RU2037793C1

RU2037793C1 - Electron force converter for balance

Info

Publication number: RU2037793C1
Authority: RU
Inventors: С.Ю. Иванов; С.П. Качалов; О.В. Гусляков
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Мера"
Priority date: 1991-09-18
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: electron force converter has platform bearing against lever which upper and lower surfaces carry two quartz resonators, two quartz generators, mixer, former, three keys, pulse distributor, clock pulse generator, controlled frequency divider, flip-flop, valve, three counters, two registers, decoder, indicator, device of clearing of insignificant digits, time interval former, generator with temperature-sensitive element. EFFECT: enhanced operational stability and reliability. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к силоизмерительной технике, в частности к преобразователям силы для весов. The invention relates to load-measuring equipment, in particular to force transducers for scales.

Известен электронный преобразователь торговых весов, в котором преобразование измеряемого веса в электрический частотный сигнал осуществляется с помощью вибростержневого датчика. Частотный сигнал обрабатывается в микропроцессоре и поступает на индикатор [1] Недостатком преобразователя является сложность, невозможность получения заданного смещения нуля, что затрудняет его использование при определении веса "нетто", появление ложных срабатываний при разгрузке весов. Known electronic converter of trade scales, in which the conversion of the measured weight into an electrical frequency signal is carried out using a vibro rod sensor. The frequency signal is processed in the microprocessor and is sent to the indicator [1]. The disadvantage of the converter is the difficulty, the inability to obtain the specified zero offset, which makes it difficult to use when determining the net weight, the appearance of false alarms when unloading the balance.

Наиболее близким по достигаемому результату и технической сущности к изобретению является электронный преобразователь силы для весов [2] Он является более простым и позволяет взвешивать вес "нетто", имеет более широкие функциональные возможности за счет получения заданного смещения нуля. Недостатком этого преобразователя является невозможность компенсации температурной погрешности. The closest to the achieved result and technical essence to the invention is an electronic force transducer for scales [2]. It is simpler and allows you to weigh the net weight, has broader functionality by obtaining a predetermined zero offset. The disadvantage of this Converter is the inability to compensate for temperature errors.

Целью изобретения является уменьшение температурной погрешности. The aim of the invention is to reduce the temperature error.

Цель достигается тем, что в электронный преобразователь силы для весов, содержащий платформу, установленную на рычаге, на верхней и нижней поверхностях которого размещены кварцевые резонаторы, включенные в частотозадающие цепи измерительных кварцевых резонаторов, выходы которых подключены к смесителю, выход которого через формирователь импульсов соединен с входами двух ключей, управляющие входы которых подключены к выходам распределителя импульсов, вход которого соединен с выходом генератора тактовой частоты, а третий выход с первым входом триггера, второй вход которого через нормально разомкнутую кнопку подключен к шине питания, а выход триггера и четвертый выход распределителя импульсов подключены к вентилю, выход которого соединен с входом установки в нуль счетчика предварительной установки, со счетными входами этого и второго счетчиков соединены выходы ключей, входы второго счетчика соединены с выходами счетчика предварительной установки, выходы второго счетчика через регистр соединены с дешифратором, связанным с индикатором, а установочные входы этого счетчика и регистра соединены соответственно с пятым и шестым выходами распределителя
импульсов, при этом с выходами дешифратора соединены входы блока гашения незначащих цифр, вход которого связан с вторым входом триггера и входом разрешения индикатора, введены управляемый делитель частоты, формирователь интервала времени, третий ключ, генератор с термочувствительным элементом, третий счетчик и второй регистр, причем управляемый делитель частоты установлен между входом распределителя импульсов и выходом генератора тактовой частоты, который связан с формирователем интервала времени, выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, генератор с термочувствительным элементом через третий ключ связан с третьим счетчиком, выход которого соединен с вторым регистром, выходы которого подключены к входам управляемого делителя частоты, а установочные входы третьего счетчика и второго регистра соединены соответственно с пятым и шестым выходами распределителя импульсов.The goal is achieved in that an electronic force transducer for scales, containing a platform mounted on a lever, on the upper and lower surfaces of which there are quartz resonators included in the frequency setting circuits of the measuring quartz resonators, the outputs of which are connected to a mixer, the output of which is connected to the inputs of two keys, the control inputs of which are connected to the outputs of the pulse distributor, whose input is connected to the output of the clock generator, and the third output to the first trigger input, the second input of which is connected through a normally open button to the power bus, and the trigger output and the fourth output of the pulse distributor are connected to a valve whose output is connected to the zero input of the preset counter, the key outputs are connected to the counting inputs of this and the second counters, the inputs of the second counter are connected to the outputs of the preset counter, the outputs of the second counter are connected via a register to a decoder associated with the indicator, and the installation inputs of this counter chika and register are connected respectively to the fifth and sixth outputs of the distributor
pulses, with the outputs of the decoder are connected to the inputs of the block of insignificant digits, the input of which is connected to the second input of the trigger and the indicator enable input, a controlled frequency divider, a time interval shaper, a third key, a generator with a heat-sensitive element, a third counter and a second register are introduced, and a controlled frequency divider is installed between the input of the pulse distributor and the output of the clock generator, which is connected with the shaper of the time interval, the output of which is connected to the control the input of the third key, the generator with the thermosensitive element through the third key is connected to the third counter, the output of which is connected to the second register, the outputs of which are connected to the inputs of the controlled frequency divider, and the installation inputs of the third counter and second register are connected respectively to the fifth and sixth outputs of the pulse distributor .

