Способ измерения массы

(594 С 01 С 9/О ЕНИЯ 24 рипник др. Тестовыености измерен ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ НИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4034081/ (22) 05.03.86 (46) 15.01.88 (72) Б.А.Тара и Г,И.Гаврилю (53) 681.269( (56) Бромберг методы повыпе М.: Энергия,Бюл.н, Ю.Ак088.8)Э,М.ния то1978,(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ(57) Изобретение относится к весоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Цель обеспечивается тем, чтопредложен способ, основанный на прямых измерениях суммарной массы, состоящей нз масс грузоизмерительнойплатформы и объекта,с физически адекватной его мерой и беэ нее при различных значениях коэффициента передачи входного механического звена.3 ил.Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах, например, для определения веса движущихся объектовЦель изобретения - повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу измерения массы, основанному на прямых измерениях суммарной массы, состоящей из масс грузоизмерительной платформы и объекта с физически адекватной ей мерой М, и без нее, при различных значениях коэффициента К р передачи входного механического звена фиксируют результаты измерений массы платформы с мерой - Ми И без нее - ИВ и Н 4 при значениях коэффициента соответственно К ри К, и К и К фиксируют результаты изме-" рений суммарной массы с мерой - 11 и 11 В и без нее - 117 и И 8 при значениях коэффициента соответственно Крз и Кр 4 и Кр 4 и Крэ, нахоДЯт Разности Д,= между адекватными результатами измерений, а массу М 7, движущегося объекта находят (контролируют) по формулед 1 д 4 Б 2 Б д 2 д Б Б 4 МО ( ) (Д Б 2 Д 2 Б ) (Д Б 4 Д 4 БВ)где ББ ,Б и Б - нормированные значения крутизны преобразования,приведенные к входу электрического функционального звена на квазилинейных участках соответственно д д Ь и д 4 его передаточной характеристики, сформированных изменениями коэффициента передачи отношения (К/К )и (Крэ /К 4 ) которых выбирают близкими к единице, но не равными ей, а массу Мопределяют по формулеМ д Д- дд М (2)х (Д, - д.7 ( Д Д 41 7при значительных превышениях массы платформы и объекта над мерой, обеспечивающих выполнения условийБ=Б 2 иЯВ=Б 4 (3) Затем фиксируют результаты 2 , И и Н при постоянном коэффициенте передачи, находят разности И- Н и Н 2-11 В, а массу М определяют с использованием зависимостид 7-3д 2-3(4)Предложенный способ измерения основывается на следующем,При очевидной линейности передаточной характеристики входного механического звена, предполагаемой функциональности следующего за ним электрического звена и, таким образом,общей нелинейности всей передаточнойхарактеристики механо-электрическогопрямого разомкнутого измерительного 10 преобразования передаточная функцияможет быть описана аналитическимимоделями общего асимптотического видаБ (К)д(5) 15при приведении к вйходу измерительного преобразования его абсолютной аддитивной погрешности Ь или жеУ Б (Х 4 Д ) (6)при приведенйи к входу измерительного 20преобразования его абсолютной апди-тивной погрешности Ь , где У - выходной сигнал измерительного преобразования, характеризующий его результат,Би Б- приведенные соответственно к входу и выходу нормированныезначения крутизны преобразования передаточной характеристики, Х - измерительный сигнал, и - нормированноезначение показателя нелинейности передаточной характеристики:Дх= Дх +Д 7 И (7)где ди д- соответственно систематйческая, коррелированная и случайная (некоррелированная) составляющие абсолютных приведенных погрешностей.С учетом соотношения (7) зависимости (5) и (6) преобразовываются (вконкретном случае предлагаемого спо соба) в выражения-8 Б .8 кр.4 (М ЫОММа11 В ЯВ -Кр 4 (М о в Мп э М +где И .В " аналоговая или же кодоваяв том числе цифровая, форма результата прямого измерения;Б,.