Цифровое весоизмерительное устройст-BO Советский патент 1981 года по МПК G01G23/36 

Изобретение относится к весоизмарительной технике и может быть широко применено в народном хозяйстве, а именно в сложных условиях современно го металлургического производства, при взвешивании подвижных объектов, На кранах, в системах без участия че лйвека и других подобных случаях. Известен цифровой тензометрический прибор, содержащий генератор, пр образователи напряжение-код, усред няющее устройство, выходное устройст во, блок управления Однако устройство не имеет сжАивл защиты от помех, поэтому случайные выбросы в измерениях или сбои в рабо те самого прибора существенно искажают результаты измерения. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является циФровое весоизмерительное устройство, содержащее тензодатчик и преобразователь код-напряжение, подключенные ко входам элемента сравнения, выход которого подсоединен к нуль-органу, один зыход которого подключен к последовательно соединенным noporoBONfy элементу, триггеру и элементу выдержки времени, а второй третий - к реверсивному счетчику, выходы которого поразрядно подаслючены к преобразователю код-напряжение и к устройству ввода кода, связанному с интегрирующим счетчиком и ключевой схемой, управляющий вход которой объединен со входом счетчика числа вводов кода, а выход последнего подсоединен к блоку управления. Данное цифровое тензометрическое устройство обладает шлсокими точностью и быстродействием 2 . Однако устройство малопригодно для взвеашвания в условиях постоянных и значительных динамических ncwex (взвешивание грузов в движении, при качке и вибрациях, например при перемещении металла по рольгангам или краном). В этих условиях равновесное состояние кода или продолжительное время не наступает или получаемый результат не является правильным, так как является суммой сигнала и помехи. Цель изобретения - повышение точности взваиивания. ч Поста вленная цель достигается тем, что в цифровое весоизмерительное устройство введены детектор компенсации, триггер синхронизации со схемой запуска и схема совпадения, причем входы схемы совпадения соединены с выодом выдержки времени и детектора омпенсации, а выход, через сопротивение и диод схемы запуска, - со вхоом триггера синхронизации, выход коорого подключен к управляющему вхоу ключевой схемы, а вход детектора омпенсации подключен к одной из шин сложение-вычитание нуль-органа, причем выход блока управления через конденсатор схемы запуска подключен к дио.цу.

К другой шине сложение-вычитание нуль-органа подключен второй детектор компенсации, выход которого подан на третий вход схемы совпадения.

На фиг. 1 изображена влок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - временны диаграммы работы устройства; на фиг. 4 - электрическая принципиальная схема детектора компенсации.

Цифровое весоизмерительное устройство содержит тензодатчик 1, элемент 2 совпадения, нуль-орган 3, пороговый элемент 4, триггер 5 и выдержку б времени. К шинам сложение-вычитание нуль-органа 3 подключены детекторы 7 и 8 компенсации. Нуль-орган 3 с помощью шин сложение-вычитание управляет работой реверсивного счетчика 9, которгый через преобразователь 10 коднапряжение связан с элементом 12 .сравнения. Реверсивный счетчик 9 заполняется импульсами по 04

Устройство 11 ввода кода, интегрирующий счетчик 12 и счетчик 13 числа вводов кода образуют блок усреднения. Устройство 11 ввода кода состоит из схем И 14-17 коммутатора 18 и cxe№i ИЛИ 19.

На фиг. 1 схемы И и ИЛИ показаны только для одного двоично-деслтйчно го разряда.

Блок 20 управления и схема 21 совпадения связаны с ключевой схемой 22, первый непосредственно, а второй через триггер 23 синхронизации, схема запуска которого состоит из резистора R, конденсатора С и диода D, Устройство работает следуниим образом.

При наложении груза, масса которого подлежит измерению, на тензодатчик 1, на выходе последнего появляется сигнал, пропорциональный массе груза. Элемент 2 сравнения вызывает : срабатывание нуль-органа 3, который переключает реверсивный счетчик 9 в режим сложения. Реверсивный счетчик 9 заполняется по входу а импульсами до тех пор пока сигнал тензрдатчика 1 не уравновесится сигналом преобразователя 10 код-напряжение, отображающим на аналоговом уровне код реверсивного счетчика 9,

Поскольку импульсы на вход реверсивного счетчика 9 поступают непрерывно, а нуль-орган 3 имеет только два устойчивых состояния - сложение

и вычитание, то при равновесном состбянии устройства нуль-орган 3 попеременно переключает реверсивный счетчик 9 в режим сложения или вычитания, рыская около состояния равновесия, которое и представляет результат измерения. . t

Для однозначного представления результата и повьииения точности измерения в известном устройстве применено сто- или тысячекратное занесение кода реверсивного счетчика 9 в интегрирующий счетчик 12, причем последние две или три декады на индикацию не выводятся.

