Массометрический способ высокоточного определения веса груза и устройство его реализации

Способ заключается в измерении силы веса силоизмерительными датчиками, а линейные ускорения грузоприёмного устройства акселерометрами, установленными осями чувствительности вдоль осей чувствительности силоизмерительных датчиков. Синхронно преобразуют оба сигнала в цифровую форму и затем фильтруют с помощью двух фильтров, введенных в устройство, учитывая количество шумящих младших разрядов каждого из применяемых аналого-цифровых преобразователей. Одновременно делят первый профильтрованный сигнал на второй профильтрованный сигнал для получения действительного значения массы груза без динамических ошибок с повышенной точностью. Полученное значение массы умножают на присущее данному месту земного шара ускорение земного тяготения и определяют вес груза. Технический результат - дальнейшее повышение точности взвешивания в условиях динамических помех и конкретного количества шумящих младших разрядов в применяемых аналого-цифровых преобразователях. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электронной весоизмерительной техники и может быть использовано для быстрого и высокоточного взвешивания грузов в условиях динамических помех, сопутствующих нагружению платформенных весов, уменьшению массы груза в дозирующих весах при расфасовывании, перемещению грузов различного рода подъемными механизмами и одновременном их взвешивании, например, крановыми, монорельсовыми и другими весами.

Известны и на практике применяются весы, использующие силоизмерительные датчики. Они могут обладать высокой точностью при отсутствии регулярных и случайных динамических воздействий на сами весы и взвешиваемый груз и потому называются статическими. Реальный процесс взвешивания, и особенно грузов, перемещаемых подъемными механизмами, имеет динамический характер, вызванный, например, поступательным ускоренным движением системы «весы-груз», центробежными силами при вращении стрелы подъемного механизма, поперечными и продольными колебаниями груза на весах и др. В этих условиях статические весы не обеспечивают необходимой точности определения веса груза, требуют большого интервала времени успокоения, измерений, существенно ограничивают интенсивность погрузочно-разгрузочных и расфасовочных работ.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по целевому назначению и технической сущности является «Массометрический способ автоматического определения веса груза и устройство его реализации» [1, патент РФ №2148800 с приоритетом от 23.11.1999 г., автор Мамошин В.Р.], который взят в качестве прототипа. В этом изобретении по способу в процессе взвешивания измеряют одновременно силу веса F силоизмерительными датчиками и линейные ускорения грузоприемного устройства j акселерометрами, установленными осями чувствительности соосно с силоизмерительными датчиками.

Синхронно преобразуют оба сигнала в цифровую форму, делят первый сигнал F_i на второй j_i для получения действительного значения массы m_i груза m_i=F_i/j_i. Полученное значение массы m_i умножают на присущее данному месту земного шара ускорение земного тяготения g_м и определяют вес G_мi груза G_мi=m_i·g_м.

Недостатком этого способа является ограниченная точность, обусловленная допущением об отсутствии у конкретных преобразователей аналог-код шумящих младших разрядов.

Цель изобретения - дальнейшее повышение быстродействия и точности взвешивания грузов в условиях динамических воздействий и помех путем устранения указанного недостатка.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе ко всем указанным выше операциям прототипа вводят дополнительную - после нагружения весов сигналы от силоизмерительных датчиков и акселерометров фильтруют.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство в своем составе содержит все блоки прототипа, но по отношению к нему наращено введением двух блоков 34 и 35 - цифровых фильтров. Частично изменились связи между соответствующими блоками. Если по прототипу «Силоизмерительные датчики веса 1 выходом подключены ко входу первого аналого-цифрового преобразователя 3, разрядные выходы которого подсоединены ко вторым информационным входам первого многоразрядного ключа 5. Датчики линейных ускорений 2 выходом подключены ко входу второго аналого-цифрового преобразователя 4, разрядные выходы которого подсоединены ко вторым информационным входам второго многоразрядного ключа 6. Оба многоразрядных ключа 5 и 6 первыми управляющими входами связаны с первым управляющим выходом управляемого генератора-синхронизатора 8, а разрядными выходами соответственно подключены к первому (делимое) и третьему (делитель) входам первого делителя 7», то в предлагаемом устройстве оба многоразрядных ключа 5 и 6 разрядными выходами соответственно подключены к входам первого 34 и второго 35 цифровых фильтров. Выходы первого 34 и второго 35 цифровых фильтров подсоединены соответственно к первому (делимое) и третьему (делитель) входам первого делителя 7.

