SU943533A1 - Электронные цифровые весы - Google Patents

Description

(54) ЭЛЕКТРОННЫЕ ЦИФРОВЫЕ ВЕСЫ

Изобретение относитс  к весоизмерительной технике.

Известны весы с зрлектромагнитной системой компенсации отклонени , содержащие упругий элемент с уравновешивающей катушкой, подключенно.й к схеме, вырабатывающей компенсационный ток 1.

Эти весы не обеспечивают требуемую точность.

Ближайшими ft изобретению по технической сущности  вл ютс  электронные цифровые весы, содержащие независимо подвешенные эталонную и нагрузочную подвижные системы с компенсационными катушками, наход щимис  в воздушном зазоре магнитной системы, соединенные последовательно датчик положени , регул тор тока, компенсационную катушку эталонной подвижной системы , буфер и первый вход электронного ключа, соединенные между собой датчик положени  и регул тор тока нагрузочной подвижной системы, генератор , соединенный через делитель частоты с широтно-импульсным модул тором и первым входом преобразовател  частоты в код, и вентиль, один вход которого соединен с генератором, другой йход - с вторым входом электронного ключа и выходом широтно-импульсного модул тора, а выход вентил  подключен к второму входу преобразовател  частоты в код (2.

Недостаток известного устройства заключаетс  в неудовлетворительной точности, котора  определ етс  наличием пульсации выходного тока из-за пульсации напр жени  на выходе буфе10 ра, вызванной работой э.пектронного ключа, подключающего попеременно выход буфера к компенсационной катушке и вспомогательной нагрузке.

Цель изобретени  - повышение точ15 ности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в весы введен интегратор тока, вход которого соединен с выходом электронного ключа и вторым

20 выводом компенсационной катушки нагрузочной подвижной системы, а выход интегратора тока соединен с управл ющим входом широтно-импульсного модул тора .

25

Кроме того, электронный ключ выполнен в виде двух диодов, одноименные электроды которых соединены между собой и с выходом буфера, второй электрод первого диода соединен

30 с выходом широтно-импульсного модул тора и входом вентил , второй элек трод второго диода соединен со вторым выводом компенсационной катушки подвижной системы и входом интегратора тока. Сущность решени  заключаетс , в том, что широтно-импульсный модул тор , благодар низкому входному сопротивлению по переменному току интегратора тока (в качестве которого может использоватьс , например, конденсатор ) , обеспечивает посто нство напр жени  иа выходе электронного ключа во всех режимах работы весов. Это исключает погрешность нелинейнос ти весов из-за пульсаций напр жени  на буфере и необходимость конденсатора большой .емкости, включенного параллельно компенсационной катушке нагрузочной подвижной системы. Кроме того, с целью упрощени  конструкции и сокращени  .количества оборудовани , может быть введен источник опорного тока соединенный со входом буфера. На фиг. 1 представлена блок-схема электронных цифровых весов; на фиг, схема интегратора тока и электронного ключа; на фиг. 3 - схема подключени  источника опорного тока. Электронные цифровые весы содер .жат (фиг. 1) нагрузочн то подвижную систему 1 с компенсационной катушкой 2, эталонную подвижную систему 3 с компенсационной катушкой 4, магнитную систему 5, датчик положени  6 и регул тор тока 7 нагрузочной подвижной системы, датчик положени  8 и регул тор тока 9 эталонной подвижной системы, буфер 10, электронный ключ 11, интегратор тока 12, генератор 13, делитель частоты 14, широтно импульсный модул тор 15, вентиль 16 преобразователь 17 частоты в цифровой код, состо щий из реверсивного счетчика 18, делител  частоты 19 регистра тары 20, регистра- результата 21, дектора нул  22, индикатора 23 кнопки Электронный ключ 11 (фиг. 2) содержит два диода 25 и 26, интегратор тока 12 .содержит операционный усилитель 27, конденсатор 28, источник смещени  29. Весы работают следующим образом. При наложении груза на грузоприемную чашку нагрузочной подвижной системы 1, последн   отклон етс  от исходного положени . Датчик 6 вырабатывает сигнал разбаланса, поступак)щий на вход регул тора тока 7. Регул тор 7 измен ет ток, протекающий через катушку 2. Сила электромагнитного взаимодействи  тока в катушке 2 с магнитным полем в воздушном зазоре магнитной системы 5 измен етс  таким образом, что возвращает подвижную систему 1 в исходное положение. После окончани  переходного процесса система 1 находитс  в исходном положении , а ток, протекающий через катушку 2, пропорционален массе измер емого груза и индукции в зазоре системы 5. .Аналогично контуру нагрузочной подвижной системы работает эталонный контур, состо щий из подвижной системы 3 с катушкой 4, датчика положени  8 и регул тора 9. Система 3 аналогично системе 1 находитс  в одном положении. Ток, протекающий 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 пропорционально измер емой массе и не зависит от индукции в зазоре системы 5. Ммг--к. где М - масса нагрузочной подвижной системы с измер емым грузом; К - коэффициент преобразовани  устройства,  вл етс  посто нным дл  данных компенсационных катушек и данной массы эталонной системы с большой степенью точности; Эд - ток, протекающий через эталонную катушку 4; Dt, - ток, протекающий через катушку 2. Все остальные элементы весов осуществл ют измерение отношени  токов через катушку 2 к току через катушку 4 и отображение результата на индикаторе 23. Это- измерение осуществл етс  следующим образом. Конструкци  весов такова, что ток последовательно соединенных эталонной катушки 4 и буфера 10 больше максимально возможного тока нагрузочной катушки 2 и в течение времени открытого состо ни  ключа 11 в интегратор 12 поступает разностный ток катушки 4 и катушки 2. Во врем  закрытого состо ни  ключа 11 на выходе интегратора 12 протекает ток катушки 2. . Интегратор 12 обладает низким входным сопротивлением по переменному току, что обеспечивает посто нство напр жени  на его выходе за период работы ключа 11. Выходной сигнал интегратора 12 зависит от среднего значени  его входного тока. В соответствии с этим сигналом модул тор 15 мен ет скважность сигнала На управл к дем входе ключа 11 (период выходного сигнала модул тора 15 определ етс  периодом сигнала на выходе делител  частоты 14). В установившемс  режиме работы напр жение на входе интегратора 12 остаетс  посто нным и обеспечиваетс  равенство нулю его среднего входнопо тока

