Способ измерения массы

 

Изобретение относится к весоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения . Цель обеспечивается тем, что предложен способ, основанный на прямых измерениях суммарной массы, состоящей из масс грузоизмерительной платформы и объекта,с физически адекватной его мерой и без нее при различных значениях козффициента передачи входаого механического звена. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 111) Ai (511 4 С 01 С 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4034081/24-10 (22) 05.03.86 (46) 15.01.88. Бюл. N 2 (72) В.А.Таран, Ю.А.Скрипник и Г.И.Гаврилюк (53) 681.269(088.8) (56) Бромберг Э.М. и др. Тестовые методы повыпения точности измерений.

М.: Энергия, 1978, с.145. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ (57) Изобретение относится к весоизмерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измерения. Цель обеспечивается тем, что предложен способ, основанный на прямых измерениях суммарной массы, состоящей из масс грузоизмерительной платформы и объекта,с физически адекватной его мерой и без нее при различных значениях козффипиента передачи входного механического звена.

3 ил.

1366882

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах, например, для определения веса движущихся объектов °

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу.. измерения массы, основанному на прямых измерениях суммарной массы, состоящей из масс грузоизмерительной платформы и объекта с физически адекватной ей мерой М, и без нее, при различных значениях коэффициента К р передачи входного механического звена фиксируют результаты измерений массы платформы с мерой — N и И без нее — N и N4 при значениях коэффициента соответственно Кр, и К, и

K и К,, фиксируют результаты изме-" рений суммарной массы с мерой - N u

ЫВ и без нее — N7 и N< при значениях коэффициента соответственно Крз и Кр4 и Кр4 и Крэ, нахоДЯт Разности Ь,= между адекватными результатами измерений, а массу М движущегося объекта находят (контролируют) по формуле

6164 S2,$> Ь z> $1,$4 МО () (! s2,- S 1 ) (s 4 где S S,S и S — нормированные значения крутизны преобразования,приведенные к входу электрического функционального звена на квазилинейных участках соответственно Ь,, 6„ а и

5 4 его передаточной характеристики, сформированных изменениями коэффициента передачи отношения (К /К )и (К >/К 4) которых выбирают близкими к единице, но не равными ей, а массу

М определяют по формуле Ь 4 52 Ъ (2) х (g д )( при значительных превышениях массы платформы и объекта над мерой, обеспечивающих выполнения условий

S1 $ и $9 $4 (3)

Затем фиксируют результаты N, И и N при постоянном коэффициенте передачи находят разности N7 N и

Н -ИВ, а массу М„ определяют с использованием зависимости

Ь 7-3

Ь 2-3 (4)

Предложенный способ измерения основывается на следующем.

При очевидной линейности передаточной характеристики входного механического звена, предполагаемой функS циональности следующего за ним электрического звена и, таким образом, общей нелинейности всей передаточной характеристики механо-электрического прямого разомкнутого измерительного преобразования передаточная функция может быть описана аналитическими моделями общего асимптотического вида

$нх (К) + у > (5) 15 при приведении к вйходу измерительного преобразования его абсолютной аддитивной погрешности Ь или же

v-s„(x ь,)", (6) при приведенйи к входу измерительного

20 преобразования его абсолютной апди-:< тивной погрешности Ь „, где Y — выходной сигнал измерительного преобразования, характеризующий его результат, $ „> и $ „ — приведенные соответственно к входу и выходу нормированные значения крутизны преобразования передаточной характеристики, Х вЂ” измерительный сигнал, и — нормированное значение показателя нелинейности передаточной характеристики: х = х,g + F g ) (<) ) (7) где К „> и Ь„ () — соответственно систематйческая, коррелированная и случайная (некоррелированная) составляющие абсолютных приведенных погрешностей.

