一种在具有换能器的计量装置(1)中的热漂移补偿方法，该补偿方法包括步骤：在校准操作过程中，基于计量装置(1)的温度(T)的变化来确定和存储热补偿系数(K)的值；在计量操作过程中，检测计量装置(1)的当前读数(X)；在计量操作过程中，检测计量装置(1)的当前温度(T)；在计量操作过程中，根据计量装置(1)的当前温度(T)和计量装置(1)的当前读数(X)，通过先前在校准操作过程中确定和存储的热补偿系数(K)的值来确定热补偿系数(K)的当前值；以及在计量操作过程中，通过热补偿系数(K)的当前值来校正计量装置(1)的当前读数(X)。
1.一种用于对计量装置（1）进行热补偿的方法，该方法包括以下步骤：在校准操作过程中，基于所述计量装置（1）的温度（T）的变化来确定和存储热补偿系数（K）的值；
在计量操作过程中，检测所述计量装置（1）的当前读数（X）；
在所述计量操作过程中，检测所述计量装置（1）的当前温度（T）；
在所述计量操作过程中，通过先前在所述校准操作过程中确定和存储的所述热补偿系数（K）的值来确定所述热补偿系数（K）的当前值；以及在所述计量操作过程中，通过所述热补偿系数（K）的当前值来校正所述计量装置（1）的当前读数（X）；
所述补偿方法的特征在于，该补偿方法还包括以下步骤：
在所述计量操作过程中，根据所述计量装置（1）的当前温度（T）和根据所述计量装置（1）的当前读数（X）来确定所述热补偿系数（K）的当前值。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在所述校准操作过程中，生成所述热补偿系数（K）的值的表格（9），该表格（9）包括多个三元值，每一该三元值提供在所述计量装置（1）的温度（T）的预定值和在所述计量装置（1）的读数（X）的预定值处的所述热补偿系数（K）的值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述在所述校准操作过程中生成所述热补偿系数（K）的值的表格（9）的步骤还包括以下步骤：使所述计量装置（1）的温度受控变化；
当所述计量装置（1）被安排在预定校准位置时，检测在预定温度（T）处所述计量装置（1）的读数（X）相对于在参考温度（Tref）处所述计量装置（1）的读数（X）的变化；以及采用每个所检测的所述计量装置（1）的读数（X）的变化，以获得与所述计量装置（1）的相应读数（X）和所述计量装置（1）的相应温度（T）相关联的所述热补偿系数（K）的值。
4.根据权利要求3所述的补偿方法，该方法还包括以下步骤：
基于在所述参考温度（Tref）处的所述计量装置（1）的读数（X）来限定所述计量装置（1）的预定校准位置。
5.根据权利要求2所述的方法，该方法还包括以下步骤：
将所述热补偿系数（K）的值的表格（9）存储在所述计量装置（1）的数字存储器（7）中。
6.根据权利要求5所述的方法，该方法还包括以下步骤：
将所述数字存储器（7）安排在所述计量装置（1）的电连接器（5）内，所述数字存储器（7）包括所述热补偿系数（K）的值的表格（9）。
7.根据权利要求2-6中任一项权利要求所述的方法，该方法还包括以下步骤：在所述计量操作过程中，当所述计量装置（1）的当前温度（T）包括在所述表格（9）中的两个相邻值之间，和/或所述计量装置（1）的当前读数（X）包括在所述表格（9）中的两个相邻值之间时，执行数学内插运算，以用于计算所述热补偿系数（K）的当前值。
8.根据权利要求2-6中任一项权利要求所述的方法，其中所述在校准操作过程中生成所述热补偿系数（K）的值的表格（9）的步骤还包括以下步骤：限定至少两个预定校准位置；
在每个预定校准位置处放置并锁定所述计量装置（1）；
