СПОСОБ ВЗВЕШИВАНИЯ ГРУЗОВ В УСЛОВИЯХ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОМЕХ И НЕСТАБИЛЬНОСТИ ОСНОВАНИЯ ВЕСОВ Российский патент 1997 года по МПК G01G9/00 

Изобретение относится к весоизмерительной технике и преимущественная область его использования крановые и судовые весы, работающие в условиях динамических помех и нестабильности основания весов.

Динамические возмущения, действующие на силоизмерительную систему, создают помехи на выходе силоизмерительных каналов, достигающие 20% значения полезного сигнала и имеющие частотный диапазон до десятков Гц. Получаемый с выхода силоизмерителя в условиях динамических помех сигнал является функцией времени и может быть описан выражением
G(t) G₀[1 + a(t)/g] (1)
где G₀ величина, пропорциональная весу груза;
g ускорение свободного падения;
a(t) ускорение центра масс (положительно, если совпадает по направлению с g).

Предъявляемые в настоящее время требования к точности и скорости взвешивания не могут быть удовлетворены существующими способами, основанными на математических методах усреднения сигнала силоизмерителя и применении различного рода фильтров, так как требуют для достижения приемлемой точности значительного времени измерения, а при сокращении времени теряется точность Ракаев А. П. К вопросу обработки и представления информации в весоизмерительных устройствах. Современные проблемы развития испытательных машин, весоизмерительной и силоизмерительной техники. Труды НИКИМПа, М. 1986.

Известен метод, выбранный в качестве прототипа, использующий дополнительный тензорезисторный силоизмеритель, нагруженный контрольным грузом и сбалансированный на нуль в статических условиях при горизонтальном основании весов и расположенный в непосредственной близости от взвешиваемого груза. В условиях динамических помех и нестабильности основания весов такой силоизмеритель выдает сигнал пропорциональный ускорению центра масс груза то есть, по существу, является акселерометром. Метод дополнительного силоизмерителя основан на параметрической компенсации динамической помехи, Компенсация осуществляется путем изменения во времени в процессе взвешивания питающего моста тензорезисторного силоизмерителя в зависимости от величины ускорения в соответствии со следующим соотношением
(2)
где U₀ постоянная величина напряжения питания моста силоизмерителя;
g ускорение свободного падения;
a(t) ускорение центра масс груза в динамическом режиме.

Скалевой А.В. Скалевой В.В Способ взвешивания грузов в динамических условиях и устройство для его реализации. Авт.св. N 756216, Б И N 30, 1980).

Указанный метод требует получения значения собственно ускорения, которое современными средствами измеряется с существенной погрешностью, и его дальнейшего преобразования в аналоговом виде, что неизбежно влечет дополнительные потери точности, а также необходимость применения высокостабильных дорогих элементов аналоговой техники.

Предлагаемый в изобретение способ решения задачи определения веса в условиях динамических помех и нестабильности основания весов с помощью использования дополнительного канала измерения ускорения не требует значения собственно ускорений, а следовательно, исключает влияние погрешности измерения ускорения, что обуславливает его более высокую точность по сравнению с прототипом. Сущность способа заключается в том, что измерения по основному и дополнительному каналам проводятся одновременно с частотой на несколько порядков большей частоты динамической помехи в течение отрезка времени несколько большего отрезка времени полупериода динамической помехи, но не превышающего времени периода. Получаемые значения, преобразованные в цифровой код, запоминаются в виде двух последовательностей данных. Каждому значению, полученному по каналу основного силоизмерителя, соответствует значение ускорения, полученное по дополнительному каналу. Принципиальной особенностью способа является то, что для его реализации требуется не значение собственного ускорения, а моменты времени, в которых ускорение меняет знак, или обращается в нуль. При a(t) 0 в соответствии с (1) G(t) G₀, то есть значение, полученное по каналу основного силоизмерителя, в этот момент времени равно весу груза. Для получения искомого значения веса берется полусумма двух значений, измеренных по каналу основного силоизмерителя, соответствующих во времени двум соседним значениям, измеренным по дополнительному каналу, имеющим разные знаки.

Современное развитие микропроцессорной техники позволяет реализовывать способ с помощью быстродействующих, компактных недорогих технических средств, дающих, кроме того, возможность организации весоизмерительных систем. На чертеже представлена структурная схема одного из возможных вариантов микропроцессорного комплекта, способного реализовывать предлагаемый способ.

Микропроцессорный комплект содержит центральный процессор 1, математический сопроцессор 2, оперативное запоминающее устройство 3, постоянное запоминающее устройство 4, блоки сопряжения с цифровым табло, цифропечатающим устройством, наладочным пультом управления и пр. 5, аналого-цифровые преобразователи основного и дополнительного каналов 6 и 7.

В соответствии с программой, содержащейся в постоянном запоминающем устройстве 4, под управлением центрального процессора 1, информация, поступающая по каналам основного и дополнительного силоизмерителей, в течение времени несколько большего времени полупериода динамической помехи с частотой на несколько порядков большей частоты динамической помехи (например, 5-10 кГц) преобразуется в цифровой код аналого-цифровыми преобразователями 6 и 7 и запоминается в оперативном запоминающем устройстве 3 в виде последовательностей данных. Далее программа анализа последовательных данных, полученных по каналу дополнительного силоизмерителя, на нахождение двух соседних значений, имеющих разные знаки и определения соответствующих им двух значений, полученных по основному каналу. За искомое значение веса берется полусумма последних и преобразованная с помощью математического сопроцессора 2 в двоично-десятичный код через блок 5 выводится на цифровое табло (печатающее устройство). Такой микропроцессорный комплект через дополнительные блоки согласования может быть подключен к центральной автоматизированной системе, дистанционному постоянному или временно подключаемому (на время подготовки весов к взвешиванию) пульту управления и так далее.

Способ применим при динамических помехах в широком диапазоне их характеристик, что существенно, например, при взвешивании на судовых весах в условиях хаотического волнения.

Способ допускает использовать в качестве измерителя ускорения акселерометры любого принципа действия. Способ позволяет повышать точность взвешивания путем увеличения частоты опроса каналов, Особо точное взвешивание можно обеспечить настройкой прибора на увеличенное время опроса, то есть получения большего количества точек с нулевым ускорением за счет возможности статистической обработки измерений.

Использование: крановые и судовые весы, работающие в условиях динамических помех и нестабильности основания весов. Сущность изобретения: в процессе взвешивания измерения по основному и дополнительному каналам проводятся одновременно с частотой на несколько порядков большей частоты динамической помехи в течение отрезка времени несколько большего времени полупериода помехи, но не превышающего периода. Для получения искомого значения веса берется полусумма двух значений, измеренных по основному каналу, соответствующих по времени двум соседним значениям, измеренным по дополнительному каналу, имеющим разные знаки. 1 ил.

Способ взвешивания груза в условиях динамических помех и нестабильности основания весов, при котором используют измерения по каналу основного силоизмерителя и по каналу дополнительного тензорезисторного силоизмерителя, нагруженного контрольным грузом и сбалансированного на нуль в статических условиях при горизонтальном основании весов, расположенного в непосредственной близкости от взвешиваемого груза, отличающийся тем, что измерения по обоим каналам проводят одновременно с определенной частотой опроса в течение заданного отрезка времени с запоминанием результатов в виде двух последовательностей данных, а за величину измеряемого веса берут полсуммы значений, полученных по каналу основного силоизмерителя, соответствующих соседним моментам времени, в которых значения данных, полученных по каналу дополнительного силоизмерителя, имеют разные знаки.