SU1578497A1 - Весоизмерительное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  создани  эталонных и образцовых весов. Цель изобретени  - повышение точности взвешивани . Весоизмерительное устройство содержит чувствительный элемент с датчиком некомпенсации 1, компенсирующую катушку 2, подключенную через ключ 5 к двум разнопол рным генераторам тока 3 и 4, таймер 6, выход которого подключен к управл ющему входу ключа 5, а тактовый вход - к выходу генератора 7, блок индикации 8 и блок обработки сигнала некомпенсации 9, состо щий из аналого-цифрового преобразовател  10, входом св занного с выходом датчика некомпенсации 1, а выходом - с первыми суммирующими входами сумматоров 11, 12 и 13 и с входом регистра сдвига 14. Выход регистра сдвига 14 непосредственно св зан с двум  вычитающими, а через регистр сдвига 15 - с вторым суммирующим входом сумматора 11, третий суммирующий вход которого через регистр хранени  16 соединен с собственным выходом и вторым суммирующим входом сумматора 12. Выход сумматора 12 подключен к управл ющему входу таймера 6, а третий суммирующий вход св зан с входом блока индикации 8 и выходом реверсивного счетчика 18, пр мой и реверсивный входы которого подсоединены соответственно к выходам переполнени  и заема сумматора 13. Регистр хранени  17 св зан выходом с вторым суммирующим входом сумматора 13, а его вход подключен к выходу этого же сумматора. 2 ил.

Description

3157

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  создани  образцовых средств измерени  массы.

Цель изобретени  - повышение точности взвешивани .

На фиг. 1 приведена функциональна  схема устройства; на фкг. 2 - временна  диаграмма, по сн юща  работу устройства.

Цифровое весоизмерительное устройство (фиг.1) содержит чувствительный элемент с датчиком J некомпенсации , компенсирующую катушку 2, два разнопол рных генератора 3 и 4 тока, ключ 5, таймер 6, генератор 7, блок 8 индикации, блок 9 обработки сигнала некомпенсации, состо щий из аналого- цифрового преобразовател  (АЦП) 10, трех сумматоров 13-13, двух регистров 14 и 15 сдвига, двух регистров 16 и 17 хранени  и реверсивного счетчика 18

Вход АЦП 3 0 подключен к выходу датчика 1 некомпенсации чувствительного элемента, а выход - к первым суммирующим входам сумматоров 11, 12 и 13, а также к входу первого регистра 14 сдвига, выход которого соединен непосредственно с двум  вычитающими входами, а через регистр сдвига 15 - с вторым суммирующим входом сумматора 11, третий суммирующий вход которого через регистр 16 хранени  св зан с собственным выходом и вторым суммирующим входом сумматора 12, выходом подключенного к входу управлени  таймера 6, тактовый вход которого св зан с выходом генератора 7, а выход - с управл ющим входом ключа 5, два аналоговых входа которого подсоединены к выходам генераторов 3 и 4 тока, а выход подключен к компенсирующей катушке 2. Третий суммирующий вход сумматора 12 соединен с входом блока 8 индикации и выходом реверсивного счетчика 18, пр мой и реверсив- ный входы которого св заны соответственно с выходами переполнени  и за- ема сумматора 13, второй суммирующий вход .которого через регистр 17 хранени  подключен к его собственному выходу .

Устройство работает следующим образом .

При уравновешенных весах сигнал рассогласовани  (X) на выходе датчика 1 некомпенсации не содержит посто нной составл ющей, а включает в се

0

5

n .

;5 ,

0

5

0

5

б  только высокочастотные шумы датчика и низкочастотные колебани , обусловленные вибрационными помехами, При нагружении весов измер емым грузом механическа  система весов перемещаетс  и на выходе датчика некомпенсации по вл етс  посто нное смещение сигнала рассогласовани  (врем  to - ty на фиг.2). Сигнал рассогласовани  поступает на блок 9 обработки сигнала некомпенсации, который преобразует аналоговый сигнал некомпенсации в цифровой код с помощью АЦП 10 и вырабатывает два выходных цифровых сигнала. Первый из них - сигнал управлени , используемый дл  Формировани  тока в катушке компенсации, обеспечивающего уравновешивание груза, второй - сигнал регистрации, используемый дл  отображени  измер емого веса блоком 8 индикации. Сигнал управлени  поступает на вход предварительной установки счета таймера 6, на тактовый вход которого поступают высокочастотные импульсы с выхода генератора 7, с частотой на несколько пор дков выше частоты опроса АЦП 10. Таймер 6 коммутирует разнопол р- ные генераторы тока 3 и 4 с помощью ключа 5, Формирующего в компенсирующей катушке 2 двухпол рные импульсы тока (I,, Ig на фиг.2г), период которых Тг равен периоду импульсов опроса АЦП 10, а скважность (и, следовательно , величина посто нной составл ющей тока компенсации) пропорциональна значению сигнала управлени . Мощность (активна ), выдел ема  в катушке, не зависит от скважности , а определ етс  только разностью и стабильностью значений тока, которые при различных значени х массы взвешиваемого груза  вл ютс  посто нными . Таким образом, температура в магнитной системе не зависит от измер емого веса и тем самым достигаетс  высока  температурна  стабильность .

