Весы с электромагнитным уравновешиванием

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 301068 а3(51) С 01 а 7 04 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕННуСКЕВДветконинаМ.И Ка ениеектричеснапряжеравления етельство СС 11/О О, 1 978 7 ) ВЕСЫ С ЭЛБКГРОМАГН ВЕШИВАНИЕМ, содержащи й элемент с грузоприе становленный на упруг тчик перемещения, дел ия, модулятор и после(54) (5 УРАВНО тельны кой, у ИТ НЫМ е чувствимной чашом подвеиуель на- дователье, д ряже ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71 ) Ленинградский ордена Лполитехнический инститУт имлинина(56) 1. Скрыпник Ю. А. Повышточности преобразования незких величин в электрическоение. - "Приборы и системы у1977, Р 7, с. 28.2. Авторское свидР 781637, кл, С 01 Ь(прототип) но соединенные конденсатор, усилитель и фазочувствительный демодулятор, подключенные через ключ, связанный с модулятором, к катушке сило.вой компенсации, установленной начувствительном элементе, о т л ич а ю щ и е с я тем, что, с цельюпОвышения точности за счет уменьшения погрешности масштабного коэффициента делителя напряжения, в нихвведены дополнительный делитель напряжения и два переключателя, причем вход первого переключателя подключен к выходу датчика перемещения,один выход - к входу делителя напряжения, а другой выход - к входудополнительного делителя напряжения, Яодин вход второго переключателя подключен к выходу делителя напряжения,второй вход - к выходу дополнитель- ф фного делителя напряжения, выход вто- Срого переключателя соединен с конден-.сатором, а управляющие входы переключателей - с модулятором,9 аефИзобретение относится к весоизмерительной технике,Известны устройства для измерениянезлектрических величин, в которыхиспользуется модуляционный принциппреобразования с амплитудным масштабированием с одновременной синхронной модуляцией коэффициентов передачи цепей прямого и обратного преобразования с использованием в прямойцеги коммутируемого реэистивного делителя с аналоговыми ключами 13.Хотя такие устройства позволяютизмерять усилия, на порядок и болеепревышающие номинальное значение компенсирующего усилия, однако не обеспечивают высокую точность измерения.Ближайшими по технической сущности к изобретению являются весы сэлектромагнитным уравновешиванием,содержащие чувствительный элемент сгрузоприемной чашкой, установленныйна упругом подвесе, датчик перемещения, делитель напряжения, модулятори последовательно соединенные конденсатор, усилитель и Фазвчувствительный демодулятор, подключенныечерез ключ, связанный с модулятором,к катушке силовой компенса 1 фюи, установленной на чувствительном элементе 23Недостаток известных весов заключается в неудовлетворительной точности измерения, на которую оказывает влияние погрешность модулятора иделителя напряжения, которая определяется нестабильностью остаточных 35параметров ключа и отношения сопротивлений.Цель изобретения - повышение точ.ности за счет уменьшения погрешностимасштабного коэффициента делителя 40напряжения. Поставленная цель достигаетсятем, что в весы с электромагнитным уравновешиванием, содержащие чувствительный элемент с грузоприемной чашкой, установленный на упругом подвесе, датчик перемещения, делитель напряжения, модулятор и последовательно соединенные конденсатор, усилитель и фазочувствительный демодулятор, подключенные через ключ, связанный с модулятором, к катушке силовой компенсации, установленной на чувствительном элементе, введены дополнительный делитель напряжения 55 и два переключателя, причем вход первого переключателя подключен к выходу датчика перемещения, один выход " к входу делителя напряжения, а другой выход - к входу дополнительного делителя напряжения, один вход второго переключателя подключен к выходуделителя напряжения, второй вход - к выходу дополнительного де.лителя напряжения, выход второго пе реключателя соединен с конденсатором,а управляющие входы переключателейс модулятором.На Фиг. 1 показаны весы, общийвид; на фиг. 2 - функциональная блоксхема весов; на фиг. 3 и 4 - варианты подключения делителей напряжения.Весы содержат магнитоэлектрический компенсатор, образованный постоянным магнитом 1, магнитопроводом 2с сердечником 3 и катушкой 4 силовойкомпенсации, установленной в зазорес помощью упругого подвеса 5, С катушкой 4 жестко соединена грузоприемная чашка 6, на которую устанавливается груз 7 весом Рх. С одной стороны каркаса катушки 4 установленсветодиод 8, свет от которого черезщель 9 поступает на фотодиод 10,который преобразует перемещение ахв электрический сигнал 0.