Весы с электромагнитным уравновешиванием Советский патент 1982 года по МПК G01G7/04 

(5) ВЕСЫ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ

Изобретение относится к весоизмерительной технике., Известны весы с системой электромагнитного уравновешивания, содержащие коромысло с чашечкой для груза и датчиком отклонения, подключенные к схеме, вырабатывающей сигнал компенсации 1 Известны весы не обладают необходимым быстродействием. Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемым.являются весы с электромагнитным уравновешиванием, содержащие размещенную в поле постоя ного магнита уравновешивающую катушку, на которой закреплено коромысло с грузом и флажком датчика положения, подключенного к электронному блоку с шиной установочного сигнала, состоящему из генератора, соединенного через сигнальный вход ключа с первым входом счетчика, выходом соединенного с первым входом схемы реги страции, с входом цифроаналогового преобразователя и с входом схемы сравнения, выход которой подключен к, второму входу схемы регистрации и к первому управляющему входу ключа, и из регулировочного резистора, через который выход цифроаналогового преобразователя связан с уравновешиваюсчей катушкой 2. Недостатком известного устройства является сравнительно малая разрешающая способность и низкое быстродействие. Эти недостатки обусловлены функциональной структурой устройства, построенной по принципу непосредственного уравновешивания, когда при всяком изменении объекта это изменение немедленно компенсируется следящей cиcteмoй. Погрешность измерения такого устройства - не менее половины веса одного бита полученной информации плюс погрешность механической системы. Цель изобретения - повышение чувствительности- и быстродействия. 39 Поставленная цель достигается тем, мто в электронный блок введены схема дифференцирования, триггер, инвертор, первая и вторая схемы И, дополнительный счетчик, дешифратор и линия задержки, примем шина установочного сигнала соединена со втор входом первой схемы И, вторыми вход ми обоих счетчиков и с первым входо триггера, выход которого подключен ко второму управляющему входу ключа а выходдатчика положения подключен к инвертору .и первому входу первой схемы И, выход которой через схему .дифференцирования подключен к треть ему входу схемы регистрации и второ му входу триггера, третий вход кото рого связан с выходом второй схемы И, первый вход которой соединен с выходом инвертора, а второй вход с выходом линии задержки и первым входом дополнительного счетчика, третий вход которого подключен к выходу ключа, а выход дополнительного счетчика через дешифратор подключен к линии задержки. На фиг. 1 показана механическая часть весов, общий вид; на фиг. 2 блок-схема электронного блока. Весы состоят из магнитной сиетемы 1, в поле которой размещена уравновешивающая катушка 2, на которой закреплено коромысло 3 с датчиком положения, имеющим выходной пороговый элемент 5. Электронный блок (фиг. 2) образо ( ван ключом 6, генератором 7, счетчиком 8, цифроаналоговым преобразователем 9 схемой to сравнения, схемой И регистрации, первой схемой И 12, схемой- 13 дифференцирования, триггером I, дополнительным счетчиком 15i дешифратором 16, лини ей 17 задержки, инвертором 18, второй схемой И 19 и регулировочным оезистором 20. Электронный блок имеет установоч ный вход 21 и измерительный вход 22 первый из которых связан с шиной установочного сигнала, а второй с выходом порогового элемента 5 датчика положения 4 коромысла 3. Выход цифроаналогового преобразователя 9 через регулировочный резистор 20 подключен посредством соединительного элемента 23 с катушкой 2. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии установочный сигнал через вход 21 поступает на Ёторой (инверсный) вход первой схемы И 12 и запрещает прохождение через ее первый вход сигнала с из,мерительного входа 22. Этот же си|- нал устанавливает в исходное состояние счетчик 8, дополнительный счетчик 15 и триггер Il таким образом, что на выходе последнего устанавливается потенциал, закрывающий по этому входу (второй управляющий) ключ 6. При этом сигнал на выходе регулировочного резистора 20 отсутствует. Коромысло 3, уравновешенное узлом компенсации веса тары 2, расположено ,так, что затеняющая маска, укрепленная на конце коромысла 3, перекрывает световой поток в датчике 4 положения. При этом на выходе порогового элемента 5 устанавливается сигнал, поступающий на вход 22 блока электронного, а именно на первый вход первой схемы И 12, и через инвертор 18 по первому входу второй схемы И 19, запрещающий прохождение через ее второй вход сигнала с линии 17 задержки. Устройство калибруется путем определения минимального веса РО, при котором уже не срабатывает датчик k положения, т.е. затеняющая маска уже не перекрывает светового потока, а также веса Р, соответствующего одному биту информации цифроаналогового преобразователя (для нелинейных электромагнитных систем величина Р определяется во всем диапазоне измерений веса). После того, как исследуемое вещество весом РХ будет укреплено на коромысле 3, снимают установочный сигнал. При этом сигнал с выхода порогового элемента 5 через первый вход первой схемы И 12 поступает на вход схемы 13 дифференцирования, которая по переднему фронту этого сигнала формирует на своем выходе импульс, измеряющий состояние триггера 14. На выходе триггера If устанавливается сигнал, открывающий ключ 6. В результате опорная частота с выхода генератора 7 поступает на вход счетчика 8 и на вход дополнительного счетчика 15. После того, как на вход дополнительного счетчика 15 поступит N импульсов, срабатывает дешифратор 5 16 и сигнал,с его выхода, задержанный линией 17 задержки на время, большее чем время переходных процес сов в дополнительном счетчике 15 и дешифраторе 16, поступает на второй вход схемы И 19 и второй вход допол нительного счетчика 15. Этот сигнал устанавливает дополнительный счетчи 15 в исходное состояние. В результате на коромысло 3 действуют стремящиеся отклонить его вн сила веса исследуемого вещества Р и отклоняющая сила катушки 2, равная f N. , Если при этом оказывается, что суммарная сила -2 коромысло не отклонится вниз, т.