С учетом соотношения (7) зависимости (5) и (6) преобразовываются (в конкретном случае предлагаемого спо40 соба) в выражения

Ni В „" <-В (Кр -g (Мп ™о Мпи М ™о

1 1 -В $ -В ГКр -Ф (Мпд ™о в™пл э М + где N „..В " аналоговая или же кодовая в том числе цифровая, форма результата прямого измерения;

$, < — приведенные нормированные значения крутизны переда50 точной характеристики электрического звена;

К, — коэффициенты передачи входного механического звена, т.е, рычага, отношения которых характеризуются асимптотическим условием нормировки (К р, /Кр,, К р,/Кр4 ) - 1, (10) 1366882 тат (23) 3

1 где M „„и М вЂ” с ос тв е т с тв енно мас сы грузоизмерительной платформы и меры;

М вЂ” суммарная масса в ко5 торой М„ — измеряемая, контролируемая масса движущегося груза, т.е. объекта:

=M„„+ М„ (11) 10

Первоначально устанавливают коэффициент Кр< передачи входного механического звена и фиксируют резульл, 15

N, $, (Кр, (M„„™())g (12)

+(д11, +Ъ N,(e.,)g, измерения массы платформы с мерой.

Затем слабо изменяют, в пределах соотношения (10) и на величину, кратную порогу чувствительности элек20 трического звена, коэффициент передачи входного механического звена с

К до К и этим формируют квазира линейную вариацию рабочей точки на нелинейной передаточной характеристике электрического звена, в пределах которой выполняется условие

jdn,J = In, -1! «1. (13)

Результаты измерений характери- 30 зуются следующими квазилинейными зависимостями;

Я $ а (К р, (M n ™e ) p d 1а1 а +

+ Ъ ы,(е)

Nz S ГКра (Mn„™a)J++ (15) 35

f(ÚN,+ d N (t)j

Затем находят первую разность

N> $г (Кр>(Mnn )) Т (дИэ

«+ Ld Н,(C)), N4 $г ГКр (Mg )) (д 11 + (+ i 1 14()).

Затем находят вторую разность

h =N -N - $ (К, -K p )M „„()

+(5N,(t) Х N,(e)), между адекватными результатами измеРений Нэ и,1Я

Далее устанавливают коэффициент

Крэпередачи входного механического звена и фиксируют результат

$э ГКрз (М ™ )) + (д "я + (21)

+(д N,(t,)), измерения суммарной массы с мерой.

Затем слабо изменяют, в пределах соотношения (10) и на величину, кратную порогу чувствительности электрического звена, коэффициент передачи входного механического звена с К до

Кр4 и этим формируют квазилинейную вариацию рабочей точки на нелинейной передаточной характеристики электрического звена в пределах условия (13) и характеризуют результаты измерений следующими квазилинейньвэи зависимостями: м,- я,(к„(M + м.)) (ам,+

5(э)-а г

N 6 $э (K„(M +Мо& Я N + +И. (q)), Затем находят третью разность д, 1 а, а1 $а (Кр Кр2.) (М п ™ь)—

+(дй,(t,) — д N,(Я, (16) между адекватными результатами изме- 40 рений Ы4 и Nz.

Далее при коэффициенте Крz передачи входного механического звена фиксируют результат э Sa (Кpz (Мпм 8 -+jd N Д >,()) Ц У)45 измерения муссы платформы.

Затем слабо изменяют, в пределах соотношения (10) и на величину, кратную порогу чувствительности электрического звена, коэффициент передачи

50 входного механического звена с К до К и этим формируют квазилинейную вариацию рабочей точки на нелинейной передаточной характеристики электрического звена в пределах условия (13)

55 и характеризуют результаты измерения спедующим квазилинейными зависимостями

d = N5-Ng S,(Кр -К 4) (М +М )+ г-(а м,(а,) - а м,(t,)), между адекватными результатами измерений И м и ам 6

Далее при коэффициенте К 4 передаP чи входного механического звена фиксируют результат м,-я,(к„(м )) Ъ(ам,+ь м,(а,))(гя) измерения суммарной массы.

Затем слабо изменяют, в пределах соотношения (10) и на величину, кратную порогу чувствительности электрического звена, коэффициент передачи входного механического звена с К 4 дО

Км и этим формируют квазилинейную вариацию рабочей точки на нелинейной передаточной характеристики электрического звена в пределах условия (13) и характеризуют результаты из66882 о (31) 30

5 13 мерений следующими квазилинейными зависимостями:

N Sq (Кр4(M )7+ +(N,+ 5 Nq(t Я р (26)

N8 S< Кр. (М )) (6 Nz+EN8(1)),(27)

Затем находят четвертую разность которые преобразовывают в зависимосTH

M)) 20

М вЂ” — — — — --М (32) пл х ) (- -- -1)

