ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИЛЫ ДЛЯ ВЕСОВ Российский патент 1995 года по МПК G01L1/16 

Изобретение относится к силоизмерительной технике, в частности к преобразователям силы для весов.

Известен электронный преобразователь торговых весов, в котором преобразование измеряемого веса в электрический частотный сигнал осуществляется с помощью вибростержневого датчика. Частотный сигнал обрабатывается в микропроцессоре и поступает на индикатор [1] Недостатком преобразователя является сложность, невозможность получения заданного смещения нуля, что затрудняет его использование при определении веса "нетто", появление ложных срабатываний при разгрузке весов.

Наиболее близким по достигаемому результату и технической сущности к изобретению является электронный преобразователь силы для весов [2] Он является более простым и позволяет взвешивать вес "нетто", имеет более широкие функциональные возможности за счет получения заданного смещения нуля. Недостатком этого преобразователя является невозможность компенсации температурной погрешности.

Целью изобретения является уменьшение температурной погрешности.

Цель достигается тем, что в электронный преобразователь силы для весов, содержащий платформу, установленную на рычаге, на верхней и нижней поверхностях которого размещены кварцевые резонаторы, включенные в частотозадающие цепи измерительных кварцевых резонаторов, выходы которых подключены к смесителю, выход которого через формирователь импульсов соединен с входами двух ключей, управляющие входы которых подключены к выходам распределителя импульсов, вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты, а третий выход с первым входом триггера, второй вход которого через нормально разомкнутую кнопку подключен к шине питания, а выход триггера и четвертый выход распределителя импульсов подключены к вентилю, выход которого соединен с входом установки в нуль счетчика предварительной установки, со счетными входами этого и второго счетчиков соединены выходы ключей, входы второго счетчика соединены с выходами счетчика предварительной установки, выходы второго счетчика через регистр соединены с дешифратором, связанным с индикатором, а установочные входы этого счетчика и регистра соединены соответственно с пятым и шестым выходами распределителя
импульсов, при этом с выходами дешифратора соединены входы блока гашения незначащих цифр, вход которого связан с вторым входом триггера и входом разрешения индикатора, введены управляемый делитель частоты, формирователь интервала времени, третий ключ, генератор с термочувствительным элементом, третий счетчик и второй регистр, причем управляемый делитель частоты установлен между входом распределителя импульсов и выходом генератора тактовой частоты, который связан с формирователем интервала времени, выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, генератор с термочувствительным элементом через третий ключ связан с третьим счетчиком, выход которого соединен с вторым регистром, выходы которого подключены к входам управляемого делителя частоты, а установочные входы третьего счетчика и второго регистра соединены соответственно с пятым и шестым выходами распределителя импульсов.

Кроме того, для достижения цели в качестве термочувствительного элемента используют полупроводниковый терморезистор или кварцевый резонатор.

На чертеже представлена структурная схема электронного преобразователя.

Преобразователь содержит платформу 1 на свободной подвеске, опирающейся на рычаг 2, на верхней и нижней поверхностях которого размещены кварцевые резонаторы 3 и 4. Резонаторы включены в частотозадающие цепи измерительных кварцевых генераторов 5 и 6, выходы которых подключены к смесителю 7. Выход смесителя через формирователь 8 соединен с входами ключей 9 и 10, управляющие входы которых подключены к выходам распределителя 11 импульсов. Вход распределителя 11 импульсов связан с выходом генератора 12 тактовой частоты через управляемый делитель 13 частоты. Третий выход распределителя импульсов соединен с первым входом триггера 14, второй вход которого через нормально разомкнутую кнопку подключен к шине питания. Выход триггера, четвертый выход распределителя 11 импульсов подключены к вентилю 15, выход которого связан с входом установки в нуль счетчика 16 предварительной установки. Выходы ключей 9 и 10 соединены со счетными входами счетчиков 16 и 17. Входы предустановки счетчика 17 соединены с выходами счетчика 16. Выходы счетчика 17 через регистр 18 соединены с дешифратором 19, соединенным с индикатором 20. Установочные входы счетчика 17 и регистра 18 соединены с пятым и шестым выходами распределителя 11 импульсов. С выходами дешифратора 19 соединены вход устройства 21 гашения незначащих цифр, выход которого соединен с вторым выходом триггера 14 и входом разрешения индикатора 20.