Кроме того, для достижения цели в качестве термочувствительного элемента используют полупроводниковый терморезистор или кварцевый резонатор. In addition, to achieve the goal, a semiconductor thermistor or a quartz resonator is used as a thermosensitive element.

На чертеже представлена структурная схема электронного преобразователя. The drawing shows a structural diagram of an electronic converter.

Преобразователь содержит платформу 1 на свободной подвеске, опирающейся на рычаг 2, на верхней и нижней поверхностях которого размещены кварцевые резонаторы 3 и 4. Резонаторы включены в частотозадающие цепи измерительных кварцевых генераторов 5 и 6, выходы которых подключены к смесителю 7. Выход смесителя через формирователь 8 соединен с входами ключей 9 и 10, управляющие входы которых подключены к выходам распределителя 11 импульсов. Вход распределителя 11 импульсов связан с выходом генератора 12 тактовой частоты через управляемый делитель 13 частоты. Третий выход распределителя импульсов соединен с первым входом триггера 14, второй вход которого через нормально разомкнутую кнопку подключен к шине питания. Выход триггера, четвертый выход распределителя 11 импульсов подключены к вентилю 15, выход которого связан с входом установки в нуль счетчика 16 предварительной установки. Выходы ключей 9 и 10 соединены со счетными входами счетчиков 16 и 17. Входы предустановки счетчика 17 соединены с выходами счетчика 16. Выходы счетчика 17 через регистр 18 соединены с дешифратором 19, соединенным с индикатором 20. Установочные входы счетчика 17 и регистра 18 соединены с пятым и шестым выходами распределителя 11 импульсов. С выходами дешифратора 19 соединены вход устройства 21 гашения незначащих цифр, выход которого соединен с вторым выходом триггера 14 и входом разрешения индикатора 20. The converter contains a platform 1 on a free suspension, resting on a lever 2, on the upper and lower surfaces of which there are quartz resonators 3 and 4. Resonators are included in the frequency-setting circuits of the measuring quartz oscillators 5 and 6, the outputs of which are connected to the mixer 7. The output of the mixer through the shaper 8 connected to the inputs of the keys 9 and 10, the control inputs of which are connected to the outputs of the distributor 11 pulses. The input of the pulse distributor 11 is connected to the output of the clock generator 12 through a controlled frequency divider 13. The third output of the pulse distributor is connected to the first input of the trigger 14, the second input of which is connected via a normally open button to the power bus. The trigger output, the fourth output of the pulse distributor 11 is connected to the valve 15, the output of which is connected to the zero input of the counter 16 of the preset. The outputs of the keys 9 and 10 are connected to the counting inputs of the counters 16 and 17. The preset inputs of the counter 17 are connected to the outputs of the counter 16. The outputs of the counter 17 are connected through a register 18 to a decoder 19 connected to the indicator 20. The setting inputs of the counter 17 and the register 18 are connected to the fifth and the sixth outputs of the distributor 11 pulses. The outputs of the decoder 19 are connected to the input of the device for the suppression of insignificant digits 21, the output of which is connected to the second output of the trigger 14 and the input resolution of the indicator 20.

