置变化的影响，即相同的载荷处在托盘85上的不同位置，将会改变应变片90至93的输出。因此需要采用前面讨论过的方法之一来对可能出现的秤的载荷位置的差异作进一步的补偿。
如图4所示，根据本发明，在上梁71的顶面另外设置了一对应变片99和100，其中应变片99固定在应变片91的一侧，同时，它的应变敏感元件的取向与梁71的纵轴平行，以使它对沿着或平行于梁71纵轴的载荷设置敏感，而应变片100横向设置在应变片90的一侧并使它的应变敏感元件与梁71的纵轴取向成一定角度，以使它对沿垂直于梁纵轴的载荷设置敏感，这个角度的范围可以从几度到90度以便在具体使用中可以从应变片得到预定大小的输出信号。对于给定载荷，应变片99根据载荷位置沿梁纵轴方向的变化而产生输出信号。同样，当给定载荷的位置沿与梁71纵轴相横截的方向上发生变化时，应变片100就产生输出信号。所以应变片99和100一齐提供表明载荷在托盘85上位置差异的效应的信息，根据这些信息和测力应变片90至93提供的信息的结合，对任意载荷位置都可以得到正确的重量指示。
在图1或图2所示的框图中，位置敏感应变片99和100可以按图6所示的方式与测力应变片90至93相连接。在图6中，测力应变片90至93以常见的方式设置在电桥电路105中，电桥电路105的输出在图2中通过前置放大器44与模拟开关47连接或在图1中与模拟开关20直接连接。纵向位置应变片99和横向位置应变片100分别连接到带有三个固定电阻的电桥电路中。因为在各个电桥电路中只有应变片99和100的电阻是可变的，所以各个电桥电路的输出反映了相应的应变片电阻变化或输出信号。各个电桥电路的输出信号通过前置放大器43、45送入图2中的模拟开关47或直接送入图1中的模拟开关20。
在图1至6所示的秤中，当同一重物在不同时刻放在托盘85上的同一位置时，电桥电路105输出的重量信号是相同的，然而当载荷放在托盘上的不同位置时，电桥电路105的输出信号将根据重物位移的方向和大小的不同而增强、减弱或保持不变。重物沿托盘85上任意特定方向的位移引起输出信号的变化与重物位移量和物体重量近似成正比，即：
输出信号差值＝A×重量×位移 （1）
其中A是常数，它是重物位移方向的函数。通过确定重物沿任何二个非平行方向，例如沿71、72的纵轴和与其垂直方向上的信号差可以进一步确定重物在托盘85上任意位置时的信号差。总的输出信号差通常可以看成是二个非平行方向上信号差的总和。因此，如果已知载荷的大小、位移以及与具体测力计有关的载荷偏移特性后就可以确定输出信号差或载荷偏移误差。而位置应变片99和100产生的信号正比于载荷的大小和位移，所以由应变片99、100与电桥电路105提供的信息可以使微机24（图1）或微处理机60（图2）对电桥电路105的输出进行载荷偏移误差修正。
能对沿任意方向（例如，沿纵向）的载荷偏移进行重量读数修正的计法由未修正的读数项加上对于该方向偏移的修正项而组成。如方程（1）所示，修正项必须考虑载荷重量大小和它沿一定方向的位移。位置敏感应变片99和100可以分别提供对于纵向和横向符合这些要求的读数。从对于这二个方向的修正项之和再加上未修正的读数项就可以得到对沿任意方向的载荷位置变化进行修正后的重量读数。
因此修正载荷偏移误差算法的简单形式是：
CR＝A×RR+B×LG+C×TG （2）
其中
CR是对载荷位置修正后的重量，
RR是未修正的重量，
LG是纵向位置敏感应变片（99）的读数，
TG是横向位置敏感应变片（100）的读数，
而A、B和C是与具体测力计有关的常数。实际上，纵向位置敏感应变片99产生的输出信号是以位于托盘85中心的载荷位置作为参考位置的，而横向应变片100可以依赖于、也可以不依赖于其取向的角度。对纵向应变片99和横向应变片100来说，有意义的值是载荷位于初始或参考位置时的输出信号和在相应方向上产生位移时的输出信号之差。在方程（2）中，未修正的重量项之前的系数A不等于1，是考虑到一个或二个位置应变片的参考位置读数不是零。
在测力计设计和装配后可以对各个具体的测力计确定常数A、B、C。当已知重量的载荷放在托盘上的不同位置时，从重量指示电桥105和纵向位置敏感应变片99、横向位置敏感应变片100可以得到载荷在每一个位置时的读数。这些数据可以用来确定与各个测力计有关的常数A、B、C。图7和下面的表1对理想化的况情说明了这一过程。
如图7所示，已知重量的载荷放在托盘85中心的位置1处。对于电桥105、纵向位置敏感应变片99和横向位置敏感应变片100可以得到数字形式的读数，并作为位置1的读数而记录在表1相应的栏目中。
