Аналитические весы
Аналитические весы
Аналитические весы
СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА
Идея создания электронных лабораторных весов аналитичес-
кого класса точности (до 0.0001 г) возникла после посещения нами
презентации Казахстанского представительства фирмы Metler-Tolledo»
(США-Швецария), проведенной в городе Рудный в мае 2000 года на
базе акционерного общества Соколовско-Сарбайское горно-производ-
ственное объединение (АО ССГПО).
Представленные на ней аналитические электронные лабораторные
весы имели очень высокую стоимость и, по понятным причинам, не мог-
ли быть приобретены нами. У персонала презентующего продукцию этого
всемирно известного производителя весов нам удалось установить толь-
ко то, что измерительный узел представляет собой тензодатчик вы-
сокой точности, стоимость которого составляет 3/4 всего изделия.
Точность — это визитная карточка данной фирмы, так например у
закупленных АО ССГПО железнодорожных весов точность составляет
400 грамм, которая при существующих требованиях стандарта к точ-
ности данного класса весов в 1% представляется просто фантастичес-
кой.
Объем литературных источников по этому вопросу весьма скуден
и ограничен, в основном, общими знаниями. Из работы [1] мы выяс-
нили, что тензодатчик аналитического класса точности представляет
собой объемную конструкцию из шайб сплавов редких и драгоценных
металлов, обладающих свойством изменения электрических параметров,
например сопротивления, при малейших механических воздействиях
на них. Весьма непростыми являются при этом и устройства измере-
ния, так как определяемый параметр изменяется не только от меха-
нического воздействия, но и от целого ряда других параметров, са-
мым определяющим из которых является температура. Мы смогли най-
ти только тензорезисторы, изготовленные из меди, которые обладают
недостаточной чувствительностью к небольшим изменениям внешнего
давления на них, поэтому от этого подхода мы отказались сразу.
Малопривлекательными для изготовления в условиях школы по-
казались нам и электронно-механические виды аналитических весов,
в которых система противовесов и кодовых шкал с компенсторами [1]
просто не могла быть воспроизведена вне лаборатории точной ме-
ханики и оптики.
В процессе анализа литературных источников нам пришла идея
использования для взвешивания силы взаимодействия магнитного и
электрических полей. Так например, если на магните расположить
катушку, на которую положено взвешиваемое вещество, то при про-
пускании через нее постоянного тока, заранее определенной поляр-
ности, вокруг катушки возникает противоположно направленное элек-
трическое поле и при определенной величине тока вес вещества бу-
дет преодолен и нам остается только выполнить исследование зависи-
мости вес — величина электрического тока.
Однако весы данной конструкции имеют один недостаток — не-
возможность взвешивания материалов обладающих магнитной индукци-
ей, например железных стружек, но список таких материалов незначи-
телен и им можно пренебречь.
СТРУКТУРА ПРЕДЛАГАЕМЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ АНАЛИТИЧЕСКИХ ВЕСОВ
Структура электронных аналитических весов с магнитно-элек-
рическим датчиком веса должна безусловно включать в себя микро-
контроллер для обеспечения быстрого подбора значения электричес-
кого тока, достаточного для преодоления веса. В настоящее время
спектр таких изделий очень широк, но мы выбрали однокристальную
электронную вычислительную машину (ОЭВМ) КР1816ВЕ51 [3,4], исхо-
дя из следующих соображений
1) компактность исполнения — практически весь спектр воз-
можностей вычислительной машины скомпанован в одной микросхеме;
2) высокое быстродействие — 1000000 операций в секунду;
3) достаточно большой объем внутренней памяти для программы
пользователя — 4 кБ;
4) наличие коммуникационного последовательного программи-
руемого порта для связи с IBM-совместимым компьютером, что очень
важно как с точки зрения отладки программного обеспечения аналити-
ческих веов, так и с точки зрения внешнего управления ими, хра-
нения и статистической обработки производимых взвешиваний;
5) двухуровенная система обработки прерываний для обслужива-
ния событий от шести источников запросов, например поднятие навес-
ки;
6) простой ввод/вывод 32-х дискретных сигналов (есть сиг-
нал — 5 В, нет сигнала — 0 В);
7) два встроенных таймера для точного отслеживания малых и
больших временных интервалов, независимо от действий выполняемых в
данный момент программой;
8) достаточно простой Ассемблер с широкими возможностями в
области арифметики и логики;
9) наличие в нашем распоряжении компилятора Ассемблера и ком-
поновщика программ для автоматизированного создания аппаратно ори-
ентированного программного кода;
10) наличие программы-симулятора, имитирующего выполнение
команд ОЭВМ КР1816ВЕ51, на IBM-совместимом компьютере и облегчающем
поиск ошибок;
11) наличие IBM-совместимого программатора фирмы «Хронос»
(Россия) для прошивки программного кода во внутреннюю память прог-
рамм микросхемы КР1816ВЕ51;
К недостаткам ОЭВМ КР1816ВЕ51 можно отнести недостаточное ко-
личество портов ввода/вывода сигналов, всего 32. Беглый подсчет пот-
ребного количества сигналов показывает, что нам необходимы
а) 21 выходной сигнал для подбора цифрового аналога токового
сигнала, чтобы обеспечить аналитическую точность в диапазоне веса
0…200 г;
б) 12 выходных сигналов для вывода значения полученного веса
на табло аналитических весов из семи семисегментных цифробуквенных
светодиодных индикаторов и светодиода десятичной точки;
в) 4 входных сигнала управления режимами работы аналитических
весов («Тара»