С выходом генератора 12 тактовой частоты соединен формирователь 22 интервала времени, выход которого соединен с управляющим входом дополнительного ключа 23. Дополнительный генератор 24 с термочувствительным элементом 25 через ключ 23 связан с третьим счетчиком 26, выход которого связан с регистром 27. Регистр связан с управляемым делителем 13 частоты. Установочные входы счетчика 26 и регистра 27 соединены с пятым и шестым выходами распределителя 11 импульсов. A time interval generator 22 is connected to the output of the clock generator 12, the output of which is connected to the control input of the additional key 23. The additional generator 24 with the temperature-sensitive element 25 is connected via the key 23 to the third counter 26, the output of which is connected to the register 27. The register is connected to a controlled divider 13 frequencies. The installation inputs of the counter 26 and register 27 are connected to the fifth and sixth outputs of the pulse distributor 11.

Работа преобразователя осуществляется следующим образом. The operation of the Converter is as follows.

Груз размещается на платформе 1, при этом измеряемый вес преобразуется в усилие, передаваемое на рычаг 2, испытывающий при этом деформацию изгиба. Резонатор 3 уменьшает свою резонансную частоту (деформация растяжения), а резонатор 4 увеличивает (деформация сжатия). The load is placed on the platform 1, while the measured weight is converted into a force transmitted to the lever 2, experiencing bending deformation. Resonator 3 decreases its resonant frequency (tensile deformation), and resonator 4 increases (compression deformation).

Генераторы 5 и 6 возбуждают электрические колебания с частотами, близкими к резонансным частотам резонаторов. Эти частоты смешиваются в смесителе 7. Формирователь 8 выделяет импульсную последовательность с разностной частотой. Generators 5 and 6 excite electrical vibrations with frequencies close to the resonant frequencies of the resonators. These frequencies are mixed in mixer 7. Shaper 8 emits a pulse sequence with a difference frequency.

При отсутствии груза разностная частота равна f_о и обусловлена неравенством резонансных частот резонаторов из-за технологического разброса. Под действием измеряемого веса Р разностная частота изменяется на величину Δ f_o kP, где k коэффициент чувствительности. Знак коэффициента k может быть любым в зависимости от конкретной конструкции рычага 2.In the absence of load, the difference frequency is equal to f _about and is due to the inequality of the resonant frequencies of the resonators due to the technological spread. Under the influence of the measured weight P, the difference frequency changes by Δ f _o kP, where k is the sensitivity coefficient. The sign of the coefficient k can be any, depending on the specific design of the lever 2.

Измерение начинается при нажатии кнопки "Сброс" при ненагруженной платформе. При этом триггер 14 открывает вентиль 15 и импульсом И1 обнуляется счетчик 16 предварительной установки. Код, соответствующий значению частоты, фиксируется в счетчике 16 и переписывается в счетчик 17. Далее импульсы частоты поступают через ключ 10 в счетчик 17, работающий в режиме вычитания. По окончании счета содержимое счетчика 17 равно 0, что индицируется индикатором 20. После установки груза на платформу частота f f_o kP поступает только в счетчик 17, так как триггер 14 сброшен в нуль импульсом И4 после записи в счетчике 16 в первом цикле. По окончании счета в счетчике 16 оказывается код, соответствующий Δ f: Δ f f_o I f_o kP I kP. Этот код, масштабированный в единицах веса, отображается в индикаторе 20.Measurement starts when you press the "Reset" button when the platform is not loaded. In this case, the trigger 14 opens the valve 15 and the pulse I1 resets the counter 16 preset. The code corresponding to the frequency value is fixed in the counter 16 and is copied to the counter 17. Then, the frequency pulses pass through the key 10 to the counter 17, operating in the subtraction mode. At the end of the count, the contents of the counter 17 is 0, which is indicated by the indicator 20. After installing the load on the platform, the frequency ff _o kP comes only to the counter 17, since the trigger 14 is reset to zero by the pulse And4 after recording in the counter 16 in the first cycle. At the end of the count, counter 16 contains a code corresponding to Δ f: Δ ff _o I f _o kP I kP. This code, scaled in units of weight, is displayed in indicator 20.