В - приведенные нормированныезначения крутизны переда точной характеристикиэлектрического звена;К, - коэффициенты передачивходного механическогозвена, т.е, рычага, отношения которых характеризуются асимптотическим условием нормировки(23) 31где Ми М - соответственно массыгрузоизмерительнойплатформы и меры;М - суммарная масса в кои 5торой М - измеряемая,контролируемая массадвижущегося груза, т.е.объекта:М = М,),х (11) 1 ОПервоначально устанавливают коэффициент Кр передачи входного механического звена и фиксируют резульа 15Н,- 8,Кр, (я +06 - (12)ЬЮ, +Ъ Ы,(Е)1,измерения массы платформы с мерой,Затем слабо изменяют, в пределахсоотношения (10) и на величину, кратную порогу чувствительности элек 20трического звена, коэффициент передачи входного механического звена сК до К и этим формируют квазиРлинейную вариацию рабочей точки нанелинейной передаточной характеристике электрического звена, в пределахкоторой выполняется условиеЬп, = п, -1 1. (13)Результаты измерений характеризуются следующими квазилинейными зависимостями;1 ф 8)ГКР) (Мя)яо)йЬ И,+ (14(15) 35Ъ 11,+ Ь 11,(е)Затем находят первую разность 1 а з 8 г ГК р 2 (М па ЯЬя(20)Як,(с)- Хы,(с,),между адекватными результатами измеРений Нз и)11Далее устанавливают коэффициентКРмпередачи входного механическогозвена и фиксируют результатИ Я ( М ) ЬН + )+Ь Я,(,)Д,измерения суммарной массы с мерой.Затем слабо изменяют, в пределахсоотношения (10) и на величину, кратную порогу чувствительности электрического звена, коэффициент передачивходного механического звена с К мдоКр и этим формируют квазилинейнуювариацию рабочей точки на нелинейнойпередаточной характеристики электрического звена в пределах условия(3) и характеризуют результаты измерений следующими квазилинейньяи зависимостями:и,- я, к(м, + м,)1а и,+я .р х а)(22) ф, 8, КР, (М +М,)+Я Н ++Ь Й, - Ь М (16) между адекватными результатами изме рений И, и Ю.Далее при коэффициенте Кр передачи входного механического звена фиксируют результат1 Э 82 р 2 (М и Я + Ь ф з+ ЫЯ.я ( )(1 7) 4 измерения муссы платформы.Затем слабо изменяют, в пределахсоотношения (1 О) и на величину, кратную порогу чувствительности электрического звена, коэффициент передачи50 входного механического звена с К г до КР) и этим формируют квазилинейную вариацию рабочей точки на нелинейной передаточной характеристики электрического звена в пределах условия (13)55и характеризуют результаты измерения спедующим квазилинейными зависи- мостями Ьз 15 116 8 з(Кръ К с)(М +М )+гС") -а" .)1, между адекватными результатами измерений И и И 6Далее при коэффициенте К м передаР чи входного механического звена фиксируют результати,-я,к(м "Ъаи,+а и,(а,югя) измерения суммарной массы. Затем слабо изменяют, в пределах соотношения (10) и на величину, кратную порогу чувствительности электрического звена, коэффициент передачи входного механического звена с КРаа до КР и этим формируют квазилинейную вариацию рабочей точки на нелинейной передаточной характеристики электрического звена в пределах условия (13) и характеризуют результаты из 5 13 мерений следующими квазилинейными зависимостями:т- Яо ГКрф(М)1- ГЬ Н,+Ь Ы,(Е 7)3(26)Ув Я Кр. (М )6 ИТЬБ 8(1)Д,(27) Затем находят четвертую разность 66882Ь -И И Я (Кр Кр ) М,И 8) Ь (,Я,между адекватными результатами измерений И и Н.,Далее определяют отношения разностей( 2.1 )Ь, Я эпри следующих условиях нормировки случайных , неко ррелированных , составляющих абсолютных приведенных погрешностей:Ы, И)1-нгК,)3;й Н э(, )3- Ь Б ( )3(53-С 6("6 )3 ЭГ. 7( 7)8( ОНЗатем решают зависимости (31) и (32) относительно массы М движущегося объекта и после элементарных преобразований приходят к формуле (1) 35На формулу (1) налагают условия (3), что приводит к соотношению (2),Далее при любом коэффициенте передачи механического