Весы с электромагнитным уравновешиванием

1492221 21 изменяет режим работы источника 13света и освещенность так, чтобыобеспечить равенство сигналов на своих входах, Изменение чувствительностифотоприемников 14 через систему регулирования мощности излучения вызываетпропорциональное изменение их освещенности, а дрейф световой отдачиисточника 13 света компенсируетсясистемой регулирования мощности излучения так, что результирующая чувствительность датчика остается неизменной, Применение сумматора 20, ре гулирующего усилителя 21 и соответствующих связей обеспечивает монотонность выходного сигнала усилителя17 при перемещении чувствительногоэлемента 1 и флажка 11 вплоть до эа темнения обоих фотоприемников эа счетмногократного увеличения сигнапа навыходе регулирующего усилителя 21,При перемещении чувствительного элемента 1 к границе зоны монотонностивыходного сигнала усилителя 17 напряжение на выходе регулирующего усилителя 21 многократно возрастает,достигает уровня срабытывания порогового элемента 23, сигнал с его выхода 24 переключает блок 18 передачи.При этом сггнап на входе регулятора19 сохраняется неиэменныи. 3 ил. Изобретение относится. к весоизмерительной технике, в частности к ве-: сам для измерения массы с автоматическим уравновешиванием.Цель изобретения - понаение точности и надежности работы весов. /На фиг,1 изображена схема предлагаемых весов; на фиг,2 - структурная схема блока передачи и хранения; на фнг.3 - график зависимости сигнала на выходе дифференциального усилителя от перемещения флажка, закрепленного на чувствительном элементе.Весы содержат чувствительный элемент 1 с груэоприемной площадкой 2 для взвешиваемого образца 3, связанной с,основанием 4 через упругодеформируеьые опоры 5 - 8, На чувствительном элементе 1 закреплена катушка 9 электромагнита 10 силовой компенсации. К чувствительному элементуот источника 13 света проходит черезпрорезь 12 флажка 11 и освещает частьфоточувствительных поверхностей двухфотоприемников 14, освещенность которых определяет величину на выходах 15 и 16. Разность этих сигналовпреобразуется дифференциальным усилителем 17 и через блок 18 передачипоступает на вход регулятора 19, который изменяет ток катушки 9 электромагнита 10 силовой компенсации так,что сигнал на входе регулятора 19 равен нулю, При наложении груза 3 нагруэоприемную площадку 2 чувствительный элемент 1 перемещается и положение прорези 12 фпажка 11 изменяется,освещенность одногоиз фотоприемников 14 увеличивается, другого умень 1 шается, изменяется сигнал на выходедифференциального усилителя 17 и навходе регулятора 19. Регулирующийусилитель 21 астатического типа изменяет ток источника 13 света так, чтобы обеспечить равенство .сигналов насвоих входах, соединенных с выходомсумматора 20 и опорного источника25. В результате дрейф световой отдачи источника 13 света не изменяет освещенность фотоприемников 1 ч. Приизменении чувствительности фотоприемников 14 (например, при изменениитемпературы) регулирующий усилитель прикреплен фпажок 11 с прорезью 12,расположенный между источником 13света и двумя фотоприемниками 14, Выходы 15 и 16 фотоприемников черездифференциальный усилитель 17 иблок 18 передачи соединены с регулятором 19 и через сумматор 20 с первымвходом регулирующего усилителя 21.Последний через ограничительный резистор 22 соединен с источником 13света и через пороговый элемент 23 суправлякщим входом 24 блока 18 передачи. Второй вход регулирующего Усилителя 21 соединен с источником 25опорного напряжения. Выход регулятора 19 соединен с катушкой 9 и отсчетным устройством 26,Блок 18 передачи (фиг.2) содержит операционный усилитель 27, входной резистор 28, резистор 29 обратнойсвязи электронный кпюч 30 и резистор 31 привязки.