5qS при следующих условиях нормировки случайных, некоррелированных, составляющих абсолютных приведенных погрешностей: (,(t„))-(3,N,(t,)l;

Й N>(t,.Я-(j N (t< Я;

E NS(t,И-Ср Ne(t ));

7И )- 8(8 Н

Затем решают зависимости (31) и

{32) относительно массы М„ движущегося объекта и после элементарных преобразований приходят к формуле (1) 35

На формулу (1) налагают условия

{3), что приводит к соотношению (2), Далее при любом коэффициенте передачи механического звена, обеспечивающем максимальную чувствительность 40 метода (допустим при К ), фиксируют результаты

З(Крз (M)))) ™ ))+(K 1+ 1гйгЯ 7 34)

N S(K(, (M„„))+(K N+ 3 1Яз{Е )) л (35) 45

З(Крз (Мх)М8 +8 N((t ))j при линейной передаточной характеристике электрического звена, характеризующейся приведенным нормированным значением крутизны S и систематической коррелированной составляющей абсолютной приведенной погрешности

gN =Киг = КЫ, =ЬЫ,. {37)

После чего находят разности 8 7 1)1, Кръ (Мх)+(11з(7) (3ц) з(tç)J;

8 о 4(Рз Р4) Е- (2Ц)

8{ 8) E 7 { t )jp между адекватными результатами измерений N< и Ng.

Далее определяют отношения разностей о (30)

)л)e=N< Из рз(Мо) (4 г(г) (39)

-а11,(с, )), Затем определяют отношение разностей

М + 8 1 (t 2-EN>gt>$$ {4О)

Ы,-Мз М,з (Ь Ы,(,)- ГБ,(,)1

) которое преобразовывают в результат измерения (4) при следующих условиях нормировки случайных, некоррелированных, составляющих абсолютных при-, веденных погрешностей:

)K N, (t,) J - f h N,(t)) и (41) (Ni(tгй (з{ з)) коэффициенты корреляции которых равны, При о тсут с тв ии искус с тв енно в в еденных условий нормировки (33) и (41) предлагаемый способ, как и:: известные способы, относящиеся к косвенным методам измерений, обладают общим недостатком:. зависимостью результатов измерений от случайных, некоррелированных, составляющих абсолютных приведенных погрешностей единственным эффективным методом борьбы с которыми является статистическая обработка результатов многократных прямых измерений N", при которых эта составляющая погрешности уменьшается в N раз.На фиг.1 изображена массоиэмерительная система, состоящая из неподвижных 1 и 2 и подвижной 3 горизонтальных платформы, грузоизмерительной из которых является платформа 3, по которым поступательно перемещается объект 4, воздействие массы.

М которого передается через платформу 3, имеющую массу M è систему рычагов 5 и 6, характеризующуюся коэффициентом К = 1, /l передачи на первичный измерительный преобразователь (ПИП) 7, например пьезодатчик, выходной аналоговый сигнал которого поступает через селективный усилитель 8 на вход специализ иров анной микро-ЭВМ 9 состоящей из последоваУ

5 тельно соединенных аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 10, микропроцессора (МП) ll с запоминающим устройством (ЗУ) и цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 12, выходные анало- .10 говые сигналы которого по команде микропроцессора (МП) 11 подаются на электромагнит 13 включение которого обеспечивает воздействие образцовой массы (M,) 14 на систему рычагов 5 и )5 б, на оконечный индикатор 15, регистрирующий в цифровом визуальном виде результаты основных и промежуточных измерений, и на систему упоров 16—

19 через исполнительный механизм 20 20 их вертикального перемещения с целью поэтапного формирования коэффициентов К передачи рычага 6, т.е. входного звена 6, характеризуемого линейной передаточной функцией, которая 25 совместно с функциональным электрическим звеном 7 — 10 формирует общую нелинейную передаточную характеристику массоизмерительной системы, характеризуемую аналитической моделью З0 (8) или (9).

На фиг.2 изображена структурная схема массоизмерительной системы, на которой перестраиваемое входное механическое звено с коэффициентами

К, передач последовательно соединено с функциональными устройством аналого-цифрового преобразования, в котором К 8 — значения коэффициента передачи электрического функциональ- 4б ного звена, адекватные значениям крутизны его передаточной характеристики S g, характеризуемой показателем и, нелинейности; Nо, > — аддитивные ошибки цифровых кодов N, <, возникающие в процессе прямых измерений. pasличных комбинаций входных измерительных сигналов, формируемых адекватными комбинациями измеряемых масс М, М„„ и М» воздействующих на входное 50 .механическое звено. Аналитическая модель структурной схемы соответствует соотношению (8).

