RU2308678C1

RU2308678C1 - Method and device for weighing with lever balance

Info

Publication number: RU2308678C1
Application number: RU2006115823/28A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Лосев (RU); Анатолий Васильевич Лосев; Иван Анатольевич Терентьев (RU); Иван Анатольевич Терентьев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ЭТАЛОН ВЕСПРОМ"
Priority date: 2006-05-06
Filing date: 2006-05-06
Publication date: 2007-10-20

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: method comprises measuring parameters of lever motion and converting them into a digital code. The weight is measured in the self-oscillation regime. The device comprises double-arm lever with load-lifting member mounted at the ends of one of the arms and connected with the end of the other arm provided with the counterweight and movement pickup secured to the base, and microprocessor unit with digital indication.

EFFECT: enhanced precision and simplified design.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретения относятся к измерительной технике, а именно к способам взвешивания грузов большой массы, преимущественно при аттестации гирь большой массы.The invention relates to measuring equipment, and in particular to methods of weighing loads of large mass, mainly in the certification of weights of large mass.

Известен способ взвешивания грузов, в котором процесс измерения веса ведут после устранения колебаний системы. Для ускорения процесса затухания колебаний используют демпфирование [1].A known method of weighing goods, in which the process of measuring weight is carried out after eliminating fluctuations in the system. To accelerate the process of damping oscillations, damping is used [1].

Недостатком способа является недостаточная точность и длительность процесса измерения.The disadvantage of this method is the lack of accuracy and duration of the measurement process.

Известно весоизмерительное устройство, содержащее грузоприемный механизм с гидродемпфером, датчик веса, блок установки нуля, вторичный измеритель [1].Known weighing device containing a load-receiving mechanism with a hydraulic damper, a weight sensor, a zero setting unit, a secondary meter [1].

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, длительность процесса измерения, низкая точность.The disadvantages of the known device are the design complexity, the duration of the measurement process, low accuracy.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ взвешивания грузов на рычажных весах, а именно весах, содержащих двуплечий рычаг - коромысло [2]. В данном способе, как и в указанном выше аналоге, вес груза измеряют после гашения колебаний рычажной системы. Датчиком перемещений фиксируют колебания двуплечего рычага и преобразуют их в цифровой код. Для ускорения затухания колебаний рычага применяют демпфирование. При больших колебаниях рычага колебания гасят с помощью фрикционного элемента. После снижения скорости колебаний ниже установленной фрикционный механизм отключают и доуспокоение системы ведут с помощью пневмоцилиндра. Измерение веса ведут при полном отсутствии колебаний двуплечего рычага.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed is a method of weighing goods on a lever scale, namely, scales containing a two-arm lever - rocker [2]. In this method, as in the above analogue, the weight of the load is measured after damping the vibrations of the linkage system. The displacement sensor records the vibrations of the two shoulders of the lever and converts them into a digital code. To accelerate the damping of the oscillations of the lever, damping is used. With large vibrations of the lever, the vibrations are damped using a friction element. After reducing the oscillation speed below the established friction mechanism, they are turned off and the system is reassured using a pneumatic cylinder. Weight measurement is carried out in the complete absence of oscillations of the two shoulders of the lever.

Недостатком данного способа являются низкая точность, длительность процесса измерения.The disadvantage of this method is the low accuracy, the duration of the measurement process.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является весоизмерительное устройство, содержащее установленный на основании на призматической опоре двуплечий рычаг [2]. На конце одного плеча рычага установлен грузоприемный элемент, конец другого плеча связан с противовесом и датчиком перемещений, закрепленным на основании. В устройстве имеется демпфер в виде цилиндра, шток поршня которого соединен с фрикционным элементом и закреплен на двуплечем рычаге (коромысле). Ось цилиндра и штока проходит по дуге с центром в опоре двуплечего рычага. Датчик перемещения связан с цифровым преобразователем. Управляющее устройство по сигналам датчика перемещений подключает фрикционный элемент при больших скоростях противовеса. При уменьшении скорости движения противовеса до величины, меньше заданной, гашение колебаний двуплечего рычага происходит путем перемещения штока с поршнем в изогнутом корпусе цилиндра.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed one is a weight measuring device containing a two-arm lever mounted on the basis of a prismatic support [2]. A load-receiving element is installed at the end of one arm of the lever, the end of the other arm is connected with a counterweight and a displacement sensor fixed to the base. The device has a damper in the form of a cylinder, the piston rod of which is connected to the friction element and is mounted on a two-arm lever (rocker). The axis of the cylinder and the rod passes along an arc centered in the support of the two shoulders of the lever. The motion sensor is connected to a digital converter. Based on the signals from the displacement sensor, the control device connects the friction element at high counterweight speeds. When the counterbalance speed decreases to a value less than a predetermined one, the two-shoulder lever damping occurs by moving the rod with the piston in a bent cylinder body.

