ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК G01G23/36 

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано в составе весоизмерительных устройств с компенсацией начальной или тарной нагрузок, работающих в условиях температурной нестабильности и динамических помех.

Известны весоизмерительные устройства, содержащие последовательно включенные силоизмерительный датчик, частотный преобразователь, блок управления, выходной счетчик, блок индикации, а также счетчик общего веса [1]
Недостатком известного устройства является низкая точность, обуславливаемая погрешностью установки нуля.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее датчик запуска, генератор числа импульсов, нуль-орган, цифроаналоговый компенсатор, блок управления, делитель напряжения, регистр, два триггера и два формирователя импульсов, узел ввода информации, согласующий элемент, реверсивный счетчик с цифроаналоговым преобразователем, усилитель-корректор и делитель, вход которого соединен с выходом усилителя-корректора, а управляющий вход усилителя корректора соединен через цифроаналоговый преобразователь с выходом реверсивного счетчика (2).

Известное устройство обладает недостаточной точностью и надежностью из-за несовершенной системы компенсации температурных и динамических погрешностей и отсутствием автоматического выбора диапазона измерений [1]
Целью изобретения является повышение точности и надежности, а также повышение эффективности компенсации температурных и динамических погрешностей и автоматического выбора диапазона измерений.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 узел компенсации.

Устройство содержит узлы 1 и 2 ввода информации, согласующие элементы 3 и 4, первый коммутатор 5, узлы 6 и 7 первой и второй компенсации, усилители 8 и 9, фильтры 10 и 11, сумматор 12, усилитель-корректор 13, делитель 14, второй коммутатор 15, триггер 16 управления, первый 17 и второй 18 и элементы И, схемы первый 19 и второй 20 сравнения, узел 21 уставки, цифроаналоговый преобразователь 22, реверсивный счетчик 23, третий 24 и четвертый 25 элементы И, элемент НЕ 26, элемент И-НЕ 27, элемент 28 включения, усилитель-формирователь 29 сигнала компенсации, источник 30 стабильного напряжения, генератор 31 управляющих импульсов, формирователь 32 сигнала управления, цифроаналоговый преобразователь 33, блок 34 индикации.

Узел компенсации содержит согласующий элемент 34, усилитель 35, элементы 36 и 37 переключения, интеграторы 38 и 39, элементы НЕ 40 и 41 узла компенсации, смеситель 42 сигналов.

Устройство работает следующим образом.

Каждый из чувствительных элементов, т.е. собственно тензодатчик, узлов 1 и 2 ввода информации выполнен в виде группы тензорезисторных элементов на одной подложке, соединенных по схеме полного моста. Тензодатчик закреплен в упругий элемент, который воспринимает и уравновешивает измеряемую нагрузку. Деформация упругого элемента, пропорциональная нагрузке, измеряется с помощью тензодатчика, который преобразует деформацию последнего в изменение электрического сигнала. Тензодатчик, закрепленный в упругий элемент, представляет собой узел ввода информации. Узлы 1 и 2 ввода информации выполнены в виде одинаковой конструкции и являются краевыми опорами платформы весоприемника.

Узлы 1 и 2 ввода информации через одинаковые цепи, выполненные из согласующих элементов 3 и 4, узлов 6 и 7 компенсации, усилителей 8 и 9 и фильтров 10 и 11 подключены к сумматору 12. Такое включение позволяет повысить эффективность компенсации аддитивных погрешностей и обеспечить высокую точность измерения независимо от конфигурации и площади платформы весоприемника.

Так, выходные цепи полного моста тензодатчика каждого узла ввода информации подключены к симметричным входам усилителя согласующего элемента и затем к информационному входу узла компенсации.

Узлы 6 и 7 служат для компенсации аддитивной погрешности, обусловленной термо-ЭДС, действующей в контуре: выходные цепи тензодатчиков линии связи входные цепи усилителя. Способ заключается в периодическом прерывании питания датчиков и выполнении компенсации в образующихся паузах, что и реализуется узлами 6 и 7 компенсации фиг.2.

Узлы 6 и 7 компенсации выполнены по одинаковой схеме и содержат согласующий элемент 34, усилитель 35, элементы 36 и 37 переключения, элементы 40 и 41 НЕ, и смеситель сигналов 42.

В такте компенсации погрешности сигналов с генератора 31 управляющих импульсов и сформированного узлом 32 управления коммутатором 5 отключается питание датчиков узлов ввода информации и снимается напряжение соответственно с второго входа узла компенсации. Одновременно сигналом с первого входа управления узлов 6 и 7 переключатель 36 узла отключает выход усилителя 35 от входа интегратора 38 и включает через элемент НЕ 40 второй элемент 37 переключения, который подключает выход усилителя 35 узла ко входу второго интегратора 39.