逐步改变所述计量装置（1）的温度（T），从而使得所述计量装置（1）的当前温度（T）在稳定状态下达到所有预设值；以及当所述计量装置（1）的温度（T）处于稳定状态时，确定所述计量装置（1）的当前温度（T）的值、所述计量装置（1）的当前读数（X）的值、和所述热补偿系数（K）的值，从而生成相应的三元值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述在校准操作过程中生成所述热补偿系数（K）的值的表格（9）的步骤还包括以下步骤：一旦所述计量装置（1）已被安排在所述预定校准位置中的一个校准位置处，使所述计量装置（1）经历热沉降周期，在所述热沉降周期中，所述位置传感器（1）的温度（T）在预设最小值与预设最大值之间变化。
10.根据权利要求8所述的方法，在包括换能器的所述计量装置（1）中，其中所述在校准操作过程中确定所述计量装置（1）的当前温度（T）的值的步骤还包括以下步骤：确定所述计量装置（1）的所述换能器的电路（4）的当前电阻；以及根据所述计量装置（1）的所述换能器的所述电路（4）的当前电阻来确定所述计量装置（1）的当前温度（T）的值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述在计量操作过程中检测所述计量装置（1）的当前温度（T）的步骤还包括以下步骤：确定所述计量装置（1）的所述换能器的所述电路（4）的当前电阻；以及根据所述计量装置（1）的所述换能器的所述电路（4）的当前电阻来确定所述计量装置（1）的当前温度（T）。
具有固定部分（2）、活动元件（3）和换能器的计量装置（1），所述换能器适于根据所述活动元件（3）的位置来提供电信号；
计量单元（6），该计量单元（6）用于在计量操作过程中检测所述计量装置（1）的当前读数（X）和所述计量装置（1）的当前温度（T），用于在所述计量操作过程中通过利用先前在校准操作过程中确定和存储的热补偿系数（K）的值来确定热补偿系数（K）的当前值，和用于在所述计量操作过程中通过所述热补偿系数（K）的当前值来校正所述计量装置（1）的当前读数（X）；
所述计量站的特征在于，所述计量单元（6）在所述计量操作过程中根据所述计量装置（1）的当前温度（T）和根据所述计量装置（1）的当前读数（X）来确定所述热补偿系数（K）的当前值。
13.根据权利要求12所述的计量站，该计量站还包括数字存储器（7），该数字存储器（7）存储所述热补偿系数（K）的值的表格（9），该表格（9）包括多个三元值，每一该三元值提供在所述计量装置（1）的温度（T）的预定值和在所述计量装置（1）的读数（X）的预定值处的所述热补偿系数（K）的值。
14.根据权利要求13所述的计量站，其中所述数字存储器（7）被安排在所述计量装置（1）的电连接器（5）中。
15.根据权利要求12、13或14所述的计量站，其中所述计量单元（6）在所述计量操作过程中根据所述计量装置（1）的换能器电路（4）的当前电阻来确定所述计量装置（1）的当前温度（T）。
16.根据权利要求12-14中任一项权利要求所述的计量站，其中所述计量装置（1）的活动元件是相对于所述固定部分（2）轴向活动的滑动件。
用于对计量装置进行热补偿的方法和被热补偿的计量站
技术领域
[0001] 本发明涉及用于对计量装置进行热补偿的方法，以及涉及被热补偿的计量站。
背景技术
[0002] 由于温度变化引起所谓的热漂移，该热漂移由位置传感器的金属组件部分的不可避免的热变形和由位置传感器的电路电阻的不可避免的变化引起，所以除了其他方面，环境温度会影响由诸如位置传感器的计量装置提供的信息。为了试图提供不太受温度变化影响的传感器，可以用具有有限热变形和有限电阻变化的金属来实施位置传感器。然而，不能获得完全不受温度变化的影响的计量装置。
[0003] 在高精度计量装置和传感器中，已知执行根据环境温度对传感器提供的读数的补偿。例如，美国专利US5689447A1公开了一种计量头(gage head)或LVDT类型的位置传感器，即包括“LVDT”(线性可变差动变压器)感应换能器，其中，对传感器提供的读数进行了热补偿，该热补偿考虑了环境温度的影响。美国专利US6844720B1和US6931749B2公开了对LVDT类型的位置传感器的热补偿的进一步的示例。
