Цифровое измерительное устройство для тензометрических весов Советский патент 1980 года по МПК G01G23/36 

1

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к цифровым измерительным устройствам тензометрических весов.

Известны цифровые измерительные тензовесы, содержащие силоизмерительные тензодатчики, следящий аналого-цифровой преобразователь с узлом сравнения, регистрирующий прибор, источник питания и блок управления 1.

Эти устройства не обеспечивают необходимую точность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровое измерительное устройство для ензометрических весов, содержащее тензодатчики и аналого-цифровой компенсатор, подключенные к элементу сравнения нуль-органа с операционным усилителем и разделительными конденсаторами, связанногос анализа тором выходных сигналов, узел управления и источник переменного напряжения f 2.

В нуль-органе этого устройства происходит поочередный разряд конден саторов через транзисторны ключи на землю в течение полупериода несущей частоты. Поскольку время переход

ного процесса составляет полупериод несущей частоты, существует промежуток времени, когда нуль-орган неправильно оценивает сигнал тензодатчи5 ков, что приводит к неудовлетворительной точности.

Цель изобретения - повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем,

10 что в нуль-орган устройства введены два ключа, выполненные на полевых транзисторах,, причем полевые транзисторы подключены параллельно входам операционного усилителя, которые

15 через разделительные конденсаторы соединены с выходом элемента сравнения, при этом затворы полевых транзисторов подключены к разным фазам источника переменного напряжения.

20 На фиг. 1 представлена схема устройства на фиг. 2 - графики, поясняющие его работу.

Устройство содержит элемент 1 сравнения, к одному входу которого

25 подключен выход тензометрических датчиков 2, а ко второму - выход автокомпенсатора 3. Выход элемента 1 подключен через разделительные конденсаторы 4 и 5 ко входам операцион-30 ного усилителя 6, параллельно которым Зюдсоединены ключи 7, 8 на полерых транзисторах, затворы которых подключены к разным фазам источника 9 питания. Выход операционного усилителя б подключен к анализатору 10 выходных сигналов, который управляет работой автокомпенсатора 3. Узел 11 управления задает ритм работы устройства, синхронный с частотой источника 9 питания.

Устройство работает следующим образом.

Тензометрические датчики 2 преобразуют массу взвешиваемого объекта в напряжение несущей частоты U-p (фиг. 2, строк а 1), которое noct naет на вход элемента 1 сравнения. При подаче команды Пуск узел 11 управления вырабатывает импульсы с длительностью, равной четырем периодам несущей частоты и, (фиг. 2, строка 2) начало и конец которых совпадает с моментами перехода синусоиды несущей частоты через нулевые значения. Эти импульсы управляют последовательностью и длительностью включения ступеней автокомпенсатора 3, выполненных с весовыми коэффициентами 2-42-1. .

Таким образом, на второй вход элемента 1 подается ступенчатое напряжение , в каждой ступени которого содержится четыре периода синусоиды несущей частоты (. 2, строка 3).

В процессе работы в результате сравнения напряжения тензометрически датчиков .д. с напряжением каждой ступени автокомпенсатора 3 UKI дифференциальный элемент 1 сравнения выдает ступенчатое результирующее напржение Up (фиг. 2, строка 4), фаза которого в отдельных ступенях совпадает с фазой того из сравниваемых напряжений, на выходе у которого абсолютное значение больше.

Параллельноо входам операционного усилителя 6 подсоединены два ключа .на полевых транзисторах 7 и 8, на затворы которых подаются противофазные синусоидсшьные напряжения соответственно .i (фиг. 2, строка 5) и щ.г (фиг. 2, строка 6), поступающее от источника 9 питания. Источник 9 питания несущей частоты представляет собой промышленную сеть частотой 50 Гц (т.е. все узлы устройства работают синхронно с частотой 50 Гц) что значительно упрощает схемную реализацию и работу.

Так как полевые транзисторы 7 и 8 закрываются отрицательным напряжением, когда оно превысит напряжение отсечки Ьи, тд ключи 7 и S закрываются и открываются поочередно на время Ц , причем в течение времени ьt они открыты оба. Промежуток времени t совпадает с моментом перехода синусоиды несущей частоты через ноль (фиг. 2, строки 5 и б). Величина промежутка времени At, в течение которого оба ключа 7 и 8 открыты, зависит от напряжения отсечки ди транзистора (его типа) и амплитуд управляющих напряжений и Uynfxa Оптимальное .значение промежутка jt выбирается . (0,5-1) 10 с для несущей частоты 50 Гц.

