RU2047849C1

RU2047849C1 - Strain-measuring digital device

Info

Publication number: RU2047849C1
Application number: RU93015997A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Новиков
Original assignee: Николай Николаевич Новиков
Priority date: 1993-04-21
Filing date: 1993-04-21
Publication date: 1995-11-10

Abstract

FIELD: weight measurement technology. SUBSTANCE: strain-measuring digital device has two for information input and two parallel channels of processing of strain-measurement data with units for compensation for additive errors connected to first and second inputs of signal adder to follow principles of parallelogram independent of area of platform of weight-taking unit, is provided with circuit for setting of zero and compensation for container load based on controlled reversible counter and digital-to-analog converter placed into compensation circuit of amplifier- corrector, is fitted with circuit of automatic selection of range of weight measurement. EFFECT: enhanced precision and reliability, increased efficiency of compensation for temperature and dynamic errors and automatic selection of range of weight measurement. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано в составе весоизмерительных устройств с компенсацией начальной или тарной нагрузок, работающих в условиях температурной нестабильности и динамических помех. The invention relates to a weight measuring technique and can be used as part of a weight measuring device with compensation for initial or tare loads operating under conditions of temperature instability and dynamic noise.

Известны весоизмерительные устройства, содержащие последовательно включенные силоизмерительный датчик, частотный преобразователь, блок управления, выходной счетчик, блок индикации, а также счетчик общего веса [1]
Недостатком известного устройства является низкая точность, обуславливаемая погрешностью установки нуля.Known weighing devices containing sequentially connected load cell, frequency converter, control unit, output counter, display unit, as well as a total weight counter [1]
A disadvantage of the known device is the low accuracy, caused by the error of zero.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее датчик запуска, генератор числа импульсов, нуль-орган, цифроаналоговый компенсатор, блок управления, делитель напряжения, регистр, два триггера и два формирователя импульсов, узел ввода информации, согласующий элемент, реверсивный счетчик с цифроаналоговым преобразователем, усилитель-корректор и делитель, вход которого соединен с выходом усилителя-корректора, а управляющий вход усилителя корректора соединен через цифроаналоговый преобразователь с выходом реверсивного счетчика (2). The closest in technical essence is a device containing a start sensor, a pulse generator, a zero-organ, a digital-analogue compensator, a control unit, a voltage divider, a register, two triggers and two pulse shapers, an information input unit, a matching element, a reversible counter with a digital-to-analog converter , amplifier-corrector and divider, the input of which is connected to the output of the amplifier-corrector, and the control input of the amplifier of the corrector is connected through a digital-to-analog converter with the output of the reverb Sivny counter (2).

Известное устройство обладает недостаточной точностью и надежностью из-за несовершенной системы компенсации температурных и динамических погрешностей и отсутствием автоматического выбора диапазона измерений [1]
Целью изобретения является повышение точности и надежности, а также повышение эффективности компенсации температурных и динамических погрешностей и автоматического выбора диапазона измерений.The known device has insufficient accuracy and reliability due to an imperfect compensation system for temperature and dynamic errors and the lack of automatic selection of the measurement range [1]
The aim of the invention is to improve the accuracy and reliability, as well as improving the efficiency of compensation of temperature and dynamic errors and automatic selection of the measurement range.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 узел компенсации. Figure 1 shows the proposed device; figure 2 node compensation.

Устройство содержит узлы 1 и 2 ввода информации, согласующие элементы 3 и 4, первый коммутатор 5, узлы 6 и 7 первой и второй компенсации, усилители 8 и 9, фильтры 10 и 11, сумматор 12, усилитель-корректор 13, делитель 14, второй коммутатор 15, триггер 16 управления, первый 17 и второй 18 и элементы И, схемы первый 19 и второй 20 сравнения, узел 21 уставки, цифроаналоговый преобразователь 22, реверсивный счетчик 23, третий 24 и четвертый 25 элементы И, элемент НЕ 26, элемент И-НЕ 27, элемент 28 включения, усилитель-формирователь 29 сигнала компенсации, источник 30 стабильного напряжения, генератор 31 управляющих импульсов, формирователь 32 сигнала управления, цифроаналоговый преобразователь 33, блок 34 индикации. The device contains information input nodes 1 and 2, matching elements 3 and 4, first switch 5, nodes 6 and 7 of the first and second compensation, amplifiers 8 and 9, filters 10 and 11, adder 12, amplifier-corrector 13, divider 14, second switch 15, control trigger 16, first 17 and second 18 and AND elements, comparison circuits first 19 and second 20, setpoint assembly 21, digital-to-analog converter 22, counter 23, third 24 and fourth 25 elements AND, element NOT 26, element AND -NOTE 27, power-on element 28, compensation signal amplifier 29, stable source 30 voltage, generator 31 control pulses, driver 32 of the control signal, digital-to-analog converter 33, block 34 indication.