Таким образом, термо-ЭДС и смещение усилителей элементов 34 узла компенсации и элементов 3 и 4 устройства интегрируются интегратором 39 и через элемент НЕ 41 и смеситель 42 поступают на вход усилителя 35 в качестве корректирующего напряжения (напряжения смещения).

Выходное напряжение усилителя 35 при поступлении информационного сигнала и переданное при включенном элементе 36 переключения в такте компенсации, запоминается интегратором 38. Тем самым осуществляется предотвращение провалов в измеряемом напряжении.

Так, при включении элемента 36 при сигнале "1" на первом управляющем входе узла компенсации происходит накопление напряжения интегратором 38 с выхода усилителя 35 информационного сигнала. Второй элемент 37 переключения через элемент НЕ 40 выключается, отключая тем самым интегратор 39 от выхода усилителя 35. На датчики узлов 1 и 2 через первый коммутатор 5 с помощью тактового импульса разрешения питания, которое также поступает на второй вход узлов 6 и 7, соответственно на вход смесителя 42 узлов, на второй вход которых поступает через элемент НЕ 41 корректирующий сигнал с интегратора 39. В результате чего суммационное корректирующее напряжение с выхода смесителя 42 в качестве корректирующего напряжения поступает на вход усилителя 35. Причем начальная коррекция сигнала усилителя 35 осуществляется, например, регулятором по второму входу смесителя 42 сигнала.

Таким образом, компенсация аддитивной погрешности предусматривает проведение последовательных тактов измерения. При этом термо-ЭДС и смещение усилителей суммируются с измеряемым напряжением или вычитаются из него.

С выхода узлов 6 и 7 компенсации сигнал узлов ввода информации по двум независимым каналам через усилители 8 и 9 и фильтры 10 и 11 поступает соответственно на первый и второй входы сумматора 12, где практически осуществляется реализация принципа параллелограмма платформы измерения и устранение динамических помех. Окончательное усиление и смещение постоянного напряжения по информационному каналу, связанное с компенсацией тарной нагрузки и установки нуля, производит усилитель 13 корректор с помощью сигнала по управляющему входу с цифроаналогового преобразователя 22. Узлы 22-29 предназначены для работы схемы компенсации тарной нагрузки и установки нуля.

Схема работает следующим образом.

Постоянное напряжение с выхода усилителя 13 корректора поступает на первый вход усилителя 29 формирователя сигнала компенсации, на второй вход которого подается сигнал смещения, в данном случае "0" опорного напряжения с выхода источника 30 стабильного напряжения. С выхода усилителя 29 формирователя в зависимости от исходного уровня веса измерения поступает сигнал разрешения или запрета на управляющий вход элемента И 24 и через элемент НЕ 26 на вход элемента 25 И. На второй вход элементов И 24 и 25 через элемент И-НЕ 27 подаются сигналы от генератора 31 управляющих импульсов. При установке нуля или компенсации тарной нагрузки элемент 28 включения подает разрешающий импульс на управляющий вход элемента И-НЕ 27 и сигналы тактовых импульсов генератора 31 поступают на входы элементов И 24 и 25. При смещении сигнала с выхода усилителя 13 больше или меньше нуля соответственно, с помощью усилителя 29 формирователя включается для пропускания счетных импульсов элемент И 24 или элемент И 25, и на входы реверсивного счетчика 23 подаются импульсы, увеличивающие его число или уменьшающие. С выхода счетчика 23 цифровой сигнал поступает на цифроаналоговый преобразователь 22 и затем в виде напряжения смещения поступает на управляющий вход усилителя 13 корректора, устанавливая его в "0".

Сигнал, пропорциональный величине нагрузки на платформу весоприемника, поступает с выхода усилителя 13 корректора на вход делителя 14 и затем на вход второго коммутатора 15. Делитель 14 и второй коммутатор 15 вместе со схемой 16-21 предназначен для автоматического выбора диапазона измерения веса. Например, до 9,999 кг, с точностью до 1 г, свыше 10,00 кг с точностью до 10 г.

Схема работает следующим образом.

С помощью узла 21 уставки определяется уровень срабатывания первой 19 и второй 20 схем сравнения, на второй вход которых поступает сигнал с выхода усилителя 13 корректора. Затем, разрешающий сигнал или со схемы 19 или 20 в зависимости от величины сигнала на выходе усилителя 13, поступает на элемент 17 И или элемент И 18, на второй вход которых подаются управляющие импульсы с генератора 31. В зависимости от величины сигнала на выходе усилителя 13 открывается первый 17 или второй 18 элемент И и управляющие импульсы соответственно устанавливают триггер управления, который и переключает второй 15 коммутатор.

