Весы с электромагнитным уравновешиванием

 

ВЕСЫ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ . УРАВНОВЕШИВАНИЕМ, содержащие чувствительный элемент с грузоприемной чашкой , установленный на упругом подвесе , датчик перемещения, делитель напряжения , модулятор и последователь но соединенные конденсатор, усилитель и фазочувствительный демодулятор , подключенные через ключ, связанный с модулятором, к катушке силовой компенсации, установленной на чувствительном элементе, отличающиеся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения погрешности масштабного коэффициента делителя напряжения, в них введены дополнительный делитель напряжения и два переключателя, причем вход первого переключателя подключен к выходу датчика перемещения, один -выход - к входу делителя напряжения , а другой выход - к входу дополнительного делителя, напряжения, один вход второго переключателя под (Л к/почен к выходу делителя напряжения второй вход - к выходу дополнительного де.7штеля напряжения, выход второго переключателя соединен с конден-: | сатором, а управляющие входы переключателей - с модулятором. а 00 vj to СлЭ

C0IO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Sl) G 01 G 7 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц::."

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ @< 4 0 сК.„

49иг. 1 (21) 3477534/18-10 (22) 30.07.82 (46) 23.01.84. Бюл. Р 3 (72) В. С. Моисейченко, В. E. Евдокимов, В. И. Лобан и В. А. Цветков (71 ) Ленинградский ордена Ленина политехнический инститУт им. М.И. Калинина (53 ) 681. 267. 7 (088. 8 ) (56) 1. Скрыпник Ю. А. Повышение точности преобразования незлектрических величин в электрическое напряжение. — "Приборы и системы управления".

1977, Р 7, с. 28.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 781637, кл. G 01 L 11/00, 1978 (прототип). (54 ) (57 ) ВЕСЫ С ЭЛБКГРОМАГНИТНЫМ

УРАВНОВЕШИВАНИЕМ, содержащие чувствительный элемент с грузоприемной чашКой, установленный на упругом подвесе, датчик перемещения, делитель напряжения, модулятор и последовательÄÄSUÄÄ1068723 A но соединенные конденсатор, усилитель и фазочувствительный демодулятор, подключенные через ключ, связанный с модулятором, к катушке силовой компенсации, установленной на чувствительном элементе, о т л и ч а ю щ и е с я тем, что, с целью пОвышения точности за счет уменьшения погрешности масштабного коэффициента делителя напряжения, в них введены дополнительный делитель напряжения и два переключателя, причем вход первого переключателя подключен к выходу датчика перемещения, один выход - к входу делителя напряжения, а другой выход — к входу дополнительного делителя напряжения, один вход второго переключателя подключен к выходу делителя напряжения, второй вход — к выходу дополнительного делителя напряжения, выход второго переключателя соединен с конден-.. сатором, а управляющие входы переключателей — с модулятором.

1068723

Изобретение относится к весоизмерительной технике.

Из ве с т ны ус трой с тв а для измере н ия незлектрических величин, в которых используется модуляционный принцип преобразования с амплитудным масшта- 5 бированием с одновременной синхронной модуляцией коэффициентов передачи цепей прямого и обратного преобразования с использованием в прямой цеги коммутируемого реэистивного делителя с аналоговыми *ключами f1).

Хотя такие устройства позволяют измерять усилия, на порядок и более превышающие номинальное значение компенсирующего усилия, однако не обеспечивают высокую точность измерения.

Ближайшими по технической сущности к изобретению являются весы с электромагнитным уравновешиванием, содержащие чувствительный элемент с грузоприемной чашкой, установленный на упругом подвесе, датчик перемещения, делитель напряжения, модулятор и последовательно соединенные конденсатор, усилитель и фазвчувстви-тельный демодулятор, подключенные через ключ, связанный с модулятором, к катушке силовой компенса1ф ч, установленной на чувствительном элементе f 23.

Недостаток известных весов заклю- 30 чается в неудовлетворительной точности измерения, на которую оказывает влияние погрешность модулятора .и делителя напряжения, которая определяется нестабильностью остаточных 35 параметров ключа и отношения сопротивлений.

Цель изобретения — повышение точ.ности за счет уменьшения погрешности масштабного коэффициента делителя 40 напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в весы с электромагнитным уравновешиванием, содержащие чувствительный элемент с грузоприемной чашкой, установленный на упругом подвесе, датчик перемещения, делитель напряжения, модулятор и последовательно соединенные конденсатор, усилитель и фазочувствительный демодулятор, подключенные через ключ, связанный с модулятором, к катушке силовой компенсации, установленной на чувствительном элементе, введены дополнительный делитель напряжения и два переключателя, причем вход первого переключателя подключен к выходу датчика перемещения, один выход — к входу делителя напряжения, а другой выход — к входу дополнитель-60 ного делителя напряжения, один вход второго переключателя подключен к выходу делителя напряжения, второй вход — к выходу дополнительного делщтеля напряжения, выход второго пе- 65 реключателя соединен с конденсатором, а управляющие входы переключителейс модулятором.

На фиг. 1 показаны весы, общий вид; на фиг. 2 - функциональная блоксхема весов; на фиг. 3 и 4 - варианты подключения делителей напряжения.

