Тензометрическое устройство для взвешивания грузов в динамических условиях Советский патент 1986 года по МПК G01G3/142 G01G9/00 

Изобретение относится к весоизмерительной технике и предназначено для взвешивания в динамических условиях (на кранах, при повышенных вибрациях от технологического оборудования, на судах в условиях неспокойного моря и т.д.). Целью изобретения является повышение точности измерения веса в динамических условиях. На чертеже представлена схема тензометрического устройства для взвешивания грузов в динамических условиях. Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, соединенный с блоком 2 питания тензодатчиков, который питает датчик 3 основного канала и датчик 4 дополнительного канала парафазным напряжением. Датчик 4 дополнительного канала нагружен контрольным грузом. Направления приложения нагрузок датчиков 3 и 4 параллельны. К выходу блока 2 присоединен также блок 5 формирвания пилообразного напряжения. Измерительные диагонали каждого датчика присоединены к усилителям 6 и 7 сигнала разбаланса. Выход усилит(ля 6 через резистор 8 соединен с аналоговым входом преобразователя 9 напряжения в частоту (ПНЧ), с этим же входом выход усилителя 7 соединен через резисторы 10 и 11, а выход блока 5 - через резистор 12. Общая точка резисторов 10 и 11 соединена с обшей шиной через ключ 13, управляюший вход которого соединен с управляющим выходом преобразователя 9 напряжения в частоту. Тактовый вход блока 9 соединен с выходом генератора 14 тактовых импульсов, который через блок 15 формирования временных интервалов соединен также с управляющим входом счетчика 16, счетный вход которого соединен с выходом преобразователя 9 напряжения в частоту. Выход счетчика 16 через блок 17 масштабирования соединен с входом блока 18 обработки, выход которого подключен к входам регистра 19 знака и регистра 20 результата. Выходы этих регистров соединены с блоком 21 индикации. Кроме того, выход регистра 20 результата соединен с первым входом анализатора 22, второй вход которого соединен с задатчиком 23 порога начальной нагрузки. Выход анализатора соединен с- первым входом блока 24 управления, второй вход которого соединен с выходом регистра 19 знака. Выход блока 24 соединен с управляющим входом блока 5. Установочный вход блока 18 обработки соединен с выходом элемента ИЛИ 25, первый вход которого соединен с выходом регистра 19 знака, а второй вход - с кнопкой 26 установки нуля. Блок 18 обработки включает в себя регистры 27 и 28 общей нагрузки, регистр 29 тарной нагрузки и арифметико-логическое устройство (АЛУ) 30. Выход регистра 27 соединен с входами регистров 28 и 29, а также с первым входом АЛУ 30. Второй вход АЛУ соединен с выходом регистра 29, а третий вход АЛУ - с выходом регистра 28. Выход АЛУ является выходом блока обработки. Управляющий вход регистра 29 является установочным входом блока 18 обработки. Устройство работает следующим образом. При динамических воздействиях величина ускорения, действующего на измеряемый и контрольный грузы g(t), складывается из величины ускорения свободного падения g в данной точке и переменного ускорения a(t), обусловленного динамической помехой. g{t) g+a(t). При этом напряжение на выходах усилителей сигналов разбаланса основного Ux и дополнительного Uo каналов измерения {блоки 6 и 7 соответственно) будут описываться выражениями: Ux mxg(i;)U2K.3K6(2) U(, mog(t)U2K4K7,(3) где mx, mo - массы измеряемого и контрольного грузов соответственно; Кз, К4 - коэффициенты преобразования мостовых датчиков 3 и 4 соответственно;Кб, К - коэффициенты передачи блоков 6 и 7 соответственно; Uo - напряжения питания датчиков. Сигналы блоков 6 и 7 подаются на вход преобразователи я 9 напряжения в частоту с импульсной обратной связью, выходная частота которого fx связана с величинами и Uo и номиналами резисторов 8, И) и 11 RK, RIO, Rii выражением f ii lil R,r где Кэ - коэффициент, учитывающий скважность импульсов, управляющих ключом 13. Таким образом, выходная частота fx оказывается независимой от величины g(t). Импульсы выходной частоты поступают на счетный вход счетчика 16, работой которого управляет формирователь 15 временных интервалов (он осуществляет обнуление счетчика в начале цикла измерения и разрешение счета во время цикла). Пройдя через блок 17 маштабирования, отмасштабированное с нужной дискретностью число импульсов, записанное в счетчике 16, поступает на блок 18 обработки. Этот блок производит компенсацию тарной нагрузки и при отсутствии переходного режима взвешивания выдает информацию в регистры знака 19 и результата 20. Отсутствие переходного режима определяется следуюпхим образом. Приходящая на вход блока 18 информация заносится в регистр 27 общей нагрузки. В следующий цикл измерения эта информация переписывается в регистр 28, а в регистр 27 заносится значение, соответствующее новому циклу измерения. В следующий цикл измерения в регистр 28 вновь переносится информация из регистра 27, в который записывается новое значение и т.д. Таким образом, на выходах регистров всегда присутствует информация о двух циклах измерения - текущем и предшествующем. Арифметико-логическое устройство в случае совпадения группы старших разрядов информации в регистрах 27 и 28 производит дальнейшую обработку содержимого регистра 27. При этом из значения, занесенного в регистр 27, вычитается записанное в регистре 29 число, соответствующее «тарной нагрузке. Запись в этот регистр производится путем перенесения содержимого регистра 27 при наличии разрешающего сигнала на установочном входе блока 18 (ко торым является управляющий вход регистра 29). Разрешающим сигналом может быть или сигнал с нажатой кнопки 26 установки нуля, или сигнал с выхода регистра 19 знака, соответствующий «отрицательному весу (логическая операция ИЛИ осуществляется элементом 25).