В цифровых фильтрах 34 и 35 реализуется фильтрация, например, по известному методу «скользящего среднего». Если в преобразователе аналог-цифра шумят два младших разряда, то усреднение производят по сумме четырех скользящих измерений с коэффициентом 1/4, что исключает влияние шумов этих двух младших разрядов преобразователя; если в преобразователе аналог-цифра шумит лишь один младший разряд, то усреднение производят по сумме двух скользящих измерений с коэффициентом 1/2, что исключает влияние шумов этого младшего разряда преобразователя. Функционирование устройства, в котором реализован предлагаемый способ, происходит следующим образом. После нагружения весов на выходе их силоизмерительных датчиков 1 появляется электрический сигнал F, пропорциональный весу груза, который первым аналого-цифровым преобразователем 3 превращается в последовательность многоразрядных двоичных чисел, поступающих на информационный вход первого многоразрядного ключа 5. С выхода первого многоразрядного ключа 5 числа подаются на вход первого цифрового фильтра 34, где происходит их фильтрация с учетом количества шумящих младших разрядов первого аналого-цифрового преобразователя. Одновременно на выходе датчиков линейных ускорений (акселерометров) 2, установленных осями чувствительности параллельно осям чувствительности соответствующих силоизмерительных датчиков, образуется электрический сигнал, пропорциональный линейному ускорению грузоприемного устройства j, который вторым аналого-цифровым преобразователем 4 тоже превращается в последовательность многоразрядных двоичных чисел, поступающих на информационный вход второго многоразрядного ключа 6. Оба многоразрядных ключа 5 и 6 открываются одновременно, поскольку на их первые управляющие входы от генератора-синхронизатора 8 поступает единый синхроимпульс. С выхода второго многоразрядного ключа 6 числа подаются на вход второго цифрового фильтра 35, где происходит их фильтрация с учетом количества шумящих младших разрядов второго аналого-цифрового преобразователя. С выхода первого цифрового фильтра 34 профильтрованные данные о F_i поступают на первый вход делителя 7 в качестве делимого, с выхода второго фильтра 35 скорректированные (профильтрованные) данные об j_i поступают на третий вход этого же делителя 7 в качестве делителя. На выходе первого делителя 7 появляется число - частное от деления, представляющее собой мгновенное значение массы совокупного груза m_i=F_iΣ/j_i, которое подается на третий вход первого умножителя 9, где умножается на значение местного ускорения земного тяготения g_м, введенное заранее на второй вход первого умножителя 9 в качестве сомножителя с выхода первого задатчика 10. На выходе первого умножителя 9 получается мгновенное значение веса взвешиваемого груза G_мi=m_i·g_м. Далее предлагаемое устройство работает аналогично прототипу.

