Автоматические весы с электромагнитным уравновешиванием

 

Изобретение относится к весоизмерительной технике. Целью изобретения является повьшение точности взвешивания. Для этого коромысло 1 выполнено в виде двух параллельных электропроводяЕцИХ изолированных друг от друга стержней 2 и 3 и подвешено на электропроводящих растяжках 4 и 5. Электромагнитный компенсатор при этом вьтолнен в виде двух неподвижно закрепленных на основании весов электромагнитов 8 и 9 переменного тока, в зазорах между полюсами которых расположены соответственно две подвижные уравновешивающие катуш2си 6 и 7, жестко прикрепленные к подвешенному на растяжках 4 и 5 коромыслу 1 симметрично относительно его оси вращения. При наложении груза 12 на чашку 11 коромысло 1 отклоняется от положения равновесия. Взаимное положение катушки 6, одновременно являющейся генераторной, и приемной катушки 16 преобразователя отклонения изменяется, в результате чего переменный магнитньй поток касл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ соцИАлистичесних

РЕСПУБЛИК

„.80„„446483 А1 (511 4 С 01 G 7/04

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР Р г.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВРЩЕТЕЛЬСТВУ (21) 4206055/24-10 (22) 15. 10.87 (46) 23. 12.88. Бюл. Р 47 (72) Л.В.Лебедева, А.И.Синяков и А.П.Щелкин (53) 681.269 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1040342, кл. G 01 G 7/04, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N - 1303837, кл. G 01 G 7/04, 1985. (54) АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЕСЫ С ЭЛЕКТРОMAI HHTHbIN YPABH0BEiiIHBAHHEM (57) Изобретение относится к весоизмерительной технике. Целью изобретения является повышение точности взвешивания. Для этого коромысло 1 выполнено в виде двух параллельных электропроводящих изолированных друг от друга стержней 2 и 3 и подвешено на электропроводящих растяжках 4 и 5. Электромагнитный компенсатор при этом выполнен в виде двух неподвижно закрепленных на основании весов электромагнитов 8 и 9 переменного тока, в зазорах между полюсами которых расположены соответственно две подвижные уравновешивающие катушки б и 7, жестко прикрепленные к подвешенному на растяжках 4 и

5 коромыслу 1 симметрично относительно его оси вращения. При наложении груза 12 на чашку 11 коромысло 1 отклоняется от положения равновесия.

Взаимное положение катушки 6, одновременно являющейся генераторной, и приемной катушки 16 преобразователя отклонения изменяется, в результате чего переменный магнитный поток ка1446483 тушки 6 наводит в катушке 16 пере" менную ЭДС, вызывающую протекание по ее виткам тока, частота которого равна частоте возбуждаемого сигнала на выходе генератора 25 высокой частоты.

Сигнал высокой частоты выделяется с помощью избирательного усилителя

17 и подается на вход фазового детектора 18, который преобразует сигнал отклонения высокой частоты в сигнал отклонения постоянного тока.

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для точных взвешиваний при проведении исследований и количественных анализов. 5 о

Целью изобретения является повышение точности взвешивания.

На чертеже изображена конструктивная схема весов.

Весы содержат коромысло 1, состоя- 10 щее из двух параллельных электропроводящих изолированных друг от друга стержней 2 и 3, которое подвешено на электропроводящих растяжках 4 и 5. К коромыслу 1 симметрично

15 относительно его оси вращения жестко прикреплены две идентичные уравновешивающие катушки 6 и 7, расположенные в зазорах между полюсами электромагнитов 8 и 9, закреплен20 ных на основании весов. Катушки 6 и

7 являются подвюкными, а электромагниты 8 и 9 неподвижными элемента ми электромагнитного компенсатора.

К одному из плеч коромысла 1 на подвеске 10 подвешена грузоприемная чашка 11 с грузом 12. К другому плечу на подвеске 13 подвешена чашка 14 для уравновешивающих гирь 15. Преобразователь отклонения состоит из неподвижно закрепленной на основании весов приемной катушки 16 и генераторной катушки, в качестве которой используется одна иэ неподвижных уравновешивающих катушек, например 35

6. Приемная катушка 16 расположена рядом с подвижной уравновешивающей катушкой 6 так, что ее магнитная ось (прямая, перпендикулярная плос40

Далее сигнал поступает на информационный вход модулятора 19, который преобразует сигнал постоянного тока в гармонический сигнал переменного тока низкой частоты, который в свою очередь через фазовращатель 27, регистратор 26 поступает в катушки 6 и 7. В результате возникают силы, возвращающие коромысло 1 в исходное положение. 1 ил. кости витков катушки и проходящая через ее геометрический центр) перпендикулярна магнитной оси подвижной уравновешивающей катушки 6 и проходит через центр симметрии последней.