Вследствие такой поочередной работы ключей 7, 8 операционный усилиQ тель 6 приобретает фазочувствительные свойства, т.е. способность определить фазу результирующего напряжения и pi, которое поступает на усилитель, б через разделительные конденсаторы 4 и 5.

В промежутки времени it входы операционного усилителя б закорочены на землю и на его выходе имеется положительное или отрицательное напряжение в зависимости от знака смещения

0 нуля операционного усилителя б. На фиг. 1 (строка 7) в промежутки времени t на выходе усилителя б имеется положительное напряжение Uj.

Напряжение Uj принципиального значения для работы устройства не име-. ёт, поскольку оценка результирунаде:го напряжения Upi происходит в промежутки времени t, , при этом Dpi по ступает то на один, то на другой

0 вход операционного усилителя б в зависимости от того, какой из ключей открыт в течение t .

В зависимости от соотношений фаз 9 напряжений Upi , , Uvjnp.; на вы« ходе операционного усилителя б будет положительное или отрицательное напряжение. Таким образом, для одной фазы UpiHa выходе операционного усилителя б будет положительное напряжение в промежутке t, а для другой 0 отрицательное. Так в первой ступени UTA .-7 k.1 фаза результирующего напряжения Upt (фиг.2, строка 4) совпадет с фазой , и Uvjnp.i а на выходе усилителя имеется отрицательное

5 напряжение Ug (фиг. 2, строка 7). В этом случае первая ступень автокоменсатора остается включенной и с включением второй ступени с сигналом УТЛ уже сравнивается суммарных

л сигнал + , Так как ит.д.и)г + HJtti , то результирующее напряжение Upn не совпадает с фазой . и на выходе операционного усилителя б в промежутки ц будет полодительное

. напряжение U (фиг. 2, строка 7). Эти выходные сигналы поступают на выход анализатора 10 выходных сигна:лов, где производится качественная , и количественная оценка выходных , сигналов операционного усилителя 6..

0 Качественная оценка производится методом стробирования выходных сигналов усилителя б в промежутке t. ,а количественная - счетом одноименных оценок в эти же промежутки времени,

5 т. е. если за время включения одной

хзтутГени (8 полуволн) будет больше, чем, например, пять отрицательных напряжений в промежутках t ,то анализатор оставляет включенной ступень автокомпеясатора, а в противном случае отключает соответствунадую ступень. Таким образом, анализатор 10 повышает достоверность оценки результатов сравнения сигналов r-t и UKJ , особенно в случае, когда Upi приближается или сравнимо с уровнем шума и наводок в тракте нуль-органа,

Наличие разделительных конденсаторов 4 и 5 обусловливает переходной процесс в нуль-органе в моменты переключения ступеней автокомпенсатора. Например, возможный перепад Upi соответствующих ситуациях может Достигать значений от единиц вольт до единиц мкВг.т.е, составляет 10. Очевидно, что такой переходНой процесс может длиться очень долго и возможны большие ошибки при измерении.

При работе устройства существуют промежутки времени At, которые совпадают с переходом через нуль синусоиды несущей частоты и моментом переключения ступеней автокомпенсатора. Таким образом, в момент большого перепада Up ключи на палевых транзисторах открыты и конденсаторы 4 и 5 разряжаются на землю, благодаря чему устраняется переходный процесс, т.е. принципиально оценка Upi. возможна каждый полупериод несущей частоты таккак подготовка (разряд емкостей) нуль-органа к оценке Upl .происходит ксшдый раз, когда синусоида несущей частоты проходит через ноль.

Емкости конденсаторов 4 и 5 и выходное сопротивление элемента 1, с учетом сопротивления открытых ключей 7, 8 убираются такими, чтобы переходной процесс закончился за время 4t.

Точность измерения по сравнению с известным возрастает за счет того, что оценку можно производить сразу же после переключения ступени автокомпенсатора для самой неблагоприятной ситуации, т.е. практически переходного процесса нет, таккак он-перенесен в момент перехода через ноль синусоиды несущей частоты, и время переходного процесса составляет At (0,5-) .

изобретения

15

Цифровое измерительное устройст,во для тензометрических весов, содержащее тензодатчики и аналого-цифровой компенсатор, подключенные к

элементу сравнения нуль-органа с операционным усилителем и разделительными конденсаторами, связанного с анализатором выходных сигнетов,узел управления и источник переменного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в нуль-орган введены два ключа, выполненные на полевых транзисторах, причем полевые транзисторы подключены параллельно входам операционного усилителя, которые через разделительные конденсаторы соединены с выходом сравнивающего элемента, при этом затворы полевых транзисторов подключены к разным фазам источника

переменного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 608061, кл. G 01 G 23/36, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР 599166, кл. G 01 G 23/36.