Вторичный преобразователь для тензорезисторных весоизмерительных устройств Советский патент 1989 года по МПК G01G3/142 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве вторичного преобразователя весоизмерительных уст- ройств на тензорезисторных силоизме- рительных датчиках (в дальнейшем тен- зодатчик) и, в частности, дозаторов непрерывного действия, конвейерных весов, весов для взвешивания транс- портных средств в движении, в статике,

Целью изобретения является повышение точности и производительности измерений,,

На фиг о представлена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 - выходные сигналы блока управления „

Вторичный преобразователь содер- жит блок 1 тензодатчиков, состоящий из N тензореэисторньгх силоизмеритепь ных датчиков, двухступенчатый аналоговый коммутатор 2 (первая ступень) и 3 (вторая ступень), дополнительный коммутатор 4, делитель 5 напряжения, измерительный усилитель 6, блок Т компенсации с ключом 8, аналого-цифровой преобразователь 9,блок I 0 управления и арифметическое устройство 1 1, состоящее из регистра 2 и сумматора 13 0

Преобразователь работает следующим образом,

В начале преобразования произво- дится процесс подготовки вторичного преобразователя при отсутствии загрузки весоизмерительного устройства„ На диаграмме 1 (фигс2) показан сигнал блока 10 управления, по которому вначале к входу измерительного усилителя 6 посредством аналогового коммутатора (блоки 2 и 3) подключается выход первого тензодатчика0 Одновременно замыкается ключ 8 (диаграмма Д и верхний ключ первого элемента блока 7 компенсации (диаграмма В), При этом на верхнем конденсаторе запоминается сумма сигнала первого тен- зодатчика и начального смещения из- мерительного усилителя 6„ При этом вторая ступень 3 аналогового коммутатора пропускает сигнал без инверсии его полярности (на диаграмме Б соответствующий сигнал блока управ- ления показан расположенным выше оси времени)о Затем по команде блока 10 управления вторая ступень 3 аналогового коммутатора инвертиру5

0

5

0

5 0 5 0 5

ет полярность сигнала (на диаграмме Ц соответствующий сигнал блока управления показан расположенным ниже оси времени). При этом замыкается нижний ключ первого элемента блока 7 (диаграмма Г) и на нижнем конденсаторе запоминается разность сигнала первого тензодатчика и начального смещения измерительного усилителя 6. Аналогичные преобразования происходят и для остальных тензодатчиков о Сигналы блока 10 управления при работе с N-м тензодатчи- ком без его полезной нагрузки показаны на диаграммах К - Н„ На диаграмме К изображено подключение выхода тензодатчика N к входу измерительного усилителя 6 о На диаграммах Л и М - включение верхнего и нижнего ключей N-ro элемента блока 7„

После окончания процесса подготовки вторичного преобразователя начинается процесс измерения сигналов с нагруженных тензодатчиков, при этом ключ 8 находится в постоянно разомкнутом состоянии. Кроме ранее рассмотренных сигналов блок 10 управления вырабатывает еще сигналы запуска аналого-цифрового преобразователя 9 (диаграмма 3) и сигнал запоминания промежуточного результата на регистре 12 (диаграмма И)0 При этом сигналы, запомненные на конденсаторах блока 7 компенсации во время режима подготовки вторичного преобразователя, вычитаются из сигналов загруженных тензодатчиков и аналого- цифровой преобразователь 9 преобразует только приращения сигналов тензодатчиков, соответствующие полезной нагрузкес Это значительно расширяет динамический диапазон аналого-цифрового преобразователя 9, снижая вносимую им погрешность, что приводит к повышению точности всего устройства о

