Весы с электромагнитным уравновешиванием

 

1. ВЕСЫ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ, содержащие чувствительный элемент с грузоприемной площадкой , с системой подвесок и с измерительной катушкой, расположенной в зазоре магнитопровода и подключенной через сумматор к источнику тока,, расположенную в том же зазоре магнитопровода эталонную катушку, подключенную к первому выходу первого переключателя , управляющий вход которого и управляющий вход коммутатора соединены с командным блоком, отсчетный прибор, запоминающий блок и систему электрической компенсации в виде опорного и управляемого датчик6мТ1екомпенсации генераторов, подключенных к вычитателю частот, реверсивного счетчика, выходы которого подключены к отсчетному прибору, и подключенного к опорному генератору циклического сч етчика, кодовые выходы которых под: ключеиы к схеме сравнения кодов, фаIзового компаратора, выход которого подключен к управляющему входу токового ключа, информационный вход которого через стабилизатор соединен с выходом запоминающего блока, а прямой выход - с сумматором, отличающиеся тем, что, с целью повышения точности за счет обеспечения возможности установки нуля в процессе длительного измерения массы, в них введен второй переключатель, причем информационные входы второго шереключателя соединены с выходом вычитателя частот, управляющий вход подключен к командному блоку, одна пара выходов второго переключателя I подключена к входам запоминающего (Л блока, а другая - к входам реверсивного счетчика, выходы циклического счетчика подключены к входам коммутатора , выход которого соединен с одним входом компаратора, другой вход которого подключен к сравнения кодов, а управляющий вход отсчетного привода подключен к командному блоку. о 2. Весы по п.1, отличаю4 CD О) щие с я тем, что, с целью повышения точности за счет обеспечения стабильного температурного режима магнитной системы, в них введена дополнительная катушка, подключ енная через первый переключатель к инверсСО ному выходу токового ключа, причем измерительная, эталонная и дополнительная катушки, выполнены с равными сопротивления1./

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) 6 01 G 7 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3451098/18-10 (22) 11.06.82 (46) 07.10.83. Вюл. Р 37 (72) В.Г, Кнорринг, В.С. Моисейченко, Л.К. Рукина и Г.А. Сальникова (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им.М.И. Калинина (53) 681.269(088.8) (.56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 800666, кл. С 01 G 7/04, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3274684/18-10, кл. С 01 G 7/04, 1981. (54)(57) 1. ВЕСЫ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ

УРАВНОВЕШИВАНИЕМ, содержащие чувствительный элемент с груэоприемной площадкой, с системой подвесок и с измерительной катушкой, расположенной в зазоре магнитопровода и подключенной через сумматор к источнику тока, расположенную в том же зазоре магнитопровода эталонную катушку, подключенную к первому выходу первого пере" ключателя, управляющий вход которого и управляющий вход коммутатора соединены с командным блоком, отсчетный прибор, запоминающий блок и систему электрической компенсации в виде

° опорного и управляемого датчиком некомпенсации генераторов, подключенных к вычитателю частот, реверсивного счетчика, выходы которого подключены к отсчетному прибору, и подключенного к опорному генератору циклического счетчика, кодовые выходы которых под" Ъ

„„80„„1046619 А ключены к схеме сравнения кодов, фа эового компаратора, выход которого ,подключен к управляющему входу токового ключа, информационный вход которого через стабилизатор соединен с выходом запоминающего блока, а прямой выход — с сумматором, о т л и. ч а ю щ и е с я тем, что, с целью повышения точности за счет обеспечения возможности установки нуля в процессе длительного измерения массы, в них введен второй переключатель, причем информационные входы второго

)переключателя соединены с выходом вкычитателя частот, управляющий вход подключен к командному блоку, одна пара выходов второго переключателя В подключена к входам запоминающего блока, а другая - к входам реверсивного счетчика, выходы циклического счетчика подключены к входам коммута- Q тора, выход которого соединен с одним входом компаратора, другой вход Я которого подключен к схеме сравнения кодов, а управляющий вход отсчетного привода подключен к командному блоку.