Приемная катушка 16 подключена к входу избирательного усилителя 17, выход которого через фазовый детектор 18 и модулятор 19 подключен к усилителю 20. Выход генератора 21 низкой частоты соединен с управляющим входом модулятора 19 и усилителем 22 мощности, к выходу которого параллельно подключены намагничивающие обмотки 23 и 24 электромагнитов

8 и 9, Подвижные уравновешивающие катушки 6 и 7 через электропроводящие стержни 2 и 3 коромысла 1 и электропроводящие растяжки 4 и 5 параллельно подключены к генератору

25 высокой частоты, а через регистратор 26 и фазовращатель 27 — к выходу усилителя 20.

Весы работают следующим образом, После включения весов сигнал с выхода генератора 25 высокой частоты поступает в подвижные уравновешивающие катушки 6 и 7, при этом катушки 6 одновременно является генераторной катушкой преобразователя от" клонений. Протекающий по проводам катушек 6 и 7 ток высокой частоты создает вокруг них переменное магнитное поле.

Переменный магнитный поток, создаваемый током высокой частоты, протекающим по стороне катушки 6, находящейся вблизи приемной катушки 16, !

446483 пересекает плоскость витков последней. Однако вследствие того, что в положении равновесия коромысла 1 магнитная ось приемной катушки 16 пер5 пендикулярна магнитной оси подвижной уравновешивающей катушки 6 и проходит через центр ее симметрии, суммарный магнитный поток, пронизывающий плоскость витков приемной катуш-- ip ки 16, равен нулю. Одновременно после включения весов гармонический сигнал с выхода генератора 21 низкой частоты подается на усилитель 22 мощности, усиливается им и посту- 15 пает на параллельно подключенные намагничивающие обмотки 23 и 24 электромагнитов 8 и 9. В зазорах между полюсами электромагнитов 8 и 9 возникает переменное магнитное поле 2р низкой частоты, амплитуда индукции которого пропорциональна амплитуде переменного тока в обмотках 23 и 24, а частота равна частоте сигнала на выходе генератора 21 низкой частоты. 25

При наложении груза 12 на чашку

11 коромысло 1 отклоняется от положения равновесия. Взаимное положение подвижной уравновешивающей катушки 6, одновременно являющейся генера- З0 торной, и приемной катушки 16 изменяется, вследствие этого переменный магнитный поток катушки Ь наводит в приемной катушке 16 переменную

ЗДС, вызывающую протекание по ее виткам тока, частота которого равна частоте возбуждающего сигнала на выходе генератора 25 высокой частоты.

Амплитуда тока высокой частоты, возникающего в приемной катушке 16, 40 пропорциональна углу отклонения коромысла 1 от положения равновесия, а его фаза зависит от направления перемещения (вниз или вверх) плеча коромысла, к которому прикреплена 45 катушка 6. При отклонении коромысла

1 вверх фаза сигнала изменяется на о

180 по отношению к сигналу при его отклонении вниз.

Сигнал отклонения высокой частоты, О возникающий в приемной катушке 16, амплитуда которого пропорциональна углу отклонения коромысла 1 от положения равновесия, вы;еляется с помощью избирательного усилителя 17 и подается «а вход фазового детектора

18. Амплитуда сигнала постоянного тока на выходе, иэового детектора 18 пропорциональна амп ьптуде сигнала тока высокой частоты, поступающего на его вход, à его полярность определяется фазой входного сигнала.

Фазовый детектор 18 преобразует сигнал отклонения высокой частоты в сигнал отклонения постоянного тока, С выхода фазового детектора 18 сигнал отклонения поступает на информационный вход модулятора 19.

Модулятор 19 преобразует сигнал отклонения постоянного тока в гар" монический сигнал переменного тока низкой частоты, амплитуда которого пропорциональна уровню сигнала отклонения постоянного тока, частота равна частоте гармонического сигнала, поступающего на управляющий вход модулятора 19 с выхода генератора 21 низкой частоты, а фаза определяется направлением перемещения (вниз или вверх) плеча коромысла 1.

Усилитель 20 усиливает поступающий на его вход модулятора 19 сигнал отклонения переменного тока низкой частоты.

Усиленный сигнал переменного тока низкой частоты с выхода усилителя 20 через фазовращатель 27, регистратор

26, электропроводящие растяжки 4 и 5 и стержни 2 и 3 поступает в подвижные уравновешивающие катушки 6 и 7.