звена, обеспечивающем максимальную чувствительность 40 метода (допустим при К э ), фиксируют результатыг ЯКрэ (МцлоЬР 11+1 г(г)3 34) Ы ЯК (М)3+К И+К Н И,) 1 (35) МЯКрэ (М )ЭК И+ 17(тЯ (36) при линейной передаточной характеристике электрического звена, характери- . зующейся приведенным нормированным 50 значением крутизны Я и систематической коррелированной составляющей абсолютной приведенной погрешности о-ью,(с, ) 1,Затем определяют отношение разностейМ, Ы, М,+ЬЫ2 ЬЫ за (4 О)1 г 1 э Мо+ 11 г(г)1которое преобразовывают в результатизмерения (4) при следующих условияхнормировки случайных, некоррелированных, составляющих абсолютных при-,веденных погрешностей:И,)1 (си (41)1 г("гЛз(з).1коэффициенты корреляции которых равны,При отсутствии искусственно введенных условий нормировки (33) и (41)предлагаемый способ, как и известные способы, относящиеся к косвеннымметодам измерений, обладают общимнедостатком:, зависимостью результатов измерений от случайных, некоррелированных, составляющих абсолютныхприведенных погрешностей единственным эффективным методом борьбы с которыми является статистическая обработка результатов многократных прямых измерений И", при которых этасоставляющая погрешности уменьшаетсяв -Г раз.На фиг.1 изображена массоиэмерительная система, состоящая изнеподвижных 1 и 2 и подвижной 3 горизонтальных платформы, грузоизмерительной из которых является платформа 3, по которым поступательно перемещается объект 4, воздействие массы.Мх которого передается через платформу 3, имеющую массу М и системурычагов 5 и 6, характеризующуюся коэффициентом К = 1, /1 передачи напервичный измерительный преобразователь (ПИП) 7, например пьезодатчик,выходной аналоговый сигнал которогопоступает через селективный усилитель 8 на вход специализированноймикро-ЭВМ 9 состоящей из последова 95тельно соединенных аналого-цифровогопреобразователя (АЦП) 10, микропроцессора (МП) 11 с запоминающим устройством (ЗУ) и цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 12, выходные анало- .10говые сигналы которого по командемикропроцессора (МП) 1 подаются наэлектромагнит 13, включение которогообеспечивает воздействие образцовоймассы (М,) 14 на систему рычагов 5 иб, на оконечный индикатор 15, регистрирующий в цифровом визуальном видерезультаты основных и промежуточныхизмерений, и на систему упоров 16 -19 через исполнительный механизм 20 20их вертикального перемещения с цельюпоэтапного формирования коэффициентов К передачи рычага 6, т.е. входного звена 6, характеризуемого линейной передаточной функцией, которая 25совместно с функциональным электрическим звеном- 10 формирует общуюнелинейную передаточную характеристику массоизмерительной системы, характеризуемую аналитической моделью 3 О(8) или (9),На фиг.2 изображена структурнаясхема массоизмерительной системы, накоторой перестраиваемое входное механическое звено с коэффициентамиК,передач последовательно соединено с функциональными устройством аналого-цифрового преобразования, вкотором К, 8 - значения коэффициентапередачи электрического функциональ Оного звена, адекватные значениям крутизны его передаточной характеристики Я, 8, характеризуемой показателеми, нелинейности; Ио, З - аддитивныеошибки цифровых кодов М, з, возникающие в процессе прямых измерений. различных комбинаций входных измерительных сигналов, формируемых адекватными комбинациями измеряемых масс М,М и М воздействующих на входное.механическое звено. Аналитическаямодель структурной схемы соответствует соотношению (8).На :. фиг.3 изображены передаточнаяхарактеристика функционального электрического звена, т.