устройство для взвешивания движущихся объектов

Формула изобретения

Устройство для взвешивания движущихся объектов, содержащее грузоприемную платформу, связанную с датчиком веса, блок путевых датчиков, блок питания, два управляемых ключа, два RS-триггера, формирователь сигнала опроса, таймер, микропроцессорный вычислительный блок с клавишным пультом управления, блок индикации, блок печати и усилитель-формирователь, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение частота, выход первого путевого датчика соединен с S-входом первого RS-триггера, единичный выход которого подключен к первому входу микропроцессорного вычислительного блока, выходы второго и третьего путевых датчиков подключены соответственно к S- и R-входам второго RS-триггера, единичный выход которого подключен к разрешающему входу второго управляемого ключа и второму входу микропроцессорного вычислительного блока, первый зажим блока питания соединен с первым зажимом первого управляемого ключа, разрешающий вход последнего соединен с входом формирователя сигнала опроса и подключен к первому выходу микропроцессорного вычислительного блока, выход формирователя сигнала опроса соединен с управляющим входом второго управляемого ключа, выход которого подсоединен к входу усилителя-формирователя, выход преобразователя напряжение частота подключен к третьему входу микропроцессорного вычислительного блока, двунаправленный вход-выход которого через таймер соединен с блоком индикации, а выход с блоком печати, отличающееся тем, что датчик веса включает месдозу, светодиод, фотодиод, резистор и операционный усилитель, выход которого является выходом датчика веса и поключен к входу второго управляемого ключа, второй зажим блока питания соединен с вторым зажимом месдозы, первый зажим месдозы через светодиод подсоединен к второму зажиму первого управляемого ключа, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с анодом фотодиода, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к катоду фотодиода, а между инвертирующим входом операционного усилителя и его выходом включен резистор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может найти преимущественное применение в весоизмерительной технике, используемой в горной, металлургической, строительной и других отраслях промышленности, где транспортирование грузов осуществляется железнодорожными вагонами.

Известны устройства для взвешивания движущихся объектов, например [1]. Большегрузные автоматические весы содержат основание, на котором установлены на упругих пластинах два грузоподъемных рычага, связанные через соответствующие упругие шарниры и тяги с грузоподъемной площадкой и через дополнительные упругие ленты с измерительным рычагом, соединенным с системой электросилового уравновешивания, включающей датчик разбаланса, компенсатор и индикатор. Для повышения точности измерения большегрузные автоматические весы снабжены транспортером, установленным на грузоприемной площадке, двумя сигнализаторами наличия груза, закрепленными в начале и конце транспортера, и блоком усреднения, подключенным к выходу системы электросилового уравновешивания и к сигнализаторам наличия груза, а также связанных с индикатором. Недостатком устройства взвешивания с системой электросилового уравновешивания является достаточно сложная механическая часть, что ограничивает точность и надежность большегрузных автоматических весов. Существенный недостаток этих весов состоит также в том, что используемый электромагнитный датчик веса вместе с его механической частью имеет ограниченную точность измерения, вызванную наличием трения подвижных его частей, а также износом его механической части. В целом эти два недостатка обуславливают ограниченный ресурс работы с необходимой точностью измерения веса без подрегулировки его механической части.