На «фиг.3 изображены передаточная характеристика функционального электрического звена, т.е. аналого-цифрового преобразования (показанного на фиг.l и 2), на которой К р, (М„„+М ), Кр (М „+М ), Кр2 М пд ф Кр М д4 и т,п, 7 1366882 измерительные сигналы элек трического звена, формируемые на выходе входного механического звена; S, S, S, S4 — значения крутизны передаточной характеристики на ее кваэилинейных участках соответственно 1 — 2,3—

4,5 — 6,7 — 8; N, < — результаты измерений, т.е. выходные сигналы электрического аналого-цифрового звена.

Пример осуществления предлагаемого способа на массоизмерительной системе, изображенной на фиг.l.

Первоначально вводят в запоминающее устройство (ЗУ) МП 11 микро-ЭВМ

9 общий алгоритм измерения движущегося объекта 4, нормированную передаточную характеристику (фиг.3); формулы (1) и (2) вычисления массы М„ движущегося объекта 4 (по результатам прямых измерений промежуточных вычислений).

Затем по команде микро- ЭВМ 9 с помощью исполнительного механизма 20 устанавливают упор !6 входного механического звена рычага 6 и включают электромагнит 13.

Затем при нахождении движущегося объекта 4 в позиции А на неподвижной платформе I фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы (Мщ+ М ) и с помощью микро-ЭВМ 9 вычисляют нормированное значение крутизны S> iперецаточной характеристики (фиг.3), которое вводят в ЗУМП 11.

Далее по команде микро-3BN 9 с помощью исполнительного механизма 20 устанавливают упор 17 рычага 6 и с помощью исполнительного механизма 20 устраняют упор 16 рычага 6.

Затем (при нахождении объекта 4 в позиции А) фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы (М„„+М ), с помощью микро-ЭВМ 9 повторно вычисляют нормированное значение крутизны S и при его совпадении с первоначально вычисленным значением в пределах асимптотического условия нормировки

j0 (42) определяют первую разницу между результатами прямых измерений, значение которой вводят в ЗУМП 11.

Затем по команде микро-ЭВМ 9 отключают электромагнит 13. Далее (при нахождении объекта 4 в позиции А) фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы М„„ и с помощью микро-ЭВМ

9 вычисляют нормированное значение крутизны S, передаточной характе10

1366882

9 ристики (фиг. 3), которое вводят в

ЗУМП 11.

Затем по команде микро-ЭВМ 9 и с помощью исполнительного механизма 20

5 устанавливают упор 16 рычага 6 и уетраняют упор 17 рычага 6.

Затем (при нахождении объекта 4 в позициИ А) фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы М „„, с помощью микро-ЭВМ 9 повторно вычисляют нормированное значение крутизны S „ и при его совпадении с первоначально

l вычисленным значением в пределах асимптотического условия нормировки !

S,, — S,,)-0, (43) определяют вторую величину между результатами прямых измерений, значение которой вводят в ЗУМП 11..

Далее по команде микро-ЭВМ 9 вклю- 2р чают электромагнит 13 и с помощью исполнительного механизма 20 устанавливают упор 18 рычага 6 и устраняют упор 16 рычага 6.

Затем (при нахождении объекта 4 в 25 позиции В) на грузоизмерительной платформе 2 фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы (М „+M +Ì ) и с помощью микро-ЭВМ 9 вычисляют нормированное значение крутизны 8 пере- Зд даточной характеристики (фиг.,, которое вводят в ЗУМП 11.

Затем по команде микро-3ВМ 9 и с помощью исполнительного механизма 20 устанавливают упор 18 рычага 6 и устраняют упор 18 рычага 6.

Далее (при нахождении объекта 4 в позиции В) фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы (Мц„+М»+М„), с помощью микро-ЭВМ 9 повторно вычис 4р ляют нормированное значение крутизны $ и при его совпадении с первоначально вычисленным значением в преде.лах асимптотического условия нормиДалее по команде микро-ЭВМ 9 и с помощью исполнительного механизма 20 устанавливают упор 18 рычага 6 и устраняют упор 19 рычага 6.

