Способ взвешивания и устройство для его осуществления

ЕНИ арионов ктвиц В мериия Спошцвация закл рвичцой кали соб взв чается в проверовки весов иэдеции и вестцым магцитоэлектриащаюшего момент тока компенсагрузом путесомпецсацити кои кораллыс ции, вто же грузо на плечи шивация а и измерециричцой калиб ци овки весов тем льцой нагрузке . собственно взвем при максима 1 сороиысла и при этом перй врашаюшего ед каждои коммомента, коропенсапи носитсяет быть Предлож оснсван на мента коро Изобретение от ной тсхнике и нок цо для создания э вых средств измер Цдль изобретен ности взвешиваци На фиг.1 приве схема весов; на фи аграмма, поясняющизмерите пользова о онных и азцо емым гру воположн ения массы.ия - повышение точя вовесом из мена функцио г2 - време ьная нсирующег торой проте держивающий иная ди ая их работу. госудА ственной комитетпо иаоБРБтениям и отнрнтиямпРи гннт ссо ИСАНИЕ ИЗОБРЕ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ ВЗВЕШИБАНИЯ И УСТРОДЛЯ ЕГО ОСУ 1 ЦЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к изтельной технике. Цель изобретенповышение точности взвешивания мысло 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 ца 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 - симальцой 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- СйЗначецие 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."Р ный способ взвешивани омпенсации вращающегосла, создаваемого взвем, путем нагружения про плеча коромысла протстной массы, созданиямомента катушкой, поает ток компенсации,коромысло в горизонталном положении, и пересчета величинытока компенсации в значение разностимасс между взвешиваемым грузом ипротивовесом по ФормулеМк 5М -- 1 (1)Ткгде 1 - ток компенсации;М - масса калибровочного груза;1 - ток компенсации, уравновешивающий калибровочныйгруз,В формуле (1) величина тока ком-.пенсации, уравновешивающего калибровочный груз (11) определяется автома 5тически при каждом взвешивании в зависимости от нагрузки на коромысло,Для определения.Тк весы калибруютдважды, один .раз при минимально нагруженном коромысле, другой при нагруженном максимально. При каждой ка)либровке,.кроме значении тока, урав новешивающего калибровочный груз,(Тц, Тк ), измеряют период собствен 1э к виых колебаний коромысла (Тк. Тк ) При 25взвешивании изМеряемого груза сноваизмеряют период колебаний коромысла Т. Считая приращение тока Тк (относительно полученного при калибровкес минимальной нагрузкой Тк,), пропорциональным приращению периода колебаний, определяют Тк из отношения;1- .Ю.М(2)Тк Тк Тк Ткк 2С учетом выражений (1) и (2) раз ность масс между взьешиваемым грузоми противовесом определяют как1 к К К 2 К .Пропорциональность приращения тока 40калибровки (ЬТ = 1 - 1 к,) приращению перисда колебаний ДТ = Т - Тквытекает из следующих соображений.Ток компенсации калибровочного гру. за обратно пропорционален магнитной 45индукции в зазоре, ВТ к 1 л 1/В, (4)При малыхперемещениях Ь Х (просадках)компенсирующей катушки, как эспери-.ментально установлено, изменение индукции с высокой степенью точностиописывается уравнениемВ 1/(1+К,ДХ 12) (5)где К - коэффициент, зависящий от1конструкции магнитной систе"мыеПросадка 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 просадкахХ ъ -И (6) период свободных колебаний коромысла Т определяетсяТ.1 М. (7)Из выражений (4)-(7) следует, что1, (1 + К 2 Т), (8)1где К - коэффициент пропорциональности.Соответственно при минимальной и максимальной нагрузке;(1 + К 2 Т,),К 2 ( 2 2)Предложенный способ взвешиванияосуществляется коромысловыми весамис магнитоэлектрической компенсацией(фиг.1), содержащими компенсирующуюкатушку 1, расположенную в поле постоянного магнита 2 и закрепленную наторсионных подвесках 3, с которойжестко связано коромысло 4 с подвесками для измеряемого груза и противовеса, Торсионные подвески 3 растянутыпружинами 5, выполняемыми обычно ввиде жестких пластин. Весы содержаттакже 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, АПП 15, арифметическое устройство 16, пять запоминающихустройств 17-21, блок 22 индикации итри формирователя 23,24 и 25 импульсов. В качестве запоминающих устройств17-21 могут использоваться отдельныеячейки памяти одного запоминающегоустройства. формирователи 23-25 импульсов могут быть выполнены в виде кнопок, управляемых оператором, один изконцов 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 7управления, а выход - к входам запоминающих устройств 17, 18 и второмувходу арифметического устройства 16.Остальные входы устройства 16 псдклю 5чены к соответствующим выходам запоминающих устройств 17-21, а выход " квходу блока 22 индикации. Входы записи устройств 17 и 19 связаны с выходом формирователя 23 импульсов, а вхо ды записи устройств 18 и 20 - с выхо дом формирователя 24. Входы усилителя 8, интегратора 9 и схемы 10 дифференцирования соединены параллельно иявляются входом блока 7 управления, 5выходы усилителя 8 и интегратора 9 связаны непосредственно, а выход схемы 10дифференцирования через ключ 1 - ссоответствующими входами сумматора 12,выход которого является выходом бло"ка 7 управления. Управляющий входключа 11 является входом коммутацииблока 7 управления,Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. 25Первоначально весы калибруют двараза. При первой калибровке чашки освобождаются от груза (минимальная нагрузка на коромысло), затем на однуиз чашек устанавливают заранее аттес- ЗОтованную калибковочную гирю, массакоторой не превышает диапазона автоматического уравновешивания, Значениемассы калибровочной гири заранее записывается в запоминающее устройство 21, Покоманде оператора "Пуск начинается процесс взвешивания калибровочной гири.