С1э-Тн) -1иСТ-Г)-0,

где f - врем  открытого состо ни 

ключа

Т - период работы ключа 11. В результате подставки значени ми имеем..

.

Таким образом, с помощью ключа 11 интегратора тока 12 и регул тора 15 измерение массы сведено к измерению отношени  Г|т, что осуществл етс  с помощью генератора 13, делител  частоты 14, вентил  16 и преобразовател  17 частоты в цифровой код.

Эталонный контур (подвижна  система 3, датчик 8, регул тор 9, компенсационна  катушка 4, буфер 10) фактически отделен от нагрузочного контура (подвижна  система 1, датчик 6, регул тор 7, компенсационна  катушка 2) интегратором тока 12, на входе которого поддерживаетс  посто нное напр жение при работе модул тора 15,

Это исключает погрешность нелинейности весов, вызываемую пульсаци ми напр жени  на выходе ключа 11 и, следовательно , тока в цепи эталонного контура. Исключена необходимость кoн денсатора емкости, включаемого параллельно компенсационной катушке 2,

Измерениеотношени Т/Т осуществл етс  следующим образом.

Вентиль 16 управл етс  выходным сигналом модул тора 15 и пропускает импульсы генератора 13 в течение времени t на вход преобразовател  17, входные импульсы которого пересчитываютс  реверсивным счетчиком 18. Зна чение кода в счетчике 18 в конце цикла измерени  соответствует массе измер емого груза. Цикл измерени  содержит несколько периодов работы модул тора 15 и определ етс  емкостью делител  частоты 19, вход которого соединен с выходом делител  частоты 14, Дл  учета посто нной нагрузки и веса тары производитс  два измерени . Первое измерение производитс  при нажатой кнопке Тара 24 после положени  на грузоприемную чашку тары, вес которой надо вычесть из результата взвешивани . Значение кода, накопленного в счетчике 18, пе реписываетс  в регистр тари 20 после окончани  цикла измерени  передним фронтом импульса с выхода делител  частоты 19 через нажатую кнопку Тара 24, При взвешивании измер емого груза, в начале цикла измерени , зад ним фронтом импульса с выхода делител  частоты 19 код из регистра 20 переписываетс  в счетчик 18, и последний включаетс  в режим вычитани , При установке нул  в счетчике 18, де

тектор нул  22 переключает его в режим суммировани . По переднему фронту импульса с выхода делител  частоты 19 код, накопленный в счетчике 18 и равный полному весу груза минус вес тары, переписываетс  в регистр результата 21 и индицируетс  индикатбром 23, После этого начинаетс  новый цикл измерени .

Интегратор тока 12 представл ет собой (фиг, 2) операционный усилител 27, охваченный отрицательной обратной св зью по переменному току через конденсатор 28, Выходное напр жение интегратора 12 равно напр жению на конденсаторе 28, т,е, пропорционально интегралу входного тока и управл ет скважностью выходного сигнала модул тора 15.