Весы работают следующим образом,В установившемся режиме при измерении веса чувствительный элемент 1 находится в исходном положении, Световой поток от источника Э света проходит через прорезь 12 флажка 11 и освещает часть фоточувствительных поверхностей двух фотоприемников 14, освещенность каждого из которых определяет величину сигнала на выходах 15 и 16 соответственно. Разность этих сигналов преобразуется дифференциальным усилителем 17 и через блок 18 передачи поступает на вход регулятора 19. Последний в соответствии с сигналом на входе изменяет ток катушки 9 электромагнита 10 силовой компенсации таким образом, чтобы эа счет изменения и вызываемой этим током силы электромагнитного взаимодействия поддерживать такое положение чувствительного элемента 1 и прорези 12 флажка 11, при котором сигнал на входе регулятора 19 равен нулю, При наложении ( снятии) образца 3 на грузоприемную площадку 2 чувствительный элемент 1 перемещается, Соответственно изменяется положение прорези 12 флажка 11 относительно неподвижно закрепленных источника 13 света и фотоприемников 14, Освещенная площадь одного из фотоприемников 14 увеличивается, другого уменьшается, изменяется сигнал на выходе дифференциального усилителя 17 на входе регулятора 19, который изменяет ток катушки 9 таким образом, чтобы вернуть чувствительный элемент 1 в исходное положение. Ток, протекающий через катушку 9, яреобраэуется и индицируется отсчетным устройством 26 в единицах массы, В качестве отсчетного устройства может использоваться, например, цифровой амперметр, Регулирующий усилитель 21 астатического типа изменяет ток излучателя таким образом, чтобы обеспечить равенство сигналов на своих входах, соединенных с выходом сумматора 20 и источника 25.В результате дрейф световой отдачи источника 13 света не изменяет освещенность фотоприемников 14, Амплитудно-частотная характеристика регулирующего усилителя 2 выбирается из условия устойчивости систейиавтоматического регулирования ( фотоприемники 14, сумматор 20, регулирующий усилитель 21, источник 13 света),Обозначая напряжение Ч на выходе сумматора 20, напряжение на выходе источника 25 опорного напряжения можем записать оК( +ак)1,где 5 и Я освещенные площади первого и третьего фотоприемников 4;коэффициенты их фоточу в ст ви тел ьностей;козф 4 ициент преобразования сумматора 20;освещенность, создаваемая оптическим излучателем в месте установкифотоприемников 14,Г,и 1 15 К 20(3) Иэ выражения (4) следует, что изменение чувствительности фотоприемии 5 О ков 14 через систему регулированиямощности вызывает пропорциональноеизменение их освещенности, в то жевремя дрейф световой отдачи источника13 света компенсируется системой регулирования мощности излучения так,что результирующая чувствительность,датчика остается неизменной,Таким образом, введение системарегулирования освещенности фотоприПри изменении чувствительностифотоприемников 14 (например, при иэ 25 менении температуры) на АГ и ДГсоответственно, регулирующий усилитель 21 изменяет режим работы источника 1 Э света и освещенность 1 наД 1 так, чтобы обеспечить равенство30 сигналов на своих входах,Выражение принимает вид1 о+Я (Г +Г ) (1+61), (2)З 5 В предлагаемой конструкции используются два одинаковых фотоприемника,Поэтому относительные дрей 1 ы чувствительностей их близки. Если принятьравными дрей 1 ы чувствительностей фотоприемных элементов6 Г, Ья ьгГ Г Гто, приравнивая правые части выражений (1) и (2) с учетом (3), получим45 Ь б 11 (4)35 емников 14 по их суммарному сигналу практически исключает влияние дрейфа световой отдачи источника 13 света и чувствительности фотоприемников.) 14 на выходной сигнал дифференциального усилителя 17 и, соответственно, на положение чувствительного элементапри работе весов.На фиг. 3 представлена зависимость 10 выходного сигнала дифференциального усилителя 17 от перемещения флажка 11, Кривая - сигнал на выходе усили теля 17 в предлагаемых весах, Применение сумматора 20, регулируюшего 15 усилителя 21 и соответствующих связей обеспечивает монотонность выходного сигнала усилителя 17 при перемещении чувствительного элемента 1 и флажка 11 вплоть до затемнения обоих фото приемников, за счет многократного увеличения сигнала на выходе регулирующего усилителя 21.При перемещении флажка 11 в любую спорону за зону монотонности оба фотоприемника оказываются затемненными и сигнал на выходе регулирующего усилителя 21 может значительно превысить допустимый уровень, Для предотвращения выхода иэ строя регулирующего ЗО усилителя 21 и источника 13 света в схему введен ограничительный резистор 22, определяющий максимальный ток источника 13 света.