表1
位置 电桥105 LG应变片99 TG应变片100
1 100，000 30，000 0
2 100，100 35，000 0
3 100，075 30，000 20，000
然后把同一重物移动到另一个位置（在这个例子中即是位置2），即重物沿纵向产生了位移，这时同样得到读数并记录在表1中。接着把同一重物移动到位置3，即沿横向产生位移，并已同样得到读数并记录在表1中。在位置1、2和3处得到的各个读数代入上述方程（2）可以得到含有三个未知的A、B和C的三个方程，用表1举例的读数值解此方程组可得到：
A＝1.00604
B＝-0.0201207
C＝-0.00377264
上述方程（2）和根据具体测力计求得的常数A、B和C的值可以储存在存储器25（图1）或随机存取存储器62（图2）中，在秤工作时对每一个重量读数将进行载荷位置修正。
上面已经通过应用四个测力应变片和一个对纵向载荷位置敏感、一个对横向载荷位置敏感应变片的双梁平衡支架描述了本发明。然而下面将说明本发明基本上同样可以应用于任何类型的平衡支架，包括单梁、剪切梁、压力传感器（Compression cells）式或其它形式的平衡支架，以及可采用其它类型的测力的和/或位置敏感的元件和设置。例如，连接在电桥电路中的多个应变片可以用作纵向和/或横向位置敏感元件，而其它类型的传感器如可变电容传感也可用作测力和/或位置敏感元件。此外，还可以采用与上述算法形式不同的其它算法以得到更精确的载荷偏移修正和除载荷位置误差外的其它误差的修正。
一个稍复杂、但却具有一定优点的测力计结构如图8-10所示。在图8所示的双梁平衡支架中，上梁115的顶部表面上设置了12个应变片，这个平衡支架可以与图3中的支架70相同。测力应变片120、121、122和123全都固定在上梁115的顶部表面并以梁的纵向中心轴为对称轴，而不是象图3至图5所示的二个应变片固定在上梁115的顶面;另二个应变片固定在下梁的底面（图中没有表明）。同时，测力应变片120至123连接在图9A的电桥电路124中。
把测力应变片120至123全都固定在同一根梁的表面上具有一些优点，一个主要的优点是应变片在梁上应用起来更方便，节省了操作和费用。但这样设置的缺点是载荷偏移误差变成了其重量的非线性函数。因此，对半载荷作出的偏移补偿，对于全载荷情况就会产生不精确的结果，或者，通过把已知重物放在托盘中心进行的线性测试结果将与把这一重物放在托盘上偏心位置时进行的线性测试结果有很大的不同。这种非线性是重物沿纵向位置的函数，并一般认为是由于测力计产生形变而引起的。当应变片分别固定在上梁与下梁时这种非线性效应将趋于抵消，而当所有的测力应变片固定在同一根梁的表面时就不能消除这种非线性效应。因为非线性误差是重物纵向位置的函数，可以如果已知重物的重量和位置就可以精确确定这种误差，根据本发明，按图8所示的设置方式可以既修正载荷位移误差，也修正位置非线性误差。
在图8中，一对纵向位置敏感应变片126、127固定在上梁115的顶面，它们的应变敏感元件的取向使其对纵向载荷位置变化敏感。另一对横向位置敏感应变片130、131也固定在上梁115的顶面，它们的应变敏感元件取向使其对沿与梁115纵向中心轴横向相交的方向上的载荷位置变化敏感。四个无效或补偿应变片（dummy gage）135至138固定在纵向的有效应变片之间并使它们的应变敏感元件取向与梁115的纵向中心轴成直角。
纵向位置敏感应变片126和127与无效应变片135和136一起连接到图9B所示的电桥电路140中。横向位置敏感应变片130和131与无效应变片137和138一起连接到图9C所示的电桥电路142中。在图9B电桥电路140中和在图9C电桥电路142中的这些无效应变片135至138的唯一作用是使它们各自所在的电路成为完整的电桥电路。如果希望增加电桥电路的灵敏度，也可以用有效应变片在上述电路中代替无效应变片。
根据本发明，可以对测力电桥电路124得到的各个重量读数进行载荷偏移和非线性误差修正，即把这一重量读数与不同的修正项的作用相结合，这些修正项是与图9B中纵向位置敏感电桥140的读数、图9C中横向位置敏感电桥142的读数以及具体的测力计特性有关的。一种适于计算这种经过修正的重量的表达式是：
CW＝CR×L （3）
其中
CR＝RR+LG（E1+E3×RR+E5×RR2）
+TG（E2+E4×RR+E6×RR2） （4）
而L＝1+E7×CR+E8×CR2（5）
