SU742719A1 - Электронные цифровые весы - Google Patents

Description

Изобретение относится к области весоизмерительной техники.

Известны электронные весы с электромагнитным уравновешиванием, содержащие чувствительный элемент в виде коромысла или квадрата, датчик отклонения чувствительного элемента и систему компенсации [ 11.

Такие весы имеют высокую точность, но большое время измерения и сложны в изготов- ₎₀ лении и наладке.

Известны также цифровые приборы, в которых использована единая астатическая система уравновешивания, исключающая необходимость применения специализированного цифро- ₎₅ вого прибора на выходе [2].

Наиболее близкими к предлагаемым по технической сущности являются весы, содержащие закрепленный на подвеске чувствительный элемент, связанный с преобразователем некомпен- 20 садим, подключенным к управляемым генераторам, выходы которых подключены к вычитателю частот, подсоединенному к реверсивному, счетчику с прямыми и инверсивными выхо2 .

дами, отсчетный прибор, компенсатор и преобразователь код-аналог [3].

Недостатком известного устройства является неудовлетворительная точность и надежность из-за наличия погрешности от нестабильности компенсатора, а также необходимость использования дополнительных средств для инверсии кода на отсчетном приборе.

Цель изобретения — повышение точности и надежности весов.

Для этого в весы введены сумматор и логическая цепь в виде двух схем совпадения, триггера, ключа и источника тока, причем входы логической цепи подсоединены к выходам рычитателя частот и к прямым и инверсным выходам реверсивного счетчика, а выход логической цепи соединен с одним из входов сумматора, второй вход которого подключен к выходу преобразователя код—аналог.

Кроме того, в описываемых весах преобразователь код—аналог выполнен в виде последовательно соединенных преобразователей кода в относительную длительность интервала в ре742719 мени и относительной длительности интервала времени в ток.

На чертеже представлена схема цифровых весов.

Цифровые весы содержат чувствительный элемент 1 с нагрузочной площадкой 2, на которую устанавливают объект 3 с измеряемой массой т_х, закрепленной на подвеске 4. Преобразователь 5 некомпенсации содержит неподвижные пластины 6 и подвижную пластину 7, жестко связанную- с чувствительным элементом 1, а компенсатор 8 содержит неподвижную часть 9, например магнитную систему, и подвижную часть, например катушку 10, закрепленную на чувствительном элементе 1. Кроме того, весы содержат управляемые генераторы 11 и 12, знакочувствительный вычитатель 13 частот с выходами 14 f’сложить”) и 15 (’’вычесть”), реверсивный счетчик 16 импульсов с прямыми выходами 17 (N) и инверсными выходами 18 (N), отсчетный прибор 19, преобразователь 20 код-аналог с выходом 21, состоящий из последовательно соединенных преобразователей 22 и 23 соответственно кода в относительную длительность интервала времени и относительной длительности интервала времени в ток, сумматор 24 с входами 25 и 26 и выходом 27 и логическую цепь 28 с входами 29, 30, 31 и 32 и выходом 33, состоящую из схем 34 и 35 совпадения, триггера 36, ’’отрицательного” источника 37 тока и ключа 38, причем входы 29 и 30 соответственно подсоединены к выходам 14 и 15 вычитателя 13 частот, входы 31 и 32 - к выходам 17 и 18 счетчика 16, выход 33 соединен с выходом 25 сумматора 24, а выход 21 преобразователя 20 код—аналог — с ί входом 26 сумматора 24. Кроме того, имеется регулируемый источник 39 тока, выход 40 которого соединен со входом 41 сумматора 24.

Электронные цифровые весы работают следующим образом.

В исходной позиции при отсутствии измеряемого объекта 3 на площадке 2 подвижная пластина 7, связанная с чувствительным элементом 1, находится в центральном положении, при этом управляемые генераторы 11 и 12 имеют одинаковые частоты Ц и f₂, а разность частот Af на выходах 14 и 15 вычитателя 13 частот равна нулю, Af = Ц — f j = 0.

Кодовая комбинация на прямых выходах 17 реверсивного счетчика 16 импульсов имеет вид ”0000” а показания отсчетного прибора 19 также равны нулю.

В случае необходимости для корректировки исходного положения чувствительного элемента 1 от регулируемого источника 39 тока через сумматор 24 в катушку 10 подается ток 1₀ начального тарирования.

В режиме измерения массы гп_х при установке объекта 3 на площадку 2 чувствительный элемент 1 вместе с подвижной пластиной 7 перемещается, генераторы 11 и 12 рассогласовываются и на выходах 14 и 15 вычитателя частот появляется сигнал разностной частоты Δί = f, - f₂.