[0004] 然而，用于确定热补偿系数的值的已知方法(例如和专利US5689447A1中所述的方法类型相同)包括了相当明显的估计，从而这些方法不能达到非常准确的补偿。所以，已知方法不能被应用到需要极高精度的计量应用中。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种用于对计量装置进行热补偿的方法和被热补偿的计量站，该方法和站不会表现出上述缺点，并且可以简单经济地被实施。
[0006] 根据本发明，提供了一种根据所附权利要求中主张的用于对计量装置进行热补偿的方法和被热补偿的计量站。
附图说明
[0007] 现在参考附图来描述本发明，所述附图以非限制的示例方式给出，其中：
[0008] 图1是被热补偿的位置传感器的校准站的简化前视图，其中为了简明的目的，一些部件被移除；
[0009] 图2是图1的校准站的简化侧视图，其中为了简明的目的，一些部件被移除；
[0010] 图3是示出了在确定热补偿系数的值的阶段期间被放置于图1的校准站中的位置传感器的温度时间变化的图表；以及
[0011] 图4是示出了热补偿系数采用的值的示例的三维视图。
具体实施方式
[0012] 在图1中，参考标记1总体上指示计量装置，例如包括LVDT(线性可变差动变压器)类型的线性换能器的位置传感器，比如和美国专利US6931749B1中所述的位置传感器类型相同。计量装置或位置传感器1包括固定部分2和活动元件，所述活动元件更具体地为带有触头并可以相对于固定部分活动的滑动件3。位置传感器1的换能器包括分别连接到固定部分2和连接到活动元件或滑动件3的绕组和活动铁心(其本身为已知的，从而没有在附图中示出)，并适于提供交流电信号，该交流电信号具有可变强度电压并取决于活动滑动件3的位置。位置传感器1的换能器的绕组是图1中以参考标记4来示意性表示的电路的一部分，其被供应交流电压，并具有取决于活动滑动件3的位置的可变感应系数。
[0013] 位置传感器1包括耦合电缆和电连接器5，所述电连接器5被用于在换能器和计量单元6之间形成电连接，所述计量单元6适于检测由位置传感器1的换能器提供的读数，从而确定位置传感器1的滑动件3的准确位置。计量装置或位置传感器1和相应的计量单元6整体形成计量站。
[0014] 电连接器5还包括数字存储器7，该数字存储器7可以由计量单元6读取。优选地，数字存储器7被永久固定到连接器5(也就是，前者以不可分离的方式集成在连接器5中)。电连接器5包括一对用于给位置传感器1提供交流馈电电压的馈电端子、一对提供具有可变强度电压并取决于活动滑动件3的位置的交流电信号的模拟端子、以及一对可以被用于读取数字存储器7的内容的数字端子。很明显，三对端子可以共享单个接地端，从而可以只有四种不同的端子。根据这里没有示出的不同实施方式，数字存储器7可以被永久连接到传感器1的外壳或其他部分，和/或该数字存储器7可以包括例如基于转发器技术的无线通信装置，以用于能够与计量单元6进行通信；在这个后面的实施方式中显然可以省略数字端子。
[0015] 计量单元6适于根据位置传感器1的当前温度T和位置传感器1的读数X(也就是，位置传感器1的滑动件3的位置)来确定热补偿系数K的值。为了执行对位置传感器1的滑动件3位置的正确读取，计量单元6检测位置传感器1的读数X，检测位置传感器1的当前温度T，确定热补偿系数K的当前值，并通过应用热补偿系数K的当前值来对位置传感器1的读数X进行补偿。很需要指出的是，热补偿系数K可以是相加型的，这意味着热补偿系数K可以被代数相加到位置传感器1的读数X上，或者热补偿系数K可以是相乘型的，这意味着位置传感器1的读数X可以与热补偿系数K相乘。
