Автоматические весы Советский патент 1986 года по МПК G01G7/04 

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к весам с электромагнитной системой уравновешивания.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

На фиг.1 показана структурная схема автоматических весов; на фиг.2-5- графики, поясняющие работу этих весов.

Автоматические весы содержат чувствительный элемент 1 с площадкой 2 для исследуемого образца 3 (емкости для жидкости и т.п.) с неизвестной массой т j.

Чувствительный элемент 1 закреплен на упругих лентах 4 и 5, заделан-- ных в основание 6, и имеет датчик некомпенсации, состоящий из подвижной 7 и неподвижной 8 частей.

Неподвижная часть 8 датчика некомпенсации подключена через, регулирующий усилитель 9 к катущке 10 силового компенсатора 11, содержащего магнитную систему 12 с токоподводами 13 и 14.

Кроме того, весы содержат опорный резистор 15, аналого-цифровой преобразователь 16 с цифровым индикатором 17, узел 18 выделения переменной составляющей сигнала, аналоговый сумматор 19, фильтр 20 нижних частот, причем опорный резистор 15 соединен с узлом 18 вьщеления переменной составляющей сигнала, с первым входом аналогового сумматора 19 и с общей щиной питания.

Второй вход аналогового сут матора 19 связан с выходом узла 18 выделения переменной составляющей сигнала, а выход через фильтр 20 нижних частот - с входом аналого-цифрового преобразователя 16.

Опорный резистор 15, имеющий сопро- . тивление R , служит для съема измерительного сигнала U ц 1 K,-mx, пропорционального компенсационному току I и измеряемой массе m образца 3 (К - масштабный коэффициент).

Узел 18 выделения переменной составляющей предназначен для вьщеления из измерительного сигнала U переменной составляющей помех и для инвертиfjрования этого сигнала в U путем

сдвига составляющей помех по фазе на 180, получая па выходе сигнал U Он состоит из разделительного конденсатора 21, неинвертируияцего, буферно-

2769152

го усилителя 22 с высоким входным сопротивлением, вьтолненного на операционном усилителе с единичным коэффициентом передачи по напряжению,

5 инвертирующего усилителя 23, обеспе- чив ающего поворот фазы составляющих помех на 180 и выполненного на операционном усилителе, постоянных резисторов 24 и 25 и регулируемого ре10 зистора 26, с помощью которого обеспечивается подстройка коэффициента передачи цепи выдеитения переменной составляющей. Вход узла 18 вьщеления переменной составляющей связан через

tS разделительный конденсатор 21, неин- вертируюшда буферный усилитель 22 и постоянный резистор 24 с инвертирующим входом инвертирующего усилителя 23, неинвертирующий вход которого

20 через второй постоянный резистор 25 связан с общей шиной питания. Регулируемый резистор 26 подключен к инвертирующему входу и выходу инвертирующего усилителя 23, являющемуся

25 одновременно и выходом узла 18 выделения переменной составляющей.

Аналоговый сумматор 19 служит для сложения двух сигналов (U и U ) и получения выходного сигнала U , сво3Q водного от низкочастотных составляющих помех, и вьтолнен на двух суммирующих резисторах 27 и 28, резисторе 29 обратной связи, резисторе 30 неинвертирующего входа и операционном усилителе 31.

Фильтр 20 нижних частот предназна- чен для подавления высокочастотных составляюпщх помех, обусловленных, в основном, воздействием электромаг.- нитных наводок на элементы измерительной цепи (регулирующий усилитель, обмотка катущки компенсатора, опорный резистор и др.) и вьтолнен, например, в виде Г-образного КС-фильтра (резистора 32 и конденсатора 33).

35

45

50

Автоматические; весы работают следующим образом.

На площа,дке 2 устанавливают исследуемый образец 3 или емкость для

контроля массы при непрерьшном ее поступлении в установленную емкость (расход жидкости или дозирование по- рошкообразньпс веществ), чувствитель- Ш51й элемент I смещается на величину 55 6h, при этом с датчика некомпенсации в регулирующий усилитель 9 поступает сигнал Ug. ,у , который после усиления в виде компенсационного тока I через гокоподводы 13 и 14 поступает в подвижную катушку 10 силового компенсатора 11, возвращающего чувстви- тельный элемент 1 в исходное положение.

Измерительный сигнал U с опорного резистора 15 наряду с постоянной составляющей, пропорциональной измеряемой массе, содержит и случайные переменные составляющие помех U с

частотами, находящимися в полосе пропускания системы автоматической компенсации. К появлению помех в и ерительном сигнале U приводят, например, колебания площадки 2, виб- рации основания, собственные колебания в системе автоматической компенсации и электромагнитные наводки на элементы измерительной цепи. Измерительный сигнал U| (фиг.2, участок 0-1) поступает на первый вход аналогового сумматора 19 и на вход узла 18 выделения переменной составляющей сигнала, на выходе которого сигнал переменной составляющей U сдвинут

О

по фазе на 180 относительно входа. Инвертированный сигнал переменной

составляющей помех U

вьщеленный

с помощью узла 18 выделения переменной составляющей (фиг.З, участок 0-1) , поступает на второй вход аналогового сумматора 19. В точке А аналогового сумматора 19 осуществляется сложение двух сигналов, при котором , из сигнала U вычитается сигнал nepeменной составляющей U , результирующий выходной сигнал U , снимаемый с выхода операционного усилителя 31, по абсолютной величине соответствует постоянной составляющей измеритель- ного сигнала U и содержит лишь некомпенсированные из-за различия в фазовых сдвигах высокочастотные составляющие помех, вызванные наличием электромагнитных наводок (фиг.4 участок О-1) . t

Высокочастотные составляюш 1е подавляются фильтром 20 нижних частот в качестве которого может быть использован RC-фильтр (32 и 33) с постоянной времени, выбираемой по наивысшей частоте помехи. Малая постоянная времени этого фильтра практически не сказьшается на динамике измерения массы.

