Весы с электромагнитным уравновешиванием

 

Изобретение относится к весоизмерительной технике в частности к весам для измерения массы с автоматическим уравновешиванием. Цель изобретения - повышение точности и надежности работы весов. В установившемся режиме при измерении веса чувствительный элемент 1 находится в исходном положении. Световой поток от источника 13 света проходит через прорезь 12 флажка 11 и освещает часть фоточувствительных поверхностей двух фотоприемников 14, освещенность которых определяет величину на выходах 15 и 16. Разность этих сигналов преобразуется дифференциальным усилителем 17 и через блок 18 передачи поступает на вход регулятора 19, который изменяет ток катушки 9 электромагнита 10 силовой компенсации так, что сигнал на входе регулятора 19 равен нулю. При наложении груза 3 на грузоприемную площадку 2 чувствительный элемент 1 перемещается и положение прорези 12 флажка 11 изменяется, освещенность одного из фотоприемников 14 увеличивается, другого уменьшается, изменяется сигнал на выходе дифференциального усилителя 17 и на входе регулятора 19. Регулирующий усилитель 21 астатического типа изменяет ток источника 13 света так, чтобы обеспечить равенство сигналов на своих входах, соединенных с выходом сумматора 20 и опорного источника 25. В результате дрейф световой отдачи источника 13 света не изменяет освещенность фотоприемников 14. При изменении чувствительности фотоприемников 14 (например, при изменении температуры) регулирующий усилитель 21 изменяет режим работы источник 13 света и освещенность так, чтобы обеспечить равенство сигналов на своих входах. Изменение чувствительности фотоприемников 14 через систему регулирования мощности излучения вызывает пропорциональное изменение их освещенности, а дрейф световой отдачи источника 13 света компенсируется системой регулирования мощности излучения так, что результирующая чувствительность датчика остается неизменной. Применение сумматора 20, регулирующего усилителя 21 и соответствующих связей обеспечивает монотонность выходного сигнала усилителя 17 при перемещении чувствительного элемента 1 и флажка 11 вплоть до затемнения обоих фотоприемников за счет многократного увеличения сигнала на выходе регулирующего усилителя 21. При перемещении чувствительного элемента 1 к границе зоны монотонности выходного сигнала усилителя 17 напряжение на выходе регулирующего усилителя 21 многократно возрастает, достигает уровня срабатывания порогового элемента 23, сигнал с его выхода 24 переключает блок 18 передачи. При этом сигнал на входе регулятора 19 сохраняется неизменным. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

cs» 4 С 01 0 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ(СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ п0 иэОБРетениям и ОтнРьГГияц

МИ ГННТ СССР (21) 4313754/24-10 (22) 08. 10. 87 (46) 07.07.89. Бюл. 11 25 (71) Ленинградский завод "Госметр" (72) С.А.Элькинд, В.М.Трофимов и М.М. Тимашев (53) 681.269(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 365583, кл. G 01 G 23/36, 1973, Патент Великобритании

Р 1327025, кл. G 4, 1973.

„„SU„„1492221 A 1 (54) BECbl С ЭЛЕКТРОИАПИТНЫМ YP ABHOВ EIIIH В АНИЕ М (57 ) Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к весам для измерения массы с автоматическим уравновешиванием. Цель изобретения — повышение точности и надежности работы весов. В установившемся режиме при измерении веса чувствительный элемент 1 находится в исходном положении, Световой поток

1492221

21 изменяет режим работы источника 13 света и освещенность так, чтобы обеспечить равенство сигналов на своих входах, Изменение чувствительности

<фотоприемников 14 через систему регулирования мощности излучения вызывает пропорциональное изменение их освещенности, а дрейф световой отдачи источника 13 света компенсируется

< системой регулирования мощности излучения так, что результирующая чувствительность датчика остается неизменной, Применение сумматора 20, ре15 гулирующего усилителя 21 и соответствующих связей обеспечивает монотонность выходного сигнала усилителя

17 при перемещении чувствительного элемента 1 и флажка 11 вплоть до эа20 темнения обоих фотоприемников эа счет многократного увеличения сигнапа на выходе регулирующего усилителя 21, При перемещении чувствительного элемента 1 к границе зоны монотонности выходного сигнала усилителя 17 напряжение на выходе регулирующего усилителя 21 многократно возрастает, достигает уровня срабытывания порогового элемента 23, сигнал с его выхода 24 переключает блок IS передачи.

