Устройство для взвешивания в условиях колебания груза

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЗВЕШИВА: НИЯ В УСЛОВИЯХ КОЛЕБАНИЯ ГРУЗА, содержащее основной и дополнительный ; мостовые тензодатчики, которые расположены на общей платформе, эталонный груз, которым нагружен дополнительный тензодатчик, измерительный прибор, вход которого соединен с измерительной диагональю основного тензодатчика, узел.суммирования, масштабирующий усилитель, дифференциальный предусилитель, вход которого соединен с измерительной диагональю дополнительного тензодатчика , а выход через узел суммирова- НИЯ соединен с входом масштабирующего усилителя, операционный усилитель стабилизатора и опорный источник напряжения, выход которого соединен с входом измерительного прибора и неинвертирующим входом операционного усилителя стабилизатора, ннвертируювщй вход которого подключен к выходу масштабирующего усилителя , отличающееся тем. что, с целью повьшения точности взвешивания за счет компенсации возмущаюпдих воздействий, s него введены интегратор, выход которого подключен к узлу суммирования, первый ключ, вход которого подключен к выходу масштабирующего усилителя, а выход - к входу интегратора, усилитель мощности стабилизатора, вход которого подключен к выходу операционногрг усилителя стабилизатора, а выход усилителя мощности стабилизатора соединен с первым выводом питающей диагонали обоих тензодатчиков , второй ключ, вход которого подключен к выходу операционного усилителя стабилизатора, а выход второго (Л ключа подключен к общей точке устройства , два резистора равного номинала , последовательно соединенные между собой, операционный усилитель инвертора, инвертирующий вход котог рого соединен со средней точкой резисторов , а неинвертирующргй вход - с 4: общей точкой устройства, усилитель Ю « мощности инвертора и третий ключ, вход которого подключен к выходу СО СХ операционного усилителя инвертора и входу усилителя мощности инвертора, а вь&од третьего ключа соединен с общей точкой устройства, при этом управляюпще входы всех трех ключей подсоединены к первому выходу измерительного прибора, второй вывод питающей диагонали обоих тензодатчиков подключен к выходу усилителя мощности инвертора и свободному контакту первого резистора, а свободный контакт второго резистора подключен к первому выводу пита

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(sf) CI 01 5 9/00

ОПИСАНИЕ, ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3640396/24-10 (22) 02. 09.83 (46) 28.02.85. Бюл. № 8 (72) В.M. Скалевой, М. Г. Фельдман и И.И.Нудель (71) Киевское производственное объе - динение "Веда" (53) 681.269(088.8) (56) .1. Авторское свидетельство СССР № 451918, кл. G 01 G 19/22, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 777462, кл. 6 01 С 9/00, 1980.

3 ° Патент Швеции № 709539-6> кл. Q 01 С 9/00, 1978 (прототип) . (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЗВЕШИВАНИЯ В УСЛОВИЯХ КОЛЕБАНИЯ ГРУЗА, содержащее основной и дополнительный мостовые тензодатчики, которые расположены на общей платформе, эталон ный груз, которым нагружен дополнительный тензодатчик, измерительный прибор, вход которого соединен с измерительной диагональю основного тензодатчика, узел. суммирования, масштабирующий усилитель, дифференциальный предусилитель, вход которого соединен с измерительной диагональю дополнительного тензодатчика, а выход через узел суммирования соединен с входом масштабирующего усилителя, операционный усилитель стабилизатора и опорный источник напряжения, выход которого соединен с входом измерительного прибора и неинвертирующим входом операционного усилителя стабилизатора, инвертирующий вход которого подключен к выходу масштабирующего усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, ÄÄSUÄÄ 1142738 что, с целью повышения точности взвешивания за счет компенсации возмущающих воздействий, в него .введены интегратор, выход которого подключен к узлу суммирования, первый ключ, вход которого подключен к выходу масштабирующего усилителя, а выход — к входу интегратора, усилитель мощности стабилизатора, вход которого подключен к выходу операционного усилителя стабилизатора, а выход усилителя мощыости стабилизатора соединен с первым выводом питающей диагонали обоих тензодатчиков, второй ключ, вход которого подключен к выходу Операционного усилителя стабилизатора, а выход второго ключа подключен к общей точке устройства, два резистора равного номинала, последовательно соединенные между собой, операционный усилитель инвертора, инвертирующий вход кото„рого соединен со средней точкой резисторов, а неинвертирующий вход — c общей точкой устройства, усилитель мощности инвертора и третий ключ, вход которого подключен к выходу операционного усилителя инвертора и входу усилителя мощности инвертора, а выход третьего ключа соединен с общей точкой устройства, при этом управляющие входы всех трех ключей подсоединены к первому выходу измерительного прибора, второй вывод питающей диагонали обоих тензодатчиков подключен к выходу усилителя мощности инвертора и свободному контакту первого резистора, а свободный контакт второго резистора подключен к первому выводу литаt l 42738

