Устройство для измерения массы

(53) якин ьство СС 00, 1975 тво СССР 7/00, 19 46 А(54) УСТРОЙСТВО (57) Изобретени тельной технике может быть испольн ере тензо стоенцисаф ;.,4 ьЯГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ИСАНИЕ ИЗО Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТ ДЛЯ ЩМЕРЕНИЯ МАССВ относится к измеризовано для тензометрических прео разований незлектрнческих величи условиях переменных температур Целью изобретения является повыш ние точности измерения массы. В чение вспомогательного цикла из ния входное напряжение мостовогодатчика 1 поступает через рези ры 9 и 1 О на прямые входы диффер альных усилителей .6 и 7. Компен ция постоянной составляющей измеряемого нагряжения производится потенциометрами 4 и 5, подключенными к источнику 2 питания. С выходов дифференцчальных усилителей 6 и 1 снимаетсясигнал, пропорциональный температурным изменениям входного напряжения.Этот сигнал проходит резисторы 1и 2, усиливается операционным усилителем 8, зашунтированным резистором 13, и поступает через ключ 16 навход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 17. Микропроцессорное вычислительное устройство (МВУ) 14 помещает полученные от АЦП 17 температурные изменения в свою память. В те-Жчение основного цикла измерения навход 1 чду 14 подается через диферен- "ВЕ"ациальный предусилитель 3, ключ 15 и"фАЦП 17 сигнал тензодатчика 1, пропор-циональный измеряемой массе груза.По окончании основного цикла измерения МВУ. 14 осуществляет коррекцию зюгапогрешностей измерения, 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-"зовано для тензометрических преоб/разований незлектрических величин вусловиях переменных температур.Целью изобретения является повышение точности измерения массы,На чертеже приведена бтток-схемаустройства. 1 ОУстройство содержит мостовой тен;зодатчик 1 р источник 2 пи"анияр диФ;Ференциальный предусилитетть 3 двапотенциометра ч и 5, два диФФерен-:циальных усилителя 6 и 7. суммирую:2 питания и к входам предусилителя 3,Выходные зажимы источника 2 питаниясоединены параллельно с неподвижными выводамипервого и второго потен циометров 4 и 5, подвижьтьте выводы которых подключены соответственно к,инверсным входам первого и второго3 оусилителей 6 и 7, выходы которых сое,динены соответственно чер.=:э первый ивторой резисторы с входом усилителя, усилителей 6 и 7 подключены соответ"т 35венно через третий и четвертый резисторы 9 и 10, к вершинам измерительной диагонали тензодатчика 1. Выходпредусилителя 3 подключен к первомувходу первого ключа 15, выход кото Орого объединен с выходом а горого ключа16 и соедини с твходом А 1 ц т 7, потттлюченного своими инФормаииснным и управляющим выходами соответс"вено к одноименным входам микропроцессорноговычислительного устройстт.а КБУ) 14Выход усилителя 8 соединен через резистор 13 со своим входо н подключенк первому входу второго :.люча 16,второй вход котсрого объединен с вто- .)0рым входом первого ключа 15 идинен с управляющим выходом 11 БУ 14,Устройство работает сцуютцим образом,При нормальных условиях окружающей среды производится калибровкаустройства, измерение на:альнога ттифФеренциальноо сигнала тенэодатчика 1 и измерение,постоянной составляющей синФазного сигнала тензодатчи" ка 1, ДиФФеренциальным сигналом тензодатчика 1 считается разность потенций" лов вершин измерительной диагонали тенэомоста датчика 1, После калибровки Функция преобразования тензодатчика имеет видф11(ш) П + ЛП(0 - 20) ++ 8 ш 4 д 8 (Ц)п 1,гце П(а) ввеличина диФФеренциального чапряжения на выходе тензодат" Б+чика 1;-ЛБ ой) - начальный дифФеренциальный сигнал при нормальных условиях и его температурный дрейФ (аддитивнаясоставляющая);- температура окружаю-щей среды;Б+ЗБЯ) - чувствительность тензомоста тензодатчика 1 при нормальных условиях и его температурный дрейФ (мультипликативная составляющая);ш - измеряемая масса груза.СинФазным сигналом тензодатчика 1 считается наименьшее иэ выходных напряжений плеч тензомоста датчика 1.Тензомост датчика 1 представляет собой полный мост с четырьмя активными плечами и двумя дополнительными терморезисторами компенсации температурных изменений чувствительности тензодатчика К, й Еь. В общем виде для синФазного сигнала справедливо:ЦсФ 11 сфо т сФ (ттт) сф (т(1)где 11,ь - постоянная составляющаясинФаэного сигнала тензо-датчика ненагруженных весов при нормальных условиях окружающей среды;1 т (ш) - изменение синфаэногосигнала в зависимостиот измеряемой массыгруза;-13 сЯ)-изменение синФазного сигнала в зависимости от температуры окружающей среды.Кгхосопротивления компенсационных терморезисторов в цепи питания тензодатчика при нормальных условиях; изменение сопротивления плеч тензомоста, пропорциональ 20 ное измеряемой массе груза относительно своего номиналького значения Кс;25 температурный коэффициент сопротивления компенсационного терморезистора.