电子测量单元的供电装置和配备有该装置的电子测量设备

摘要

本发明涉及一种小型便携式家用设备中的测量物理量(例如重量)的电子测量设备，该设备包括：至少一个光伏发电机(6)，电子测量单元(4)，以及至少一个与电子测量单元(4)连接的测量传感器(3)，其特征在于，该设备包括电子测量单元(4)的供电装置(10)，该供电装置包括：输入端(11)，其用于与光伏发电机(6)连接；供电输出端(12)，其用于与电子测量单元(4)连接；以及至少一个双极蓄电器(13)，其位于输入端(11)和供电输出端(12)之间，该装置的特征在于，该装置在蓄电器(13)和供电输出端(12)之间包括受控开关(15)，受控开关(15)由控制单元(14)控制，控制单元(14)适合于：将蓄电器(13)的端子电压的第一图像与蓄电器(13)的端子电压的第二图像进行比较，第二图像相对于第一图像延迟；以及当第二图像的值大于或等于第一图像的值时，控制开关(15)的闭合。

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定物理量的值的电子测量装置的技术领域，更具 体地涉及至少由太阳能电池部分地供电的电子测量装置的领域。在优选 但非排他性的应用中，本发明涉及家用的测量装置，例如电子温度计或 者在厨房中使用的家用秤或者是体重秤。

背景技术

在家用秤领域中，如申请WO2008/009794所述，电子称重装置通常 包括用于收纳待称重负载的托盘和用于放置在支撑物上的底座，该支撑 物例如在体重计的情况下是地面或者对于厨用秤是桌面或柜面。电子称 重装置还包括至少一个且通常在三个和四个之间的重量传感器，该重量 传感器插设在托盘和底座之间并与电子测量单元电连接，该电子测量单 元适合于根据由传感器提供的信息确定施加在托盘上的负载的质量或重 量的值。电子测量单元包括显示器，该显示器允许测量装置的使用者读 取测量值。电子测量单元的供电由通称为电池组的一个或多个电化学蓄 电器确保。

不过，使用这种电池组或电化学蓄电器提出了环境问题，对此，考 虑到它们的组成部分的污染特性，有必要根据一系列具体规定对它们进 行再循环。因此，为了摆脱电化学电池，已提出了借助通称为太阳能电 池的光伏发电机来给电子测量装置供电。然而，这种光伏发电机对照明 条件和发光变化非常敏感，使得其并不总是能够在为使电子测量装置能 实现可靠测量所需要的持续时间期间发出足够的瞬时电流。

因此，显然需要一种能够保证为实现可靠测量所需要的电能的质和 量的供电装置。

发明内容

为了达到该目的，本发明涉及一种特别是小型便携式家用设备领域 中的电子测量单元的供电装置。该供电装置包括：

输入端，其用于与光伏发电机连接；

供电输出端，其用于与电子测量单元连接；以及

至少一个双极电能蓄电器，其位于输入端和输出端之间。

根据本发明，该供电装置在蓄电器和供电输出端之间还包括受控开 关，该受控开关由控制单元控制，该控制单元适合于：

将蓄电器的端子电压的第一图像与蓄电器的端子电压的第二图像进 行比较，第二图像相对于第一图像延迟；以及

当第二图像的值大于或等于第一图像的值时，控制开关的闭合。

因此，本发明允许只有当蓄电器的端子电压已达到一个值时才触发 供电，该值保证由蓄电器存储的能量足以实现可靠测量，或者还保证光 伏发电机处于稳定的工作阶段中。

根据本发明，蓄电器可以是任何合适种类的蓄电器。在一个优选但 非严格必需的实施方式中，蓄电器是电容型，例如由一个或多个电容器 构成，并适合于存储足够能量来确保电子测量装置的供电持续时间约一 分钟或数分钟。因此，本发明允许摆脱大容量电池的使用，而这些大容 量电池应进行再充电或更换，这无论怎样都提出了在使用寿命结束时再 循环的问题。