С выходом генератора 12 тактовой частоты соединен формирователь 22 интервала времени, выход которого соединен с управляющим входом дополнительного ключа 23. Дополнительный генератор 24 с термочувствительным элементом 25 через ключ 23 связан с третьим счетчиком 26, выход которого связан с регистром 27. Регистр связан с управляемым делителем 13 частоты. Установочные входы счетчика 26 и регистра 27 соединены с пятым и шестым выходами распределителя 11 импульсов.

Работа преобразователя осуществляется следующим образом.

Груз размещается на платформе 1, при этом измеряемый вес преобразуется в усилие, передаваемое на рычаг 2, испытывающий при этом деформацию изгиба. Резонатор 3 уменьшает свою резонансную частоту (деформация растяжения), а резонатор 4 увеличивает (деформация сжатия).

Генераторы 5 и 6 возбуждают электрические колебания с частотами, близкими к резонансным частотам резонаторов. Эти частоты смешиваются в смесителе 7. Формирователь 8 выделяет импульсную последовательность с разностной частотой.

При отсутствии груза разностная частота равна f_о и обусловлена неравенством резонансных частот резонаторов из-за технологического разброса. Под действием измеряемого веса Р разностная частота изменяется на величину Δ f_o kP, где k коэффициент чувствительности. Знак коэффициента k может быть любым в зависимости от конкретной конструкции рычага 2.

Измерение начинается при нажатии кнопки "Сброс" при ненагруженной платформе. При этом триггер 14 открывает вентиль 15 и импульсом И1 обнуляется счетчик 16 предварительной установки. Код, соответствующий значению частоты, фиксируется в счетчике 16 и переписывается в счетчик 17. Далее импульсы частоты поступают через ключ 10 в счетчик 17, работающий в режиме вычитания. По окончании счета содержимое счетчика 17 равно 0, что индицируется индикатором 20. После установки груза на платформу частота f f_o kP поступает только в счетчик 17, так как триггер 14 сброшен в нуль импульсом И4 после записи в счетчике 16 в первом цикле. По окончании счета в счетчике 16 оказывается код, соответствующий Δ f: Δ f f_o I f_o kP I kP. Этот код, масштабированный в единицах веса, отображается в индикаторе 20.

Масштаб кода и, соответственно, показания весов определяются временем измерения Т (временными воротами), формируемым распределителем 11 импульсов из импульсной последовательности, поступающей от генератора 12 через делитель 13. Время измерения связано с периодом частоты генератора 12 Т Т_тN, где N коэффициент деления делителя 13 частоты.

Влияние температуры окружающей среды сводится к изменению начальной частоты и изменению коэффициента чувствительности по закону, близкому k k_o ± Δ k(t^o t_o^o), где k температурный коэффициент чувствительности.

Благодаря изменению времени измерения в зависимости от температуры, происходит уменьшение температурной погрешности коэффициента чувствительности (но со знаком, противоположным знаку изменения коэффициента чувствительности). При этом код в счетчике 17 оказывается равным М (k_o + Δ k Δ t^o I ˙ P I ˙ T Δ T Δ t^o), где Δ Т температурный коэффициент изменения времени измерения; Δ t^o- изменение температуры.

