Аналитические весы - (контрольная)

Аналитические весы - (контрольная)

Дата добавления: март 2006г.

    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", "Однократное взвешивание", "Многократное взвешивание" и "Температура")

    г) 2 входных сигнала для датчиков подьема катушки весов и
    температуры воздуха;

д) входной и выходной сигналы для двухстороннего сопряжения аналитических весов с IBM-совместимым компьютером;

    е) выходной сигнал индикации работы аналитических весов.
    Таким образом нам недостает, как минимум, 10 сигналов для

успешной реализации схемы на выбра