Автоматические весы с электромагнитным уравновешиванием Советский патент 1988 года по МПК G01G7/04 

сг

4

00 Од

1446А

тушки 6 наводит в катушке 16 переменную ЭДС, вызывающую протекание по ее виткам тока, частота которого равна частоте возбуждаемого сигнала на выходе генератора 25 высокой частоты Сигнал высокой частоты вьщеляется с помощью избирательного усилителя 17 и подается на вход фазового детектора 18, который преобразует сигнал отклонения высокой частоты в сигнал отклонения постоянного тока.

Далее сигнал поступает на информационный вход модулятора 19, который преобразует сигнал постоянного тока в гармонический сигнал переменного тока низкой частоты, который в свою очередь через фазовращатель 27, регистратор 26 поступает в катушки 6 и 7. В результате возникают силы, возвращающие коромысло 1 в исходное положение. 1 ил.

Изобретение относится к весоизмерительной технике. Целью изобретения является повьшение точности взвешивания. Для этого коромысло 1 выполнено в виде двух параллельных электропроводяЕцИХ изолированных друг от друга стержней 2 и 3 и подвешено на электропроводящих растяжках 4 и 5. Электромагнитный компенсатор при этом вьтолнен в виде двух неподвижно закрепленных на основании весов электромагнитов 8 и 9 переменного тока, в зазорах между полюсами которых расположены соответственно две подвижные уравновешивающие катуш2си 6 и 7, жестко прикрепленные к подвешенному на растяжках 4 и 5 коромыслу 1 симметрично относительно его оси вращения. При наложении груза 12 на чашку 11 коромысло 1 отклоняется от положения равновесия. Взаимное положение катушки 6, одновременно являющейся генераторной, и приемной катушки 16 преобразователя отклонения изменяется, в результате чего переменный магнитньй поток касл

1

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для точных взвешиваний при проведении исследований и количественных анализов.

Целью изобретения является повьше ние точности взвешивания.

На чертеже изображена конструктивная схема весов.

Весы содержат коромысло 1, состоя щее из двух параллельньгх электропроводящих изолированных друг от друга стержней 2 и 3, которое подвешено на электропроводящих растяжках 4 и 5. К коромыслу 1 симметрично относительно его оси вращения жестко прикреплены две идентичные уравновешивающие катушки 6 и 7, расположенные в зазорах между полюсами электромагнитов 8 и 9, закрепленных на основании весов. Катушки 6 и 7 являются подвижными, а электромагниты 8 и 9 неподвижными элемента- ми электромагнитного компенсатора. К одному из плеч коромысла 1 на подвеске 10 подвешена грузоприемная чаш ка 11 с грузом 12. К другому плечу на подвеске 13 подвешена чашка 14 для уравновешивающих гирь 15. Преобразователь отклонения состоит из неподвижно закрепленной на основании весов приемной катушки 16 и генераторной катушки, в качестве которой используется одна из неподвижных уравновешивающих катушек, например 6. Приемная катушка 16 расположена рядом с подвижной уравновешивающей катушкой 6 так, что ее магнитная ось (прямая, перпендикулярная плос

10

15

20

25

30

35

кости витков катушки и проходящая через ее геометрический центр) перпендикулярна магнитной оси подвижной уравновешивающей катушки 6 и проходит через центр симметрии последней.

Приемная катушка 16 подключена к входу избирательного усилителя 17, выход которого через фазовый детектор 18 и модулятор 19 подключен к усилителю 20. Выход генератора 21 низкой частоты соединен с управляющим ВХОДОМ модулятора 19 и усилителем 22 мощности, к выходу которого параллельно подключены намагничивающие обмотки 23 и 24 электромагнитов 8 и 9. Подвижные уравновешивающие катушки 6 и 7 через электропроводящие стержни 2 и 3 коромысла 1 и электропроводящие растяжки 4 и 5 параллельно подключены к генератору 25 высокой частоты, а через регистратор 26 и фазовращатель 27 - к выходу усилителя 20.

Бесы работают следуюш 1м образом.