Узел компенсации содержит согласующий элемент 34, усилитель 35, элементы 36 и 37 переключения, интеграторы 38 и 39, элементы НЕ 40 и 41 узла компенсации, смеситель 42 сигналов. The compensation node contains a matching element 34, an amplifier 35, switching elements 36 and 37, integrators 38 and 39, elements HE 40 and 41 of the compensation node, a signal mixer 42.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Каждый из чувствительных элементов, т.е. собственно тензодатчик, узлов 1 и 2 ввода информации выполнен в виде группы тензорезисторных элементов на одной подложке, соединенных по схеме полного моста. Тензодатчик закреплен в упругий элемент, который воспринимает и уравновешивает измеряемую нагрузку. Деформация упругого элемента, пропорциональная нагрузке, измеряется с помощью тензодатчика, который преобразует деформацию последнего в изменение электрического сигнала. Тензодатчик, закрепленный в упругий элемент, представляет собой узел ввода информации. Узлы 1 и 2 ввода информации выполнены в виде одинаковой конструкции и являются краевыми опорами платформы весоприемника. Each of the sensitive elements, i.e. the strain gauge itself, nodes 1 and 2 of information input is made in the form of a group of strain gauge elements on one substrate, connected according to the scheme of a full bridge. The load cell is fixed in an elastic element that perceives and balances the measured load. The deformation of the elastic element, proportional to the load, is measured using a strain gauge, which converts the deformation of the latter into a change in the electrical signal. A strain gauge fixed in an elastic element is an information input unit. The nodes 1 and 2 of the input of information are made in the form of the same design and are the edge supports of the platform of the weigher.

Узлы 1 и 2 ввода информации через одинаковые цепи, выполненные из согласующих элементов 3 и 4, узлов 6 и 7 компенсации, усилителей 8 и 9 и фильтров 10 и 11 подключены к сумматору 12. Такое включение позволяет повысить эффективность компенсации аддитивных погрешностей и обеспечить высокую точность измерения независимо от конфигурации и площади платформы весоприемника. Nodes 1 and 2 of inputting information through identical circuits made of matching elements 3 and 4, compensation nodes 6 and 7, amplifiers 8 and 9, and filters 10 and 11 are connected to the adder 12. This inclusion improves the efficiency of compensation for additive errors and ensures high accuracy measurements irrespective of configuration and area of the platform of the weight receptor.

Так, выходные цепи полного моста тензодатчика каждого узла ввода информации подключены к симметричным входам усилителя согласующего элемента и затем к информационному входу узла компенсации. So, the output circuits of the full bridge of the strain gauge of each information input node are connected to the symmetric inputs of the amplifier of the matching element and then to the information input of the compensation node.

Узлы 6 и 7 служат для компенсации аддитивной погрешности, обусловленной термо-ЭДС, действующей в контуре: выходные цепи тензодатчиков линии связи входные цепи усилителя. Способ заключается в периодическом прерывании питания датчиков и выполнении компенсации в образующихся паузах, что и реализуется узлами 6 и 7 компенсации фиг.2. Nodes 6 and 7 serve to compensate for the additive error due to the thermo-EMF acting in the circuit: output circuit of strain gauges of the communication line input circuit of the amplifier. The method consists in periodically interrupting the power of the sensors and performing compensation in the resulting pauses, which is realized by the compensation nodes 6 and 7 of FIG. 2.

Узлы 6 и 7 компенсации выполнены по одинаковой схеме и содержат согласующий элемент 34, усилитель 35, элементы 36 и 37 переключения, элементы 40 и 41 НЕ, и смеситель сигналов 42. The compensation nodes 6 and 7 are made in the same way and contain a matching element 34, an amplifier 35, switching elements 36 and 37, NOT elements 40 and 41, and a signal mixer 42.

В такте компенсации погрешности сигналов с генератора 31 управляющих импульсов и сформированного узлом 32 управления коммутатором 5 отключается питание датчиков узлов ввода информации и снимается напряжение соответственно с второго входа узла компенсации. Одновременно сигналом с первого входа управления узлов 6 и 7 переключатель 36 узла отключает выход усилителя 35 от входа интегратора 38 и включает через элемент НЕ 40 второй элемент 37 переключения, который подключает выход усилителя 35 узла ко входу второго интегратора 39. In the compensation cycle of the error of the signals from the generator 31 of the control pulses and generated by the control unit 32 of the switch 5, the power of the sensors of the input information nodes is turned off and the voltage is removed, respectively, from the second input of the compensation unit. At the same time, with a signal from the first control input of nodes 6 and 7, the switch 36 of the node disconnects the output of the amplifier 35 from the input of the integrator 38 and switches on via the element 40 the second switching element 37, which connects the output of the amplifier 35 of the node to the input of the second integrator 39.

