Весоизмерительное устройство

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания эталонных и образцовых весов. Цель изобретения - повышение точности взвешивания. Весоизмерительное устройство содержит чувствительный элемент с датчиком некомпенсации 1, компенсирующую катушку 2, подключенную через ключ 5 к двум разнополярным генераторам тока 3 и 4, таймер 6, выход которого подключен к управляющему входу ключа 5, а тактовый вход - к выходу генератора 7, блок индикации 8 и блок обработки сигнала некомпенсации 9, состоящий из аналого-цифрового преобразователя 10, входом связанного 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 связан с двумя вычитающими, а через регистр сдвига 15 - с вторым суммирующим входом сумматора 11, третий суммирующий вход которого через регистр хранения 16 соединен с собственным выходом и вторым суммирующим входом сумматора 12. Выход сумматора 12 подключен к управляющему входу таймера 6, а третий суммирующий вход связан с входом блока индикации 8 и выходом реверсивного счетчика 18, прямой и реверсивный входы которого подсоединены соответственно к выходам переполнения и заема сумматора 13. Регистр хранения 17 связан выходом с вторым суммирующим входом сумматора 13, а его вход подключен к выходу этого же сумматора. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (111

А1 (g1)g C 01 С 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОР(;КОМ,Ф СВИДЕТЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2.1) 4480413/24-10 (22) 05.09.88 (46) 15.07.90. Бюл. Р 26 (72) А.Г. Коробкин, В.Ю.Махлин, В.Н.Заинчковский, С. . Ларионов .и. Э.А. Аведисян (53) 681 . 269 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1 262294, кл. G 01 G 7/04, 1 985.

Авторское свидетельство СССР

Н 1276914, кл. G 01 G 7/04, 1985. (54) ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания эталонных и образцовых весов. Цель иэобретения— повышение точности взвешивания, Весоизмерительное устройство содержит чувствительный элемент с датчиком

1 некомпенсации, компенсирующую катушку 2, подключенную через ключ 5 к двум разнополярным генераторам 3 и .4 тока, таймер 6, выход которого подключен к управляющему входу ключа 5, а тактовый вход — к выходу генератора 7, блок 8 индикации и блок

9 обработки сигнала некомпенсации, состоящий из аналого-цифрового преобразователя 10, входом связанного с выходом датчика некомпенсации, а выходом — с первыми суммирующими входами сумматоров 11, 1 2 и 13 и с входом регистра 14 сдвига. Выход регистра 14 сдвига непосредственно связан с двумя вычитающими, а через регистр сдвига 1 5 — с вторым суммирующим входом сумматора 11, третий суммирующий вход которого через регистр 1 6 хранения соединен с собственным выходом и вторым суммирующим входом сумматора 12. Выход сумматора

12 подключен к управляющему входу таймера 6, а третий суммирующий вход связан с входом блока 8 индикации и выходом реверсивного счетчика 18, прямой и реверсивный входы которого подсоединены соответственно к выходам переполнения и заема сумматора

13. Регистр 17 хранения связан выходом с вторым суммирующим входом сумматора 13, à его вход подключен к выходу этого же сумматора. 2 ил, 1 578497

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания образцовых средств измерения массы.

Цель изобретения — повышение точ5 ности взвешивания.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2— временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Цифровое весоизмерительное устрой- ство (фиг.1) содержит чувствительный элемент с датчиком 1 некомпенсации, компенсирующую катушку 2 два разнополярных генератора 3 и 4 тока, ключ 5, таймер 6, генератор 7, блок

8 индикации, блок 9 обработки сигнала некомпенсации, состоящий из аналогоцифрового преобразователя (АЦП) 10> трех сумматоров 11-13, двух регистров

14 и 15 сдвига, двух регистров 16 и

17 хранения и реверсивного счетчика 18.

Вход АЦП 10 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 двумя вычитающими входами, а через регистр сдвига 15 с вторым суммирующим входом сумматора 11, третий суммирующий вход которого через регистр 1 6 хранения связан с собственным выходом и вторым суммирующим входом сумматора 12, выходом подключенного к входу управления таймера 6, тактовый вход которого связан с выходом генератора 7, а выход — с управляющим входом ключа 5, 4 два аналоговых входа которого подсоединены к выходам генераторов 3 и 4. тока, а выход подключен к компенсирующей катушке 2. Третий суммирующий вход сумматора 1 2 соединен с входом блока 8 индикации и выходом реверсивного счетчика 18, прямой и реверсив-ный входы которого связаны соответственно с выходами переполнения и заема сумматора 13, второй суммирующий вход .которого через регистр 17 хранения подключен к его собственному выходу.

