Электронные цифровые весы

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«»966502 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19.01.81(2t) 3236014/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15. 10. 82. Бюллетень ¹ 38 .

1311 М. Кл. З

G 01. G 7/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретениЯ и открытий ($3) УДК 681.269 (088. 8) Дата опубликования описания 15 . 10 . 82

В.Г. Кнорринг, В.С. Хоисейченко, Л.К. Р и Г.A. Сальникова (72) Авторы изобретения. (71) Заявитель

Ленинградский ордена Ленина полнтехниче им. И.И. Калинина (54) ЭЛЕКТРОННЫЕ ЦИФРОВЫЕ ВЕСЫ

Изобретение относится к технике измерения массы к может быть использовано при конструировании точных весов.

Известны бескоромысловые электромагнитные весы, содержащие подвижную часть с грузопркеввтым устройством, систему подвески, преобразователь некомпенсацки, выходной сигнал которого преобразуется в ток, напряжение, частоту, 4 аэовый сдвиг, электрическую систему уравновешивания и цифровое отсчетное устройство, в . качестве которого используется цифровой прибор (1Д.

Весы такого типа универсальны, но имеют ограниченную точность.

Наиболее близкими к преддагаемым по технической сущности являются электронные цифровые весы, содержа- щие подвижную часть с-.груэоприемным устройством, последовательно включенные преобразователь компенсации, управляемые генераторы, вычитатель частот, реверсквный счетчик, отсчетное устройство, а также компенсатор и последовательно соединенные преобразователь кода в относительную длительность интервала времени к преобразователь относительной длйтельнос ти йнтервала времени в ток, выход которого подключен к сумматору, к второму входу которого подключен источник тока тары, причем выход сумматора связан с компенсатором, при этом преобразователь кода в относительную длительность интервала времени содержит RS-триггер, опорный счетчик, к входу которого подключен опорный генератор, и цепь совпадения кодов, связанную с опорным и реверсивным счетчиками f 2), Недостатком устройства является сравнительно низкая точность иэ-за пульсации компенсирующего тока.

Цель изобретения — увеличение точности и быстродействия. ,Цля достижения поставленной цели в.известное устройство введены преобразователь код-частота, D-триггер и логический коммутатор, причем входы преобразователя код-частота соединены с мпадшими разрядами реверсивного счетчика и стаРШими Разрядами .опорного счетчика преобразователя кода в относительную длительность интервала времени, а прямой.. и инверсные выходы его подключены к входам логического коммутатора, другие входЫ которого через D-триггер и

966502

М и непосредственно связаны с выходом цепи совпадения кодов, а выход соеди нен с R-входом RS-триггера преобразователя кода в относительную длительность интервала времени.

На фиг. 1 показана структурная схема электронных цифровых весов; на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов в цепи обратной связи электронных цифровых весов.

Цифровые весы содержат подвижную часть 1 с грузоприемным устройством 2, на которое устанавливают объект 3 с измеряемой массой, закрепленной на подвесках 4, преобразователь некомпенсации 5 с неподвижными пластинами 6 и подвижной плстиной 7, жестко связанной с подвижной частью 1, компенсатор 8 с постоянным магнитом 9, в зазоре которого размещена катушка 10, закрепленная на подвижной части 1, управляегие генератор 11 и 12, вычитатель частот 13, реверсивный счетчик 14 с младшими декадами 15 и старшими декадами 16, отсчетное устройство 17, преобразователь код-аналог 18., преобразователь код-частота 19 с прягьгм выходом 20 и инверсным выходом

21, 0-триггер 22, логический коммутатор 23, преобразователь кода. в относительную длительность интервала времени 24, преобразователь относительной длительности интервала времени в ток 25. Преобразователь 24 . состоит из опорного генератора 26, опорного счетчика 27 с младшими декадами 28 и старшими декадами 29, цепи совпадения кодов 30 и RS-триггера 31, а преобразователь 25 содержит ключ 32 и источник тока 33.

Кроме этого, имеется регулируемый источник тока тары 34 и суммирующий блок 35.

