Автоматические весы Советский патент 1989 года по МПК G01L3/08 

(Л

с

Изобретение относится к весоизмерительной технике , в частности, к весам с весовой платформой, закрепленной на упругих опорах, и позволяет повысить точность измерений за счет применения двух линейных преобразователей сигнала, сумматора, источника опорного напряжения, аналого-цифрового преобразователя, нелинейного элемента, управляемого источника питания. Датчик перемещения снабжен двухкоординатным преобразователем смещения, при этом подвижная диафрагма жестко соединена с серединой весовой платформы и расположена симметрично относительно упругих опор. Весы содержат весовую платформу 1 с грузоприемной чашкой 2, закрепленную на упругих опорах 3, датчик 10 перемещения, содержащий источник 11 высокочастотных электромагнитных колебаний и подвижную диафрагму 13. Измеряемая нагрузка 6, помещенная на чашку 2, перемещает платформу 1 и диафрагму 13, вызывая изменения площади облучения секторов двухкоординатного преобразователя 14 смещения, два выхода которого по оси У связаны с первым линейным преобразователем 15 сигнала, а два выхода по оси Х - с вторым линейным преобразователем 16 сигнала. Сигнал с выхода преобразователя 15 поступает на аналого-цифровой преобразователь 8 и через нелинейный элемент 19 и управляемый источник 12 питания управляет мощностью источника 11. Сигналы с выхода преобразователя 16 и источника 18 опорного напряжения через сумматор 17 осуществляют коррекцию выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя 8 в функции изменения плеча упругих опор 3 от изменения величины нагрузки 6. 1 ил.

О 00 о о S

ма жестко соединена с серединой весовой платформы и расположена симметрично относительно упругих опор. Весы содержат весовую платформу 1 с грузоприемной чашкой 2, закрепленную на упругих опорах 3, датчик 10 перемещения, содержащий источник 11 высокочастотных электромагзгитных колебаний и подвижную диафрагму 13, Измеряемая нагрузка 6, помещенная на чашку 2, перемещает платформу 1 и диафрагму 13, вызьшая изменения площади облучения секторов двухкоординат- ного преобразователя 14 смещения, два выхода которого по оси Y связаны

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к весам с весовой платформой, закреп- на упругих опорах,

Целью изобретения является повы- . шение точности измерения.

На чертеже изображена схема автоматических весов на упругих опорах.

Весы содержат весовую платформу I с грузоприемной чашкой 2, закрепленную на упругих опорах 3, представляющих собой упругие пружинные элементы, снабженные концентраторами усилий в виде расчетных уменьшенных сечений 4 на концах опор 3, взаимное расположение которых образует измерительный параллелограмм, одни концы опор 3 которого жестко скязаны с основанием 5, вторые концы опор 3 жестко закреплены на весовой платформе 1,

Наличие концентраторов усилий в упругих опорах 3 обеспечивает смещение платформы 1 при наличии нагрузки 6, т,е, величина вертикального смещения платформы 1 пропорциональна величине массы измеряемой нагрузки 6. Для исключения остаточных деформаций в упругих опорах 3 применяется упор 7, ограничивающий перемещение платформы 1 при больших нагрузках 6, Система отсчета содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, выходом подключенный к цифровому индикатору 9, Применение в упругих опорах 3 концентраторов напряжений (усилий) путем уменьшения поперечного сечения защемляемых концов упругих опор 3 обеспечивает при изменении прикладыс первым линейным преобразователем 15 сигнала, а два выхода по оси X с вторым линейным преобразователем сигнала 16. Сигнал с выхода преобразователя 15 поступает на аналого-цифровой преобразователь 8 и через нелинейный зле- мент 19 и управляемьй источник 12 питания управляет мощностью- источника 11. Сигналы с выхода преобразователя 1 6 и источника 18 опорного напряжения через сумматор 17 осуществляют коррекцию выходного сигнала аналого- цифрового преобразователя 8 в функции изменения плеча упругих опор 3 от изменения величины нагрузки 6. 1 ил.

ваемой нагрузки 6 смещение платформы 1 строго по дуге с радиусом, рав ным расстоянию между центрами конценраторов напряжений.

Для отсчета величины перемещения платформы 1 от нагрузки 6 применены высокочувствительный датчик 10 перемещения, содержащий источник 11 высокочастотных электромагнитных колебаний, запитанный от управляемого истоника 12 питания и работающий, например, в инфракрасном диапазоне, подвиную диафрагму 13 и двухкоординатный преобразователь 14 смещения. Для повышения точности отсчета подвижная диафрагма 13 жестко соединена с серединой весовой платформы I и располжена симметр1гчно относительно упругих опор 3 к оси X и к оси Y. Для обеспечения высокой линейризации от- счетной. шкалы на цифровом индикаторе 9 и высокой точности измерения в весы введены два линейных преобразователя 15 и 16 сигнала, сумматор 17, источник 18 опорного напряжения, нелинейный элемент 19. Два выхода по оси X смещения связаны с вторым линейным преобразователем 16 сигнала, выход которого подключен к одному входу сумматора 17, к второму входу которого подключен источник 18 опорного напряжения. Выход сумматора 17 связан с входом опорного сигнала АПП 8, информационный вход которого подключен к выходу первого линейного преобразователя 13 сигнала, выход которого по второму каналу через нелинейный элемент 19 связан с входом управления упрарлясмог-о ягточинка 12 питания.