其中
CW＝对载荷位置和线性进行了修正后的重量读数
L＝线性修正因子
CR、RR、LG和TG的意义与它们在方程（2）中的意义相同，LG、TG是电桥140、142的读数，
E1至E8是常数。
在大多数情况下当令E5、E6和E8为零时可以根据方程（4）和（5）得到足够的精确度，但有时应用上述完整的方程形式时结果更令人满意。
当然，在图8所示的测力计设置情况，测力应变片120至123中的二个应变片也可以象在图3中那样固定在平衡支架的下梁上（图中没有表示出来），这样将基本上消除非线性的缺点，但同时将失去把所有的应变片装在同一根梁表面时所具有的优点。这时只需要用上述方程（4）对载荷位置进行补偿。
对于具体的测力计，上述方程（4）和（5）中的系数E1至E8可以在设计和装配后分别确定，最好用下述的迭代方法求出这些常数。
图10和11表示了压缩梁测力计160，其中四个有效的或对载荷敏感的应变片161至164按通常的方式按90度间隔固定在平衡支架166的周围。其中161和163是拉伸敏感应变片而162和164是压缩敏感的应变片。一对位置敏感应变片170和171也以90度的间隔固定在支架166上并对放在由测力计160支撑的承载托盘上（图中没有表示出来）的重物位置进行检测。位置应变片170固定在压缩应变片162的下面，它对载荷偏离平行于穿过应变片162和164的轴的方向上的位置变化敏感。同样，应变片171对偏离穿过应变片161和163的轴的载荷位置变化敏感。利用图11和12所示的测力计的秤可以应用基本上与前述图1至图6表示的相同方法对载荷位置的差异进行补偿。这时对载荷敏感的应变片161至164被连接到电桥电路中作为如图1或图2中的测力指示器14，而位置敏感应变片170、171按与图6中应变片99和100同样的方式连接作为图1或图2所示的系统中的位置传感元件16、17。
上述方程（2）也可以用来计算载荷偏移补偿。当压缩测力计设计和装配好后，可以用与图1至图6描述过的同样方法对它们具体确定方程（2）的系数A、B、C的值。当已知重物放在由测力计160支撑的托盘上的不同位置时，与各个位置相应的读数可以从由应变片161至164组成的重量指示电桥和位置敏感应变片170、171得到。这样得到的数据被记录在如前所示的表1中，方程（2）中的系数可以通过例如根据列在表中的数据而解联立方程组来确定。象上述方程（2）那样的载荷偏移补偿算法和对于具体测力计所确定的常数A、B和C的值都储存在相应的秤存储器，例如图1中的存储器25或图2中的随机存取存储器62中，在秤工作时用来对每一个重量读数进行载荷位置修正。
现在参看图12和13，其中的平衡支架200最好用一整块陶瓷材料加工制成，但也可用其它合适的材料制成。经加工成形的平衡支架200的一端是承受载荷的截面202，相反的一端是载荷支撑截面204，其间是挠性构件206和207。第一根悬臂梁210和第二根悬臂梁212从载荷支撑截面204向载荷承受截面202延伸，第三根悬臂梁214从载荷承受截面202向支撑截面204延伸并与梁212对齐，而支撑截面204固定在支撑构件215上面。这一结构件作为平行四边形连接机构而起作用，从而使得载荷加到承载截面202上时将使这一截面与梁214向下移动而支撑截面204和梁210、212将保持在其原有位置上，直到由挠性构件206和207储存的力等于施加的外力为止。所以，载荷承受截面202和梁214的挠曲可以作为施加外力的量度。
梁210、212和214上各装有一个或几个电极，每个电极构成平行极电容器218、219、221或222的一个极板。电容器218是在梁210和212的二个相对固定的相对平面之间形成的，因此其电容量基本上不变。而电容器219、221和222是在梁210和214的二个相对可动的平面之间构成的，所以它们的电容量随梁214的挠曲而变化，因而也随着加在承载截面202上的载荷大小而变化。固定电容器218可以作为重量变化敏感的电容器219的基准，如果需要的话也可作为可变电容器221和222的基准。如下所述，从这一装置可以得到与电容器219的电容量成正比、因此也与载荷的重量成正比的模拟信号。
电容器219位于平衡支架200的中心以便使得它对于载荷在承载截面202上不同位置的敏感度为最小。然而尽管这样设置，平衡支架200对支架上的载荷位置变化引起的误差是敏感的。根据本发明，电容器221和222用来指示载荷位置从而使测力计的输出可以对不同的载荷位置进行补偿。
