Весоизмерительное устройство Советский патент 1989 года по МПК G01G9/00 

сл

о

00

Изобретение может быть использовано для взвешивания грузов в условиях динамических помех , в частности, в фасовочных или разбраковочных автоматах, обладает простотой конструкции и имеет высокую точность. Устройство содержит последовательно соединенные тензодатчик 1, фильтр низкой частоты (ФНЧ) 13 и измерительный прибор 12. ФНЧ 13 выполнен на базе операционного усилителя 6, неинвертирующий вход которого через первый резистор 3 связан с выходом усилителя 6. Выход операционного усилителя 6 через второй резистор 4 связан со входом повторителя 11 и первым выводом первого конденсатора 9, второй вывод которого соединен с общей точкой устройства. Выход повторителя 11, являющийся и выходом ФНЧ 13, через третий резистор 5 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 6. Между выходом операционного усилителя 6 и его инвертирующим входом включен второй конденсатор 10. Для ускорения переходных процессов ФНЧ 13, возникающих при операциях наложения-снятия груза на тензодатчик 1, неинвертирующий вход операционного усилителя 6 и вход повторителя 11 соединены между собой через два встречно-параллельно включенных нелинейных элемента 7 и 8. 2 ил.

физЛ

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может использоваться для быстрого взвешивания грузов в условиях динамических помех, например в фасовочных и разбраковочных автоматах.

Целью изобретения является упропдение конструкции и повышение его точности.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - вольт- амперная характеристика.

резисторе 4 и конденсато- ре 9;

К, Кф, К - коэффициенты передачи по постоянному току соответственно операционного усилителя 6, КС-фильтра и повторителя 11; S - комплексная переменная. Выберем величину Т,, из условия обеспечения отсутствия усиления низшей частоУстройство содержит тензодатчик 1, уси- Ю . динамической помехи /д.. на выходе опе- литель 2, первый 3, второй 4 и третий 5 резисторы, операционный усилитель 6, первый 7 и второй 8 нелинейные элементы, первый 9 и второй 10 конденсаторы, повторитель 11, измерительный прибор 12. Эле- основном обеспечивает / С-фильтр, выполнен- менты 3-11 составляют схему ФНЧ 13.„ый на резисторе 4 и конденсаторе 9,

На фиг. 2 изображены вольт-амперные ха- т. е. , и амплитудно-частотная харак- рактеристики нелинейных элементов 7 и 8,теристика ФНЧ 13 может быть приблизипричем нелинейному элементу 7 соответствует характеристика 1, а нелинейному элементу 8 - характеристика 2. Напря- 20 жение Ut4 - величина пробойного напряжения нелинейного элемента. В качестве

рационного усилителя 6, т. е. Гц .

2щш

Тогда подавление динамических помех в

тельно выражена формулой Л(а))где ы - круговая частота динамических помех.

нелинейного элемента могут быть применены обычные выпрямительные диоды, например Д 220, причем если требуемая ве- личина больше пробивного напряжения диода, то последние могут быть соединены несколько штук последовательно.

Операционный усилитель и повторитель 1 1 могут быть выполнены на базе операционных усилителей К 140 УД7 и др.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся состоянии сигнал разбаланса тензодатчика 1, пропорциональный

Wf(o)

fW)- l4-JVoл:ФЛ:..

(2)

30

Из формулы (2) видно, что изменение значения /СФ, вызванное температурными из- менения.ми токов утечки конденсатора 9, и величины резистора 4, в (1+/Со/(п) раз ослабляется схемой ФНЧ-13. Учитывая, что

усилию Рх от находящегося на нем груза,значение К современных операционных усиуспливается усилителем 2 и поступает на,.д находится в пределах 10 величина

вход ФНЧ 3 Отфильтрованное напряжениещ сохраняется с высокой степенью

с выхода ФНЧ 13 поступает в измеритель--,, в широком температурном диапаный прибор 12 (например аналого-цифровой преобразователь), где осуществляется измерение напряжения, и тем самым измере- 40 ние веса груза на тензодатчике 1. При этом напряжение U«f нелинейных элементов 7 и 8 выбирается из условия .il, где У. - амплитуда динамической помехи на

зоне с / С-элементами обычного исполнения. Для согласования высокоомного выхода RC- фильтра со входом измерительного прибора 12 служит повторитель 11.

Рассмотрим работу устройства в переходном режиме, т. е. при операциях наложения - снятия груза на тензодатчике

выходе усилителя 2. Таким образом, в уста- Допустим, что в исходном состоянии тенповившемся состоянии нелинейные элементы 6 и 7 находятся в непроводящем состоянии. Тогда передаточная функция ФНЧ 13, представляющего собой звено второго порядка, определяется по формуле

зодатчик 1 разгружен. Тогда на выходе усилителя 2, на конденсаторе 9 и выходе повторителя 11 напряжение равно нулю. При наложении груза, создающего усилия Яо на тензодатчик 1, на выходе усили- 50 теля 2 устанавливается напряжение Uo. Если , то нелинейньш элемент 7 окажется открытым и конденсатор 9 начнет заряжаться через резистор 3 и нелинейный элемент 7. Сопротивление резистора 3 выбирают из расчета исключения перегрузки

W.-,:

/..Г„7Ф5 + (/v.7,,+ Тф + КоКфК + где7 .., / 5-СЧО

r(i)

зодатчик 1 разгружен. Тогда на выходе усилителя 2, на конденсаторе 9 и выходе повторителя 11 напряжение равно нулю. При наложении груза, создающего усилия Яо на тензодатчик 1, на выходе усили- 50 теля 2 устанавливается напряжение Uo. Если , то нелинейньш элемент 7 окажется открытым и конденсатор 9 начнет заряжаться через резистор 3 и нелинейный элемент 7. Сопротивление резистора 3 выбирают из расчета исключения перегрузки

постоянная времени интегратора, В1)1полненного на операционном усилителе

6, конденсаторе 10 и ре- 55 усилителя 2 по току. Таким образом, зисторе 5; и на конденсаторе 9 практичес7 ф / 4-С9-- постоянная времени RC-ки мгновенно установится напряжение

фильтра, выполненного наUc Uo-U f

резисторе 4 и конденсато- ре 9;

К, Кф, К - коэффициенты передачи по постоянному току соответственно операционного усилителя 6, КС-фильтра и повторителя 11; S - комплексная переменная. Выберем величину Т,, из условия обеспечения отсутствия усиления низшей часто . динамической помехи /д.. на выходе опе- основном обеспечивает / С-фильтр, выполнен- „ый на резисторе 4 и конденсаторе 9,

. динамической помехи /д.. на выходе опе- основном обеспечивает / С-фильтр, выполнен- „ый на резисторе 4 и конденсаторе 9,

рационного усилителя 6, т. е. Гц .

2щш

Тогда подавление динамических помех в

т. е. , и амплитудно-ча теристика ФНЧ 13 может

тельно выражена формулой Л(а))где ы - круговая частота динамических помех.

Определим коэффициент передачи ФНЧ 13 по постоянному току, для чего в формуле (1) подставим

Wf(o)

КиКфК

fW)- l4-JVoл:ФЛ:..

(2)

Из формулы (2) видно, что изменение значения /СФ, вызванное температурными из- менения.ми токов утечки конденсатора 9, и величины резистора 4, в (1+/Со/(п) раз ослабляется схемой ФНЧ-13. Учитывая, что

значение К современных операционных уси-,, в широком температурном диапазоне с / С-элементами обычного исполнения. Для согласования высокоомного выхода RC- фильтра со входом измерительного прибора 12 служит повторитель 11.

Рассмотрим работу устройства в переходном режиме, т. е. при операциях наложения - снятия груза на тензодатчике

Допустим, что в исходном состоянии тенДопустим, что в исходном состоянии тензодатчик 1 разгружен. Тогда на выходе усилителя 2, на конденсаторе 9 и выходе повторителя 11 напряжение равно нулю. При наложении груза, создающего усилия Яо на тензодатчик 1, на выходе усили- теля 2 устанавливается напряжение Uo. Если , то нелинейньш элемент 7 окажется открытым и конденсатор 9 начнет заряжаться через резистор 3 и нелинейный элемент 7. Сопротивление резистора 3 выбирают из расчета исключения перегрузки

усилителя 2 по току. Таким образом, и на конденсаторе 9 практичесЗатем нелинейный элемент 7 закрывается и заряд конденсатора 9 продолжается через резистор 4 с постоянной времени Гф. Аналогично при разгрузке тензодатчика через нелинейный элемент 8 происходит мгновенный разряд конденсатора 9 до величины /пр, затем разряд продолжается через резистор 4 с постоянной времени Гф.

Таким образом в данном устройстве происходит ускорение переходного процесса при операциях наложения - снятия груза на время /у, определяемое по формуле

у 7 ф/п4гU

ИР

(3)

Предлагаемое устройство выгодно отличается от аналогов, использующих обычные / С-фильтры, за счет ускорения переходного процесса при операциях наложения-снятия груза. Как видно из формулы (3), максимальный выигрыш времени происходит для грузов, равных наибольшему пределу взвешивания устройства (т. е. для t/ovaKcj T. е. для самых длительных переходных процессов. Так, для предлагаемого устройства с параметрами ,3; ,5В; переходный процесс с точностью 0,1% заканчивается за 0,6 с, тогда как для обычного / С-фильтра - 1,5 с.

0

5

0

5

Формула изобретения

Весоизмерительное устройство, содержа- шее тензодатчик, усилитель, вход которого соединен с выходом тензодатчика, первый и второй резисторы, первый конденсатор и измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью упрош.ения конструкции и повышения точности, в него введены второ й конденсатор, третий резистор, операционный усилитель, первый и второй нелинейные элементы и повторитель, при этом выход повторителя соединен со входом измерительного прибора, а через третий резистор - с инвертируюш,им входом операционного усилителя и с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого связан с выходом операционного усилителя и через второй резистор - с входом повторителя, первым выводом первого конденсатора, закрытым входом первого нелинейного элемента и открытым входом второго нелинейного элемента, закрытый вход которого подключен к открытому входу первого нелинейного элемента и неинвертирующему входу операционного усилителя, а через первый резистор соединены с выходом усилителя, причем второй вывод первого конденсатора соединен с общей шиной.

)

tiiB)