Таким образом, термо-ЭДС и смещение усилителей элементов 34 узла компенсации и элементов 3 и 4 устройства интегрируются интегратором 39 и через элемент НЕ 41 и смеситель 42 поступают на вход усилителя 35 в качестве корректирующего напряжения (напряжения смещения). Thus, the thermo-EMF and the bias of the amplifiers of the elements 34 of the compensation unit and the elements 3 and 4 of the device are integrated by the integrator 39 and through the element HE 41 and the mixer 42 are fed to the input of the amplifier 35 as a correction voltage (bias voltage).

Выходное напряжение усилителя 35 при поступлении информационного сигнала и переданное при включенном элементе 36 переключения в такте компенсации, запоминается интегратором 38. Тем самым осуществляется предотвращение провалов в измеряемом напряжении. The output voltage of the amplifier 35 upon receipt of the information signal and transmitted when the switching element 36 is turned on in the compensation clock is stored by the integrator 38. This prevents gaps in the measured voltage.

Так, при включении элемента 36 при сигнале "1" на первом управляющем входе узла компенсации происходит накопление напряжения интегратором 38 с выхода усилителя 35 информационного сигнала. Второй элемент 37 переключения через элемент НЕ 40 выключается, отключая тем самым интегратор 39 от выхода усилителя 35. На датчики узлов 1 и 2 через первый коммутатор 5 с помощью тактового импульса разрешения питания, которое также поступает на второй вход узлов 6 и 7, соответственно на вход смесителя 42 узлов, на второй вход которых поступает через элемент НЕ 41 корректирующий сигнал с интегратора 39. В результате чего суммационное корректирующее напряжение с выхода смесителя 42 в качестве корректирующего напряжения поступает на вход усилителя 35. Причем начальная коррекция сигнала усилителя 35 осуществляется, например, регулятором по второму входу смесителя 42 сигнала. So, when you turn on the element 36 with the signal "1" at the first control input of the compensation node, the voltage is accumulated by the integrator 38 from the output of the information signal amplifier 35. The second switching element 37 through the element NOT 40 is turned off, thereby disconnecting the integrator 39 from the output of the amplifier 35. To the sensors of the nodes 1 and 2 through the first switch 5 using a clock pulse power resolution, which also goes to the second input of the nodes 6 and 7, respectively the input of the mixer 42 nodes, the second input of which receives through the element 41 the correction signal from the integrator 39. As a result, the summing correction voltage from the output of the mixer 42 as the correction voltage is supplied to the input of the amplifier 35. Rich initial correction amplifier 35 is carried out, for example, a regulator for the second input signal of the mixer 42.

Таким образом, компенсация аддитивной погрешности предусматривает проведение последовательных тактов измерения. При этом термо-ЭДС и смещение усилителей суммируются с измеряемым напряжением или вычитаются из него. Thus, the compensation of the additive error provides for consecutive measurements. In this case, the thermo-EMF and the bias of the amplifiers are added to or subtracted from the measured voltage.

С выхода узлов 6 и 7 компенсации сигнал узлов ввода информации по двум независимым каналам через усилители 8 и 9 и фильтры 10 и 11 поступает соответственно на первый и второй входы сумматора 12, где практически осуществляется реализация принципа параллелограмма платформы измерения и устранение динамических помех. Окончательное усиление и смещение постоянного напряжения по информационному каналу, связанное с компенсацией тарной нагрузки и установки нуля, производит усилитель 13 корректор с помощью сигнала по управляющему входу с цифроаналогового преобразователя 22. Узлы 22-29 предназначены для работы схемы компенсации тарной нагрузки и установки нуля. From the output of the compensation nodes 6 and 7, the signal of the information input nodes through two independent channels through amplifiers 8 and 9 and filters 10 and 11 is supplied respectively to the first and second inputs of the adder 12, where the principle of parallelogram measurement platform and the elimination of dynamic noise are practically implemented. The final amplification and bias of the DC voltage in the information channel associated with the compensation of the tare load and zeroing is performed by the amplifier 13 corrector using the signal at the control input from the digital-to-analog converter 22. Nodes 22-29 are designed for the operation of the tare load compensation circuit and the zeroing.