Результат обработки из блока 18 поступает в регистр 20 результата и регистр 19 знака, из которых записанные в них числа поступают на блок 21 индикации.

Таким образом, показания блока 21 индикации не зависят от ускорения, действующего на груз в любой момент времени, т.е. инварианты относительно вибраций, колебаний груза и изменения ускорения свободного падения (связанного, например, с изменением географической широты, на которой эксплуатируется устройство).

Устройство по сравнению с известным имеет меньшие фазовые сдвиги сигналов обоих каналов (с точки зрения их влияния на выходную частоту блока 9) и, как следствие, меньшую погрешность от динамических воздействий. Это обусловлено меньшим временем такта измерения сигнала основного канала у ПНЧ с импульсной обратной связью (обычно 1 мс при минимальной нагрузке и на 1,5-2 порядка меньшее при номинальной нагрузке) по сравнению с АЦП двухтактного интегрирования (где время цикла фиксировано и обычно равно 20-200 мс - для повышения помехоустойчивости относительно сетевых помех). Кроме того, у ПНЧ с импульсной обратной связью сигналы основного и дополнительного каналов в такте включения импульсной обратной связи синфазны, тогда как при двухтактном интегрировании включен либо один, либо другой канал.

Помимо этого, реальный датчик при любой конструкции упругого элемента имеет поперечную чувствительность (в направлении, перпендикулярном оси приложения нагрузки). Это дает мультипликативную погрешность измерения. При выборке тарной

нагрузки динамическая мультипликативная погрешность, накопленная на массе тары, проявляется как аддитивная, что дает дополнительную погрешность известного.

Предлагаемое техническое решение позволяет устранить эту погрещность.

Если изменились условия эксплуатации устройства (например, появился длительный крен), приводящие к возникновению аддитивной погрещности, то автоматически включается систе.ма компенсации этой погрешности, работа которой протекает следующим образом.

При разгружении датчика основного канала () значение информации в регистре 20 результата попадает в зону ниже

порога начальной нагрузки, задаваемой задатчиком 23. Пусть это значение больще нуля. В этом случае анализатор 22 выдает сигнал разрешения на блок 24 управления. Выходным сигналом этого блока запускается формирователь 5 пилообразного напряжения, под действием которого блок 9 начинает уменьшать свою выходную частоту. Как только информация в регистре 20 перейдёт через нулевое значение в отрицательную область, одноразрядный регистр 19 зна5 ка изменит свое состояние и заблокирует работу блока 5 посредством блока 24. Этот же сигнал через блок 25 пройдет на установочный вход блока 18. При этом произойдет перепись информации из регистра 27 в регистр 29, т.е. на выходе блока 30 будет

0 нулевое значение информации. Таким образом, в регистр 20 занесутся нулевые показания, что означает полную компенсацию аддитивной погрешности начальной нагрузки Если при разгрузк-е весов информация в регистрах 19 и 20 соответствует «отрицательному весу, то в регистр 20 сразу же занесется нулевая информация путем воздействия на установочный вход бока 18 обработки через элемент 25. При этом состояние регистра 19 изменится, так как

Q указанное воздействие на регистр 29 уменьшит значение «тарной нагрузки.

