Цифровое тензометрическое устройство для многоканального измерения веса объектов Советский патент 1981 года по МПК G01G3/142 G01G23/26 

(54) ЦИФРОВОЕ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОКАНАЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ВЕСА ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к весоизмери тельной технике. Известны тензометрические весоизме рительные устройства, содержазцие сило измерительные тензодатчики, аналогоцифровой компенсатор, нуль-орган и ис точник питания l3. Такие устройства re обеспечивают требуемой точности измерения из-за влияния реактивных злементов при сравнении сигнала тензодатчиков и сигнала компенсации . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является цифровое тензометрическое устройство для многоканального измерения веса объектов, содержащее комплекты тензодатчиков по числу каналов измерения, под ключенные каждый к своему нуль-органу состоящему из дифференциального сравнивающего элемента и фазочувствитель- ного усилителя, выходы которых через схему И-ИЛИ, связанную со Схемой управления , подключены к аналого-цифровому автокомпенсатору; индивидуальные источники питания промьпопенной частоты, подключенные к комплектам тензодатчиков и аналого-цифровому автокомпенсатору, и узлы индикации 23. Недостатком известного устройства является неудовлетворительная точность измерения. Это обусловлено тем, что сравниваемые сигналы - сигнал от тензодатчиков и сигнал от автокомпенсатора - имеют фазовый сдвиг, зависящий от разницы реактивных сопротивлений трактов прохождения этих сигналов. К тому же, источником несущей частоты является промышленная сеть, синусоидальное напряжение которой, как правило, содержит нелинейные искажения, определяемые, в основном, наличием третьей и пятой гармоник, которые, в свою очередь, имеют фазовые сдвиги, а поэтому полностью не компенсируются. Цель изобретения - повьппение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, 1то в ка;кдый нуль-орган введены узал выравнивания фаз с{)авниваемых сигнаhoB, подключенный к дополнительным входам дифференциального сравнивающего элемента, и активный режекторный , фильтр третьей и пятой гармоник несущей частоты источников питания, включенный между дифференциальным , сравнивающим элементом и фазочувствительшлм усилителем, причем входы компенсации всех нуль-органов объединены и соединены с аналого-цифровым автокомпенсатором, выход которого соединен с одними входами дополнительно введенных в устройство схем И, другие входы которых соединены с выхода1 ;и схемы управления, а выходы связаны с соответствующими узлами кар,ккац,ии На фиг. 1 показана блок-схема пред лагаемого устройства; на фиг. 2 - вариант выполнения нуль-органа; на фиг. 3 - амплитудно-частотная характеристика активного режекторного фнль tpa третьей и пятой гармоник, Устройство (фиг. 1) содержит комплекты тензодатчиков , которые подключены к первым входам дифференциаль ных сравнивающих элементов 2, к допол нительным входам которых подсоединены узлы 3 выравнивания фаз. Выходы диффе ренциально-сравнивающих элементов 2 соединены со входами активных режекторных фильтров 4 третьей и пятой гар моник , выходы KOTopbtx подключены к фазочувствительным усилителям 5. Источники б переменного напряжения соединены с комплектами тензодатчикрв 1, осуществляя питание тензодатчиков напряжением несущей частоты и подавая опорное напряжение несущей частоты на фазочувстяительные усилители 5, выхоftia которых через схему 7 подклю чены It аналого-цифровому автокомпен гатору 8, который ввдает-напряжение компенсации на вторые входы дифференциальных сравнивающих элементов 2. Выходная информация аналого-цифрового а)втоКомпёнсатора 8 поступает через ,cxeмy И 9 на.