Электронные весы Советский патент 1989 года по МПК G01G7/04 

2 22 9 1012 .

.-.MH,U...X./ / / 1/

$

(Л

ел to

ел

о со

зан с общей шиной питания, и анало- го-1и1фровой преобразователь 16, к выходу которого подключен цифровой индикатор 17.В весы введены два дифференциальных фотодатчика 21 и 22, каждый из которых выполнен в виде двух фотодиодов 23 и 24, 25 и 26, изготовленных на одной подложке, один 24 и 26 из которых затемнен, два операционных усилителя 29 и 30, аналоговый сумматор 31, схема 32 масштабирования, схема 33 сравнения сигналов, источник 34 регулируемого опорного сигнала, схема 35 преобразования сигнала. Плечи а и b передающего рычага 9 снабжены 18 и 19, в которых размещены с гарантированными зазорами дифференциальные фотодатчики 21 и 22, закрепленные через кронштейны 28 на корпусе 3 весов и окна 27 которых направлены внутрь пазов 18 и 19. Температура плеч рычага определяется по интенсивности инфракрасного излучения. Для исключения внешних факторов

ча точность измерения температуры фотодиоды 23,24,25 и 26 дифференциальных фотодатчиков 21 и 22 подключены к входом операционных усилителей 29 и 30 дифференциально. В схему 33 сравнения сигналов поступают сигнал демст выхода схемы 32 масштабиро- вания, эквивалентный действительному

передаточному отношению плеч а и b рычага 9, и сигнал Ко„, эквивалентный опорному передаточному отношению плеч, с источника 34 регулируемого опорного сигнала, с выхода системы 33

сравнения поступает сигнал йК приращения сигналов Кдействна вход схемы 35 преобразования сигнала, с выхода которой преобразованный сигнал поступает на вход масштабирования аналого-цифрового преобразователя 16, при этом выходной сигнал с него становится эквивалентным измеряемой массе, значение которой с высокой точностью считываются с цифрового индикатора 17.

3 ил.

Изобретение относится к весоизмерительной технике, к электронным весам с чувствительным элементом и передающими рычагами (рычагом). Изобретение позволяет исключить погрешность измерения от изменения передаточного отношения передающих рычагов при температурных воздействиях окружающей среды. Электронные весы содержат чувствительный элемент 1 на упругих опорах 6 и 7, передающий рычаг 9 с катушкой 10 силового компенсатора 11 и датчиком 13 некомпенсации, подключенным к регулирующему усилителю 14, выход которого соединен с одним концом катушки 10, другой конец которой через опорный резистор 15 связан с общей шиной питания, и аналого-цифровой преобразователь 16, к выходу которого подключен цифровой индикатор 17. В весы введены два дифференциальных фотодатчика 21 и 22, каждый из которых выполнен в виде двух фотодиодов 23 и 24, 25 и 26, изготовленных на одной подложке, один (24 и 26) из которых затемнен, два операционных усилителя 29 и 30, аналоговый сумматор 31, схема 32 масштабирования, схема 33 сравнения сигналов, источник 34 регулируемого опорного сигнала, схема 35 преобразования сигнала. Плечи A и B передающего рычага 9 снабжены пазами 18 и 19, в которых размещены с гарантированными зазорами дифференциальные фотодатчики 21 и 22, закрепленные через кронштейны 28 на корпусе 3 весов и окна 27 которых направлены внутрь пазов 18 и 19. Температура плеч рычага определяется по интенсивности инфрокрасного излучения. Для исключения влияния внешних факторов на точность измерения температуры фотодиоды 23, 24, 25 и 26 дифференциальных фотодатчиков 21 и 22 подключены к входам операционных усилителей 29 и 30 дифференциально. В схему 33 сравнения сигналов поступают сигнал K_действ с выхода схемы 32 масштабирования, эквивалентный действительному передаточному отношению плеч A и B рычага 9 и сигнал K_оп, эквивалентный опорному передаточному отношению плеч, с источника 34 регулируемого опорного сигнала. С выхода схемы 33 сравнения поступает сигнал К приращения сигналов K_оп - K_действ на вход схемы 35 преобразования сигнала, с выхода которой преобразованный сигнал поступает на вход схемы 35 преобразования сигнала, с выхода которой преобразованный сигнал поступает на вход масштабирования аналого-цифрового преобразователя 16. При этом выходной сигнал с него становится эквивалентным измеряемой массе, значение которой с высокой точностью считываются с цифрового индикатора 17. 3 ил.