2. Весы по п.1, о т л и ч а ющ и е с я тем, что, с целью повышения точности эа счет обеспечения стабильного температурного режима магнитной системы, в них введена до- ф полнительная катушка, подключенная через первый переключатель к инверсному выходу токового ключа, причем измерительная, эталонная и дополнительная катушки, выполнены с равными сопротивлениями.

3Вь

1046619

Изобретение относится к весоизме. рителъной технике, в частности к весам, в которых уравновешивание достигается с помощью электромагнитных сил, 5

Известны электромагнитные цифровые весы, содержащие чувствительный элемент с грузоподъемным устройством, систему подвески, магнитоэлектрический преобразователь, эталонную катуш,ку заданной массы, командный блок, устройство электромагнитного наложения эталонной катушки, преобразователь некомпенсации и электрическую систему уравновешивания (1 ).

В известных весах повышение точ- 15 ности достигается путем проведения калибровки устройства перед началом измерения, однако условие обязательного отсутствия измеряемого груза на грузоподемном устройстве в режиме рО калибровки и осуществления калибровки вручную не позволяет использовать весы подобного типа при непрерывном измерении массы (без снятия груза в течение длительного времени — взвеши- з5 вание потока вещества для на автоматизированных линиях, измерение массы при физико-химическом анализе ).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности являются весы с электромагнитным уравновешиванием, содержащие чувствительный элемент с грузоподемной площадкой, с системой подвесок и с измерительной катушкой, расположенной в зазоре магнитопровода и подключенной через сумматор к источнику тока, расположенную в том же зазоре магнитопровода эталонную катушку, подключенную к первому выходу первого переключателя, управляющий вход которого и управляющий вход 40 коммутатора соединены с командным .блоком, отсчетный прибор, запоминающий блок и систему электрической компенсации в виде опорного и управляемого датчиком некомпенсации гечераторов, подключенных к вычитателю частот, реверсивного счетчика, выходы которого подключены к отсчетному прибору, и подключенного к опорному генератору циклического счетчика, кодовые выходы которых подключены к схеме сравнения кодов, фазового компаратора, выход которого подключен к управляющему входу токового ключа, информационный вход которого через стабилизатор соединен с выходом запоминающего блока, а прямой выход — с сумматором t.23.

Недостаток известного устройства заключается в том, что при длительном измерении массы происходит снижение 6О точности измерения, связанное с полной невозможностью проведения автоматической калибровки весов при наличии измеряемого груза на грузопод. емной чашке. 65

Целью изобретения — повышение точности за счет обеспечения возможности установки нуля в процессе длительного измерения массы.

Поставленная цель достигается тем, что в весы с электромагнитным уравновешиванием, содержащие чувствительный элемент с грузоподемной площадкой, с системой подвесок и с измерительной катушкой, расположенной в зазоре магнитопровода и подключенной через сумматор к источнику тока, расположенную в том же зазоре магнитопровода эталонную катушку, подключенную к первому выходу первого переключателя, управляющий вход которого и управляющий вход коммутатора соединены с командным блоком, отсчетный прибор, запоминающий блок и систему электрической компенсации в виде опорного и управляемого датчиком некомпенсации генераторов, подключенных к вычитателю частот, реверсивного счетчика, выходы которого подключены к отсчетному прибору, и подключенного к опорному генератору циклического счетчика, кодовые выходы которых подключены к схеме сравнения кодов, фазового компаратора, выход которого подключен к управляющему входу токового ключа, информационный вход которого через стабилизатор соединен с выходом запоминающего блока, а прямой выход — с сумматором, введен второй переключатель, причем информационные входы второго переключателя соединены с выходом вычитателя частот, управляющий вход подключен к командному блоку, одна пара выходов второго переключателя подключена к входам запоминающего блока, а другая — к входам реверсивного счетчика выходы циклического счетчика подключены к входам коммутатора, выход которого соединен с одним входом компаратора, другой вход которого подключен к схеме сравнения кодов, а управляющий вход отсчетного прибора подключен к командному блоку.

Кроме того, с целью повышения точности за счет обеспечения стабильного температурного режима магнитной сис- темы, в них введена дополнительная катушка, подключенная через первый переключатель к инверсному выходу токового ключа, причем измерительная, эталонная и дополнительная катушки выполнены с равными сопротивлениями.

