Устройство для измерения массы Советский патент 1988 года по МПК G01G3/18 G01R17/00 

-5- Ui- .e-SflQiZSl- ,

0- Rlto

2 2(R,+ R,. )

где R, ;

R- сопротивления компен о - о

сационных терморезисторов в цепи питания тензодатчика при нормальных условиях; R - изменение сопротивления плеч тензомос- та, пропорциональное измеряемой массе груза относительно своего номинального значения о - температурный коэффициент сопротивления компенсационного терморезистора.

Составляющая синфазного сигнала тензодатчика 1, пропорциональная ЛR, может быть скомпенсирована, если принять во внимание тот факт, что относительные изменения тензорезисторов смежных плеч тензомоста тензодатчика 1 имеют разные знаки,

Полученные в процессе предварительных: калибровки и измерений при нормальных условиях окружающей среды результаты измерений преобразуют в цифровые коды N (т), N, N(.J.OJ про- порциональные номинальному значению измеряемой массы груза т, начальному дифференциальному сигналу тензодатчика UQ и постоянной составляющей синфазного сигнала о соответствен- но.

Для ненагруженного устройства при температуре окружающей среды Q, соответствующей верхнему пределу рабочего диапазона изменения температуры, изме ряют аддитивную составляющую температурной погрешности Л Up(О л- 20) и(О.)-Up и температурное изменение синфазного сигнала тензодатчика

Л Uc4, в ИсФ.ъ- исф.о Rto o( (Q-20)

RO + R.;.

(2) 10

-20)- 5„.га„.

5

0

-

Результаты предварительных измерений при Og преобразуют в цифровые кодыЛКо, ЗNcфg5 dNj, пропорциональные /lUo(Qg- 20), и S(Qg-20)m соотв етственно.

При взвешивании неизвестной массы груза m га к в условиях переменных температур получение цифрового кода Np(m). соответствующее т, производят по преобразованному в цифровой код Кц(т) результату измерения диф- ференциального сигнала тензодатчика U(m) и преобразованному в цифровой код 4NC последнему из результатов периодического измерения температурного изменения синфазного сигнала тензодатчика , п Uc. п U.o, используя следующее выражение:

Np(m)

Ын(га)-Ы„ + 4No +

+ „INs N(m) 1 .H N(m)

где N(m) N,,(m) - JN

Результат из :epeния дифференциального сигнала тензодатчика 1, пропорциональный измеряемой массе груза с коррекцией температурной погрешности, вычисляется по результатам основного цикла измерения и последнего вспомогательного из проводимых периодически циклов измерения.

В течение вспомогательного цикла измерения синфазное выходное напряжение тензомоста тензодатчика I, ко- торое равно наименьшему из выходных напряжений- плеч тензомоста тензодатчика 1,-поступает через резистор 9 токовой развязки на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 6, на инвертирующий вход которого с движка потенциометра А подается напряжение компенсации постоянной составляющей синфазного напряжения тензодатчика 1. Так как выражение (2), характеризующее синфазное напряжение тензодатчика 1, содержит составляющуюд пропорциональную аR, . то для компенсации этой составляющей выходное напряжение противоположного полумос Та тензодатчика 1 поступает на прямой вход дифференциального усилителя 7 с соответствующей компенсацией постоянной составляющей по инвертирующему входу с помощью потенциомет- ра 5. Компенсация изменений синфаз- йогс сигнала, пропорциональных Л R вши измеряемой массе груза,, осутцеств йяется на входе усилителя 8 путем суммирования с определенными коэффи- циентами передачи синфазного нап ря- Жения тензодатчика 1 и выходного напряжения противоположного полумоста (гензодатчика 1, имеющих разные знаки этих изменений. Усилители б и 7, усй Питель 8, потенциометры 4 и 5 и резисторы 9-13 образуют устройство йьщеления температурных изменений сифазного сигнала, выходное напряжение Которого пропорционально температур- ному изменению синфазного напряжения тензодатчик а 1 ; определяемому третьим слагаемьм в выражении (1);

у 4

jL5J o llQr2o).

RO + R

гь

(4)

тде Kj - коэффициент пропорциональности (усиления).