Так, при достижении уровня сигнала соответственно 9,999 г элемент И 17 с помощью схемы 19 закрывается, а при достижении сигнала соответствующего 10,00 кг элемент И 18 с помощью схемы 20 открывается и импульс управления с генератора 31 поступает на второй вход триггера 16 управления и переключает его. При этом, на первом входе триггера устанавливается сигнал разрешения, который переключает делитель 14 с помощью коммутатора 15 на соответственно меньший по уровню сигнала выход и на индикаторе включается знак большего разряда "," и обозначение кг.

При меньшей 9,999 г силе воздействия на платформу весоприемника процесс переключения происходит в обратном порядке.

С выхода второго коммутатора 15 сигнал, пропорциональный измеряемому весу, поступает на аналого-цифровой преобразователь 33 и затем на блок 34 индикации, выполненный, например, по стандартной схеме отображения цифровой информации.

Использование: изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано в тензометрических цифровых устройствах. Сущность изобретения: с целью повышения точности и надежности, эффективности компенсации температурных и динамических погрешностей и автоматического выбора диапазона измерения веса тензометрическое цифровое устройство, содержащее два узла ввода информации и параллельных канала обработки данных тензометрии с узлами компенсации аддитивных погрешностей, соединенные по первому и второму входам сумматором сигналов для соблюдения принципов параллелограмма независимо от площади платформы весоприемника, снабжено схемой установки нуля и компенсации тарной нагрузки на основе управляемого реверсивного счетчика и цифроаналогового преобразователя, включенного в компенсационную цепь усилителя-корректора, а также снабжено схемой автоматического выбора диапазона измерения веса. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее первый узел ввода информации, первый согласующий элемент, реверсивный счетчик с цифроаналоговым преобразователем, усилитель-корректор и делитель, вход которого соединен с выходом усилителя-корректора, а управляющий вход усилителя-корректора соединен через цифроаналоговый преобразователь с выходом реверсивного счетчика, отличающееся тем, что в него введены второй узел ввода информации, второй согласующий элемент, два коммутатора, первый и второй узлы компенсации, первый и второй усилители, два фильтра, сумматор, триггер управления, четыре элемента И, две схемы сравнения, узел уставки, элемент НЕ, элемент И НЕ, элемент включения, усилитель-формирователь сигнала компенсации, источник стабильного напряжения, генератор управляющих импульсов, формирователь сигнала управления, аналого-цифровой преобразователь и блок и индикации, первый вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом второго коммутатора, первый управляющий вход которого коммутатора соединен с вторым входом блока индикации и первым выходом триггера управления, а второй управляющий вход соединен с вторым выходом триггера управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, первые входы которых соединены между собой и подключены к выходу генератора управляющих импульсов, а вторые входы соединены соответственно с выходами первой и второй схем сравнения, первые входы схем сравнения соединены соответственно с первым и вторым выходами узла уставки, а вторые входы соединены между собой и с выходом усилителя-корректора и входом делителя, а также с первым входом усилитель-формирователя сигнала компенсации, второй вход которого соединен с выходом нуля источника стабильного напряжения, а выход соединен с первым входом третьего элемента И и через элемент НЕ с первым входом четвертого элемента И, вторые входы третьего и четвертого элементов И соединены с выходом элемента И НЕ, а выходы третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика, первый вход элемента И НЕ соединен с выходом элемента включения, а второй вход подключен к генератору управляющих импульсов, информационный вход усилителя-корректора подключен к выходу сумматора, первый и второй входы которого через фильтр и усилитель подключены соответственно к выходам первого и второго узлов компенсации, первые управляющие входы узлов компенсации соединены между собой, с управляющим входом первого коммутатора и через формирователь сигнала управления подключены к генератору управляющих импульсов, информационные входы соответственно первого и второго узлов компенсации соединены через первый и второй согласующие элементы с выходами первого и второго узлов ввода информации, первые входы каждого из которых соединены соответственно с вторыми управляющими входами узлов компенсации, а также с первым и вторым выходами соответственно первого коммутатора, а вторые входы первого и второго узлов ввода информации соединены с третьим и четвертым выходом первого коммутатора, второй и третий входы которого соединены с выходами нагрузки источника стабильного напряжения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый и второй узлы компенсации выполнены по одинаковой схеме и содержат согласующий элемент, усилитель, первый и второй элементы переключения, первый и второй интеграторы, первый и второй элементы НЕ узла и смеситель сигналов, второй вход которого соединен с вторым управляющим входом узла, а первый вход смесителя сигналов через второй элемент НЕ узла и второй интегратор соединен с выходом второго элемента переключения, управляющий вход которого через первый элемент НЕ узла соединен с первым управляющим входом узла компенсации и управляющим входом первой схемы переключения, выход которой через первый интергатор соединен с выходом узла, а информационный вход соединен с информационным входом второй схемы переключения и выходом усилителя, вход которого соединен с выходом смесителя сигналов и через согласующий элемент узла с информационным входом узла компенсации.