Автоматические весы

 

Изобретение относится к весоизмерительной технике , в частности, к весам с весовой платформой, закрепленной на упругих опорах, и позволяет повысить точность измерений за счет применения двух линейных преобразователей сигнала, сумматора, источника опорного напряжения, аналого-цифрового преобразователя, нелинейного элемента, управляемого источника питания. Датчик перемещения снабжен двухкоординатным преобразователем смещения, при этом подвижная диафрагма жестко соединена с серединой весовой платформы и расположена симметрично относительно упругих опор. Весы содержат весовую платформу 1 с грузоприемной чашкой 2, закрепленную на упругих опорах 3, датчик 10 перемещения, содержащий источник 11 высокочастотных электромагнитных колебаний и подвижную диафрагму 13. Измеряемая нагрузка 6, помещенная на чашку 2, перемещает платформу 1 и диафрагму 13, вызывая изменения площади облучения секторов двухкоординатного преобразователя 14 смещения, два выхода которого по оси У связаны с первым линейным преобразователем 15 сигнала, а два выхода по оси Х - с вторым линейным преобразователем 16 сигнала. Сигнал с выхода преобразователя 15 поступает на аналого-цифровой преобразователь 8 и через нелинейный элемент 19 и управляемый источник 12 питания управляет мощностью источника 11. Сигналы с выхода преобразователя 16 и источника 18 опорного напряжения через сумматор 17 осуществляют коррекцию выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя 8 в функции изменения плеча упругих опор 3 от изменения величины нагрузки 6. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЩ4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 0I L 3 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4295543/24-10 (22) 11.08.87 .(46) 07.09.89. Вюл. и 33 (71) Ленинградский завод "Госметр"

Ленинградского производственного объединения "Вибратор" (72) В.Л.Романов, Е.И.Деньщиков и В.И.Трофимов (53) 681.267(088.8) (56) Авторское свидетельство ГДР

У 232114,.кл. G 01 L 3/08, 1984, Карпин Е.Б, Средства автоматизации для измерения и доэирования мас-. сы. — M., 1971, с. 61-63, „„SU„„1506307 А 1

2 (54) АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЕСЫ (57) Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к весам с весовой платформой, закрепленной на упругих опорах, и позволя- . ет повысить точность измерений эа счет применения двух линейных преобразователей сигнала, сумматора, источника опорного напряжения, аналогоцифрового преобразователя, нелинейного элемента, управляемого источника питания. Датчик перемещения снабжен двухкоординатным преобразователем смецения, при этом подвижная диафраг3 1506307 4 ма жестко соединена с серединой веса- с первым н и лине ным прео разонателем 5 б вой платформы и расположена симмет- сигнала, а два выхода по оси Х с вторично относительно упругих опор. Be- рым линейным преобразователем сигнала сы содержат весовую платформу 1 с 16. Сигнал с выхода преобразователя груэоприемной чашкой 2, закрепленную 15 поступает на аналого-цифровой прена упругих опорах 3, датчик 10 пере- образователь 8 и через нелинейный элемещения, содержащий источник 11 ны- мент 19 и управляемый источник 12 писокочастотных электромагнитных коле- тания управляет мощностью источника бании и подвижную диафрагму 13. Изме- !р 11. Сигналы с выхода преобраэоватеряемая нагрузка 6, помещенная на ля 16 и источника 18 опорного напрячашку 2, перемещает платформу 1 и ди- жения через сумматор 17 осу:цествляют афрагму 13, вызывая изменения площа- коррекцию выходного сигнала аналого» ди облучения секторов двухкоординат- цифрового преобразователя 8 в функного преобразователя 14 смещения, !5 ции изменения плеча упругих опор 3 от дна ныхода которого по оси Y связаны изменения величины нагрузки 6. 1 ил

Изобретение относится к весоиэмерительной технике, в частности к весам с весовой платформой, закреплеНной на упругих опорах, 25

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже изображена схема автоматических весов на упругих опорах, Весы содержат BecaByh; платформу 30