1. Массометрический способ высокоточного определения веса груза включает операции нагружения весов, измерения сигналов F силоизмерительного датчика веса, линейного ускорения j грузоприемного устройства с помощью акселерометра, установленного осью чувствительности вдоль оси чувствительности силоизмерительного датчика, измерения i сигналов обоих датчиков при взвешивании одного и того же груза выполняют синхронно N раз подряд 1<I≤N, преобразуют эти сигналы в цифровую форму и одновременно делят сигнал F_i на сигнал j_i, полученное действительное значение массы m_i=F_i/j_i груза умножают на соответствующее данной местности земного шара по долготе значение ускорения земного тяготения g_м и таким образом получают ряд i последовательных значений веса G_мi груза для данной местности G_мi=m_i·g_м, суммируют значения веса G_мi груза, полученную сумму ∑_NG_мi делят на количество выполненных отсчетов N и получают значение среднестатистической оценки G_м=(∑_nG_мi)/N взвешиваемого груза, при этом вес G₀ грузоприемного устройства определяют при порожних взвешенных весах, нажимая на пульте управления кнопки «Взвешивание» и «G₀», полученное значение G₀ запоминают в энергонезависимом многооперандном запоминающем устройстве, вес брутто-груза G_гр.б определяют при взвешенных весах с брутто-грузом, нажимая кнопку на пульте управления «Взвешивание», из вычисленного значения веса G_мб вычитают значение веса G₀ грузоприемного устройства и полученный результат G_гр.б запоминают в энергонезависимом многооперандном запоминающем устройстве, вес G_т тары определяют при взвешенных весах, нагруженных только тарой, нажимая на пульте управления кнопки «Взвешивание» и «G_t», из вычисленного значения веса G_мт вычитают значение веса G₀ грузоприемного устройства, и полученный результат G_t запоминают в энергонезависимом многооперандном запоминающем устройстве, вес нетто-груза G_гр.н определяют при взвешенных весах, нажимая на пульте управления кнопку «Взвешивание», и из вычисленного значения веса G_мн вычитают значения веса G_т тары и веса G₀ грузоприемного устройства, полученный результат G_гр.н запоминают в энергонезависимом многооперандном запоминающем устройстве, причем суммарное значение всех К, где 1<k≤К, взвешиваемых брутто-грузов G_гр.б∑ определяют методом их последовательного суммирования G_гр.б∑=∑G_гр.б.k, полученный результат суммирования запоминают в энергонезависимом многооперандном запоминающем устройстве, суммарное значение всех S, где 1<s≤S, взвешиваемых нетто-грузов G_гр.н∑ определяют методом их последовательного суммирования G_гр.н∑=∑_sG_гр.н.s, полученный результат суммирования запоминают в энергонезависимом многооперандном запоминающем устройстве, текущие результаты взвешиваний выводят на блок индикации, запомненные результаты используют для документирования, анализа и оценки выполненных работ, при этом при каждом порожнем взвешенном состоянии весов, нажимая на пульте управления кнопки «Взвешивание» и «Контроль», сравнивают текущее измеренное значение веса G_0и грузоприемного устройства с его запомненным значением G₀, и если квадрат разности (G_0и-G₀)² превышает квадрат заданного значения допуска (δG₀)², то индицируют грубость процесса взвешивания и принимают соответствующие меры поверки и настройки весов, отличающийся тем, что введена дополнительная операция - сигналы от силоизмерительных датчиков и датчиков линейных ускорений после преобразования в цифровую форму фильтруют с учетом количества шумящих младших разрядов каждого из применяемых аналого-цифровых преобразователей.

