Электронные цифровые весы

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик оп 966502 ф(23) ПриоритетОпубликовано 15,10. 82. Бюллетень Й 9 38 . 311 М. Кл. С 01 С 7/02 Государственный комитет СССР но делам изобретениЯ и открытийДата опубликования описания 15 . 10 . 82 В.Г. Кнорринг, В.С. Хоисейченко, Л.К, Ри Г,Л, Сальникова. (71) Заявител кий ордена Ленина полнтехнич им. И,И. Калинина Лени ЭЛЕКТРОННЫЕ ЦИФРОВЫЕ В бИзобретение относится к техникеизмерения массы к может быть использовано при конструировании точныхвесов,Известна бескороьщсловые электромагнитные весы, содержащие подвижную часть с грузощжевеым устройством, систему подвески, преобразователь некомпенсацки, выходной сигналкоторого преобразуется в ток, напряжение, частоту, 4 аэовый сдвиг, электрическую систему уравновешивания ицифровое отсчетное устройство, в. качестве которого используется цифровой прибор 1,3.Весы такого типа универсальны,но имеют ограниченную точность.Наиболее близкими к предЛагаемымпо технической сущности являютсяэлектронные цифровые весы, содержа-щие подвижную часть с.груэоприемнимустройством, последовательно включенные преобразователь компенсации, управляеьие генераторы, вычитательчастот, реверсквный счетчик, отсчетное устройство, а также компенсатори последовательно соединенные преобразователь кода в относительнуюдлительность интервала времени к преобразователь относительной длйтельнос. ти интервала времени в ток, выходкоторого подключен к сумматору, квторому входу которого подключен источник тока тары, причем выход сумма"тора связан с компенсатором, приэтом преобразователь кода в относительную длительность интервала времени содержит Н 5-триггер, опорный счетчик, к входу которого подключенопорный генератор, и цепь совпадения кодов, связанную с опорным иреверсивным счетчиками2,Недостатком устройства являетсясравнительно низкая точность иэ-за 5 пульсации компенсирующего тока.Цель изобретения - увеличение точности н быстродействия.,Цля достижения поставленной целив.известное устройство введены преоразователь код-частота, 0-триггер илогический коммутатор, причем входыпреобразователя код-частота соединены с мпадшими разрядами реверсивного счетчика и. старшими разрядами.опорного счетчика преобразователя кода в относительную длительность интервала времени, а прямой и инверсные выходы его подключены к входам 0 логического коммутатора, другие входЫ которого через О-триггер инепосредственно связаны с выходомцепи совпадения кодов, а выход соединен с й-входом ВЗ-триггера преобразователя кода в относительную длительность интервала времени.На фиг. 1 показана структурнаясхема электронных цифровых весов; нафиг. 2 - временные диаграммы сигналон в цепи обратной связи электронных циФровых весов,Цифровые весы содержат подвижную часть 1 с грузоприемным устройством 2, на которое устанавливаютобъект 3 с измеряемой массой, закрепленной на подвесках 4, преобразователь некомпенсации 5 с неподвижными пластинами б и подвижной плстиной 7, жестко связанной с подвижной частью 1, компенсатор 8 с постоянным магнитом 9, в зазоре которого размещена катушка 10, закрепленная на подвижной части 1, управляеиюе генератор 11 и 12, вычитательчастот 13, ренерсивный счетчик 14с младшими декадами 15 и старшимидекадами 16, отсчетное устройство 17,преобразователь код-аналог 18 преобразователь код-частота 19 с пряььгм выходом 20 и инверсным выходом21, О-триггер 22, логический коммутатор 23, преобразователь кода. вотносительную длительность интервала времени 24, преобразователь относительной длительности интервалавремени н ток 25. Преобразователь 24состоит из опорного генератора 26,опорного счетчика 27 с младшими декадами 28 и старшими декадами 29,цепи совпадения кодов 30 и КБ-триггера 31, а преобразователь 25 содержит ключ 32 и источник тока 33.Кроме этого, имеется регулируемыйисточник тока тары 34 и суммируюЩийблок 35,Работа устройства основана накомпенсации силы тяжести взвешиваемого груза силой, создаваемой компенсатором 8 и определяемой взаимодействием магнитного поля постоянного магнита 9 с осредненным током в катушке 10, определяемым какКХ А ие 1 Х --пЕгде- стабилизированный ток источоника тока 33;Щ - длительность импульса токаЪпериод преобразования, определяюшн.