Весы с электромагнитным уравновешиванием Советский патент 1987 года по МПК G01G7/04 

1

Изобретение относится к весоизмерительной технике.

Цель изобретения - повьшение точности.

На фиг.1 показана схема весов с электромагнитным уравновешиванием; на фиг.2 - вариант расположения датчиков температуры; на фиг.З - конст1352235

Неинвертирующий вход буферного усилителя 16 связан через постоянный резистор 18 с общей шиной питания. Выход буферного усилителя 16 связан с входом аналого-цифрового преобразователя 1 4.

На фиг.2 показано расположение двух катушек 19 (двух датчиков темперуктивное расположение.элементов тем- ю Ратуры) и двух регулировочных резис- пературной коррекции.торов 24, включенных параллельно каж Весы с электромагнитным уравнове- дой катушке 19, одна из катушек 19 шиванием содержат подвеску 1 с грузо- контактирует с N-полюсом постоянного приемной чашкой 2 для измеряемого магнита 8, вторая - с S-полюсом (сое15 динены последовательно). Электроэлегруза 3, ограничительный шарнир (струнку) 4, коромысло 5, магнитоэлектрический компенсатор 6, содержащий магнитопровод 7 с постоянным магнитом 8, полюсный наконечник 9 и катушку 10 компенсатора, которая жестко связана с коромыслом 5 и расположена в зоне магнитопровода 7, датчик 11 разбаланса, связанный с регулирующим усилителем 12, регулируемые упоры 13, ограничивающие угол заклонения коромысла 5.

Весы также содержат аналого-цифровой преобразователь 14, выходом подключенный к цифровому индикатору 15,

менты 25 буферный усилитель 16, аналоговые преобразователи 20 и .21 сигнала, дифференциальные усилители 22 и 23) прикреплены через изоляцион- 20 ную прокладку 26 (фиг.З) к магнито- проводу 7 под постоянным магнитом 8 и изолированы от внешней среды двумя слоями 27 и 28 термоизолятора с внут- ренним экраном 29 из теплопроводящего 25 материала.

Весы работают следующим образом. В исходном состоянии коромысло 3 с катушкой 10 компенсатора 6 находится в состоянии равновесия, при котобуферный усилитель 16 с сопротивлени- ЗО сигнал с датчика 11 близок к куем 17 обратной связи и постоянным резистором 18, катушку 19 (датчик температуры магнита), контактирующую с постоянным магнитом 8 и выполненную из медного провода, аналоговые преобразователи 20 и 21 сигнала, дифференциальный усилитель 22 тока коррекции катушки 10 компенсатора 6 и дифференциальный усилитель 23 тока-коррекции катушки I9.

Инвертирующий вход буферного усилителя 16 связан по одному каналу через последовательно соединенные катушки 10 и 19 с выходом регулирующего усилителя 12, по дpyгo ry каналу через первый аналоговый преобразователь 20 сигнала - с выходом дифференциального усилителя 22, инвертирующий вход которого связан с выходом, а неинвертирующий вход - с входом катушки 10.

По третьему каналу инвертируюш 1й вход буферного усилителя 16 связан через второй аналоговый преобразователь 21 с выходом дифференциального усилителя 23, инвертирующий вход которого связан с выходом с, а неинвер- тирующий вход - с выходом d катушки 19 (датчика температуры магнита 8),

1352235

Неинвертирующий вход буферного усилителя 16 связан через постоянный резистор 18 с общей шиной питания. Выход буферного усилителя 16 связан с входом аналого-цифрового преобразователя 1 4.

На фиг.2 показано расположение двух катушек 19 (двух датчиков темпементы 25 буферный усилитель 16, аналоговые преобразователи 20 и .21 сигнала, дифференциальные усилители 22 и 23) прикреплены через изоляцион- ную прокладку 26 (фиг.З) к магнито- проводу 7 под постоянным магнитом 8 и изолированы от внешней среды двумя слоями 27 и 28 термоизолятора с внут- ренним экраном 29 из теплопроводящего материала.

Весы работают следующим образом. В исходном состоянии коромысло 3 с катушкой 10 компенсатора 6 находится в состоянии равновесия, при кото5

0

5

0

5

лю и выходной ток 1 регулирующего усилителя 12 равен нулю. В этом состоянии падение напряжения на сопротивлении 17 обратной связи буферного, усилителя 16 равно нулю и на цифровом индикаторе 15 фиксируется нулевое значение массы. При установке груза 3 на грузоприемную чашку 2 коромысло 5 заклоняется до упора 13 и перемещение подвижного элемента датчика 1 1 вызывает появление на датчика 11 сигнала Ug,, преобразуемого усилителем 12 в компенсационный ток 1ц, установившееся значение которого пропорционально взвешиваемой массе.

Протекание компенсационного тока 1 через катушку 10, выполненную из медного провода, приводит к выделению в ней тепла. Чем больше мощность, рассеивания в обмотке катушки 10, тем вьште ее температура, процесс установления которой носит экспоненциальный характер, при этом изменяются суммарная длина обмотки и ее,активное оммическое сопротивление. Увеличение длины обмотки вызывает увеличение коэффициента преобразования компенсатора 6, а следовательно, ведет к уменьшению компенсационного тока, что -проявляется изменением показаний на цифровом индикаторе 15 в течение времени установления температуры обмотки катушки 10 при данной взвешиваемой массе.

Незаметное на электронных весах с емкостью отсечной шкалы до 10 ед. изменение становится ощутимым при расширении диапазона автоматического уравновешивания до 10 - 10 ед. отсчетной шкалы в безгирных электронных весах.

Различие коэффициентов температурного относительного удлинения медного провода и температурного коэффициента сопротивления меди позволяет с помощью прецизионного дифференциального усилителя 22 вьщелить состав- ляющую температурной погрешности компенсатора 6, вызванную удлинением обмотки катушки 10, и сформировать компенсационное воздействие ul

КЧ

с помощью аналогового преобразователя 20, 25 цих мультипликативной погрешности имеющего регулируемый коэффициент пе- компенсатора 6. Выходной сигнал на

-кк

редачи напряжения.

Компенсационное воздействие л1 с выхода аналогового преобразователя 20 сигнала поступает на инвертирую- вход буферного усилителя 16, За счет многократного наложения и снятия измеряемой массы изменением коэффициента передачи аналогового преобразователя 20 сигнала добива;ются положения, при котором динамика изменения компенсационного тока при саморазогреве катушки 10 компенсируется соответствующим по величине и обратным по знаку компенсационным током

Д IkK

Последующая работа весов сопряжена с передачей тепла от катушки 10 постоянному магниту 8 через полюсный наконечник 9 и магнитопровод 7. Масса элементов магнитоэлектрического компенсатора 6 значительно больше массы катушки 10, поэтому больше их теплоемкость и постоянная времени установления температуры постоянного

магнита

за счет саморазогрева катушки 10 компенсационным током 1, Температурный коэффициент магнитной индукции, например, для сплава 14 ЮНДК24 (материал постоянного магнита 8) по ГОСТ 17809-72 составляет до 15% на 1°С, что создает при нагреве значительную погрешность измерения и для ее компенсации введена катушка

2052235

19, соединенная через дифференциальный усилитель 23 тока коррекции температуры магнита 8 и аналоговый преобразователь 21 сигнала с регулируемым коэффициентом передачи с инвертирующим входом буферного усилителя 1 6 .

Сопротивление катушки 19 выбира10 ется в 10-20 раз меньше сопротивления обмотки катушки 10.

Применение буферного усилителя 16 позволяет сделать регулировку температурной коррекции независимой от ре15 гулировки цены деления шкалы цифрового индикатора 15, поскольку на вход буферного усилителя 16 вводятся токовые корректирующие сигналы - дХ сигнгш коррекции температуры магнита)

и Д1,,,, (сигнал коррекции тока катушки компенсатора), находящиеся в пропорциональной зависимости от тока компенсации I и соответствующих температурных коэффициентов составляю

35

аналого-цифровой преобразователь 14 формируется с помощью буферного усилителя 16.

30 Дпя исключения влияния магнитного поля (потока) рассеивания, создаваемого катушкой 19 на поле основного постоянного магнита 8, катушка 19 выполняется в виде двух обмоток медного провода, намотанных на металлическом каркасе бифилярно.

Для повьш1ения точности термокомпенсации и улучшения ее динамических характеристик (отслеживания скорости

4Q изменения окружающей температуры) в варианте вьтолнения весов предусмотрены две катушки 19 датчика температуры магнита 8 (фиг,2), Одна из катушек 19 контактирует с S-полюсом постоянного магнита 8 через окно в магнитопроводе 7, а вторая - с N-no- люсом через аналогичное окно в полюсном наконечнике 9.