После включения весов сигнал с выхода генератора 25 высокой частоты поступает в подвижные уравновешивающие катушки 6 и 7, при этом катушки 6 одновременно является генераторной катушкой преобразователя отклонений. Протекающий по проводам катушек 6 и 7 ток высокой частоты создает вокруг них п,еременное магнитное поле.

Переменный магнитный поток, созда- ваемьш током высокой частоты, протекающим по стороне катушки 6, находящейся вблизи приемной катушки 16,

40

пересекает плоскость витков последней. Однако вследствие того, что в положении равновесия коромысла 1 магнитная ось приемной катушки 16 перпендикулярна магнитной оси подвижной уравновешивающей катушки 6 и проходит через центр ее симметрии, суммарный магнитный поток, пронизывающий плоскость витков приемной катушки 16, равен нулю. Одновременно после включения весов гармонический сигнал с выхода генератора 21 низкой частоты подается на усилитель 22 мощности, усиливается им и посту- пает на параллельно подключенные намагничивающие обмотки 23 и 24 электромагнитов 8 и 9. В зазорах между полюсами электромагнитов 8 и 9 возникает переменное магнитное поле низкой частоты, амплитуда индукции которого пропорциональна амплитуде переменного тока в обмотках 23 и 24, а частота равна частоте сигнала на выходе генератора 21 низкой частоты.

При наложении груза 12 на чашку 11 коромысло 1 отклоняется от положения равновесия. Взаимное положение подвижной уравновешивающей катушки 6, одновременно являющейся генера торной, и приемной катушки 16 изменяется, вследствие этого переменный магнитный поток катушки 6 наводит в приемной катушке 16 переменную ЭДС, вызывающую протекание по ее вит кам тока, частота которого равна частоте возбуждающего сигнала на выходе генератора 25 высокой частоты

Амплитуда тока высокой частоты, возникающего в приемной катушке 16, пропорциональна углу отклонения коромысла 1 от положения равновесия, а его фаза зависит от на,правления перемещения (вниз или вверх) плеча коромысла, к которому прикреплена катушка 6. При отклонении коромысла 1 вверх фаза сигнала изменяется на 180° по отношению к сигналу при его отклонении вниз.

Сигнал отклонения высокой частоты возникающий в приемной катушке 16, амплитуда которого пропорциональна углу отклонения коромысла 1 от положения равновесия, выделяется с помощью избирательного усилителя 17 и подается на вход фазового детектора 18. Амплитуда сигнала постоянного тока ка выходе фазового детектора 18 пропорциональна амплитуде сигнала

тока высокой частоты, поступающего на его вход, а его полярность определяется фазой входного сигнала. Фазовый детектор 18 преобразует сигнал отклонения высокой частоты в сигнал отклонения постоянного тока. С выхода фазового детектора 18 сигнал отклонения поступает на информационный вход модулятора 19.

Модулятор 19 преобразует сигнал отклонения постоянного тока в гармонический сигнал переменного тока низкой частоты, амплитуда которого пропорциональна уровню сигнала отклонения постоянного тока, частота равна частоте гармонического сигнала, поступающего на управляю- щиА вход модулятора 19 с выкода генератора 21 низкой частоты, а фаза определяется направлением перемещения (вниз или вверх) плеча коромысла 1. Усилитель 20 усиливает поступающий на его вход модулятора 19 сигнал отклонения переменного тока низкой частоты.

Усиленный сигнал переменного тока низкой частоты с выхода усилителя 20 через фазовращатель 27, регистратор 26, электропроводящие растяжки 4 и 5 и стержни 2 и 3 поступает в подвижные уравновешивающие катушки 6 и 7.

В результате взаимодействия переменных токов низкой частоты, проте- каюсщх по подвижным уравновешиваюш:им катушкам 6 и 7, расположенным в зазорах между полюсами электромагнитов 8 и 9, с магнитными индукциями переменного поля такой же частоты возникают силы, действующие на подвижные уравновешивающие катушки 6, 7 и возвращаюш 1е коромысло 1 весов в близкое к исходному положение равновесия .