Реверсивный счетчик 16 производит подсчет количества импульсов N разностной частоты, пришедших за время процесса уравновешивания (переходного процесса), и через прямой выход 17 управляет преобразователем 20 код—аналог, производя изменение относительной длительности интервала времени (при постоянной длительности тактовых импульсов, Т = const) и далее, регулируя среднюю величину 1 компенсационного тока I, ср подаваемого в виде импульсов тока одинаковой амплитуды (l_max = const), но различной относительной длительности, в катушку 10 компенсатора 8.

Компенсационный ток I создает уравновешивающее усилие F, возвращающее чувствительный элемент 1 в исходное положение. Процесс автоматического изменения величины I происходит до тех пор, пока на прямых выходах 17 счетчика 16 не наберется кодовая комбинация, пропорциональная измеряемой массе т_х объекта 3 (с погрешностью квантования реверсивного счетчика 16).

Отсчет измеряемой массы πι_χ вецется по отсчетному прибору 19, который калибруется в единицах массы.

После того, как было произведено уравно_: вешивание компенсационным током I разбаланса чувствительного элемента 1, последний возвращается в исходное состояние, а его подвижная пластина 7 занимает центральное положение.

При этом частоты Ц и f j генераторов 11 и 12 становятся одинаковыми, разность частот Δί на выходах 14 и 15 вычитателя 13 частот равна нулю, Δί = 0, и реверсивный счетчик 16 останавливается, запоминая набранную кодовую комбинацию, пропорциональную величине измеряемой массы т_х объекта 3. При измерении массы т_х (взвешивании) объекта 3 во время переходного процесса за счет наличия колебательных звеньев (чувствительный элемент 1 и подвеска 4 и т.д.) могут быть участки ’’перерегулирования”, .когда значение компенсирующей силы F больше значения измеряемой силы тяжести (веса) Р объекта 3, а при снятии измеряемого груза значение Ρ_χ—F может стать отрицательным. В эти моменты времени на схему 35 совпадения по входу 30 логической цепи 28 поступает сигнал ’’вычесть” ^выхода 15 вычитателя 13 частот и сигналы Ν, получаемые с инверсных выходов 18 реверсив742719 ного счетчика 16 по входу 31 логической цепи 28.

В этом случае схема 35 совпадения выдает сигнал на триггер 36, который с, помощью ключа 38 подключает ’’отрицательный” источник 37 _s тока (величиной - 2 для создания запаса регулирования), который через сумматор 24 поступает на катушку 10 компенсатора 8, изменяя направление тока в катушке 10, что позволяет отработать отрицательные значения силы, ю

Для отключения источника 37 тока, при получении обратного соотношения сил, на схему 34 совпадения по входу 29 логической цепи 28 подается сигнал ’’сложить”, с выхода 14 вычитателя 13 частот тока и разрешающие сигналы 115 N по входу 32 логической цепи 28 с прямых выходов 17 реверсивного счетчика 16. В этом случае схема 34 совпадения переключает триггер 36, который отключает ’’отрицательный” источник 37 тока, замыкая ключ 38 на землю. 20

Описанное выполнение электронных цифровых весов повышает их точность и надежность, так как уменьшается составляющая погрешность, обусловленная обратным преобразователем (преобразователем кода в ток) и повышается на- 75 нежность схемы за счет использования однополярного источника тока вместо двухполярного. В результате диапазон изменения тока опорного источника тока сужается, что ведет к возможности повышения точности такого опорного ис- 30 точника тока и весов в целом, особенно при измерении малых масс.