Масштаб кода и, соответственно, показания весов определяются временем измерения Т (временными воротами), формируемым распределителем 11 импульсов из импульсной последовательности, поступающей от генератора 12 через делитель 13. Время измерения связано с периодом частоты генератора 12 Т Т_тN, где N коэффициент деления делителя 13 частоты.Scale and code, respectively, indications of weights determined by measuring the time T (time gate) formed by the distributor 11 pulses of the pulse sequence received from generator 12 through the divider 13. The measurement time is associated with the period of the frequency generator 12 T T _T N, where N division factor divider 13 frequency.

Влияние температуры окружающей среды сводится к изменению начальной частоты и изменению коэффициента чувствительности по закону, близкому k k_o ± Δ k(t^o t_o ^o), где k температурный коэффициент чувствительности.The influence of ambient temperature is reduced to a change in the initial frequency and a change in the sensitivity coefficient according to a law close to kk _o ± Δ k (t ^o t _o ^o ), where k is the temperature coefficient of sensitivity.

Благодаря изменению времени измерения в зависимости от температуры, происходит уменьшение температурной погрешности коэффициента чувствительности (но со знаком, противоположным знаку изменения коэффициента чувствительности). При этом код в счетчике 17 оказывается равным М (k_o + Δ k Δ t^o I ˙ P I ˙ T Δ T Δ t^o), где Δ Т температурный коэффициент изменения времени измерения; Δ t^o- изменение температуры.Due to the change in the measurement time depending on the temperature, the temperature error of the sensitivity coefficient decreases (but with a sign opposite to the sign of the change in the sensitivity coefficient). In this case, the code in the counter 17 is equal to M (k _o + Δ k Δ t ^o I ˙ PI ˙ T Δ T Δ t ^o ), where Δ T is the temperature coefficient of the measurement time; Δ t ^o - temperature change.

Из приведенного выражения следует, что если температурный коэффициент равен Δ Т Δ kT/k_о, то температурная погрешность коэффициента чувствительности k оказывается скомпенсированной с точностью до величины второго порядка малости Δ k Δ T/ Δ t^o/². Для реализации данного принципа компенсации коэффициент деления управляемого делителя устанавливается в виде постоянной и переменной частей. Переменная часть определяется кодом в регистре 27, куда он поступает из счетчика 26. Код в счетчике 26 образуется при подсчете импульсов частоты f_DO дополнительного генератора 24. Эта частота зависит от температуры термочувствительного элемента 25, включенного в частотозадающую цепь генератора 24. Измерение этой частоты производится за фиксированный интервал времени τ, вырабатываемый формирователем 22 из тактовой частоты f_т 1/Т_т. В результате код в счетчике 26 равен N₂

f_DO + Δ f Δ t

τ + M₁, где f_DO начальное значение частоты генератора 24; Δ f коэффициент термочувствительности генератора 24; М₁ начальный код в счетчике 26, задаваемый перемычками.From the above expression it follows that if the temperature coefficient is Δ T Δ kT / k _o , then the temperature error of the sensitivity coefficient k is compensated up to the second order of smallness Δ k Δ T / Δ t ^o / ² . To implement this principle of compensation, the division ratio of the controlled divider is set in the form of constant and variable parts. The variable part is determined by the code in register 27, where it comes from the counter 26. The code in the counter 26 is formed when counting the pulses of the frequency f _{DO of the} additional generator 24. This frequency depends on the temperature of the thermosensitive element 25 included in the frequency setting circuit of the generator 24. This frequency is measured for a fixed time interval τ generated by the shaper 22 from the clock frequency f _t 1 / T _t As a result, the code in counter 26 is N ₂

f _DO + Δ f Δ t

τ + M ₁ , where f _{DO is the} initial frequency value of the generator 24; Δ f the coefficient of thermal sensitivity of the generator 24; M _{1 is the} initial code in the counter 26, set by jumpers.