Известно устройство для взвешивания движущихся объектов [2]. Это устройство принято авторами за прототип, поскольку оно наиболее близко к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту. Устройство для взвешивания движущихся объектов содержит приемную платформу, связанную с мостовым тензопреобразователем, блок питания, блок путевых датчиков, первый управляемый ключ, усилитель-формирователь, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение-частота, блок индикации и блок печати. Для повышения точности взвешивания и надежности в него введены два R - S триггера, второй управляемый ключ, формирователь сигнала, таймер и микропроцессорный вычислительный блок с клавишным пультом управления, при этом выходы первого путевого датчика соединены с S - входом первого триггера, единичный выход которого подключен к первому входу микропроцессорного блока, выходы блока питания через первый ключ подключены к диагонали питания моста, первый выход микропроцессорного вычислительного блока соединен с управляющим входом первого ключа и через формирователь сигнала - с входом запуска второго ключа, вход которого подключен к измерительной диагонали моста, а выход - к входу усилителя-формирователя, выход преобразователя напряжения-частота подключен к третьему входу микропроцессорного вычислительного блока, двунаправленный вход-выход которого через таймер соединен с блоком индикации, а выход - с блоком печати. Недостатком устройство является ограниченная точность измерения веса, что объясняется температурной погрешностью тензорезисторов, используемых в качестве чувствительных элементов датчика веса. Существенный недостаток устройства состоит также в том, что в устройстве измерения веса предусмотрены регулировочные резисторы, что усложняет эксплуатацию устройства, требует дополнительных затрат времени на регулировку температурной погрешности. Этот недостаток в конечном итоге приводит к ограниченной надежности устройства.

Задачей изобретения является повышение точности взвешивания и надежности устройства для взвешивания движущихся объектов.

Для достижения поставленного результата в устройстве грузоподъемную платформу, связанную с датчиком веса, блок путевых датчиков, бок питания, два управляемых ключа, два R - S триггера, формирователь сигнала, таймер, микропроцессорный вычислительный блок с клавишным пультом управления, блок индикации, блок печати и усилитель-формирователь, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение частота, выход первого путевого датчика соединен с S - входом первого R - S триггера, единичный выход которого подключен к первому входу микропроцессорного вычислительного блока, выходы второго и третьего путевых датчиков подключены соответственно к S и R входам второго триггеров, единичный выход которого подключен к разрешающему входу второго ключа и к второму входу микропроцессорного вычислительного блока, первые зажимы блока питания и первого управляемого ключа соединены, разрешающий вход которого соединен со входом формирователя сигнала опроса и подключен к первому выходу микропроцессорного вычислительного блока, выход формирователя сигнала опроса соединен с управляющим входом второго ключа, выход которого соединен ко входу усилителя-формирователя, выход преобразователя напряжение-частота подключен к третьему входу микропроцессорного вычислительного блока, двунаправленный вход-выход которого через таймер соединен с блоком-индикации, а выход - с блоком печати, датчик веса включает месдозу, светодиод, фотодиод, резистор и операционный усилитель, выход которого является выходом датчика веса и подключен к входу второго ключа, вторые зажимы блока питания и месдозы соединены, первый зажим месдозы через светодиод подсоединен к второму зажиму блока питания, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с анодом фотодиода, инвертирующий вход операционного усилителя подключен к катоду фотодиода, а между инвертирующим входом операционного усилителя и его входом включен резистор.

На чертеже представлена блочная схема предлагаемого устройства для взвешивания движущихся объектов, обозначения на котором соответствуют: 1 - грузоприемная платформа, 2 - 4 путевые датчики, 5 - датчик веса, 6 - блок питания, 7 - месдоза, 8 - светодиод, 9 - фотодиод, 10 - операционный усилитель, 11 - резистор, 12 - первый R - S триггер, 13 - второй R - S триггер, 14 - первый управляемый ключ, 15 - второй управляемый ключ, 16 - формирователь сигнала опроса, 17 - усилитель-формирователь, 18 - преобразователь напряжение-частота, 19 - микропроцессорный вычислительный блок, 20 - блок печати, 21 - таймер, 22 - блок индикации, 23 - пульт управления.