S , Для уяснения влияния помех на а процесс переноса кода из реверсивногю счетчика 3 в интегрирующий счетчик 12 воспользуемся временными диаграммами (фиг, 2).

На вход ключевой схемы 22 в процессе измерения поступают импульсы 22а(фиг. 2).

Импульсаки, поступакмаими из блока 20 управления, триггер 23 синхронизации в определенные промежутки време ни возбуждается и сбрасывается в исходное состояние, так что на управляющем входе f ключевой схемы 22 появляются импульсяя 22f {фиг. 2). Длительнсеть импульсов триггера 23 синхронизации подобрана таким образом, что на етаходе ключевой 22 появляются пачки по девять импульсов 22 в каждой {фиг. 2). Ко 1утатор 18 обеспечивает подачу импульсов 14а,

15а, 1ба, 17а на входы а схем И 1417.

Так как ревероивный счетчик 9, работакщйй в коде 1-2-4-2, поразрядно соединен со входами И 14-17, то,

очевидно, с приходом одной пачки из девяти импульсов на схекы И 14-17 в зависимости от кода реверсивного счетчике 9 на схему ИЛИ 19 может пройти через схему и импульс,

.через схему И 15 - два, через схему И 16 - четьфе, а через схему И 17 два импульса.

Таким образом, в зависимости от кода реверсивного счетчика 9 в интегрирующий счетчик 12 за один перенос кода может быть передано от О до 9 импульсов. Позицией 19 на фиг. 2 показан перенос числа шесть. В начале измерения устанавливаются в нулГь интегрирующий счетчик 12 и счетчик 13 числа вводов кода, а на входы ключевой схемы 22 из блока 20 управления начинают поступать импульсы.

При подсчете последней - сотой или тысячной пачки, счетчик числа 13 вводов кода, воздействуя на блок 20 управления, запрещает дальнейшее прохождение импульсов через ключевую схему 2 2.

В предлагаемом устройстве ошибки в передаче кода не происходит из-за подсоединения резистора R схемы запуска триггера 23 синхронизации к выходу схемы 21 совпадения.

Сигнал на выходе схемы 21 совпаяения при отсутствии помехи равен нулю, а при появлении помехи раве« единице (появляется отрицательный потенциал 12В). Так как резистор R при проходе помех отрывается от нулевой шины, то на вход триггера 23 синхронизации с дифференцирующей цепочки RC перестают поступать возбужданвдие его импульсы 22f (2) (фиг. 2).

Это обеспечивает правильную передачу кода и запуск триггера 23 син хронизации возможен только после окочания действия помехи.

Таким образом, код будет передан верно (поз.иция 196 фиг. 2) .

При наборе реверсивным счетчиком 9 реверсивного кода нуль-орган 3 переходит в режим рыскания около состояния равновесия (позиции шина + и шина - на фиг. 4), т. е. при равновесном коде В устройстве, нуль-орган 3 генерирует низкочастотные колебания (частота 5-10 Гц), а при неравновесном - генерация отсутствует,

Детектор 7 (8) компенсации состои из эмиттерного повторителя на транзи торе Т1, накопителя на емкостях С1 и С2 и диодах Д1 и Д2 и выдержки времени на транзисторе Т2, времязадающая цепь которой образована С2 и резисторами R3 и R2.

Пусть на шине + нуль-органа 3 перед положением равновесия был нулевой потенциал, а на шине - единичный (фиг. 4).

Работа детекторов 7 и 8 компенсации заключается в следующем.

При наличии на входе транзистора Т1 отрицательного потенциала конденсатор С1 заряжается с полярностью, показанной на фиг. 3, до напряжения источника. В это время конденсатор С2 разряжается через резисторы R3 и R2, поддерживая транзистор Т2 в закрытом состоянии. При поступлении на вход транзистора Т1 нулевого потенциала транзистор закрывается и происходит подзаряд конденсатора С2 за счет напряжения на конденсаторе С1.

Подбором элементов детекторов 7 и 8 компенсации можно добиться, что при наличии на их входах знакопеременного напряжения, соответствующего компенсации, т. е. наличию в реверсивном счетчике равновесного кода, на выходах формируется разрешающий сигнaл в- противном случае - запрещающий.

