Весы с электромагнитным уравновешиванием Советский патент 1989 года по МПК G01G7/02 

ви.

to to to

от источника 13 света проходит через прореэь 12 флажка II и освещает часть фоточувствительных поверхностей двух фотоприемников 14, освещенность которых определяет величину на выходах 15 и 16. Разность этих сигналов преобразуется дифференциальным усилителем 17 и через блок 18 передачи поступает на вход регулятора 19, который изменяет ток катушки 9 электромагнита 10 силовой компенсации так, что сигнал на входе регулятора 19 равен нулю. При наложении груза 3 на грузоприемную площадку 2 чувствительный элемент I перемещается и положение прорези 12 флажка 11 изменяется, освещенность одного из фотоприемников 14 увеличивается, другого умень шается, изменяется сигнал на выходе дифференциального усилителя 17 и на В01оде регулятора 19. Регулирующий усилитель 21 астатического типа изменяет ток источника 13 света так, чтобы обеспечить равенство сигналов на своих входах, соединенных с выходом сумматора 20 и опорного источника 25. В результате дрейф световой отдачи источника 13 света не изменяет освещенность фотоприемников 15. При изменении чувствительности фотоприемников f4 (например, при изменении температуры) регулирующий усилитель

21 изменяет режим работы источника 13 света и освещенность так, чтобы обеспечить равенство сигналов на своих входах. Изменение чувствительности ,фотоприемников 14 через систему регулирования мощности излучения вызывает пропорциональное изменение их освещенности, а дрейф световой отдачи

источника 13 света компенсируется

ристемой регулирования мощности нзлу- чения так, что результирующая чувствительность датчика остается неизменной. Применение сумматора 20, регулирующего усилителя 21 и соответствующих связей обеспечивает монотонность выходного сигнала усилителя 17 при перемещении чувствительного элемента 1 и флажка 11 вплоть до затемнения обоих фотоприемников за счет многократного увеличения сигнала на Еыходе регулирующего усилителя 21. При перемещении чувствительного элемента 1 к границе зоны монотонности

выходного сигнала усилителя 17 напряжение на выходе регулирующего усилителя 21 многократно возрастает, достигает уровня срабытывания порогового элемента 23, сигнал с его выхода 24 переключает блок 18 передачи. При этом сигнал на входе регулятора 19 сохраняется неизменным. 3 ил.

Изобретение относится к весоизмерительной технике в частности к весам для измерения массы с автоматическим уравновешиванием. Цель изобретения - повышение точности и надежности работы весов. В установившемся режиме при измерении веса чувствительный элемент 1 находится в исходном положении. Световой поток от источника 13 света проходит через прорезь 12 флажка 11 и освещает часть фоточувствительных поверхностей двух фотоприемников 14, освещенность которых определяет величину на выходах 15 и 16. Разность этих сигналов преобразуется дифференциальным усилителем 17 и через блок 18 передачи поступает на вход регулятора 19, который изменяет ток катушки 9 электромагнита 10 силовой компенсации так, что сигнал на входе регулятора 19 равен нулю. При наложении груза 3 на грузоприемную площадку 2 чувствительный элемент 1 перемещается и положение прорези 12 флажка 11 изменяется, освещенность одного из фотоприемников 14 увеличивается, другого уменьшается, изменяется сигнал на выходе дифференциального усилителя 17 и на входе регулятора 19. Регулирующий усилитель 21 астатического типа изменяет ток источника 13 света так, чтобы обеспечить равенство сигналов на своих входах, соединенных с выходом сумматора 20 и опорного источника 25. В результате дрейф световой отдачи источника 13 света не изменяет освещенность фотоприемников 14. При изменении чувствительности фотоприемников 14 (например, при изменении температуры) регулирующий усилитель 21 изменяет режим работы источник 13 света и освещенность так, чтобы обеспечить равенство сигналов на своих входах. Изменение чувствительности фотоприемников 14 через систему регулирования мощности излучения вызывает пропорциональное изменение их освещенности, а дрейф световой отдачи источника 13 света компенсируется системой регулирования мощности излучения так, что результирующая чувствительность датчика остается неизменной. Применение сумматора 20, регулирующего усилителя 21 и соответствующих связей обеспечивает монотонность выходного сигнала усилителя 17 при перемещении чувствительного элемента 1 и флажка 11 вплоть до затемнения обоих фотоприемников за счет многократного увеличения сигнала на выходе регулирующего усилителя 21. При перемещении чувствительного элемента 1 к границе зоны монотонности выходного сигнала усилителя 17 напряжение на выходе регулирующего усилителя 21 многократно возрастает, достигает уровня срабатывания порогового элемента 23, сигнал с его выхода 24 переключает блок 18 передачи. При этом сигнал на входе регулятора 19 сохраняется неизменным. 3 ил.

Изобретение относится, к весоизмерительной технике, в частности к весам для измерения массы с автоматическим уравновешиванием.

Цель изобретения - повышение точности и надежности работы весов.