Из приведенного выражения следует, что если температурный коэффициент равен Δ Т Δ kT/k_о, то температурная погрешность коэффициента чувствительности k оказывается скомпенсированной с точностью до величины второго порядка малости Δ k Δ T/ Δ t^o/². Для реализации данного принципа компенсации коэффициент деления управляемого делителя устанавливается в виде постоянной и переменной частей. Переменная часть определяется кодом в регистре 27, куда он поступает из счетчика 26. Код в счетчике 26 образуется при подсчете импульсов частоты f_DO дополнительного генератора 24. Эта частота зависит от температуры термочувствительного элемента 25, включенного в частотозадающую цепь генератора 24. Измерение этой частоты производится за фиксированный интервал времени τ, вырабатываемый формирователем 22 из тактовой частоты f_т 1/Т_т. В результате код в счетчике 26 равен N₂f_DO + Δ f Δ t τ + M₁, где f_DO начальное значение частоты генератора 24; Δ f коэффициент термочувствительности генератора 24; М₁ начальный код в счетчике 26, задаваемый перемычками.

Если требуется изменить знак компенсации, то счетчик 26 должен работать в режиме вычитания из кода М₁, что осуществляется переключением его входов.

Суммарный коэффициент деления делителя 13 складывается N I M₁ ± f_DO τ I ± Δ fΔ t τ. Слагаемое в скобках определяет постоянную часть коэффициента деления N и соответствует номинальному значению коэффициента чувствительности k_о (при нормальной температуре). Масштабирование компенсирующего изменения коэффициента деления в соответствии с изложенным осуществляется изменением интервала и кода предварительной установки М₁.

Поскольку формирователь 22 интервала τ связан с генератором 12, то все сигналы в устройстве оказываются синхронизированными и сброс счетчика 26 и регистра 27 можно осуществлять сигналами, идущими на счетчик 17 и регистр 18.

В качестве термочувствительного элемента может быть использован полупроводниковый терморезистор или специальный кварцевый резонатор.

Сущность изобретения: преобразователь содержит платформу, опирающуюся на рычаг, на верхней и нижней поверхностях которого размещены два кварцевых резонатора, два кварцевых генератора, смеситель, формирователь, три ключа, распределитель импульсов, генератор тактовой частоты, управляемый делитель частоты, триггер, вентиль, три счетчика, два регистра, дешифратор, индикатор, устройство гашения незначащих цифр, формирователь интервала времени, генератор с термочувствительным элементом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИЛЫ ДЛЯ ВЕСОВ, содержащий платформу, установленную на рычаге, на верхней и нижней поверхностях которого размещены кварцевые резонаторы, включенные в частотозадающие цепи измерительных кварцевых резонаторов, выходы которых подключены к смесителю, выход которого через формирователь импульсов соединен с входами двух ключей, управляющие входы которых подключены к выходам распределителя импульсов, вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты, а третий выход с первым входом триггера, второй вход которого через нормально разомкнутую кнопку подключен к шине питания, а выход триггера и четвертый выход распределителя импульсов к вентилю, выход которого соединен с входом установки в "0" счетчика предварительной установки, со счетными входами этого и второго счетчиков соединены выходы ключей, входы второго счетчика соединены с выходами счетчика предварительной установки, выходы через регистр с дешифратором, связанным с индикатором, а установочные входы этого счетчика и регистра соединены соответственно с пятым и шестым выходами распределителя импульсов, при этом с выходами дешифратора соединены входы блока гашения незначащих цифр, вход которого связан с вторым входом триггера и входом разрешения индикатора, отличающийся тем, что в него введены управляемый делитель частоты, формирователь интервала времени, третий ключ, генератор с термочувствительным элементом, третий счетчик и второй регистр, причем управляемый делитель частоты установлен между входом распределителя импульсов и выходом генератора тактовой частоты, который связан с формирователем интервала времени, выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, генератор с термочувствительным элементом через третий ключ связан с третьим счетчиком, выход которого соединен с вторым регистром, выходы которого подключены к входам управляемого делителя частоты, а установочные входы третьего счетчика и второго регистра соединены соответственно с пятым и шестым выходами распределителя импульсов. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в качестве термочувствительного элемента используют полупроводниковый терморезистор или кварцевый резонатор.