В процессе взвешивания (т.е. при ), когда записанное в регистр 20 число больше начального порога взвешивания, работа блока 24 управления и формирователя 5 запре5 щается соответствующим сигналом анализатора.

Ручная компенсация тарной нагрузки осуществляется аналогично описанному через кнопку 26 и элемент 25.

Формула изобретения

Тензометрическое устройство для взвешивания грузов в динамических условиях, содержащее последовательно соединенные источник опорного напряжения и блок пи55тания тензодатчиков, выход которого подключен к параллельно соединенным диагоналям питания тензодатчиков основного и дополнительного каналов, усилители сигналов разбаланса тензодатчиков основного и дополнительного каналов, входы которых подключены к соответствующим измерительным диагоналям тензодатчиков каждого из каналов, первый, второй и третий резисторы, преобразователь напряжения в частоту, управляюндий выход которого соединен с управляющим входом ключа, включенного между ,ей точкой второго и третьего резисторов и общей пшной, а аналоговый вход преобразвателя напряжения в частоту соединен с общей точкой первого и второго резисторов, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к тактовому входу преобразователя напряжения в частоту и к входу блока формирования временных интервалов, выходом соединенного с управляющим входом счетчика, счетный вход которого подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту, регистр знака и регистр результата, выходы которых соединены с соответствуюп1,ими входами блока индикации, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерения веса в динамических условиях, в него введены четвертый резистор, задатчик порога начальной нагрузки, аь1ализатор, блок форми|ювания нилообразного напряжения, блок унравления, элемент ИЛИ, кнопка установки нуля, блок масп табирования и блок обработки, состояний из двух регистров общей нагрузки, регистра тарной нагрузки и арифметико-логического устройства, причем выход 12 1 счетчика через блок мас1нтабирования подключен к входу первого регистра обп;ей нагрузки, выход которого соединен с входами второго регистра общей нагрузки, регистра тарной нагрузки и. арифметико-логического устройства, вторым и третьим входами подключенного соответственно к выходам второго регистра общий нагрузки и регистра тарной нагрузки, а выходом - к входам регист5)а знака и регистра результата, выход регистра знака соединен с первым входом блока управления и с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к кнопке установки ну;|я, а выход - к установочному входу регистра тарной нагрузки, выход регистра результата соединен с первым входом анализатора, вторым входом подключенного к выходу задатчика порога начальной :чагрузки, а выходом - к второму входу блока управления,выход которого соединен с управляюп1,им входом блока формирования пилообразного напряжения, входы опорных напряжений которого подключены к диагонали гщтания тензодатчиков, а выход его через четвертый резистор соединен с аналоговым входом преобразователя напряжения в частоту, который через первый регистр подключен к в.1ходу усилителя сигна.ла разбаланса осшзвного канала а через последовательно соединенн)1е второй и третий резистор1)1 соединен с выходом усилителя сигнала разбаланса дополнительного

Изобретение относится к весоизмерительной технике и позволяет повысить точность измерения веса в динамических условиях. Для этого импульсы выходной частоты, пройдя счетчик 16, поступают в блок 17 масштабирования и в блок 18 обработки, который производит компенсацию тарной нагрузки путем определения арифметико-логическим устройством 30 разности значений, записанных в регистрах 27 и 29. Запись в регистр 29 производится при наличии разрешающего сигнала с нажатой кнопкой 26 установки нуля. В случае появления длительного крена при разгружении датчика 3 основного канала значение информации в регистре 20 результата окажется в зоне ниже порога начальной нагрузки, задаваемой задатчиком 23. Анализатор 22 выдаст сигнал разрешения на блок 24 управления и преобразователь 9 напряжения в частоту уменыпит свою выходную частоту. При переходе информации в регистре 20 через нуS левое значение произойдет перезапись инфор(Л мации из регистра 27 в регистр 29. Нулевые показания в регистре 20 свидетельствуют о полной компенсации аддитивной погрешности начальной нагрузки. 1 ил. Ю 05 00 ;о о: