Силоизмерительное устройство Советский патент 1988 года по МПК G01L1/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении как измерителей силы, так и весов уравновешивающего преобразования.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.

На фиг, 1 представлена .блок-схема устройства; на фиг. 2 и диаграммы импульсов.

Силоизмерительное устройство содержит силовводящий элемент 1, свя- занньш с магнитоэлектрическим обратным преобразователем 2 и датчиком 3 некомпенсации, к выходу которого подключен преобразователь 4 напряжение - частота, ключ 5, блок 6 задержки, триггеры 7-9, блок 10 сравнения кодов, источник 11 опорного напряжения.

соединенный через ключ 5, фильтр.12 и формирователь 13 тока с обмоткой 14 обратного магнитоэлектрического преобразователя 2, счетчик 15 импульсов и реверсивный счетчик 16 импульсов, разрядные входы которых соединены с соответствующими входами блока 10 сравнения кодов, выход которого через блок 6 задержки подключен к счетному

схему И 23, схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 24 и ключ 25, выход которого подключен к одному входу схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 24, подключенной выходом к счетному входу счетчика 21 импульсов, а вторым входом - к одному входу схемы ИЛИ 22, второй вход которой подключен к младшему разряду счетчика 21 3 - временные ю импульсов, старший разряд которого

подключен к одному входу схемы И 23, подключенной вторым входом к выходу схемы ИЛИ 22, а выходом - к первому входу ключа 25. При этом установоч15 ньш вход счетчика 21 импульсов подключен к выходу блока -10 сравнения кодов, выход схемы И 23 подключен к счетному входу триггера 7, второй вход схемы ИСЮШЧАЮЩЕЕ ИЛИ 24 подклю20 ченньш к прямому выходу триггера 9, а второй вход ключа 25 - к выходу генератора 17 импульсов.

Формирователь 20 задержанного импульса выполнен в виде дифференцирую25 щего формирователя, формирующего импульс на выходе по заднему фронту входного импульса.

Схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 и

24 вырабатывают нулевой сигнал на вькоСхемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 и

24 вырабатывают нулевой сигнал на вько

Изобретение м.б. использовано при построении как измерителей силы, так и весов уравновешивающего преобразователя. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Под воздействием измеряемой силы силовво- дящий элемент 1 смещается от исходного положения. На выходе 26 датчика 3 некомпенсации появляется напряжение, пропорциональное величине отклонения силовводящего элемента 1, а на выходе 27 появляется потенциал, обеспечивающий установку триггеров 8 и 9 в нулевое состояние. Счетчик 16 импульсов переводится в режим слежения, а импульсы с выхода преобразователя 4 через формирователь 20 задержанного импульса и схему И 18 проходит на вход счетчика 16 импульсов. После подхода подвижной части обратного магнитоэлектрического преобразователя 2 к положению равновесия неравнозначность состояний триггеров 8 и 9 обеспечивает формирование сигнала запрета для прохождения импульсов с выхода формирователя 20 задержанного импульса через схему И 18 на счетный вход счетчика 16 импульсов. Смена состояний триггера 9 обеспечивает колебательньй режим движения подвижной части обратного магнитоэлектрического преобразователя 2 около положения равновесия без изменения суммы в счетчике 16 импульсов. 3 ил. о (Л 00 -J .Й1 о OD «55

входу триггера 7, выход которого под- 30 де при наличии на обоих входах нулеключен к управляющему входу ключа 5, генератор 17 импульсов, подключенный к входу счетчика 15 импульсов, старший разрядный выход которого соединен с установочным входом триггера 7, схему И 18, схему ИСЮ1ЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19, подключенную выходом к одному входу схемы и 18, и формирователь 20 задержанного импульса, при этом датчик 3 некомпенсации снабжен вторым выходом (дискретным в отличие от первого - аналогового), подключенным к установочным входам триггеров 8 и 9, синхронизирующие входы которых подключены к выходу преобразователя 4 напряжение - частота и через формирователь 20 задержанного импульса - к второму входу схемы И 18, выход которой подключен к счетному входу реверсивного счетчика 16 импульсов, управляющий вход которого подключен к прямому выходу триггера 8, инверсный выход которого подключен к первому входу схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ 19, а управляющий вход - к второму входу схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 и к прямому выходу триггера 9. . I

Блок 6 задержки включает в себя

счетчик 21 импульсов, схему ИЛИ 22,

вых или единичных сигналов..

Силоизмерительное устройство работает следующим образом.

Под воздействием измеряемой силы

35 F силовводящий элемент 1 смещается от исходного положения. При этом на аналоговом выходе 26 датчика 3 некомпенсации появляется напряжение, пропорциональное величине отклонения

40 силовводящего элемента 1, а на дискретном выходе 27 датчика 3 некомпенсации появляется потенциал, обеспечивающий установку триггеров 8 и 9 в нулевое состояние. При этом выход45 ной сигнал триггера 8 переводит ре- версивньм счетчик 16 импульсов в режим слежения, а импульсы с выхода преобразователя 4 напряжение - частота через формирователь 20 задержан50 ного импульса и схему И 18 проходит на счетный вход реверсивного счетчика 16 импульсов, формирователь 20 задержанного импульса формирует импульс по заднему фронту импульса с выхода

55 пребразователя 4 напряжение - частота.