Составляющая синфазного сигнала30 тензодатчика 1, пропорциональная д К, может быть скомпенсирована, если принять во внимание тот факт, что относительные изменения тензорезисторов смежных плеч тензомоста тензодатчика 1 имеют разные знаки.35Полученные в процессе предварительных калибровки и измерений при нормальных условиях окружающей среды результаты измерений преобразуют в цифровые коды 1,(ш)х 1 х 1 ох 1 сф.ох про40 порциональные номинальному значению измеряемой массы груза ш , начальному дифференциальному сигналу тензодатчика 1 с и постоянной составляющей синфазного сигналя 11 сф, соответствен 45 но.Для ненагруженного устройства при температуре окружающей среды Я , соответствующей верхнему пределу рабочего диапазона изменения температуры, измеряют аддитивную составляющую температурной погрешности йБО(0 - 20) = 11(О )-У и температурное изменениеВ ссинфазного сигнала тензодатчика5(3) Д 1 х 1 сф,и1 х с ь. Визмерения синфазное выходное напряжение тензомоста тензодатчика 1, которое равно наименьшему из выходных 0напряжений.плеч тензомоста тензодатчика 1,.поступает через резистор 9токовой развязки на неинвертирующийвход дифференциального усилителя 6,на инвертируюший вход которого с 5движка потенциометра ч подается напряжение компенсации постоянной составляющей синфазного напряжения тензодатчика 1. Так как выражение (2), характеризующее синфазное напряжение тенИи рассмотрения схемы тениодатчика 1 (фиг.1) выражение (1) при,водится к виду: БплКс) 1 Бо1 Х22(К+К ) 2г,й 1) ф = 1 - 1 ПьС, В СФ,В "сХ,ОКс о й 1-20)Х1Ко+ Кг,производят нагружение весов грузом номинальной массы ш и измеряют мульнтипликативную составляющую температурной погрешности д Я(Ц, ш= Ц я(ш)-11 - д 1- й- -20) - Б ш о Н Результаты предварительных измерений при 0 преобразую г в,цифровые коды Ох 1 хсф, х 11 х пропорциональ- ные г 1 о (св 20)1 сфиЯ(720)шн соответственно.При взвешивании неизвестной массы грузя ш ( ш н в условиях переменных температур получение цифрового кода Я(ш)х соответствующее ш, производят по преобразованному в цифровой код хн(ш) результату измерения дифференциального сигнала тензодатчика Б(гп) и преобразованному в цифровой код 31 х 1 сфпоследнему из результатов периодического измерения температурного изменения синфазного сигнала тензодатчика В 11 сф я = 11 сф,п сф,а, ис псльзуя следующее выражение: М,Ст) = МСш)-М, + ЛИ,Гл И) 1 х(ш)О 1 х 1 с.ф н) 1И(тП) д Исгде И (ш) = 11 н(т) - 1 х 1,+ ДИ,Результат измерения дифференциального сигнала тензоцатчика 1, пропорциональный измеряемой массе груза с коррекцией температурной погрешности, вычисляется по результатам основного цикла измерения и последнего вспомогательного из проводимых периодически циклов измерения. В течение вспомогательного циклазодатчика 1, содержит составляющую пропорциональную 2 К, то для компенсации этой составляющей выходное напряжение противоположного полумоста тензодатчика 1 поступает на прямой вход дифференциального усилителя 7 с соответствующей компенсацией постоянной составляющей по инвертирующему входу с помощью потенциомет ра 5. Компенсация изменений синфазНого сигнала пропорциональных й В.или измеряемой массе груза осуществляется на входе усилителя 8 путем Суммирования с определенньпти коэффи циентами передачи синфазного напряжения тензодатчика 1 и выходного напряжения противоположного полумоста . тензодатчика 1 имеющих разные знаки этих изменений, Усилители 6 и 7, уси литель 8, потенциометры 4 и 5 и резисторы 9 - 13 образуют устройство Выделения температурных изменений синФазного сигнала, выходное напряжение которого пропорционально температур ному изменению синфазного напряжения тензодатчика 1, определяемому треть им слагаемым в выражении (1):Л К с, ь Я"20)сфи 4 р + р0 - 2 т (4) где Кп - коэффициент пропорциональности (усиления).Ключ 16 подключает при наличиинизкого уровня управляющего сигналяна управляющем выходе МВУ 14 выходусилителя 8 к выходу АЦП 17, которыйпреобразует П,фв цифровой код Ии производит выдачу полученного кода. 40на вход МВУ 14 в момент появления насвоем управляющем выходе сигнала,соответствующего концу преобразования,МВУ 14 помещает полученный от АЦП 4код Мь в определенную область своего оперативнсго запоминающего устройства (ОЗУ),Таким образом, по окон:танин вспомогательного цикла измерения в ОЗУ 5 ОМВУ хранится код Бф со.-,тветствую-щий температурному изменению выходного синфазного напряжения тензодатчика 1, величина которого однозначнохарактеризует изменение температуро зависимых параметров передаточнойфункции тензодатчика 1 по отношению к нормальным условиям окружающейсреды.