Затем (при нахождении объекта 4 в позиции Б), фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы (M +Ì„), с помощью микро-3ВМ 9 повторно вычисляют нормированное значение крутизны S > и при его совпадении с первоначально вычисленным значением в пределах асимптотического условия нормировки 84-(84-в I 0 (45) определяют четвертую разницу между результатами прямых измерений, значение которой вводят в ЗУМП !1, Затем микро-3ВМ 9 проверяет выполнение условий (3) и при их соблюдении вычисляют определяемую (контролируемую) массу М„ движущегося объекта 4 по формуле (2). При не выполнении условий (3) микро-ЭВМ 9 проводит конечное (итоговое), вычисление по соотношению (1).

Далее по команде микро-ЭВМ 9 индицируется результат определения массы М» движущегося объекта 4 на цифровом оконечном индикаторе 15.

Затем по команде микро-ЭВМ 9 и с помощью исполнительного механизма 20 устраняют упор 18 рычага 6.

На этом процесс массоизмерения (массоконтроля) с использованием системы, изображенной на фиг.1, имеющей передаточную характеристику, изображенную на фиг.3 прекращают. При несоблюдении в процессе массоизмерения (массоконтроля) любого из условий нормировки (42) - (45) измерительный процесс прерывают и проводят регулировку массоизмерительной системы. ровки 45 ! 8,,— S,, j-о, (44) определяют третью разницу между результатами прямых измерений, значение которой вводят в ЗУМП 11, Затем по команде микро-ЭВМ 9 отк 5О лючают электромагнит 13.

После чего (при нахождении объекта 4 в позиции Б), фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы (M„„+M „) и с помощью микро-3ВМ 9 вычисляют.нормированное значение крутизны 84, передаточной характеристики (фиг,3), .которое вводят в ЗУМП 11.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ измерения массы, заключающийся в измерении суммарной массы измеряемого объекта и массы грузоприемной платформы совместно с эталонной массой и без нее, вычислении разностей результатов смежных измерений и вычисления массы по заданной формуле, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности, устанавли-, вают первый коэффициент передачи входного механизма весоизмерительной системы, присоединяют эталонную массу к грузоприемной платформе и проводят первое измерение — массы платформы с присоединенной к ней эталонной массой, затем устанавливают второй коэффициент передачи и проводят второе измерение — вновь измеряют массу платформй с эталонной массой, .производят вычисление разности первого и второго измерений, после этого отсоединяют эталонную массу и проводят третье измерение — массы платформы, после чего вновь устанавливают первый коэффициент передачи и проводят четвертое измерение — повторно измеряют массу платформы, вычисляют разность между результатами четвертого и третьего измереньи, затем устанавливают третий коэффициент передачи, присоединяют эталонную массу к платформе и проводят пятое измерение — суммарной массы объекта, платформы и эталонной массы, после чего устанавливают четвертый коэффициент передачи и выполняют шестое измерение — повторно измеряют суммарную массу, вычисляют разность результатов пятого и шестого измерений, затем отсоединяют эталонную массу и проводят седьмое измерение — массы объекта и платформы, повторно устанавливают третий коэффициент передачи и провэ1

Ф

Г, 1

1"

1366882 дят восьмое измерение — вновь измеряют массу объекта и платформы, вь числяют разность результатов восьмого и седьмого измерений, причем коэффициенты передачи устанавливают такими, чтобы отношение первого из них к второму и отношение третьего к четвертому были бы близкими к единице, но не равны ей, а массу М„ объекта определяют по формуле

Ь,4+ 8г з — "г з8 8+

М (I,, S,-a,S, (ь, S4 — ь+ S, где g,, 6,, Ь и Ь вЂ” разности соответ15 ственно между первым и вторым, чет-, вертым и третьим, пятым н шестым, восьмым и седьмым

20 измерениями;

S,,S,S и S -- нормированные значения крутизны преобразования передаточной характеристики входного механизма, сформированные изменени- ями коэффициентов передачи;

30 И вЂ” величина эталонЦ ной массы

1366882

Составитель В.Ширшов

Редактор А.Ренин Техред М.Моргентал Корректор А.Тяско

Заказ 521 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4 и

° ЯМЗ а 4