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к области весоизмерительной техники. Извест1 Ы электронные весы с электромагнитным уравновешиванием, содержащие чувствительный элемент в виде коромысла или ква рата, датчик отклонени  чувствительного элеме та и систему компенсации 1). Такие весы имеют высокую точность, но большое врем  измере1ш  и сложны в изготов лении и наладке. Известны также цифровые приборы, в которых использована едина  астатическа  система уравновешивани , исключающа  необходимость применени  специализированного цифрового прибора на выходе 2. Наиболее близкими к предлагаемым по тех нической сущности  вл ютс  весы, содержащие закрепленный на подвеске чувствительньп элемент , св занный с преобразователем некомпенсадим , подключенным к у травл емым генераторам , выходы которых подключены к вычитателю частот, подсоединенному к реверсивному , счетчику с пр мыми и инверсивными выхо цами, огсчетный прибор, компенсатор и преоб ()азователь код-аналог 3. Недостатком известного устройства  вл етс  неудовлетворительна  точность и надежность из-за наличи  погрещности от нестабильности компенсатора, а также необходимость использовани  дополнительных средств дл  инверсии кода на отсчетном приборе. Цель изобретени  - повышение точности и надежности весов. Дл  этого в весы введены сумматор и логическа  цепь в виде двух схем совпадени , триггера, ключа и источника тока, причем вхоцы лопиеской цепи подсоединены к выходам ычитател  частот и к пр мым и инверсным выходам реверсивного счетчика, а выход логической цепи соединен с одним из входов сумматора , второй вход которого подключен к ;выходу преобразовател  код-аналог. Кроме того, в описываемых весах преобразователь код-аналог выполнен в виде последовательно соединенных преобразователей кода в относительную длительность и 1тервала времели и относительной длительности интервала времени в ток. На чертеже представлена схема цифровых весов. Цифровые весы содержат чувствительный элемент 1 с нагрузочной площадкой 2, на которую устанавдшвают объект 3 с измер емой массой nrij, закреплениой на поДвеске 4. Преобразователь 5нёкомпенсации содержит неподвижные пластины 6 и подвижную пластину 7, жесжо св занную- с чувствительным элементом 1, а компенсатор 8 содержит неподвижную часть 9, например магнитную систему, и подвижную часть, например катушку 10, закрепленную на чувствительном элементе 1. Кро ме того, весы содержат управл емые генераторы 11 и 12, знакочувствительный вычйтатель 13 , частот с выходами 14 (сложить) и 15 (вы честь), реверсивный счетчик 16 импульсов с пр мыми выходами 17 (N) и инверсными выходами 18 (N), отсчетный прибор 19, преобразователь 20 код-аналог с выходом 21, состо щий из последовательно соединенных преобраз вателей 22 и 23 соответственно кода в относительную длительность интервала времени и относительной длительности интервала времени в ток, сумматор 24 с входами 25 и 26 и выходом 27 и логическую цепь 28 с входами 29, 30, 31 и 32 и выходом 33, состо щую из схем 34 и 35 совпадени , триггера 36, отрицательного источника 37 тока и ключа 38, причем входы 29 и 30 соответственно подсоединены к выходам 14 и 15 вычитател  13 частот, входы 31 и 32 - к выходам 17 и 18 счетчика 16 выход 33 соединен с выходом 25 cj MMaTopa 24 а выход 21 преобразовател  20 код-аиалог с I входом :, 26 сумматора 24. Кроме того, имеетс  регулируемый источник 39 тока, выход 40 которого соединен со входом 41 сумматора 24. Электронные цифровые весы работают следующим образом. В исходной позиции при отсутствии измерЯ емого объекта 3 на площадке 2 подвижна  пластина 7, св занна  с чувствительным элемен том 1, находитс  в центральном положении, при этом управл емые генераторы 11 и 12 имеют одинаковые частоты fi и fj, а разность частот Af на выходах 14 и 15 вычитател  13 частот равна нулю, Af fi - fj 0. Кодова  комбинаци  на пр мых выходах 17 реверсивного счетчика 16 импульсов имеет вид 0000 , а показани  отсчетиого прибора 19 также равны нулю. В случае необходимости дл  корректировки исходного положе ш  чувствительного элемента от регулируемого источника 39 тока через сум матор 24 в катушку 10 подаетс  ток IQ началь ного тарировани . В режиме измерени  массы т при установке объекта 3 на площадку 2 чувствительный элемент 1 вместе с подвижной пластиной 7 перемещаетс , генераторы 11 и 12 рассогласовываютс  и на выходах 14 и 15 вычитател  частот по вл етс  сигнал разностной частоты Af fj - fj. Реверсивный счетчик 16 производит подсчет количества импульсов N разностной частоты , пришедших за врем  процесса уравновешивани  (переходного процесса), и через пр мой выход 17 управл ет преобразователем 20-код-аналог, производ  изменение относительной длительности интервала времени (при