Электронные весы

 

Изобретение относится к весоизмерительной технике, к электронным весам с чувствительным элементом и передающими рычагами (рычагом). Изобретение позволяет исключить погрешность измерения от изменения передаточного отношения передающих рычагов при температурных воздействиях окружающей среды. Электронные весы содержат чувствительный элемент 1 на упругих опорах 6 и 7, передающий рычаг 9 с катушкой 10 силового компенсатора 11 и датчиком 13 некомпенсации, подключенным к регулирующему усилителю 14, выход которого соединен с одним концом катушки 10, другой конец которой через опорный резистор 15 связан с общей шиной питания, и аналого-цифровой преобразователь 16, к выходу которого подключен цифровой индикатор 17. В весы введены два дифференциальных фотодатчика 21 и 22, каждый из которых выполнен в виде двух фотодиодов 23 и 24, 25 и 26, изготовленных на одной подложке, один (24 и 26) из которых затемнен, два операционных усилителя 29 и 30, аналоговый сумматор 31, схема 32 масштабирования, схема 33 сравнения сигналов, источник 34 регулируемого опорного сигнала, схема 35 преобразования сигнала. Плечи A и B передающего рычага 9 снабжены пазами 18 и 19, в которых размещены с гарантированными зазорами дифференциальные фотодатчики 21 и 22, закрепленные через кронштейны 28 на корпусе 3 весов и окна 27 которых направлены внутрь пазов 18 и 19. Температура плеч рычага определяется по интенсивности инфрокрасного излучения. Для исключения влияния внешних факторов на точность измерения температуры фотодиоды 23, 24, 25 и 26 дифференциальных фотодатчиков 21 и 22 подключены к входам операционных усилителей 29 и 30 дифференциально. В схему 33 сравнения сигналов поступают сигнал K<SB POS="POST">действ</SB> с выхода схемы 32 масштабирования, эквивалентный действительному передаточному отношению плеч A и B рычага 9 и сигнал K<SB POS="POST">оп</SB>, эквивалентный опорному передаточному отношению плеч, с источника 34 регулируемого опорного сигнала. С выхода схемы 33 сравнения поступает сигнал К приращения сигналов K<SB POS="POST">оп</SB> - K<SB POS="POST">действ</SB> на вход схемы 35 преобразования сигнала, с выхода которой преобразованный сигнал поступает на вход схемы 35 преобразования сигнала, с выхода которой преобразованный сигнал поступает на вход масштабирования аналого-цифрового преобразователя 16. При этом выходной сигнал с него становится эквивалентным измеряемой массе, значение которой с высокой точностью считываются с цифрового индикатора 17. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 Г 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

l1O ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4376698/24-10 (22) 15.02 ° 88 (46) 07. 12.89. Вюл. N - 45 (71) Ленинградский завод "Госметр" (72) А.В.Старевский и E.È.Äåíüùèêoâ (53) 681.269 (088.8) (56)Авторское свидетельство СССР

У 775627, кл, Г 01 Г 7/04, 1979.

Патент Великобритании Р 2149512, кл. G 01 Г 7/04, 1981. (54) ЭЛЕКТРОННЬЕ ВЕСЫ (57) Изобретение относится к весоизмерительной технике, к электронным весам с чувствительным элеМентом и

„„SU,„, 1527509 А1

2 передающими рычагами (рычагом) . Изобретение позволяет исключить погреш— ность измерения от изменения передаточного отношения передающих рычагов при температурных во "действиях окру— жающей среды. Электронные весы содержат чувствительный элемент 1 на упру" гих опорах 6 и 7, передающий рычаг с катушкой 10 силового компенсатора

11 и датчиком 13 некомпенсации, под" ключенным, к регулирующему усилителю

14, выход которого соединен с одним концом катушки 10 другой конец которой через опорный резистор 15 свя1527509 зан с общей шиной питания, и аналого-цифровой преобразователь 16, к выходу которого подключен цифровой индикатор 17.В весы введены два диффе5 ренциальных фотодатчика 21 и 22, каждый иэ которых выполнен в виде двух фотодиодов 23 и 24, 25 и 26, изготовленных на одной подложке, один 24 и

26 из которых затемнен, два операци-, 1p онных усилителя 29 и 30, аналоговый сумматор 31, схема 32 масштабирования, схема 33 сравнения сигналов, источник 34 регулируемого опорного сигнала, схема 35 преобразования сиг- 15 нала. Плечи а и b передающего рычага