В результате взаимодействия переменных токов низкой частоты, протекающих по подвижным уравновешивающим катушкам 6 и 7, расположенным в зазорах между полюсами электромагнитов

8 и 9, с магнитными индукциями переменного поля такой же частоты возникают силы, дейсгвующие на подвижные уравновешивающие катушки 6, 7 и возвращающие коромысло 1 весов в близкое к исходному положение. равновесия.

Среднее значение уравновешивающей силы Fc, действующей на каждую иэ катушек 6 и 7, пропорционально амплитудному (действующему) значению протекающего по ним тока, следовательно, амплитудному (действующему) значению тока на выходе усилителя

20, а значит углу отклонения коромысла 1 от положения равновесия.

Направления действия сил зависят от напр!1!!ле!!!!!! токов в катушках 6 н 7 и векторов магнитных индукций между полюсамп электромагнитов S и 9. 1 ак как фа /ы токо!! ll (ра:1ы мл ll!!т1llí. . l!! 1;! УГ

1446483

У

BHHKIH Заказ 6739/46 Тираж 717

Подписное ций меняются одновременно, направления действия сил не изменяются.

Мгновенные же значения сил изменяются от нуля до максимального с удвоенной частотой. Однако циклическое изменение сил с частотой в несколько десятков (и выше) Гц в силу инерционности коромысла 1 не приводит к его раскачиванию и не нарушает нор- . мальной работы весов. Полярности подключения подвижных уравновешивающих катушек 6 и 7 и намагничивающих обмоток 23 и 24 электромагнитов

8 и 9 выбираются таким, чтобы силы, действующие на каждую яз катушек 6 и 7, создавали механические моменты одного знака, стремящиеся возвратить коромысло к положению равновесия.

В таком случае на коромысло действует уравновешивающее усилие, равное

2" ср ° .

Исключение фазовых сдвигов между токами и магнитными индукциями обеспечивает получение максимального уравновешивающего усилия при выбран» ных параметрах компенсатора.

В процессе работы весов по подвижным уравновешивающим катушкам 6 и 7 одновременно протекают токи двух частот: высокой, поступающей с выхода генератора 25 высокой частоты, и низкой, поступающей с выхода усилителя

20. При этом амплитуда токов высокой частоты не изменяется со временем, а амплитуда токов низкой частоты пропорциональна углу отклонения коромысла 1 от положения равновесия и несет информацию о массе взвешиваемого груза. Токи высокой частоты, протекающие по катушкам 6 и 7, также взаимодействуют с магнитными индукциями переменного поля низкой частоты электромагнитов 8 и 9. Однако поскольку частота изменения этих токов по крайней мере в несколько тысяч раэ выше частоты изменения магнитной индукции, последнюю можно считать квазистационарной. Поэтому среднее за период значение силы взаимодействия токов высокой частоты с магнитными индукциями низкой частоты равно нулю.

Произв.-полигр. пр-тие, г.

Формула. изобретения

Автоматические весы с электромаг" нитным уравновешиванием, содержащие коромысло, преобразователь отклонения с приемной катушкой и генераторной катушкой, которая подключена к генератору высокой частоты, генератор низкой частоты, модулятор, усилитель, фазовращатель, усилитель мощности и электромагнитный компенсатор, выполненный в виде неподвижно закрепленного на основании электромагнита переменного тока и подвижной

15,уравновешивающей катушки, о т л и— ч а ю щ и е с я тем, что, с целью повышения точности взвешивания, в них введены электропроводящие растяж. ки, избирательный усилитель, фазовый детектор, неподвижно закрепленный на основании второй электромагнит переменного тока, вторая подвижная уравновешивающая катушка, идентичная первой, коромысло выпол25 нено в виде двух параллельных электропроводящих изолированных друг от друга стержней, один из которых электрически связан с началами подвижных уравновешивающих катушек и

30 одной иэ растяжек, а другой — с их концами и второй растяжкой, при этом подвижные уравновешивающие ка-, тушки жестко прикреплены к подвешенному на электропроводящих растяжках коромыслу симметрично относительно

его оси вращения и расположены в зазорах между полюсами электромагнитов, приемная катушка преобразователя отклонений расположена с воэможностью

40 магнитного взаимодействия с одной нз подвижных уравновешивающих катушек и подключена к входу избирательного усилитеЛя, выход которого через фазовый детектор и модулятор подключен

45 к усилителю выход генератора низь кой частоты соединен с управляющим входом модулятора и усилителем мощности, к выходу которого параллельно подключены намагничивающие обмотки

50 электромагнитов, подвижные урав новешивающие катушки через электропроводящие стержни и электропроводящие растяжки параллельно подключены к генератору высокой частоты и через регистратор и фаэовращатель — к выходу

55 с ил ит ел я .

Ужгород, ул. Проектная, 4