Непрерывное поступление импульсов большой частоты с выхода генератора 17 импульсов на счетчик 15 импульсов обеспечивает формирование последовательности импульсов на выход счетчика 15 (импульсы переполнения) и с выхода блока 10 сравнения кодов в момент равенства сумм в-счетчиках 15 и 16. Поступление этих импульсов На триггер 7 обеспечивает формирование последовательности импульсов, период следования которых определяет- ся периодом следования импульсов с выхода счетчика 15, а длительность - интервалом времени между импульсами с выходов счетчика 15 и блока 10 сравнения кодов, т.е. пропорциональна сумме в реверсивном счетчике 16. На время длительности сформированного импульса открывается ключ 5, обеспечивающий подключение источника 11

образцового напряжения к входу фильт- 2о генератора 17 (в пределах от одного

35

ра 12, выделяющего постоянную составляющую напряжения, преобразуемую формирователем 13 в ток, подаваемый в обмотку 14 обратного магнитоэлектрического преобразователя 2. По мере 25 роста.суммы в реверсивном счетчике 16 импульсов и возрастания тока, протекающего в обмотке 14, увеличивается компенсирующее усилие, которое приводит силовводящий элемент 1 к исход- зо ному положению.

Блок 6 задержки осуществляет сдвиг во времени импульса с выхода блока 10 сравнения кодов, обеспечивая формирование импульса на выходе триггера 7 при нулевой сумме в реверсивном счетчике 16 импульсов, а длительность этого импульса пропорциональна объему счетчика 21 импульсов.

Формирование блоком 6 задержки начального импульса позволяет исключить погрешности нелинейности, обусловленные немгновенностью процесса формирования фронтов импульса напряжения, подаваемого на вход фильтра 12, а также частично компенсировать силу тяжести подвижной части обратного магнитоэлектрического преобразователя 2.

Работа блока 6 задержки заключается в следующем.

При поступлении импульса с выхода блока 10 сравнения кодов, счетчик 21 устанавливается в нулевое состояние. 55 При этом схема И 23 своим выходнын сигналом открывает ключ 25, через который импульсы с выхода генератора 17 проходят на вход счетчика 21

45

50

до двух периодов).

На фиг. 2 показано формирование времени задержки в зависимости от состояния триггера 9.

На импульсный вход 28 блока 6 задержки поступают импульсы (фиг.2а) с выхода генератора 17 с периодом Т и длительностью ty. После прихода импульса (фиг. 26) с выхода блока 10 сравнения кодов и при состоянии 1 триггера -9 (фиг. 2в) счетчик 21 импульсов осуществляет подсчет импульсов по переднему фронту, формируя им пульс на выходе схемы И 23 и выходе 29 блока 6 задержки, длительность которого равна t (N-1) Т (фиг.2г) .

После прихода импульса (фиг.2д) с выхода блока 10 сравнения кодов и при нулевом состоянии триггера 9 (фиг. 2е) счетчик 28 импульсов осуществляет подсчет импульсов по заднему фронту, формируя импульс на выходе схемы И 23 и выходе 29 блока 6 задержки, длительность которого равна t,,i.N T+t,.

Таким образом, при изменении длительности ty в пределах 0-Т общее изменение времени может быть в пределах дt,дд(1-r2) Т. Это приводит к изменению длительности импульса, сформированного триггером 7, соответствующего изменению суммы в реверсивном счетчике 16 импульсов в пределах 1-2 ед, тогда как сумма в реверсивном счетчике 16 импульсов остается неизменной.

При этом ток 1ц, протекающий по обмотке 14 обратного магнитоэлектрид- IQ 3740664

через схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛ1-1 24, используемый как управхшемьш инвертор.

При установке старшего разряда счетчика 21 в состояние 1 при наличии 1 на выходе схемы ИЛИ 22, схема И 23 закрывает ключ 25, Изменение выходного сигнала схемы И 23 обеспечивает формирование импульса, поступающего на счетньш вход триггера 7.

Сигнал 1 на выходе схемы ИЛИ 23 формируется при состоянии 1 триггера 9 или младшего разряда счетчика 21 импульсов.

Подача счетных импульсов на счетчик 21 через схему 24 ИСКЛЮЧ ШЩЕЕ ИЛИ обеспечивает возможность изменения времени задержки в зависимости от скважности импульсов на выходе

15

о генератора 17 (в пределах от одного

5

5 о

5

5

0

до двух периодов).

На фиг. 2 показано формирование времени задержки в зависимости от состояния триггера 9.

На импульсный вход 28 блока 6 задержки поступают импульсы (фиг.2а) с выхода генератора 17 с периодом Т и длительностью ty. После прихода импульса (фиг. 26) с выхода блока 10 сравнения кодов и при состоянии 1 триггера -9 (фиг. 2в) счетчик 21 импульсов осуществляет подсчет импульсов по переднему фронту, формируя импульс на выходе схемы И 23 и выходе 29 блока 6 задержки, длительность которого равна t (N-1) Т (фиг.2г) .