1 с груэоприемной чашкой 2, закрепленную на упругих опорах 1, представляющих собой упругие пружинные элементы, снабженные концентраторами усилий н виде расчетных уменьшенных сечений 4 на концах опор 3, взаимное расположение которых образует измерительный параллелограмм, одни концы опор 3 которого жестко скязаны с основанием 5, вторые концы опор 3 жестко 40 закреплены на весовой платформе I

Наличие концентраторов усилий н упругих опорах 3 обеспечивает смещение платформы 1 при наличии нагрузки 6, т,е. величина вертикального 45 смещения платформы 1 пропорциональна величине массы измеряемой нагрузки

6 ° Для исключения остаточных деформаций в упругих опорах 3 применяется упор 7, ограничивающий перемещение платформы 1 при больших нагрузках 6, Система отсчета содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, выходом подключенный к цифровому индикатору 9. Применение в упругих опорах

3 концентраторов напряжений (усилий) путем уменьшения поперечного сечения эащемляемых концов упругих опор 3 обеспечивает при изменении прикладываемой нагрузки 6 смещение платформы I строго по дуге с радиусом, рав ным расстоянию между центрами концентраторов напряжений.

Для отсчета величины перемещения платформы 1 от нагрузки 6 применены высокочувствительный датчик 10 перемещения, содержащий источник 11 высокочастотных электромагнитных колебаний, запитанный от управляемого источника 12 питания и работающий, например, в инфракрасном диапазоне, подвижную диафрагму 13 и двухкоординатный преобразователь 14 смещения, Для повышения точности отсчета подвижная диафрагма 13 жестко соединена с серединой весовой платформы 1 и располо. жена симметрично относительно упругих опор 3 к оси Х и к оси У, Для обеспечения высокой линейриэации отсчетной. шкалы на цифровом индикаторе 9 и высокой точности измерсния в весы введены два линейных преобразователя 15 и 16 сигнала, сумматор

17, источник 18 опорного напряжения, нелинейный элемент 19. Два выхода по оси Х смещения связаны с вторым линейным преобразователем 16 сигнала, выход которого подключен к одному входу сумматора 17, к второму входу которого подключен источник 18 опорного напряжения. Выход сумматора 17 связан с входом опорного сигнала АЦП

8. информационный вход которого подключен к выходу первого линейного преобразователя 15 сигнала, выход которого по второму каналу через нелинейный элемент 19 связан с входом уп07 6 пиевого гтабилитрона, наприл гр, Л81 8F., вклн ченного во входную цепь усилителя пос тоянного тока на операционном усилителе.

Сумматор 17 служит для алгебраического суммирования опорного и корректирующего напряжений и может быть выполнен на основе реэистивной схемы, включенной во входную цепь усилителя постоянного тока на операционном усилителе.

Управляемый источник 12 питания служит для регулирования мошности, проводимой к источнику 11 высокочастотных электромагнитных колебаний 1 за счет изменения выходного напряжения и может быть реализован на основе усилителя постоянного тока °

Нелинейный элемент 19 предназначен для формирования из входного напряжения управляющего сигнала, приращения которого обеспечивают требуемый, например близкий к квадратичному, закон управления входнь)м напряжением управляемого источника 12 питания и может быть реализован на основе полевого транзистора, используемого в режиме управляемой по затвору проводимости.

Весы работают следующим образом, В исходном состоянии весовая платформа 1, подвешенная на упругих опорах 3 выставлена вертикально относительно опорной горизонтальной плоскости. При этом упругие опоры 3, нагруженные суммарным весом иэмерительной системы, находятся в состоянии предварительного нагружения, а их суммарная реакция обеспечивает нахождение системы в исходном равновесном состоянии, при котором с датчика 10 перемещения через первый и второй линейные преобразователи 15 и 16 снима" ются сигналы близкого к нулю уровня, При наложении на чашку 2 измеряемой нагрузки 6 весовая платформа 1 перемещается параллельно самой себе по координатам. Y и Х согласно траектории, описываемой концами упругих опор