根据本发明的一个特征，受控开关适合于当其在闲置时和/或当输入 端或蓄电器端子的电压是零或小于预定阈值时断开。因此，当蓄电器为 空或者照明条件不允许光伏发电机提供足够能量用于稳定测量时，开关 自动断开，这允许蓄电器重新充电直到其蓄积了为了稳定测量所需要的 能量。

根据本发明的另一特征，控制单元通过输入端和/或蓄电器来供电， 使得根据本发明的供电装置和与其连接的光伏发电机形成一个完全独立 的整体。

根据本发明，供电装置的控制单元可以以任何合适方式实现。根据 本发明的一个实施方式，控制单元包括：

具有两个输入端和一个输出端的比较器，比较器的输出端与受控开 关连接；

第一分压单元，其与蓄电器的端子和比较器的第一输入端连接；以 及

第二分压单元，其与延迟单元相连并与蓄电器的端子和比较器的第 二输入端连接。

这种实施方式允许获得一种简单且能量消耗少的控制单元。

还可以通过在比较器的上游加入控制晶体管来减少起动系统的消 耗。

根据该实施方式的一个变型例，第二分压单元具有小于所述第一分 压单元的分压系数的分压系数。分压系数之间的该关系允许保证比较器 的输入端电压之间的差足以确保比较器的状态变化。第二分压单元的分 压系数可以例如等于第一分压单元的分压系数的20％～30％，以便设计 具有精度5％的标准电阻的分压器，同时保证系统的工作。

为了保证输出端可使用的供电质量，根据本发明的一个特征，供电 装置在受控开关和供电输出端之间包括用于电压和/或电流的调节器。

本发明还涉及一种特别是小型便携式家用设备领域中的测量物理量 的电子测量设备。该电子测量设备包括：至少一个光伏发电机，电子测 量单元，以及至少一个与电子测量单元连接的测量传感器。电子测量设 备的特征在于，该设备包括根据本发明的供电装置，供电装置的输入端 与发电机连接，并且供电输出端与电子测量单元连接。

根据本发明的特征，供电装置包括至少一个对输入端和/或蓄电器端 子可使用的电压进行监控的输出端。该监控输出端可以与电子测量单元 连接，该电子测量单元适合于在受监控电压小于预定阈值的情况下发出 视觉和/或声音信号。该信号可以向测量设备的使用者通知工作即将停止。 电子测量单元可以适合于改变工作模式，甚至在受监控电压小于一个或 多个预定阈值的情况下停止工作。

根据本发明，每个测量传感器可以是随待测物理量而变化的任何合 适种类的传感器。

根据依照本发明的测量设备的一个实施方式，每个测量传感器是带 有电阻换能器(transducteur résistif)的传感器，并且电子测量单元适合 于根据通过电阻换能器对已知容量的电容器进行充电或放电的时间来确 定每个传感器的每个电阻换能器的电阻变化，并适合于根据所确定的电 阻变化确定所测物理量的值。在例如测量重量或质量的情况下，使用带 有电阻换能器的传感器与带有电容换能器的传感器的使用相比，允许降 低电子称重设备的制造成本。另外，通过待测量的电阻换能器确定已知 容量的电容器的充电时间来测量电阻的做法与通过使用惠斯登电桥和传 统的模数转换技术实现的测量相比，允许大体减少为了实现可靠测量所 需要的能量，后者测量要求工作和测量的电流都比由放电时间测量系统 要求的电流大得多(系数50～100)。

应该注意的是，带有电阻换能器的传感器不限定于重量测量，而还 可以在可能的尺寸重新确定后用于测量温度、压力或力矩。

根据使用电阻传感器的实施方式的一个变型例，电子测量设备适合 于实现至少一次称重。电子测量设备包括：

至少一个测量托盘；

至少一个底座；以及

至少三个带有电阻变形计的重量测量传感器，该传感器插设在测量 托盘和底座之间并且配备有使变形计与电子测量单元电连接的装置，电 子测量单元适合于根据所确定的电阻值来确定施加给托盘的负载的值。