При этом сггнап на входе регулятора

19 сохраняется неиэменныи. 3 ил.

Изобретение относится. к весоизмерительной технике, в частности к ве-: сам для измерения массы с автоматическим уравновешиванием.

Цель изобретения - понппение точности и надежности работы весов. е

На фиг.1 изображена схема предлагаемых весов; на фиг, 2 — структурная схема блока передачи и хранения; на фиг. 3 - график зависимости сигнала на выходе дифференциального усилителя от перемещения флажка, закрепленного на чувствительном элементе.

Весы содержат чувствительный элемент 1 с груэоприемной площадкой 2 для взвешиваемого образца 3, связанной с,основанием 4 через упругодефор- мируеьые опоры 5 — 8, На чувствительном элементе I закреплена катушка 9 электромагнита 10 силовой компенсации. К чувствительному элементу 1 от источника 13 света проходит через прорезь 12 флажка 11 и освещает часть фоточувствительных поверхностей двух фотоприемников 14, освещенность которых определяет величину на выходах 15 и 16. Разность этих сигналов преобразуется дифференциальным усилителем 17 и через блок 18 передачи поступает на вход регулятора 19, который изменяет ток катушки 9 электромагнита IO силовой компенсации так, что сигнал на входе регулятора 19 равен нулю, При наложении груза 3 на груэоприемную площадку 2 чувствительный элемент 1 перемещается и положение прорези 12 фпажка 11 изменяется, освещенность одного из фотоприемников 14 увеличивается, другого уменьшается, изменяется сигнал на выходе дифференциального усилителя 17 и на входе< регулятора 19. Регулирующий усилитель 21 астатического типа изменяет ток источника 13 света так, чтобы обеспечить равенство .сигналов на своих входах, соединенных с выходом сумматора 20 и опорного источника

25. В результате дрейф световой отдачи источника 13 света не изменяет освещенность фотоприемников 14. При изменении чувствительности фотоприемников 14 (например, при изменении температуры) регулирующий усилитель прикреплен фпажок 11 с прорезью 12, расположенный между источником 13 света и двумя фотоприемниками 14, Выходы 15 и 16 фотоприемников через дифференциальный усилитель 17 и

< блок 18 передачи соединены с регулятором 19 и через сумматор 20 с первым входом регулирующего усилителя 21.

Последний через ограничительный резистор 22 соединен с источником 13 света и через пороговый элемент 23 с управлякщим входом 24 блока 18 передачи. Второй вход регулирующего усилителя 21 соединен с источником 25 опорного напряжения. Выход регулятора 19 соединен с катушкой 9 и отсчетным устройством 26, 1

Блок 18 передачи (фиг. 2) содержит операционный усилитель 27, входной резистор 28, резистор 29 обратной

14Э 2221 связи > электроннь|й ключ 30 и резистор

31 привязки.

Весьt работают следующим образом, В установившемся режиме при измерении веса чувствительный элемент I находится в исходном положении. Световой поток от источника 13 света проходит через прорезь 12 флажка l! и освещает часть фоточувствительных поверхностей двух фотоприемников 14 освещенность каждого из которых определяет величину сигнала на выходах

15 и 16 соответственно, Разность этих сигналов преобразуется дифференциальным усилителем 17 и через блок

