Устройство для измерения веса

Устройство для измерения веса

Реферат

Изобретение относится к измерительной технике, в особенности к технике тензометрии, и может быть использовано, например, в весах для измерения фасуемых сыпучих материалов. Известно устройство весов, содержащих тензодатчик, выход которого через аналого-цифровой преобразователь подключен к цифровому индикатору (см., напр., Пат. РФ № 2105270, Мкл. G 01 G 3/142, 19.10.94 г.).

Недостатком этого устройства является малая помехоустойчивость к внешним возмущениям типа вибраций, что резко снижает точность измерения веса фасуемой порции продукта. Для устранения этого недостатка применяют различную аппаратную обработку сигнала тензодатчика, в частности используют фильтрацию сигнала низкочастотным фильтром (см., напр., Пат. РФ № 2186347, Мкл. G 01 G 3/142 от 01.12.00 г.). Возможны также другие методы обработки сигнала: для повышения точности за счет более полного подавления динамической помехи используют нерекурсивный цифровой фильтр с окном Дольфа-Чебышева (см. пат. РФ №1183839, Мкл. G 01 G 19/03, а также Авт. Свид. СССР №1566226, Мкл. G 01 G 19/04). Однако использование всех этих технических решений для повышения точности измерений уменьшает скорость реакции системы дозирования, так как увеличивается время достоверного измерения веса вместе с повышением точности.

Целью изобретения является устранение этого недостатка, т.е. обеспечение адаптивности устройства к уровню внешних воздействий. Данное устройство позволяет эффективно подавлять синусоидальные и несимметричные вибрации и помехи в широком спектре частот, что существенно улучшает динамические свойства измерительной системы.

С этой целью в устройство для измерения веса, содержащее тензометрический датчик силы, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, усреднитель и индикатор веса, введены буфер усреднения, переключатель с управляющим и сигнальным входами и сигнальным выходом, по меньшей мере один дополнительный усреднитель, элемент "ИЛИ", оперативное запоминающее устройство, измеритель математического ожидания, измеритель дисперсии, вычислитель производной, нуль-орган и многопороговый компаратор, число порогов которого равно числу дополнительных усреднителей, каждый порог многопорогового компаратора выполнен с возможностью регулировки уровня срабатывания, индикатор веса дополнительно снабжен разрешающим входом, выход аналого-цифрового преобразователя подключен ко входу буфера усреднения, выход которого подключен к сигнальному входу переключателя, установленного в схему устройства для измерения веса с возможностью подключения его сигнального выхода к входу одного из усреднителей, выходы которых подключены ко входам элемента "ИЛИ", выход которого подключен ко входу оперативного запоминающего устройства, входы измерителя математического ожидания и измерителя дисперсии объединены и подключены к выходу оперативного запоминающего устройства, выход измерителя дисперсии подключен ко входу многопорогового компаратора, выход которого подключен к управляющему входу переключателя, выход измерителя математического ожидания подключен ко входу вычислителя производной и сигнальному входу индикатора веса, выход вычислителя производной подключен ко входу нуль-органа, выход которого подключен к разрешающему входу индикатора веса.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит тензометрический датчик 1 силы, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, буфер усреднения 3, переключатель 4 с управляющим и сигнальным входами и с сигнальным выходом, основной усреднитель 5 и дополнительный усреднитель 6. Число дополнительных усреднителей 6 может быть большим, что повышает гибкость работы устройства.

На чертеже показаны только два дополнительных усреднителя 6 для упрощения пояснения работы устройства, элемент "ИЛИ" 7, оперативное запоминающее устройство 8, измеритель 9 математического ожидания, измеритель 10 дисперсии, многопороговый компаратор 11, вычислитель 12 производной, нуль-орган 13 и индикатор веса 14.

Устройство работает следующим образом.