[0016] 根据优选实施方式，计量单元6根据位置传感器1的换能器电路4的当前电阻来检测位置传感器1的当前温度T。换句话说，计量单元6给位置传感器1的换能器电路4供应直流馈电电压，该直流馈电电压能够确定电路4的当前电阻值，并且不以任何方式影响根据活动滑动件3的位置具有可变强度电压的交流电信号。
[0017] 数字存储器7存储补偿系数K的表格9，该表格9包括多个三元值(triad of values)，每个三元值提供在位置传感器1的温度T的预定值处和在位置传感器1的读数X的预定值处的补偿系数K的值。根据可能的实施方式，补偿系数K的表格9包括二十个确定的三元值，每个三元值指示与位置传感器1的温度T的四个不同值(通常为10℃、20℃、30℃和40℃)中的一个值以及位置传感器1的读数X的五个不同值中的一个值相对应的补偿系数K值。位置传感器1的读数X的五个不同值对应于位置传感器1的两个端部位置、位置传感器1的中央位置、以及位置传感器1的两个中间位置，后者中的每个包括在位置传感器1的中央位置与位置传感器1的各个端部位置之间。
[0018] 当位置传感器1的当前温度T包括在表格9中的两个相邻值之间时，和/或位置传感器1的当前读数X包括在表格9的两个相邻值之间时，执行数学内插运算(例如，使用拉格朗日多项式)来计算相应的补偿系数K的值。
[0019] 在图4的图表中，表格9的三元值对应于表面S的点，使得能够识别出要被用于对在特定温度T处的位置传感器1的特定读数X进行热补偿的补偿系数K。
[0020] 可以为每个位置传感器1生成补偿系数K的表格9。这样，包括在表格9中的补偿系数K的值更加精确，因为这些值考虑了单个位置传感器1的所有特定特征，但不利方面是需要对每个位置传感器1进行校准操作。可替换地，可以为某系列位置传感器1生成补偿系数K的表格9。这样，不必对每个位置传感器1进行特定的校准操作，但包括在表格9中的补偿系数K的值显示了特定系列位置传感器1的平均值而不是每个位置传感器1的实际值。
[0021] 根据等价实施方式，数字存储器7不存储单独的补偿系数K的三元值的值，而是存储函数(例如，多项式函数)的参数值，该函数对补偿系数K的三元值进行内插。该函数适于根据位置传感器1的温度T的值和位置传感器1的读数X的值来提供补偿系数K的值。
[0022] 下面描述了用于生成补偿系数K的表格9的校准操作。
[0023] 为了生成补偿系数K的表格9，位置传感器1被置于校准站10中，该校准站10安装在空调室内，在空调室中可以非常准确地调节环境温度。校准站10包括C形锁定装置11，该C形锁定装置11包括上元件12和下元件14，位置传感器1的固定部分2通过螺丝钉13固定到所述上元件12，所述下元件14与位置传感器1的滑动件3相配合。具体地，下元件14包括被拧入螺纹通孔16的螺丝钉15并形成桥台(abutment)，位置传感器1的滑动件3的自由端靠着该桥台。通过将螺丝钉15拧入和拧出孔16，螺丝钉15的轴向位置会改变，从而传感器1的滑动件3和固定部分2之间的相对位置也会改变。
[0024] 应该注意，螺丝钉15能够将位置传感器1(也就是位置传感器1的滑动件3)锁定在所需的校准位置处。
[0025] 一旦位置传感器1被放置于校准站10中，就在每个预定校准位置处检测位置传感器1的读数X(该读数X会被插入补偿系数K的表格9的三元值中)。更具体地，位置传感器1(也就是，位置传感器1的滑动件3)被放置并锁定在每个预定校准位置处，该预定校准位置通过位置传感器1的读数X被识别。没有必要将位置传感器1准确放置和锁定在每个预定校准位置处(由于需要微米级精度，所以这将是非常难的操作)，但能够将位置传感器1放置和锁定在预定校准位置附近。为此，一旦已将位置传感器1放置和锁定在预定校准位置处，随后在已知和预定参考温度Tref处检测位置传感器1的相应读数X(如后面详细描述的)，以用于确定实际校准位置(该实际校准位置包括在预定校准位置附近，但其仅在非常偶然的情况下才与预定校准位置准确对应)。