Введение дополнительного коммутатора 4 и делителя 5 напряжения позволяет повысить также производительность предлагаемого преобразователя Данные блоки вырабатывают сигналы компенсации начальной загрузки каждого из N тензодатчиков, пропорциональные их напряжению питания U h1 - И,, м, которые запоминаются на конденсаторах блока 7 компенсации. Так как сигнал с выхода делителя 5 напряжения пропорционален напряжению питания конкретного тейзодатчика, то изменение укачанного напряжения, а также изменение сопротивления линии связи тензодатчика, влекущее за собой изменение напряжения питания тензодатчика, не вносит дополнительной погрешности в результат преобра- зования0 Диаграммы сигналов блока 10 управления, управляющих дополнительным коммутатором 4 и ключами дополнительного входа второй ступени 3 аналогового коммутатора, показаны на диаграммах А и В, а диаграммы сиг налов управления первой ступенью 2 аналогового коммутатора и основным входом второй ступени 3 аналогового коммутатора показаны на диаграммах Е и Ж.В остальных моментах алгоритмы управления предлагаемым устройством совпадают. Повышение производительности достигается за счет того, что оба преобразования - основное и вспомогательное (процесс запоминания сигналов на конденсаторах блока 7) - производятся с загруженными тензо- датчиками.

Последовательное коммутационное инвертирование входного сигнала при- меняется с целью устранения влияния гаума входного измерительного усилителя на погрешность измерений

Наивысшая эффективность преобразователя по данной схеме проявляется при наличии во входном сигнале инфранизкочастотного шума с частотным диапазоном (0,1 - 0,001 Гц) и количестве тензодатчиков до четырех,

Формула изобретения

1. Вторичный преобразователь для тензорезисторных весоизмерительных устройств, содержащий блок силоизме-

Q 5 0 5

0

0

,5

рительных тензорезисторных датчиков с гаинами питания, двухступенчатый аналоговый коммутатор, измерительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и блок управления, причем вход измерительного усилителя соединен через двухступенчатый аналоговый коммутатор с выходами блока тензорезисторных силоизмерительных датчиков, его выход связан с входом аналого-цифрового преобразователя, а выходы бпока управления подключены к входам управления коммутатора и аналого-цифрового преобразователя, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены блок компенсации и арифметическое устройство, при этом блок компенсации включен между выходом измерительного усилителя и входом аналого- цифрового преобразователя, вход арифметического устройства подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, входы управления блока компенсации и арифметического устройства соединены с блоком управления, а выход арифметического устройства является выходом вторичного преобразователя „

., Преобразователь по п„1, о т - лич ающийся тем, что,, с целью повышения производительности измерений, в него введены дополнительный коммутатор и делитель напряжения, причем двухступенчатый аналоговый коммутатор выполнен с дополнительным входом, к которому подключен выход делителя напряжения, вход которого через дополнительный коммутатор соединен с иинами питания блока тензорезисторных силоизмерительных датчиков, а вход управления дополнительного коммутатора соединен с блоком управления.

Фиг. 2.

Изобретение относится к весоизмерительной технике и служит для преобразования сигналов от весовых тензодатчиков в цифровой код с высокой точностью и производительностью. Перед измерениями производится подготовка преобразователя при отсутствии загрузки весоизмерительного устройства. Для этого по сигналам от блока 10 управления сигналы с N тензодатчиков, пройдя через двухступенчатый коммутатор 2,3, суммируются с сигналом начального смещения измерительного усилителя 6 и запоминаются на верхнем конденсаторе соответствующей ячейки блока 7 компенсации. Затем на нижнем конденсаторе той же ячейки запоминается разность этих же сигналов. По окончании процесса подготовки, во время измерения сигналов с нагруженных тензодатчиков, из них вычитаются сигналы, запомненные на конденсаторах блока 7. Аналого-цифровой преобразователь 9 преобразует только приращения сигналов тензодатчиков, соответствующих полезной нагрузке, что расширяет его динамический диапазон, снижая вносимую погрешность. Арифметическое устройство 11, состоящее из регистра и сумматора, является выходным элементом преобразователя. Введение дополнительного коммутатора 4 и делителя 5 напряжения повышает производительность измерений, так как позволяет производить основное и вспомогательного усилителя 6 сигналов, пропорциональных напряжениям питания тензодатчиков. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.