电容器221和222装在梁210和214上并沿纵向和横向与电容器219分别隔开一定距离，这样它们比电容器219对载荷在平衡支架上位置的偏心更为敏感，并且电容器221和222的电容量不仅随载荷大小变化，而也随载荷位置而变化，利用这一信息，可以得到进行了位置修正后的重量数值。
在图14和15中示出了图12和13所示的测力计200和固定在与图12、13中相同的位置的基准电容器218、重量敏感电容器219及位置敏感电容器221，但是用电容器222a代替了位置敏感电容器222。电容器222a的二个极板固定在梁212和214二个相对的竖直平面上，在这种位置设置的情况下与图12和图13中的电容器222相比，它对载荷位置沿测力计200的纵轴的变化比沿横向的变化更敏感。
很明显在图13至16中的电容器可以根据不同的目的按多种方式设置，只要它们能提供载荷重量和位置的信息。
现在来看图16所示的电路，其中利用基准电容器218、重量敏感电容器219提供指示施加在平衡支架200上载荷大小的模拟信号。在图16所示的电容测定系统中，电容器218和219是串联连接并且它们的一个公共端与反馈网络230的输入端相连。它们的另一端分别与开关网络232的不同输出端连接。开关网络232的第三个输出端与反馈网络230的第二个输入端相连，而反馈网络230产生的反馈信号则送入开关网络232的输入端。
开关网络232周期性地把反馈信号和许多基准电位与电容器218、219及反馈网络230相互连接，使每一个周期中储存在电容器218和219内的平均电荷量基本上等于预定值。所以，由反馈网络230产生的反馈信号反映了电容器218和219储存的电荷量与预定值的差值，并且反馈信号是可变电容器219电容量的预定函数，因而也是加在平衡支架200上载荷的函数。在1977年10月18日颁发的美国专利第4，054，833号中更完整地说明了图16的电路，这一专利的内容在这里被引用。
与图16相同的电路也可以产生表示图12和13中位置敏感电容器221和222或图14和15中电容器221和222a的电容量的信号。在这些电路中，或者是必须对每一个位置敏感电容器接入与基准电容器218相对应的附加基准电容器，或者需要对三个电容量测定电路中的每一个转接入单独的基准电容器218。在前一情况下，附加的基准电容器可以与基准电容器218一起装在图13或15中支架200的梁212上。在后一情况下，如图17所示，单独的基准电容器218的一端218a直接与三个开关网络232中的每一个相连，而另一端218b通过模拟开关250依次与反馈网络230和各个电路中的敏感电容器连接。由图1中的微处理机24或图2中的微处理机60控制的模拟开关250，把公共基准电容器218依次与各个电容测定电路连接，就象电路通过模拟开关20（图1）或模拟开关47（图2）与A/D转换器连接一样。
除了图16和17所示的电路以外，其它电路装置或组合也可以用来产生指示重量敏感电容器219和位置敏感电容器221、222和222a电容量的信号。例如已知不用基准电容器的电容测定电路也可以分别用来确定图12和图14中所有三个电容器电容量的大小。而且图16所示的电路还可以用来指示电容器219、221和222（或222a）之中的一个或几个电容器的电容量，同时采取一个不用基准电容器的电路就可确定其余电容值。
在图1或图2所示的系统中，方框14、16和17的功能可以用任何类型的电容测定电路或电路组合来完成。
在图12至15的电容性测力计中，重量敏感电容器219的电容量直接与电容极板间的重迭区域的面积成正比，而与它们之间的距离成反比。在理想情况下加在测力计上的载荷只改变二个极板之间的距离，但是偏心载荷会使二个极板产生作为载荷位置函数的相对运动，这种相对运动可能是极板间距的变化、一个极板沿平行于极板的轴相对于另一个极板的转动，以及一个极板在它自身所在的平面内相对于另一个极板发生的运动。因此，电容器变化后的或新的电容量可以表示成初始或原有电容量与上述每一种相对运动引起的电容变化之和：
C（新）＝C（初始）+dc1+dc2+dc3
其中
dc1与极板间距变化有关
dc2与极板取向变化有关
dc3与极板位置变化有关。
当变化很小时，
dc1与ds成正比
而
dc3与dA成正比。
其中ds是极板间距的微小变化，而
dA是二个极板间重迭面积的微小变化。对于极板平行度产生的变化，可参看图18至20所示的电容器300，其上板301相对于下板302沿纵向倾斜了角度P而沿横向倾斜了角度q，并且上、下极板都是长为L和宽为m，二板在中心处的间距为常数D0。假设y和x分别是电容器300的纵轴和横轴，则在二板间距为D的点x、y处，与面积dx×dy相应的电容量dc2是：