根据本发明的一个特征，该电子测量设备，即电子称重设备包括测 量托盘和至少三个底座，该至少三个底座各自形成脚，每个底座与重量 测量传感器相连。

根据本发明的另一个特征，测量托盘包括至少一个透明窗，在该透 明窗之下设有光伏发电机。

根据本发明的又一个特征，测量托盘使用玻璃制成。使用这种测量 托盘允许同时获得托盘的良好刚性和美观性。

根据本发明的另一个特征，电子测量设备可以是最大称重是5kg的 厨用秤，或者是最大称重是160kg的体重秤，或者还可以对人体温度进 行测量的测量设备，例如温度计，该温度计可以是耳形温度计 (thermomètre auriculaire)。

当然，可以使本发明的不同实施特征、实施方式和实施变型例通过 在它们彼此兼容或非排他性的情况下的各种组合彼此相关联。

附图说明

另外，从以下参照附图进行的说明可以了解本发明的各种其它特征， 这些附图示出根据本发明的供电装置和使用该供电装置的电子测量设备 的非限定性的实施方式。

图1是根据本发明的形成体重秤的电子测量设备的示意性立体图。

图2是由图1所示的电子测量设备使用的电子装置的示意图。

图3示出根据本发明的供电装置的实施方式的电路图。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的电子测量设备更具体地用于称重。当然， 这只是一种可能的应用，对本发明不作限定。这种电子测量或称重设备 包括至少一个测量托盘1和至少一个底座2。根据所示例子，电子称重设 备包括一个玻璃制的托盘1和四个底座或脚2，该四个底座或脚2各自与 托盘一起限定壳体，在该壳体内部设置有测量传感器3。这些测量传感器 3各自插设在托盘和相应的底座之间。电子测量设备包括电子测量单元4， 该电子测量单元4固定在托盘之下并通过电缆5与传感器3连接。

在该情况下，每个力传感器3由例如在申请WO2008/009794中所述 的带有电阻变形计(jauge extensométrique résistive)的重量传感器形成， 这样无需在此对其作更详尽的描述。

然而，根据本发明的电子测量设备与申请WO2008/009794中所述的 电子测量设备的不同在于，测量托盘1的负载确定不是通过测量惠斯登 半桥的电阻变化来进行，而是通过直接测量每个传感器3的每个变形计 的电阻来进行。因此，电子测量单元4适合于根据通过所述变形计对已 知容量的电容器进行充电或放电的时间，按照一种测量方法，即由专利 EP1251357和US6690183所述的TDC测量方法，确定每个传感器3的每 个电阻变形计的电阻。

使用这种TDC测量模式具有的优点是，允许以少的能量消耗实现可 靠的测量，这使该测量模式特别适合于通过天然或人工光能的供电。因 此，电子测量设备包括光伏发电机6，该光伏发电机6在该情况下由两个 单元7形成，该两个单元7设置在由电子测量单元4控制的显示器8的 两侧。

如图2所示，光伏发电机6与供电装置10连接，该供电装置10在 可能的情况下，提供电子测量单元4的工作所需要的电能。

因此，供电装置10一方面包括用于与光伏发电机6连接的输入端11， 另一方面包括用于与电子测量单元4连接的供电输出端12。根据所示例 子，供电装置10包括直接与输入端11连接并因此与光伏发电机6连接 的至少一个双极电能蓄电器13。该供电装置还包括控制单元14，该控制 单元14控制位于蓄电器13和输出端12之间的受控开关15。

控制单元14适合于：

将蓄电器的端子电压的第一图像与蓄电器的端子电压的第二图像进 行比较，第二图像相对于第一图像延迟；以及

当第二图像的值大于或等于第一图像的值时，控制开关15的闭合。

这允许在工作时消耗尽可能少的能量，即光伏发电机可提供的能量 的一部分。

供电装置10可以通过使用允许确保上述功能的任何电子构件以任何 合适方式实现。

图3示出该装置的一个可能的实施方式，根据该实施方式，蓄电器 13包括至少一个容量大于100μF的电容器，根据所示例子，蓄电器13 包括一个容量为数百微法拉μF的电容器C1。根据所示例子，蓄电器13 还包括与电容器C1并联连接的二极管D。当然，蓄电器13可以包括多 个并联连接的电容器(优选但非排他地)。