Ключ 16 подключает при наличии :Низкого уровня управляющвго сигнала на управляющем выходе МВУ 14 выход усилителя 8 к выходу АЦП Г/, который преобразует U в цифровой код ,.t и производит вьщачу полученного кода на вход МВУ 14 в момент появления на. своем управляющем выходе сигнала, соответствующего концу преюбразова- ния,

МВУ 4 помещает полученный от AJJJi код Nt.t в определенную область своего оперативного запоминающего устройства (ОЗУ),

Таким образом, по окончании вспо- могательного цикла измерения в ОЗУ МВУ хранится код Нсф.з соответствующий температурному изменению выходного синфазного напряжения тензодат- чика 1, величина которого однозначно характеризует изменение температуро- зависимых параметров передаточной функции тензодатчика 1 по отношению к нормальным условиям окружающ ей среды

t- 5 0 5

0

зч 0

i5 0 5

В течение основного цикла измерения при наличии высокого-уровня управляющего сигнала с управляющего выхода МВУ 14 к входу АЦП 17 через ключ 15 подключается выход предуси- лителя 3, который усиливает дифференциальный сигнал тензодатчика 1 U(ni), пропорциональный измеряемой массе груза т, в соответствии со своей функцией преобразования:

U(m) Up+dUo(Q-20)+S(,m +4S(Q- -20)m,(5)

где и. 4 Uo() - начальный Дифференциальнь1Й сигнал при нормальных условиях и его температурный дрейф (аддитивная составляющая);

Q - температура окружающей среды;

Sjj+ S(Q-20)- чувствительность

тензодатчика при нормальных условиях окружающей среды и его температурный дрейф (мультипликативная составляющая) I

АЦП 17 преобразует усиленный дифференциальный сигнал тензодатчика 1 U(m) в цифровой код N(m), который при появлении на управляющем выходе АЩ1 17 управляющего сигнала поступает на вход МВУ 14. По окончании основного цикла измерения МВУ 14 осуществляет коррекцию аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности измерения Uf,(m) по следующей формуле:

Np(m) N(IQ)-NO+ лКо +

NUm)-i 4Nc5.t ,, 5;(тГ -i ТОсф.б

где N|(m) - цифровой код, соответствующий номинальной массе груза т,, записанный в определенную область постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) МВУ 14;

NO - цифровой код, соответствующий начальному диф- ференциальному сигналу тенэсдатчика 1 UQ , измеренному после калибровки весов при нормаль™ ных условиях окружающей среды, записанный в определенную область ПЗУ МВУ 14;

NO - цифровой код, соответствующий аддитивной составляющей темпера™ турной погрешности 4Uo(Qe-20)U(Qj)-U, измеренной у ненагруженного устройства, при температуре окружающей среды, равной верхнему пределу рабочего .диапазона изменения температуры Q, заJN В писанный в ПЗУ МВУ 14;

цифровой код, соответствующий мультипликативной составляющей температурной погрешности (ng20)mH UeH- UoУстройство для измерения массы, 20 содержащее источник питания, дифференциальный предусилитель, аналого- цифровой преобразователь и мостовой тензодатчик, вершины питающей и изме рительной диагоналей которого подклю 25 чены соответственно к зажимам источника питания и к входам дифференциального предусилителя, отличаю щееся тем, что, с целью повьше- ния точности измерения, в него вве-/sUo(Q8-20) - S ,н ,изме- 30 дены микропроцессорное вычислительрейкой у нагруженного устройства грузом номинальной массы т, и температуре окружающей среды,равной верхнему пределу рабочего диапа- -зона изменения температу35

ное устройство, два потенциометра, пять резисторов, два ключа, два дифференциальных и один суммирующий уси лители, причем вькодные зажимы источ ника питания соединены параллельно с неподвижными выводами первого и второго потенциометров, подвижные выводы которых., подключены соответственно к инверсным входам первого и второго 40 дифференциальных усилителей, выходы которых соединены соответственно через первый и второй резисторы с входом сз. ммирующего усилителя, а прямью входы первого и второго дифференциал ных j/силителей подключены соответственно через третий и четвертый резис торы к двум вершинам измерительной диагонали мостового тензодатчика, вы ход дифференциального лредусилителя подключен к первому входу первого ключа, выход которого объединен с вы ходом второго ключа и соединен с вхо дом аналого-цифрового преобразователя, подк.пюченного своими информационным и управляющим выходами соответ ственно к одноименным входам микропроцессорного вычислительного устрой ства, выход суммирующего усилителя соединен через пятый резистор со сво

ры весов Og, записанный в ПЗУ МВУ 14;

N;(m)

N,(.) -N,. .N, ,

NCC(,.