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к злектронным весам с чувствительным элементом и передающими рычагами.

Целью изобретения является повьппе- ние точности измерения.

На фиг.1 показана схема электронных весов; на фиг.2 - конструкция дифференциальных фотодатчиков, расположенных в пазах передающего рычага; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2 (расположение фотодатчиков относительно паза плеч рычага и форма их крепления) .

Весы содержат чувствительный эле- мент 1 с грузоприемной площадкой 2, который связан с корпусом 3 весов параллелограммной системой, содержащей пластины 4 и 5, связанные с корпусом 3 весов упругими опорами 6, а чувствительным элементом 1 - упругим опорами 7.

Чувствительный элемент 1 гибкой вертикальной лентой 8 связан с передающим рычагом 9, на котором закреплены катушка 10 силового электромаг нитного компенсатора 11 и подвижная часть 12 датчика 13 некомпенсации, выход которого подключен к регулирую

5

Q

-

0

|щему усилителю 14, связанному своим выходом с одним концом катушки 10, другой конец которой через опорный резистор 15 связан с общей шиной питания. К выходу аналого-цифрового преобразователя 16 подключен цифровой индикатор 17. Плечи а и b передающего рычага 9 снабжены пазами 18 и 19, а

,сам рычаг 9 закреплен на корпусе 3 весов с помощью крестообразных упругих опор 20.

В весы введены два дифференциальных фотодатчика 21 и 22, каждый из которых выполнен в в иде двух фотодиодов 23 и 24, 25 и 26, изготовленных на одной подложке, один из которых 24, 26 затемнен (непрозрачным материалом закрыто окно 27). В пазах 18 и 19 плеч а и b передающего рычага 9 размещены с гарантированными зазорами дифференциальные фотодатчики 21 и 22, которые закреплены через кронштейны 28 на корпусе 3 весов, окна 27 фотодатчиков направлены во внутрь пазов . 18 и 19. В схему электронных весов так же введены два операционных усилителя 29 и 30, аналоговый сумматор 31, схема 32 масштабирования, схема 33 сравнения сигналов, источник jf

регулируемого опорного сигнала и.схема 35 преобразования сигнала.

Схема 32 масштабирования содержит последовательно соединенные источник 36 опорного напряжения, два регулируемых резистора 37 и 38 и полевой транзистор 39, связанный с общей шиной питания, затвор которого являет10

мого по величине калиброванного опор ного напряжения и может быть реализо ван на той же основе, что и источник 36 опорного напряжения с добавлением прецизионного резисторного делителя. Схема 33 сравнения сигналов предназначена для сравнения сигналов, поступающих с источника 34 регулируе мого опорного сигнала и со схемы 32 масштабирования, для выделения разностного сигнала К Коп- Atucrtr его усиления и подачи на выход схемы 35 преобразования сигнала, кото20

ся входом схемы 32 масштабирования, а выходом служит средняя точка между регулируемыми резисторами 37 и 38.

Выходы фотодиодов 23-26 дифференциальных фотодатчиков 21 и 22 связаны с общей шиной питания, выходы светлых с рая служит для инвертирования сигна- фотодиодов 23 и 25 фотодатчиков 21 ла iK и преобразования его в сигнал, и 22 подключены к входам первого операционного усилителя 29, выходы затемненных фотодиодов 24 и 26 подключены к входам второго операционного усилителя 30,.при этом инвертирующий

вход первого операционного усилителя . 29 связан с выходом светлого фотодио|да 25второго фотодатчика 22, а инверти|ру1ощий вход второго операционного уси- 25 ной технологии на одной подложке. ЛНтедя 30 связан с выходом затемненно- Электронные весы работают следую- го фотодиода 24 первого фотодатчика 21. Выходы обоих операционных усилителей 29 и 30 через аналоговый сумматор 31

Связаны с входом схемы 32 масштабирования, выход которой подключен к одному из входов схемы 33 сравнения сигналов, к второму входу которой подключен источник 34 регулируемого опорного сигнала, выход схемы 33 сравсогласующийся с входом масштабирования применяемого аналого-цифрового преобразователя 16.

Для повьппения точности измерения температуры плеч рычага фотадиоды 23-26 фотодатчиков 21 и 22 рекомендуется выполнить в виде инфракрасных диодов, изготовленных по интеграль35

щим образом.