Сигнал и„ на выходе фильтра 20 нижних частот (фиг.З, участок 0-1) отображает значение постоянной сос

10

5 20

25

30

j 0 5

0

тавляющей измерительного сигнала U , которая соответствует истинному значению текущего значения массы. Сигнал И поступает на вход аналого- цифрового преобразователя 16, который с помощью цифрового индикатора 17 циклически отображает изменение массы во времени. При плавном поступлении массы в тару, расположенную на площадке 2, например при поступлении жидкого или cbin Tiero материалов, изменение измерительного сигнала U имеет характер, изображенньш на фиг.2, участок 1-2, Сх ммировак.е сигналов U| и инвертированного сигнала переменной составляющей U . (фиг.З, участок 1-2) в точке А аналогового сумматора 19 обеспечивает на его выходе появление сигнала V (фиг, 4, участок 1-2), повторяющего по форме характер изменершя массы на грузопри- емной площадке весов.

Сигнал Ug на выходе фильтра 20 нижних частот (фиг.З, участок 1-2) отображает значение постоянной составляющей, соответствующее истинному приращению массыс

На цифровом индикаторе I7 будет фиксироваться приращение поступающей массы в виде монотонного прира:щения цифр на младших декадах за время измерения аналого-цифрового преобразователя 16, которое составляет О,- ,0,2 с. Непрерывная оцифровка значе- ний взвешиваемой массы позволяет контролировать процесс расхода жидких и дозирования сьтучих веществ и по достижении заданного значения прекращать подачу веществ (фиг.2-3, участок 2-3).

Применение в весах устройства выделения переменной составляющей аналогового сумматора, фильтра нижних частот, соответствующих функциональных связей и технических решений основных устройств схемы позволяет фиксировать текуш 1е значения массы с интервалом времени, равным периоду измерения аналого-цифрового преобразователя 0,1-0,2 с, что повьш1ает бытродействие при эксплуатации весов в условиях повьшенных вибраций основания, включая измерение массы на подвижном основании, а также быстродействие весов при динамическом контроле расхода и дозирования жидких и порошкообразных материя- лов .

Формула и 3 о б р е т е

12769 н и я

1, Автоматические весы, содержа- Dwe чувствительный элемент с датчиком некомпенсации, подключенным к регулирующему усилителю, выход которого подключен к одному концу обмотки силового компенсатора, другой конец которой через опорный резистор соединен с общей шиной питания, и аналого-цифровой преобразователь, к выходу которого подключен цифровой индикатор, отличающие ся тем, что, с целью повышения быстродействия, в них введены узел выделе- ния переменной составляющей сигнала аналоговый сумматор и фильтр нижних частот, причем один вход ангшогового сумматора и вход узла выделения переменной составляющей сигнала подклю- чены к концу обмотки силового компенсатора, соединенному с опорным

156

резистором, другой вход аналогового сумматора подключен к выходу узла выделения переменной составляющей сигнала, третий вход - к общей гаине питания, а выход аналогового сумматора через фильтр нижних частот соединен с входом аналого-цифрового преобразователя.

2. Весы по п.1, отличающие с я тем, что узел выделения переменной составляющей сигнала выполнен в виде неинвертирующего буферного усилителя с разделительным конденсатором на входе и инвертирующего усилителя с регулируемым резистором в цепи обратной связи, причем инвертирующий вход инвертирующего усилителя соединен через первый резистор с выходом неинвертирующего буферного усилителя, а неинвертирую- , щий вход через второй резистор подключен к общей тине питания.

US)(

Фиг.5

Изобретение относится к весоизмерительной технике и позволяет повысить быстродействие . устройства, которое содержит чувствительный элемент 1 с датчиком некомпенсации,имеющим подвижную 7 и неподвижную 8 части, подключенным через регулирующий г. 3 усилитель 9 к катушке 10 компенсатора М, опорный резистор 15, аналого- цифровой преобразователь 16 с цифровым индикатором 17. Для исключения переменной составляющей помех из измерительного сигнала при индикации текущих значений массы в автоматические весы введены устройство 18 вьщеления переменной составляющей, аналоговьй сумматор 19 и фильтр 20 нижних частот. Устройство 18 вьщеления переменной составляющей содержит разделительный конденсатор 21, неинвертирующий, буферный усилитель 22 и инвертирующий усилитель 23, постоянные резисторы 24 и 25 и регули- руемьй резистор 26. Устройство позволяет фиксировать текущие значения массы с интервалом времени, равным периоду измерения аналого-цифрового преобразователя 16. I з.п. ф-лы, 5 ил. i (Л to sl О5 Уj P4-j44 . - У.. . . W Х- 1Г .1 2-1гч ел

Редактор А.Лежнина

Составитель В,Ширшов Техред В.Кадар

Заказ 6657/33 Тирг1ж 705Подписное

ВНИИПИ Государственного.комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, А

Корректор Л.Патай