Способ взвешивания и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности взвешивания. Способ взвешивания заключается в проведении первичной калибровки весов известным грузом путем магнитоэлектрической компенсации вращающего момента коромысла и измерения тока компенсации, вторичной калибровки весов тем же грузом при максимальаной нагрузке на плечи коромысла и собственно взвешивания, при этом перед каждой компенсацией вращающего момента коромысло вводят в режим колебаний, измеряют их период и учитывают его при определении массы взвешиваемого груза. Устройство для взвешивания с магнитоэлектрической компенсацией содержит компенсирующую катушку, расположенную в поле постоянного магнита и закрепленную на торсионных подвесках, датчик разбаланса коромысла, подключенный через блок управления к аналого-цифровому преобразователю. При нажатии кнопок "Калибровка 1","Калибровка 2" производится калибровка гири соответственно при минимальной, максимальной нагрузках на коромысло. Измеряется соответствующие токи компенсации и периоды автоколебаний. При нажатии кнопки "Пуск" нулевой потенциал кнопки запускает одновибратор 13. Схема 14 измеряет период автоколебаний. Значение массы калибровочной гири заранее записывается в запоминающее устройство. Арифметическое устройство рассчитывает разность масс, которая отображается на индикаторе. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Сааа СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСтИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 С /02

6" Е;".Бд!Ы !

М1"Г!!! !1:,.;..-Ья,Я4 !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРНТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4432097/24-10 (22) 20.03.88 (46) !5.11.90. Бюл. № 42 (72) A.Г,Коробкин, Б.Ю.Махлин, В.Н.Заинчковский и С.A.Ларионов (53) 681.26.077(088.8) . (56) Патент ФРГ ¹ 3401857, кл. G О! 0 7/02, 1985.

Электрические измерения неэлектрических величин./Под ред.П.В.Новицкого. Л.: Энергия, 1975, с.432. (54) СПОСОБ ВЗВЕШИБАНИЯ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения повышение точности взвешивания. Способ взвешивания заключается в проведении первичной калибровки весов известным грузом путем магнитоэлектрической компенсации вращающего момента коромысла и измерения тока компенсации, вторичной калибровки весов тем же грузом при максимальной нагрузке . на плечи коромысла и собственно взвешивания, при этом перед каждой компенсапией врашаюшего момента, короI

Изобретени""= относится к измерительной технике и может быть использовано для создания эталонных и образцовых средств измерения массы.

Цель изобретения — повышение точности взвешивания, На фиг. 1 приведена функциональная схема весов; на фиг.2 — временная диаграмма, поясняющая их работу.

„„SU„„1606870 А 1 мысло вводят в режим колебаний, измеряют их период и учитывают его npu определении массы взвешиваемого груза.

Устройство для взвешивания с магнитоэлектрической компенсацией содержит компенсирующую катушку, расположенную в поле постоянного магнита и закрепленную на торсионных подвесках, датчик разбаланса коромысла, подключенный через блок управления к аналогоцифровому преобразователю. При нажатии кнопок "Калибровка 1", "Калибровка 2",производится калибровка гири соответственно при минимальной, мак— симальной нагрузках на коромысло. Изменяются соответствующие токи компенсации и периоды автоколебаний. При нажатии кнопки "Пуск" нулевой потенциал кнопки запускает одновибратор 13.

Схеме !4 измеряет период ввтзхопебе- ний ° Значение массы калибровочной гири заранее записывается в запоминающее устройство. Арифметическое устройство рассчитывает разность масс, которая отображается на индикаторе.

2 с.п.ф-лы, 2 ил. (:Ь

1:Р!

Предложенный способ взвешивания основан на компенсации вращающего момента коромысла, создаваемого взвешиваемым грузом, путем нагружения про, тивоположного плеча коромысла противовесом известной массы, создания компенсирующего момента катушкой, по которой протекает ток компенсации, поддерживающий коромысло в горизонталь1606870 ном положении, и пересчета величины тока компенсации в значение разности масс между взвешиваемым грузом и противовесом по формуле Ng 5

М вЂ” - I (1) Тк где I — ток компенсации;

М„ — масса калибровочного груза; ток компенсации, уравновешивающий калибровочный грузе

В формуле (1) величина тока ком-::. пенсации, уравновешивающего калибровочный груз (I<) определяется автома- 1

I тически при каждом взвешивании в заI висимости от нагрузки на коромысло.