В зависимости от знака имевшего место рассогласования один из детекторов 7 и 8 компемсации формирует сигнал разрешения от первого скачка нуль-органа 3, а другой - от второго.

Это видно из сравнения левых и правых частей позиций 7 и 8 (фиг. 3).

С другой стороны, при исчезновении равновесного кода (например, вследствие прихода помехи) формирование детекторами 7 и 8 кокшенсации запрющающего сигнала происходит в разное время..Так, на позиции 8 фиг. видно, что запрещаккций сигнал детектора 8 компе ации сформируется ранее (левая часть диаграммы), так как ему предшествовало нулевое состояние шиыы + и, следовательно, конденсатор С2 несколько разрядился. Запрещающий сигнал детектора 7 компенсации, соответ ственно, сформируется несколько позже, так как ему предшествовало единичное состояние шины - и конденсатор С2 получит после скачка полный заряд от конденсатора С1.

Для ликвидации действия помехи с пологим фронтом достаточно подключения Одного из детекторов 7 или 8 компенсации,, но совместное применение двух детекторов 7 и 8 компенсации через схему 21 совпадения позволяет (выход схемы 21 совпадения), выдавать сигнал разрешения на перенос кода нв после первого, а после второго скачка нуль-органа 3, что увеличивает надежность работы схемы и выдавать сигнал запрета раньше, чем от любого из детекторов 7 и 8 компенсации в отдельности, что уменьшает О1аибку измерения так как после исчезновения равновеси. в интегрирующий счетчик 12 вносится. уже неверный код.

Совместное применение через схему 21 совпадения детекторов 7 и 8 к тенсации и последовательно соединенных порогового элемента 4, триггера 5 и выдержки 6 времени позволяет эффективно и всесторонне защитить устройство отпомех как с пологим, так и с крутым фронтом.

Так, при переходе помехи с кругш 1 фронтом (скачка) срабатывает пороговый элемент 4 и немедленно выдается сигнал на схему 21 совпадения При этом срабатывают и детекторы 7 и 8 компенсации/ но не сразу, .а cnyctk некоторое время..

Таким образом, применение одних детекторов компенсации для згициты от помехи типа скачок недостаточно эффективно, так ка-к величина скачка может быть большой и занесение в интегрирующий счетчик 12 даже одйого неравновесного кода может недопустимо исказить результат.

С другой стороны, пороговый элемент 4, триггер 5 и выдержка времени б, как было показано ранее, не защищают устройство от помех с пологим фронтом, весьма часто встречающихся в сложных условиях металлургического производства.

Испытания показывают, что предлагаемое цифровое весоизмерительное уст-. ройство имеет на порядок более высокую точность по сравнению с известным. Формула изобретения 1. ЦиЛровое весоизмерительное устройство/содержащее тензодатчик и пре образователь код-напряжение подключенные ко входам элемента сравнения, выход: которого подсоединен к нуль-органу, один выход которого подключен к последовательно соединенным пороговому элементу, триггеру и элементу выдержки времени, а второй и третий к реверсивному счетчику, выходы кото рого поразрядно пo y лючeны к преобразователю код-напряжение и к устройству ввода кода, связанному с интегрирукяцим счетчиком и ключевой схе мой, управляюгций вход которой объеди нен со входом счетчика числа вводов кода, а выход последнего подсоединен к блоку управления, отличающееся тем, что, с целью повьааения точности взвешивания, в него вве дены детектор компенсации, триггер Н- А синхронизации со схемой запуска и схема совпадения, причем входы схемы совпадения соединены с выходом вьцдержки времени и детектора компенсации, а выход, через сопротивление и диод схемы запуска - со входом триггера синхронизации, выход которого подключен к управляющему входу ключевой схемы, а вход детектора компенсации подключен к одной из шин сложение-вычитание нуль-органа, причем выход блока управления через конденсатор схемы запуска подключен к диоду. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, к другой шине сложение-вычитание нуль-органа подключен второй детектор компенсации, выход которого подан на третий вход схемы совпадения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР W 315948, кл. G 01 G 9/00, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР № 652447, кл. G 01 R 23/36, 1977 (прототип).

Г

198

Г

L

Фиг..1

Равновесие

9

PaspetueH te

//

г

г

Г

PajfletueHi/e

Запрет

1Фиг.З

Bi

ФиъЛ