Схема работает следующим образом. The scheme works as follows.

Постоянное напряжение с выхода усилителя 13 корректора поступает на первый вход усилителя 29 формирователя сигнала компенсации, на второй вход которого подается сигнал смещения, в данном случае "0" опорного напряжения с выхода источника 30 стабильного напряжения. С выхода усилителя 29 формирователя в зависимости от исходного уровня веса измерения поступает сигнал разрешения или запрета на управляющий вход элемента И 24 и через элемент НЕ 26 на вход элемента 25 И. На второй вход элементов И 24 и 25 через элемент И-НЕ 27 подаются сигналы от генератора 31 управляющих импульсов. При установке нуля или компенсации тарной нагрузки элемент 28 включения подает разрешающий импульс на управляющий вход элемента И-НЕ 27 и сигналы тактовых импульсов генератора 31 поступают на входы элементов И 24 и 25. При смещении сигнала с выхода усилителя 13 больше или меньше нуля соответственно, с помощью усилителя 29 формирователя включается для пропускания счетных импульсов элемент И 24 или элемент И 25, и на входы реверсивного счетчика 23 подаются импульсы, увеличивающие его число или уменьшающие. С выхода счетчика 23 цифровой сигнал поступает на цифроаналоговый преобразователь 22 и затем в виде напряжения смещения поступает на управляющий вход усилителя 13 корректора, устанавливая его в "0". The constant voltage from the output of the amplifier 13 of the corrector is supplied to the first input of the amplifier 29 of the shaper of the compensation signal, the second input of which is supplied with a bias signal, in this case "0" of the reference voltage from the output of the stable voltage source 30. From the output of the amplifier 29 of the shaper, depending on the initial level of the measurement weight, an enable or disable signal is sent to the control input of the I 24 element and through the HE 26 element to the input of the 25 I element. Signals are sent to the second input of the I 24 and 25 elements through the I-NOT 27 element from the generator 31 control pulses. When zeroing or compensating the tare load, the switching element 28 supplies a enable pulse to the control input of the AND-NOT element 27 and the clock signals of the generator 31 are fed to the inputs of the elements AND 24 and 25. When the signal from the output of the amplifier 13 is shifted, it is more or less than zero, respectively, with with the help of the amplifier 29 of the shaper, the element And 24 or the element And 25 is switched on for passing counting pulses, and pulses are added to the inputs of the reversible counter 23, increasing its number or decreasing. From the output of the counter 23, the digital signal is fed to a digital-to-analog converter 22 and then, in the form of a bias voltage, is supplied to the control input of the corrector amplifier 13, setting it to “0”.

Сигнал, пропорциональный величине нагрузки на платформу весоприемника, поступает с выхода усилителя 13 корректора на вход делителя 14 и затем на вход второго коммутатора 15. Делитель 14 и второй коммутатор 15 вместе со схемой 16-21 предназначен для автоматического выбора диапазона измерения веса. Например, до 9,999 кг, с точностью до 1 г, свыше 10,00 кг с точностью до 10 г. A signal proportional to the load on the weighing platform platform is supplied from the output of the corrector amplifier 13 to the input of the divider 14 and then to the input of the second switch 15. The divider 14 and the second switch 15 together with the circuit 16-21 are intended for automatic selection of the weight measurement range. For example, up to 9.999 kg, with an accuracy of 1 g, over 10.00 kg with an accuracy of 10 g.

С помощью узла 21 уставки определяется уровень срабатывания первой 19 и второй 20 схем сравнения, на второй вход которых поступает сигнал с выхода усилителя 13 корректора. Затем, разрешающий сигнал или со схемы 19 или 20 в зависимости от величины сигнала на выходе усилителя 13, поступает на элемент 17 И или элемент И 18, на второй вход которых подаются управляющие импульсы с генератора 31. В зависимости от величины сигнала на выходе усилителя 13 открывается первый 17 или второй 18 элемент И и управляющие импульсы соответственно устанавливают триггер управления, который и переключает второй 15 коммутатор. Using the setting node 21, the response level of the first 19 and second 20 comparison schemes is determined, the second input of which receives a signal from the output of the amplifier 13 of the corrector. Then, the enable signal either from circuit 19 or 20, depending on the magnitude of the signal at the output of amplifier 13, is supplied to element 17 AND or element And 18, to the second input of which control pulses from generator 31 are supplied. Depending on the magnitude of the signal at the output of amplifier 13 opens the first 17 or second 18 element And and the control pulses respectively establish a control trigger, which switches the second 15 switch.