Работа устройства основана на компенсации силы тяжести взвешиваемого груза силой, создаваемой компенсатором 8 и определяемой взаимодействием магнитного поля постоянного магнита 9 с осредненным током в катушке 10, определяемым как

Х ь 1 п а 1 Х вЂ”вЂ” гг Е сб > где I - стабилизированный ток источо ника тока 33;

Щ - длительность импульса тока период преобразования, определякиагг.гся отношением объема опорного счетчика 27 к частоте импульсов опорного генератора 26; число импульсов. тока в период преобразования; показания реверсивного счет« чика 14;

И - объем опорного счетчика .27.

Формирование импульсов тока осуще« ствляется реверсивным счетчиком 14 и опорным счетчиком 27.

Электронные цифровые весы работают следующим образом.

В исходной позиции при отсутствии измеряемого объекта 3 на грузоприемном устройстве 2 подвижная пластина

7, жестко скрепленная с подвижной частью 1, находится в центральном положении. При этом управляемые генераторы 11 и 12 имеют одинаковые частоты f и f, а разность частот на выходах вычитателя частот 13 равна нулю, т.е. ьЕ Ее - Е 0, кодовая ком15 бинация на выходах реверсивного счетчика 14 иглеет вид ™0000" и показания отсчетного устройства 17 также равны нулю.

В режиме взвешивания при уста2О новлении объекта 3 на грузоприемное устройство 2 подвижная часть 1 вместе с прдвижной пластиной 7 перемещается, генераторы 11 и 12 рассогласовываются и на выходе вычитателя

25 частот 13 появляется сигнал раэностной частоты +У fI - f . Реверсивный счетчик 14 производит подсчет импульсов, пришедших эа время процесса уравновешивания переходного

ЗО процесса и управляет преобразователем код-аналог 18 °

По мере роста числа импульсов в реверсивном счетчике 14 увеличивается и время пребывания триггера 31 преобразователя кода в относительную длительность интервала времени 24 в единичном состоянии, определяемое разностью между моментами поступления на него импульсов переполнения с опорного счетчика 27 цепи совпа4О дения кодов 30 через логический коммутатор 23. Это приводит к увеличению .длительности импульса тока дс;, а следовательно и росту компенсирующего тока Iк. Процесс изменения то45 ка I продолжается до тех пор, пока в реверсивном счетчике 14 не набе-: рется кодовая комбинация, пропорциональная измеряемой массе объекта.

Отсчет измеряемой массы шх ведется

5О по отсчетному устройству 17, которое калибруется в единицах массы.

После того, как произведено уравновешивание током 1к, подвижная часть

1 возвращается в исходное состояние, 55 а ее подвижная пластина 7 занимает центральное положение. При этом .частоты f u f генераторов 11 и 12 становятся одинаковыми, разность частот И на выходах вычитателя частот

13 равна нулю f=0, а реверсивный счетчик 14 останавливается, запоминая набранную кодовую комбйнацию, пропорционально измеряегюй массе.

При этом код, записанный в младшигг декадах.15 реверсивного счетчика 14, 6S сравнивается с текущим значением ко966502 формула изобретения

Электронные цифровые весы, содер

45 жащие подвижную часть с груэоприем-.. ным устройством, последовательно: включенные преобразователь некомпенсации, управляемые генераторы, вычитатель частот, реверсивный счетчик, отсчетное устройство, а также компен сатор и последовательно соединенные преобразователь кода в относительную длительность интервала времени и преобразователь относительной длительности интервала времени в ток, выход которого подключен к сумматору, к второму входу которого подключен источник тока тары, причем выход сум» матора связан с компенсатором, при этом преобразователь кода в относи тельную длительность интервала времени содержит RS-триггер„ опорный счетчик, к входу которого подключен опорный генератор, и цепь совпадения кодов, связанную с опорным и реверсив65 ным счетчиками, о т л и ч а ю щ и еда младших декад 28 опорного счетчика 27 при помощи цепи совпадения ко-, дов 30; В момент равенства этих кодов сигнал с выхода цепи совпадения кодов 30 поступает на 0-вход D-триггера 22, на -вход которого поступают импульсы с опорного генератора

26, и на вход логического коммутатор-.

23..При отсутствии импульса на прямом выходе 20 преобразователя 19 сигнал с выхода цепи совпадения кодов 30 поступает íà R-вход RS-триггера 31 без изменений. При наличии импульса сигнал поступает удлиненным на длительность одного тактового, импульса, определяемого опорным

4 генератором 26. Эадержка t = — вносится в схему 0-триггером 2. На

„@

5-вход RS-триггера 31 поступает сигнал (импульс переполнения ) с младших декад 28 опорного счетчика 27.