18 передачи поступает на вход регулятора 19, Последний в соответствии с сигналом на входе изменяет ток катушки 9 электромагнита 10 силовой компенсации таким образом, чтобы эа счет изменения и вызываемой этим током силы электромагнитного взаимодействия поддерживать такое положение чувствительного элемента 1 и прорези 12 флажка 11, при котором сигнал на входе регулятора 19 равен нулю, При наложении (снятии) образца 3 на грузоприемную площадку 2 чувствительный элемент 1 перемещается. Соответственно изменяется положение прорези 12 флажка 11 относительно неподвижно закрепленных источника 13 света и фотоприемников 14. Освещенная площадь одного из фотоприемников 14 увеличивается, другого уменьшается, изменяется сигнал на выходе дифференциального усилителя 17 на входе регулятора 19, который изменяет ток катушки 9 таким образом, чтобы вернуть чувствительный элемент 1 в исходное положение. Ток, протекающий через катушку 9, яреобраэуется и индицируется отсчетным устройством 26 в единицах массы, В качестве отсчетного устройства может использоваться, например, цифровой амперметр, Регулирующий усилитель 21 астатического типа изменяет ток излучателя таким образом, чтобы обеспечить равенство сигналов на своих входах, соединенных с выходом сумматора 20 и источника 25.

В результате дрейф световой отдачи источника 13 света не изменяет освещенность фотоприемников 14, Амплитудно-частотная характеристика регулирующего усилителя 2! выбирается из условия устойчивости системы автоматического регулирования (фотопри е мни хи 14, сумматор 20, р е гулирующий усилитель 21 источник 13 света).

Обозначая напряжение Ч на выходе сумматора 20, напряжение на выходе источника 25 опорного напряжения можем записать

„,- -К(Б, f, +Б,Г,) Т, (1) где S» и S освещенные площади перво ro и тр е т ье го фотоприемников 14; коэффициенты их фоточу в ст ви тел ьностей; коэффициент преобразования сумматора 20; освещенность, создаваемая оптиче ским излучателем в месте установки фотоприемников 14.

f,и f

К

20 (3) Иэ выражения (4) следует, что изменение чувствительности фотоприемии5О ков 14 через систему регулирования мощности вызывает пропорциональное изменение их освещенности, в то же время дрейф световой отдачи источника

13 света компенсируется системой регулирования мощности излучения так, что результирующая чувствительность, датчика остается неизменной, Таким образом, введение система регулирования освещенности фотоприПри изменении чувствительности фотоприемников 14 (например, при иэ25 менении температуры) на АГ» и ЬГ соответственно, регулирующий усилитель 21 изменяет режим работы источника 13 света и освещенность I на

dI так, чтобы обеспечить равенство

30 сигналов на своих входах, Выражение принимает вид

1- о»» 1 К (» (»

+S (f +df )1 (a+de), (2)

В предлагаемой конструкции используются два одинаковых фотоприемника, Поэтому относительные дрейфы чувствительностей их близки. Если принять равными дрейфы чувствительностей фотоприемных элементов

df» Ьгя hf

f» Г f то, приравнивая правые части выражений (1) и (2) с учетом (3), получим

45 Ь

I (4) 7 1492221 8

35 емников 14 по их суммарному сигналу практически исключает влияние дрейфа световой отдачи источника 13 света и чувствительности фотоприемников э

14 на выходной сигнал дифференциального усилителя 17 и, соответственно, на положение чувствительного элемента ! при работе весов.

На r. 3 представлена зависимость 10 выходного сигнала дифференциального усилителя 17 от перемещения флажка

11. Кривая — сигнал на выходе усили» теля 17 в предлагаемых весах, Применение сумматора 20, регулируюшего 15 усилителя 21 и соответствующих связей обеспечивает монотонность выходного сигнала усилителя 17 при перемещении чувствительного элемента 1 и флажка

11 вплоть до затемнения обоих фото- 20 приемников, за счет многократного увеличения сигнала на выходе регулирующего усилителя 21, При перемещении флажка 11 в любую спорону за зону монотонности оба фотоприемника оказываются затемненными и сигнал на выходе регулирующего усилителя 21 может значительно превысить допустимый уровень, Для предотвращения выхода иэ строя регулирующего 30 усилителя 21 и источника 13 света в схему введен ограничительный резистор

22, определяющий максимальный ток источника 13 света.