dc2＝K (d×dy)/(D)
根据图18至20
D＝D0（1+y (tanP)/(D0) +x (tanq)/(D0) ）
＝D0（1+ax+by）
其中
a= (tanq)/(Do) 而b= (tan P)/(Do)
并且
C2＝KoΣij]]>(dxidyj)/(D0(1+axi+byj))
可以进一步表示成
C2＝ (K1)/(ab)Σn=0∞]]>((-0.5)n+2)/((n+1)n+2) （al+bm）n+2-（al-bm）n+2
+（-al-bm）n+2-（-al+bm）n+2
其中l和m是电容器极板的长和宽。因此
C2＝F（a、b、n）
总的误差可以表示成
dc＝dc1+dc2+dc3
其中
dc1＝f（ds），为极板间距的变化
dc2＝F（da，db），为极板纵向和横向的角度变化
dc2＝g（dA），为极板间重迭区域面积的变化。
考虑图12至15，可以看出当重物放在测力计支撑的托盘上的每一个位置时将有唯一的a和b值。a、b和重物位置之间的精确的相互关系与测力计平衡支架的形状和材料有关，并随测力计的结构而变化。
同时，二极板中心的间距S也是重物位置的函数，S的变化或ds可以近似看成是a和b的函数，即
ds＝E1da+E2db
和
S＝S0+ds＝S0+E1da+E2db
其中
S0是极板间的初始间距。
E1和E2是常数。
更进一步说，A的变化或dA也可以近似作为a和b的函数，即
dA＝E3da+E4db
和
A＝A0+dA＝A0+E3da+E4db
其中
A0是极板间的初始重迭面积，E3和E4是常数。
综合以上各式可得：
dc＝dc1+dc2+dc3＝f（ds）+F（da，db）+g（dA）
＝E5da+E6db+F（da，db）+E7da+E8db
＝da（E5+E7）+db（E6+E8）+F（da，db）
＝G×da+H×db+F（da，db）
F（da，db）的完整形式可以简化和近似为
F（da，db）＝I×ABS（da）+J×ABS（db），其中I和J是常数，因此，dc＝G×da+H×db+I×ABS（da）+J×ABS（db） （6）
再参看图13与图18至20，注意位置敏感电容器221和222是平行于横轴而对齐的，这一横轴相当于图19和20中的X轴，而重量敏感电容器219沿相当于图18和20中y轴的纵轴方向与电容器221和222隔开。当载荷沿横向偏心地加到测力计200上时，将会使电容器221和222的上、下极板产生一定角度的相对倾斜，这一角度相当于图17中的角g，这时tang或tanb是电容器221和222电容量之差的近似线性函数。同样，当载荷沿纵向偏心放置时，tanp或tana是电容器221和222电容量之和与2倍电容器219电容量之差的近似线性函数，因此上述方程（6）可以表示为：
dc＝G×（C222-C221）+H×（C221+C222-2C219）
+I×ABS（C222-C221）+J×ABS（C221+C222-2C219）（7）
其中Cn是电容器n的电容量。
可以对上式展开从而进行非线性补偿，并且借助补充一些较高阶项而提高其总精度，即
dcx＝G×（C222-C221）+H×（C221+C222-2C219）
+I×ABS（C222-C221）+J×ABS（C221+C222-2C219）
+K×（C222-C221）2+L×（C221+C2222C219）2
+M×〔（C222-C221）（C221+C222-2C219）〕
+N×ABS〔（C222-C221）（C221+C222-2C219）〕（8）
其中G-N是常数，其值与具体的测力计有关，而dCX是dc展开的结果。
在图14和15的装置中，电容器221和219作横向移动，从而使tang或tanb近似地是电容器221和219电容量之差的线性函数。电容器222a和219作纵向移动，从而使tanp或tana近似地是电容器222a和219的电容量之差的线性函数。因此对于图14和15的装置，上述方程（6）可写成：
dc＝G×（C221-C219）+H×（C222a-C219）
+I×ABS（C221-C219）+J×ABS（C222a-C219）（7A）
为了同样的目的，这一表达式可以象方程（8）那样展开为：
dcX＝GX（C221-C219）+H×（C222a-C219）
+I×ABS（C221-C219）+J×ABS（C222a-C219）