Недостатками наиболее близкого устройства являются сложность конструкции, длительность процесса измерения, низкая точность.The disadvantages of the closest device are the design complexity, the duration of the measurement process, low accuracy.

Задачей предлагаемых изобретений является повышение чувствительности, упрощение конструкции и повышение быстродействия.The objective of the invention is to increase the sensitivity, simplify the design and increase speed.

Поставленная задача в предлагаемом способе достигается тем, что в способе взвешивания грузов на рычажных весах, в котором датчиком перемещений измеряют параметры движения рычага и преобразуют их в цифровой код, согласно изобретению вес груза измеряют в режиме слабозатухающих автоколебаний, для этого измеряют по крайней мере три любые последовательные экстремальные отклонения рычага, а вес груза определяют как среднее составляющее.The task in the proposed method is achieved by the fact that in the method of weighing goods on a lever scale, in which the motion parameters of the lever are measured by a displacement sensor and converted into a digital code, according to the invention, the weight of the load is measured in the mode of weakly damped self-oscillations, for this measure at least three any consecutive extreme deviations of the lever, and the weight of the load is determined as the average component.

То, что вес измеряют в режиме слабозатухающих автоколебаний, приводит к тому, что не требуется ждать, пока затухнут колебания, и нет необходимости применять демпфирование системы, что ускоряет процесс измерения, упрощает его. Процесс измерения исключает погрешность, вносимую в измерение вследствие сухого трения в опоре рычага, что повышает его чувствительность (точность).The fact that the weight is measured in the mode of weakly damped self-oscillations leads to the fact that it is not necessary to wait until the oscillations are damped, and there is no need to apply damping of the system, which accelerates the measurement process and simplifies it. The measurement process eliminates the error introduced into the measurement due to dry friction in the lever support, which increases its sensitivity (accuracy).

Поставленная задача в предлагаемом устройстве достигается тем, что в устройстве, содержащем установленный на основании на опорной призме двуплечий рычаг с грузоприемным элементом на конце одного плеча и связанный концом другого плеча с противовесом и датчиком перемещений, укрепленным на основании, микропроцессорное устройство с цифровым индикатором, согласно изобретению оно снабжено определителем экстремумов, соединенным последовательно с блоком памяти и вычислительным устройством.The task in the proposed device is achieved by the fact that in the device containing a two-arm lever mounted on the base of the prism base with a load-receiving element at the end of one shoulder and connected by the end of the other shoulder with a counterweight and a displacement sensor mounted on the base, a microprocessor device with a digital indicator, according to The invention is equipped with an extremum determinant connected in series with a memory unit and a computing device.

То, что весоизмерительное устройство снабжено определителем экстремумов, соединенным последовательно с блоком памяти и вычислительным устройством, позволит измерять вес грузов в режиме слабозатухающих автоколебаний, не дожидаясь успокоения двуплечего рычага, что ускорит процесс измерения веса груза.The fact that the weighing device is equipped with an extremum determiner connected in series with the memory unit and the computing device will allow measuring the weight of the loads in the mode of weakly damped self-oscillations, without waiting for the two shoulders to calm down, which will accelerate the process of measuring the weight of the load.