Перед зксплуата1щей электронные весы в метрологической лаборатории 30 проходят обкатку при нормальных темпе ратурных параметрах,при которых с Помощью регулируемых резисторов 37 и 38 схемы 32 масштабирования и источника 34 регулируемого опорного си- нала добиваются равенства сигналов КОР , при этом передаточное

нения сигналов через схему 35 преобразования сигнала связан с входом масштабирования аналого-цифрового преобразователя 16. Аналоговый сумматор 31 служит для сложения двух сигналов с операционных усилителей 29 и 30 и получения выходного сигнала на схему 32 масштабирования и может быть выполнен на двух суммирующих резисторах, резисторе обратной связи, резисторе неинвертируемого входа и операционном усилителе.

Входами фотодатчиков 21 и 22 являютс катоды фотодиодов 23, 24, 25 и 26, связанные с общей шиной питания, а выходами являются аноды.

Источник 36 опорного напряжения предназначен для создания калиброванного по величине напряжения и может быть выполнен на основе стабилитрона, включенного во входную цепь усилителя постоянного тока на операционном усилителе .

Источник 34 регулируемого опорного

сигнала служит для создания регулируе

0

мого по величине калиброванного опорного напряжения и может быть реализован на той же основе, что и источник 36 опорного напряжения с добавлением прецизионного резисторного делителя. Схема 33 сравнения сигналов предназначена для сравнения сигналов, поступающих с источника 34 регулируемого опорного сигнала и со схемы 32 масштабирования, для выделения разностного сигнала К Коп- Atucrtr его усиления и подачи на выход схемы 35 преобразования сигнала, котос рая служит для инвертирования сигна- ла iK и преобразования его в сигнал,

рая служит для инвертирования сигна- ла iK и преобразования его в сигнал,

ной технологии на одной подложке. Электронные весы работают следую-

согласующийся с входом масштабирования применяемого аналого-цифрового преобразователя 16.

Для повьппения точности измерения температуры плеч рычага фотадиоды 23-26 фотодатчиков 21 и 22 рекомендуется выполнить в виде инфракрасных диодов, изготовленных по интеграль5 ной технологии на одной подложке. Электронные весы работают следую-

5

0

щим образом.

Перед зксплуата1щей электронные весы в метрологической лаборатории 0 проходят обкатку при нормальных температурных параметрах,при которых с Помощью регулируемых резисторов 37 и 38 схемы 32 масштабирования и источника 34 регулируемого опорного си- нала добиваются равенства сигналов КОР , при этом передаточное

с1

отношение рычага принимает ся за опорное, при котором юстируется по эталонным гирям система автоматического уравновешивания, и цифровое отображение взвешиваемых эталонных масс на цифровом индикаторе 17 равно значению эталонных масс, при этом сигнал ЛК О со схемы 33 сравнения сигналов, поскольку ДЕЙСГ

При эксплуатации весон в других температурных условиях возможен неразномерный нагрев плеч а и b передающего рычага 9, -что вызывает удлинение плеч передающего рычага 9, пропорциональное температурам плеч, а это влечет за собой изменение передаточного отношения передающего рычага 9.

Измерение температуры плеч передающего рычага 9 дифференциальными, фотодатчиками 21 и 22 осуществляется бесконтактным способом - за счет Фиксирования интенсивности инфракрасного излучения от материала передающе5

0

5

го рычага 9. Сигналы, пропорциональные интенсивности инфракрасного излучения, поступают со светлых фотодиодов 23 и 25. а с затемненных фотодиодов 24 и 26, экранированных от передающего рычага 9 светонепроницаемым материалом, поступают сигналы, пропорциональные температуре дифференциальных фотодатчиков 21 и 22.

Выходной сигнал аналогового сумматора 31 зависит только от разницы температур плеч а и b передающего рычага 9, поскольку влияние температуры окружающей среды исключается за счет применения дифференциального подключения фотодиодов 23-26 к входам операционных усилителей 29 и 30, Влияние разности температур самих фотодатчиков 21 и 22 учитывается вычитанием теневых (вызванных температурой) токов затемненных фотодиодов 24, 26, что осуществляется с высокой точностью, так как светлые и затем- ненные фотодиоды 23,24 и 25,26 изготовлены на одной подложке.

Разность температур плеч а и b передающего рычага 9, определяемая аналоговым сумматором 31, пропорциональна их температурному удлинению. Выходной сигнал аналогового сумматора 31 управляет через изменение сопро - тивления сток-исток полевого транзистора 39 схемой масштабирования, которая обеспечивает деление напряжения источника 36 опорного напряжения пропорционально действительному передаточному отношению плеч в и b

- а Af ЙСТ6 Аеи-ст b

, пропорционально соотношению плеч с учетом их удлинения от изменения температуры самих плеч а и b передающего рычага 9, определяемой дифференциальными фото- латчиклми 21 и 22.