Весы содержат также переключатель11, делителв 12 напряжения (резисторы В и Н ), делитель 13 напряжения(резисторй в 3, Н ), переключатель14, усилитель 15, фазочувствительный демодулятор 16, ключ 17, конденсатор 18, модулятор 19, напримермультивибратор, управляющий ключом17 и переключателями 11 и 14,Светодиод 8, облучающий фотодиод10 через щель 9 в каркасе катушки 4образуют совместно датчик 20 перемещения.Делитель 12 напряжения имеет коэффиииент деления К - в я в в ,а деед 1+ йялитель 13 напряжения - коэффициентделения к3 ФВесы работают следукщим образом.Перемещение катушки 4 в зазоре между магнитопроводом 2 и сердечни ком 3 под действием разноси измеряемого веса Рх и компенсирукщего усилия Рк магнитоэлектрического компенсатора фиксируется датчиком 20 перемещения, на выходе которого вырабатывается напряжение УЭто напряжение через один выход переключателя 11 поступает на вход ф делителя 12 напряжения, либо через другой выход переключателя 11 на вход делителя .13 напряжения.С выходов делителей напряжения 12 и 13 выходной сигнал поступает на соответствующие входы переключателя 14 и далеена конденсатор 18.Управление работой переключателей 11 и 14 и ключом 17 производится модулятором 19, вырабатывающим симметричные прямоугольные импульсы напряжение.Частота модуляции выбирается ниже резонансной частоты подвижной части, которая минимальна при максимальном значении измеряемой массы.Уравнение преобразования предлагаемый весов отличается от известных значением масштабно-разностного коэффициента вместо11- й,в известных,подставляя вместо К и Е их соответствующие значения, находим выражение для масштабного коэффициен- Км 1- к40 Р К "К К 1 2 м К р 1+ ф45 Анализ погрешности чувствительно сти делителя напряжения известных весов, показывает, что она кроме вестаНапример, при резонансной частоте подвижной. части весов, равной 3540 Гц, достаточно, чтобы частота мэдуляции лежала в области 5-10 Гц, при этом подвижная часть весов совершает колебания с частотой модуляции. 5 Усиленный сигнал ц выпрямляется фазочувствительным демодулятором 16, выходной ток Ю которого через ключ17 поступает в катушку 4 магнитоэлектрического компенсатора, который соз дает компенсирующее усилие Рк.В течение первого полуперйода мо дуляции (переключатели 11 и 14 находятся - в верхнем положении, ключ17 разомкнут )осуществляется преобразование силы Рв напряжение 0= К 2,чК 1 Р . В течение второго йолупериода модуляции (переключатели11 и 14 находятся в нижнем положении, ключ 17 замкнут ) преобразуетсяразность (Р -Рк) в напряжение 0 . = (Рх - к)КрК . Конденсатор 18выделяет найряжение д 0 = У -0 , ко- .торое усиливается, выпрямляется ивыходной ток Ю пРеобразуется в сйлу Р к = К 4 Ю. При бОльшом кОэффициенте усиления К 2 О КК . К К )У 71 с достаточной точностью Р,ч,К=- к(к бильности сопротивлений Ви Б со-.держит ряд более существейных составляющих, которыми являются остаточноенапряжение открытого транзистораключа, сопротивление открытого транзистора, а также остаточный ток за крытого транзистора, вызывающий паразитное напряжение и шунтирующееплечо В 1, сопротивление закрытоготранз.истора ключа. Влияние этих со-ставляющих в силу разностного принци.па преобразования возрастает враз.Включение второго делителя напря-жения, синхронно коммутируемого дифференциально "построенньм транзисторным ключом, позволяет в значительноймере осуществить аддитивнуюкоррекциЮ погрешностей от остаточных параМетров ключей и логаметрическую коррекцию погрешностей делителей напряжения в целом.Таким образом, если в известныхвесах погрешность масштабного коэффициента делителя напряжения составляет сотые проценты, то при увеличении предела измерения на два порядкаона может составить уже единицы процентов. В предлагаемом устройствевесов погрешность масштабного коэффициента, выраженного отношением коэффициентов двух делителей напряжения при их идентичности и сильнойкорреляционной связи может быть сни"жена более, чем на порядок,Входы делителей напряжения могутбыть объединены и прямо подключены квыходу датчика перемещения, как показано на фиг. 3, что исключает переключатель 11 и упрощает устройство.Яогут быть объединены выходы делителей напряжения и выходное плечоделителя напряжения выполнено общим,как показано на фиг. 4, Тогда коэффициент модуляции (масштабаХ =1+0 /Р- васй. уменьшается число сосоо 1+9 / Рдтивлений и снижается величина погрешности, так как погрешность от Н 2практически исключается.Реализация предлагаемых весов .посравнению с известными не вызываетдополнительных затрат и принципиальных затруднений.,Подписноео комитета СССРи открытийшская наб., д.