Для определения. I весы калибруют дважды, один .раз при минимально нагруженном коромысле, другой при нагруженном максимально. При каждой каt либровке, кроме значении тока, урав новешивающего калибровочный груз ,(Тц, Тк ), измеряют период собствен1 э к э иых колебаний коромысла (Тк, Тк ) „При 25 взвешивании изМеряемого груза снова измеряют период колебаний коромысла Т. Считая приращение тока I< (относительно полученного при калибровке с минимальной нагрузкой Т„,), пропорциональным приращению периода колебаний, определяют Тк из отношения;

IÊ IK4 T TK, 1 (2)

Iê Iy, Тк TK| к2. а

С учетом выражений (l) и (2) раз-35 ность масс между взьешиваемым грузом и противовесом определяют как

Тк Ikl Tkf к<Пропорциональность приращения тока 40 калибровки (ДТ = Т вЂ” I,) прираще нию перисда колебаний Д Т = Т вЂ” Тк вытекает из следующих соображений.

Ток компенсации калибровочного гру. за обратно пропорционален магнитной 45 индукции в зазоре, В

T. g л, 1/В, (4)

При малых перемещениях Ь Х (просадках) компенсирующей катушки, как эспери-. ментально установлено, изменение индукции с высокой степенью точности описывается уравнением В 1/(l +К,ЬХ ) (5) где К вЂ” коэффициент, зависящий от

1 конструкции магнитной систе" мы °

Просадка компенсирующей катушки, цодвешенной на горизонтальных растяж- ках, под действием силы тяжести суммарной нагрузки массой М, определяется длиной растяжек и характеристиками растягивающих пружин и при малых просадках Х -)И (6) период свободных колебаний коромысла Т определяется

Т -4М,. (7)

Из выражений (4)-(7) следует, что

Т, -(1+К,Т). (8)

1 где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Соответственно при минимальной и максимальной нагрузке:

Ik< (1 + Кат1)р к (1 + и) °

Предложенный способ взвешивания осуществляется коромысловыми весами с магнитоэлектрической компенсацией (фиг.l), содержащими компенсирующую катушку l расположенную в поле постоянного магнита 2 и закрепленную на торсионных подвесках 3, с которой жестко связано коромысло 4 с подвесками для измеряемого груза и противовеса. Торсионные подвески 3 растянуты пружинами 5, выполняемыми обычно в виде жестких пластин. Весы содержат также датчик 6 раэбаланса коромысла, блок 7 управления, состоящий из усилителя 8, интегратора 9, схемы 10 дифференцирования, ключа 11 и сумматора 12, одновибратор 13, схему 14 измерения периода, АЦП 15, арифметическое устройство 16, пять запоминающих устройств 17-21, блок 22 индикации и три формирователя 23,24 и 25 импульсов. В качестве запоминающих устройств

17-21 могут использоваться отдельные ячейки памяти одного запоминающего устройства. Формирователи 23-25 импуль сов могут быть выполнены в виде кнопок, управляемых оператором, один из концов которых подключен к постоянному потенциалу, например нулевому.

Датчик 6 раэбаланса подключен через блок 7 управления к компенсирующей катушке 1 и входу АЦП 15, выход которого связан с входами запоминающих устройств 19, 20 и первым входом арифметического устройства 16. Вход управления схемы 14 измерения периода подключен к выходу одновибратора 13, н входу коммутации блока 7 управления, информационный вход — к выходу блока 7

)606870 управления, а выход — к входам запо минающих устройств 17, 18 и второму входу арифметического устройства 15.

Остальные входы устройства 16 псдклю5 чены к соответствующим выходам запоминающих устройств )7-21, а выход " к входу блока 22 индикации. Входы записи устройств 17 и 19 связаны с выходом формирователя 23 импульсов, а вхо-)О ды записи устройств 18 и 20 — с выхо-дом формирователя 24. Входы усилителя 8, интегратора 9 и схемы 10 дифференцирования соединены параллельно и являются входом блока 7 управления, 15 выходы усилителя 8 и интегратора 9 связаны непосредственно, а выход схемы 10 дифференцирования через ключ 11 — с соответствующими входами сумматора 12, выход которого является выходом бло" ка 7 управления. Управляющий вход ключа 11 является входом коммутации блока 7 управления, Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. 25

Первоначально весы калибруют два: раза. При первой калибровке чашки освобождаются от груза (минимальная нагрузка на коромысло), затем на одну из чашек устанавливают заранее аттес- ЗО тованную калибковочную гирю, масса которой не превышает диапазона автоматического уравновешивания. Значение массы калибровочной гири заранее записывается в запоминающее устройство 21, Ilo команде оператора "Пуск начинается процесс взвешивания калибровочной гири.