9 снабжены 18 и 19, в которых размещены с гарантированными зазорами дифференциальные фотодатчики 21 и 22

Р закрепленные через кронштейны 28 на 20 корпусе 3 весов и окна 27 которых направлены внутрь пазов 18 и 19, Температура плеч рычага определяется по интенсивности инфракрасного излучения. Для исключения внешних факторов 25

Изобретение относится к весоиэмерительной технике, в частности к электронным весам с чувствительным элементом и передающими рычагами.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг. 1 показана схема электронных весов; на фиг.2 — конструкция дифференциальных фотодатчиков, расположенных в пазах передающего рычага; 4р на фиг.3 — разрез А-А на фиг.2 (расположение фотодатчиков относительно паза плеч рычага и форма их крепления).

Весы содержат чувствительный зле- 45 мент 1 с грузоприемной площадкой 2, который связан с корпусом 3 весов параллелограммной системой, содержащей пластины 4 и 5, связанные с корпусом 3 весов упругими опорами 6, а с чувствительным элементом 1 — упругими опорами 7.

Чувствительный элемент 1 гибкой вертикальной лентой 8 связан с передающим рычагом 9, на котором закреплены катушка 10 силового электромаг- нитного компенсатора 11 и подвижная часть 12 датчика 13 некомпенсации, выход которого подключен к регулируюна гочность измерения температуры фотодиоды 23,24,25 и 26 дифференциальных фотодатчиков 21 и 22 подключены к входом операционных усилителей

29 и 30 дифференциально. В схему 33 сравнения сигналов поступают сигнал

К„ „-„, с выхода схемы 32 масштабирования, эквивалентный действительному передаточному отношению плеч а и b рычага 9, и сигнал K „., эквивалентный опорному передаточному отношению плеч, с источника 34 регулируемого опорного сигнала, с вьгхода системы 33 сравнения поступает сигнал 4 К приращения сигналов К „- К„,„-,„ на вход схемы 35 преобразования сигнала, с выхода которой преобразованный сигнал пос" тупает на вход масштабирования аналого-цифрового преобразователя 16, при этом выходной сигнал с него становится эквивалентным измеряемой массе, значение которой с высокой точностью считываются с цифрового индикатора 17.

3 ил.

|щему усилителю 14, связанному своим выходом с одним концом катушки 10, другой конец которой через опорный резистор 15 связан с общей шиной питания. К выходу аналого-цифрового преобразователя 16 подключен цифровой индикатор 17. Плечи а и b передающего рычага 9 снабжены пазами 18 и 19, а .сам рычаг 9 закреплен на корпусе 3 весов с помощью крестообразных упругих опор 20.

В весы введены два дифференциаль" ных фотодатчика 21 и 22, каждый из которых выполнен в виде двух фотодиодов 23 и 24, 25 и 26, изготовленных на одной подложке, один иэ которых

24, 26 затемнен (непрозрачным материалом эакрыто окно 27). В пазах 18 и 19 плеч а и Ь передающего рычага 9 размещены с гарантированными зазорами дифференциальные фотодатчики 21 и 22, которые закреплены через кронштейны

28 на корпусе 3 весов, окна 27 фотодатчиков направлены во внутрь пазов, 18 и 19. В схему электронных весов так же введены два операционных усилителя 29 и 30 аналоговый сумматор

31, схема 32 масштабирования, схема

33 сравнения сигналов, источник М

9 6 мого по величине калиброванного опорного напряжения и может быть реализован на той же основе, что и источник

36 опорного напряжения с добавлением прецизионного резисторного делителя.

Схема 33 сравнения сигналов предназначена для сравнения сигналов, поступающих с источника 34 регулируемого опорного сигнала и со схемы 32 масштабирования, для выделения разностного сигнала д K = K оп — Кде„-ст, его усиления и подачи на выход схемы 35 преобразования сигнала, которая служит для инвертирования сигнала ФК и преобразования его в сигнал, согласующийся с входом масштабирования применяемого аналого-цифрового преобразователя 16 °

Для повышения точности измерения температуры плеч рычага фотодиоды

23-26 фотодатчиков 21 и 22 рекомендуется выполнить в виде инфракрасных диодов, изготовленных по интегральной технологии на одной подложке.

Электронные весы работают следующим образом.