узлы 10 индикации. Схема i1 управления соединена со входами схемы И-ШШ 7 и со входами схем И 9 осуществляя управление ими для пооче1редного измерения массы объектов конт роля.. В варианте выполнения нуль-органа (фиг.. 2) сравниваемые сигналы подаются на основные входы 12 дифференциаль ного сравнивающего элемента 2, вьшолненного на базе операционного усилителя, к дополнительным входам 13 которого подсоединен узел 3 выравнивания фаз, вьтолненный на конденсаторе 14 и резисторе 15. Выход дифференциального сравнивакмцего элемента 2 соединен со входом активного режекторного фильтра 4, выполненного на резисторах 16, конденсаторах 17 и усилителе 18. Выход фильтра 4 через разделительные конденсаторы 19 и 20 подключен к фазочувствительному усилителю 5, входы которого щунтированы ключами 21 и 22. На выходе усилителя 5 Подключен диод 23. Устройство работает следующим образом. Каждый комплект тензодатчиков 1 преобразует усилие, вызванное массой измеряемого объекта, в электрический сигнал переменного синусоидального напряжения с амплитудой, пропорциональной этой массе. Выходные сигналы комплектов тензодатчиков 1 поступают на входы дифференциальных сравнивающих элементов 2 соответствующих нульорганов . На вторые входы (выходы компенсации) дифференциальных сравнивающих элементов 2 всех нуль-органов подает я напряжение компенсации с аналого-цифрового автокомпенсатора 8. Воздействуя на резистор 15 узла 3 можно сигнал сравнения с опережающей фазой (сигнал теизодатчиков либо напряжение компенсации) привести к фазе второго сигнала. 7аким образом, если сравнива&лых сигналов (сигнал тензодатчиков и напряжение компенсации) совпадают , то при равенстве амплитуд этих сигналов Ita выходе дифференциального сравнивающего элемента 2 выходаое на1ч яжение отсутствует, а следовательно, должен отсутствовать сигнал и на выходе фазочувствительного усилителя 5. Однако из-за того, что сравниваемые сигналы образованы из напряжения синусоидальной формы с некоторь1ми нелинейными искажениями, то на выходе элемента 2 возникает напряжение иескомпенсированных выспшх гармоник (в основном третьей и пятой), так как их фазы выравнить практически невозможно. Наличие этого напряжения на входе фаэочувствительного усилителя 5 в общем случае ие позволяет реализовать максимальную чувствительность нуль-органа, что сказывается на точности измерений. Поэтому выходное напряжение дифференциального сравнивающего элемента 2 поступает на вход активного режекторного фильтра 4 третьей и пято гармоник, который позволяет третью н пятую гармоники, и на вход фазочувствительного усилителя 5 поступает прак тически чистый сигнал несущей частоты соответствующий результату сравнивани сигнала тензодатчиков и напряжения ко пенсации. Когда напряжение компенсации больше сигнала тензодатчиков фазочувствительный усилитель 5 выдает сигнал перекомпенсации на схему И-ИЛИ 7. Выходы фазочувствительных усилителей 5 соединены с соответствующими ячейками схемы И-ШШ 7 .и в зависимости от того, на какую ячейку подаёт ся импульс рг зрешения схемы управлени И, на аналого-цифровой автокомпенСатор 8 проходят сигналы перекомпенса1ЩИ фазочувствительного усилителя 5 соответствующего этой ячейке объекта измерения. Напряжение компенсации, выдаваемое на нуль-органы аналого-цифровым автокомпенсатором 8, изменяется в процессе измерения одного объекта ступенчат в определенном коде, и в зависимости от выходных сигналов перекомпенсации соответствующего фазочувствительного усилителя 5 в конце измерения остаются включенными те ступени, суммарное напряжение которых равно величине сиг нала тензодатчиков данного объекта из мерения . Выходная информация о включенных ступенях аналого-ци4ч ового автокомпен сатора 8, отображающая результат измерения, поступает в узел 10 индикации, соответствующий объекту измерени через схему И 9, на соответствующую ячейку которой также поступает импуль разрещения 11 схемы управления. Затем импульс разрещения схемы П управления поступает на следующие ячейки схем И-ИЛИ 7 и И 9,.