С помощью шунтирующих регулировочных резисторов 24 устанавливается степень влияния каждой из катушек 19 на глубину термокоррекции температурной погрешности магнита 8.

Для исключения влияния термо-ЭДС в узлах соединений электроэлементов схемы весов все ее компоненты вьтол- няются с максимальной плотностью объемной компановки, располагаются в непосредственной близости от магнито45

50

55

провода 7 (фиг.З) и изолируются от внешней среды двумя слоями 27 и 28 термоизолятора и экраном 29.

Каркас катушки 19 датчика температуры магнита выполняется из материала с высокой теплопроводностью (медь, алюминий, бериллевая бронза и дру- ). Обмотка катушки 19 выполняется

из медного провода, наматываемого би- ю аналоговых преобразователя сигнала и

филярно с целью исключения появления собственного магнитного потока обмотки. Катушка 19 устанавливается в отверстие магнитопровода 7 или полюсного наконечника 9 по посадке и крепит- ся теплопроводящим клеем (например, силиконовым).

На выходе буферного усилителя I6 формируется напряжение, эквивалентное истинному значению измеряемой массы, поскольку значение компенсационного тока 1, с выхода регулирующего усилителя 12 коррректируется сигналами и Alfca температурных поправок на погрешность измерения при уравновешивании значительных масс от саморазогрева катушки 10 компенсатора 6 и постоянного магнита 8, имеющими соответствующую величину и знак.

Поэтому на инвертирующий вход буферного усилителя 16 поступает ток, строго эквивалентнь1й измеряемой массе, числовое значение которой с высокой точностью измерения считывается с цифрового индикатора 15, имеющего емкость 10 - 10 ед.

Формула изобретения

1. Весы с электромагнитным уравновешиванием, содержащие коромысло с датчиком отклонения, подключенным к входу регулирующего усилителя, выход которого соединен с одним концом катушки силового компенсатора, закрепленной на коромысле и размещенной в зазоре между магнитопроводом и нако

2235

нечником постоянного магнита, датчик температуры постоянного магнита, аналого-цифровой -преобразователь, выход которого подключен к цифровому индикатору, и источник питания, отличающиеся тем, что, с целью повьштения точности, в них введены два дифференциальных усилителя, два

буферный усилитель, причем другой конец катушки силового компенсатора соединен с инвертирующими входами дифференциальных усилителей и одним выводом датчика.температуры постоянного магнита, другой вывод которого соединен с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя и с инвертирующим входом буферного усилителя, к .которому подключены выходы аналоговых преобразователей сигнала, входы которых соединены с выходами соответствующих дифференциальных усилителей, неинвертирующий вход первого из которых соединен с выходом регулирующего усилителя, выход буферного усилителя соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, а его инвертирующий вход - с источником питания, причем дифференциальные усилители, буферный усили- тель и аналоговые преобразователи сигналов расположены на магнитоп рово- де под постоянным магнитом и изолированы от внешней среды двумя слоями термоизолятора с внутренним экраном из теплопроводящего материала.

0

2. Весы ро п., отличающиеся тем, что в него введены дополнительный датчик температуры, вьтолненный в виде медной катушки, расположенной у другого полюса постоянного магнита и контактирующей с ним, причем катушки обоих датчиков температуры шунтированы резисторами и соединены между собой последовательно.

фие.2

28

фие.З

Редактор М.Петрова

Составитель В.Ширшов

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Заказ 5553/36

Тираж 694Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к весоизмерительной технике. Цель изобретения - повьппение точности. На выходе буферного усилителя 16 формируется напряжение, эквивалентное истинному значению измеряемой массы, поскольку значение компенсационного тока с выхода регулирующего усилителя 12 корректируется сигналами температурных поправок на погрешность измерения при уравновешивания значительных масс от саморазогрева катушки 10 компенсатора 6 и постоянного магнита 8, имеющих соответствующую величину и знак. Поэтому на инвертируюпщй вход буферного усилителя 16 поступает ток, - строго эквивалентный измеряемой массе, числовое значение которой считывается с цифрового индикатора 15, 1 3.п. ф-лы, 3 ил. (Л (,