浮力平衡式称量装置技术领域
本发明涉及一种称量装置，特别是一种适用于满足大质量或高精度要求的浮力平
衡式称量装置。也可用于大砝码的检定量传、大皮重小称量。
背景技术
传统的天平或传感器的称量精度是按照满量程的百分比标称的。由于受到天平横
梁和刀承承载力的限制，如公告号为CN201476851U的“天平”公开的结构，量程较小。有的电
子天平受传感器量程与灵敏度的限制，使得天平的精度受到量程的约束，尤其是因造价过
高，很难制造出大量程的天平。对于大砝码的检定量传、大皮重小称量等，往往不能满足大
量程或高精度的要求。已有的浮力天平结构是利用称量物体质量的不同，使浮体在浸入的
液体的体积不同达到平衡，浮体浮出液面高度的不同来标定出与称量物的质量关系，由于
升降高度的检测和液体表面张力等因素的影响，使得称量精度的提高受到限制。测量质量
大小不一的物体时，常常需要更换不同量程的称量器具，以保证各自的测量精度。
据相关专利报道，公号为85203494U的“浮力天平”，公开的核心技术是：利用液池
内圆柱形浮筒浮力平衡称重物。当称重物质量发生变化浮杆上下浮动的刻度指示称量值变
化，浮力和砝码有效地平衡了称重物质量总质量，通过浮筒的升降位移量测量质量的变化
量。但其是靠质量变化导致浮筒上下位移引起排液量变化达到平衡后的检测目的。其结构
局限了测量精度的提高，首先浮筒大的表面积和大的上下平面及液体粘度限制了浮筒上下
移动的灵敏度，且平衡时间长，液体表面张力的作用降低了称量的复现性，为保证称量物的
质心与浮力的中心横梁需加可调平衡配重。
类似专利还有公告号为CN201159663Y的“浮力秤”，它利用浮体受到称量物体的作
用在液面上下位移量，导致液面高度变化对应其所称质量。其结构是在浮体上铰接一刻度
杆，随着浮体液面上下。刻度杆转动到称量物重量与浮力平衡，刻度杆带动的刻度指针对应
刻度盘上的位置得出物体质量。这种结构的浮块浸入液面的界面变化较大，浮力在称量前
后是随被称量物体质量不同变化的，难以保证测量的精度。公布的浮力秤结构也是且有滑
块导向增加附加阻力，同样难以做到高精度。
发明内容
本发明目的是提供一种浮力平衡式称量装置，解决了传统天平或传感器量程小、
精度低或造价高等问题，其结构设计合理，以称量砝码结合量程小的传感器实现大质量的
称量，测量的量程大，造价低，精度高，适用范围广。
本发明所采用的以下技术方案是：该浮力平衡式称量装置包括固定在支撑座上的
储液箱，悬浮在储液箱内的带有导力杆的空心浮体，重物托盘及通过数据线与测量仪表连
接的称量传感器，其技术要点是：连接在所述导力杆顶部固定端板上的导力索通过导力支
撑架和吊杆与砝码托盘及重物托盘连接在一起，形成稳定的导力机构，将空心浮体产生的
浮力导到储液箱下方，放置被测物体的重物托盘利用连接钩环与砝码托盘挂接置于缓冲对
中机构的上方，缓冲对中机构固定在通过数据线与测量仪表连接的称量传感器上；当称量
砝码质量与重物托盘上放置的被测物体质量之和产生向下的重力小于空心浮体传递的浮
力时，砝码托盘浮起到上限位机构止，使重物托盘脱离称量传感器上的缓冲对中机构，反
之，砝码托盘或重物托盘落到下限位升降机构上止，缓慢下降下限位升降机构，使重物托盘
经缓冲对中机构加载到称量传感器上。
组装在储液箱内的带有导力杆的所述空心浮体为单体的或为多个单体相互连接
在一起的组合体。
所述储液箱底部与导力支撑架之间设置限制空心浮体空载时上浮距离的限位机
构。
所述导力杆通过补强环与空心浮体固定连接。
本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明设置在空心浮体的导力杆顶部固定
端板上的导力索，通过导力支撑架和吊杆与砝码托盘及重物托盘连接在一起，形成稳定的
导力机构，将空心浮体产生的浮力导到储液箱下方，把导力机构的重物托盘设置在缓冲对
中机构的上方，缓冲对中机构固定在通过数据线与测量仪表连接的称量传感器上，所以可
以由导力索把槽内液体对空心球浮体产生的浮力，绕过储液箱完全传递到称量传感器上。
因导力索和导力支撑架绕过储液箱，仅导力杆穿过液体表面，沿空心浮体的中心传递浮力，
故称量前后空心浮体的位移影响量，仅受称量传感器在不同称量下产生的微小形变约束。
由于被称量物体质量大部分被空心浮体产生的固定浮力和已知质量的称量砝码平衡掉了，
其形成的较小的差值由称量传感器直接读取，所以其结构设计合理，测量的量程取决于平
衡浮体的浮力后的称量砝码的质量，其精度决定于称量砝码的精度和称量传感器的分度值
及空心浮体浮力的灵敏度。这种悬浮无摩擦称量，被称量物的大部分质量被砝码替代的方
式，可以用量程小的传感器结合称量砝码实现大质量的称量，因此，其测量的量程大，造价
低，精度高。导力支撑架两侧的导力索结构，可平衡被称量物的小范围偏载，容易实现自适
应平衡；由于称量传感器称量过程中纵向位移极小(微米级)，加载前和加载后浮体的高度
位置是几乎不变的，克服了浮筒上下浮动引入的诸多不确定度和平衡时间长的弊端；加大
空心浮体的体积产生较大的浮力，所增加的制造成本很少；采用球形浮体与液体接触表面