Среднее значение уравновешивающей силы FCP , действующей на каждую из катушек 6 и 7, пропорционально амплитудному (действующему) значению протекающего по ним тока, следовательно, амплитудному (действующему) значению тока на выходе усилителя 20, а значит углу отклонения коромысла 1 от положения равновесии.

Направления действия сил зависят от направлен токов в катушках 6 i 7 и векторов магнитнь х П дукции между по- люсам электромагнитов 8 и 9. Так как фады токов и фазы млгнп7 Н1.х nii;iyicций меняются одновременно, направления действия сил не изменяются. Мгновенные же значения сил изменяются от нуля до максимального с удвоенной частотой. Однако циклическое изменение сил с частотой в несколько десятков (и выше) Гц в силу инерционности коромысла 1 не приводит к его раскачиванию и не нарушает нормальной работы весов. Полярности подключения подвижных уравновешивающих катушек 6 и 7 и намагничивающих обмоток 23 и 24 электромагнитов 8 и 9 выбираются таким, чтобы силы, действуюш е на каждую из катушек 6 и 7, создавали механические моменты одного знака, стремящиеся возвратить коромысло к положению равновесия. В таком случае на коромысло действует уравновешивающее усилие,равное

1

2F,

CF.

Исключение фазовых сдвигов между токами и магнитными индукциями обеспечивает получение максимального уравновешивающего усилия при выбранных параметрах компенсатора.

В процессе работы весов по подвижным уравновешивающим катушкам 6 и 7 одновременно протекают токи двух частот: высокой, поступающей с выхода генератора 25 высокой частоты, и низкой, поступающей с выхода усилителя 20. При этом амплитуда токов высокой частоты не изменяется со временем, а амплитуда токов низкой частоты пропорциональна углу отклонения коромысла 1 от положения равновесия и несет информацию о массе взвешиваемого груза. Токи высокой частоты, протекающие по катушкам 6 и 7, также взаимодействуют с магнитньаш индукциями переменного поля низкой частоты электромагнитов 8 и 9. Однако поскольку частота изменения этих токов по крайней мере в несколько тысяч раз вьш1е частоты изменения магнитной индукции, последнюю можно считать квазистационарной. Поэтому среднее за период значение силы взаимодействия токов высокой частоты с магнитными индукциями низкой частоты равно нулю.

ВНИИПИ Заказ 6739/46

46483 Ф

20

25

ормула .изобретения Автоматические весы с электромагнитным уравновешиванием, содержащие коромысло, преобразователь отклонения с приемной катушкой и генераторной катушкой, которая подключена к генератору высокой частоты, генератор низкой частоты, модулятор, усшти Q тель, фазовращатель, усилитель мощности и электромагнитный компенсатор, выполненньш в виде неподвижно закрепленного на основании электромагнита переменного тока и подвижной

15 уравновешивающей катушки, отличающиеся тем, что, с целью повьш1ения точности взвешивания, в них введены электропроводящие растяжки, избирательный усилитель, фазовый детектор, неподвижно закреп- ленньй на основании второй электромагнит переменного тока, вторая подвижная уравновешивающая катушка, идентичная первой, коромысло вьтол- нено в виде двух параллельных электропроводящих изолированных друг от друга стержней, один из которых электрически связан с началами подвижных уравновешивающих катушек и одной из растяжек, а другой - с их концами и второй растяжкой, при этом подвижные уравновешивающие катушки жестко прикреплены к подвешенному на электропроводящих растяжках коромыслу симметрично относительно его оси вращения и расположены в зазорах мезвду полюсами электромагнитов, приемная катушка преобразователя отклонений расположена с возможностью магнитного взаимодействия с одной из подвижных уравновешивающих катушек и подключена к входу избирательного усилитеЛя, выход которого через фазовый детектор и модулятор подключен к усилителю, выход генератора низкой частоты соединен с управляюгцим входом модулятора и усилителем мощности, к выходу которого параллельно подключены намагничивающие обмотки электромагнитов,подвижные уравновешивающие катушки через электропроводя- 1дие стержни и электропроводящие растяжки параллельно подключены к генератору высокой частоты и через регистратор и фазовращатель - к выходу усилителя. Тираж 717 Подписное

30

35

40

45

50

55