гся отношением объема опорного счетчика 27 кчастоте импульсов опорногогенератора 26;число импульсов. тока в период преобразонания;гг - показания реверсивного счетчика 14",И " объем опорного счетчика.27,Формирование импульсов тока осуществляется реверсивным счетчиком 14и опорным счетчиком 27.Электронные цифровые весы работают следующим образом.В исходной позиции при отсутствииизмеряемого объекта 3 на грузоприемном устройстве 2 подвижная пластина7, жестко скрепленная с подвижнойчастью 1, находится в центральном 10 положении. При этом управляемыегенераторы 11 и 12 имеют одинаконыечастоты Е,Е и 1, а разность частот на выходах вычитателя частот 13 равна нулю,т.е. ьЕ Ее - Е д О, кодовая ком бинация на выходах реверсивногосчетчика 14 иглеет вид 0000 ф и показания отсчетного устройства 17также равны нулю.В режиме вэнешивания при уста О новлении объекта 3 на грузоприемноеустройство 2 подвижная часть 1 вместе с подвижной пластиной 7 перемещается, генераторы 11 и 12 рассогласовываются и на выходе нычитателя 25 частот 13 появляется сигнал раэностной частоты +УЕ 1 - Е . Реверсивный счетчик 14 произнодит подсчетимпульсов, пришедших эа время процесса уравновешивания переходного ЗО процесса и управляет преобразователем код-аналог 18По мере роста числа импульсов вреверсивном счетчике 14 увеличивается и время пребывания триггера 31преобразователя кода в относительнуюдлительность интервала времени 24в единичном состоянии, определяемоеразностью между моментами поступления на него импульсов переполненияс опорного счетчика 27 цепи совпа дения кодов 30 через логический коммутатор 23. Это приводит к увеличению.длительности импульса тока дс;, аследовательно и росту компенсирующего тока 1 к. Процесс изменения то ка 1 продолжается до тех пор, пока в реверсивном счетчике 14 не наберется кодовая комбинация, пропорциональная измеряемой массе объекта,Отсчет измеряемой массы щх ведется 5 О по отсчетному устройству 17, котороекалибруется в единицах массы.После того, как произведено уранновешинание током 1 к, подвижная часть1 возвращается н исходное состояние, 55 а ее подвижная пластина 7 занимает центральное положение, При этом.частоты Е и Е генераторов 11 и 12становятся одинаковыми, разность частот И на выходах вычитателя частот13 равна нулю И=О, а реверсивныйсчетчик 14 останавливается, запоминая набранную кодовую комбйнацию,пропорционально измеряегюй массе.При этом код, записанный в младшиггдекадах.15 реверсивного счетчика 14, 65 сравнивается с текущим значением коФормула изобретения Электронные цифровые весы, содер 45 жащие подвижную часть с груэоприем-.ным устройством, последовательно .включенные преобразователь некомпенсации, управляемые генераторы, вычитатель частот, реверсивный счетчик,отсчетное устройство, а также компенсатор и последовательно соединенныепреобразователь кода в относительнуюдлительность интервала времени ипреобразователь относительной длительности интервала времени в ток, выход которого подключен к сумматору,к второму входу которого подключенисточник тока тары, причем выход сумматора связан с компенсатором, приэтом преобразователь кода в относительную длительность интервала времени содержит В 5-триггер опорныйсчетчик, к входу которого подключенопорный генератор, и цепь совпадениякодов, связанную с опорным и реверсив ным счетчиками, о т л и ч а ю щ и еда младших декад 28 опорного счетчика 27 при помощи цепи совпадения ко-, дов 30; В момент равенства этих кодов сигнал с выхода цепи совпадения кодов 30 поступает на О-вход О-триггера 22, на -вход которого поступают импульсы с опорного генератора 26, и на вход логического коммутатор 23 При отсутствии импульса на прямом выходе 20 преобразователя 19 сигнал с выхода цепи совпадения кодов 30 поступает на В-вход В 5-триггера 31 без изменений. При наличии импульса сигнал поступает удлиненным на длительность одного тактового. импульса, определяемого опорным генератором 26. Эадержка = - вносится в схему О-триггером 2, На 5-вход В 5-триггера 31 поступает сигнал импульс переполнения) с младших декад 28 опорного счетчика 27.