СПОСОБ ВЗВЕШИВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01G9/00 

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для определения веса тел в исследовательской работе, промышленности и быту.

Известны способы взвешивания тел, основанные на сравнении измеряемого веса тела с известным составленным из эталонных разновесов, суммарный вес которых в момент достижения равновесия на рычажных (коромысловых) весах приравнивается весу тела. Способ отличается простотой, надежностью, однако требует применения значительного числа разновесов, особенно при необходимости высокой точности взвешивания. Точность способа при этом будет ограничена величиной наименьшего разновеса.

Предлагаемый способ отличается тем, что определяемый вес тела сравнивается на весах с весом одного эталонного разновеса. При этом вес эталонного разновеса выбирается большим веса взвешиваемого тела и равным 2ⁿ единиц эталонного веса, где n целое положительное число. Измеряемый вес тела удваивается путем уравновешивания его веса балластом [под балластом подразумевается груз неопределенного веса, величину которого можно произвольно менять, например, песок (сухой сеяный), металлические опилки и др. и затем соединения его в один вес. Удвоенный вес тела сравнивается затем с эталоном и, если удвоенный вес тела превосходит вес эталона, фиксируется символ "1", если нет, то символ "0". Затем в первом случае к весу эталона добавляется дополнительный балласт до достижения равновесия с удвоенным весом тела, а затем производится удвоение дополнительного балласта с помощью приема, описанного выше, и новое сравнение с весом эталона и с новой фиксацией символов "1" или "0", в зависимости от результатов по правилам, как и в случае с удвоенным весом тела. В случае когда удвоенный вес тела не превосходит вес эталона, вместе с фиксацией символа "0" производится новое удвоение удвоенного веса и новое сравнение с весом эталона с новой фиксацией символов "1" или "0" в зависимости от результатов по правилам, описанным выше. Процесс взвешивания продолжается или до получения полного равновесия между эталоном и дополнительным балластом после его очередного удвоения, или же по достижении порога чувствительности весов, а также и самой процедуры взвешивания. Полученная в результате процедуры взвешивания последовательность из символов "1" и "0" представляет собой двоичное число, величина которого определяет вес взвешиваемого тела. При этом первые n символов определяют количество целых единиц эталонного веса, а остальное m-n символов определяют дробную часть единицы эталонного веса, у которой числитель есть двоичное число, составленное из последних m-n символов, где m число всех удвоений, произведенных при взвешивании, а знаменатель число 2^m-n.

Предлагаемый способ реализуется на рычажных или коромысловых весах следующим образом. Тело, вес которого определяется, уравновешивается балластным весом. Затем получаемый балластный вес, равный весу тела, объединяется вместе с телом в один вес. Полученный таким образом удвоенный вес тела сравнивается на весах с эталонным весом. Если при этом вес эталона окажется меньше удвоенного веса тела, то фиксируется символ "1" и к эталону добавляется дополнительный балластный вес до достижения равновесия с удвоенным весом тела. Затем на весах остается только дополнительный балластный вес, который удваивается тем же приемом, как и при удвоении веса тела. Затем полученный удвоенный дополнительный балластный вес вновь сравнивается с эталоном. Если при сравнении удвоенный дополнительный балластный вес превзойдет вес эталона, то снова фиксируется символ "1" и вновь, как и в предыдущем случае, вес эталона приводится в равновесие с удвоенным балластным весом путем добавления к эталону нового, второго, дополнительного балластного веса. Затем второй дополнительный балластный вес удваивается и снова сравнивается с эталоном и вновь фиксируется символ "1", если вес эталона окажется меньше удвоенного второго балластного веса. Затем производится формирование нового, третьего, дополнительного балластного веса по аналогичному правилу и новое сравнение с эталоном. Процедура повторяется до получения необходимой точности взвешивания или же по достижении равновесия при очередном удвоении, что может быть результатом достижения порога точности весов или же продолжения процедуры взвешивания до бесконечности, что свидетельствует о достижении порога точности самой процедуры (метода) взвешивания. Заметим, что в случае, если после удвоения веса взвешиваемого тела или любого из дополнительных балластных весов вес эталона окажется больше удвоенного веса тела или удвоенного дополнительного балластного веса на каком-то из этапов взвешивания, производится повторное удвоение с фиксацией символа "0". Такое повторное удвоение может производиться многократно с фиксацией каждый раз символа "0" до тех пор, пока после очередного удвоения вес эталона не окажется меньше в очередной раз удвоенного веса тела или дополнительного балансного веса, с фиксацией в этом случае снова символа "1" и с формированием очередного дополнительного балластного веса по вышеописанным правилам.

Следует заметить, что предлагаемый способ взвешивания может использоваться как самостоятельный, так и как дополнительный к известному традиционному способу взвешивания. Например, предложенный способ может применяться на втором этапе взвешивания, когда на первом этапе вначале вес тела определяется при помощи обычных имеющихся разновесов с добавлением к ним неизвестного балластного веса для полного уравновешивания измеряемого веса, а затем определения веса добавленного к разновесам балласта уже с помощью предлагаемого способа. В этом случае выигрыш в точности может быть существенным и определяться в основном не точностью предлагаемого метода, а в основном чувствительностью прибора для взвешивания и субъективными ошибками экспериментатора, которые можно исключить путем повторения процедуры взвешивания.

Справедливость предлагаемого способа взвешивания можно продемонстрировать на следующем примере. Пусть измеряемый вес тела равен 87,5 эталонных единиц (э.е.). Произведем с этим числом те же самые манипуляции, какие требует произвести над измеряемым весом тела предлагаемый способ.