Так, при достижении уровня сигнала соответственно 9,999 г элемент И 17 с помощью схемы 19 закрывается, а при достижении сигнала соответствующего 10,00 кг элемент И 18 с помощью схемы 20 открывается и импульс управления с генератора 31 поступает на второй вход триггера 16 управления и переключает его. При этом, на первом входе триггера устанавливается сигнал разрешения, который переключает делитель 14 с помощью коммутатора 15 на соответственно меньший по уровню сигнала выход и на индикаторе включается знак большего разряда "," и обозначение кг. So, when the signal level reaches 9.999 g, respectively, the And 17 element with the help of the circuit 19 is closed, and when the signal of the corresponding 10.00 kg is reached, the And 18 element with the help of the circuit 20 is opened and the control pulse from the generator 31 goes to the second input of the trigger 16 of the control and switches his. At the same time, a permission signal is set at the first trigger input, which switches the divider 14 using the switch 15 to an output correspondingly lower in signal level, and the sign of a larger discharge "," and the designation kg are turned on on the indicator.

При меньшей 9,999 г силе воздействия на платформу весоприемника процесс переключения происходит в обратном порядке. With less than 9.999 g of force acting on the platform of the weight receiver, the switching process occurs in the reverse order.

С выхода второго коммутатора 15 сигнал, пропорциональный измеряемому весу, поступает на аналого-цифровой преобразователь 33 и затем на блок 34 индикации, выполненный, например, по стандартной схеме отображения цифровой информации. From the output of the second switch 15, a signal proportional to the measured weight is fed to an analog-to-digital converter 33 and then to an indication unit 34, made, for example, according to a standard digital information display scheme.

Claims

1. TENSOMETRIC DIGITAL DEVICE, comprising a first information input unit, a first matching element, a reverse counter with a digital-to-analog converter, a corrector amplifier and a divider, the input of which is connected to the output of the amplifier-corrector, and the control input of the amplifier-corrector is connected via a digital-analog converter with the output of the reverse counter, characterized in that a second information input node, a second matching element, two switches, first and second compensation nodes, first and second amplifiers are introduced into it iteli, two filters, adder, control trigger, four AND elements, two comparison circuits, set point, element NOT, element AND NOT, switching element, amplifier-driver of the compensation signal, stable voltage source, control pulse generator, driver of the control signal, analog a digital converter and a block and indications, the first input of which is connected to the output of an analog-to-digital converter, whose input is connected to the output of the second switch, the first control input of which is connected to the second input the indication block and the first output of the control trigger, and the second control input is connected to the second output of the control trigger, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second elements And, the first inputs of which are interconnected and connected to the output of the control pulse generator, and the second inputs are connected respectively to the outputs of the first and second comparison circuits, the first inputs of the comparison circuits are connected respectively to the first and second outputs of the setpoint node, and the second inputs are connected between and with the output of the amplifier-corrector and the input of the divider, as well as with the first input of the amplifier-driver of the compensation signal, the second input of which is connected to the zero output of the stable voltage source, and the output is connected to the first input of the third AND element and through the NOT element to the first input of the fourth element AND, the second inputs of the third and fourth elements AND are connected to the output of the element AND NOT, and the outputs of the third and fourth elements AND are connected respectively to the first and second inputs of the reverse counter, the first input of the element AND is NOT connected nen with the output of the switching element, and the second input is connected to the control pulse generator, the information input of the amplifier-corrector is connected to the output of the adder, the first and second inputs of which are connected through the filter and amplifier to the outputs of the first and second compensation nodes, the first control inputs of the compensation nodes are connected between each other, with the control input of the first switch and through the driver of the control signal are connected to the control pulse generator, the information inputs of the first and The second compensation nodes are connected through the first and second matching elements to the outputs of the first and second input information nodes, the first inputs of each of which are connected respectively to the second control inputs of the compensation nodes, as well as to the first and second outputs, respectively, of the first switch, and the second inputs of the first and second information input nodes are connected to the third and fourth outputs of the first switch, the second and third inputs of which are connected to the load outputs of the stable voltage source.

2. The device according to claim 1, characterized in that the first and second compensation nodes are made in the same way and contain a matching element, an amplifier, first and second switching elements, first and second integrators, the first and second elements of the NOT node and a signal mixer, second the input of which is connected to the second control input of the node, and the first input of the signal mixer through the second element of the NO node and the second integrator is connected to the output of the second switching element, the control input of which through the first element of the NO node is connected to the first control the input of the compensation node and the control input of the first switching circuit, the output of which is connected through the first integrator to the output of the node, and the information input is connected to the information input of the second switching circuit and the amplifier output, the input of which is connected to the output of the signal mixer and through the matching element of the node with the information input compensation node.