Многодиапазонные электронные весы

 

Изобретение относится к весоизмерительной технике и предназначено для использования при измерении веса автомобилей и товаров. В устройстве применены два канала измерения с индивидуальными тензометрическими датчиками, обеспечивающие получение увеличенного объема весовой информации с расширенным числом делений преобразователя внутридиапазонной нагрузки. Применение масштабирующего усилителя с переключением через электронные ключи коэффициентов усиления от персональной ЭВМ также позволяет увеличить число делений данного преобразователя. Предложенные весы характеризуются повышенной точностью измерения. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к автомобильным и товарным весам.

Известны весы с автоматическим изменением диапазонов (Пат.N SU 1747934АI СССР заявл. 28 сентября 1988 г., опубл. 15 марта 1992 г. МКИ G 01 G 19/413), содержащие грузоприемную платформу с тягой, соединенной через рычаг с механизмом уравновешивания, на выходе которого установлен кодовый диск со светодиодами и фотодатчиками, подключенными к выходам усилителя, выходы которого подключены к центральному процессору, соединенному с блоком памяти, механизм пределов измерения с датчиками пределов измерения и датчиком положения арретира, которые подключены к центральному процессору, редуктор, связанный с гиревым механизмом, арретитом механизма смены пределов измерения и через муфту с электродвигателем, который соединен с выходами блока силового привода, входы которого соединены с источником питания, индикации, блок печати, подключенные соответственно к центральному процессору, таймер, соединенный с центральным процессором.

Весы с автоматическим изменением диапазонов работают следующим образом. При поступлении команды "Взвешивание" весы переходят к подпрограмме открытия арретира. Происходит опрос датчика последнего диапазона взвешивания. Цикл взвешивания начинается с максимального диапазона. Центральный процессор, обработав информацию, подает команду "Открытие арретира", происходит включение двигателя и через привод редуктора открывается арретир. При этом механизм гиревой занимает положение, при котором подключается наибольший предел взвешивания, что свидетельствует о срабатывании датчика третьего диапазона. Сигнал о срабатывании датчика третьего диапазона обрабатывается центральным процессором, после чего происходит выполнение следующей команды "Чтение кода". В результате передачи усилия от грузоприемного устройства, через тягу и рычаг указатель циферблатный приводится в состояние, соответствующее массе взвешиваемого груза. После прекращения колебаний происходит съем показаний и определяется значение массы груза. В случае недогруза происходит определение диапазона и дается команда на выполнение подпрограммы "Съем гири". Электродвигатель приводит в движение механизм смены пределов взвешивания. При срабатывании датчика второго диапазона происходит остановка электродвигателя и осуществляется чтение кода. При отсутствии перегруза и соответствия значения массы данному диапазону определяется истинное значение массы с учетом диапазона взвешивания.

После определения массы осуществляется подпрограмма "Закрытие арретира".

Недостатком данных весов с автоматическим изменением диапазонов является: - низкая точность измерительной головки, фотосчитывающее устройство позволяет получить до 1000 весовых значений; - длительность цикла успокоения.

Известны электронные весы (Пат.РФ RU 2050528 заявл.2 апреля 1993 г., опубл. 20 декабря 1995 г. G 01 G 19/413), содержащие микроЭВМ, входы и выходы которой подключены через порты ввода-вывода к выходам аналого-цифрового преобразователя, грузоприемную платформу, тензометрический датчик, устройство нагружения на тензометрический датчик, первый и второй входы моста тензометрического датчика соединены с первым и вторым выходами генератора, измерительная диагональ моста тензодатчика подключена через измерительный трансформатор к входам измерительного усилителя, выход которого соединен с входом фазового детектора, причем повторитель, делитель напряжения, фильтр высоких частот, дифференциальный усилитель, интегратор соединены последовательно, а выход фазового детектора подключен на вход повторителя и к второму входу дифференциального усилителя, выход же интегратора подключен на вход аналого-цифрового преобразователя.

Электронные весы работают следующим образом.