Перед эксплуатацией электронные весы в метрологической лаборатории проходят обкатку при нормальных температурных параметрах,при которых с помощью регулируемых резисторов 37 и

38 схемы 32 масштабирования и источника 34 регулируемого опорного синала добиваются равенства сигналов

К „ = Кде„-„„ при этом передаточное а отношение рычага 9 i = — принимает-. ся за опорное, при котором юстируется по эталонным гирям система автоматического уравновешивания, и цифровое отображение взвешиваемых эталонных масс на цифровом индикаторе 17 равно значению эталонных масс, при этом сигнал hK = 0 со схемы 33 сравнения сиГналов, nocKofIhKy Kon Еде,-, При эксплуатации весов в других температурных условиях возможен неравномерный нагрев плеч а и Ь переда.ощего рычага 9, .что вызывает удлинение плеч передающего рычага 9, пропорциональное температурам плеч, а это влечет за собой изменение передаточного отношения передающего рычага 9.

Измерение температуры плеч передающего рычага 9 дифференциальными. фотодатчиками 21 и 22 осуществляется бесконтактным способом — за счет Аиксирования интенсивности инфракрасного излучения от материала передающе5 152750 регулируемого опорного сигнала и, схема 35 преобразования сигнала.

Схема 32 масштабирования содержит последовательно соединенные источник

36 опорного напряжения, два регулиру- . емых резистора 37 и 38 и полевой транзистор 39, связанный с общей шиной питания, затвор которого является входом схемы 32 масштабирования, а выходом служит средняя точка между регулируемыми резисторами 37 и 38.

Выходы фотодиодов 23-26 дифференциальных фотодатчиков 21 и 22 связаны с общей шиной питания, выходы светлых 15 фотодиодов 23 и 25 фотодатчиков 21 и 22 подключень1 к входам первого операционного усилителя 29, выходы затемненных фотодиодов 24 и 26 подключены к входам второго операционного 2О усилителя 30,.при этом инвертируюпщй вход первого операционного усилителя:

Ч 29 связан с выходом светлого фотодио да 25второго фотодатчика 22, а инверти рукиций вход второго операционного уси- 25 дителя 30 связан с выходом эатемненного фотодиода 24 первого фотодатчика 21.

Выходы обоих операционных усилителей

29 и 30 через аналоговый сумматор 31 связаны с входом схемы 32 масштабирования, выход которой подключен к одному из входов схемы 33 сравнения сигналов, к второму входу которой подключен источник 34 регулируемого опорного сигнала, выход схемы 33 сравнения сигналов через схему 35 преобразования сигнала связан с входом масштабирования аналого-цифрового преобразователя 16 ° Аналоговый сумматор 31 служит для сложения двух

40 сигналов с операционных усилителей

29 и 30 и получения выходного сигнала на схему 32 масштабирования и может быть выполнен на двух суммирующих резисторах, резисторе обратной

45 связи, резисторе неинвертируемого входа и операционном усилителе.

Входами фотодатчиков 21 и 22 являются катоды фотодиодов 23, 24, 25 и 26, связанные с общей шиной питания, а выходами являются аноды.

Источник 36 опорного напряжения предназначен для создания калиброванного по величине напряжения и может быть выполнен на основе стабилитрона, включенного во входную цепь усилителя постоянного тока на операционном усилителе.

Источник 34 регулируемого опорного сигнала служит для создания регулируе1527509

ro рычага 9. Сигналы, пропорциональные интенсивности инфракрасного излучения, поступают со светлых фотодиодов 23 и 25. а с затемненных фото5 диодов 24 и 26, экранированных от передающего рычага 9 светонепроницаемым материалом, поступают сигналы, пропорциональные температуре дифференциальных фотодатчиков 21 и 22.

Выходной сигнал аналогового сумматора 31 зависит только от разницы температур плеч а и Ь передающего рычага 9, поскольку влияние температуры окружающей среды исключается sa счет применения дифференциального подключения фотодиодов 23-26 к входам операционных усилителей 29 и 30.

Влияние разности температур самих фотодатчиков 21 и 22 учитывается вычитанием теневых (вызванных темпера20 турой) токов затемненных фотодиодов

24, 26, что осущестнляется с высокой точностью, так как светлые и затемненные фотодиоды 23,24 и 25,26 изго- 25 тонлены на одной подложке.