Весы содержат магнитоэлектрический компенсатор, образованный постоянным магнитом 1, магнитопроводом 2 с сердечником 3 и катушкой 4 силовой компенсации, установленной в зазоре с помощью упругого подвеса 5. С катушкой 4 жестко соединена грузоцриемная чашка 6, на которую устанавливается груз 7 весом Р . С одной стороны каркаса катушки 4 установлен светодиод 8, свет от которого через щель 9 поступает на фотодиод 10, который преобразует перемещение ах в электрический сигнал U

Весы содержат также переключатель

1i, делителв 12 напряжения (резисторы R„ R ), делитель 13 напряжения (резисторй а, Н„), переключатель

14, усилитель 15, фазочувствительный демодулятор 16, ключ 17, конденсатор 18, модулятор 19, например мультивибратор, управляющий ключом

17 и переключателями 11 и 14.

Светодиод 8, облучающий фотодиод

10 через щель 9 в каркасе катушки 4 образуют совместно датчик 20 перемещения.

Делитель 12 напряжения имеет коэффиииент деления К вЂ” К вЂ” -, а деЯ

a„+ литель 13 напряжения — коэффициент деления к 3 4

Весы работают следукщим образом.

Перемещение катушки 4 в зазоре между магнитопроводом 2 и сердечни-ком 3 под действием разнос и измеряемого веса Р и компенсирукщего усилия Р магнитоэлектрического компенсатора фиксируется датчиком 20 перемещения, на выходе которого вырабатывается напряжение У „

Это напряжение через один выход переключателя 11 поступает на вход делителя 12 напряжения, либо через другой выход переключателя 11 на вход делителя .13 напряжения.

С выходов делителей напряжения 12 и 13 выходной сигнал поступает на соответствующие входы переключателя

14 и далее на конденсатор 18.

Управление работой переключателей

11 и 14 и ключом 17 производится модулятором 19, вырабатывающим симметричные прямоугольные импульсы напряжение.

Частота модуляции выбирается ниже резонансной частоты подвижной части, которая минимальна при максимальном значении измеряемой массы.

) 10687 23

Уравнение преобразования предлагаемый весов отличается оТ известных значением масштабно-раз ностного коэф1

1- K

40 фициента вместо

2 .в известных. подставляя вместо К1 и K их соответствующие значения, находим выражение для масштабного коэффициенКм ь R

К " К

К

1 2 м. К2

1+

Анализ погрешности чувствительно- 50 сти делителя напряжения известных весов, показывает, что она кроме нестаНапример, при резонансной частоте подвижной .части весов, равной 35

40 Гц, достаточно, чтобы частота модуляции лежала в области 5-10 Гц, при этом подвижная часть весов совершает колебания с частотой модуляции. 5

Усиленный сигнал U выпрямляется фазочувствительным демодулятором 16, выходной ток Ю„ которого через ключ

17 поступает в катушку 4 магнитоэлектрического компенсатора, который соз- 10 дает компенсирующее усилие Р .

В течение первого полуперйода мо» дуляции (переключатели 11 и 14 находятся — в верхнем положении, ключ

17 разомкнут ) осуществляется преобразование силы P „ в напряжение U

= К 1 К1 Р . В течение второго iroлупериода модуляции (переключатели

11 и 14 находятся в нижнем положении, ключ 17 замкнут ) преобразуется разность {Р „-Рк) в напряжение U2 (PII "Рк)Х « K z Конденсатор 18 выделяет найряжение д0 = U1 -0, ко- . торое усиливается, выпрямляется и выходной ток J„ пРеобразуется в сйР к = K4J . IIpH 6oJIhIIIQM коэффициенте усиления К«К „K „K - К У

Ó71 с достаточной точностью Р.> . . К„= (Р„ -P ) K2,откуда измеряемый вес

1.

Х 1- К„ /К бильности сопротивлений 8 „ и Н со-. держит ряд более существейных состаь ляющих, которыми являются остаточное напряжение открытого транзистора ключа, сопротивление открытого транзистора, а также остаточный ток за-крытого транзистора, вызывающий паразитное напряжение и шунтирующее плечо R1, сопротивление закрытого транз.истора ключа. Влияние этих составляющих в силу разностного принципа преобразования возрастает в раз .

1 К1

Включение второго делителя напря- жения, синхронно коммутируемого дифференциально построенньм транзисторным ключом, позволяет в значительной мере осуществить аддитивную коррекциЮ погрешностей от остаточных параЧиетров ключей и логаметрическую коррекцию погрешностей делителей напряжения в целом.

Таким образом, если в известных весах погрешность масштабного коэффициента делителя напряжения составляет сотые проценты, то при увеличении пред ла измерения на два порядка она может составить уже единицы процентов. В предлагаемом устройстве весов погрешность масштабного коэффициента, выраженного отношением коэффициентов двух делителей напряжения при их идентичности и сильной корреляционной связи может быть снижена более, чем на порядок.

Входы делителей напряжения могут быть объединены и прямо подключены к выходу датчика перемещения, как показано на фиг. 3, что исключает переключатель 11 и упРощает устройство.

Яогут быть объединены выходы делителей напряжения и выходное плечо делителя напряжения выполнено общим, как показано на фиг. 4, Тогда коэффициент модуляции (масштаба ) Х =

1+R /R — уменьшается число соссо3/R4 тивлений и снижается величина погрешности, так как погрешность от R2 практически исключается.

Реализация предлагаемых весов .по сравнению с известными не вызывает дополнительных затрат и принципиальных затруднений.

1 068723

Составитель В. Ширшов

Редактор Н. Лаз аренко Техред О, цеце Корректор А. Тяско

Заказ 114 47/34 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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