е. аналого-цифрового преобразования (показанного нафиг.1 и 2), на которой Кр, (М+М ),Кр(Мщ+Мф) ф Кр М ддф Кр Мп и тепе 1366882измерительные сигналы элек трическогозвена, формируемые на выходе входного механического звена; Я Я, Я,Я - значения крутизны передаточнойхарактеристики на ее кваэилинейныхучастках соответственно 1 - 2,3 -4,5 - 6,7 - 8; Х, з - результаты измерений, т,е. выходные сигналы электрического аналого-цифрового звена.Пример осуществления предлагаемого способа на массоизмерительной системе, изображенной на фиг.1,Первоначально вводят в запоминающее устройство (ЗУ) МП 11 микро-ЭВМ9 общий алгоритм измерения движущегося объекта 4, нормированную передаточную характеристику (фиг.З); формулы (1) и (2) вычисления массы Мдвижущегося объекта 4 (по результатам прямых измерений промежуточныхвычислений).Затем по команде микро- ЭВМ 9 спомощью исполнительного механизма 20устанавливают упор 16 входного механического звена рычага 6 и включаютэлектромагнит 13.Затем при нахождении движущегосяобъекта 4 в позиции А на неподвижнойплатформе 1 фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы (Мщ+ М) и спомощью микро-ЭБМ 9 вычисляют нормированное значение крутизны Я,перецаточной характеристики (фиг.З), которое вводят в ЗУМП 11.Далее по команде микро-ЭВМ 9 спомощью исполнительного механизма 20устанавливают упор 7 рычага 6 и спомощью исполнительного механизма 20устраняют упор 16 рычага 6.Затем (при нахождении объекта 4 впозиции А) фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы (М+М ), с помощью микро-ЭВМ 9 повторно вычисляютнормированное значение крутизны Я.и при его совпадении с первоначальновычисленным значением в пределахасимптотического условия нормировки1 - 10 (42)определяют первую разницу между результатами прямых измерений, значение которой вводят в ЗУМП 11.Затем по команде микро-ЭВМ 9 отключают электромагнит 13. Далее (принахождении объекта 4 в позиции А)фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы М и с помощью микро-ЭВМ9 вычисляют нормированное значениекрутизны Я передаточной характе1366882 9ристики (фиг.З), которое вводят в ЗУМП 11.Затем по команде микро-ЭВМ 9 и с помощью исполнительного механизма 205 устанавливают упор 16 рычага 6 и уетраняют упор 17 рычага 6.Затем (при нахождении объекта 4 в позициИ А) фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы М , с помощью микро-ЭВМ 9 повторно вычисляют нормированное значение крутизны Би при его совпадении с первоначально вычисленным значением в пределах асимптотического условия нормировкиБг-ъ Б- О (43) определяют вторую величину между результатами прямых измерений, значение которой вводят в ЗУМП 11.Далее по команде микро-ЭВМ 9 вклю чают электромагнит 13 и с помощью исполнительного механизма 20 устанавливают упор 18 рычага 6 и устраняют упор 16 рычага 6.Затем (при нахождении объекта 4 в 25 позиции В) на грузоизмерительной платформе 2 фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы (М +М+М ) и с помощью микро-ЭВМ 9 вычисляют нормированное значение крутизны Б . пере даточной характеристики (фиг. которое вводят в ЗУМП 11.Затем по команде микро-ЭВМ 9 и с помощью исполнительного механизма 20 устанавливают упор 18 рычага 6 и устраняют упор 18 Рычага 6,Далее (при нахождении объекта 4 в позиции В) фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы (Мц+М+М,) с пОмОЩью микро-ЭВМ 9 пов торно вычис 4 О ляют нормированное значение крутизны Б . и при его совпадении с первоначально вычисленным значением в преде.лах асимптотического условия нормиДалее по команде микро-ЭВМ 9 и спомощью исполнительного механизма 20устанавливают упор 18 рычага 6 и устраняют упор 19 рычага 6.