Сигнал К выхода схемы 32 масштабирования может быть определен по формуле

1/ Бл.к

/leMcrB R + R on

F/te R , , сопротивл ения регулируемых резисторов 37 и 38; R - сопротивление сток-исток полевого транзистора 39; опорный сигнал с источника 36 опорного напряжения.

атическое изменение сопротивления CTc,,Qj R полевого транзистора в , Q выходного сигнаК

on

0

5

0

5

0

5

5

0

л,1 с аналогового сумматора 31 обеспечивает всегда выходной сигнал Кд,

со схемы 32 масштабирования,эквивалентный действительному передаточному отношению плеч передающего рычага 9. Любое отклонение сигнала Кд йствот сигнала фиксируется схемой 33 сравнения сигналов, на выходе которой формируется разностный сигнал

Ж Кдп - .j, эквивалентный изменению опорного передаточного отношения

&i Л ion -лейств

который схемой 35 преобразования сигнала преобразуется в согласуюш 1йся с данным аналого-цифровым преобразователем вид и поступает на вход масштабирования аналого-цифрового преобразователя 16, кот орый в результате изменения масштабного коэффициента выдает на выход код, эквивалентный измеряемой массе, и цифровое значение массы на цифровом индикаторе отображает действительное значение измеряе-. мой массы- с высокой точностью измерения, поскольку сигнал с опорного резистора 15, эквивалентный уравновешивающему усилию на катушке 10 силового компенсатора 11, изменяется в аналого-цифровом преобразователе 16 в соответствии с коэффициентом масштабирования, эквивалентным изменению даточного отношения передающего рычага 9 от температурного изменения , длин плеч а и Ь.

При применении в весах многорычаж- ной системы передающих рычагов количество операционных усилителей и схем масштабирования выбирается по количеству передающих рычагов, а выхода со схемы масштабирования на схе- му сравнения сигналов поступают через вводимый дополнительно аналоговый умножитель, преобразующий сигналы со схем масштабирования в общий сигнал Аейств эквивалентный действительному передаточному отношению всей передаю-;, щей системы рычагов.

Формула изобретения

Электронные весы, содержащие корпус, в котором установлены чувствительный элемент с грузоприемной площадкой, закрепленный на упругих опорах и связанньЕй с двуплечим рычагом, на одном плече которого установлены силовой компенсатор с катушкой индуктивности и датчиком некомпенсации, подключенным через регулирующий усилитель к одному выводу катушки индуктивности, другой вывод которой через опорный резистор связан с общей шиной питания,и через аналого-цифровой преобразователь соединен с цифровым индикатором, о тличающиеся тем,что, с целью повышения точности,в них вве- ig

дены два дифференциальных фотодатчика, каждый из которых выполнен в виде двух фотодиодов, установленных на одной подложке, один из которых затемнен, два операционных усилителя, аналоговый сумматор, схема сравнения сигналов, источник регулируемого опорного сигнала, схема преобразова ния сигнала и схема масштабирования, включающая источник опорного напряже- 20 ния, два регулируемых резистора и полевой транзистор, при этом в плечах рычага выполнены пазы, дифференциальные фртодатчики закреплены на корпусе, расположены с зазором в пазах и обра- 25

ены своими светочувствительными окЧ .г / ч / «

Составитель М.Жуков Редактор И.Шмакова Техред Л.Сердюкова Корректор М.Шароши

Заказ 7503/47

Тираж 660

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

нами вовнутрь пазов, первые выводы незатемненных фотодиодов соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами первого операционного усилителя, а затемненных - соответственно с неинвертирую1цим и инвертирующим входами второго операционного усилителя, вторые выводы всех фотодиодов связаны с общей шиной питания, выходы операционных усилителей подключены к входам аналогового сумматора выход которого связан с затвором полевого транзистора, выход источника опорного напряжения через два регулируемых резистора и полевой транзистор соединены с общей щиной питания, средняя точка между регулируемыми резисторами соединена с одним входом схемы сравнения сигналов, другой вход которой связан с выходом источника регулируемого опорного сигнала, а выход через схему преобразования сигнала подключен к входу масштабирования аналого-цифрового преобразователя.

А-А

27, fg

Подписное