3, соединенных с платформой 1, Вместе с платформой 1 перемещается диафрагма 13, вызывая изменение площадей облучения секторов двухкоординатного преобразователя 14 смещения, В результате этого получают приращения соответствуюшего знака1 например положительного, сигналы U> и U„, причем приращение сигнала U „ по оси си5 l 5()6 1 равления управляемого источника 12 питания, Смешения отверстия подвижной диафрагмы 13 при нахождении нагрузки 6

5 на чашке 2 происходит по радиусу, равному расстоянию между центрами концентраторов напряжений упругих опор 3, поэтому уменьшение площади облучения двухкоординатного 1треобраэователя 14 смещения происходит по закону изменения который в зависи-! мости от величины перемещения носит характер,близкий к квадратичному.

На схеме пунктиром показано положение диафрагмы 13 и смешение светового круга относительно стационар— ного, закрепленного на основании 5 весов, двухкоординатного преобразователя )4 смещения. 20

Для компенсации потерь чувствительности преобразователя 14 смещения из-за смещения центра диафрагмы 13 относительно геометрического центра выход первого линейного преобразова- 25 теля 15 сигнала связан с нелинейным элементом 19, который обеспечивает преобразование линейного выходного сигнала в сигнал, обеспечивающий на выходе управляемого источни- 30 ка 12 питания изменение напряжения в действительной зависимости, близкой к квадратичной, что обеспечивает поддержание требуемой мощности источника 11 высокочастотных электромагнитных колебаний на всем диапазоне перемещения диафрагмы 13 и изменение сигнала Б по оси У. в функции изменения массы измеряемой нагрузки 6. 40

Линейные преобразователи 15 и 16 сигналов выполняют функцию линейного преобразования изменяемого параметра двухкоординатного преобразователя 14 смещения в пропорциональное ему при- 45 ращение выходного напряжения. Так, при использовании инфракрасного излучения и двухкоординатного преобразователя 14 смешения в виде четырех сегментов диодного элемента (например, фотодиодную матрицу ФДК-22) преобразователи 15 и )6 сигналов представляют собой усилитель постоянного тока, согласованный по входу с входным сопротивлением диодов, 55

Источник 18 опорного напряжения служит для создания калиброванного по величине опорного напряжения и может быть выполнен на основе крем-!

1 506307 ловой чувствительности определяется выражением

Uó Cm ° S ФОК„, где С вЂ” механическая жесткость измери5 мм тельной систсмы, кг

15

25 вой сигнал и ег о коэффициент передачи по цифровому значению тоже равен нулн>, следовательно, на ггифровом индикаторе 9 будут тоже нули.

При наложении нагрузки 6 на чашку 2 происходит изменение освещенности четырех сегментов диодного элемен35 та преобразователя 14 из-за смещения диафрагмы 13 и с выхода преобразователя поступают сигналы U u U на лиэ х нейные преобразователи 15 и 16 сигна40

m — измеряемая масса;

S — крутизна преобразования двухкоординатного преобразователя 14 смещения при облучении его секторов потоком ф„ ф — поток высокочастотных

0 электромагнитных колебаний;

К вЂ” коэффициент потерь потока х ф, от смещения отверстия диафрагмы 13 по оси Y.

Коэффициент Кх пропорционален углу заклонения упругих опор 3 при упругой деформации от нагрузки 6 и отображает изменение плеча приложения усилия взвешиваемого тела, Работа весов в пределах линейного участка деформаций связана с нелинейным формированием выходного измерительного сигнала как вследствие электрических преобразований, так и вследствие изменения геоме>рических параметров элементов измерительного параллелограмма.

Для линеаризации выходной характеристики применена аналоговая «e— линейная система компенсации нелинейности.