На чертеже показана структурная схема весов.

Весы содержат чувствительный элемент 1 с грузоподемной площадкой 2, растяжки 3 и 4, преобразователь (датчик ) 5 некомпенсации, выполненный в виде источника 6 света, фотоприемника 7, щелевой диафрагмы 8, выполненной в каркасе измерительной катушки 9, постоянный магнит 10, магнив

1046619

9 х

В Юп 3о В х/т = ВИ„,йр/1 35 где m — измеряемая масса: д — ускорение свободного падения;

 — индукция в зазоре постоянного магнита 10;

3 — ток стабилизатора 27; о

nt — длительность импульса тока; х

Т вЂ” период импульсной последовательности, определяемый отношением емкости циклического счетчика 23 к частоте f2 45 опорного генератора 19; и - показания реверсивного счетрс.

N чика 21;

10 — емкость циклического счетчика 23. 50

Весы работают следующим образом.

Предварительно при сборке и регулировке весов масса m катушки 12 подгоняется до достижения равенства

m S = и где S - номинальная чувоо о> о ствительность весов.

Перед началом измерения, в исходной позиции, при отсутствии измеряемого груза на грузоподъемной площадке 2, т.е. при Р> =О,командный блок

36 ставит переключатель 29 и коммута-оО тор 32 в положение А, а переключатель

30 переводит в нижнее положение, соединяя выходы вычитателя 20 частот с входами реверсивного счетчика 21, От регулируемого вручную источника 65

Х

F топровод 11, эталонную катушку 12 известной массы, систему механических ограничителей хода, состоящую из упоров 13 — 16, систему 17 электрической компенсации, состоящую иэ управляемого генератора 18, опорного генератора 19, вычитателя 20 частот, реверсивного счетчика 21, схемы 22 совпадения кодов, циклического счетчика

23 с промежуточным выходом 24, импульс, на котором появляется в сос- 10 тоянии счетчика, отстоящем на определенное число Мо от состояния, в котором выдается импульс переполнения, фазового компаратора 25, токового ключа 26 с прямым и инверсивным 15 выходом, управляющий вход которого соединен с выходом фазового компаратора, стабилизатора 27 тока, отсчетного прибора 28, первый переключатель

29, второй переключатель 30,. запоминающий блок 31, логический коммутатор 32, источник 33 тока тары, сумматор 34 токов, дополнительную катушку 35, командный блок 36.

Конструктивно чувствительный. элемент 1, грузоподемная площадка 2 и измерительная катушка 9 жестко скреплены друг с другом и закреплены на растяжках 3 и 4, образуя подвижную ч асть весов .

Работа весов основана на компенсации веса груза Р„ электромагнитной силой F

33 тока тары через сумматор 34 токов в измерительную катушку 9 подается ток T начального тарирования, компенсирующий вес подвижной части весов, вес тары и дрейф нуля. При этом щелевая диафрагма 8 находится в нулевом положении, сигналы с выходов преобразователя 5 некомпенсации, вычитателя 20 частот, реверсивного. счетчика 21 равны нулю. На отсчетном приборе. 28 устанавливаются нулевые показания.

В катушку 12 через переключатель

29 и инверсный выход токового ключа

26 поступает ток Эо стабилизатора 27 тока. Катушка 12 находится в крайнем верхнем положении, поджатая к упорам

14 и 16 усилием Fo = 81 3o>Po = g где о — длина привода в катушке 72;

Р— вес катушки 12. В отличие от известного устройства в данном случае не требуется дополнительный

1источник тока .для создания усилия F что позволяет упростить конструкцию весов, а .также обеспечить постоянный тепловой режим магнитной системы.

После уравновешивания тары, веса подвижной части и коррекции дрейфа нуля по сигналу "Калибровка" командный блок 36 переводит переклкчатель

29 и коммутатор 32 в положение Б и ставит переключатель 30 в верхнее положение, блокируя при этом реверсивный счетчик 21. Обесточенная катушка 12 под действием собственного веса Р опускается на упоры 13 и 15.