и происходит измерение следующего объекта. Таким образом,) благодаря-включению узла 3 выравнивания фаз и активного режекторного фильтра 4 третьей и пятой гармоник удается повысить точност измерений и реализовать функцию много точечности измерений. . Нуль-орган (фиг. 2) работает следу ющим образом. На основные входы 12 дифференциаль ного сравнивающего элемента 2 подают ся сравниваемые сигналы (сигнал тен зодатчиков и напряжение компенсации) и при помощи переменного резистора 15 по минимальным показаниям результатов измерения добиваются совпадения фаз сравниваемых сигналов. В процессе одного цикла измерения нуль-орган производит оценку результата сравнения сигнала, тенэодатчиков по всем ступеням измерения напряжения компенсации. Результирующий сигнал сравнения сигнала тензодатчнков и напряжения компенсации поступает с выхода элемента 2 на вход активного режекторного фильтра 4, который очищает результирующий сигнал от третьей и гармоник, что поясняется амплитудно-частотной характеристикой (фиг. 3) С выхода шьтра 4 результирузощий сигнал поступает на вход фазбчувствительного усилителя 5. Если напряжение компенсации какой-либо ступени меньще сигнала тензодатчиков, то на выходе фильтра 4 результирующий сигнал совпадает с фазой сравниваемых сигналов. Этот сигнал через разделительные конденсаторы 19 н 20 поступает на входа усилителя 5. Ключи 21 и 22, управляемые опорным напряжением несущей частоты, работают , таким образом, что на время положительной полуволны результирующего сигнала, совпадающего по фазе со сравниваемыми сигналами, ключ 2 разомкнут, а ключ 22замкнут, на время же отрицательной полуволны, наоборот, ключ 21 замкнут, а ключ 22 разомкнут. Таким образом, на неинвертирующий вход (+) усилителя 5 поступают положительные полуволны реэультирукяцего сигнала, а на инвартируюао1й вход (-) - отрицательные полуволны. В результате на выходе усилителя 5 появляется напряжение положительной полярности, которое через диод 23 не проходит, т. е. нуль-орган сигнала не выдает. Если же напряжение компенсации какой-либо ступени больше сигнала тензодатчиков, то на выходе фильтра 4 результирующий сигнал не совпадает с фазой сравниваемых сигналов и, следовательно, на неинвертирующий вход (+) усилителя 5 поступают отрицательные полуволны, а на инвертируниций вход (-) положительные полуволны. В результате на выходе нуль-органа появляется снгнал перекомпенсации отрицательной полярности . Изменяя полярность включения диода 23и фазу опорного напряжения ключей t н 22 можно при необходимости получать сигналы перекомпенсации положительной полярности. Экономическая эффективность исполь зования предлагаемого устройства за ключается в повышении точности измерения веса объектов. Формула изобретения Цифровое тензометрическое устройство для многоканального измерения ве са объектов, содержащее комплекты теи зодатчиков по числу каналов измерения подключенные каждый к своему нуль-органу, состоящему из дифференциального сравнивающего элемента и фазочувствительного усилителя, выходы которых через схему И-ИЛИ, связанную с .схемой управления, подключены к аналогоцифровому автокомпенсатору; индивидуальные источники питаний промышленной частоты, подключенные к комплектам тензодатчиков и аналого-цифровому автокомпенсатору, и узлы индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в каждый нуль-орган введены узел выравнивания фаз сравниваемых сигналов, подключенный к дополнительным входам дифференциального сравнивающего элемента, и активный режекторный фильтр третьей и пятой гармоник несущей частоты источников питания, включенный между дифференциальным сравнивакнцим элементом и фазочувствительным усилителем, причем входы компенсации всех нуль-органов объединены и соединены с аналогоцифровым автокомпенсатором, выход которого соединен с одними входами дополнительно введенных в устройство схем И, другие входы которых соединены с выходами схемы управления, а выходы связаны с соответствующими узлами индикации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Авторское свидетельство СССР 684326, кл. fi 01 G 23/26, 1977. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 2474749/18-10, кл. G 01 G 23/36, 1977 (прототип .

(риг. 1

и

Ф

И

fL

/5

/

LI

Ptf . 2

w

, да f

МУ IV. biaoi

-W

,f

Д4

ff