После прихода импульса (фиг.2д) с выхода блока 10 сравнения кодов и при нулевом состоянии триггера 9 (фиг. 2е) счетчик 28 импульсов осуществляет подсчет импульсов по заднему фронту, формируя импульс на выходе схемы И 23 и выходе 29 блока 6 задержки, длительность которого равна t,,i.N T+t,.

Таким образом, при изменении длительности ty в пределах 0-Т общее изменение времени может быть в пределах дt,дд(1-r2) Т. Это приводит к изменению длительности импульса, сформированного триггером 7, соответствующего изменению суммы в реверсивном счетчике 16 импульсов в пределах 1-2 ед, тогда как сумма в реверсивном счетчике 16 импульсов остается неизменной.

При этом ток 1ц, протекающий по обмотке 14 обратного магнитоэлектрического преобразователя 2, определяется из вьфажения

Nifi.J:()j:f(T2).

К где К

N

б

и N,eN,- N,rкоэффициент преобразования

формирователя 13 тока;

напряжение источника 11 опорного напряжения;

сумма в реве.рсивном счетчи-

ке 16 импульсов;

объем счетчика 21 импульсов;

объем счетчика 15 импульсов; f(Тд) - слагаемое либо О, либо

(1т2)Т в зависимости от-сое-

тояния триггера 9. Если компенсирующее усилие меньше измеряемого, на выходе 27 датчика 3 некомпенсации присутствует сигнал, обеспечивающий сброс в нуль тригге- ров 8 и 9.

Выходной сигнал триггера 8 обеспечивает суммирующий режим работы реверсивного счетчика 16 импульсов, а выходной сигнал схемы 19 ИСКЛЮЧАЮ- ЩЕЕ ИЛИ обеспечивает прохождение импульсов с выхода формирователя 20, задержанного импульса через схему И 18 на счетный вход реверсивного счетчика 16 импульсов. Выходной сигнал триггера 9 обеспечивает формирование задержки блоком 6, пропорциональньй объем N,2, счетчика 21 импульсов: T+t,

t,o,.

n,

в момент перехода подвижной часть

обратного магнитоэлектрического преобразователя 2 положения равновесия (фиг. За, точка ж) сигнал на выходе 27 датчика 3 некомпенсации прерывается (фиг. Зб). Передним фронтом последующего импульса с выхода преобразователя А напряжение - частота триггер 9 устанавливается в состояни 1 (фиг. Зв), переводя блок 6 задержки в режим задержки, определен- ный временем задержки (N,-1) Т. Подвижная часть обратного магнитоэлектрического преобразователя 2 начинает обратное движение к положению равновесия и в момент вторичного прохождения положения равновесия (фиг.За, точка з) вновь появляющийся сигнал на выходе 27 датчика 3 некомпенсации сбрасывает триггер 9 в состояние О вновь увеличивается время задержки, и процесс повторяется.

Если вначале измеряемое усилие меньше компенсирующего, триггеры 8

5

0

5 о

5

0

д

50

55

и 9 находятся в состоянии 1. Выходной сигнал триггера 8 обеспечивает вычитающий режим работы реверсивного счетчика 16 импульсов, а вькодной сигнал схемы 19 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ обеспечивает прохождение импульсов с выхода формирователя 2 задержанного импульса через схему,И 18 на счетньш вход реверсивного счетчика 16 импульсов. Блок 6 задержки формирует задержку, определяемую как (N,j, T)+t-.

После прохождения подвижной частью обратного магнитоэлектрического преобразователя 2 положения равновесия (фиг. За, точка к) повторяется процесс после точки з.

Таким образом, после подхода подвижной части обратного магнитоэлектрического преобразователя 2 к положению равновесия, неравнозначность состояний триггеров 8 и 9 обеспечивает формирование сигнала запрета для прохождения импульсов с выхода формирователя 20 задержанного импульса через схему И 18 на счетньй вход реверсивного счетчика 16 импульсов, а смена состояний триггера 9 обеспечивает колебательный режим движения подвижной части обратного магнитоэлектрического преобразователя 2 около положения равновесия без изменения суммы в реверсивном счетчике 16 им- .пульсов.

Формула изобретения

Силоизмерительное устройство, содержащее силовводящий элемент, связанный с магнитоэлектрическим обратным преобразователем и датчиком некомпенсации, к выходу которого подключен преобразователь напряжение - частота, ключ, блок задержки, триг- г гер, блок сравнения кодов, источник опорного напряжения, соединенньш через ключ с обмоткой магнитоэлектрического обратного преобразователя, счетчик импульсов и реверсивный счетчик импульсов, разрядные входы которых соединены с соответствующими входами блока сравнения кодов, выход которого через блок задержки подключен к счетному входу триггера, вькод которого -подключен к управляющему входу ключа, и генератор-импульсов, подключенньй к входу счетчика, старший разрядньй выход которого соединен с установочным входом триггера, отличающееся тем, что.

аЛЛЛЛЛ

5

Фиг.2

ХЧ

//

Л

пп

Vx

J7 N

п

i

п

t

J

f

Фи.г.3