[发明专利]力测定器

说明书

本发明涉及一种称作电磁力自动平衡式的力测定器，产生与待测定的质量、载重或压力相反的电磁力，自动地使它们平衡，根据在该平衡状态下产生的电磁力大小测定待测物理量。

象电子天平，气-电变换器这种电磁力自动平衡式力测定器，一般借助电磁力发生装置，它通过使电流流过置于静磁场中的施力线圈产生电磁力，产生与待测质量、载重或压力（称作待测物理量）相反的电磁力，该电磁力与待测物理量的平衡状态由位移检测部检测，该结果经PID（比例、积分、微分）运算后再反馈给施力线圈，从而使待测物理量与电磁力平衡。而且，根据该平衡状态的反馈量求得待测物理量的测定值。

这种电磁力平衡式力测定器通常是通过对模拟量的位移检测结果作模拟运算来进行PID运算的。此运算后的信号流入施力线圈，该施力线圈所流过的电流通过电阻变换为模拟电压信号后，经A-D变换器数字化，再送到微机中，在平均化处理等运算后确定测定显示值。

可是，这种模拟取样方式的电磁力自动平衡式力测定器，要在动态范围不变差的情况下获得高精度，就需要增加A-D变换器的位数，但位数比较大的A-D变换器若采用可实现高响应显示的高速A-D变换器，就有装置极为昂贵的问题。

而且，施力线圈流过的电流通过电阻变换为模拟电压信号时，由于该电阻本身发热，存在电阻值变动、间隔宽度值变化的问题。还有这样的问题，就是因施力线圈发热而使用作静磁场的永久磁铁温度上升，静磁场变化，而产生测定值偏差。

还有，模拟取样方式的控制要获得稳定，一般需要使系统的比例增益下降，而要提高测定分辨率则需要使比例增益提高，它们所要求的办法是互相矛盾的，因而要获得高分辨率稳定的力测定器是极其困难的。

因此，可以考虑PID运算全部由数字化运算来进行，但简单地全部数字化，不仅无法避免使用高速度多位的A-D变换器，而且成本上升也相当大。

本发明目的在于提供一种容易获得的电磁力自动平衡式天平、压力测定器所采用的力测定器，它不用高速A-D变换器，却能做到便宜、系统高响应，且稳定不易受外界干扰，而且能实现宽动态范围与高分辨率。

为达到该目的，在使用本发明电磁力自动平衡式力测定器的天平中，引入一模拟运算器，对检测平衡机构平衡状态用的位移检测器的模拟位移检测信号进行比例以及微分运算，并引入一变换装置，将该模拟位移检测信号变换为与位移检测信号大小相应的频率的脉冲信号。而且，还引入一升降计数器，根据模拟位移检测信号的极性将该变换装置输出的脉冲信号作为上升或下降计数输入，该计数器的数字计数结果再由D-A变换装置变换为模拟信号。而且构成中还包括，将该D-A变换装置的输出与模拟运算器的输出相加后的信号反馈给电磁力发生装置的施力线圈，同时，仅将计数器的计数结果用作测定值的确定。

按照这样构成的天平，对变换装置输出的脉冲信号进行计数的计数器数字输出等价于任何时刻的模拟位移检测信号的积分结果。而且，该升降计数器输出经D-A变换装置模拟化的信号与模拟运算器对模拟位移检测信号进行比例经及微分运算得到的信号，两者相加的信号反馈给施力线圈，这样该施力线圈反馈得到的是位移检测信号的PID运算结果，从而与通常的模拟控制一样，可以进行电磁力与待测载重或质量的自动平衡控制。

这里，用到这种PID控制的基于零位法的测定器，为了在外界有影响或测定值变动时使系统平衡，需要反馈的是进行过P（比例）以及D（微分）运算的信号，通常的测定器以P+I+D的信号作为测定值。但在取样系统稳定的状态下P＝0、D＝0，因而载重或质量其测定显示值所需的仅仅是I（积分）运算结果，P以及D的运算结果是不需要的。因此，只将模拟化之前的升降计数器计数结果，即仅将数字积分结果用于确定测定显示值，这样，不用A-D变换器，也就不需要此变换时间，就能获得稳定的测定显示值。

而且，在使用本发明电磁力自动平衡式力测定器的压力测定器中，设有可测定压力并与流体氛围气相连通的隔膜，压力经隔膜变换为力后，使之产生与此相反的电磁力。这样的话，后面的测定可以与天平的情况完全相同。

图1是本发明实施例天平的构成图，它同时示出机械构成的模式图与电路构成的方框图。

图2是本发明另一实施例天平的构成图，它也同时示出机械构成的模式图与电路构成的方框图。

图3是本发明实施例气压测定器的构成图，它同时示出机械构成的模式图与电路构成的方框图。

以下参照附图叙述本发明较佳实施例。

图1示出应用本发明力测定器的电磁力自动平衡式天平，该例中的天平具有粗测以及精测两个范围。