+K×（C221-C219）2+L×（C222a-C219）2
+M×〔（C221-C219）（C222a-C219）〕
+N×ABS〔（C221-C219）（C222a-C219）〕 （8A）
同时，与被称重物的重量相对应的重量敏感电容器219的电容值经过对载荷位置的修正后是：
CC＝C219+dc （9）
或对非线性补偿后为
CCX＝C219+dCX
对于一个具体的测力计来说，方程（7）、（7A）中的常数G-J或方程（8）、（8A）中的常数G-N可以在测力计设计和装配好后对各个测力计具体确定，并且最好用下面要说明的迭代方法求出，就象在上述方程（4）和（5）中确定常数E1至E8一样。
图21和22根据本发明说明了图2中的数字测力计30在微处理机60控制下修正重量数据从而对载荷偏移效应进行补偿的工作过程。图2中的微处理机60可以在标定模式或应用模式情况下与主微机32进行通讯。其中，作为在标定模式下的操作，包括把有关的载荷偏移补偿算法常数输入数字测力计。下面将应用前述的方程（3）至（5）在常数E5、E6和E8等于零的情况下作为图8所示测力计的校正算法，以此为例说明应用模式。首先应该注意，在方程（3）至（5）和其它前已介绍的载荷偏移修正算法中的变量可以概括如下：
WGT是图2中没经过修正的测力指示器14的重量读数;
POS1是第一个位置传感元件例如图2中位置传感元件16的载荷位置读数;
POS2是第二个位置传感元件例如图2中位置传感元件17的载荷位置读数;
WGTC是经过图2中微处理机60载荷位置修正后的重量读数;以及
WGTct是经过载荷位置和线性修正后的重量读数。
方程（3）至（5）可以用在E5、E6和E8等于零条件下的这些一般化的项表示如下：
WGTC＝WGT+POS1（E1+E3×WGT）
+POS2（E2+E4×WGT） （10）
L＝1+E7×WGTC（11）
WGTCL＝L×WGTC（12）
在图21和22的流程图中要用到方程（10）至（12）。
现在参考图21和22，在框350“开始”步骤后，系统在框352为初始化步骤，即，使其所有部分复位到它们的初始状态。然后在框354通过名为ADCONV的子程序依次读出图2中位置传感元件16、17和测力指示器14的输出并进行A/D转换。在框355，把经过A/D转换的重量和位置读数送入适当的寄存器。最后在框357用名为ADJFIN的子程序对WGT进行载荷位置和线性修正以求得WGTCL，在图22和下面的说明中将对这个子程序作介绍。
在框375，检测用于载荷偏移修正子程序ADJFIN中的常数的有效性，这一子程序储存在随机存取存储器62中（图2）。如果确定这些常数是无效的，程序将通过点377进入框379，把表示“不可能”的数值装入WGTCL寄存器以标志数据无效。然后程序通过点381返回框383，这时数字测力计的数据通过名为XDATA的子程序而传送入主微机32（图2），接着程序通过入口点385在框354返回到主循环。
现在再回到框375，在此，如果载荷偏移算法中常数被确定是有效的，则程序继续，进入框390，在那里执行一个检查，以确定在框354获得并在后面要进行修正的重量读数是否在A/D转换器50（图2）的规定范围中。如果确定该重量数据有效，程序将如前所述经过点381进入框383。如果在框390中确定重量数据无效，程序将进入框392，把表示“不可能”的数值（与在框379中表示“不可能”的数值不同）装入WGTCL寄存器，以标志数据无效，然后程序如上所述进入框383。
用上述方程（10）至（12）对重量读数进行载荷位置和线性修正的过程表示在图22中。为了便于计算，方程（10）可以分解成如下几项：
项1＝POS1（E1+E3×WGT）
项2＝POS2（E2+E4×WGT）
WGTC＝WGT+项1+项2
现在参考图22，在点390进入载荷偏移补偿子程序ADJFIN。在框391检查主机是否是一个标定系统，如果是，就不进行偏移补偿并且在返回主循环前在框392停留一段时间，这段时间等于进行偏移补偿计算和实际补偿的时间。如果在框391确定主机是一个应用系统，程序在点393继续进行偏移补偿过程。
在框395从随机存取存储器62读出偏移（和线性）补偿常数，然后在框396检查这些数据以保证它们在装入后没有发生变化。如果认为任何常数都无效，程序将返回主循环。如果所有的常数是有效的，偏移补偿算法中的项1将在框398计算和储存，而项2在框399计算和储存，并在框400计算与储存经过位置修正的重量WGTC，在框401中计算和储存线性修正因子L。最后在框405计算等于WGTC和L乘积的、经过载荷位置和线性修正后的重量WGTCL，然后程序返回主循环。