При перемещении чувствительного элементавесов и соответственно фпажка 11 эа зону монотонности выходного сигнала усилителя 17 возможно изменение знака выходного сигнала регулятора 19. При этом ток, проте кающий через катушку 9 электромагнита 10 силовой компенсации, изменяет знак и усилие электромагнита 10 силовой компенсации не возвращает чувствительный элемент 1 в исходное поло жение, а перемещает его от исходного положения до упора, В этом положении чувствит,ельный элемент остается и работоспособность весов нарушается,50Для исключения этого явления и понппения надежности весов в конструкцию введены пороговый элемент 23 и блок 18 передачи, В нормальном режиме работы весов сигнал на выходе ре 55 гулирующего усилителя 2 ниже уровня срабаывания порогового элемента 23 и на его выходе нулевой сигнал, При этом блок 18 передачи работает в режиме линейной передачи сигнала свыхода усилителя 17 на вход регулятора 19 и не изменяет работы весов.При перемещении чувствительного элемента . к границе зоны монотонностивыходного сигнала усилителя 7 напряжение на выходе регулирующего усилителя 21 многократно возрастает,достигает уровня срабатывания порогового элемента 23. Сигнал с его выхода 24 переключает блок 18 передачи,При этом сигнал на входе регулятора19 сохраняется неизменным до возвращения чувствительного элемента 1 висходное положение и любое кратковременное перемещение чувствительногоэлемента не нарушает работоспособности весов,Конструкция блока 18 передачипредставлена на фиг,2.При нулевом сигнале на управляющемвходе 24 электронного ключа 30 онзакрыт. При этом операционный усилитель 27 охвачен отрицательной обратной связьювхочной резистор 28 ирезистор 29 обратной связи) и блок18 передачи находится в режиме линейной ( с коэффициентом, равным отношению сопротивлений резисторов 29 и28) передачи напряжения.По сигналу на управляющем входе 24электронного ключа 30 он открываетсяи усилитель 27 оказывается охваченным стопроцентной положительной обратной связью, Блок 18 переходит втриггерный режим работы, Сигнал навыходе операционного усилителя 27нарастает до соответственно максимального положительного или отрицательного уровня в зависимости от знака напряжения в этот момент, Придальнейшем изменении сигнала на входе блока 18 передачи пока электронныйключ 30 закрыт, сигнал на его выходеостается неизменным и обеспечиваетвозвращение чувствительного элементав исходное положение.Формул а изобретенияВесы с электромагнитным уравнове-шиванием, содержащие чувствительный элемент с груэоприемной площадкой, на котором установлены катушка электромагнита силовой компенсации и флажок с прорезью, расположенный в зазоре между источником света и двумя фотоприемниками, дифференциальный усили10 1492221 дед утаили леля Составитель Т,Иаковаедактор А,111 ишкина Техред Л.олийнык Корректор О, Кравцов 866/44 Тираж 660 Подписное Государственного комитета по изобретениям и открытиям при113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ЗакаВНИИПИ НТ СССР окэводственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул, Гагарина,тель, входы которого подключены кфотоприемникам, и регулятор, выходкоторого подсоединен к катушке и отсчетному устройству, о т л и ч а ющ и е с я тем, что, с целью повышенияточности и надежности, в них введенысумматор, регулирующий усилитель, источник опорного наряжения, пороговыйэлемент, ограничительный резистор,операционный усилитель, входной резистор, резистор обратной связи, резистор привязки и электронный ключ,при этом выходы фотоприемников черезсумматор соединены с первым входомрегулирующего усилителя, второй входкоторого подключен к источнику опорного напряжения, а выход связан черезограничительный резистор с оптическимн злу чат еле м и с входом пор о гово гозле мент а, при че м и ивер тирующий входоперационного усилителя через входнойрезистор соединен с выхоДом дифференциального усилителя и через резисторобратной связи - с выходом операционного усилителя, связанным с входомрегулятора, неннвертирующйй вход операционного усилителя через резисторпривязки подключен к общей шине питания и через электронный кпюч - к ню ходу операционного усилителя, а управляющий вход электронного ключасвязан с выходом порогового элемента.