)отцей диагонали обоих тензодат -1ИЕО) °

2. устройство по и. l о т л ич а ю щ е е с я тем, что н него введен)! счетчик, ин<Ъор)(()цнонные входы которого подключены к ин())ормаIJI(0HH(..м 1)ыходям измерительного прибОРа, СХЕМЯ СОВПЯДЕНИЛ КОДОВ Ниж(ТЕГО предела и задатчика кода нижнего т)редела допуска В!хоцы кото)эого подключены к пертзыт! ззходат! схемы сспзпядения кодов Тн(жнего прецеля, схема со)тзпаттеии)(кодотз верхнего .прецела и задатчик кода верхнего предез! l

ДОПус!Ссl В(<ХОД)Я КО т С p<71 0 ПОДКЛЮ

К )ТЕ))1)Ь)Зf ВХОТТЯ(: СХЕМЫ СО)ЗПаДЕ(ТИЯ

КО)з)0)3 ВЕРХНЕГО ttP<. ДЕЛЯ П(ИЧСМ ir (0-рые входы с7хем совпадения кодо!з

ВЕРХНЕГО и rJH I(er0 ПРСДСЛОВ ПОДК)!(О

Из)зе(.ч н! (уст))О((стВя !rl(л EI 35)eufil)a ния грузов в дина<(и(ест((ах ус)то))иях., содержащие тензодя 1 ипси обрязцоьой

И HSE<Е17ЛЕМОИ МЯССЫ ())101(ДЕЛЕНИЯ И рет истрирующнй прибор 1 ., и (? ).,(т

Оцняко извест)н(е устройст(за хя—

1)якт(pE((»"„ !(щ с.л )!е)(остаточным GblcTp0- действием II пизкой то тностью взт)еюи13(lпня ЧТО г)6 7<С СГОВг)ЕНО гга)П<ЧИЕМ Н

ИХ СОСтавс 5).:!Å)nòPOII=Xà (ЕСКИХ Згстройств.

Иаибс)лее близким по тс.):ни <еской

СУЩНОСти К ПРЕТ<ЛЯГЯЕ)<ОМУ ЯВЛЯЕТСЯ устройство для взвсщ<пзянил !3 ус)10Виях кОлебанlи< Гру»а <. Оде ржа1<(с(з

?О

ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИ 1 ЕЗ(ЬНТ<(й )(ОСТОВ) ТЕ тЕНЗОДЯТ"!ИКИ, КОТОРЫЕ P!a Ci!OSIO)Xellr l в непосредстве(<ной 6.<изости друг oт друга на общей нлятАо)ПIP. зталонный гру.з, которым Ilягруэ! С ((;г<э)(олни) ель-. ный тензодятчтпс, изме!)Ительный Ill)H

60р Hх()д (CO1 0j)0I Сос . IIHIPI< рптельной дт<а< ональю .основного тензодатчикя, уз ел суммиротзания, мяс(т(табирующий усилите Ih диА()<)ет)енци<зльнь))( предусилитель, Вход которого соеди!

IbI к инАормянгтонпым Выходам счетчика, пеpl3b!H Р .) -Три- гер, 5 -вход !

CОТОРОГ0 I)0ÄÊ IK)itС .(г К НЬ(ХОДУ СХЕMbl

ССЭВПЯДЕНИЯ КОДОВ НгзжНЕГÎ ПРЕДЕЛЯ, )»торой Ю -Тригг(зр и первая схема

И„ первый и нторой Вхоцы которой . ОЕДИ СOOT!30TCТВЕ(НО С ИНВЕРС(гым

Выходом первого тр:и гера и в txo!)0(( схемы сотзпяде™и5(кодов т»ерхпего предела, я выхол первой схемы И соединен с Б -входом второго триггера., )згорял схема И, первый и втсрой Вэ.оrtbJ K0Т0Р0й СÎO;;H!!P!IТ) СÎ< .ТВЕTCTEÇP(t)t(7

H! I 13 P P C H1! МИ В ЫХ 0 г Иг(1 ((!! P j)!» O L И H T Î"

)ОГО ТРИГГЕРЯ, ПРИ ТСЛ< j; -37)<ОДЫ !