После введения необходимых реквизитов микроЭВМ переходит к подпрограмме "Прогрев" и по истечении 10 мин выдается подсказка "Режим". Для компенсации значения подгрузки тензометрического датчика весом грузоподъемной платформы включается режим "Коррекция". Тензометрический датчик воспринимает первоначальную нагрузку и сигнал разбаланса тензометрического моста поступает на вход измерительного усилителя через трансформатор. После усиления сигнал демодулируется, фильтруется и через аналого-цифровой преобразователь и соответствующий порт ввода-вывода обрабатывается микроЭВМ. На блок индикации выдается информация о подгрузе тензометрического датчика. Данное значение микроЭВМ заполняет в ОЗУ и при последующих значениях данное значение является нулевым. т.е. исходным. После окончания режима и коррекции электронные весы готовы к взвешиванию. При нагружении электронных весов происходит считывание аналого-цифровым преобразователем значения, соответствующего данному весу, и обрабатывается микроЭВМ с учетом коррекции.

Недостатком данных весов является: - низкая точность, которая определяется только точностью тензометрического датчика и разрядностью аналого-цифрового преобразователя.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому изобретению являются многодиапазонные весы с диапазонным и внутридиапазонным уравновешиванием (Гроссман Н.Я., Шнырев Г.Д. Автоматизированные системы взвешивания и дозирования. - М.: Машиностроение, 1988, с. 8).

Многодиапазонные электронные весы содержат персональную ЭВМ, грузоподъемную платформу с тягой, соединенной через коромысло с механизмом уравновешивания и первым тензометрическим датчиком, первый и второй входы моста первого тензометрического датчика соединены с первым и вторым выходами генератора сигнала, а измерительная диагональ моста первого тензометрического датчика подключена через первый измерительный трансформатор к входам первого измерительного усилителя, выход которого соединен с входом первого линейного амплитудного демодулятора, выход которого соединен с входом первого фильтра низких частот, первый аналого-цифровой преобразователь, выход которого через первый порт ввода-вывода подключен к персональной ЭВМ, устройство наложения гирь, соединенное через второй порт ввода-вывода с персональной ЭВМ, первый, второй и третий датчики наложения гирь, датчик перегруза, датчик недогруза и датчик арретира, подключенные через третий порт к персональной ЭВМ.

Многодиапазонные весы работают следующим образом.

В исходном положении коромысло весового устройства заарретировано. При поступлении команды "Взвешивание" весы переходят к подпрограмме открытия арретира. Опрашиваются датчики диапазона взвешивания, датчики недогруза и перегруза. По команде персональной ЭВМ привод наложения гирь производит наложение грузов, до тех пор пока не будет достигнуто компенсационное положение, т. е. датчики перегруза и недогруза будут не сработаны. Неуравновешенная диапазонными гирями нагрузка, приведенная к коромыслу, вызывает деформацию упругого тела тензодатчика. Сигнал разбаланса поступает на вход измерительного усилителя через трансформатор. Усиленный сигнал демодулируется, фильтруется, далее через аналого-цифровой преобразователь и порт ввода-вывода поступает в персональную ЭВМ. Кроме того, информация от датчиков наложения гирь также обрабатывается. С учетом полученной информации от датчиков наложения и тензодатчика персональной ЭВМ отображает значение веса груза.

Недостатком данных весов является недостаточная точность, которая определяется тензометрическим датчиком, аналого-цифровым преобразователем и автоматическим устройством наложения гирь.

Целью настоящего изобретения является повышение точности многодиапазонных электронных весов.