На 4иг. 1 изображена схема предлагаемых весов на 4ХГ.2 - структурная схема блока передачи и хранения; на фиг.З - график зависимости сигнала на выходе дифференциального усилителя от перемещения фпажка, закрепленного на чувствительном элементе.

Весы содержат чувствительный элемент 1 с грузоприемной площадкой 2 для взвешиваемого образца 3, связанной с .основанием 4 через упругодефор- кмруекые опоры 5 - 8. На чувствительном элементе 1 закреплена катушка 9 электромагнита 10 силовой компенсации. К чувствительному элементу 1

прикреплен флажок 11 с прорезью 12, расположенный между нсточником 13

света и двумя фотоприемниками 14. Выходы 15 и 16 фотоприемников через дифференциальный усилитель 17 и блок 18 передачи соединены с регуля- тором 19 и через сумматор 20 с первым входом регулирующего усилителя 21. Последний через ограничительный резистор 22 соединен с источником 13 света и через пороговый элемент 23 с управляющим входом 24 блока 18 передачи. Второй вход регулирующего усилителя 21 соединен с источником 25 опорного напряжения. Выход регулятора 19 соединен с катушкой 9 и отсчетным устройством 26.

Блок 18 передачи (фиг.2) содержит операционный усилитель 27, входной резистор 28, резистор 29 обратной

514

связи, электронный ключ 30 и резисто 31 привязки.

Весы работают следующим образом, В установившемся режиме при измерении веса чувствительный элемент I иаходится в исходном положении. Све- товой поток от источника 13 света проходят через прорезь 12 флажка II и освещает часть фоточувствительных поверхностей двух фотоприемников 14, освещенность каждого из которых определяет величину сигнала на выходах 15 и 16 соответственно. Разность этих сигналов преобразуется дифферен циальным усилителем 17 и через блок 18 передачи поступает на вход регулятора 19, Последний в соответствии с сигналом на входе изменяет ток катушки 9 электромагнита 10 силовой компенсации таким образом, чтобы за счет изменения и вызываемой этим током силы электромагнитного взаимодействия поддерживать такое положение чувствительного элемента 1 и проре- зи 12 флажка II, при котором сигнал на входе регулятора 19 равен нулю. При наложении (снятии) образца 3 на грузоприемную площадку 2 чувствительный элемент 1 перемещается, Соответ- ственно изменяется положение прорези 12 флажка 11 относительно нбпод- вижио закрепленных источника 13 свет и фотоприемников 14, Освещенная площадь одного из фотоприемников 14 увеличивается, другого уменьшается, изменяется сигнал на выходе дифференциального усилителя 17 на входе регулятора 19, который изменяет ток катушки 9 таким образом, чтобы вернуть чувствительный элемент 1 в исходное положение. Ток, протекающий через катушку 9, преобразуется и индицируется отсчетным устройством 26 в единицах массы, В качестве отсчетногоуст- ройства может использоваться, например, цифровой амперметр. Регулирующий усилитель 21 астатического типа изменяет ток излучателя таким образом, чтобы обеспечить равенство сиг- налов на своих входах, соединенных с выходом сумматора 20 и источника 25.

В результате дрейф световой отдачи источника 13 света не изменяет освещенность фотоприемников 14, Амплитудно-частотная характеристика регулирующего усилителя 21 выбирается из условия устойчивости систеРы

16

автоматического регулирования (фотоприемники 14, сумматор 20, регулирующий усилитель 21, источник 13 света), Обозначая напряжение V на выходе сумматора 20, нагфяжение на выходе источника 25 опорного напряжения можем записать

.K(S,f,,f,)-T;

(1)

где S, и S - освещенные площади первого и третьего фотоприемников 14; f J и f2 - коэффициенты их фоточувствительностей; - коэффициент преобразования сумматора 20; I - освещенность, создаваемая оптическим излучателем в месте установк фотоприемников 14, I

При изменении чувствительности фотоприемников 14 (например, при изменении температуры) на f, и Af соответственно, регулирующий усилитель 21 изменяет режим работы источника 13 света и освещенность I на ul так, чтобы обеспечить равенство сигналов на своих входах. Выражение принимает вид

. ,(f,+ЛГ, ) + +S(fj-t-Af) (I+Ы). (2)

В предлагаемой конструкции используются два одинаковых фотоприемника. Поэтому относительные дрейфы чувсг- вительностей их близки. Если принять равными дрейфы чувствительностей фо- топриЬмных элементов

&f. uf , uff о.

.. ,vj;

TO, приравнивая правые части выражений (l) и (2) с учетом ( 3), получим

ЛГ ill ..--.

Из выражения (4) следует, что изменение чувствительности фотоприемни ков 14 через систему регулирования мощности вызывает пропорциональное изменение их освещенности, в то же время дрейф световой отдачи источник 13 света компенсируется системой регулирования мощности излучения так, что результирующая чувствительность датчика остается неизменной.