)60!!XÑ 1 p«I I PpO)» СС)<)ги -.- t

)ПГГЕЛ.,НС О ТЕНЗОДЯТ Ии(Я, Я . ;(Хо)((ЧЕРЕЗ УЗЕЛ СУ((Т((ТРО)ТЯТ»ИТ! С-:..!! HHO г С .

)зхогго)г lt) CI I 1 ай(!(1> lr.". r = E C) <г< »((<(О 15!

<эперяlIHn IH! !II усип(<телг., сггябг(лизятоРа и ОПОР!И(I ИСТОЧ) ПС !.ЯПРЛжЕНИг( выхотт т(01 ОРО) 0 c<7((гтнет, г в сог»<7(.(! 1 змеритp. !ь 1<О J" О т(р ибо)) (г l» !!c. .:3)! верти" .)УЮ)г,(<М ВХОДОМ ОЛСО,))1< .()!Т !! 0 .., .:< ГС -. ,тл с (;36H!1

В..ОД 1." ОРОI О ПО,.

«().стгттяб((руютщегг) уст ы! <г (..т 1 )г !, Одllяк0 < аlc0< устj) Оiiст:? О хя!7як Tе

РТIЗÇJЕТСЛ (i(,

Цен г,гп изобретс в 55! Явз глез,crt г(о)ты-.

rlJC!1iir(3 То

КОМТI(НССТ IП(И )30З (Лг(1)<)ггг(",, "j т<зи(г.в Т .1, ИОСтЯВ (ЕННЯЛ ЦЕГ()г;,<0<. И «ЕГСЛ

ТЕ(l. ЧТО 13 ) СТРОЙ(.! H(r, Г IH 13З(- ЕЩ <ВЯ ниЯ в ус:IОВилх колеб я)lit. p, 3 » (О цержяще,: ос!(Он) ой, (0(! 0.—:;ите.т 1,) ы -

Р г () (С) JO)r!P Т<Ы rr) о, - Т . «<),1!!()

)(О ННЫЙ i 1УЗ, !< n i )! !i t " 1 Р",!,< Т) г!ОП О I тг)< <ег<ьтты!Т г 0гг 3<)гt.". !

С ИЗМЕРИТЕЛЬНОI!:t:;,.l! .,;: . г, О )С:. )Т;!(ОГО тЕНЗОЦЯтЧШ<Я„У 3P. . СУП. (5(г)ОВЯВ!)5 .

1142738 ъ!г!.сштабпрующий усилитель, дг!АЛеренцияльный предусилитель, вход которого соединен с измерительной диагональю донолнительнага тензодатчикя„ а выход через узел суммирования 5 соединен с входом масштабирующего усилителя, операционный усилитель стабилизатора и опорный источник напряжения, выход которого соединен

Lc входом измерительного прибора и 10 неишзертирующим входом операционного усилителя стабилизатора, инвертиру!ощий вход которого подключен к выходу мясштабнруюг!его усилителя, дополнительно ззнедены интегратор, 15 гзь!ход которога нод!сл!оче!з к узлу сумf«pone!I!Is!, первый клю 1, вход которого Iloдгсл!о!ен к вьгходу мясштябирс !о!;:егсз у(!лз!!!тес!5 я внхсзд к !зхсзду интегратора, усилитель ма!*,насти ста- 20 бИЛИЗ атОГ!1сз Вкon IC OTOpol О НадКЛ!ОЧЕН к выходу операционного усилителя

Стс1б!ЛЛИЗ с! т(!З я, с! 1ЗНХ Од уСИЛИтЕХ!я мащ!!ости с ябил!!зя !.Оря соединен с первьм выводом г!цтанощей диагонали сзбаизс тензодятчиков, второй ключ, вход которого подкл!очен к выходу апс раниопнаго усилителя стябилизаторя3 я вь!ход второго кл!очя подкзночен к общей точке устройства, дгя резис- 30 торя равного номинала, последовательна саед!гнешн !е между собой, операционный усилитель инвертора, инвертирующий вход которого соединен со средней точкой резисторов, я неинвертиру!ощий вход — с общей точкой устройства, усилитель мощности инвертора и третий ключ, вход котороI o г!Одкл J fpff к выходу операl,Hîííîãо усигпггелл ннверторя и !зхсду усилите- !сз чл мапп!ости инвер горя, à !зьгхог! третьего ключа соединен с общей точкой устрсзйствя, при этс и управлл!ощие входь! всех трех ключей подсоеди-!

le!!l;! к первому выходу измерительноvo г!рибс>ря, второй вывод питающей диагоня:!и обоих тензодатчиков под— —;:. но ен к ззьгхаду усилителя мощности инвь-рторя и свободному контакту первого ре".. Ieòoð f, а свободньн! контакт д в!араго резистора подключен к первому выводу пит"-.Iîùef11 диагонали обоих тензодатчнкаг.