Устройство работает следующим образом.

При уравновешенных весах сигнал рассогласования (Х) на выходе датчи- ка .1 иекомпенсации не содержит постоянной составляющей, а включает в себя только высокочастотные шумы датчика H низкочастотные .колебания обусловленные вибрационными помехами, При нагружении весов измеряемым грузом механическая система весов перемещается и на выходе датчика некомпенсапии появляется постоянное смешение сигнала рассогласования (время

tq - t> на Фиг.2). Сигнал рассогласования 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 управления, используемый для формирования тока в катушке компенсации, обеспечивающего уравновешивание груза, второй — сигнал регистрации, используемый для отображения измеряемого веса блоком 8 индикации. Сигнал управления поступает на вход предварительной установки счета таймера 6, на тактовый вход которого поступают высокочастотные импульсы с выхода генератора 7, с частотой на несколько порядков выше частоты опроса АЦП

10. Таймер 6 коммутирует раэнополярные генераторы тока 3 и 4 с помощью ключа 5, формирукщего в компенсирующей катушке 2 двухполярные импульсы тока (I<, I на фиг .2г), период которых Тп равен периоду импульсов опроса АЦП 1 О, а скважность (и, следовательно, величина постоянной составляющей тока компенсации) пропорциональна значению сигнала управления. Мощность (активная), выделяемая в катушке, не зависит от скважиости, а определяется только разностью и стабильностью значений тока, которые при различных значениях массы взвешиваемого груза являются постоянными. Таким образом, температура в магнитной системе не зависит от измеряемого веса и тем самым достигается высокая температурная стабильность °

Блок 9 обработки сигнала некомпенсации Формирует сигнал управления, равный сумме трех величин: сигнала, пропорционального величине сигнала рассогласования (Х) и обеспечивающего электрическую компенсацию измеряемого веса, сигнала, пропорционального скорости изменения низкочастотных (вибрацнонных) помех (D) обеспечивающего уменьшение влияния их на

SI = SI + Х; — Х;, SEI = SII + Х; H - Xi-ди

f (2) Тогда с учетом (!) и (2) 8Т?Т < + Х; при 0 < SIII. + Х; А (4) SIIIi q + X;.A SIII; + X, w А, формируется импульс переноса

SIII

A+(SIIIi < + Х;) при SIII i-i + Х; (О формируется импульс заема . при О< SIIIi +Х; А

Q i-1 раскачку мехнической части вессв (электрическое демпфирование), сигнала, получамемого путем накопления усредненной ошибки рассогласования (Q), обеспечивающего минимизацию ста- тической ошибки управления. Сигнал

Q является одновременно сигналом регистрации веса, так как его величина пропорциональна измеряемому весу и при его Формировании обеспечивается фильтрация остаточных вибрационных и высокочастотных помех.

Блок 9 обработки сигнала некомпенсации работает следующим образом .

Сигнал рассогласования с выхода датчика 1 некомпенсации в дискретные моменты времени t; преобразуется АЦП

10 в параллельный код У;. Сигнал, пропорциональный скорости изменения низкочастотных помех в момент времени ;, может быть определен как (фиг.2а б) .

И-I и-<

Р; = sI - sII =L X; „ — х;,, (1)

n-o rl- k где SI — сумма И последних отсчетов

SII — сумма N о .-четов Х, предшествующих отсчетам суммы SI.

Использование суммарных значений

Х обеспечивает подавление высокочастотных шумов, которое увеличивается с увеличением N однако при этом увеличивается и время усреднения, которое должно быть меньше периода низкочастотных помех, Реально при часто те опроса АЦП 1-10 кГц N = 10-30.

Для высокоскоростного определения величины Р; (за один такт работы блогде А — максимальная емкость сумматора.

