Электронные цифровые весы Советский патент 1982 года по МПК G01G7/04 

1

Изобретение относится к весоизмерительной технике, конкретно к точным цифровым весам с электронным у равнов ешива1шем.

Известны весы, в которых регули ровка тока компенсационной катушки обеспечивается широтно-импульсным модулятором, который одновременно регулирует количество счетных импульсов , определяющих результат измерения массы П.

Недостатком таких весов является сравнительно низкая точность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому являются электронные весы, содержащие подвешенные независимо эталонную и нагрузочную подвижные системы с компенсационн1..ми катушками находящимися в воздушном зазоре магнитной системы, последовательно соединенные датчик положения, ре1улятор тока, компенсационную катушку эталонной подвижной системы, буфер и ключ, выход которого подключен к компенсационной катушке нагрузочной, подвижной системы, датчик пояожения соединенный с регулятором тока компенсационной катушки нагрузочной подвижной системы, а также генератор соединенный с вентилем, и через делитель частоты с широтно-импульсным модулятором выход Которого подключен ко второму входу ключа, и устройством преобразования частоты в код, второй вход которого подключен к выходу вентиля 2.

Недостатком весов такого типа является сравнительно низкая точность измерения, обусловленная наличием пульсаций на выходе буфера.

Цель изобретения - п6вышеш1е точности измерения массы.

