Устройство для измерения массы

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для тензометрических преобразований неэлектрических величин в условиях переменньк температур. Целью изобретения является повышение точности измерения массы. В течение вспомогательного цикла измерения входное напряжение мостового тензодатчика 1 поступает через резисторы 9 и 10 на прямые входы дифференциальньге усилителей .6 и 7. Компенсация постоянной составляющей измеряемого напряжения производится потенциометрами 4 и 5, подключенными к источнику 2 питания. С выходов дифференциальных усилителей 6 и 7 снимается сигнал, пропорциональный температурным изменениям входного напряжения. Э.тот сигнал проходит резисторы I 1 и 12, усиливается операционным усилителем 8, зашунтированным резистором 13, и поступает через ключ 16 на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) I7. Микропроцессорное вычислительное устройство (МВУ) 14 помещает полученные от АЦП 17 темперах турные изменения в свою память. В те-щ чение основного цикла измерения на вход МВУ 14 подается через дифференциальный предусилитель 3, ключ 15 и АЦП 17 сигнал тензодатчика 1, пропорциональный измеряемой массе груза. По окончании основного цикла измерения МБУ 14 осуществляет коррекцию погрешностей измерения. 1 ил. Mssaa СВЕЗЯ

СОЮЗ СОБЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С О! С 3/18 G 01 R 17/Щ1

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ьЛ

ГОСУДAPCTBEHHblA НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

j(2I) 4093421/24-!О ..: (22) 23.06.86 (46) 07.11.88.Бюл. К 4) (72) 1О.П.Мирюк, А.А.Волынкин и 1О.Л.Полунов (53) 681.269 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 469090, кл.С 01 R 17/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

Р 1195261, кл. G 01 R 1?/00, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для тензометрических преобразований незлектрических величин в условиях переменных температур.

Целью изобретения является повьппение точности измерения массы. В течение вспомогательного цикла измерения входное напряжение мостового тензодатчика 1 поступает через резисторы 9 и 10 на прямые входы дифференциальных усилителей .6 и 7. Компенса„„SU„„1435949 А 1 ция постоянной составляющей измеряемо го нагряжения производится потенциометрами 4 и 5, подключенными к источнику 2 питания. С выходов дифференцчальных усилителей 6 и 7 снимается сигнал, пропорциональный температурным изменениям входного напряжения.

Этот сигнал проходит резисторы. II и 12, усиливается операционным усилителем 8, зашунтированным резистором 13, и поступает через ключ 16 на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 17. Микропроцессорное вычислительное устройство (МВУ) 14 помещает полученные от АЦП 17 температурные изменения в свою память. В течение основного цикла измерения на вход МВУ 14 подается через дифференциальный предусилитель 3, ключ 15 и

АЦП 17 сигнал тензодатчика 1, пропорциональный измеряемой массе груза.

По окончании основного цикла измерения МВУ. 14 осуществляет коррекцию погрешностей измерения. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может бь ть исполь-зовано для тензометрических преоб/ разований незлектрических вели ин в условиях переменных темпер,":.ryp.

Целью изобретения является повышение точности измерения массы, На чертеже приведена блок-схема ,.устройства. 10

Устройство содержит мостовой тен, зодатчик 1, источник 2 пи анин, диф;ференциальный предусилитель 3„. двв потенциометра ч и 5, два,;ифферен-= циальных усилителя 6 и 7.„ суммирую-= . щий усилитель 8, пять резисторов 9.1 3 микропроцессорное вычислительное устройство 14, два ключа 15 и 16 и аналого-цифровой преобраэовател;: (АЦП) 17. 20

Вершины питающей и иэмерительчой диагоналей тенэодатчика 1 подключены соответственно к зажимам источника

:2 питания и к входам предусилителя 3, Выходные зажимы источника 2 питания соединены параллельно с неподвижными выводами первого и второго потен-циометров ч и 5, подвижные выводы которых подключены соответственно к ,инверсным входам первого и второго

3о усилителей 6 и 7, выходы которых сое:, динены соответственно чер..=:э первый и второй резисторы с входом усилителя, 8, а прямые входы первого и второго усилителей 6 fi 7 TiopKTlko F" i coc!TBeT T 35 венно через третий и четв =pòûé резис-. торы 9 и 10 к вершина::.i измерительной диагонали тензодат-".ива 1. Бьход предусилителя 3 подключен к и=-рному входу первого ключа 15, выход кото- 40 рого объединен с выходом в горого ключа