Таким образом, на чувствительный элемент 1 подается калибровочное усилие Ро. Одновременно с подачей Рд на выходе фазового компаратора 25, благодаря переключению коммутатора

32 появляются импульсы с относитель.1

N ной длительностью 44 /Т= мо /10

Это приводит к созданию компенсирующего Усилия .F@ = 8 0„3 Й„/10, где В и 3 — соответственно индуко ция в зазоре магнитной системы и ток стабилизатора тока на момент проведения калибровки.

При В = В„и 3, =З„о„, где

В и 3 — значения В и Зо соотном ном ветствующие номинальной чувствительности, выработанное компенсирующее усилие F = Р о = г g. . Подвижная

P часть весов остается в нулевом положении, состояние запоминающего блока .31 не изменяется. При этом исключаются переходные процессы уравновешивания веса Ро, имеющие место в известном устройстве, тем самым быстродействие прибора повышается.

При наличии погрешности чувстви" тельности (F 4 Ро 1,,которая может быть .вызвана нестабильностью В Зо или наклоном весов, что равносильно изменению составляющей ускорения силы тяжести по оси чувствительности, подвижная часть весов смещается от

1046619 нейтрального положения. На выходе преобразователя 5 некомпенсации появляется сигнал, знак которого зависит от погрешности чувствительности. . Генераторы 18 и 19 рассогласовываются, и на выходах вычитателя 20 частот появляется сигнал разностной частоты dК . Подсчет импульсов раэност-. ной частоты осуществляется в запоминающем блоке 31, который регулирует величину тока з стабилизатора 27 до установления равенства

t0 где д . — изменение составляющей ускорения силы тяжести по оси чувствительности;

d 3 — приращение тока стабилизатора 27 тока в процессе калиб20 ровки прибора.

Подвижная часть возвращается в исходное состояние, что свидетельствует об окончании калибровки. Величина тока стабилизатора 27 в конце такта калибровки равна

3 =3 и =пi (а ) ю /Ь „ (Zi

По окончании калибровки командный блок 36 переводит переключатель 30 в нижнее положение, а логический коммутатор 32 и переключатель 29 ставит в положение A. При этом происходит блокировка эапоминающего блока 31 и снимается блокировка с реверсивного счетчика 21. Катушка 12 занимает крайнее положение. Весы подготовлены к измерению.

При установлении груза с измеряемой массой п„ на площадку 2 подвижная часть весов смещается вниз, на выходе преобразователя 5. появляется сигнал рассогласования U„, зависимый от P = rn (+d -), генераторы 18 и 19 рассогласовываются, на выходах вычитателя 20 появляется сигнал раэностной частоты df реверсивный счетчик 21 считает импульсы, пришедшие эа время процесса уравновешивания. По мере роста числа импульсов в реверсивном счетчике 21 увеличивается время пребывания фазового

50 компаратора 25 в единичном состоянии, определяемое разностью между моментами поступления на Hего импульсов переполнения циклического счетчика 23 через логический коммутатор 32 и им.пульсов с выхода схемы 22 совпадения кодов. Это приводит к увеличению длительности а1х и росту компенсирующего тока 3> = 3 „at /T.Ïðîöåññ изменения тока 7@ продолжается до тех пор,пока вырабатываемое компенсирующее усилие не уравновесит Р . После уравновешивания подвижная часть весов возвращается в исходное состояние, раэ55

60 ность на выходах вычитателя 20 частот 65 становится равной нулю, и реверсивный счетчик 21 останавливается, запоминая набранную кодовую комбинацию

Подставляя значение Э „ иэ (2) в (3), получаем ф+ д .}10 8 g„N М

B 0 5 (-+ ") rn (О О результат, не эависймый от погрешности чувствительности.

Особенность весов заключается в возможности осуществления последующих калибровок прибора без снятия груза с груэоприемной площадки. Исходя иэ возможной скорости изменения погрешности чувствительности, команд" ному блоку 36 задаются частоты калибровок.