Таким образом, введение системл регулирования освещенности фотоприемников 14 по их суммарному сигналу практически исключает влияж1е дрейфа световой отдачи источника 13 света и чувствительности фотоприемников 14 на выходной сиг:-1ал дифференциального усилителя 17 и, соответственно, на положение чувствительного элемент

Iпри работе весов.

На фиг.З представлена зависимость выходного сигнала дифференциального усилителя 17 от перемещения флсшска 11. Кривая - сигнал на выходе усили теля 17 в предлагаеьых весах. Применение сумматора 20, регулирующего усилителя 21 и соответствующих связей обеспечивает монотонность выходного сигнала усилителя 17 при перемещении чувствительного элемента 1 и флажка

IIвплоть, до затемнения обоих фото- приемников, за счет многократного увеличения сигнала на выходе регулирующего усилителя 21.

При перемещении флажка 11 в любую стюрону за зону монотонности оба фо- топриемника оказываются затемненными и сигнал на выходе регулирующего усилителя 21 может значительно превысит допустим)1й уровень. Для предотвращения выхода из строя регулирующего усилителя 21 и источника 13 света в схему введен ограничительный резисто 22, определяющий максимальный ток источника 13 света.

При перемещении чувствительного элемента 1 весов и соответственно флажка 11 за зону монотонности выходного сигнала усилителя 17 возможно изменение знака выходного сигнала регулятора 19, При этом ток, проте- кающий через катушку 9 электромагнита 10 силовой компенсации, изменяет знак и усилие электромагнита 10 силовой компенсации не возвращает чувствительный элемент 1 в исходное поло- жение, а перемещает его от исходного положения до упора. В этом положении чувствиТ|Эльный элемент остается и работоспособность весов нарушается,

Для исключения этого явления и повышения надежности весов в конструкцию введены пороговый элемент 23 и блок 18 передачи, В нормальном режиме работы весов сигнал на выходе регулирующего усилителя 21 ниже уровня срабатывания порогового элемента 23 и на его выходе нулевой сигнал. При этом блок 18 передачи работает в

5 0 5

0

5

режиме линейной передачи сигнала с выхода усилителя 17 на вход регулятора 19 и не изменяет работы весов. При перемещении чувствительного элемента , 1 к границе зоны монотонности выходного сигнала усилителя 17 напряжение на выходе регулирующего усилителя 21 многократно возрастает, достигает уровня срабатывания порогового элемента 23. Сигнал с его выхода 24 переключает блок 18 передачи. При этом сигнал на входе регулятора 19 сохраняется неизменным до возвращения чувствительного элемента 1 в исходное положение и любое кратковременное перемещение чувствительного элемента не нарушает работоспособности весов.

Конструкция блока 18 передачи представлена на фиг,2.

При нулевом сигнале на управляющем входе 24 электронного ключа 30 он закрыт. При этом операционный усилитель 27 охвачен отрицательной обратной связью (вхотной резистор 28 и резистор 29 обратной связи) и блок 18 передачи находится в режиме линейной (с коэффициентом, равным отношению сопротивлений резисторов 29 и 28) передачи напряжения.

По сигналу на управляющем входе 24 электронного ключа 30 он открывается и усилитель 27 оказывается охваченным стопроцентной положительной обратной связью. Блок 18 переходит в триггерный режим работы. Сигнал на выходе операционного усилителя 27 нарастает до соответственно максимального положительного или отрицательного уровня в зависимости от знака напряжения в этот момент. При дальнейшем изменении сигнала на входе блока 18 передачи пока электронный ключ 30 закрыт, сигнал на его выходе остается неизменным и обеспечивает возвращение чувствительного элемента в исходное положение.

Формула изобретения

Весы с электромагнитным уравновешиванием, содержащие чувствительный элемент с грузоприемной площадкой, на котором установлены катушка электромагнита силовой компенсации и флажок с прорезью, расположенный в зазоре между источником света и двумя фотоприемниками, дифференциальный усилитель, входы которого подключены к фотоприемникам, и регулятор, выход которого подсоединен к катушке и от- счетному устройству, отличаю- щ с я тем, что, с целью повышения точности и надежности, в них введены сумматор, регулирующий усилитель, источник опорного наряжения, пороговый элемент, ограничительный резистор, операционный усилитель, входной резистор, резистор обратной связи, резистор привязки и электронный ключ, при этом выходы фотоприемников через сумматор соединены с первым входом регулирующего усилителя, второй вход которого подключен к источнику опор6Modjc

усилителя П

Фиг. г

ного напряжения, а выход связан через ограничительный резистор с оптическим излучателем и с входом порогового элемента, причем инвертирующий вход операционного усилителя через входной резистор соединен с выхоДом дифференциального усилителя и через резистор обратной связи - с выходом операционного усилителя, связанным с входом регулятора, неинвертирующйй вход операционного усилителя через резистор привязки подключен к общей шине питания и через электронный ключ - к выходу операционного усилителя, а управляющий вход электронного ключа связан с выходом порогового элемента.

ffH

Фиг.З