16 и соединен с НхорОМ А1ц. . 17, подключенного своими информацис;-:ным и уг. равляющиы выходами соотзетст:, ен:-:{i iк Gg— ноименным входам микропроцессарногG вычислительного устройств =- КВУ) 1ц

Выход усилителя 8 соединен через резистор 13 со своим входо. . н подключен к первому входу второго люча 16, второй вход которого объединен с в :."о- )О

pbbs входом первого zлюча 1 5 динен с управляющим выходом ь"БУ 14, Устройство работает с:- .едуюшим образом.

При нормальных условиях окружаю щей среды производится калибровка устройства, измерение íà-.р,."iüíñãG дифференциально:о сигнала тенэодатчика 1 и измерение постоянной составляющей синфазного сигнала тензодатчика 1, Дифференциальным сигналом тензодатчика 1 считается разность потенциалов вершин измерительной диагонали тензомоста датчика 1, После калибровки функция преобразования тензодатчика имеет вид:

U(m) - Uб + ать,(q — 20) +

+ S m + д8 (Q-20)m

1 где П(а) — величина дифференциального чапряжения на выходе тензодат"

Б„+ чика 1;

- 11 о(Я-20) — начальный дифференциальный сигнал при нормальных условиях и его температурный дрейф (аддитивная составляющая); — температура окружаю- щей среды;

S +ËSЯ-20) — чувствительность тензомоста тензодатчика 1 при нормальных условиях и его температурный дрейф (мультипликативная составляющая);

m — измеряемая масса груза.

Синфаэным сигналом тензодатчика 1 считается наименьшее из выходных напряжений плеч тензомоста датчика 1.

Тенэомост датчика 1 представляет собой полный мост с четырьмя активными плечами и двумя дополнительными терморезисторами компенсации температурных изменений чувствительности тензодатчика К, и Rg . В общем виде для синфазного сигнала справедливо:

Цс Ucpo+ Псф (m) + DUc< (11-20) ) (1) где U ь — постоянная составляющая синфаэного сигнала тензо-.. датчика ненагруженных ве сов при нормальных условиях окружающей среды;

U<<(m) — изменение синфаэного сигнала в зависимости от измеряемой массы груза;

М cp(g-20)-изменение синфазного сигнала в зависимости от температуры окружающей среды.

1435949

О, шн= Us E,(m)

-20) — S m о H с> R 0((A R t (х (0-20) х (О )» (2)

1О где Л R,=R 1,—

24 кг, 1 сопротивления компенсационных терморе(5 эисторов в цепи питания тензодатчика при нормальных условиях; изменение сопротивления плеч тензомоста, пропорциональ20 ное измеряемой массе груза относительно своего номиналького значения Кс;

25 температурный коэффициент сопротивления компенсационного терморезистора.

Составляющая синфазного сигнала

30 тензодатчика 1, пропорциональная d R, может быть скомпенсирована, если принять во внимание тот факт, что относительные изменения тензорезисторов смежных плеч тензомоста тензодатчика

1 имеют разные знаки.

Полученные в процессе предварительных калибровки и измерений при нормальных условиях окружающей среды результаты измерений преобразуют в цифровые коды N (m), N Nсф.„ про40 порциональные номинальному значению измеряемой массы груза m „, начальному дифференциальному сигналу тензодатчика 1(с и постоянной составляющей синфазного сигналя U,4,, соответствен45 но.

Для ненагруженного устройства при температуре окружающей среды Q < соответствующей верхнему пределу рабочего диапазона изменения температуры, изме-5 ряют аддитивную составляющую температурной погрешности AUО(0 — 20)

= U(0 )-U и температурное изменение с( синфазного сигнала тенэодатчика

5 (3) д Ncg.и

l dNс -,1 измерения синфазное выходное напряжение тензомоста тенэодатчика 1, которое равно наименьшему из выходных

0 напряжений.плеч тензомоста тензодатчика 1,.поступает через резистор 9 токовой развязки на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 6, на инвертирующий вход которого с

5 движка потенциометра 4 подается напряжение компенсации постоянной составляющей синфазного напряжения тензодат-. чика 1. Так как выражение (2), характеризующее синфазное напряжение тенИэ рассмотрения схемы тенэодатчика 1 (фиг.1) выражение (1) при.водится к виду:

Un (dRto Un

1х

2(Ro+ R ) и, Ц 4 =11 — Ц

Un с . B сФ,B -с,о

dR(с с((Q 20) х

R„+ R2-, производят нагружение весов грузом номинальной массы ш и измеряют мульн типликативную составляющую температурной погрешности

Результаты предварительных измерений при 0 преобразую г в,цифровые л ь

HEI АБО (Г1в- 20), cl N с < EI д S (Q в-20)III„ соответственно.