При перемещении чувствительного элемента 1 весов и соответственно фпажка 11 эа зону монотонности выходного сигнала усилителя 17 возможно изменение знака выходного сигнала регулятора 19. При этом ток, проте- 40 кающий через катушку 9 электромагнита 10 силовой компенсации, изменяет знак и усилие электром-.ãíèòà 10 силовой компенсации не воз вращает чувствительный элемент 1 в исходное поло- 45 жение, а перемещает его от исходного положения до упора, В этом положении чувствительный элемент остается и работоспособность весов нарушается, 50

Для исключения этого явления и понппения надежности весов в конструкцию введены пороговый элемент 23 и блок 18 передачи, В нормальном режиме работы весов сигнал на выходе ре55 гулирующего усилителя 2! ниже уровня срабатывания порогового элемента

23 и на его выходе нулевой сигнал, При этом блок 18 передачи работает в режиме линейной передачи сигнала с выхода усилителя 17 на вход регулятора 19 и не изменяет работы весов.

При перемещении чувствительного элемента . l к границе зоны монотонности выходного сигнала усилителя 7 напряжение на выходе регулирующего усилителя 21 многократно возрастает> достигает уровня срабатывания порогового элемента 23. Сигнал с его выхода 24 переключает блок 18 передачи, При этом сигнал на входе регулятора

19 сохраняется неизменным до возвращения чувствительного элемента 1 в исходное положение и любое кратковременное перемещение чувствительного элемента не нарушает работоспособности весов, Конструкция блока 18 передачи представлена на фиг,2.

При нулевом сигнале на управляющем входе 24 электронного ключа 30 он закрыт. При этом операционный усилитель 27 охвачен отрицательной обратной связью (входной резистор 28 и резистор 29 обратной связи) и блок

18 передачи находится в режиме линейной (с коэффициентом, равным отношению сопротивлений резисторов 29 и

28) передачи напряжения.

По сигналу на управляющем входе 24 электронного ключа 30 он открывается и усилитель 27 оказывается охваченным стопроцентной положительной обратной связью, Блок 18 переходит в триггерный режим работы, Сигнал на выходе опер ационно го у силителя 27 нарастает до соответственно максимального положительного или отрицательного уровня в зависимости от знака напряжения в этот момент, При дальнейшем изменении сигнала на входе блока 18 передачи пока электронный ключ 30 закрыт, сигнал на его выходе остается неизменным и обеспечивает возвращение чувствительного элемента в исходное положение.

Ф î р м у л а и s o б р е т е н и я

Весы с электромагнитным уравнове- шиванием, содержащие чувствительный элемент с груз оприемной площадкой, на котором установлены катушка электромагнитт а силовой компенсации и фл ажок с прорезью, расположенный в зазоре между источником света и двумя фотоприемниками, дифференциальный усили1492221 дед реипи теля

Составитель Т,Ишкова

Те хред Л. Олийнык

Корректор О,Кравцова

Редактор А,Лишки на

Заказ 3866/44 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 тель, входы которого подключены к фотоприемникам, и регулятор, выход которого подсоединен к катушке и отсчетному устройству, о т л и ч а ющ и е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности, в них введены сумматор, регулирующий усилитель, источник опорного наряжения, пороговый элемент, ограничительный резистор, операционный усилитель, входной резистор, резистор обратной связи, резистор привязки и электронный ключ, при этом выходы фотоприемников через сумматор соединены с первым входом регулирующего усилителя, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход связан через ограничительный резистор с оптическим излучателем и с входом порогового зле мент а, при че м и ивер тирующий вход операционного усилителя через входной резистор соединен с выхоДом дифференциального усилителя и через резистор обратной связи - с выходом операционного усилителя, связанным с входом регулятора, неннвертирующйй вход операционного усилителя через резистор привязки подключен к общей шине питания и через электронный кпюч — к maходу операционного усилителя, а управляющий вход электронного ключа связан с выходом порогового элемента.