如上所述，在方程（10）至（12）中的常数E1至E4和E7（如果需要，还有E5、E6和E8）是根据每个具体测力计60预先确定与储存用来进行载荷位置和线性补偿的。图23表示的测力计托盘和图24A至24C的流程图说明了确定常数E1至E4和E7的过程。
现在参考图23，其中承受载荷托盘415由图8中的双梁测力计平衡支架115支撑。应用作为图2所示系统一部分的测力计115和托盘415，把已知重物放在托盘415中的不同位置，由此得到一系列用以计算常数E1至E4和E7的所需数据。在托盘415同一位置处的不同J值（如J＝1，6）表示在这个位置处的不同重量的重物，把已知重物放在托盘415上的各个重量-位置J处，并从各个重量和位置得到WGT、POS1和POS2的读数数值。具体地，例如将重量等于秤的容量一半的已知重物放在托盘中心位置1，并得到相应的读数。同样的重物沿纵向产生位移，即先后移动到位置2和位置3时也同样可以得到相应的读数。然后同一重物再沿横向产生位移即先后移动到位置4和位置5时也可同样在各个位置得到相应的读数。再把一个已知重量等于秤的总容量的重物依次放在盘上各个相同位置（J＝6至10）也会得到与这些位置相应的WGT、POS1和POS2数值。
上面这样得到的数据按前述方程（10）和（12）的形式可以列成10个方程（J＝1至10），方程1至5是用等于秤容量一半的重物得到的，而方程6至10是用重量等于秤的总容量的重物得到的，这些重物是被放在托盘上各个相同的位置。其中方程1和6要利用二个不同的重物放在托盘415中心处得到的读数，类似地，方程2和7、方程3和8要分别利用在同样二个沿纵向位移的重量位置处得到的读数，而方程4、9和方程5、10则分别用在同样二个沿横向位移的重量位置处得到的读数。因此从按这样获得的10个方程，可以确定常数E1至E4和E7。在各个方程中，常数E1和E3会影响反映纵向位置变化的读数POS1，而常数E2和E4会影响反映横向位置变化的读数POS2。
现在参考图24和25的流程图。在框430，开始分别在图23中标识的10个位置得到上述的表示重量和位置信息的读数。如果需要的话，在框431中对这些数据进行规一化，即用在框430中得到的各个读数减去相应的无载荷读数。
然后在框434中计算常数E1的初始值，即等于图23中在纵向位置2和3处的重量读数差与在位置2和3处的纵向位置传感元件读数差之比。框436计算常数E2的初值，即等于在横向位置4和5处的重量读数差与同样在这些位置的横向位置传感元件读数差之比。然后程序进入框438，按子程序WCAL用方程（10）和（12）及E1、E2的初值对图23中托盘415上各个重量一位置J计算WGTC（J）和WGTCL（J）。
在框440至445中，程序进行迭代循环，在这里的例子中重复迭代次数是50次。在每次迭代计算中先调整常数E1，然后调用子程序WCAL求新的WGTC（J）和WGTCL（J）值，再调整常数E2与调用子程序WCAL，直到整个过程重复50次。进入迭代循环前，在框439中先对重复迭代次数N确定初始值。在框440每次迭代计算时，是通过对初值或上一次计算所得的值与该值的某一分数值代数相加来调整常数E1的，所加的这一分数值，等于由最近一次执行子程序WCAL从方程（2）和（3）解得的修正后重量（WGTC（2）和WGTC（3））的差与在同一次执行子程序WCAL时用于方程（2）和（3）的重量读数（WGT（2）和WGT（3））之比。然后在框441再调用子程序WCAL并利用最近一次求得的E1N值。在框442，也是在每次重复计算时通过对初值或前一次计算值加上该值的某一分数值来调整常数E2，这一分数值等于在框441从方程4和5得到的修正后重量值的差与在框441方程4和5中所用的重量读数的差之比。然后在框443使用最近一次求得的E2N值并再调用子程序WCAL。