Пусть в реверсивном счетчике 21 к. моменту проведения калибровки запишется кодовая комбинация

N„-"(5o+4S)m„=(Б +> Б ) где é 5 и j = =л 5/5 — соответственно абсолютная и относительная погрешность чувствительности к моменту проведения калибровок, вызванная изменением В, 3 и д -в процессе измерения гп„. Калибровка, осуществляемая по сигналу с командного блока 36, аналогична описанной выше калибровке беэ груза п, на груэоподемной площадке 2. Отличие состоит в том, что в режиме калибровки помимо калибровочного усилия Ро на чувствительный алемент 1 действует сила Р,(. Длительность единичного импульса фазового компаратора 25 определяется как (at„+at )/T=(N +Pl )f10, что приводит к созданию компенсирующего усилия F " = В („a о (r4 „" + Nî ) 1О (, где В" и 2" — значения. В и 7 на момент проведения калибровки.

Из-за наличия погрешности чувствительности j выработанное усилие

F" Ф(m„+п )(Р- + л(2-), что. приводит к смещению подвижной части весов от нейтрального положения, рассогласованию генераторов 18 и 19. Запоминающее устройство 31 начинает -изменять ток стабилизатора 27 тока до тех пор, пока не выработается компенсирующее усилие Fp„, возвращающее подвижную часть весов в нейтральное положение.

Это свидетельствует о выполнении равенства

Р,=В"г„(Э" аЗ)(и+и фа =(m m ( х (g+, )

Величина тока стабилизатора 27 к моменту окончания калибровки имеет вид

1 04бб19 (й „ +N ) B „

Следует отметнть, что, если g =О, т.е Й" = 5 т состояние. запоминаюх о щего блока 31 в режиме калибровки не изменится.

При последующем изменении в реверсивном счетчике 21 запишется код (+ дф ю хк ц о х ()

B Я„д

Подставляя значение тока Э „из (5) в (б), получим

В "e„(„+,) (уз ) о х о

М„ =5 (Ь гтэ /Б щ +ф)щ /(о / д + ).

Относительная погрешности чувствительности после калибровки имеет вид ) ) пх I o

/гп +1 (7) Из (7) видно, что эффективность проведения калибровок зависит от соотношения измеряемой и образцовой массы. Так, при ю„= mo 3 =1 /2 неполная коррекция J может быть учтена при выборе частоты калибровок.

В случае необходимости повышения точности измерения можно по сигналу командного блока проводить серию калибровок, в этом случае на время проведения калибровок гасится индикация отсчетного прибора и разрешается только в конце последнего такта. Относительная погрешность чувствительности за и тактов калибровки имеет вид = " + (+ ) Так, при о о

mz =mz по окончании второй калибровки, =3 /4, по окончании третьeA j> = /6 и т.д.

5 Предлагаемое выполнение .Весов позволяет существенно повысить точность измерения путем полной автома° тиэации режима калибровки безразлично к характеру взвешивания (как при

10 разовых, так и при долговременных ,,взвешиваниях ), что значительно расши1ряет функциональные возможности весов-. В известном устройстве автоматизация проведения калибровки возмож15 на лишь для разовых взвешиваний,где легко найти время для калибровки — в моменты отсутствия груза на груэоприемной площадке ). Кроме того, в известном устройстве условием правильности калибровки является предварительная коррекция аддитивной погрешности, в предлагаемом же устройстве результат калибровки не зависит .,от.аддитивной погрешности.

В предлагаемых весах в паузах действия импульса тока в измерительной катушке 9 ток стабилизатора 27 тока протекает либо в эталонную катушку 12 (в режиме измерения ), либо в дополнительную катушку 35 (в режиЗО мах калибровки ),.причем минимальное средство значение тока в эталонной катушке 12 должно быть достаточным для создания электромагнитного усилия, превышающего вес Р . Это поэво35 ляет отказаться от дополнительного источника тока. Поскольку сопротив;ления катушек 9,12, и 35 равны, суммарная мощность, выделяемая в катушках, постоянна, что приводит к режиму

4q постоянной температуры воздушного зазора магнитной системы.

104663 9

Составитель В. ширшов

Редактор Н. Тушненкова Техред Т. Фанта Корректор A. Тяско

Заказ 7717/41 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4