ДАТЧИК ВЕСА Российский патент 2005 года по МПК G01G3/08 G01G23/36 G01G23/48 

Изобретение относится к измерению веса материалов и может быть использовано в химической, микробиологической, фармацевтической промышленности, а также в сфере малого бизнеса.

Аналогом данного изобретения является фотоэлектрический преобразователь датчика расхода жидкости и газов (авторское свидетельство на изобретение №1337665, БИ N34 от 15 сентября 1987 г.), содержащий поворотный чувствительный элемент с оптоэлектронными парами и схемой преобразования, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения оптоэлектронные пары установлены под углом одна к другой в плоскости вращения чувствительного элемента. Недостатком данной конструкции является то, что чувствительный элемент содержит несколько оптопар, и не учитывается их температурная погрешность.

Прототипом данного изобретения является свободностоящий датчик веса и весы с такими встроенными датчиками (патент РФ №2126530 RU, БИ N5 от 20.02.99). Датчик веса, используемый в весах и выполненный в форме плоской плитки, содержащий изгибающийся под действием измеряемого веса элемент в форме стержня с установленным на нем тензометрами, противоположные концы которого соединены каждый с соответствующей опорной поверхностью, одна из которых выполнена с возможностью воздействия на нее силы, направленной противоположно действию силы реакции, приложенной к другой опорной поверхности. Недостатком данной конструкции является невозможность измерения массы в диапазоне единиц грамм и менее.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение точности измерения.

На фиг.1 показана схема весового датчика, у которого, по крайней мере, два края весоизмерительной пластины 1 жестко закреплены; расстояния L₁ и L₂ от края крепления пластины до шторки 2 равны между собой; излучатель 3, фотоприемник 4 и температурный сенсор 5 расположены под защитным корпусом 6; измеряемый материал 7 помещен на грузоприемном устройстве 8, ι - перемещение весоизмерительной пластины 1 под действием веса материала 7. На фиг.2 показан один из вариантов электронной схемы сопряжения датчика и вычислительного модуля. Изменение диапазона измерения производится изменением геометрических размеров пластины 1 и (или) материала, из которого она изготовлена.

Устройство работает следующим образом. Взвешиваемый материал 7 помещается на грузоприемное устройство 8 (фиг.1), жестко связанное с весоизмерительной пластиной 1, которая под действием измеряемого веса изгибается, что вызывает перемещение шторки 2, помещенной в воздушный канал связи оптрона, состоящего из инфракрасного излучателя 3, фотоприемника 4, температурного сенсора 5 и защитного корпуса 6. Перемещение шторки 2 приводит к изменению освещенности фотоприемника 4, облучаемого инфракрасным излучателем 3, что вызывает изменение фототока в фотоприемнике. Так как в качестве фотоприемника выбран фотоприбор с линейной зависимостью фототока от освещенности, то изменение фототока будет прямо пропорционально измеряемому весу. С целью учета температурной зависимости данной конструкции в нее интегрирован температурный сенсор 5, а зависимость фототока от температуры в выбранном фотоприборе является линейной. С целью уменьшения влияния флуктуационных токов фотоприемника на точность измерения его освещение излучателем 3 производится только в момент измерения напряжения на выходе нормирующего усилителя (вывод 7 микросхемы DA3 фиг.2). Уравнением связи параметров данного устройства является линейное уравнение

где U - напряжение на выходе нормирующего усилителя фотоприемника;

Т - температура оптрона;

М - измеряемый вес материала;

A, B, C, D - постоянные коэффициенты.

Вычисление веса материала производят по формуле

Числовые значения постоянных коэффициентов находят при обработке экспериментальных данных.