Таким образом, в течение периода преобразования Т„, на ключ 32 преобразователя 25 поступает последовательность импульсов, причем длительность некоторых из них увеличена на один такт 4 . При этом частота переключения RS-триггера 311„ = - —

P happ определяется частотой переполнения младших декад 28 опорного счетчика

27; Временная диаграмма работы ключа 32 преобразователя 25 приведена на фиг. 2.

Пример . Пусть в реверсивном трехдекадном счетчике 14 записано число 253. При частоте опорного генератора 26, равной 1 мГц, на преобразование такого числа в весах (фиг. 2) требуется 253 мкс, при этом частота переключения И-триггера 31 равна 1 кГц. Для повышения разрешающей способности прибора наращивают реверсивный счетчик. 14 снизу, добавив одну младшую декаду 15 а опорный счетчик,27 - сверху, добавив одну старшую декаду 29, (фиг.2 ).

Пусть в реверсивном счетчике 14 записано уточненное число 2537, тогда при сохранении той же частоты опорного генератора 26 на преобразова ние этого числа требуется 253,7 мкс.

Число 7 преобразовывают в импульсную последоваТельность, состоящую из семи импульсов в одном периоде преобразования, определяемом частотой переполнения старшей декады 29 опорного счетчика 27, т.е. sa период преобразованиятпре,БР логический коммутатор 23 пропускает семь импульсов длительностью 254 мкс, а три импульса длительностью 253 мкс, что в среднем дает требуемое время преобразования. При этом частота переключения й5-триггера 31 остается рав ной 1 кГц. В известном устройстве для преобразования этого же числа при

:равных условиях равном числе декад реверсивного и опорного счетчиков, той же частоте опорного генератора требуется 2537 мкс, при этом частота переключения RS-триггера уменьшается в 10 раз, и становится равной 100 Гц, погрешность от пульсаций увеличивается.

При дальнейшем увеличении точности (добавление пятой и шестой декад реверсивного счетчика) частота пере10 ключения RS-триггера известного устройства падает до 10 Гц и 1 Гц.

Столь низкие частоты сравнимы с частотой резонанса подвижной части весов или лежат ниже ее, что требу15 ет использования в преобразователе относительной длительности в ток фильтров нижних частот с большими постоянными времени (единицы и десятм ки секунд) которые и определяют быстродействие весов. Таким образом, очень высокая потенциальная точность преобразователей код-аналог с изменяющейся относительной.длительностью интервала времени (достижимая

25 точность характеризуется погрешностью

10 и ниже) оказывается практически

1нереализуемой из-за недопустимого па дения быстродействия весов и роста погрешности пульсации, I

В предлагаемых электронных цифровых весах при увеличении числа декад реверсивного счетчика высокая частота переключения RS-триггера сохраняется. Это позволяет либо ис35 ключить фильтры нижних частот, либо использовать их с малыми постоянными времени, что существенно повышает точность преобразователя коданалог.

966502 с я тем, что, с целью увеличения точности и быстродействия, в ннх введены преобразователь код-частота, Ф-триггер и логический коммутатор, причем входы преобразователя код-частота соединены с мпадыими разрядами реверсивного счетчика и старшими Разрядами опорного счетчика преобразователя кода в относительную длительность интервала времени, а прямой и инверсные выходы его подключены к входам логического коме татора, другие входы которого через 0-триггер и непосредственно связаны с выходом цепи совпадения кодов а выход соединен с й-входом

Ю-триггера преобразователя кода

B относительнув длительность интервала времени.

Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе

1. Кнорринг В.Г., Рукина Л.К.

Новый метод построейия цифровых компенсационных приборов для измерения .механических величин. - В сб. - Ци 10 ровые измерительные и управляющие устройства". Л., ЛПИ им. И.И. Калинина, 1965, Ф 256, с. 3-9.

2. Авторскюе свидетельство СССР

9 742719, кл. G 01 6 23/36, 1978

15,(прототип).

966502

Составитель В. Митряев

Редактор Т. Митрович ТехредМ.Гергель Корректор М. Демчик

Ю4

Эакаэ 7829/57 Тирак 673 . Падлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, М»35, Раумская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", .r.Óàãîðàä, ул.,Проектная, 4