Это позволит также исключить сложное демпфирующее устройство с цилиндром, фрикционным элементом и многочисленными кинематическими связями этих элементов между собой и двуплечим рычагом (коромыслом). Это значительно упростит конструкцию устройства.This will also allow to exclude a complex damping device with a cylinder, a friction element and numerous kinematic connections between these elements and a two-arm lever (rocker). This will greatly simplify the design of the device.

Помимо этого, в предлагаемом устройстве исключается действие сухого трения в призматической опоре, что повысит чувствительность (точность) устройства.In addition, the proposed device excludes the action of dry friction in the prismatic support, which will increase the sensitivity (accuracy) of the device.

Предлагаемые способ взвешивания грузов на рычажных весах и весоизмерительное устройство проиллюстрированы на фиг.1-3, где на фиг.1 показан график колебательного движения двуплечего рычага, на фиг.2 - принципиальная схема предлагаемого устройства, на фиг.3 - принципиальная схема микропроцессорного устройства.The proposed method of weighing goods on a lever scale and a weighing device are illustrated in figures 1-3, where figure 1 shows a graph of the oscillatory motion of a two shoulders lever, figure 2 is a schematic diagram of the proposed device, figure 3 is a schematic diagram of a microprocessor device.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

После установки груза на конец одного плеча двуплечего рычага и начала слабозатухающих колебаний его вокруг опоры с помощью датчика перемещений измеряют эти перемещения и преобразуют в цифровой код. Далее определяют все экстремумы (max, min) и заносят их в блок памяти. На основании трех последовательных экстремумов, например трех последних, вычисляют среднюю составляющую по формуле:After installing the load on the end of one shoulder of the two shoulders of the lever and the beginning of weakly damped vibrations around the support using the displacement sensor, these movements are measured and converted into a digital code. Then, all extrema (max, min) are determined and entered into the memory block. Based on three consecutive extrema, for example, the last three, the average component is calculated by the formula:

где U_i - цифровой код, соответствующий экстремальному перемещению рычага в i-м колебании.where U _i is the digital code corresponding to the extreme movement of the lever in the i-th oscillation.

Весоизмерительное устройство содержит установленный на основании 1 на призматической опоре 2 двуплечий рычаг (коромысло) 3. На конце одного плеча рычага 3 смонтирован грузоприемный элемент 4, конец другого плеча связан с противовесом 5 и датчиком 6 перемещений, укрепленным на основании 2. Выход датчика 6 подключен к микропроцессорному устройству 7. Микропроцессорное устройство 7 состоит из генератора 8 переменного тока повышенной частоты, подключенного к первичной обмотке датчика 6 перемещений, вторичные обмотки датчика 6 перемещений подключены к выходу усилителя выпрямителя 9. К выходу усилителя выпрямителя 9 подключен аналого-цифровой преобразователь 10, выход которого соединен с определителем 11 экстремумов. Выход определителя 11 экстремумов соединен с блоком 12 памяти, к выходу которого подключено вычислительное устройство 13, выход которого соединен с индикатором 14 микропроцессорного устройства 7.The weighing device contains a two-arm lever (rocker) mounted on the base 1 on the prismatic support 2. 3. A load-receiving element 4 is mounted on the end of one arm of the lever 3, the end of the other arm is connected to the counterweight 5 and the displacement sensor 6, mounted on the base 2. The output of the sensor 6 is connected to the microprocessor device 7. The microprocessor device 7 consists of an alternating current generator 8 of an increased frequency connected to the primary winding of the displacement sensor 6, the secondary windings of the displacement sensor 6 is connected They are connected to the output of the amplifier of the rectifier 9. To the output of the amplifier of the rectifier 9 is connected an analog-to-digital converter 10, the output of which is connected to the determinant 11 of the extrema. The output of the extrema determinant 11 is connected to the memory unit 12, to the output of which a computing device 13 is connected, the output of which is connected to the indicator 14 of the microprocessor device 7.

Весоизмерительное устройство работает следующим образом.Weighting device operates as follows.