На грузоприемной движущейся платформе 1 находится измеряемый груз. По линии перемещения платформы 1 установлен блок путевых датчиков, состоящий из трех путевых датчиков 2 - 4. Выход первого путевого датчика 2 соединен с S - входом первого R - S триггера 12. Внутри второго путевого датчика 3 и третьего путевого датчика 4 подключены соответственно к S и R входам второго R - S триггера 13. Единичный выход первого R - S триггера 12 соединен с первым входом микропроцессорного вычислительного блока 19. Единичный выход второго R - S триггера 13 подключен к разрешающему входу второго управляемого ключа 15 и к второму входу микропроцессорного вычислительного блока 19. Датчик веса 5 включает в себя месдозу 7, светодиод 8, фотодиод 9, операционный усилитель 10, резистор 11, первый управляемый ключ 14, блок питания 6. Первые зажимы блока питания 6 и первого управляемого ключа 14 соединены. Вторые зажимы блока питания 6 и месдозы 7 соединены, первый зажим месдозы 7 через светодиод 8 соединен с вторым зажимом первого управляемого ключа 14, разрешающий вход которого соединен со входом формирователя сигнала опроса 16 и подключен к первому выходу микропроцессорного вычислительного блока 19. Анод фотодиода 9 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 10. Катод фотодиода 9 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 10. Между инвертирующим входом операционного усилителя 10 и его выходом включен резистор 11. Выход операционного усилителя 10 является выходом датчика веса 5 и подсоединен ко входу второго управляемого ключа 15. Выход формирователя сигнала опроса 16 соединен с управляющим входом второго управляемого ключа 15, выход которого подсоединен ко входу усилителя-формирователя 17. Выход усилителя-формирователя 17 соединен со входом преобразователя напряжение-частота 18, выход которого подключен к третьему входу микропроцессорного вычислительного блока 19. Двунаправленный вход-выход микропроцессорного вычислительного блока 19 через таймер 21 соединен с блоком индикации 22. Микропроцессорный вычислительный блок 19 связан с блоком печати 20 и пультом управления 23.

Устройство для взвешивания движущихся объектов работает следующим образом, в исходном состоянии триггеры 12 и 13 на единичных выходах поддерживают нулевой (неупавляющий) потенциал. Микропроцессорное вычислительное устройство 19 находится в режиме дежурного ожидания сигнала начала взвешивания, поступающего на вход с единичного выхода триггера 12. Блок 22 индикации, выполненный в виде шестиразрядного однострочного дисплея индуцирует текущее время суток. При срабатывании первого путевого датчика 2 на единичный вход триггера 12 поступает управляющий сигнал, который устанавливает его в единичное состояние. С единичного выхода триггера 12 потенциал "1" подается на управляющий вход микропроцессорного вычислительного устройства 19. Этот сигнал служит для начала процесса взвешивания, т.е. производит запуск программы. Микропроцессорное вычислительное устройство 19 выполняет считывание по информационной шине таймера 21 двоичного кода, соответствующего значению текущего времени. Считанный код записывается в одну из ячеек памяти микропроцессорного вычислительного устройства. По следующей команде выполняется запуск счетчика от внутреннего кварцевого генератора микропроцессорного вычислительного устройства. Этот внутренний счетчик служит измерителем интервала времени между первым срабатыванием путевых датчиков 2 и 3. Расстояние между этими датчиками известно, а поэтому 19 выполняет расчет скорости движущегося объекта.