Кнопка "Пуск" обычно связана с арре— тиром, освобождающим механическое крепление коромысла. В процессе взве- 40 шивания на выходе АЦП 15 устанавливается цифровое значение тока компенсации, уравновешивающего калибровочную гирю, при минимальной нагрузке на коромысло (Iy), на выходе схемы )4 45 измерения периода — значение периода автоколебаний коромысла (Т ). Процесс первой калибровки завершается нажатием оператором кнопки "Калибров- . ка 1" (формирователь 23 импульсов), 50 при этом значения Т,и Е„ запоминаются соответственно в первом и втором запоминающих устройствах 17 и 19, При второй калибровке чашки весов нагружаются двумя одинаковыми груза-. 55 ми, соответствующими максимальной нагрузке на коромысло (наибольшему пределу взвешивания -НПВ), затем на . одну Из чашек устанавливается калибровочная гиря и по команде оператора

"Пуск" начинается процесс взвешивания, аналогичный процессу при первой калибровке, По нажатию оператором кнопки "Калибровка 2" (формирователь 24) в третье и четвертое запоминающее устройства 20, 18 записываются соответственно период автоколебаний при максимальной нагрузке на коромысло (Ту ), и значения тока компенсации, уравновешивающего калибровочную гирю (Е),).

После этих двух калибровок весы готовы к взвешиванию неизвестного груза.

Для этого на одной из чашек размещается взвешиваемый груз, а на другой подбирается противовес, прп котором разность масс взвешиваемого груза и проЭ тивовеса не превышает диапазона автоматического уравновешивания. По ко- . манде оператора ™Пуск" начинается процесс взвешивания, в результате которого на выход" устройств 15 и 14 формируется -значение тока компенсации разности масс взвешиваемого груза. и противовеса (Е ) и периода автоколебаний коромысла при данной нагрузке (Т). В арифметическом устройстве 16 с учетом значений, хранящихся

B запоминающих устройствах 17-21, Но формуле рассчитывается разность масс, которая отображается на индикаторе 22.

Работа весов в процессе взвешивания, который одинаков как при калибровке, так и при измерении, заключается в следующем.

При нажатии оператором кнопки

"Пуск" (формирователя 25) по отрицательному фронту сигнала U (фиг.2 а ) производит запуск одновибратора 13 и через Время задержки Т д в момент времени t на его выходе формирует-. ся импульс длительностью Т (фиг.2б).

До момента t весы находятся в режиме с абилиэации (ключ 1) замкнут), и коромысло поддерживается в горизонтальном положении.

Работа весов в режиме стабилизации заключается в следующем.

При отклонении коромысла от горизонтального положения на выходе датчика 6 разбаланса (фиг.2в) псявляется сигнал U, не равный нулю. Блок 7 управленйя преобразует сигнал U > в сигнал управления компенсирующей катушки U который обеспечивает возвращение коромысла в исходное положение. Блок 7 обеспечивает пропорцио1606870 нально-интегрально-дифференцирующее управление. Для этого сигнал Uy поступает на входы усилителя 8, интегратора 9 и схемы 10 дифференцирова—

5 ния, выходные сигналы которых являк тся составляющими сигнала управления.

Составляющая сигнала усилителя 8 (U, фиг,2г),пропорциональная углу ф! отклонения коромысла, обеспечивает jp отрицательную обратную связь системы стабилизации коромысла. Составляющая сигнала интегратора 9 (Uq фиг.2д), пропорциональная интегралу угла отклойения, и служит для исключения стати- .j5 ческой ошибки. Составляющая сигнала схемы 10 дифференцирования (Ug фиг.2е),,пропорциональная скорости из,менения угла пбворота коромысла, обеспечивает электронное демпфирование, необходимое для затухания системы.

Суммарный сигнал управления (Uy фиг.2ж) устанавливает коромйсло в горизонтальное положение. В момент времени t, импульс с выхода одновибрато- >5

1 ра 13 (фиг.2б) поступает на ключ 10, размыкая его. При этом из управляющего сигнала исключается составляющая электронного демпфирования и на время действования импульса одновибрато- 30 ра 13 (Т ) система уравновешивания переходит в автоколебательный режим.