2. Устройство массометрического высокоточного определения веса груза содержит в своем составе силоизмерительные датчики, два многоразрядных ключа, микропроцессор, блок индикации, датчики линейных ускорений, два аналого-цифровых преобразователя, два энергонезависимых многооперандных запоминающих устройства, управляемый генератор-синхронизатор, два делителя, два умножителя, пять сумматоров, двоичный счетчик, два компаратора, четыре дополнительных многоразрядных ключа, два задатчика параметров, два телеметрических приемопередатчика, пульт функционального управления и индикации с кнопками «Взвешивание», «Контроль», «Обнуление», «G₀», «G_т», при этом выход силоизмерительного датчика веса подключен к входу первого аналого-цифрового преобразователя, разрядные выходы которого подсоединены ко вторым информационным входам первого многоразрядного ключа, датчики линейных ускорений выходом подключены к входу второго аналого-цифрового преобразователя, разрядные выходы которого подсоединены ко вторым информационным входам второго многоразрядного ключа, оба многоразрядных ключа первыми управляющими входами связаны с первым управляющим выходом управляемого генератора-синхронизатора, управляемый генератор-синхронизатор, обеспечивающий процесс синхронного функционирования измерительно-вычислительного модуля весов, соединен входом с четвертым выходом первого энергонезависимого многооперандного запоминающего устройства, вторым выходом - с третьим управляющим входом второго умножителя, третьим выходом - с третьим управляющим входом четвертого сумматора, четвертым выходом - с третьим управляющим входом второго сумматора, пятым выходом - с третьим управляющим входом пятого сумматора, шестым выходом - со вторым управляющим входом второго делителя, седьмым выходом одновременно - с первым счетным входом двоичного счетчика и первым управляющим входом первого сумматора, восьмым выходом - с третьим управляющим входом третьего сумматора, девятым выходом - с первым управляющим входом первого умножителя, десятым выходом - со вторым управляющим входом первого делителя, первый делитель выходом связан с третьим входом первого умножителя, первый умножитель подсоединен вторым входом к выходу первого задатчика параметров, а выходом - к третьему входу первого сумматора, первый сумматор выходом подключен к первому входу второго делителя, второй делитель третьим входом связан с разрядным выходом двоичного счетчика, а выходом соединен одновременно с первым входом второго сумматора и вторыми информационными входами третьего и четвертого многоразрядных ключей, которые информационными выходами подключены соответственно к первому и второму входам первого энергонезависимого многооперандного запоминающего устройства, а управляющими первыми входами - к его первому и второму управляющим выходам, второй сумматор четвертым входом связан с шестым информационным выходом первого энергонезависимого многооперандного запоминающего устройства, а выходом подключен одновременно ко входу первого компаратора и ко вторым информационным входам пятого и шестого многоразрядных ключей, пятый многоразрядный ключ первым управляющим входом соединен с пятым управляющим выходом первого энергонезависимого многооперандного запоминающего устройства, а выходом подключен одновременно к первому и второму входам второго умножителя, шестой многоразрядный ключ первым управляющим входом подсоединен к положительному выходу первого компаратора, а выходом связан одновременно с третьим информационным входом первого энергонезависимого многооперандного запоминающего устройства и первыми входами третьего и пятого сумматоров, третий сумматор выходом соединен с четвертым информационным входом первого энергонезависимого многооперандного запоминающего устройства, пятый сумматор четвертым входом подключен к седьмому информационному выходу первого энергонезависимого многооперандного запоминающего устройства, а выходом одновременно - к первому входу четвертого сумматора и пятому информационному входу первого энергонезависимого многооперандного запоминающего устройства, четвертый сумматор выходом подсоединен к шестому информационному входу первого энергонезависимого многооперандного запоминающего устройства, второй компаратор первым информационным входом связан с выходом второго умножителя, вторым информационным входом - с выходом второго задатчика параметров, а положительным выходом - с седьмым входом первого энергонезависимого многооперандного запоминающего устройства, третий управляющий выход первого энергонезависимого многооперандного запоминающего устройства соединен с обнуляющими вторыми входами первого, второго, третьего, четвертого, пятого сумматоров и двоичного счетчика, измерительно-вычислительный модуль весов сопряжен с пультом функционального управления и индикации весов двунаправленным каналом телеметрической связи, первый телеметрический приемопередатчик соединен входом с восьмым выходом первого энергонезависимого многооперандного запоминающего устройства, а выходом - с его восьмым входом, второй телеметрический приемопередатчик подсоединен к пульту функционального управления и индикации весов, при этом первый выход и первый вход второго телеметрического приемопередатчика подключены соответственно к первому входу и первому выходу микропроцессора, первый и второй телеметрические приемопередатчики связаны между собой либо эфиром в оптическом или радиодиапазонах, либо проводной кабельной, витой парой, либо волокно-оптической линией с использованием интерфейса, второе энергонезависимое многооперандное запоминающее устройство подключено первым информационным входом ко второму выходу микропроцессора, вторым выходом - к первому входу блока индикации, первым выходом - к третьему входу микропроцессора, третий выход микропроцессора соединен со вторым входом блока индикации, выходы кнопок «G₀», «G_т», «Взвешивание», «Обнуление», «Контроль» пульта функционального управления и индикации связаны со вторым информационным входом микропроцессора, причем первый выход микропроцессора через второй и первый телеметрические приемопередатчики связан с восьмым входом первого энергонезависимого многооперандного запоминающего устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно введены два цифровых фильтра, подключенные входами соответственно к выходам первого и второго многоразрядных ключей, а выходами соответственно - к первому в качестве делимого и третьему в качестве делителя входам первого делителя.