Смещения отверстия поди}гжной диа- фрп1мы 13 при нахождении нагрузки. 6 на чашке 2 происходит по радиусу, равному расстоянию между центрами концентраторов напряжений упругих опор 3, поэтому уменьшение площади облучения двухкоординатного пре- образователя 14 смещения происходит по закону измене ия который в зависмости от вел гчины перемещения носит характер,близкий к квадратичному.

На схеме пунктиром показано поло- )5 проводимой к источнику 11 высокочас

жение диафрагмы I3 и смещение светового круга относительно стационарного, закрепленного на основании 5 весов, двухкоординатного преобразователя 14 смещения,

Для компенсации потерь чувствителности преобразователя 14 смещения из-за смещения центра диафрагмы 13 относительно геометрического центра выход первого линейного преобразователя 15 сигнала связан с нелинейным элементом 19, который обеспечивает преобразование линейного выходного сигнала в сигнал, обеспечивающий на выходе управляемого источника I2 питания изменение напряжения в действительной зависимости, близкой к квадратичной, что обеспечивает поддержание требуемой мощности источника 11 высокочастотных электромагнитных колебаний на всем диапазоне перемещения диафрагмы 13 и изменение сигнала U по оси Y в функции изменения массы измеряемой нагрузки 6.

Линейные преобразователи 15 и 16 сигналов выполняют функцию линейного преобразования изменяемого параметра двухкоординатного преобразователя 14 смещения в пропорциональное ему приращение выходного напряжения. Так, при использовании инфракрасного излучения и двухкоординатного преобразовтеля 14 смещения в виде четырех сегментов диодного элемента (например, фотодиодную матрицу ФДК-22) преобразователи 15 и 16 сигналов представляют собой усилитель постоянного ток согласованный по входу с входным сопротивлением диодов.

Источник 18 опорного напряжения служит для создания калиброванного по величине опорного напряжения и может быть выполнен на основе крем

ниевого стабилитрона, например, Л818Е, включенного во входную цепь усилителя постоянного тока на операционном усилителе.

Сумматор I7 служит для алгебраи- ческ ого суммирования опорного и кор- ректируюв1его напряжений и можеп Оыть выполнен на основе реяистивной схемы включенной во входную цень усилителя постоянного тока на операционном усилителе.

Управляемый источник 12 питания служит для регулирования мощности.

тотных электромагнитных колебаний , за счет изменения выходного напряжения и может быть реализован на основе усилителя постоянного тока.

Нелинейный элемент 19 предназначен для формирования из входного напряжения управляющего сигнала, прн- раще)1ия которого обеспечивают требуемый, например близкий к квадратично- му, закон управления входным напряжением управляемого источника 12 питания и может быть реализован на основе полевого транзистора, используемого в режиме управляемой по затвору проводимости.

Весы работают следующим образом, В исходном состоянии весовая платформа 1, подвешенная на упругих опорах 3, выставлена вертикально относительно опорной горизонтальной плоскости. При этом упругие опоры 3, нагруженные суммарным весом измерительной системы, находятся в состоянии предварительного нагружения, а их суммарная реакция обеспечивает нахождение системы в исходном равновесном состоянии, при котором с датчика 10 перемещения через первый и второй линейные преобразователи 15 и 16 снимаются сигналы близкого к нулю уровня. При наложении на чашку 2 измеряемой нагрузки 6 весовая платформа 1 перемещается параллельно самой себе по координатам- Y и X согласно траекто- рии, описываемой концами упругих опор 3, соединенных с платформой 1, Вместе с платформой 1 перемещается диафрагма 13, вызывая изменение площадей облучения секторов двухкоординатного преобразователя 14 смещения. В результате этого получают приращения соответствующего знака, например положительного,сигналы U, и U, причем приращение сигнала U по оси си

ловой чувствительности определяется вьфажением

C-ra-Sмеханическая

к,.

жесткость измери-.

тельной

мм

системы,;

кг

m измеряемая масса;

S - крутизна преобразования двух. К, координатного преобразователя 1А смещения при облучении его секторов потоком поток высокочастотных электромагнитных колебаний; коэффициент потерь потока ф от смещения отверстия диафрагмы 13 по оси Y. Коэффициент К пропорционален углу заклонения упругих опор 3 при упругой деформации от нагрузки 6 и отображает изменение плеча приложения усилия взвешиваемого тела.

