Автоматические весы Советский патент 1985 года по МПК G01G7/04 

1

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к весам для измерения массы и моментов с автоматическим уравновешиванием нагрузки.

Известны весы, содержащие коромысло с чашкой, датчик разбаланса, подключенный к регулирующему усилителю, конденсатору, и отсчетный прибор .

Однако эти весы имеют недостаточную точность и помехоустойчивость вследствие того, что отсчетный прибор регистрирует все броски компенсахщонного тока в неустановившемся режиме и различные помехи затрудняющие отсчет.

Наиболее близкими по технической сущности к изобретению являются автоматические весы, содержащие чувствительный элемент с датчиком некомпенсации, подключенньв через регулирующий усилитель к электромагнитному компенсатору, с цепью катушки которого соединен цифровой прибор и инвертор С2.

Однако известные весы имеют сложную конструкцию и недостаточные быстродействие, точность и достоверность результата измерения.

Наличие запаздывающего звена (усилителя-интегратора) приводит к задержке выходного сигнала на цифровой прибор, который поступает только после времени успокоения чувствитель ного элемента плюс время запаздывания в усилителе-интеграторе, что значительно уменьшает быстродействие

Прерывание подачи счетных импульсов генератора с помощью ключа, управляемого схемой, содержащей усилитель-интегратор, инвертор, две схемы сравнения, источники смещающих сигналов, схему ИЛИ, не может обеспечить стабильность показаний циклически проводимых измерений из-за разброса моментов открывания и закрывания ключа, определяемых работой усилителя-интегратора.

Известное устройство не защищает весы от воздействия помех, вызванных условиями эксплуатации (вибрации, удары и т.д.), поскольку сначала эти воздействия перемещают чувствительный элемент,, приводят к поя пению переменной составляющей в компенсационном токе, измеряемым цифровым прибором, и лишь спустя на не5А22

которое время запаздывания усилителя-интегратора будет прекращена подача счетных импульсов, что снижает точность измерения. В известных весах для повьшения уверенности в инстннности показаний необходимо брать второй и третий показания цифрового прибора, поскольку в первом показании происходит захват части переходного процесса, в силу чего результат измерений, поступающий на цифровой прибор по окончании действия помех, оказывается искаженнь м, и только последующие

циклы измерений отражают истинное значение.

Цель изобретения повышение быстродействия путем исключения индикации промежуточных измерений при

колебаниях чувствительного элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматические весы, содержащие чувствительный элемент с датчиком некомпенсаций, подключенным через регулирующий усилитель к электромагнитному компенсатору, с цепью катушки которого соединен цифровой прибор, и инвертор, введены пороговое устройство, днфференцирующая цепь, фазочувствительный усилитель, формирователь сигнала, логический ключ, буферная память и цифровой индикатор, причем един вход порогового устройства связан с выходом датчика некомпенсации через фоточувствительный усилитель и дифференцирующую цепь, а другой его вход - через фазочувствительный усилитель, дифференцирующую цепь

и инвертор, выход порогового устройства через формирователь сигналов подключен к управляющим входам цифрового прибора и логического ключа, посредством которого выход цифрового прибора соединен с входом буферной памяти, выход которой соединен с цифровым индикатором.

Кроме того, в предложенных весах пороговое устройство выполнено в виде соединенных одноименными полюсами двух диодов, другими полюсами которых образованы его входы.

На фиг. 1 показана структурная схема весов, на фиг. 2 - 4 - графики, поясняющие их работу.