При взвешивании неизвестной массы "ðóçÿ m (ш н в условиях переменных температур получение цифрового кода NE((m), соответствующее m, производят по преобразованному в цифровой код Ин(m) результату измерения дифференциального сигнала тенэодатчика

U„(m) и преобразованному в цифровой код AN,> „ последнему иэ результатов периодического измерения температурного изменения синфаэного сигнала тензодатчика I1U(.w,(E = Uce n- UIc4 о, испсльзуя следующее выражение:

N((m) = N„(n)-N, + (ЛИ, (ЛИ; И(((тп) 1 д с(сф н

Nu(m) - !д N=4 s! где N>(III) = N„(m) — N,+ ЛN

Результат измерения дифференциального сигнала тенэоцатчика 1, пропорциональный измеряемой массе груза с коррекцией температурной погрешности, вычисляется по результатам основного цикла измерения и последнего вспомогательного из проводимых периодически циклов измерения.

В течение вспомогательного цикла зодатчика 1, содержит составляющую„ пропорциональную 2 К, то для компенсации этой составляющей выходное напряжение противоположного полумоста тензодатчика 1 поступает на прямой вход дифференциального усилителя 7 с соответствующей компенсацией постоянной составляющей по инвертирующему входу с помощью потенциометра 5. Компенсация изменений синфазйого сигнала„ пропорциональных д R или измеряемой массе груза,-, осуществ-ляется на входе усилителя 8 путем

Суммирования с определенными коэффи- 15 циентами передачи синфазного напряжения тензодатчяка 1 и выходного напряжения противоположного полумоста тензодатчика 1.,имеющих разные знаки этих изменений. Усилители 6 и 7, уся- 20 литель 8, потенциометры 4 и 5 и ðåзисторы 9 — 13 образуют устройство

Выделения температурных изменений синфазного сигнала, выходное напряжение которого пропорционально " åì.ïåðàòóð- >б ному изменению сянфазного напряжения тензодатчяка 1, определяемому третьим слагаемым в выражения (1?:

Ц и Л R o (g-20) сф и 4 р ь.р с 2 1с (4? где К вЂ” коэффициент пропорциональности (усиления?.

Ключ 16 подключает при наличия низкого уровня управляющего сигнала на управляющем выходе МВУ 14 выход усилителя 8 к выходу АЦП l7, который преобразует Ucy y в цифровой код И и производит выдачу полученного кода 40 на вход МВУ 14 в момент появления на своем управляющем выходе сигнала, соответствующего концу преобразования, МВУ 14 помещает полученный от АЦП код Nq@, в определенную область своего оператявнсго запоминающего устройства (ОЗУ), Таким образом, по око---анни вспо-. могательного цикла измерения в ОЗУ 5О

МВУ хранится код N, ;., со.-.тветствующий температурному изменению выходного синфазного напряжения тензодатчика 1, величина которого однозначно характеризует изменение температуро-зависимых параметров передаточной функции тензодатчяка 1 по отношению к нормальным условиям окружающей среды.

U „(m) = и +аП,(Е-20)+8 ш +Д S(Q-20) m, (5) где U@+ BU (Я-20) - начальный дифференциальный сигнал при нормальных условиях и его .температурный дрейф (аддитивная составляющая); температура окружающей среды;

S + d S (g""20) — чувствительность тензодатчика при нормальных условиях окружающей среды и его температурный дрейф (мультипликативная составляющая)1

АЦП 17 преобразует усиленный дифференциальный сигнал тензодатчика 1

U„(m) в цифровой код М,(m), который при появлении на управляющем выходе

АЦП 17 управляющего сигнала поступает на вход МВУ 14. По окончании основного цикла измерения МВУ 14 осуществляет коррекцию аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности измерения Un(m) по следующей формуле:

Ng (m) No+ (! 1о +

ClN s Nu(m) q dN q <

1 (6)

N(m) tаN, 1

rpe N > (m) — цифровой код, соответствующий номинальной массе груза mH, записанный в определенную область постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) МВУ !4;

В течение основного цикла измерения при наличии высокого- уровня управляющего сигнала с .управляющего выхода ИВУ 14 к входу АЦП 17 через ключ 15 подключается выход предусилителя 3, который усиливает дифференциальный сигнал тензодатчика 1 U(m), пропорциональный измеряемой массе груза m, в соответствии со своей функцией преобразования; 1 1о

JN з

14359 цифровои код, соответст-вующий начальному дифференциальному сигналу тензодатчика 1 Uo измеренному после калибровки весов при нормальных условиях окружающей среды, записанный в определенную область

ПЗУ МВУ 14, цифровой код, соответствующий аддитивной составляющей температурной погрешности

Ш, (q,-20)-U(q,)-U, „ измеренной у ненагруженного устройства, при температуре окружающей среды, равной верхнему пределу рабочего,диапазона изменения температуры Q ),,saписанный в ПЗУ МВУ 14; цифровой код, соответствующий мультипликативной составляющей температурной погрешности

Л $ (ОВ 20)m>=U вн U o

-dU„(Qs20) — S „Hýìå- Зо ренной у нагруженного устройства грузом номинальной массы m>, и температуре окружающей среды, равной верхнему пределу рабочего диапа-. .-зона изменения температу« ры весов О, записанный в ПЗУ МВУ 14;

40 и (.) -я+ли

dN c,t и о о цифровой код, соответствующий температурно- 45 му изменению аинфаэного напряжения тенэодатчика 1, измеренному при температуре окружающей среды, равной верхнему пределу рабочего диапазона изменения температуры весов Qg„ записанный в ПЗУ МВУ 14.

56

Таким образом, характер изменений

U и S,.зависящий от изменений температуры окружающей среды>позволяет повысить точность измерения.

49

Устройство реализовано на интегральных микросхемах серий К 564, К 140 и К 580. В качестве тензодатчика 1 используется, датчик типа.

ДСТ, в качестве усилителей 6,7 и 8микросхемы К140УД14, в качестве ключей 15 и 16 — микросхема К590КН7, Источник 2 питания и предусилитель Э реализованы на микросхемах серии

К140 по стандартным схемам. В качест" ве А4Н 17 используется. микросхема

К572ПВ1, а в качестве МВУ 14 - мини—

ЭВМ "Электроника Kl-IO" или микросхе ма К1816ВМ48. Резисторы 9-13 являются резисторами типа С2-29Б, Ф о р м у л а изобретения

Устройство для измерения массы, содержащее источник питания, дифференциальный предусилитель, аналогоцифровой преобразователь и мостовой тензодатчик, вершины питающей и измерительной диагоналей которого подклю« чены соответственно к зажимам источника питания и к входам дифференциального предусилителя, о т л и ч а ющ е е с я - тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены микропроцессорное вычислительное устройство, два потенциометра, пять резисторов, два ключа, два дифференциальных и один суммирующий усилители, причем выходные зажимы источника питания соединены параллельно с неподвижными выводами первого и второго потенциометров, подвижные выводы которых. подключены соответственно к инверсным входам первого и второго дифференциальных усилителей, выходы которых соединены соответственно че- . рез первый и второй резисторы с входом суммирующего усилителя, à прямые входы первого и второго дифференциальных усилителей подключены соответственно через третий и четвертый резисторы к двум вершинам измерительной диагонали мостового тензодатчика, выход дифференциального предусилителя подключен к первому входу первого ключа, выход которого объединен с выходом второго ключа и соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, подключенного своими информационным и управляющим выходами соответственно к одноименным входам микропроцессорного вычислительного устройства, выход суммирующего усилителя соединен через пятый резистор со сво9 1435949 10 им входом и подключен к nepsoMy входу. ключа и соединен с управляющим вывторого ключа, второй вход которого, ходом микропроцессорного вычислительобьединен с вторыми входом первого ного устройства.

Составитель С,Шахин

Редактор С.Пекарь Техред М.Дндык Корректор Э.Лончакова

Закаэ 5635/40 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул, Проектная, 4