Работа весов в пределах линейного участка деформаций связана с нелинейным формированием выходного измерительного сигнала как вследствие электрических преобразований, так и вследствие изменения геометрических параметров элементов измерительного параллелограмма.

Для линеаризации выходной характеристики применена аналоговая не - линейная система компенсации нелинейности.

С канала силовой чувствительности двухкоординатного преобразователя 14 смещения по оси Y сигнал II через первый линейный преобразователь 15 сигнала по второму каналу поступает через нелинейный элемент 19 на вход управления управляемого источника 12 питания и осуществляется нелинейное управление мощностью источника Ы высокочастотных эле1 ;тромагнитных колебаний во всем диапазоне перемещения диафрагмы 13, что исключает нелинейность отсчетной шкалы цифрового индикатора 9 от смещения подвижной диафрагмы 13 по радиусу.

По каналу горизонтальной чувствительности по оси X по сигналу U у с двухкоординатного преобразователя 1А смещения через второй линейный преобразователь 16 сигнала и сумматор 7 осуществляется коррекция выходного (кодового) сигнала АЦП 8 в функци изменения плеча упругих опор 3 от изменения величины нагрузки 6, осуществляется формирование сигнала коррек.

0

5

0

5

0

5

ции мультипликационной составляющей погрешности от изменения плеча,

В АЦП 8 происходит сравнение от- , корректированного в сумматоре 17 опорного сигнала с источника 18 опорного напряжения R соответствии с выходным сигналом лииейног-о преобразователя 16 сигнала, обеспечивающим коррекцию от изменения плеча упругих опор 3, с измерительным сигналом с первого линейного преобразователи 15 сигнала, пропорциональным смещению диафрагмы 13 по оси Y и изменению величины нагрузки 6, откорректированным по изменению оснащенности двух- коордииатного преобразователя 14 смещения.

Поскольку в исходном положении освещение четырех элементов диодного элемента двухкоординатного преобразователя 14 абсолютно равномерно, то выходные сигналы и, и U равны нулю и с выходов двух линейных преобразователей 15 и 16 сигнала поступают нулевые сигналы, и при этом на информационный вход АЦП 8 поступает нулевой сигнал и его коэффициент передачи по цифровому значению тоже равен нули), следовательно, на цифровом индикаторе 9 будут тоже нули.

При наложении нагрузки 6 на чашку 2 происходит изменение освещенности четырех сегментов диодного элемента преобразователя 14 из-за смещения диафрагмы 13 и с выхода преобразова0

5

0

5

L и и

на ли- сигнателя поступают сигналы

нейные преобразователи 15 и 16

ла.

Величина опорного сигнала с источника 18 опорного напряжения соответствует максимальному значению измеряемой массы.

В АЦП В происходит пропорциональное деление с соответствующим масштабом откорректированного опорного сигнала г сумматора 17 в соответствии с величиной измерительного сигнала с выхода первого линейного преобразователя 15 сигнала, и за счет подстройки коэффициентов передачи двух линейных преобразователей 15 и 16 сигнала в функции, обратной влиянию соответствующих перемещений на выходе АЦП формируется сигнал, строго пропорциональный (имеющий линейную зависимость) величине массы измеряемого изделия, и в цифровой форме отображается на цифровом индикаторе 9.

1506307

При снятии нагрузки 6 с чашки 2 за счет упругих опор 3 диафрагма 13 возвращается в исходное положение, обеспечивая равномерную освещенность четырех сегментов диодного элемента преобразователя 1А, и на цифровом индикаторе будут нули, весы готовы к следующему измерению.

Формула изобретения

Автоматические весы, содержащие весовую платформу с грузоприемной чашкой, закрепленную на упругих опорах, и датчик перемещения, включающий источник высокочастотных злек- тромагнитных колебаний, подвижную диафрагму и блок обработки сигнала, выход которого связан с цифровым индикатором, отличающиеся тем, что, с целью повышения точности измерения, в них блок обработки сигнала включает два линейных преобразователя сигнала, сумматор, источник опорного напряжения, аналого- цифровой преобразователь, нелинейСоставитель В.Величко Редактор И.Горная Техред А.Кравчук Корректор Э.Лончакова

Заказ 5420/43

Тираж 789

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

10

ный злемент и управляемый источник питания, а датчик перемещения снабжен двухкоординатным преобразователем смещения, при этом подвижная диафрагма жестко соединена с серединой весовой платформы и расположена симметрично относительно упругих опор, два выхода двухкоординатного

0 преобразователя смещения по оси Y связаны с первым линейным преобразователем сигнала, а два выхода по оси X связаны с вторым линейным преобразователем сигнала, выход которо5 го и выход источника опорного напряжения через сумматор, связаны с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с цифровым индикатором, выход первого линей0 ного преобразователя связан с входом аналого-цифрового преобразователя и через нелинейный злемент связан с входом управляемого источника питания, подключенного к источнику высо-

5 кочастотных злектромагнитных колебаний.

Подписное