Одновременно импульс одновибратора 13 подключает схему 14 измерения периода колебаний, которая измеряет период 35 автоколебаний системы. По окончанию импульса (момент t<) система возвращается в режим стабилизации (ключ 11 замыкается), а коромысло стабилизируется в горизонтальном положении. 4р

Отметим„ что операции взвешивания калибровочного груза, необходимы лишь при калибровке весов, что производится лишь при настройке весов после изготовления или ремонта, так как время хранения информации в запоминающих устройствах 17-21 неограничено.

При использовании предложенного способа повышается в 2-5 раза точность взвешивания при одновременном увеличении диапазона измеряемых значений массы и снижении требований к однородности поля в системе постоянного магнита, что обеспечивает прецизионную коррекцию погрешности взвешива- ния, обусловленную неоднородностью магнитного поля при магнитоэлектрической компенсации измеряемой массы и провисанием катушки компенсации.

Формула изобретения

T- Tk, — — — ) т,,— т„„

z где Ик—

I,Т— масса калибровочного груза; значения тока компенсации и периода колебаний коромысла при его нагружении взвешиваемым грузом и противовесом; значения тока компенсации и периода колебаний коромысла при первичной калибровке; значения тока компенсации .. и периода колебаний коромысла при вторичной калибровке с максимальной нагрузкой на коромысло. . - - к, т„,т

2. Устройство для взвешивания с магнитоэлектрической компенсацией, содержащее компенсирующую катушку,расположенную в поле постоянного магнита и закрепленную на торсионных подвесках, с которой жестко связано коро-! мысло .с подвесками для измеряемого. .руза и противовеса, датчик разбаланса коромысла, подключенный через блок. управпения к компенсирующей катушке, аналого-цифровой преобразователь,че- . рез который компенсирующая катушка связана с первым входом арифметического устройства, выход которого подключен к блоку индикации, о т л и ч а ю щ е—

-e с я тем, что, с целью повышения

1. Способ взвешивания, основанный на калибровке весов путем нагружения одного из.плеч их коромысла калибровочным грузом с последующей магнитоэлектрической компенсацией вращающего момента коромысла и измерения тока .: компенсации, нагружения плеч коромысла взвешиваемым грузом и противовесом, магнитоэлектрической компенсации результирующего вращающего момента и преобразования тока компенсации в значение массы взвешиваемого груза, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, после первичной калибровки весов вторично осуществляют процесс калибровки с максимальной нагрузкой на плечи коромысла, при этом перед каждой компенсацией вращающего момента коромысло вво— дят в режим колебаний, измеряют их период, а разность M масс взвешиваемого груза и противовеса определяют из выражения

I I k <

M = М вЂ” — /(1+ — - — -

IK

К1

160687 точности,оно снабжено одновибратором, схемой измерения периода, пятью. запоминающими устройствами и тремя формирователями импульсов, при этом вы" ходы формирователей импульсов соединены .соответственно с входом одновибратора, входами записи первого и второго запоминающих устройств, входами записи третьего и четвертого запоминающих устройств, выход одновибратора подключен к управляющему входу схемы измерения периода, измерительный вход которой связан с выходом блока управ-, ления, а выход — с.входами первого и третьего эапоминающ ;х устройств и вторым входом арифметического устройства, выход аналого-цифрового преоб0 10 раэователя соединен с входами второго и четвертого запоминаюших устройств, выходы всех запоминающих устройств

1 псдсоединены к соответствующим остальным входам арифметического устройства, блок управления включает в себя сумматор, входы которого соединены соответственно с выходами усилителя, интегратора и через ключ — с выходом схемы дифференцирования, прн этом параллельно включенные входы усилителя, интегратора и схемы дифференцирования связаны с выходом датчика разбаланса коромысла, управляющий вход ключа подсоединен к выходу одновибратора, а выход сумматора — к компенсирующей катушке.

1606870! (ч

Редек то р г1, Ке демеш

3акаэ 35 6Б н, н %у Я „4

Дроианодс 1 Ве -;:но"". - 1адат" - :.".хз .к!н коа46ннат 1 атен 1 у r с 2 пород р уп 1 а1парина э 1 ) КЯКПИ Гоеударет=;енj

) I ç0Ë:3.

Состаните;;т, N. Селуя.ов 1е ."ред Л,0лйнык !(орректор И. Шароши Тираж 12 l " одписное коиитe"à по изобретенияи и открь!гиии при ГКНТ СССР

1(оскда, .Д-35 Раущскал наб., д. (/5