Поставленная цель достигается тем, что в него введен интегратор тока, вход которого соединен с выходом ключа, а выход с управляющим входом широтно-импульсного модулятора, причем второй конец компенсационной катушки нагрузочной подвижной системы включен на выход регулятора тока нагрузочной подвижной системы. Кроме того электронный ключ содержит два диода, одноименные электроды которых объединены и к ним подключен выход буфера. На фиг. 1 представлена электрическая схема электронных цифровых весов; на фиг. 2 - схема интегратора тока и электронного ключа. Электронные цифровые весы содержат нагрузочную подвижную систему 1 с компенсационной катушкой 2, эталонную подвижную систему 3 с компенсационной катушкой 4, магнитную систему 5, датчик 6 иолохсения и регулятор 7 тока нагрузочной подвижной системы датчик 8 положения и регулятор 9 ток эталонной родвижной системы, буфер 10, электронный ключ J1, интегратор 12 тока, reHejiaTop 13, делитель 14 M стоты, широтно-импульсный модулятор 15, вентиль 16, устройство 17 преобразования частоты в цифровой код, со тоящее из реверсивного счетчика 18, делителя 19 частоты, регистр.а 20 тары, регистра 21 результата, детектора 22 нуля, индикатора 23, кнопки Тара 24. Электронм 1й ключ И (фиг. 2) содержит два диода 25 и 26; интегратор 12 тока содержит операционный усилитель 27, ковденсатор 28, источник 29 смещения. Весы работают следующим образом. При наложений груза на грузоприемную чайку нагрузочной подвижной системы 1, последная схсклоняется от исходного положения. Датчик 6 вырабатывает сигнал разбаланса, по- ступаюпщй через, катушку 2. Сила элек тромагнитного взаимодействия тока в катушке 2 с магнитным полем в воздушном зазоре магнитной системы 5 изменяется таким образом, чтобы вернуть подвижную систему 1 в исходное положение. После окончания переходного процесса система I находится в исходном положении, а ток через ка тушку 2 пропорционален массе измеряемого груза и индукции в зазоре системы 5. Аналогично контуру нагрузочной подвижной системы работает эталонный контур, состоящий из подвижной системы 3 с катушкой 4, датчика 8 положения и регулятора 9. Система 3 аналогично 1 находится в одном положении. Ток, проходя0О1Й через катушку 4, пропорционален массе подвижной системы 3 и индукции в зазоре системы 5. Масса эталонной подвижной,системы неизменна и отношение тока через катушку 2 к току через катушку 4 пропорционгшьно измеряемой массе и не зависит от индукции в зазоре системы где масса нагрузочной подвижной системы с измеряемым грузом;- .коэффициент преобразования устройства, который является постоянным для данных компенсационных катушек и данной массы эталонной подвижной системы с большой степенью точности; -ток, протекающий через эталонную катушку 4i -ток, протекающий через катушку 2, Все остальные блоки весов с 10 По 29 осуществляют измерение отношения , токов через катушку 2 к току через катушку 4 и отображение результата на индикаторе 23. Это измерение осуществляется следукищм образом. Конструкция весов такова, что ток последовательно соединенных эталонной катушки 4 и буфера 10 больше максимально.возможного тока нагрузочной катушки 2 и втечение времени открытого состояния ключа II в интегратор I2 втекает разностный ток катушки 4 и катушки 2. Bq, время закрытого состояния ключа П из интегратора 12 вытекает ток катушки 2. Интегратор I2 обладает низким входным сопротивлением по переменному току, что обеспечивает постоянство напряжения на его входе за период работы ключа 1I. Выходной сигнал интегратора 12 зависит от среднего значения его входного тока. В соответствии с этим сигналом модулятор 15 меняет скважность сигнала на управляющем входе ключа 11 (период выходного сигнала М(дулятора 15 определяется периодом сигнала на выходе делителя 14 частоты) В установившемся режиме работы напряжение на входе интегратора 12 остается постоянным и обеспечивается равенство нулю его среднего входного тока (Зэ-3н)-3,(т-г).о, (2) где с, - время открытого состояния ключа 11J Т - период работы ключа 11, В результате подстановки значени 3 р из формулы (2) в формулу (1), последняя принимает вид ЛЛ„, К (3) Таким образом, с помощью блоков И, 12 и 15 измерение массы сведено к изменению отношение t{T , что осуществляется блоками 13, 14, 16 и 17. Эталонный контур (подвижная система 3, датчик 8, регулятор 9, компенсационная катушка 4, буфер 10) фактически отделено от нагрузочно- го контура (подвижная система I, датчик 6, регулятор 7, компенсационная катушка 2| интегратором 12 то ка, на входе которого псядерживается постоянное напряжение при работе модулятора 15. Это искпючает погреш ность Нелинейности весов, вызываему пульсациями напряжения на выходе ключа 1I и, следовательно, тока в цепи эталонного контура, Исключенй необходимость конденсатора бояьаой емкости, включаемого параллельно ко пенсационной катушке 2. Измерение отношения /Т осуществляется следующим образом, Вентиль 16 управляется вы ходным сигналом модулятора 15 и пропускает импульсы генератора 13в течение времени на вход устрой ства 17, Входные импульсы устройств 17 пересчитываются реверсивным счет чиком 18. Значение кода в счетчике 18 в ко це цикла измерения соответственно массе измеряемого груза. Цикл измер ния содержит несколько периодов раб ты модулятора 15 и определяется емкостью делителя 19 частоты, вход ко торого соединен с выходом делителя 14частоты. Для учета постоянной на грузки и веса тары производится два измерения. Первое измерение производится при нажатии кнопки Тара 24. При взвешевании измеряемого гру за, в начале цикла измерения, задним фронтом импульса с выхода делителя 19 ,частоты код из регистра 20 переписывается в счетчик 18, и последний включается в режим вычитания. При установке нуля в счетчике 18, детектор 22 нуля Переключает его в режим сум мрования. По переднему фронту импульса с выхода делителя 19 код, накопленный в счетчике 18, равный полному весу груза минус вес тары, переписывается в регистр 21 результата и индицируется индикатором 23, После этого начинается новый цикл измерения. Интегратор тока 12 щ едставляет собой (фиг, 2) операционный усилитель 27, охваченный отрицательнЛ1 обратнЫ связью по переменному току через конденсатор 28, Выходное напряжение интегратора 12 равно напряжению на конденсаторе 28, т,е, пропорционально интегралу входного тока и, как описано , управляет скважностью выходного сигнапа модулятора 15. Электронный ключ I может быть выполнен на различных типах полупроводниковых приборов (например, на биполярных транзисторах, МОП-приборах) ,Суцественное пошшение точности достигается при гфямененин ключа на двух диодах, К выходу буфера 10 диоды могут быть присоединены как оба катодами, так и оба анодами. На фиг« 2 приведена схема соеда1нения двух диодов 25 и 26 с выходом 10. На неинвертируКБ й вход (() усилителя 27 подано напряжение с исT04is{Ka 29 смещения. Уровень этого напряжения выбирается в соответствии с уровнен переключения вентиля 16 из включенного состояния в выключенное и обратно. Усилитель 27 поддерживает на инвертирукщем-входе (-)напряжение, равное напряжению источника 29 смещения. При высоком уровне напряжения на выходе модулятора 15 диод 25 закрыт и выходной ток буфера 10 протекает через диод 26 на вход интегратора 12, При низком уровне напряжения на выходе модулятора 15 диод 26 закрыт и диод 25 открыт. Точность весов повышается за счет того. Что переключение ключа 11 и вентиля 16 обеспечивается одновременно на обоих фронтах выходного импульса модулятора 15, Введение в весах интегратора тока и новых связей повышаем точность весов, где фактически реализовано разделение эталонного контура, вырабаты Baiomero опорный ток, от нагрузочного (подвижная система, датчик положе ния, регулятор тока, компенсационная катушка) и от цифровой части весов интегратором тока, поддерживающим на своем входе постоянное напряжение при работе широтно-импульсного модулятора. В результате устранена погре кость нелинейности весов, вызываемая пульсациями напряжения на входе элек тронного ключа, и следовательно, тока в цепи эталонного контура. Исключен необходи1 1й в прототипе конденсатор большой емкости, включенный параллельно компенсационной катушке . нагрузочной подвижной системы, и, соответственно, исключена составляющая погрешность весов за счет его тока утечки и потерь на поляри- 3 ацию. Формула изобретения I. Электронные цифровые весы, содержащие подваленные независимо эталонную и нагрузочную подвижные системы с компенсационными катушками, находящимися в воздушном зазоре магнитной систе1-1ы, последовательно соединенные датчик положения, регулятор тока, компенсационную катушку эта08лонной подвижной системы, буфер и ключ, выход которого подключен к компенсационной катушке нагрузочной подвшхной систе, датчик положения, соединенный с регулятором тока компенсационной катушки нагрузочной подвижной системы, а также генератор, соединенный с вентилем и через делитель частоты с пшротио-импульсным модулятором, выход которого подключен к входу ключа, и устройство преобразования частоты в код, второй вход которого подключен к выходу вентиля, отличающиеся тем, что, с целью повышения точности измерения массы, в него введен интегратор тока, вход которого соединен с выходом ключа, а выход - с управляющим входом широтно импульсного модулятора, причем второй конец компенсационной катушки нагрузочной подвижной системы включен на выход регулятора тока нагрузочной подвижной систе Ф1. 2. Весы по п. 1, отличающиеся тем, что электронный ключ выполнен в виде двух диодов, одноименные электроды которых объединены и к ним подключен выход буфера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Revue de Metrologie Practlgue et Legabe, 1975, t 5. 2.Патент США ISf 3786883, КЛ. G 01 G 7/04, 1976 (прототип).

Г s /71 (puf.l

н8.2

iamtftUHu

27

К SfHfnunHjIb

fS