е ;С выхода порогового элемента 5 на вход 22 блока электронного будет продолжать поступать тот же сигнал. Как отмечалось, этот сигнал, пройнрвертированный инвертором 18, запрещает второй схеме И 19 изменять положение триггера Ц и опорная час тота с выхода генератора 7 через ключ 6 продолжает поступать как на вход счетчика 8, так и на вход дополнительного счетчика 15. И так m раз по N импульсов, пока наконец не выполнится соотношение Когда Р станет больше PQ, коро мысло отклонится вниз, затеняющая масса больше не будет перекрывать световой поток. В результате на выходе инвертора 18 установится сигнал, разрешающий по первому входу второй схеме И 19 изменение положения триггера , и очередной сигнал поступающий с линии 17 задержки на второй вход второй схемы И 19, изме нит положение триггера Т. Ключ 6 закроется. Прекратится поступление опорной частоты с выхода генератора 7 на счетчик 8 и дополнительный счетчик 15. После того, как измеряемый вес Р измрнитсй (уменьшится) настолько, что Р станет равным РО, коромысло 3 снова отклонится вверх и затеняющая маска снова пере кроет световой поток. На выходе первой схемы И 12 установится потен циал, по которому схема 13 снова изменит состояние триггера и раз решит поступление опорной частоты с выхода генератора 7 на счетчик 8 3 . и дополнительный счетчик 15. Работа устройства повторяется, Таким образом, схема 13 дифференцирования выдает сигналы, изменяющие состояние триггера iM всякий раз, как только Р равно Рд . Очевидно, что в эти моменты времени измеряемый вес определяют по формуле ) РО - Р (N т), где величины Р и Р калиброваны, а величина (N тЬ содержится в счетчике 8. По сигналам, выдаваемым схемой 13 и поступающим на третий вход схемы регистрации 11, а также по коду с выхода счетчика 8, поступающему на перьый вход той же схемы 11, последняя регистрирует моменты tv, соответствующие значениям (N т). . Схема 10 сравнения посылает соэтветствующие сигналы запрета ключу схеме 11 регистрации в случае, если измеряемый вес выше или ниже устанавливаемых ею пределов. Измерение увеличивающегося во времени веса посредством предлагаемого устройства осуществляется аналогично. Однако при этом необходимо включить в обратном направлении катушку 2 уравновешивания. Калибровка устройства, а также измерение не изменяющегося во времени веса заключается в проведении одного (первого) цикла измерений при условии . Погрешность измерения предлагаемого устройства определяется точностью измерения интервала времени, в течение которого вес объекта изменится на величину, устанавливаемую дешифратором 17 А -i Так как моменты достижения как Р(ц-+1), так и ) предлагаемым устройством фиксируются с одинаковой погрешностью, то погрешность измерения будет определяться в основном чувствительностью механической системы. Предлагаемое устройство дает возможность использовать любую электромагнитную систему, например микроамперметр, без какой-либо ее конструктивно-технологической доработки. Отказ от измерения изменяющегося во времени веса по принципу непосредственного уравновешивания и переход к измерению дискретных промежутков времени, в течении которых вес изменяется на определенную величину, позволяет значительно повысить чувствительность и быстродействие ве,сов. Формула изобретения Весы с электромагнитным уравновешиванием, содержащие размещенную в поле постоянного магнита уравновешивающую катушку, на которой закреплено коромысло с грузом и флажком датчика поло)(ения, подключенного к электронному блоку с шиной установочного сигнала, состоящему из генератора импульсов, соединенного через сигнальный вход ключа с первым входо счетчика, выходом соединенного с пер вым входом схемы регистрации, с входом цифроаналогового преобразователя и с входом схемы сравнения, выход которой подключен к второму входу схемы регистрации и к первому управляющему входу ключа, и из регулировочного резистора, через который выход цифроаналогового преобразовате ля cB;R3aH с уравновешивающей катушкой, о,тличающиеся тем, что, с целью повышения чувствительности и быстродействия, в электронный блок введены схема дифференцирования, триггер, инвертор, первая и вторая схемы И, дополнительный счетчик, дешифратор и линия задержки, причем шина установочного сигнала соединена со. вторым входом первой схемы И, вторыми входами обоих счетчиков и с первым входом триггера, выход которого подключен ко второму управляющему входу ключа, а выход датчика положения подключен к инвертору и первому входу первой схемы И, выход которой через схему дифференцирования подключен к третьему входу схемы регистрации и второму входу триггера, третий вход которого связан с выходом второй схемы И, первый вход которой соединен с выходом инвертора, второй вход - с выходом линии задержки и первым входом дополнительного счетчика, третий вход которого подключен к выходу ключа, а выход дополнительного счетчика через дешифратор подключен к линии задержки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Сарахов А.И. Весы в физикохимических исследованиях.М., Наука, 1968, с. 53-67. 2.Сухарев И.К. и др. Электронные весы с цифровой индикацией. Приборы и техника эксперимента. 1978, N- 3, с. 239 (прототип).

7

wvV

7 и

/

;xj

r-