цифровой код, соответствующий температурному изменению синфазного напряжения тензодат- чика 1, измеренному при температуре окружающей среды, равной верх-, нему пределу рабочего диапазона изменения . температуры весов Qg, записанный в ПЗУ МВУ 14

Таким образом, характер изменений

S,.зависящий от изменений температуры окружающей cpeдыJ позволяет повысить точность измерения.

иои

™

1435949

8

Устройство реализовано на интегральных микросхемах серий К 564, К 140 и К 580. В качестве тензодат- чика 1 используется ,датчик типа, дет, в качестве усилителей и 8 - микросхемь К140УД14, в качестве ключей 15 и 16 - микросхема К590КН7. Источник 2 питания и предусилитель 3

реализованы на микросхемах серии

К140 по стандартным схемам. В качестве АЦП 17 используется.микросхема К572ПВ1, а в качестве МВУ 14 - мини- ЭВМ Электроника K1-IO или мккросхема К)816ВМ48. Резисторы 9-13 являются резисторами типа С2-29Б. Форм у л а изобретения

Устройство для измерения массы, содержащее источник питания, дифференциальный предусилитель, аналого- цифровой преобразователь и мостовой тензодатчик, вершины питающей и измерительной диагоналей которого подклю- чены соответственно к зажимам источника питания и к входам дифференциального предусилителя, отличающееся тем, что, с целью повьше- ния точности измерения, в него введены микропроцессорное вычислитель

ное устройство, два потенциометра, пять резисторов, два ключа, два дифференциальных и один суммирующий усилители, причем вькодные зажимы источника питания соединены параллельно с неподвижными выводами первого и второго потенциометров, подвижные выводы которых., подключены соответственно к инверсным входам первого и второго дифференциальных усилителей, выходы которых соединены соответственно че . рез первый и второй резисторы с входом сз. ммирующего усилителя, а прямью входы первого и второго дифференциальных j/силителей подключены соответственно через третий и четвертый резисторы к двум вершинам измерительной диагонали мостового тензодатчика, выход дифференциального лредусилителя подключен к первому входу первого ключа, выход которого объединен с выходом второго ключа и соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, подк.пюченного своими информационным и управляющим выходами соответственно к одноименным входам микропроцессорного вычислительного устройства, выход суммирующего усилителя соединен через пятый резистор со сво-

9J4359A910

им входом и подключен к первому входу- ключа и соединен с управляющим вы- второго ключа второй вход которого ходом микропроцессорного вычислитель- объединен с вторым входом первого ного устройства.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для тензометрических преобразований неэлектрических величин в условиях переменньк температур. Целью изобретения является повышение точности измерения массы. В течение вспомогательного цикла измерения входное напряжение мостового тен- зодатчика 1 поступает через резисторы 9 и 10 на прямые входы дифференци- альньге усилителей .6 и 7. Компенсация постоянной составляющей измеряемого напряжения производится потенциометрами 4 и 5, подключенными к источнику 2 питания. С выходов дифференциальных усилителей 6 и 7 снимается сигнал, пропорциональный температурным изменениям входного напряжения. Э.тот сигнал проходит резисторы I 1 и 12, усиливается операционным усилителем 8, зашунтированным резистором 13, и поступает через ключ 16 на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) I7. Микропроцессорное вычислительное устройство (МВУ) 14 помещает полученные от АЦП 17 темперах турные изменения в свою память. В те-щ чение основного цикла измерения на вход МВУ 14 подается через дифференциальный предусилитель 3, ключ 15 и АЦП 17 сигнал тензодатчика 1, пропорциональный измеряемой массе груза. По окончании основного цикла измерения МБУ 14 осуществляет коррекцию погрешностей измерения. 1 ил. Mssaa СВЕЗЯ