1. Удваиваем вес тела: 87,5•2 175 э.е. Сравниваем с эталонным весом, который по условию должен быть выбран больше веса тела. Для нашего случая наиболее подходящим является вес, равный 2⁷ 128 э.е. (хотя он может быть и больше, но не меньше выбранного нами). Сравнение веса эталона с измеряемым весом после его удвоения): 175 > 128. Фиксируем символ "1".

2. Определяем первый дополнительный балластный вес, для численного примера это будет разность 175 128 47 э.е. (ибо равновесие на весах, когда 175 128 + 47).

3. Удваиваем первый дополнительный балластный вес: 47•2 94 э.е. Сравниваем с эталоном: 94 <128. Фиксируем символ "0".

4. Вновь удваиваем: 94•2 188 э.е. Сравниваем с эталоном: 188 > 128. Фиксируем символ "1".

5. Определяем второй дополнительный балластный вес: 188 128 60 э.е.

6. Удваиваем второй дополнительный балластный вес: 60•2 120 э.е.

7. Сравниваем с эталоном: 120 <128. Фиксируем символ "0".

8. Вновь удваиваем: 120•2 240. Сравниваем с эталоном: 240 > 128. Фиксируем символ "1".

9. Формируем третий дополнительный балластный вес: 240 128 112 э.е.

10. Удваиваем третий балластный вес: 112•2 224 э.е. Сравниваем с эталоном 224 > 128. Фиксируем символ "1".

11. Формируем четвертый дополнительный балластный вес: 224 128 96 э.е.

12. Удваиваем четвертый балластный вес: 96•2 192 э.е. Сравниваем с эталоном: 192 > 128. Фиксируем символ "1".

13. Формируем пятый дополнительный балластный вес: 192 128 64 э.е.

14. Удваиваем пятый балластный вес: 64•2 128 э.е. Сравниваем с эталоном: 128 128 0 э.е. Поскольку символ "0" фиксируется только в случае, когда удвоенный балласт (или вес тела) меньше эталона, то в данном случае следует фиксировать символ "1".

Итак, в результате численных манипуляций, которые, как представляется, эквивалентны процедуре взвешивания, получаем двоичное число 1 0 1 0 1 1 1 1. Выразим величину этого числа в обычной десятичной форме записи. По определению первые 7 символов выражают собой целую часть числа. Определим ее: 2⁶ + 0 + 2⁴ + 0 + 2² + 2¹ + 2⁰ 87
8-й символ определяют дробную часть, числитель у которой равен 1, а знаменатель 2, т.е. общая величина дроби равна 0,5.

Итак, численный пример показывает, что предлагаемый способ дает правильные результаты.

Ожидаемый положительный эффект состоит в том, что способ позволяет производить взвешивание с помощью только одного эталонного веса, при этом точность взвешивания может на несколько порядков превосходит абсолютный вес эталона и практически ограничена лишь чувствительностью весов и субъективными ошибками; способ методически исключает большие ошибки при взвешивании, так как основан на сравнении измеряемого веса с эталоном по принципу "больше-меньше", а не "равно". При этом вероятность появления грубых ошибок при взвешивании убывает в сторону от старших разрядов двоичного числа, определяющего вес тела.

Использование: высокоизмерительная техника для определения веса тел в исследовательской работе, промышленности и быту. Сущность изобретения: для уменьшения погрешностей при взвешивании проводят удвоение веса тел путем создания посредством балластного груза его весового эквивалента, дальнейшее аналогичное последовательное удвоение веса тела до превышения полученного веса эталона, добавление после этого к эталону балластного веса до уравновешивания, сравнение балластного веса с эталоном и дальнейшее последовательное удвоение балластного веса аналогично взвешиваемому телу. При каждом взвешивании фиксируется цифра "1", если взвешиваемый вес превышает эталон, и цифра "0", если меньше веса эталона. Результат взвешивания фиксируется в двоичной системе.

Способ взвешивания, состоящий в сравнении веса взвешиваемого тела с весом уравновешивающих его эталонных разновесов, отличающийся тем, что в качестве эталона веса используется вес, больший веса взвешиваемого тела, и равный 2ⁿ единиц эталонного веса, а взвешивание производится в следующем порядке: производится удвоение веса взвешиваемого тела путем создания с помощью весов и балластного груза его весового эквивалента и сложения его с весом тела, затем сравнение удвоенного веса тела с эталоном, если при этом удвоенный вес тела не превосходит веса эталона, фиксируется символ "0" и удвоение веса тела повторяется по вышеописанному правилу, полученный вес вновь сравнивается с эталоном с фиксацией следующего символа "0", если вновь сформированный вес меньше веса эталона, процедура удвоения с фиксацией каждый раз символа "0" повторяется до тех пор, пока при очередном удвоении вес эталона не окажется меньше веса тела, в этом случае фиксируется символ "1", а к весу эталона добавляется дополнительный балластный вес до уравновешивания, затем полученный дополнительный балластный вес удваивается и сравнивается с эталоном по тому же правилу, как и для взвешиваемого тела, с соответствующей фиксацией символов "0" или "1", при этом при фиксации "1" каждый раз формируется новый дополнительный вес, полученная в результате m циклов удвоения последовательность из m символов "0" и "1" представляет собой двоичное число, определяющее вес взвешиваемого тела, при этом первые n символов образуют целую часть этого числа, а остальные m n символов - дробную его часть, у которой числитель двоичное число из m n оставшихся символов, а знаменатель число 2^m - n.