Блок 9 обработки сигнала некомпенсации формирует сигнал управлени , равный сумме трех величин: сигнала, пропорционального величине сигнала рассогласовани  (X) и обеспечивающего электрическую компенсацию измер емого веса,- сигнала, пропорционального скорости изменени  низкочастотных (вибрационных) помех (D), обеспечивающего уменьшение вли ни  их на

10

раскачку мехнической части вессв (электрическое демпфирование), сигнала , псшучамемого путем накоплени  усредненной ошибки рассогласовани  (Q), обеспечивающего минимизацию ста3 тической ошибки управлени . Сигнал Q  вл етс  одновременно сигналом регистрации веса, так как его величина пропорциональна измер емому весу и при его формировании обеспечиваетс  фильтраци  остаточных вибрационных и высокочастотных помех.

Блок 9 обработки сигнала некомпенсации работает следующим образомСигнал рассогласовани  с выхода датчика 1 некомпенсации в дискретные моменты времени t; преобразуетс  АЦП 10 в параллельный код Xj . Сигнал, пропорциональный скорости изменени  низкочастотных помех в момент времени t

ка 9) в нем учитываетс  коррел ци  Функций SI и S1I. Обозначив за Si и SIl значени  сумм R момент времени tj.,| , можно записать:

SI SI + X; - XJ-M

(2)

SII SII + - Xj-sw Тогда с учетом (I) и (2) D| D;.+ Xj + ,i -2 Xj-, (3) Вычисление выражени  (З) осущест}j может быть определен как 5}.

2M-I

(фиг.2а,б). Dj SI - SII где

м-i

,п, CD

п-.О П-W

SI - сумма N последних

отсчетов , SII - сумма N обсчетов X, предшествующих отсчетам суммы SI.

Использование суммарных значений X обеспечивает подавление высокочастотных шумов, которое увеличиваетс  с увеличением N, однако при этом увеличиваетс  и врем  усреднени , котовл етс  в блоке 9 с помощью двух сдви15 говых регистров 14 и 15 с величиной сдвига, равной N, регистра 16 хранени , запоминающего значение сигнала D к предшествующем такте, и сумматора 1 1 .

20 Таким образом, за один такт работы осуществл етс  формирование сигнала DJ, пропорционального скорости изменени  низкочастотных помех.

Формирование сигнала Q , пропорци25 опального весу взвешиваемого груза (Фиг.2в), осуществл етс  путем суммировани  с учетом знака в сумматоре 13 величины X; со значением сигнала на выходе этого же сумматора

30 в предшествующем SIIIj.. В случае переполнени  сумматора 13 импульс с выхода переполнени  сумматора поступает на пр мой вход реверсивного счетчика 18. В случае заема импульс с выхода заема сумматора поступает на

рое должно быть меньше периода низ- реверсивный вход счетчика 18. Величи- кочастотных помех, Реально при часто- на сигнала на выходе сумматора 13 в

каждом такте работы блока 9 определ етс  знаком и величиной арифметите опроса АЦП 1-10 кГц N 10-30. Дл  высокоскоростного определени 

величины D; (за один такт работы бло- АП ческой суммы слагаемых |SIIIi +X : .

SIII-,

40

SIIIj., Xj при 0Ј5ЫГ,. + Xj Ј А(4)

SIII-j. + Xj-n при SIII; 4 + X, А, Формируетс  импульс переноса

A+(SIII; 4 + X;) при SIII ;. + Xj 0 формируетс  импульс заема .