Е!1ромсз того, в состав предлагаемого устройства могут вход!!ть счетчик, !гнфсзрь!я ционньк! входы которого

ПОДКЗНОс!ЕНЫ К ИНС1ЗОРсЛЯЦНОННЬ!М ВЫХОДаМ измерительного прибора, схемы совпадения кодов нижнего предела и зядатчик кода нижнего предела допуска, выходы которого подключены к пер!зьзы. входам схемы совпадения кодов нижнего предела, схема совпадения кодов верхнего предела н задатчик кода верхнего предела допуска, выходы которага подключены к первым в:одам схемы сонпядеш!л кодов. верхнего предела, причем вторые входы схем совпадения кодов верхнего и нижнего пределов подключены к инфор! !яционг!ыы вьосодяз! счетчика, пе!з-! знй Ю -триггер, S -вход которога подключен к выходу схемы совпадения кодов нижнего предела, второй

PS тригl ер и первая схема И, первый

II втсрой входы которой саед внеffbl co— ответственно с инверсным выходом

Ю лерг OI 0 Tриггера и выходом схем сонпядеш!л кадаг верхнего предела, я н!-.глод первой схемы И соединен с †!!ход !зторога триггера, вторая с;;.. !я !1, первый и второй вход которой саед!шены соответственно с инверсными! выходами первого и второго триггера, при этом Г!-вз;оды обоих триггерог, соединенн с С-гходом счетчика и гсторым гз1,!ходам !!з!лернтез!ьнога г.рпборя, третий выход которого подключен к суммирующему входу счетчика.. !!я д !г. 1 и 2 приведена сззункциональная схема устройства; на с!знг. 3его !сг!не!!ятическяз! схема.

Устройство содержит основной 1 и дополнительный 2 тензодятчикн, дис!зсзере!зцняльннй предусплнтель 3, масштаб!грующий усилитель 71, интегратор 5, узел б с уммированил, ключи

7, 8 и О, резисторы 10 и 11, алев рацион!з!лзг усилитель 12 инвертора, операционный усилитель 3 стабнлпзя-" тора, опорный источник 14, усилите— лн мощности 15 инверторя и 1б стабилизатора, измерительный прибор 17, зядатчнки 18 н 19 кода шгжнего н верхнего !зределав до!зус!ся. соответственно, счетчик 20 схемы ?1 и ?2 совпадеш:я кадов нижнего и верхнего пределов соответственно, первый 23 и. второй 24 триггеры, нерву!о 25 и вторую ?6 схемы И.

Тензодятчнки 1 и 2 установлены на Общем основании в непасредстненной близости друг от друга. Тензодатчик 2 нагружен эталонным грузам

В 1142

27, а тензодатчик 1 — груэоприемной платформой 28.

Устройство для взвешивания в условиях колебания груза работает следующим образом. 5

Рабочий цикл устройства состоит из двух одинаковых интервалов времени Т„ и Т, длительность которых равна или кратна периоду сетевой помехи, на интервале Т„ происходит измерение, а на Т, — коррекция дрейфа нуля усилителей 3 и 4.

Работа устройства на интервале

Т заключается в следующем.

Тензодатчик 2 совместно с усилителями 3 и 4, узлом суммирования 6, операционным усилителем 13 и усйлителем 16 мощности представляет автоматическую систему стабилизации, в которой управляющим воздействием является напряжение опорного источника 14, а выходHEIM (стабилизированным) параметром — напряжение выхода тензодатчика 2. При этом

:ключи 7-9 разомкнуты и система находится в режиме стабилизации напряжения. Резисторы 10 и 11 равного номинала вместе с усилителями 12 и 15 образуют инвертор с коэффициентом передачи, равным 1. С помощью этого ЗО инвертора с целью устранения синфазной соотавляющей выходного сигнала тензодатчиков вырабатывается двухполярное напряжение питания тензодатчиков. 35

Выходное напряжение тензодатчика

2 определяется по формуле

= "(Оп kт тд Э где вэ — масса эталонного груза 27; 4р

a(41 — модуль результирующего вектора ускорения,. воздействующего на массу измеряемого груза;

К вЂ” коэффициент преобразования 45 т тензодатчикя 2;

Од — напряжение питания тензодатчиков.

Напряжение на выходе усилителя 4 и =к-у,„=,(ОО„К ° К где К вЂ” суммарный коэффициент передачи усилителей 3 и 4.