Электронный ключ 11 может быть выполнен на различных типах полупроводниковых приборов (например, на бипол рных транзисторах, МОП-приборах) Существенное повышение точности достигаетс  при применении ключа на двух диодах, К выходу буфера 10 диоды могут быть присоединены как оба катодами, так и оба анодами.

На фиг. 2 приведена схема соединени  двух анодов диодов 25 и 26 с выходом буфера 10, На неинвертирующий вход (+) усилител  27 подаетс  напр жение с источника смещени  29. Уровень этого напр жени  выбираетс  в соответствии с уровнем переключени  вентил  16 из включенного состо ни  в выключенное и обратно. Усилитель 27 поддерживает на инвертирующем входе (-) напр жение, равное напр жению источника смещени  29. При высоком уровне напр жени  на выходе модул тора 15 диод 25 закрыт, и выходной ток буфера 10 протекает через диод 26 на вход интегратора 12. При низком уровне напр жени  на выходе модул тора 15 диод 26.закрыт, и диод 25 открыт. Точность весов повышаетс  за счет того, что переключение ключа 11 и вентил  16 обеспечиваетс  одновременно на обоих фронтах выходного импульса модул тора 15,

Недостатком весов с нагрузочной и эталонной подвижными системами  вл етс  их конструктивна  сложность Вызываемое этим увеличение погрешности , вносимой узлами подвеса подвижных систем, затрудн ет достижение теоретической расчетной точности весов.

Claims (2)

1. Дл  упрощени  конструкции весов вместо эталонного контура (подвижна  система 3, датчик положени  8, регу .л тор тока 9, компенсационна  катушка 4), применен источник опорного тока 30, выход которого подключен ко входу буфера 10. Ток источника 30 .стабилен, и на индикаторе 23 отображаетс  отношение тока катушки току источника 30, определ ощее мас су измер емого груза. Введение в предлагаемых весах интегратора тока и новых св зей повышает точность весов при одновременном упрощении электронной схемы. В весах фактически реализовано разделение эталонного контура, вырабатывающего опорный ток, от нагрузочного (подвижна  система, датчик положени  регул тор тока, компенсационна  катушка ) и от цифровой части весов интегратором тока, поддерживающим на своем входе посто нное напр жение при работе широтно-импульсного модул тора . В результате устран етс  пог решность нелинейности весов, вызываема  пульсаци ми напр жени  на входе электронного ключа и, следовательно, тока в цепи эталонного контура. Исключаетс  необходимый в известном устройстве ко.чденсатор большой емкости , включенный параллельно компен сационной катушке нагрузочной подвиж ной системы, и соответственно, исклю чаетс  составл юща  погрешности весов за счет его тока утечки и потерь на пол ризацию. Применение операционного усилител  в интеграторе тока тюзвол ет уменьшить величину емкости интегрирующего конденсатора, так как последний включен в обратную св зь операционного усилител , что эквивалентно умножению его величины на коэффициент усилени  усилител . Формула изобретени  1. Электронные цифровые весы, содержащие независимо подвешенные эталонную и нугрузочную системы с.компенсационными катушками, наход щимис  в воздушно зазоре магнитной системы , соединенные последовательно датчик положени , регул тор тока. компенсационную катушку эталонной подвижной системы, буфер и первый вход электронного ключа, соединенные между собой датчик положени  и регул тор тока Нагрузочной системы, генератор , соединенный через делитель частоты с широтно-импульсным модул тором и первым входом преобразовател  частоты в код, и. вентиль, один вход которого соединен с генератором, другой вход - с вторым входом электронного ключа и выходом широтно-импульсного модул тора, а выход вентил  подключен к второму входу преобразовател  частоты в код, отличающиес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в них введен интегратор тока, вход которого соединен с выходом электронного ключа и вторым выводом компенсационной катушки нагрузочной подвижной системы, первый вывод которой соединен с выходом регул тора тока нагрузочной подвижной системы, а выход интегратора тока Соединен с управл ющим входом широтно-импульсного модул тора , 2. Весы по п. 1, о тли чаю щ и е с   тем, что электронный ключ выполнен в виде двух диодов, одноименные электроды которых соединены между собой и с выходом буфера, второй электрод первого диода соединен с выходом широтно-импульсного модул тора и входом вентил , второй электрод второго диода соединен с вторым выводом компенсационной катушки нагрузочной подвижной системы и входом интегратора тока. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Сахаров А,И. Весы в физико-химических исследовани х. М., Наука , 1968. с. 53-65.
2. 2.Патент США № 3786883, кл. 177-210, опублик. 1976 (прототип).