经框445确定50次迭代已经完成后，程序进入框450和451，在这里用前述各相应框中的方程分别计算E3和E4的初值。在框455至465，程序进行另一个与前面在框440至445中类似的迭代循环，但涉及的常数是E3、E4和E1、E2。当在框452对重复迭代次数N确定初始值后，在框455、456、457和459用与上述相同的方法调整常数E1、E2和调用子程序WCAL。在框460对常数E3进行调整，即对初值或上一次计算值加上其值的某一分数值，这个分数值等于从方程7和8得到的、修正后重量值的差与在框459子程序WCAL中用于方程7和8的重量读数之比。同时，每次在框460的计算之后，就在框461执行子程序WCAL，然后在框462中调整常数E4，即也是对其初值或上一次计算值加上该值的某一分数值，这一分数值等于在框461从方程9和10解得修正后的重量的差与在方程9和10中应用的重量读数的差之比。然后在框463又执行子程序WCAL。如果50次迭代尚未完成，程序将返回到框455以开始下一次迭代，直到由框465确定50次迭代已全部完成。
在框470至493中程序将进行另一个迭代循环，在此循环中要对现在已经求得的常数E1至E4根据不同的重量数据进行调整，这些数据包括在方程中和重量-位置1至5所用的等于秤容量一半的重量，和在方程中及在重量-位置6至10所用的等于秤总容量的重量。在程序进行到这一步以前，已经计算了常数E1和E2，并只用秤的半容量重量数据对其进行了调整，同时也计算出常数E3和E4并只用秤的总容量重量对其进行了调整。
在框466对重复迭代次数N确定初始值后，再在框470对最近一次求得的常数E1的值进行调整，其方法与前述方法相同，并应用半容量重量或“低重量”信息，具体地说，即用于重量-位置及方程2、3中的读数和计算。然后在框471，应用总容量重量或“高重量”信息，具体地说，即用于方程及重量-位置7、8的读数和计算对最近一次求得的E1值（在框455求得）进行调整。然后在框472对从框470得到的“低重量”E1和从框471得到的“高重量”E1求加权平均值。因为在求低重量和高重量信息时分别用的是半容量和总容量重量，所以在求加权平均计算中用的“低重量”E1是“高重量”E1的计算重量的2倍。然后在框473中又执行子程序WCAL并应用在框472中得到的加权平均的E1值来求WGTC（J）和WGTCL（J）。
在框475至478采用在框470至473求常数E1时执行的那些步骤来求常数E2。在框475，是用低重量信息计算E2而在框476中是用高重量信息计算E2，然后在框477中用与上述求常数E1相同的方法对“低重量”和“高重量”E2求加权平均值。在框478中应用E1和E2的加权平均值执行子程序WCAL求WGTC（J）和WGTCL（J）。
在框480至483重复上述在框470至479计算常数E1和E2采用的步骤计算E3，然后在框483中应用常数E1、E2和E3的加权平均值并又执行子程序WCAL。
在框486至489，按上述求加权平均的E1、E2和E3相同的步骤求常数E4。在框488，对从框486求得的“低重量”E4值和从框487求得的“高重量”E4值求E4的加权平均值。然后在框489应用E1至E4的加权平均值再执行子程序WCAL。
在框491中第一次求常数E7，所用的是在框489从方程1和6解得的、经过修正的重量值WGTc。在这些方程中应用图23中从重量-位置1和6得到的数据，也即重量分别等于半容量和总容量而位于中心载荷位置时的数据。在计算E7时，已求得的WGTC（1）的值必须加倍，因为与它有关的重量只是与WGTC（6）有关的重量的一半。在框492，应用在框491求得的E7并执行子程序WCAL。
就象在框494和495所表明的，从框470至框495的整个循环要重复进行50次。这对于得到精确的常数E1至E4和E7是足够的。在框497，把这些常数送入图2中的测力计微处理机60并与载荷偏移和线性修正算法一起在称重装置工作时用于载荷位移和线性修正。
如前所述，有时采用上述方程（10）至（12）的完整形式也许更符合需要，这时常数E5、E6和E8不等于零而必须求出，在这种情况下，需要从放在图23托盘415中不同位置的重物得到另外的读数数据。可以把重物放在位置1，6和位置2，7的中间及位置1，6和位置3，8的中间得到另外的沿纵向位移的数据，而把重物放在位置1，6和位置4，9中间及放在位置1，6和位置5，10中间可以得到另外的沿横向位移的数据。在图24A至24C的程序中，可以在图24B中框465之后输入常数E5和E6的初值，以后的计算步骤与上面的说明类似，用与计算E1至E4相同的方法来求另外的常数E5和E6。常数E8的初值计算可以在图24C中框492后，紧接着又一次执行子程序WCAL之后进行。
类似于图21、22和23至24C中说明的程序基本上可以对于任何类型的测力计平衡支架和传感元件（包括前已说明和图12至20所示的带有电容传感元件的测力计）分别进行载荷偏移修正和线性修正以及修正算法中所用常数的计算。
勘误表