Указанная цель достигается тем, что многодиапазонные электронные весы содержат персональную ЭВМ, грузоподъемную платформу с тягой, соединенной через коромысло с механизмом уравновешивания и первым тензометрическим датчиком, первый и второй входы моста первого тензометрического датчика соединены с первым и вторым выходами генератора сигнала, а измерительная диагональ моста первого тензометрического датчика подключена через первый измерительный трансформатор к входам первого измерительного усилителя, выход которого соединен с входом первого линейного амплитудного демодулятора, выход которого соединен с входом первого фильтра низких частот, первый аналого-цифровой преобразователь, выход которого через первый порт ввода-вывода подключен к персональной ЭВМ, устройство наложения гирь, соединенное через второй порт ввода-вывода с персональной ЭВМ, первый, второй и третий датчики наложения гирь, датчик перегруза, датчик недогруза и датчик арретира, подключенные через третий порт к персональной ЭВМ, отличающееся тем, что в них введены второй тензометрический датчик, соединенный с первым тензометрическим датчиком через устройство нагружения, первый и второй входы моста второго тензометрического датчика соединены с первым и вторым выходами генератора сигнала, а измерительная диагональ подключена через второй измерительный трансформатор к входам второго измерительного усилителя, выход которого соединен с входом второго линейного амплитудного демодулятора, выход которого через второй фильтр низких частот соединен с входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого через четвертый порт ввода-вывода подключен к персональной ЭВМ, причем выход первого фильтра низких частот подключен к входу масштабирующего усилителя, в обратной связи которого включены электронные ключи, управляющие входы которых подключены через пятый порт ввода-вывода к персональной ЭВМ, а выход масштабирующего усилителя соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя.

Для доказательства соответствия предложенного схемотехнического решения критерию "существенные отличия" определим, в каких технических решениях имеются признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа. Отличительными признаками предложенных многодиапазонных электронных весов являются генератор сигнала, измерительный трансформатор, измерительный усилитель, амплитудный демодулятор, фильтр низких частот, аналого-цифровой преобразователь.

Перечисленные устройства широко применяются в технических решениях по прямому назначению (см. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - М.: Энергия, 1980). Тензометрические датчики, датчики наложения и персональная ЭВМ применяются также при обработке весовой информации (см.Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBMPC: Пер. с англ. (под ред. У. Томпкинса Дж.Уэбетера. - М.: Мир, 1992).

Применение второго канала измерения в результате подключения второго тензометрического датчика с первым и вторым выходами генератора сигнала, а измерительной диагонали через второй измерительный трансформатор к входам измерительного усилителя, выход которого соединен с входом второго линейного амплитудного демодулятора, выход которого через фильтр низких частот соединен с входом второго АЦП, выход которого через четвертый порт ввода-вывода подключен к персональной ЭВМ, позволяет получить дополнительный объем весовой информации. Применение же двух тензометрических датчиков, соединенных через устройство нагружения, расширяет число делений преобразователя внутридиапазонной нагрузки в многодиапазонных электронных весах.

Применение также масштабирующего усилителя с переключением через электронные ключи коэффициенты усиления от персонального ЭВМ позволяет расширить число делений преобразователя внутри диапазонной нагрузки.

Перечисленные взаимосвязи позволяют повысить точность многодиапазонных электронных весов за счет увеличения числа делений преобразователя внутридиапазонной нагрузки и обработки на персональной ЭВМ весовых значений от второго тензометрического датчика. Наличие этих новых свойств позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение обладает существенными отличиями.

Сущность предложения поясняется чертежами.

Фиг. 1 - Блок схема многодиапазонных электронных весов.

Фиг. 2 - Алгоритм работы многодиапазонных электронных весов.

Многодиапазонные электронные весы содержат персональную ЭВМ 1, грузоприемную платформу 2, тягу 3, соединенную через коромысло 4 с механизмом уравновешивания 5 и первым тензодатчиком 6, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора сигнала 7, первый и второй выходы первого тензодатчика 6 подключены к входам первого измерительного трансформатора 8, выход которого соединен с входами первого измерительного усилителя 9, выход последнего соединен с последовательно соединенными первым линейным амплитудным демодулятором 10, первым фильтром низких частот 11 и первым аналого-цифровым преобразователем 12, выходы которого через первый порт ввода-вывода 13 подключены к персональной ЭВМ 1, первый 14, второй 15 и третий 16 датчики наложения гирь, датчик недогруза 17, датчик перегруза 18 и датчик арретира 19 подключены через третий порт ввода-вывода 20 с персональной ЭВМ 1, устройство наложения гирь 21, соединенное через второй порт ввода-вывода 22 с персональной ЭВМ 1, второй тензодатчик 23, соединенный через устройство нагружения 24 с коромыслом 4 первым тензодатчиком 6, первый и второй входы тензомоста второго тензометрического датчика 23 соединены с первым и вторым выходами генератора сигнала 7, измерительная диагональ второго тензометрического датчика 23 подключена к входам второго измерительного трансформатора 25, выходы которого соединены с последовательно включенными вторым измерительным усилителем 26, вторым линейным амплитудным демодулятором 27, вторым фильтром низких частот 28 и вторым аналого-цифровым преобразователем 29, выходы же второго аналого-цифрового преобразователя 29 подключены через четвертый порт ввода-вывода 30 к персональной ЭВМ 1, масштабирующий усилитель 31, электронные ключи 32 и пятый порт ввода-вывода 33, соединенный с персональной ЭВМ 1.

