Весы с электромагнитным уравновешиванием Советский патент 1984 года по МПК G01G7/04 

Изобретение относится к весоизме рительной технике. Известны устройства для измерени неэлектрических величин, в которых используется модуляционный принцип преобразования с амплитудным масшта бированиеМС одновременной синхронной модуляцией коэффициентов переда чи цепей прямого и обратного преобразования с использованием в прямой цепи коммутируемого резистивного де лителя с аналоговыми-ключами 11. Хотя такие устройства позволяют измерять УСИЛИЯ, на порядок и более превышающие номинальное значение ко пенсирующего усилия, однако не обес печивают высокую точность измерения Ближайшими по технической сущности к изобретениюявляются весы с электромагнитным уравновешиванием, содержащие чувствительный элемент с грузоприемной чашкой, установленный на упругом подвесе, датчик пёремеще . ния, делитель напряжения, модулятор и последовательно соединенные кон.денсатор, усилитель и фазечувствительный демодулятор, подключенные через ключ, связанный с модулятором к катушке силовой компенсатмви, уста новленной на чувствительном элементе С21 . :: Недостаток известных весов заклю чается в неудовлетворительной точности измерения, на которую оказыва ет влияние погрешность модулятора -и делителя напряжения, которая определяется нестабильностью остаточных параметров ключа и отношения сопрот влений. Цель изобретения - повышение точ .ности за счет уменьшения погрешност масштабного коэффициента делителя напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в весы с электромагнитным уравновешиванием, ёодержалще чувствительный элемент с грузоприемной чашкой, установленный на упругом подвесе, датчик перемещения, делитель напряжения, модулятор и последовательно соединенные конденсатор, усилитель и фазочувствительный демодулятор/подключенные через ключ, связанный а модулятором, к катушке силовой компенсации, установленной на чувствительном элементе, введены дополнительный делитель напряжения и два переключателя, причем вход первого переключателя подключен к выходу датчика перемещения, один выход - к входу делителя напряжения а другой выход - к входу дополнитель ного делителя напряжения, один вход второго переключателя подключен к ВЫХОДУделителя напряжения второй вход - к выходу дополнительного де лчтеля напряжения, выход второго переключателя соединен с конденсатором, а управляющие входы переключателейс модулятором. На фиг. 1 показаны весы, общий вид; на фиг. 2 - функциональная блоксхема весов; на фиг. 3 и 4 - варианты подключения делителей напряжения. Весы содержат магнитоэлектрический компенсатор, образованный постоянным магнитом 1, магнитопроводом 2 с сердечником 3 и катушкой 4 силовой компенсации, установленной в зазоре с помощью упругого подвеса 5. С катушкой 4 жестко соединена грузоприемная чашка 6, на которую устанавливается груз 7 весом РХ. С одной стороны каркаса катушки 4 установлен светодиод 8, свет от которого через щель 9 поступ-ает на фотодиод 10, который преобразует перемещение Лх в электрический сигнал и. Весы содержат также переключатель 11, делители 12 напряжения {резисторы р., и к„), делитель 13 напряжения (резисторы R,, R), переключатель 14, усилитель 15, фазочувствительный демодулятор 16, ключ 17, конденсатор 18, модулятор 19, например мультивибратор, управляющий ключом 17 и переключателями 11 и 14. Светодиод 8, облучающий фотодиод 10 через щель 9 в каркасе-катушки 4 образуют совместно датчик 20 перемещения. Делитель 12 напряжения имеет коэффициент деления К i делитель 13 напряжения - коэффициент деления К р 7р Kj+ Весы работают следующим образом. Перемещение катушки 4 в зазоре между магнитопроводом 2 и сердечни- ком 3 под действием разности измеря- емого веса Р и компенсирующего усилия Р магнитоэлектрического компенсатора фиксируется датчиком 20 перемещения, на выходе которого вырабатывается напряжение и ,2 Это напряжение через один выход переключателя 11 поступает на вход делителя 12 напряжения,либо через другой выход переключатели 11 на вход делителя .13 напряжения. С выходов делителей напряжения 12 и 13 ВЫХОДНОЙ сигнал поступает на соответствующие переключателя 14 и далеена конденсатор 18. Управление работой переключателей 11 и 14 -и ключом 17 производится модулятором 19, выЕ абатывающим симметричные прямоугольные импульсы напряжени. .... Частота модуляции выбирается ниже резонансной частоты подвижной части, которая минимальна при макси- / мальном значении измеряемой массы. i . Например, при резонансной частоте подвижной .