Ц (тп) = и +а 11,Я)+8 тп +ДЗЩ) тп,(5) где П + Л 11 Я) - начальный Дифференциальныи сигнал при нормальных условиях и его температурный дрейф (аддитивная составляющая);температура окружающей среды;Б+ дЯЯ"20) - чувствительностьтензодатчика при нормальных условиях окружающей среды и его температурный дрейф (мультипликативная составляющая)АЦП 17 преобразует усиленный дифференциальный сигнал тензодатчика 1 П(ш) в цифровой код М,(тп), который при появлении на управляющем выходе АЦП 17 управляющего сигнала поступает на вход МВУ 14. По окончании основного цикла измерения МВУ 14 осуществляет коррекцию аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности измерения Б(ш) по следующей формуле: Ы (тп)+1 (6)И(тп)1 а 11,1 где ИП(ш) - цифровой код, соответствующий номинальноймассе груза тп, записанный в определенную область постоянного запоминающего устройства(ПЗУ) МВУ 4; В течение основного цикла измерения при наличии высокого. уровня управляющего сигнала с .управляющего выхода ИВУ 14 к входу АЦП 17 через ключ 15 подключается выход предусилителя 3, который усиливает дифференциальный сигнал тензодатчика 1 0(ш), пропорциональный измеряемой массе груза ш, в соответствии со своей функцией преобразования;1 о3 Нз 11(ю) = 74359 цифровои код, соответст-. вующий начальному дифференциальному сигналу тензодатчика 1 Ц, иэ"меренному после калибровки весов при нормальных условиях окружающей среды, записанныйв определенную областьПЗУ МВУ 14,цифровой код, соответствующий аддитивнойсоставляющей температурной погрешностивц, Я,-20)-цй,)-Ц,измеренной у ненагруженного устройства,при температуре окружающей среды, равнойверхнему пределу рабочего,диапазона изменения температуры Я , записанный в ПЗУ МВУ 14;цифровой код, соответствующий мультипликативной составляющей температурной погрешностиЖ 20) шя=П Вн-П о-дП(082 о) - я изме зоренной у нагруженногоустройства грузом номинальной массы ш, итемпературе окружающейсреды, равной верхнемупределу рабочего диапа-..зона изменения температуры весов О, записанныйв ПЗУ МВУ 14; 40И (ш) -и+ДИЫ с 4,Ф 3и о о цифровой код, соответствующий температурно 45му изменению аинфаэного напряжения тенэодатчика 1, измеренномупри температуре окружающей среды, равной верх"нему пределу рабочегодиапазона изменениятемпературы весов Я,записанный в ПЗУ МВУ 14. 56Таким образом, характер изменений П и Язависящий от изменений температуры окружающей среды позволяет повысить точность измерения,49Устройство реализовано на интегральных микросхемах серий К 564,К 140 и К 580. В качестве тензодатчикаиспользуется, датчик типа,ДСТ, в качестве усилителей 6,7 и 8 микросхемы К 140 УД 14, в качествеключей 15 и 16 - микросхема К 590 КН 7,Источник 2 питания и предусилитель 3реализованы на микросхемах серииК 140 по стандартным схемам. В качест"ве АЦ 1 17 используется микросхемаК 572 ПВ 1, а в качестве МВУ 14 - мини -ЭВМ "Электроника К 1-10" или микросхе"ма К 1816 ВМ 48. Резисторы 9-13 являются резисторами типа С 2-29 Б,Формула изобретения Устройство для измерения массы, содержащее источник питания, дифференциальный предусилитель, аналогоцифровой преобразователь и мостовой тензодатчик, вершины питающей и измерительной диагоналей которого подклю" чены соответственно к зажимам источника питания и к входам дифференциального предусилителя, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше" ния точности измерения, в него введены микропроцессорное вычислительное устройство, два потенциометра, пять резисторов, два ключа, два дифференциальных и один суммирующий усилители, причем выходные зажимы источника питания соединены параллельно с неподвижными выводами первого и второго потенциометров, подвижные выводы которыхподключены соответственно к инверсным входам первого и второго дифференциальных усилителей, выходы которых соединены соответственно че- . рез первый и второй резисторы с входом суммирующего усилителя, а прямые входы первого и второго дифференциальных усилителей подключены соответственно через третий и четвертый резисторы к двум вершинам измерительной диагонали мостового тензодатчика, выход дифференциального предусилителя подключен к первому входу первого ключа, выход которого объединен с выходом второго ключа и соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, подключенного своими информаци" онным и управляющим выходами соответственно к одноименным входам микропроцессорного вычислительного устрой" ства, выход суммирующего усилителя соединен через пятый резистор со сво 9 1435949 10им входом и подключен к первому входу ключа и соединен с управляющим вывторого ключа, второй вход которого , ходом микропроцессорного вычислительобьединен с вторым входом первого ного устройства.Составитель С,ШахинРедактор С.Пекарь Техред М.Дидык Корректор Э.ЛончаковаЗакаэ 5635/40 Тираж 111 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Проиэводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4