Многодиапазонные электронные весы работают следующим образом.

В исходном состоянии механизм уравновешивания 5 заарретирован, т.е. коромысло 4 зафиксировано и датчик арретира 19 сработан, при этом гири механизма уравновешивания 5 наложены и датчик 16 третьего диапазона наложения гирь сработан.

В соответствии с программным обеспечением после включения питания персональная ЭВМ 1 начинает программу инициализации портов ввода-вывода 13, 20, 22, 30 и 33 затем после задания необходимых реквизитов поставки грузов исполняется подпрограмма "Прогрев", где в течение 15 мин таймер отсчитывает необходимое время для прогрева аппаратуры. После истечения 15 мин многодиапазонные электронные весы готовы выполнять соответствующие режимы работы: "Весы", "АЦП" и "Юстировка". В режиме "Весы" значение весовых параметров выдается в соответствии с техническими требованиями, в режиме "АЦП" выдаются значения, соответствующие значениям АЦП, в режиме "Юстировка" значения весовых параметров выдаются в два раза точнее чем в режиме "Весы", данный режим необходим при наладке весов.

Дальнейшая работа весов в режиме "Весы" происходит следующим образом.

Оператор разарретирует весы.

Датчик арретира 19 через третий порт ввода-вывода 20 дает сигнал, что произошло разарретирование, о чем выдается подсказка на экране персональной ЭВМ 1.

Значение веса груза через грузоприемную платформу 2, тягу 3 передается на коромысло 4 и далее на тензодатчики 6 и 23. Персональная ЭВМ обрабатывает через третий порт ввода-вывода 20 значение датчика недогруза 17 и датчика перегруза 18. В зависимости какой датчик сработал, происходит наложение или снятие гирь механизмом уравновешивания 5, если датчик недогруза 17 не сработал и датчик перегруза 18 не сработал, тогда происходит считывание информации, т.е. значение веса груза находится в данном диапазоне взвешивания.

После обработки значений датчиков недогруза 17 и перегруза 18 персональная ЭВМ обрабатывает значение датчиков наложения гирь 14, 15 и 16. В зависимости от того, какой датчик сработал, персональная ЭВМ сразу учитывает, как определено значение веса в данном диапазоне, и переходит к обработке информации с тензодатчиков 6, 23.

Тензометрические датчики 6 и 23 воспринимают первоначальную нагрузку, и сигнал разбаланса тензометрических мостов поступает на входы измерительных трансформаторов 8 и 25 и далее на входы измерительных усилителей 9 и 26.

После усиления измерительными усилителями 9 и 26 амплитудно-модулированный сигнал поступает на входы линейных амплитудных демодуляторов 10 и 27 и далее через фильтры низких частот 11 и 28 и масштабирующий усилитель 31 - на входы аналого-цифрового преобразователя 29 и 12.

Информация с тензодатчиков 6 и 23 разбивается на шесть диапазонов измерения: в первом, втором и третьем диапазоне работает первый тензодатчик 6, а в четвертом, пятом и шестом диапазоне - второй тензодатчик 23.

Для определения, в каком диапазоне и с какого АЦП необходимо снимать значения веса груза, персональная ЭВМ первоначально обрабатывает значения с первого аналого-цифрового преобразователя 12.

Область значений первого аналого-цифрового преобразователя разбита на три диапазона: первый и второй - весовые; третий диапазон - перегруза.