[0026] 一旦位置传感器1(也就是位置传感器1的滑动件3)被放置和锁定在一个预定校准位置处，则首先检测在位置传感器1的温度Tref处位置传感器1的相应读数X；换句话说，位置传感器1的温度T(也就是安装有校准站10的空调室的内部温度)被调节从而等于参考温度Tref，如前面所述，以及当位置传感器1的当前温度T等于参考温度Tref并处于稳定状态时，在参考温度Tref处检测位置传感器1的读数X的值。随后，位置传感器1的温度T(意指安装有校准站10的空调室的内部温度)被逐步改变，从而使得位置传感器1的当前温度T在稳定状态下达到所有预设值(通常为10℃、20℃、30℃和40℃)。图3是示出了放置于校准站10中的位置传感器1的当前温度的逐步时间变化的示例的图表。优选地，位置传感器1的当前温度T的每个值被保持三个小时，以使得位置传感器1的所有组件可以被热沉降(settle down)。在位置传感器1的当前温度T的每个阶段，当位置传感器1的当前温度T处于稳定状态时，检测位置传感器1的读数X的值，并且通过将后者与参考温度Tref处的位置传感器1的读数X相比较，确定补偿系数K的值。这样，确定了温度T、位置传感器1的读数X和补偿系数K这三个值，以用于生成相应的三元值。更具体地，在位置传感器1的当前温度T阶段的最后(这意味着位置传感器1的所有组件的热沉降已发生的时候)确定三元值。根据本发明的优选实施方式，系数K是加法型的，其具有数学符号(这表示它可以是正值或负值)，并被计算为在当前温度处位置传感器1的读数X与在参考温度Tref处位置传感器1的读数X之间的差值。
[0027] 一旦位置传感器1的当前温度的逐步时间变化结束，则将位置传感器1(也就是，位置传感器1的滑动件3)放置于新的预定校准位置处(该新的预定校准位置被参考温度Tref处位置传感器1的新读数X检测)，直到所有的预定校准位置完成。
[0028] 根据图3的图表中所详细示出的优选实施方式，一旦位置传感器1(也就是，位置传感器1的滑动件3)已被放置于校准位置处，则位置传感器1经历热沉降周期，从而位置传感器1的温度T在预设最小值与预设最大值之间(意指10℃与40℃之间)变化。所述热沉降周期的目的是能够对位置传感器1所有组件的机械滞后进行沉降。而且，根据优选实施方式，根据位置传感器1的换能器电路4的当前电阻来检测位置传感器1的当前温度T。更具体地，给位置传感器1的换能器电路4提供连续馈电电压，该连续馈电电压能够确定电路4的组件的当前电阻。这不会以任何方式影响交流电信号，该交流电信号的强度电压可以根据活动滑动件4的位置改变。应该注意，在用于生成补偿系数K的表格9的校准操作和位置传感器1的实际工作期间，均根据位置传感器1的换能器电路4的当前电阻来检测位置传感器1的当前温度T。这样，通过使用同一方法和同一组件来检测位置传感器1的当前温度T，在补偿系数K的生成和补偿系数K的使用期间，以类似方式重复发生在位置传感器1的当前温度T的检测期间可能引入的系统错误，从而所述系统错误不影响适当的热补偿的进行。
[0029] 根据不同实施方式，位置传感器1的当前温度T可以通过温度传感器(例如电热调节器或热电偶)检测，所述温度传感器可以与电路4分离且独立于电路4，并且可以固定到位置传感器1的固定部分2上。
[0030] 在上述示例中，计量装置为具有轴向活动滑动件3所带有的触头且包括LVDT类型的感应线性换能器的位置传感器1。根据本发明可能的可替换实施方式，计量装置可以具有不同的机械特征和/或可以包括不同种类的感应线性换能器(例如“半桥”或HBT换能器)或非感应线性换能器。作为可能的机械替换方式，活动元件可以带有触头，以适于围绕相对于固定部分的支点枢轴旋转，基本上如上述专利US5689447中的计量头所示。
[0031] 上述补偿方法由于可以简单经济地被实施，所以提供了许多优点，最重要的是，能够获得非常精确的补偿，该补偿也可以应用于需要极高精度的计量应用中。