Автоматические весы содержат чувствительный элемент 1 с грузопоиемной площадкой 2 для взвешивае3мого образца 3, закрепленный на опорах 4 и 5, например упругих лен тах, заделанных в основание 6. К чувствительному элементу 1 пр ,креплена подвижная часть 7 датчика некомпенсации. Подвижная катушка 9 совместно с магнитной системой 10, токоподво дами 11 и 12 и также регулируемым усилителем 13 образует электромагн ный компенсатор. Устройство также содержит цифровой прибор 14, инвертор 15 и опорный резистор 16, имеющий со.противление и служащий для съема измеряемого сигнала ч пропорциональног компенсационному току и измеряемой массы М образца 3 ( k - масштабный коэффициент). Кроме того, схема включает пороговое устройство 17, в качестве которого использована симметричная диодная схема, в которой два кремниевых диода 18 и 19 соединены одноименными полюсами, а вторые выводы диодов 18 и 19 служат входами порогового устрой ства, дифференцирующую цепь 20, фазочувствительный усилитель 21, формирователь 22 сигнала. Логический ключ 23 с управляющим 24 и кодовым 25 входами, буферную память 26 и цифровой индикатор 27. Первый .вход порогового устройства 17 чере дифференцирующую цепь 20 и фазочувствительный усилитель .21, а второй вход через инвертор 15, дифференцирующую цепь 20 и фазочувствительный усилитель 21 связаны с выходом датчика 8 иекомпенсации. Выход порогового устройства 17 связан с входом формирователя 22 сигнала, выход которого по первому каналу связан с цифровым прибором 14, а по второму - с управляющим входом 24 логического ключа 23, вто рой кодовой вход 25 которого связан с кодовым выходом цифрового прибора 14, а вьтход - с входом буферной пам ти 26 связанной с цифровым индикатором 27. Работа весов происходит следующим образом. На грузоприемную площадку 2 устанавливают исследуемый образец 3 и чувствительный элемент 1, подвешенный на опорах 4 и 5, смещается на величину дЬ , при этом с датчика 8 некомпенсации выходной сигнал 424 поступает на регулирующий усилитель 13 и после усиления в виде компенсационного тока 1 через токопроводы 11 и 12 поступает в подвижную катушку 9, возвращающую чувствительный элемент 1 в исходное положениелЬ- 0, и далее в виде сигнала Vf с опорного резистора 16 подается в цифровой прибор 14, запускаемый только при поступлении разрешающего потенциала с формирователя 22 сигнала, поскольку управляющий вход цифрового прибоtpa 14 обеспечивает синхронизацию начала цикла измерения по разрешающему сигналу с выхода формирователя 22 сигнала. Одновременно сигнал с датчика 8 некопенсации поступает в фазо чувствительный усилитель 21, который преобразует это т сигнал в напряжение постоянного тока, величина которого определяет отклонение подвижной части весов (чувствитель- ного элемента 1) от положения равновесия, а фазы - направление перемешения. Дифференцирующая цепь 20 обеспечивает выделение переменной составляющей из сигнала, снимаемого с фазочувствительного усилителя 21, характеризующпй скорость перемещения чувствительного элемента 1.Для обеспечения срабатывания порогового устройства 17 как от положительного, так и от отрицательного приращения сигнала на выходе фазочувствительного усилителя 21 используют инвертор 15, изменяющий фа-, зу переменной составляющей сигнала на 180°. С помощью порогового устройства 17 задается допустимый уровень ниже которого переменная составляющая напряжения с фазочувствительного усилителя 21 не приводит к появлению ошибки измерения тока Лц компенсато ра цифровым прибором 14. Допустимый уровень переменной составляющей Vg|,j определяют степеныо подавления помех цифровым прибором 14 Настройка порогового устройства 17 на заданный допустимый уровень срабатывания осуществляется путем изменения коэффициента усиления фазочувствительного усилителя 21, выполненного, HanpiMep, на основе опера ционного усилителя. Выходной сигнал порогового устройства 17 преобразуется формирователем 22 сигнала в соответствующие уровни логического О и 1, необходимые для управления цифровым прибором 14 и логическим ключом 23, который запрещает перепись кода из цифрового прибпря 14 в буферную память 26 при запрещающем сигнале с формирователя 22 сигнала при наличии колебаний чувствительного элемента 1 с амплитудой, превышающе допустимую. При отсутствии колебаний чувствительного элемента 1 выходной сигн Vg,, с датчика 8 равен нулю (фиг. 2, участок 0-1), при этом равно нулю и напряжение с фазочувствительного усилителя 21. Сигнал с фазочувствительного уси лителя 21 через дифференцирующую цепь 20, инвертор 15 и пороговое ус ройство 17 поступает на формировате 22 сигнала, который вьщает разреианиций потенциал (фиг. 3, учас , ГОК 0-1) запуска цифрового прибора и на управляющий вход 24 логического ключа 23, разрешающего перепись кода с цифрового прибора 14 в буферную память 26. Разрешающий сигнал 5дк с логического К1тача 23 (фиг. 4, участок 0-1) в виде кода, несущего информацию о значении измеренной массы и разрешении на запись, поступает в буферную память 26. Результаты циклически проводимых цифровым прибором 14 измерений через логический ключ 23 фиксируются в буфер ной памяти 26 по сигналам 5дк и индицируются на цифровом индикаторе 27. При колебаниях чувствительного элемента 1, вызванного помехами ил снятием и наложением исследуемого образца 3 на чашку 2, происходит смещение его на величину лЬ , при этом на выходе датчика 8 некомпенс ции появляются напряжения V, (фиг. 2, участки 1-2 и 3-4). Величина этого напряжения соответствует величине перемещения под вижной части 7 датчика некопенсаци а знак - направлению перемещения. Переходный процесс характеризу ется определенным уровнем колебате ности . Сигнал Vgj,,, через фазочувствительный усилитель 21 поступает на дифференцирующую цепь 20, с выхода которой переменная составляющая поступает на один из входов порогового устройства 17. Превышение напряжением VB, порого вого значения Tcr-f 2), например уровня открывания кремниевого анода(фиг. 2, участки 1-2 и 3-4), вызывает срабатывание формирователя сигнала (фиг. 3, участки 1-2 и 3-4) на выходе устанавливается значение логического О, что приводит к прерыванию циклов преобразования цифрового прибора 14 и запрещению записи в буферную память 26 через логический ключ 23 последнего результата измерения, сформированного при воздействии переходHoio процесса (фиг. 4, изображено отсутствием импульсов лк с логического ключа 23). Применение двухвходного симметричного порогового устройства и связи ег-о первого входа непосредственно с диодной цепью, а второго - через инвертор, обеспечивает независимость формирования момента запрета изменения состояния буферной памяти 26 от направления перемещения чувствительности элемента 1. По мере успокоения чувствительности элемента 1 амплитуда напряжения V,, с датчика 8 некомпенсации уменьшается, и в точках 2 и 4. (фиг.2) оказывается ранее порога срабатывания огр с.гр ) порогового устройства 17. Формирователь 22 сигнала срабатывает сразу по сигналу V, в пределах и выдает разрешающую команду на логический ключ 23 только при уровне (если кривая V пошла на спад), что исключает запуск цифрового прибора 14 от сигналов малых по времени (случайных), действующих в зоне от .p до V На выходе формирователя 22 сигнала устанавливается значение логической 1 (фиг. 3 V,,np , участки 2-3 и 4 и далее), что приводит к запуску цифрового прибора 14, формирующего в первом же цикле измерения цифровое представление измеряемой величины, соответствующее установившемуся значению тока ЛкСигнал разрешает перепись кода с цифрового прибора 14 в буферную