3

15784976

ка 9) в нем учитываетс  коррел ци  Функций SI и S1I. Обозначив за Si и SIl значени  сумм R момент времени tj.,| , можно записать:

SI SI + X; - XJ-M

(2)

SII SII + - Xj-sw Тогда с учетом (I) и (2) D| D;.+ Xj + ,i -2 Xj-, (3) Вычисление выражени  (З) осуществл етс  в блоке 9 с помощью двух сдвиговых регистров 14 и 15 с величиной сдвига, равной N, регистра 16 хранени , запоминающего значение сигнала D к предшествующем такте, и сумматора 1 1 .

Таким образом, за один такт работы осуществл етс  формирование сигнала DJ, пропорционального скорости изменени  низкочастотных помех.

Формирование сигнала Q , пропорциопального весу взвешиваемого груза (Фиг.2в), осуществл етс  путем суммировани  с учетом знака в сумматоре 13 величины X; со значением сигнала на выходе этого же сумматора

в предшествующем SIIIj.. В случае переполнени  сумматора 13 импульс с выхода переполнени  сумматора поступает на пр мой вход реверсивного счетчика 18. В случае заема импульс с выхода заема сумматора поступает на

где А - максимальна  емкость сумматора .

Сигнал на выходе реверсивного счет- чика 18 определ етс  как

Q;., при 0Ј SIII-..ч +XJ А QJ QM + 1 при SIIIj4 + Xi A (5)

Q ,,4 - 1 при SIir,- + X; С 0

- - I

Из соотношений (4), (5) видно, что при наличии посто нного сигнала рассогласовани  одното знака (смещение датчика) происходит монотонное увеличение (уменьшение) сигнала Q, скорость которого возрастает с уве-, личением величины смещени . При частых изменени х знака X, обусловливаемых в первую очередь вли нием шумов, среднее значение содержимого сумматора 13, а соответственно, и величина 0, практически не мен етс .

Таким образом, достигаетс  фильтраци  низкочастотных и высокочастот- ных помех в сигнале регистрации. Увеличение емкости сумматора 13 (А)увеличивает степень Фильтрации шумов, однако, одновременно, уменьшает быстродействие. В реальных устройствах , при 8-разр дном АЦП емкость сумматора 13 выбираетс  А 2. Величина Q , используетс  и при Формировании сигнала управлени , обеспечива  исключение статистической ошибки сигнала управлени .

Изобретение позвол ет повысить точность взвешивани  за счет использовани  ускоренной цифровой обработки сигнала рассогласовани , что дает возможность осуществить электронное демпфирование системы компенсации веса с одновременной компенсацией вибрационных помех/ а также за счет введени  двухпол рного сигнала ком- пенсации с широтно-импульсной модул цией , что исключает зависимость выдел емой в компенсирующей катушке активной мощности от измер емого веса . При этом также значительно упро- щаетс  процесс настройки и поддержа- . ни  стабильности метрологических па- раметров в процессе эксплуатации за счет исключени  из состава устройства аналоговых узлов, требующих со- ответствующей подстройки, и выполнени  блока обработки сигнала некомпенсации целиком из цифровых узлов, не нуждающихс  ъ подобных операци х.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Весоизмерительное устройство, содержащее чувствительный элемент с датчиком некомпенсации, блок индикации и первый генератор тока, подклю

   0 5 0

   5

   0

   ченный к одному входу ключа, выход которого св зан с компенсационной катушкой силового уравновешивани  чувствительного элемента, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены таймер, второй генератор тока с пол рностью , противоположной первому, подключенный к другому входу ключа, управл ющий вход которого подсоединен к выходу таймера, генератор, выход которого подключен к тактовому входу таймера, три сумматора, два регистра сдвига, два регистра хранени , реверсивный счетчик и аналого- цифровой преобразователь, вход которого подсоединен к выходу датчика некомпенсации чувствительного элемента , а выход - к первым суммирующим входам сумматоров и входу первого регистра сдвига, выход которого св зан с двум  вычитающими входами первого сумматора и через второй регистр сдвига - с вторым суммирующим входом первого сумматора, третий суммирующий ь.чод которого через первый регистр хранени  подключен к выходу первого сумматора и второму суммирующему входу второго сумматора, выход которого соединен с входом управлени  таймера, а третий суммирующий вход - с входом блока индикации и выходом реверсивного счетчика, пр мой и реверсивный входы которого соединены соответственно с выходами переполнени  и заема третьего сумматора, второй суммирующий вход которого через второй регистр хранени  св зан с собственным выходом.

   -/