力标准机码盘的定位检测

　　0　引言

　　EE1-100型1000KN杠杆式力标准机是上世纪70年代设计的一种大型精密力学计量设备,其控制和检测系统机械触点多,故障率高,可靠性差,维修困难,许多设备由于测量与控制系统故障而处于瘫痪状态,而其机械部分尚完好,因此,许多单位对其测控系统进行过改造[1~2]。文献[2]提出了一种以光电编码原理取代原限位开关的定位方式,减少了测控系统的元器件和信号线数量,提高了系统的可靠性。但每组码盘位置以4位并行方式检测,测量部分仍显复杂,且占用I/O端口较多,一旦硬件设计好,无法调整砝码间距偏差带来的影响。本文在借鉴光栅信号输出模式的基础上,用双编码器来检测码盘位置,通过检测码盘的位移量和运动方向来控制加载和卸载量,电路简单可靠,测量脉冲当量小。

　　1　砝码加载原理

　　EE1-100型杠杆式力标准机砝码加载是通过调整码盘高度以改变挂载砝码个数来实现的。砝码加载原理如图1所示。

　　设砝码个数为n,挂起后砝码间距为Δhi(i=1,2,…,n-1)。挂起砝码与未挂起砝码之间的间距以及空载与加载时第一个砝码相对位移为12Δh,在确保安全加载的情况下,取

　　当加载砝码个数为k时,码盘下移距离L可用下式表示:

　　设每个砝码重量为G,杠杆所加的实际载荷为N=kG=g(k),这样,通过测量码盘下降或上升的距离可测出加载或卸载的量值。

　　2　砝码加载量检测

　　在文献[2]中,提出用二进制格雷码来检测码盘的位置,10个砝码共用4位二进制格雷码,码值的变化和码盘理论加载位置一一对应。假设挂起后各砝码间距均为Δh,码盘位移L和砝码个数k之间的关系为L=Δhk。

　　但在工程实际中,由于安装误差的存在,挂起后各砝码间距不尽相等。设实际间距和理论间距偏差为Δi,实际间距表达式为

　　Δhi=Δh-Δi　　　(i =1,2,…,n-1) (3)

　　由于各砝码之间为串联关系,Δi累积,最终偏差为

　　当时,实际加载值大于理论加载值;当时,实际加载值小于理论加载值。这两种情况必然引起测量错误。

　　为了解决可能出现的过载或欠载,可以通过测量码盘实际位移L而非其理论位置来确定加载值。L的测量可通过光电编码的方式来实现。编码的实现和A、B光电编码器的输出信号如图2所示。

　　对图2c所示的信号进行鉴相和四倍频处理,通过检测A、B相位关系可以判断码盘的移动方向,检测输出脉冲个数可以求出码盘位移量。设A、B信号占空比为50%,相差绝对值为90°,编码板透光区和遮光区长度为12Δl,由于信号经过四倍频处理,脉冲当量为