Сигнал на выходе реверсивного счетчика 18 определяется как (; + при SIII;< 4 Xi ) A (5) Qi.< — 1при SIII; < + X; C О

Из соотношений (4), (5) видно, что при наличии постоянного сигнала рассогласования одного знака (смеще78497 6 ка 9) в нем учитывается корреляция функций SI u $1Т. Обозначив за SI и

SI I значения сумм s момент времени можне записать:

D; = Р; + Х; + Х; дн -2 X1ô((3) Вычисление выражения (3) осуществляется в блоке 9 с помощью двух сдвиговых регистров 14 и 15 с величиной сдвига, равной N, регистра 16 хранения, запоминающего значение сигнала

D в предшествующем такте, и сумиатора !!.

20 Таким образом, за один такт работы осуществляется Формирование сигнала

D;, пропорционального скорости изменения низкочастотных помех.

Формирование сигнала Q <, пропорци25 онального весу взвешиваемого груза (фиг.2в), осуществляется путем суммирования с учетом знака в сумматоре 3 величины Х; со значением сигнала на выходе этого же сумматора

30 в предшествующем так ге SIEI1j. В случае переполнения сумматора 13 импульс с выхода переполнения сумматора поступает на прямой вход реверсивного счетчика 18. В случае заема импульс

35 с выхода заема сумматора поступает на реверсивный вход. счетчика 18. Величина сигнала на выходе сумматора 13 в каждом такте работы блока 9 определяется знаком и величиной арифметической суммы слагаемых 1Я?ТТ; g +Х 1! ние датчика) происходит монотонное увеличение (уменьшение) сигнала Q, 50 скорость которого возрастает с увеличением величины смещения. При частых изменениях знака Х, обусловливаемых в первую очередь влиянием шумов, среднее значение содержимого сумма55 тора 13, а соответственно, и величина О, практически не меняется.

Таким образом, достигается фильтрация низкочастотных и высокочастотных помех в сигнале регистрации. Уве7 1 578497 в личение емкости сумматора 13 (А) увеличивает степень фильтрации шумов, однако, одновременно, уменьшает быстродействие. В реальных устройствах, при 8-разрядном АЦП емкость сумматора !3 выбирается А = 29. Величина Q; используется и при формировании сигнала управления, ббеспечивая исключение статистической ошибки сиг- 10 нала управления.

Изобретение позволяет повысить точность взвешивания sa счет использования ускоренной цифровой обработки сигнала рассогласования, что дает возможность осуществить электронное демпфирование системы компенсации веса с одновременной компенсацией вибрационных помех, а также за счет введения двухполярного сигнала компенсации с широтно-импульсной моду" ляцией, что исключает зависимость

- выделяемой в компенсирующей катушке активной мощности от измеряемого веса. При этом также значительно упро- 25 . щается процесс настройки и поддержа.ния стабильности метрологических параметров в процессе эксплуатации за счет исключения иэ состава устройства аналоговых узлов, требующих соответствующей подстройки, и вьпюлне" ния блока обработки сигнала некомпенсации целиком из цифровых узлов, не нуждающихся в подобных операциях.

Формула изобретения Весоизмеерительное устройство, содержащее чувствительный элемент с датчиком некомпенсации, блок индикации и пеРвый генеРатоР тока, подклю- 40 ченный к одному входу ключа, выход которого связан с компенсационной катушкой силового уравновешивания чувствительного элемента, о т л и— ч а ю щ е е с я. тем, что, с целью повышения точности, в него введены таймер, второй генератор тока с полярностью, противоположной первому, подключенный к другому входу ключа, управляющий вход которого подсоединен к выходу таймера, генератор, выход которого подключен к тактовому входу таймера, три сумматора, два регистра сдвига, два регистра хранения, реверсивный счетчик и аналогоцифровой преобразователь, вход которого подсоединен к выходу датчика некомпенсации чувствительного элемента, а выход — к первым суммирующим входам сумматоров и входу первого регистра сдвига, выход которого связан с двумя вычитающими входами первого сумматора и через второй регистр сдвига — с вторым суммирующим входом первого сумматора, третий суммирующий ьход которого через первый регистр хранения подключен к выходу первого сумматора и второму суммирующему входу второго сумматора, выход которого соединен с входом управления таймера, а третий суммирующий вход — с входом блока индикации и выходом реверсивного счетчика, прямой и реверсивный входы которого соединены соответственно с выходами переполнения и заема третьего сумматора, второй суммирующий вход которого через второй регистр хранения связан с собственным выходом.

1578497

Редактор К. Крупкина

Заказ 1907 Тирал 423 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д . 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 г

Составитель М. Жуков

Техред Л.0лийнык Корректор С.Черни