При наложении взвешиваемого груза на грузоприемный элемент 4 поворачивается двуплечий рычаг 3 с противовесом 5 вокруг призматической опоры 2. Далее из-за малого трения в опоре 2 двуплечий рычаг 3 совершает слабозатухающие автоколебания вокруг точки равновесия, определяемой разностью взвешиваемого груза и противовеса. При перемещении противовеса 5 в любую сторону от среднего положения на катушках вторичной обмотки закрепленного на основании 1 датчика 6 перемещений, подключенного к генератору 8, возникает разностная ЭДС, величина которой прямо пропорциональна величине смещения противовеса 5. Напряжение, пропорциональное величине перемещения противовеса 5, усиливается и выпрямляется усилителем - выпрямителем 9. Этот сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь 10, где он преобразуется в цифровой код. Далее определителем 11 экстремумов последовательно определяют все экстремумы (max, min), которые заносятся в блок 12 памяти. На основании по крайней мере трех любых последовательных экстремумов вычислительное устройство 13 определяет среднее составляющее значение, которое далее отображается на цифровом индикаторе 14 микропроцессорного устройства.When applying the weighed load to the load-bearing element 4, the two-arm lever 3 with the counterweight 5 rotates around the prismatic support 2. Then, due to the small friction in the support 2, the two-arm lever 3 makes weakly attenuated self-oscillations around the equilibrium point, determined by the difference between the weighed load and the counterweight. When the counterweight 5 is moved to any side from the middle position on the secondary winding coils of the displacement sensor 6 fixed to the base 1 and connected to the generator 8, a differential emf arises, the magnitude of which is directly proportional to the displacement of the counterweight 5. The voltage proportional to the displacement of the counterweight 5 is amplified and rectified by an amplifier - rectifier 9. This signal is fed to an analog-to-digital Converter 10, where it is converted into a digital code. Next, the determinant 11 extrema sequentially determine all extrema (max, min), which are entered in the block 12 of the memory. Based on at least three of any successive extrema, the computing device 13 determines the average component value, which is then displayed on the digital indicator 14 of the microprocessor device.

Разработан опытный образец предлагаемого устройства, предназначенный для аттестации гирь массой 2 т. Устройство реализовано на контроллере серии ICP DAS, выполняющем функцию определения экстремумов, их запоминания, вычисления значения веса и отображения на индикаторе. На данном устройстве опробован заявляемый способ. Период измерения веса составил ~15 с, время успокоения системы ~20 мин, чувствительность ±4 г.A prototype of the proposed device is designed for certification of weights weighing 2 tons. The device is implemented on the controller of the ICP DAS series, which performs the function of determining extrema, storing them, calculating the weight value and displaying on the indicator. The claimed method has been tested on this device. The weight measurement period was ~ 15 s, the calm time of the system was ~ 20 min, the sensitivity was ± 4 g.

Предлагаемые способ и весоизмерительное устройство найдут применение в измерительной технике для аттестации гирь большой массы.The proposed method and weight measuring device will find application in measuring technique for certification of masses of large mass.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР № 501976, Весоизмерительное устройство, МКИ С01G 23/10 от 11.01.74.1. USSR author's certificate No. 501976, Weight measuring device, MKI C01G 23/10 of January 11, 74.

2. Авторское свидетельство СССР № 1631304, Весоизмерительное устройство, МКИ5 G01G 7/00 от 28.02.91.2. USSR author's certificate No. 1631304, Weight measuring device, MKI5 G01G 7/00 of 02.28.91.

Claims

1. A method of weighing goods on a lever scale, in which the movement parameters of the lever are measured by a displacement sensor, converted into a digital code, characterized in that the weight of the load is measured in the mode of weakly damped self-oscillations, for this measure at least three any consecutive extreme lever movements, and the weight of the cargo is determined as the average component.

2. A weight measuring device comprising a two-arm lever mounted on a base on a prismatic support with a load element at the end of one shoulder and connected by the end of the other shoulder with a counterweight and a displacement sensor mounted on the base, a microprocessor device with a digital indicator, characterized in that it is equipped with an extreme indicator connected in series with a memory unit and a computing device.