积最小，有利于提高浮体的感量。因其是借助可自由浮动的浮体产生的浮力作为称量物质
量的平衡，故不仅灵敏度高，而且没有机械磨损，不存在传统天平刀口因磨损产生误差和因
刀承强度受到的限制。因此，本发明解决了传统天平或传感器量程小、精度低或造价高等问
题。砝码加载可由手动方式实现或辅助自动砝码加载机构实现自动称量。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步描述。
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是图1的俯视图。
图中序号说明：1固定端板、2导力杆、3补强环、4空心浮体、5上限位机构、6下限位
升降机构、7重物托盘、8支撑座、9缓冲对中机构、10称量传感器、11数据线、12测量仪表、13
连接钩环、14砝码托盘、15吊杆、16限位机构、17储液箱、18箱盖、19导力支撑架、20导力索。
具体实施方式
根据图1～2详细说明本发明的具体结构。该浮力平衡式称量装置包括固定在支撑
座8上的储液箱17，悬浮在储液箱17内的带有导力杆2的空心浮体4，重物托盘7及通过数据
线11与测量仪表12连接的称量传感器10等零部件。在本实施例的基础上可以预见，支撑座
8、箱盖18和储液箱17的规格、尺寸，空心浮体4及导力杆2的规格、数量，可以根据实际需要
设置。组装在储液箱17内的带有导力杆2的空心浮体4可以为单体或为多个单体相互连接在
一起的组合体。当采用多个单体时，将各单体的导力杆2通过顶部的整体式固定端板1相互
连接成组合体。对于大空心浮体4，导力杆2可以通过补强环3与空心浮体4固定连接。
其中连接在导力杆2顶部固定端板1上的导力索20通过导力支撑架19和吊杆15与
砝码托盘14及重物托盘7连接在一起，形成稳定的导力机构，将空心浮体4产生的浮力导到
储液箱17下方。砝码托盘14与重物托盘7之间通过连接钩环13组装在一起，重物托盘7设置
在缓冲对中机构9的上方。导力索20连接在导力杆2顶部固定端板1的两侧，穿过导力支撑架
19的连通腔体，通过与固定在导力支撑架19底部的吊架15连接的砝码托盘14上的砝码或放
置在重物托盘7上的被测物体实现自适应平衡。缓冲对中机构9固定在通过数据线11与测量
仪表12连接的称量传感器10上。称量砝码质量与重物托盘7上放置的被测物体质量之和产
生的重力小于空心浮体4传递的浮力时，砝码托盘14浮起到上限位机构5止，使重物托盘7脱
离称量传感器10的缓冲对中机构9。反之，砝码托盘14或重物托盘7落到下限位升降机构6上
止，再缓慢下降下限位升降机构6，使重物托盘7经缓冲对中机构9对中加载到称量传感器10
上。
在砝码托盘14上以小于称量传感器10量程为单位放置称量砝码平衡空心浮体4的
浮力。此时称量砝码比浮力所多的量小于称量传感器的量程，缓慢下降下限位升降机构6，
使称量托盘7经缓冲对中机构9作为称量初始值加载到通过数据线11与测量仪表12连接的
称量传感器10上，并同时记录在测量仪表12上。提升下限位升降机构6使称量传感器10处于
不承载状态，在重物托盘7上放置被测物体，卸除砝码托盘14上的与被测物体预估质量等量
的砝码，直到砝码托盘14上浮到上限位机构5止。再加载少量砝码使称量托盘7下落在下限
位升降机构6上，回落下限位升降机构6，使称量传感器10经缓冲对中机构9重新加载，此时
被测物体的质量等于卸除的砝码质量加上称量传感器10传递到测量仪表12上显示的质量
与称量初始值之差。
称量原理：该装置的称量是用空心浮球4产生的浮力和砝码托盘14上的砝码抵消
重物托盘7上的被称量物体的大部分质量，余下的质量用称量传感器10称量。
初始调整：在砝码托盘14上根据浮力配置等量的砝码，把满量程砝码加载到砝码
托盘14上，并使称量传感器10传递到测量仪表12上感受到一个小于称量传感器10量程1/
100的量值，经显示器清0功能，使称量显示的质量为0kg。
称量过程：加载满量程称量砝码，将下限位升降机构6升起，再加载被称量物体，称
量时先预估被称量物体的质量，先卸载大质量砝码，再卸载小质量砝码，直到称量机构上浮
到上限位机构5，然后以小于称量传感器10量程的质量逐渐加载砝码，使称量机构回落到下
限位升降机构6，此时的合力小于称量传感器10的量程，以保护称量传感器10不超载；缓慢
下降下限位升降机构6，使重物托盘7的下端面经缓冲对中机构9加载到称量传感器10，稳定
后直接读称量值，被称量物体的质量等于卸载砝码的质量加称量仪表显示的质量之和。砝
码加载可由手动方式实现或辅助自动砝码加载机构实现自动称量。
保护机构：为了避免空心浮球4在加载过大碰到储液箱17底部，防止空心浮球4在
负载过轻而上升过高，可以分别在储液箱17底部与导力支撑架19之间设置限制空心浮体4
空载时上浮距离的限位机构16，在砝码托盘14的上端面和下端面分别设置上限位机构5和
下限位升降机构6。为了使加载负荷缓慢，避免对称量传感器10造成冲击过载，在重物托盘7
的下端面还设置缓冲对中机构9，避免传感器偏载。