части весов, равной 35 40 Гц, достаточно, чтобы частота модуляции лежала в области 5-10 Гц, при этом подвижная часть весов совер шает колебания с частотой модуляции Усиленный Сигнал и выпрямляется фазочувствйтельным демодулятором 16 выходной ток J которого через ключ 17 поступает в катушку 4 магнитоэлек трического компенсатора, который сов дает компенсирующее усилие Pjj. В течение первого полупериода мо дуляции (переключатели II и 14 находятся - в верхнем положении, ключ 17 раэомкнут)осуществляется преобразование силы Р,{ в напряжение и К20 К Р;(. В течение второго полупериода модуляции (переключатели 11 и 14 находятся в нижнем положении, ключ 17 замкнут) преобразуется разность ( напряжение U2 (РХ -РК)КД(,- К. Конденсатор 18 выделяет напряжение и и -U2, ко торое усиливается, выпрямляется и выходной ток J преобразуется в силу Рц K4Jx- При большом коэффициёнте усиления Кго К - 1 i с достаточной точностью Р,) - ( Р) Kg, откуда измеряемый вес . 1-к/к, Р . . Уравнение преобразования предлаг емый весов отличается от известных значением масштабно-разностного коэ фициента вместо -. -в известных. Подставляя вместо К и К их соответствующие значения, находим выражение для масштабного коэффициен , Анализ погрешности чувствительно сти делителя напряжения известных в сов, показывает, что она кроме нест бильности сопротивлений R. и R содержит ряд более существенных состаь ляющих, которыми являются остаточное напряжение открытого транзистора ключа, сопротивление открытого транзистора, а также остаточный ток.за- крытого транзистора, вызывающий паразитное напряжение и шунтирующее плечо R, сопротивление закрытого транзистора ключа. Влияние этих составляюадих в силу разностного принципа преобразования возрастает в раз. Включение второго делителя напряжения, синхронно коммутируемого дифференциально построенньм транзисторным ключом, позволяет в значительной мере осуществить аддитивнуюкоррекций погрешностей от остаточных параTieTpoB ключей и логаметрическую кор-. рекцию погрешностей делителей напряжения в целом. Таким образом, если в известных весах погрешность масштабного коэффициента делителя напряжения составляет сотые проценты, то при увеличении предела измерения на два порядка она может составить уже единицы процентов . В предлагаемом устройстве весов погрешность масштабного коэффициента, выраженного отношением коэффициентов двух делителей напряжения при их идентичности и сильной , корреляционной связи может быть снижена более, чем на порядок. . Входы делителей напряжения могут быть объединены и прямо подключены к выходу датчика перемещения, как показано на фиг. 3, что исключает переключатель 11 и упрощает устройство. Йогут быть объединены выходы делителей напряжения и выходное плечо делителя напряжения выполнено общим, как показано на фиг. 4, Тогда коэффициент модуляции (масштаба ) К уменьшается число сопро1+R3/P4тивлений и снижается величина погрешности, так как погрешность от R2 практически исключается. Реализация предлагаемых весов по сравнению с известными не вызывает дополнительных затрат и принципиальных затруднений.

ВЕСЫ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ . УРАВНОВЕШИВАНИЕМ, содержащие чувствительный элемент с грузоприемной чашкой, установленный на упругом подвесе, датчик перемещения, делитель напряжения, модулятор и последователь но соединенные конденсатор, усилитель и фазочувствительный демодулятор, подключенные через ключ, связанный с модулятором, к катушке силовой компенсации, установленной на чувствительном элементе, отличающиеся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения погрешности масштабного коэффициента делителя напряжения, в них введены дополнительный делитель напряжения и два переключателя, причем вход первого переключателя подключен к выходу датчика перемещения, один -выход - к входу делителя напряжения, а другой выход - к входу дополнительного делителя, напряжения, один вход второго переключателя под(Л к/почен к выходу делителя напряжения второй вход - к выходу дополнительного де.7штеля напряжения, выход второго переключателя соединен с конден-: | сатором, а управляющие входы переключателей - с модулятором. а 00 vj to СлЭ