При первом шаге обработки персональной ЭВМ 1 масштабирующий усилитель 31 подключает на вход первого аналого-цифрового преобразователя 12 величину входного напряжения с масштабным коэффициентом усиления 1:1.

Значения АЦП преобразуются в эквивалентное значение веса груза, расположенного на платформе 2, персональной ЭВМ 1, если данные значения попадают во второй диапазон, то данные значения веса с учетом датчика наложения гирь выводятся на экран персональной ЭВМ и печатающее устройство с распечаткой соответствующих реквизитов. Однако, если данные значения попали в первый диапазон, тогда через порты ввода-вывода 33 электронные ключи 32 коммутируют масштабный коэффициент передачи 2:1 масштабного усилителя 31, что соответствует данному значению веса при максимальной разрядности АЦП, т.е. значения веса в первом диапазоне обрабатываются с большей точностью персональной ЭВМ 1 и выводятся на печатающее устройство и экран персональной ЭВМ 1.

При попадании значений веса в третий диапазон (перегруз) персональная ЭВМ 1 переключается на обработку значений от второго АЦП 29 через четвертый порт ввода-вывода 30.

Наибольший предел взвешивания первого тензометрического датчика 6 удовлетворяет следующему соотношению к наибольшему пределу второго тензометрического датчика 23 где P нпв 1 - наибольший предел взвешивания первого тензометрического датчика 6; P нпв 2 - наиольший предел взвешивания второго тензометрического датчика 23.

Таким образом, третья часть усилия, которое передается через коромысло 4 и устройство нагружения 24, обрабатывается вторым АЦП 29 через четвертый порт ввода-вывода 30 персональной ЭВМ 1. Второй тензометрический датчик 23 работает в трех диапазонах: первый диапазон - недогруз;
второй диапазон - весовой;
третий диапазон - перегруз.

Соответственно, при обработке персональной ЭВМ 1 информации с второго тензодатчика 23, с учетом полученной информации о перегрузе, подается команда на переход к следующему диапазону.

Таким образом, обрабатывая информацию персональной ЭВМ 1 с датчиков наложения гирь 14, 15, 16, датчиков перегруза 17, недогруза 18, а также значений, которые вырабатывают первый и второй АЦП, многодиапазонные электронные весы получают высокую точность при взвешивании грузов, имеющих значительные массы.

По сравнению с прототипом многодиапазонные электронные весы обладают повышенной точностью.

На дату подачи патента разработан опытный образец многодиапазонных вагонных электронных весов.

Формула изобретения

Многодиапазонные электронные весы, содержащие персональную ЭВМ, грузоподъемную платформу с тягой, соединенной через коромысло с механизмом уравновешивания и первым тензометрическим датчиком, первый и второй входы моста первого тензометрического датчика соединены с первым и вторым выходами генератора сигнала, а измерительная диагональ моста первого тензометрического датчика подключена через первый измерительный трансформатор к входам первого измерительного усилителя, выход которого соединен с входом первого линейного амплитудного демодулятора, выход которого соединен с входом первого фильтра низких частот, первый аналого-цифровой преобразователь, выход которого через первый порт ввода-вывода подключен к персональной ЭВМ, устройство наложения гирь, соединенное через второй порт ввода-вывода с персональной ЭВМ, первый, второй и третий датчики наложения гирь, датчик перегруза, датчик недогруза и датчик арретира, подключенные через третий порт к персональной ЭВМ, отличающееся тем, что в них введены второй тензометрический датчик, соединенный с первым тензометрическим датчиком через устройство нагружения, первый и второй входы моста второго тензометрического датчика соединены с первым и вторым выходами генератора сигнала, а измерительная диагональ подключена через второй измерительный трансформатор к входам второго измерительного усилителя, выход которого соединен с входом второго линейного амплитудного демодулятора, выход которого через второй фильтр низких частот соединен с входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого через четвертый порт ввода-вывода подключен к персональной ЭВМ, причем выход первого фильтра низких частот подключен к входу масштабирующего усилителя, в обратной связи которого включены электронные ключи, управляющие входы которых подключены через пятый порт ввода-вывода к персональной ЭВМ, а выход масштабирующего усилителя соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2