Таким образом, в течение периода преобразования Т е на ключ 32 преобразователя 25 поступает последовательность импульсов, причем длительность некоторых из них увеличена на один такт 1 . При этом частотапереключения В 5-триггера 31: - -Р орр определяется частотой переполнения младших декад 28 опорного счетчика27,. Временная диаграмма работы ключа 32 преобразователя 25 приведена на фиг. 2.П р и м е р . Пусть в реверсивном трехдекадном счетчике 14 записано число 253, При частоте опорногогенератора 26, равной 1 мГц, на преобразование такого числа в весах ( фиг. 2) требуется 253 мкс, при этом частота переключения В 5-триггера 31 равна 1 кГц. Для повышения разрешающей способности прибора наращивают реверсивный счетчик. 14 снизу, добавив одну младшую декаду 15 а опорный счетчик,27 - сверху, добавив одну старшую декаду 29, ( Фиг.2). Пусть в реверсивном счетчике 14 записано уточненное число 2537, тогда при сохранении той же частоты опорного генератора 26 на преобразова ние этого числа требуется 253,7 мкс. Число 7 преобразовывают в импульсную последоваТельность, состоящую из .семи импульсов в одномпериоде преобразования, определяемом частотой переполнения старшей декады 29 опор" ного счетчика 27, т,е. за период преобразованиятпреюБР логический коммутатор 23 пропускает семь импульсов длительностью 254 мкс, а три импульса длительностью 253 мкс, что в среднем дает требуемое время преобразования. При этом частота переключения В 5-триггера 31 остается рав ной 1 кГц. В известном устройстве для преобразования этого же числа при :равных условиях равном числе декад реверсивного и опорного счетчиков, той же частоте опорного генератора требуется 2537 мкс, при этомчастота переключения В 5-триггерауменьшается в 10 раз, и становитсяравной 100 Гц, погрешность от пульсаций увеличивается.При дальнейшем увеличении точности (добавление пятой и шестой декадреверсивного счетчика) частота пере 10 ключения В 5-триггера известного устройства падает до 10 Гц и 1 Гц,Столь низкие частоты сравнимы с частотой резонанса подвижной частивесов или лежат ниже ее, что требу 15 ет использования в преобразователеотносительной длительности в токФильтров нижних частот с большими.постоянными времени (единицы и десятмки секунд) которые и определяют быстродействие весов. Таким образом,очень высокая потенциальная точностьпреобразователей код-аналог с изменяющейся относительной длительностью интервала времени (достижимая25 точность характеризуется погрешностью10. и ниже) оказывается практически1 нереализуемой из-за недопустимого падения быстродействия весов и роста погрешности пульсации,1В предлагаемых электронных цифровых весах при увеличении числа декад реверсивного счетчика высокаячастота переключения В 5-триггерасохраняется. Это позволяет либо ис 35 ключить Фильтры нижних частот,либо использовать их с малыми постоянными времени, что существенно повышает точность преобразователя код"аналог.40с я тем, что, с целью увеличенияточности и быстродействия, в ннхвведены преобразователь код-частота, Ф.триггер и логический коммутатор, причем входы преобразователякод-частота соединены с мпадыимиразрядами реверсивного счетчика истаршими Разрядами опорного счетчика преобразователя кода в относительную длительность интервала времени,а прямой и инверсные выходы егоподключены к входам логического комэЮтатора, другие входы которого через 0-триггер и непосредственно связаны с выходом цепи совпадения кодов, а выход соединен с й-входом Ю-триггера преобразователя кодав относительнув длительность интервала времени.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кнорринг В.Г., Рукина Л.К.Новый метод построейия цифровых компенсационных приборов для измерения.механических величин. - В сб. фЦи- о ровые измерительные и управляющиеустройства". Л., ЛПИ им. И.И. Калинина, 1965, В 256, с. 3-9.2. Авторское свидетельство СССРВ 742719, кл. 6 01 6 23/Зб, 1978 15,(прототип).966502 тор М. Демчик ор Т. Митро сн Составитель В. МитряевТехредМ.Гергель ЕЕЮВ Эакаэ 7829/57 Тирак 6.73 .Подл ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 113035, Москва, З 35, Раумская наб., д