根据图3的例子，控制单元14包括与蓄电器13并联连接的第一分 压单元(cellule diviseuse)20。该分压单元包括两个串联连接的电阻R1 和R2，它们的中点21与比较器22的反相输入端(-)连接。比较器22 可以是耗电少，没有内部参考(réfféence)。因此，在反相输入端(-) 处的电压U_-(t)与蓄电器13的输出端的电压Ue(t)成正比。

U_-(t)＝aUe(t)

电阻R1和R2具有例如约十几兆或几十兆欧姆的值。

控制单元14包括与蓄电器13并联连接并因此与第一分压单元并联 连接的第二分压单元23。该第二分压单元23包括两个串联连接的电阻 R3和R4，它们的中点24与比较器22的非反相输入端(+)连接。而且， 第二分压单元与延迟单元25连接，根据所示例子，该延迟单元25包括 与电阻R3并联连接的电容器C2。因此，在非反相输入端(+)处的电 压U₊(t)与蓄电器13的输出端的电压Ue(t)成正比，约有由延迟单元25引 起的时间差T。

U₊(t)＝bUe(t-T)

电阻R3和R4具有与电阻R1和R2相同数量级的值。电容器C2具 有例如一百或数百倍小的值，例如具有约几个微法拉的值。

比较器22的输出端还与受控开关15连接。

这样构成的供电装置按以下方式工作。

当光伏发电机根本没有被照射(éclairé)时，受控开关15断开。

当光伏发电机被照射时，该光伏发电机在其端子处产生给蓄电器13 充电的电流。当蓄电器的端子电压Ue小于由蓄电器13供电的比较器22 的工作阈值时，比较器22处于闲置状态，并且受控开关15处于断开状 态。当电压Ue在电容器C1充电之后超过比较器22的工作阈值时，比较 器22开始将电压U_-(t)和U₊(t)进行比较。当比较器C2充电不够时，电压 U₊(t)比电压U_-(t)小的多，然后，这些电压证实以下关系：

U_-(t)＝aUe(t)以及U₊(t)＝bUe(t-T)

其中，a是第一单元20的分压系数，b是第二单元23的分压系数， T是由延迟单元25引起的延迟。

当U₊(t)大于或等于U_-(t)时，比较器22触发并控制开关15的闭合。

电阻R1至R4的值和电容器C2的值被选择用于使该触发从以下时 刻起介入，即，蓄电器13的充电足够用于以独立方式而没有由光伏发电 机6供电来确保在足以保证使用舒适性的持续时间(例如约一分钟或数 分钟)期间测量单元的工作。电阻的值可以例如被选择用于使R1＝R3而 R2＝3(R4)/2。

为了保证良好的供电质量，供电装置10可以在开关15的下游包括 电压和/或电流调节器30。

使用这种供电装置允许以简单方式向电子测量单元可靠供电，电子 测量单元则能够执行确定施加给测量托盘1的负载的功能。

为了确保使用者的舒适性并且尤其为了在蓄电器13处可使用的能量 下降到低于临界阈值的情况下告知使用者，供电装置10可以包括对电压 Ue进行监控的输出端31。该监控输出端31与电子测量单元4连接，该 电子测量单元4适合于在电压Ue下降到低于预定阈值的情况下向装置的 使用者发出信号，该预定阈值对应于在蓄电器13处可使用的能量非常小， 以便保持测量装置的可靠工作。

根据本发明，供电装置和测量单元可以以一个集成电路的形式或者 以彼此相连的分立构件的形式或者还可以以集成电路和分立构件的组合 的形式来实现。

当然，可以对根据本发明的测量设备和供电装置在所附权利要求的 范围内进行各种变更。