память 26 через логический ключ 23 (фиг. 4 участки 2-4, и далее), и значение измеряемой массы считывается с цифрового индикатора 27.

Таким образом технико-экономическая эффективность предлагаемых . весов заключается в повьлпении быстродействия проводимых измерений.

1. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЕСЫ, содержащие чувствительный элемент с датчиком некомпенсации, подключенным через регулирующий усилитель к электромагнитному компенсатору, с цепью катушки которого соединен цифровой прибор, и инвертор, о тличающиеся тем, что, с целые повышения быстродействия путем исключения индикации промежуточных измерений при колебаниях чувствительного элемента, в них 15 Т:,.. ,.. S K iilk::. введены пороговое устройство, дифференцирующая цепь, фазочувствительный усилитель, формирователь сигнала, логический ключ, буферная память и цифровой индикатор, причем один вход порогового устройства связан с выходом датчика некомпенсации через фазочувствительный усилитель и дифференцирующую цепь, а другой его вход через фазочувствительный усилитель, дифференцирующую цепь и инвертор, выход порогового устройства через формирователь сиг.налов подключен к управляющим входам цифрового прибора и логического ключа, посредством которого выход цифрового прибора соединен т с входом буферной памяти, в:ыход которой соединен с цифровым индикатором. 2. Весы по п. 1, отличающиеся тем, что пороговое устройство выполнено в виде соединенСП 4i СЛ 4 Ю ных одноименными полюсами двух диодов, другими полюсами которых образованы его входы.

Фиг. 1