С целью повышения удобства, оперативности и повышения точности измерения, а также использования данного датчика в цифровых автоматизированных системах и приборах, вычисление результатов измерения производится вычислительным модулем, соединенным с датчиком в единую электронную схему устройством сопряжения. Один из вариантов схемы устройства сопряжения показан на фиг.2. В этом случае в качестве вычислительного модуля используется ПЭВМ типа IBM PC, подключаемая к устройству через последовательный порт RS232. Устройство работает следующим образом. При включении питания программным способом задается прогрев и тестирование устройства в течение 30 секунд. Затем проверяется состояние триггера DD1.1 (микросхема К561ТМ2) и при необходимости его установка в состояние логической "1" на выводе 1, что соответствует режиму измерения температуры температурным сенсором DA4 (микросхема LM135 фирмы National Semiconductor) под защитным корпусом 6. В этом случае нормированное напряжение с выхода температурного сенсора DA4 через соответствующий канал аналогового коммутатора DD2 (микросхема К561КТЗ вход - вывод 3 DD2, выход - выводы 9, 10 DD2) и делитель напряжения на резисторах R8, R9 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя DD3 (в данном случае используется 12-разрядный АЦП с последовательным интерфейсом ADS1286 фирмы Burr-Brown). Микросхема DA5 (LM 136-2.5V фирмы National Semiconductor) является источником опорного напряжения АЦП. Затем, в соответствии с протоколом связи АЦП, производится измерение, преобразование и передача данных в ПЭВМ. Для преобразования значений напряжения стандарта TTL, в котором работает АЦП, к значениям протокола RS232 (и, наоборот) в данной схеме используются ИМС DD4 и DD5. DD4 (микросхема КР1561ТЛ1) представляет собой набор триггеров Шмитта с инверсией, а DD5 является универсальным асинхронным приемопередатчиком для сопряжения с асинхронными каналами последовательных данных с встроенным удвоителем и инвертором напряжения (микросхема ST232 фирмы STMicroelectronics). По полученным данным производится вычисление значения температуры оптрона под защитным корпусом. Затем по спаду положительного импульса на выводе 3 DD1.1 на выводе 1 DD1.1 устанавливается значение логического "0", а на выводе 2 DD1.1 логической "1", что соответствует режиму измерения напряжения на выходе нормирующего усилителя (вывод 7 DA3), к входу которого (вывод 2 DA3) подключен фотоприемник VD2 (PIN-фотодиод из монокристаллического кремния BPW34 фирмы Vishay Telefunken), при этом открывается транзистор VT1 и излучатель VD1 (инфракрасный светодиод TSAL 6200 фирмы Vishay Telefunken) облучает фотоприемник VD2. Выход нормирующего усилителя подключен к соответствующему входу аналогового коммутатора (вывод 2 DD2). В дальнейшем процесс измерения напряжения на выходе нормирующего усилителя аналогичен измерению напряжения по температурному каналу. Затем в вычислительном модуле производится вычисление значений веса с подстановкой соответствующих значений в формулу (2). Частотные характеристики излучателя VD1, фотоприемника VD2, транзистора VT1 и усилителя DA3 позволяют включать излучатель VD1 только в момент измерения напряжения на выходе DA3, что позволяет увеличить точность измерения. Стабилизация напряжений питания +5 Вольт и +9 Вольт осуществляется в устройстве сопряжения соответственно микросхемами DA1 (микросхема LM78L05 фирмы National Semiconductor) и DA2 (микросхема LM78L09 фирмы National Semiconductor). Питание устройства осуществляется от источника постоянного напряжения 11,2-30 Вольт и током нагрузки не менее 25 мА.

Изобретение относится к весоизмерительной технике. Датчик содержит изгибающуюся под действием измеряемого веса пластину, два края которой жестко закреплены. С пластиной жестко связаны грузоприемное устройство и один край шторки первичного измерительного преобразователя в виде оптрона. Вместе с интегрированным в его конструкцию температурным сенсором оптрон через устройство сопряжения подключен к вычислительному модулю (ПЭВМ). Изобретение позволяет повысить точность измерения, имеет простую конструкцию. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Датчик веса, содержащий изгибающийся под действием измеряемого веса элемент в форме пластины, у которой, по крайней мере, два края жестко закреплены, отличающийся тем, что первичным измерительным преобразователем является оптрон в аналоговом режиме с воздушным каналом связи, в котором находится шторка, один край которой соединен с пластиной, и интегрированным в конструкцию оптрона температурным сенсором.2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что оптрон и температурный сенсор соединены в единую электронную схему с вычислительным модулем.