Если требуется изменить знак компенсации, то счетчик 26 должен работать в режиме вычитания из кода М₁, что осуществляется переключением его входов.If you want to change the sign of compensation, then the counter 26 should work in the mode of subtraction from the code M ₁ , which is carried out by switching its inputs.

Суммарный коэффициент деления делителя 13 складывается N I M₁ ± f_DO τ I ± Δ fΔ t τ. Слагаемое в скобках определяет постоянную часть коэффициента деления N и соответствует номинальному значению коэффициента чувствительности k_о (при нормальной температуре). Масштабирование компенсирующего изменения коэффициента деления в соответствии с изложенным осуществляется изменением интервала и кода предварительной установки М₁.The total division ratio of the divider 13 is the sum of NIM ₁ ± f _DO τ I ± Δ fΔ t τ. The term in brackets determines the constant part of the division coefficient N and corresponds to the nominal value of the sensitivity coefficient k _о (at normal temperature). The scaling of the compensating change in the division coefficient in accordance with the foregoing is carried out by changing the interval and the preset code M ₁ .

Поскольку формирователь 22 интервала τ связан с генератором 12, то все сигналы в устройстве оказываются синхронизированными и сброс счетчика 26 и регистра 27 можно осуществлять сигналами, идущими на счетчик 17 и регистр 18. Since the shaper 22 of the interval τ is connected with the generator 12, all the signals in the device turn out to be synchronized, and the reset of the counter 26 and the register 27 can be carried out by the signals going to the counter 17 and the register 18.

В качестве термочувствительного элемента может быть использован полупроводниковый терморезистор или специальный кварцевый резонатор. A semiconductor thermistor or a special quartz resonator can be used as a thermosensitive element.

Claims

1. ELECTRONIC POWER TRANSFER FOR WEIGHTS, containing a platform mounted on a lever, on the upper and lower surfaces of which there are quartz resonators included in the frequency-setting circuits of the measuring quartz resonators, the outputs of which are connected to a mixer, the output of which is connected through the pulse former to the inputs of two keys, the control inputs of which are connected to the outputs of the pulse distributor, the input of which is connected to the output of the clock generator, and the third output with the first input of the trigger, the second in the path of which through a normally open button is connected to the power bus, and the trigger output and the fourth output of the pulse distributor to the valve, the output of which is connected to the installation input at “0” of the preset counter, key outputs, inputs of the second counter are connected to the counting inputs of this and second counters connected to the outputs of the preset counter, the outputs through the register with a decoder associated with the indicator, and the installation inputs of this counter and register are connected respectively to the fifth and sixth outputs a pulse distributor, while the outputs of the damping block of insignificant digits are connected to the outputs of the decoder, the input of which is connected to the second input of the trigger and the indicator resolution input, characterized in that a controlled frequency divider, a time interval shaper, a third key, a generator with a heat-sensitive element are introduced into it, a third counter and a second register, and a controlled frequency divider is installed between the input of the pulse distributor and the output of the clock generator, which is connected with the interval shaper time, the output of which is connected to the control input of the third key, the generator with the heat-sensitive element through the third key is connected to the third counter, the output of which is connected to the second register, the outputs of which are connected to the inputs of the controlled frequency divider, and the installation inputs of the third counter and second register are connected respectively to fifth and sixth outputs of the pulse distributor.

2. The Converter according to claim 1, characterized in that as a heat-sensitive element using a semiconductor thermistor or a quartz resonator.