Кнопка "Пуск" обычно связана с арре -тиром, освобождающим механическоекрепление коромысла. В процессе взвешивания на выходе АЦП 15 устанавливается цифровое значение тока компенсации, уравновешивающего калибровочную гирю, при минимальной нагрузке накоромысло (1,), на выходе схемы 14 45измерения периода - значение периодаавтоколебаний коромысла (Т). Процесс первой калибровки завершается нажатием оператором кнопки "Калибров-,ка 1" (формирователь 23 импульсов), 50при этом значения Т,и Е запоминаются соответственно в первом и второмзапоминающих устройствах 17 и 19,При второй калибровке чашки весовнагружаются двумя одинаковыми груза-. 55 фми, соответствующими максимальнойнагрузке на коромысло (наибольшемупределу взвешивания -НПВ), затем наодну 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 Щ .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 проЭтивовеса не превышает диапазона автоматического уравновешивания. По ко- .манде оператора "Пуск" начинаетсяпроцесс взвешивания, в результатекоторого на выход" устройств 15 и 14формируется -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, хранящихсяв запоминающих устройствах 17-21,по формуле рассчитывается разностьмасс, 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 3, (фиг.2 а )производит запуск одновибратора 13и через время задержки Т дАв моментвремени 11 на его выходе формирует-.ся импульс длительностью Т(фиг.2 б),До момента Т весы находятся в режиме стабилизации (ключ 11 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.2 в) псявляетсясигнал 11, не равныйнулю. Блок 7управленйя преобразует сигнал Б Р всигнал управления компенсирующей катушки 11, который обеспечивает возвращение коромысла в исходное положение. Блок 7 обеспечивает пропорционально-интегрально-дифференцирующееуправление. Для этого сигнал 0 поступает на входы усилителя 8, интегратора 9 и схемы 10 дифференцирова -5ния, выходные сигналы которых являктся составляющими сигнала управления.Составляющая сигнала усилителя 8(11, фиг,2 г),пропорциональная углуф 1отклонения коромысла, обеспечивает 10отрицательную обратную связь системыстабилизации коромысла. Составляющаясигнала интегратора 9 (11,фиг.2 д),пропорциональная интегралу угла отклойения, и служит для исключения стати- .15ческой ошибки. Составляющая сигналасхемы 10 дифференцирования (Ъ;,фиг.2 е)пропорциональная скорости из,менения угла поворота коромысла, обеспечивает электронное демпфирование,необходимое для затухания системы,Суммарный сигнал управления (У,фиг.2 ж) устанавливает коромйсло в горизонтальное положение, В момент времени й, импульс с выхода одновибратора 13 (фиг.2 б) поступает на ключ 10,размыкая его, При этом из управляющего сигнала исключается составляющаяэлектронного демпфирования и на время действования импульса одновибратора 13 (Т 1) система уравновешиванияпереходит в автоколебательный режим.Одновременно импульс адновибратора 13подключает схему 14 измерения периода колебаний, которая измеряет период 35автоколебаний системы. По окончаниюимпульса (момент е) система возвращается в режим стабилизации (ключ 11замыкается), а коромысло стабилизируется в горизонтальном положении. 40Отметим что операции взвешиваниякалибровочного груза. необходимы лишьпри 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 предложенногоспособа повышается в 2-5 раза точность взвешивания при одновременномувеличении диапазона измеряемых значений массы и снижении требований к однородности поля в системе постоянного магнита, что обеспечивает прецизионную коррекцию погрешности взвешива-ния, обусловленную неоднородностькмагнитного поля при магнитоэлектрической компенсации измеряемой массы ипровисанием катушки компенсации, Формула и з о б р е т е н и я масса калибровочного груза;значения тока компенсациии периода колебаний коромысла при его нагружениивзвешиваемым грузом и противовесом;значения тока компенсации ипериода колебаний коромыслапри первичной калибровке;значения тока компенсациии периода колебаний коромысла при вторичной калибровке с максимальной нагрузкой на коромысло. где Мк1,Т -1,Т2, Устройство для взвешивания с магнитоэлектрической компенсацией, содержащее компенсирующую катушку,расположенную в поле постоянного магнита и закрепленную на торсионных подвесках, с которой жестко связано коромысло .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 - -е 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 щ и й с я 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 вводят в режим колебаний, измеряют их период, а разность М масс взвешиваемого груза и противовеса определяют из выражения1 1 к; 1 кМ = М /(1 +1 кК9360687 точности,оно снабжено одновибратором, схемой измерения периода, пятью. запоминающими устройствами и тремя формирователямиимпульсов, при этом вы" ходы фсрмирователей импульсов соединены .соответственно с входом одновибрвтора, 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 преобО Ораэователя соединен с входами второгои четвертого запоминаюших устройств,выходы всех запоминающих устройствпсдсоединены к соответствующим остальным входам арифметического устройства,блок управления включает в себя сумматор, входы которого соединены соответственно с выходами усилителя, интегратора и через ключ - с выходомсхемы дифференцирования, при этомпараллельно включенные входы усилителя, интегратора и схемы дифференцирования связаны с выходом датчика раэбаланса коромысла, управляющий входключа подсоединен к выходу одновибратора, а выход сумматора - к компенсирующей катушке,, %ф1 Г -уф1рк-. я. Ф"Ъ.7 р Й,4 7 у Состввителв Я СелуямовТе"ред Л.Олийнык 1(орректор И.Шароши Редактор г 1, КелемешЗакаэ 35;.Г прая цПодписноекомитета по изобретенияи и открьгиви при ГКНТ СССР 14, квд, БРаувскал наб. д. (/5 3 ИЩПИ Государственно;"