Разность температур плеч а и Ь передающеro рычага 9, определяемая аналоговым сумматором 31, пропорциональна их температурному удлинению. Выходной сигнал аналогового сумматора

31 управляет через изменение сопро тинления сток-исток полевого транзистора 39 схемой масштабирования, которая обеспечивает деление напряжения источника 36 опорного напряжения пропорционально действительному передаточному отношению плеч а и Ь

Я ДейстВ т. е. пропорциональдейств b действ но соотношению плеч с учетом их удли- 40 пения от изменения температуры самих плеч а и Ь передающего рьгчага 9, определяемой дифференциальными фотолатчиками 21 и 22, Сигнал K,с выхода схемы 32 масштабиронайия может быть определен по формуле

R, двйств р + R on

Че R,, R - сопротивления регулируе- 50 мых резисторов 37 и 38;

Н, — сопротивление сток-исток полевого транзистора 39;

Ко„ вЂ” опорный сигнал с источника 36 опорного напряжения. тоЪтическое изменение сопротив к-исток R полевого транэисЧт а6исимости от выходного сигналп с аналогового сумматора 31 обес4е йств печивает всегда выходной сигнал КАсо схемы 32 масштабирования, эквивале нтный действительному передаточному отношению плеч передающего рычага 9.

Любое отклонение сигнала Ед,„-с,вот сигнала K фиксируется схемой 33 сравнения сигналов, на ныходе которой формируется разностный сигнал

4К = К „ - Кде в, эквивалентный изменению опорного передаточного отноше" ния

d ion 3 действ который схемой 35 преобразования сиг" нала преобразуется н согласующийся. с данным аналого-цифровым преобразователем вид и поступает на вход масштабирования аналого-цифроного преобразователя 16, кот орый н результате

I изменения масштабного коэффициента выдает на выход код, эквивалентный измеряемой массе, и цифровое значение массы на цифровом индикаторе отображает действительное значение измеряе-. мой массы. с высокой точностью измере» ния, поскольку сигнал с опорного резистора 15, экнивалентный уравновешивающему усилию на катушке 1О силового компенсатора 11, изменяется в аналого-цифровом преобразователе 1 6 в соответствии с коэффициентом масштаби" рования,эквивалентным изменению передаточного отношения передающего рычага 9 от температурного изменения, длин плеч а и Ь.

При применении в весах многорычажной системы передающих рычагов количество операционных усилителей и схем масштабиронания выбирается по количеству передающих рычагов, а вы" ходы со схемы масштабирования на схему сравнения сигналов поступают через вводимый дополнительно аналоговый умножитель, преобразующий сигналы со схем масштабирования в общий сигнал

K „, эквивалентный действительному передаточному отношению всей передаю", щей системы рычагов. формула изобретения

Электронные весы, содержащие корпус, н котором установлены чувстви; тельный элемент с грузоприемной площадкой, закрепленный на упругих опорах и снязанный с двуплечим рычагом, на одном плече которого установлены силовой компенсатор с катушкой индук1527509

Составитель М.Жуков

Редактор И.Шмакова Техред п.Сердюкова Корректор М Шароши

Заказ 7503/47 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 тивности и датчиком некомпенсации, подключенным через регулирующий усилитель к одному выводу катушки индуктивности, другой вывод которой через опорный резистор связан с общей шиной пи5 тания,и через аналого-цифровой преобразователь соединен с цифровым индикатором,о т л и ч а ю щ и е с я тем,что, с целью повышения точности,в них вве-дены два дифференциальных фотодатчика, каждый иэ которых выполнен в виде двух фотодиодов, установленных на одной подложке, один из которых затемнен, два операционных усилителя, 15 аналоговый сумматор, схема сравнения сигналов, источник регулируемого опорного сигнала, схема преобраэова ния сигнала и схема масштабирования, включающая источник опорного напряже- 20 ния, два регулируемых резистора и полевой транзистор, при этом в плечах рычага выполнены пазы, дифференциальные фотодатчики закреплены на корпусе, расположены с зазором в пазах и обра- 25

I щены своими светочувствительными окнами вовнутрь пазов, первые выводы незатемненных фотодиодов соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами первого операционного усилителя, а затемненных — соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами второго операционного усилителя, вторые выводы всех фотодиодов связаны с общей шиной питания, выходы операционных усилителей подключены к входам аналогового сумматора выход которого связан с затвором полевого транзистора, выход источника опорного напряжения через два регулйруемых резистора и полевой транзистор соединены с общей шиной питания, средняя точка между регулируемыми резисторами соединена с одним входом схемы сравнения сигналов, другой вход которой связан с выходом источника регулируемого опорного сигнала, а выход через схему преобразования сигнала подключен к входу масштабирования аналого-цифрового преобразователя.