С канала силовой чувствительности двухкоординатного преобразователя

14 смещения по оси Y сигнал U через первый линейнь>й преобразователь 15 сигнала по второму каналу поступает через нелинейный элемент 19 на вход управления управляемого источника

12 питания и осуществляется нелинейное управление мощностью источника 11 высокочастотных электромагнитных колебаний во всем диапазоне перемещения диафрагмы 13, что исключает нелинейность отсчетной шкалы цифрового индикатора 9 от смещения подвижной диафрагмы 13 по радиусу.

По каналу горизонтальной чувствительности по оси Х по сигналу U „ с двухкоординатного преобразователя 14 смещения через второй линейный преобразователь 16 сигнала и сумматор

17 осуществляется коррекция выходного (кодового) сигнала AHII 8 в функции изменения плеча упругих опор 3 от из" менения величины нагрузки 6 осуществляется формирование сигнала коррекции мультипликационной составляющей погрешности от изменения плеча, В АЦП 8 происходит сравнение откорректированного в сумматоре 17 опорного сигнала с источника 18 опорного напряжения в соответствии с выходным сигналом линейного преобразователя 16 сигнала, обеспечивающим коррекцию от изменения плеча упругих опор 3, с измерительным сигналом с первого линейного преобразователя 15 сигнала, пропорциональным смещению диафрагмы 13 по оси Y и изменению величины нагрузки 6, откорректированным по изменению оснащенности двухкоординатного преобразователя 14 смещения, Поскольку в исходном положении ос вещение четырех элементов диодного элемента двухкоординатного преобразователя 14 абсолютно равномерно, то выходные сигналы U „ и U ðàâíû нулю и с выходов двух линейных преобразователей 15 и 16 сигнала поступают нулевые сигналы, и при этом на информационный вход АЦП 8 поступает нулела, Величина опорного сигнала с источника 18 опорного напряжения соответствует максимальному значению измеряемой массы.

В АЦП 8 происходит пропорциональное деление с соответствующим масштабом откорректированного опорного сигнала с сумматора 17 в соответствии с величиной измерительного> сигнала с выхода первого линейного преобразователя 15 сигнала, и за счет подстройки коэффициентов передачи двух линейных преобразователей 15 и 16 сигнала в функции, обратной влиянию соответствующих перемещений на выходе АЦП формируется сигнал, строго пропорциональный (имеющий линейную зависимость) величине массы измеряемого изделия, и в цифровой форме отображается на цифровом индикаторе 9, 10

1506307

Составитель В,Величко

Редактор И.Горная Техред А.Кравчук Корректор 3,Лончакова

Заказ 5420/43 Тираж 789

Подписное

BHHHIIH 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

При снятии нагрузки 6 с чашки 2 эа счет упругих опор 3 диафрагма 13 возвращается в исходное положение, обеспечивая равномерную освещенность четырех сегментов диодного элемента

5 преобразователя 14, и на цифровом индикаторе будут нули, весы готовы к следующему измерению.!

О формула изобретения

Автоматические весы, содержащие весовую платформу с груэоприемной чашкой, закрепленную на упругих опорах, и датчик перемещения, включающий источник высокочастотных электромагнитных колебаний, подвижную диафрагму и блок обработки сигнала, выход которого связан с цифровым индикатором, о т л и ч а ю щ и е с я тЕм, что, с целью повышения точности измерения, в них блок обработки сигнала включает два линейных преобразователя сигнала, сумматор, источник опорного напряжения, аналого- 25 цифровой преобразователь, нелинейный элемент н управляемый источник питания, а датчик перемещения снабжен двухкоординатным преобразователем смещения, при этом подвижная диафрагма жестко соединена с серединой весовой платформы и расположена симметрично относительно упругих опор, два выхода двухкоординатного преобразователя смещения по оси Y связаны с первым линейным преобразователем сигнала, а два выхода по оси Х связаны с вторым линейным преобразователем сигнала, выход которого и выход источника опорного напряжения через сумматор, связаны с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с цифровым индикатором, выход первого линейного преобразователя связан с входом аналого-цифрового преобразователя и через нелинейный элемент связан с входом управляемого источника питания, подключенного к источнику высо- кочастотных электромагнитных колебании,