В начальном состоянии сигнальный выход переключателя 4 установлен на основной усреднитель 5, имеющий наименьшее число отсчетов, т.е. наименьший коэффициент усреднения, что обусловлено тем, что сигнал с тензодатчика 1 не поступает, соответственно нет сигнала с выхода измерителя 10 дисперсии, и многопороговый компаратор 11 находится в соответствующем состоянии. Когда сигнал с выхода тензодатчика 1, соответствующий приложенной нагрузке, поступает на вход АЦП 2, с его выхода данные Xi записываются в буфер усреднения 3. При приходе каждого i-того значения осуществляется вычисление среднего значения кода АЦП в основном усреднителе 5 с наименьшим числом отсчетов, например с двумя отсчетами. Тогда в основном усреднителе 5 вычисляется среднее значение из каждых первого и второго отсчетов. Усредненный сигнал через элемент "ИЛИ" 7 поступает в оперативное запоминающее устройство 8, состоящее, например, из 30 ячеек, которые заполняются поступающими кодами. В этом случае в оперативном запоминающем устройстве 8 собирается 60 кодов АЦП (30×2), накопленный сигнал поступает в измерители 9 и 10. Сигнал от измерителя 10 дисперсии поступает на многопороговый компаратор 11, где сравнивается с заранее установленными порогами. В зависимости от результата сравнения - если значение дисперсии меньше порога - переключатель 4 переводится на дополнительный усреднитель 6, имеющий соответственно больший коэффициент усреднения, т.е. обеспечивает усреднение по большему числу отсчетов, например по 8 отсчетам. Этот дополнительный усреднитель 6, соответственно, вычисляет среднее из 8 отсчетов, а в оперативном запоминающем устройстве 8 собирается (30×8) 240 отсчетов. Во всех случаях математическое ожидание и дисперсия рассчитываются по результату заполнения оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 8. По поступлении нового значения в (ОЗУ) 8 математическое ожидание и дисперсия пересчитываются в блоках 9 и 10 соответственно.

Значение математического ожидания с выхода измерителя 9 математического ожидания поступает на индикатор 14 веса и вычислитель 12 производной. Момент, когда величина производной обращается в нуль, соответствует моменту окончания определения веса. В этот момент нуль-орган 13, в котором определяется момент наступления стабилизации показаний веса, выдает сигнал на разрешающий вход индикатора 14 веса для фиксации результата статического взвешивания.

При стабилизации весов значение полученной дисперсии будет уменьшаться, переключение на следующий дополнительный усреднитель позволит более качественно фильтровать сигнал. При большой дисперсии входного сигнала фильтрация веса проходит менее качественно, но с большей скоростью, что позволяет точнее определять момент выдачи управляющего сигнала при дозировании. При малой дисперсии фильтрация происходит более качественно, при этом время измерения может быть более долгим, что положительно влияет на точность взвешивания.

Таким образом, при быстром изменении входного сигнала и большой дисперсии устройство увеличивает скорость реакции системы дозирования, а при медленно меняющемся весе и малой дисперсии обеспечивает высокую точность взвешивания. Поэтому данное устройство позволяет эффективно подавлять синусоидальные и несимметричные вибрации и помехи в широком спектре частот и существенно улучшить динамические свойства измерительной системы, т.е. уменьшить время реакции на внешнее воздействие с сохранением точности измерения.

Устройство для измерения веса, содержащее тензометрический датчик силы, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, основной усреднитель и индикатор веса с сигнальным входом, отличающееся тем, что в состав устройства для измерения веса введены буфер усреднения, переключатель с управляющим и сигнальным входами и сигнальным выходом, по меньшей мере один дополнительный усреднитель, элемент ИЛИ, оперативное запоминающее устройство, измеритель математического ожидания, измеритель дисперсии, вычислитель производной, нуль-орган и многопороговый компаратор, число порогов которого равно числу дополнительных усреднителей каждый порог многопорогового компаратора выполнен с возможностью регулировки уровня срабатывания, индикатор веса дополнительно снабжен разрешающим входом, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу буфера усреднения, выход которого подключен к сигнальному входу переключателя, установленного в схему устройства для измерения веса с возможностью подключения его сигнального выхода к входу одного из усреднителей, выходы которых подключены к входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу оперативного запоминающего устройства, входы измерителя математического ожидания и измерителя дисперсии объединены и подключены к выходу оперативного запоминающего устройства, выход измерителя дисперсии подключен ко входу многопорогового компаратора, выход которого подключен к управляющему входу переключателя, выход измерителя математического ожидания подключен к входу вычислителя производной и сигнальному входу индикатора веса, выход вычислителя производной подключен к входу нуль-органа, выход которого подключен к разрешающему входу индикатора веса.