Тогда напряжение на выходе стабилизатора, равное 0,5 0„, можно 55 определить из уравнения (u,- u j к,„к„=о, u„, 738 где К „ — коэффициент усиления операционного усилителя 13;

К „ — коэААициент усиления усилителя мощности 16;

0 — напряжение опорного исо точника.

Подставляя значение U -, определяют значение напряжения питания тензодатчиков

0о

lt

mЭ "ФКТА Км

Э А 2К „K

Так как значение К „ современных операционных усилителей находится на уровне 10, вторым членом знаменателя можно пренебречь. Тогда

0п э "(1 тд

Напряжения выхода тензодатчика 1 определяется по формуле (1Ктр0л

\ где m — масса измеряемого груза;

К, - коэффициент преобразования тензодатчика 1.

Подставляя значение напряжения питания 0„, получают

0 то х

Э тд м

Из вышеприведенной формулы видно, что значение массы измеряемого продукта не зависит от действующего на измеряемый груз ускорения (т.е. система инвариантна), а определяется не зависящими от динамики коэффициентами передачи Кт, Кт и К то тА м> массой эталонного груза и напЭ ряжением опорного источника 0„

Причем указанное соотношение сохраняется лишь в пределах линейной области работы усилителей 3, 4, 12 13, 15 и 16.

В конце интервала Т„ измерительный прибор 17 выдает на выход устройства цифровой код N пропорциональный напряжению на выходе основного тензодатчика 0 . В начале интервала Т, замыкаются ключи 7, 8 и 9, усилители 15 и 16 переходят в режим отсечки, напряжение питания тензодатчиков становится равным нулю. При этом суммарный дрейф усилителей

3 и 4 интегрируется интегратором 5.

На его выходе устанавливается напряжение, которое через узел 6 суммирова7 1 ния поступает на вход усилителя 4 в противофазе, компенсируя напряжение дрейфуя усилителей 4 и 5. Постоянная времени интегрирования выбирается значительно большей периода сетевой памяти, что снижает ее влиячие на установившееся значение напряжения коррекции дрейАа нуля в конце интервала Т в момент размыкания ключа.7.

В начале следующего цикла измерения устройства интегратор 5 переходит в режим запоминания напряжения коррекции. При этом начинается анализ результата измерения предыдущего цикла. Для этого в начале интервала Т„ в счетчик 20 параллельным кодом заносится код числа М а затем счетчик начинает увеличивать свое содержимое с приходом от прибора 17 синхроимпульсов. В задатчпке

18 кода нижнего предела допуска хранится код числа К, а в зацатчике кода верхнего предела допуска 19 хранится код числа L, причем К (I»

В схемах 2! и 22 совпадения кодов содержимое счетчика непрерывно сравнивается с кодами чисел К и L . .При .этом возможны три состояния: число ,И, C К (вес меньше допуска), К (N(L (вес в,допуске) и М y L, (вес больше допуска) . При N (К первой срабатывает схема 21, переводя триггер 23 в "1". Этот сигнал поступает на выход устройства, сигнализируя состояние "Вес меньше допуска". При ртом инверсный выход триггера 23 чеl42738 рез схему И 25 блокирует сигнал от схемы 22, который поступает позже.

При Kc N C L срабатывает схема 22, а так как схема 21 не срабатывает, 5 то триггер 23 в "0", и через схему

И 25 триггер 24 устанавливается в

"1", сигнализируя состояние "Вес в" допуске". При М 7L схемы 21 и 22 не срабывают. Триггеры 23 и 24 остаются в состоянии "0", поэтому на выходе схемы И 26 " 1", сигнализируя состояние "Вес больше допуска". В начале каждого рабочего цикла триггеры сбрасываются в "О" и снова про исходит анализ кода веса предыдущего рабочего цикла. Задатчики 18 и

19 кода могут быть механическими (ввод кода осуществляют вручную) или электронными (например, регистры, в которых информацию можно вводить от внешних устройств).

Предлагаемое устройство обладает широкими Ьункциональными возможностями, высокими эксплуатационными, надежностными и метрологическими характеристиками.

Внедрение предлагаемого устройства позволит обеспечить высокие точностные характеристики измерений в

30 условиях колебаний груза. Проведенные экспериментальные исследования показывают, что динамическая погрешность измерения при изменении ускорения до 0,5 q, крене 15, дифференте S и качке 25 не превышала

0,257, а температурная погрешность не превышала 0,27 íà 10 С.

1142738

Составитель А,Крошкин

Техред С.Мигунова Корректор Н.Король

Редактор Л.Веселовская

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

Заказ 707/37 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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