Затем (при нахождении объекта 4 впозиции Б), фиксируют ЗУМП 11 результат измерения массы (М+М), с помощью микро-ЭВМ 9 повторно вычисляютнормированное значение крутизны Б 4 8и при его совпадении с первоначально вычисленным значением в пределахасимптотического условия нормировки) Б 4 Б 4-В 0 у (45)определяют четвертую разницу междурезультатами прямых измерений, значение которой вводят в ЗУМП 1,Затем микро-ЭВМ 9 проверяет выполнение условий (3) и при их соблюдении вычисляют определяемую (контролируемую) массу М движущегося объекта 4 по формуле (2). При не выполнении условий (3) микро-ЭВМ 9 проводитконечное (итоговое), вычисление посоотношению (1),Далее по команде микро-ЭВМ 9 индицируется результат определения массы М движущегося объекта 4 на цифровом оконечном индикаторе 15,Затем по команде микро-ЭВМ 9 и спомощью исполнительного механизма 20устраняют упор 18 рычага 6.На этом процесс массоизмерения(массоконтроля) с использованием системы, изображенной на фиг.1, имеющейпередаточную характеристику, изображенную на фиг.З, прекращают. Принесоблюдении в процессе массоизмерения (массоконтроля) любого из условий нормировки (42) - (45) измерительный процесс прерывают и проводятрегулировку массоизмерительной системы.) -5 Б) О (44) определяют третью разницу между результатами прямых измерений, значениекоторой вводят в ЗУМП 11,Затем по команде микро-ЭВМ 9 отк 5 Олючают электромагнит 13. После чего (при нахождении объекта 4 в позиции Б), фиксируют ЗУМП 11результат измерения массы (М+М )и с помощью микро-ЭВМ 9 вычисляют.нормированное значение крутизны Б 4, передаточной характеристики (фиг,З),.которое вводят в ЗУМП 11,Формула и з о б р е т е н и яСпособ измерения массы, заключающийся в измерении суммарной массы измеряемого объекта и массы грузоприемной платформы совместно с эталонной массой и без нее, вычислении разностей результатов смежных измерений ивычисления массы по заданной формуле, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, устанавли-, вают первый коэффициент передачи входного механизма весоизмерительной системы, присоединяют эталонную массу к грузоприемной платформе и проводят первое измерение - массы платформы с присоединенной к ней эталонной массой, затем устанавливают второй коэффициент передачи и проводят второе измерение - вновь измеряют массу платформй с эталонной массой, .производят вычисление разности первого и второго измерений, после этого отсоединяют эталонную массу и проводят третье измерение - массы платформы, после чего вновь устанавливают первый коэффициент передачи и проводят четвертое измерение - повторно измеряют массу платформы, вычисляют разность между результатами четвертого и третьего измеренМ, затем устанавливают третий коэффициент передачи, присоединяют эталонную массу к платформе и проводят пятое измерение - суммарной массы объекта, платформы и эталонной массы, после чего устанавливают четвертый коэффициент передачи и выполняют шестое измерение - повторно измеряют суммарную массу, вычисляют разность результатов пятого и шестого измерений, затем отсоединяют эталонную массу и проводят седьмое измерение - массы объекта и платформы, повторно устанавливают третий коэффициент передачи и провэ 1 25 ЮГ; 11 м1 1366882 дят восьмое измерение - вновь измеряют массу объекта и платформы, вю" числяют разность результатов восьмого и седьмого измерений, причем коэффициенты передачи устанавливают такими, чтобы отношение первого из них к второму и отношение третьего к четвертому были бы близкими к еди О нице, но не равны ей, а массу М объекта определяют по формуле Ь,Ь+ 8 гз - г з 88+ Сь, Б,-ь,Б, (ь, Я,-ь+ Я,но 15 ственно между первым и вторым, чет-, вертым и тРетьим, пятым и шестым, восьмым и седьмым 20 измерениями; 888,и 8 -" нормированные значения крутизны преобразования передаточной характеристики входного механизма, сформированные изменени-ями коэффициентов передачи; 30 М - величина эталонной массы..4/5 Производственно-по ическо Тираж 717 НИИПИ Государственног по делам изобретений 13035, Москва, Ж,-у, %,., гФиг 2 Подписнокомитета СССи открытийушская наб.,дприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4