посто нной длительности тактовых импульсов , Т const) и далее, регулиру  среднюю величину i компенсационного тока 1, подаваемого в виде импульсов тока одинаковой амплитуды - const), но различной относительной длительности, в катушку Ш компенсатора 8. Компенсационный ток I создает уравновешивающее усилие F, возвращающее чувствительный элемент 1 в исходное положение. Процесс автоматического изменени  величины I происходит до тех пор, пока на пр мых выходах 17 счетчика 16 не наберетс  кодова  комбинаци , пропорциональна  измер емой массе т объекта 3 (с погрешностью квантовани  реверсивного счетчика 16). Отсчет измер емой массы т ведетс  по отсчетному прибору 19, который кадшбруетс  в единицах массы. После того, как было произведено уравновешивание компенсационным током I разбаланса чувствительного элемента 1, последний возвращаетс  в исходное состо ние, а его подвижна  пластина 7 занимает центральное положение. При зтом частоты fi и f j генераторов 11 и 12 станов тс  одинаковыми, разность частот Af на выходах 14 и 15 вьиитател  13 частот равна нулю, Af О, и реверсивный счетчик 16 останавливаетс , запомина  набранную кодовую комбинацию, пропорциональную величине измер емой массы т объекта 3. При измерении массы rrij (взвещивании) объекта 3 во врем  переходного процесса за счет наличи  колебательных звеньев (чувствительный элемент 1 и подвеска 4 и т.д.) могут-быть участки перерегулировани , .когда значение компенсирующей силы f больше значени  измер емой с пы т жвст  (веса) Р объекта 3, а при сн тии измер емого груза значение Р,-F может стать отрицательным. В эти моменты времени на схему 35 совпадени  по входу 30 логической цепи 28 поступает сигнал вычесть выхода 15 вычитател  13 частот и сигналы N, получаемые с инверсных выходов 18 реверсивного счетчика 16 по входу 31 логической цени 28. В этом случае схема 35 совпадени  выдает сигнал на триггер 36, который с,помощью клю ча 38 подключает отрицательный источник 37 тока (величиной - 2 дл  создани  запаса регулировани ), который через сумматор 24 поступает иа катушку 10 компенсатора 8, измен   направление тока в катушке 10, что позвол ет отработать отрицательные значени  силы. Дл  отключени  источника 37 тока, при получении обратного соотношени  сил, на схему 34 совпадени  по входу 29 логической цепи 28 подаетс  сигнал сложить, с выхода 14 вычитател  13 частот тока и разрешающие сигналы N по входу 32 логической цепи 28 с пр мых выходов 17 реверсивного счетчика 16. В этом слу чае схема 3.4 совпадени  переключает триггер 3 который отключает отрицательный источник 3 тока, замыка  ключ 38 на землю. Описанное выполнение электронных цифровых весов повышает их точность и надежность, так как умеш11иаетс  составл юща  погрешность обусловленна  обратным преобразователем (пре образователем кода в ток) и повышаетс  надежность схемы за счет использовани  однопол рного источника тока вместо двухпол рного. В результате диапазон изменени  тока опорного источника тока сужаетс , что ведет к возможности повышени  точности такого опорного источника тока и весов в целом, особенно прн измерении малых масс. Формула изобретени  1. Электронные цифровые весы, содержащие закрепленный на подвеске чувствительный 7 4 элемент, св занный с преобразователем некомпенсации , подключенным к управл емым генераторам , выходы которых подключены к вычитателю частот, подсоединенному к реверсивному счетчику с пр мыми к инверсивными выходами , отсчетный прибор, компенсатор и преобразователь код-аналог, отличающиес  тем, что, с целью повышени  точности и надежности, в них введены сумматор и логическа  цепь в виде двух схем совпадени , триггера, ключа и источника тока,.причем входы логической цепи подключены к выходам вычитател  частот и к пр мым и инверсным выходам реверсивного счетчика, а выход логической цепи соединен с одним из входов сумматора , вторст вход которюго подключен к выходу преобразовател  код-аналог. 2. Весы по п. 1, отличающиес  тем, что преобразователь код-аналог выполнен в виде последовательно соединенных прюобразователей кода в относительную длительность интервала времени и относительной длительности интервала времени в ток. Источники информаци , прин тые во внимание при экспертизе 1.Сарахов И. А. Весы в физико-химических исследовани х. М., Наука, 1968, с. 53-72.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 186560, кл. G 01 R 36/01, 1964.
3. 3.Кнорринг В. Г. и др. Новый метод построени  цифрювых компенсационных приборов дл  измерени  механических величин. Сб . Цифровые измерительные и управл ющие ус1ройства Труды Ленинградского политехнического ин.ститута им. М. И. Калинина. Л., 1%5, N 256, с. 3-9 (прототип).

   f

   Sr

   S3, /СЛ M

   30

    а «lu-u -j .«stsa

   3§ Ы ЙЗ

   --.J