При дальнейшем движении взвешиваемого объекта срабатывает путевой датчик 3. Он устанавливает триггер 13 в единичное состояние. Единичный потенциал с единичного выхода триггера 13 поступает на управляющий вход второго управляемого ключа 15, а также на вход микропроцессорного устройства 19. При наличии этого сигнала микропроцессорное вычислительное устройство 19 выполняет расчет скорости движения взвешиваемого объекта для определения времени нахождения оси вагона на грузоподъемной платформе 1. Этот определенный интервал T взвешивания разбивается на n равных измерительных участков. Микропроцессорное вычислительное устройство 19 выдает на управляющую шину включения ключа 14 питания месдозы 7 и светодиода 8 сигнала длительностью t, который равен t = T/n. Этот же сигнал поступает на вход формирователя сигнала опроса 16 датчика веса. Подача сигнала включения питания на первый управляемый ключ 14 позволяет подать высокостабилизированное питающее напряжение на месдозу 7. Под действием массы груза на грузоприемной платформе 1 месдоза 7 изменяет свое сопротивление, влияя тем самым на интенсивность излучения светодиода 8. Фотодиод 9 преобразовывает излучения светодиода 8 в электрический сигнал, величина которого прямо пропорциональна интенсивности излучения. Электрический сигнал поступает на вход операционного усилителя 10, выходное напряжение 10 подается на вход второго управляемого ключа 15. Резистор 11 устанавливает необходимый коэффициент усиления операционного усилителя 10 и датчика веса в целом. Величина задержки включения второго управляемого ключа 15 определяется формирователем 16 сигнала опроса датчика 5. После включения второго управляемого ключа 15 усилитель-формирователь 17 усиливает поступающий сигнал датчика веса, а преобразователь 18 напряжения частота преобразует его в частотный сигнал, пропорциональный величине нагрузки на грузоприемную платформу. Включение ключа 15 всегда происходит раньше поступления сигнала закрытия первого ключа 14, т.е. снятия питания с датчика веса. Частоту, поступающую с выхода преобразователя напряжение-частота 18, микропроцессорное вычислительное устройство преобразует в код и записывает в одну из ячеек оперативной памяти.

На следующем измерительном участке, равном t, микропроцессорное вычислительное устройство 19 не выдает сигнал включения первого управляемого ключа 14 и формирования сигнала опроса датчика веса через формирователь сигнала опроса и второй управляемый ключ 15. Следовательно, на нечетных измерительных участках выполняется включение питания блока 6 и опроса сигнала датчика веса 5, а на четных измерительных участках первый и второй управляемые ключи 15 и 14 разомкнуты. Длительность опроса датчика веса 5, формируемая формирователем сигнала опроса 16, меньше, чем длительность измерения t, что позволяет исключить переходный процесс, вызванный включением и выключение питания датчика. Взвешивание оси движущегося объекта за T будет выполнено n/2 раз. Частотный сигнал с выхода аналогового датчика веса будет записываться соответствующее число раз в ячейки памяти микропроцессорного вычислительного устройства, в котором он предварительно преобразуется в двоичный код.

Если движение взвешиваемого объекта равномерно, то процесс опроса датчика веса 5 закончится одновременно со срабатыванием датчика 4, который по R - входу сбросит триггер 13 в нулевое состояние, в результате чего управляющий сигнал опроса будет снят со входов первого и второго управляемых ключей 14 и 15 и микропроцессорного вычислительного устройства 19. При ускорении взвешиваемой оси этот сигнал может быть снят раньше, чем выполнились все n/2 измерения, а поэтому микропроцессорное вычислительное устройство в специальную ячейку занесен признак ускорения. Если состав шел с замедлением, то после n/2 измерений микропроцессорное вычислительное устройство ждет снятия сигнала с управляющего входа от триггера 13. В дальнейшем процесс взвешивания осей движущегося объекта повторяется в вышеописанной последовательности.

После взвешивания всех осей микропроцессорное вычислительное устройство выполняет обработку результатов измерения путем умножения каждого измерения на свой коэффициент и коэффициент преобразования датчика веса. Таким образом, выполняется цифровое преобразование их в код, соответствующий весу взвешиваемого объекта.

Выполнив обработку результатов измерений, микропроцессорное вычислительное устройство осуществляет печать результатов в следующей последовательности: время взвешивания, вес каждого взвешенного объекта, суммарный взвешенный вес. При взвешивании скорости печатается признак. Цикл взвешивания и печати заканчивается сбросом триггера 12 в исходное состояние. Занесение исходной программы, контроль работы микропроцессорного вычислительного устройства, занесение исходных коэффициентов и пуск всего устройства осуществляется с клавишного пульта 23 управления, который имеет клавиатуру и дисплей.