Аналитические весы

    Дисциплина: Химия и физика
    Тип работы: Лабораторная
    Тема: 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;
    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 выбранной ОЭВМ. Можно было бы пойти
    по пути установки двух ОЭВМ в одном изделии с разделением функций
    между ними, но этот подход дорогостоящ и расточителен, поэтому мы
    решили использовать недорогую микросхему КР580ВВ55А (программирумый
    параллельный адаптер (ППА) [3]) для расширения адресуемых портов
    с 32 до 45.
    ОЭВМ КР1816ВЕ51 будет передавать данные в 3 порта микросхемы
    КР580ВВ55А через один из своих портов (рис. 1), для выбора номера
    интересуемого порта и стробирования обращения к ППА необходимы еще
    3 вывода. Если запрограммировать микросхему только на вывод, то нет
    нужды в подключении к ОЭВМ выводов чтение (RD) и запись (WR) ППА,
    так как их можно зафиксировать сигналами c блока питания через ре-
    зисторы, нормирующие допустимый для микросхемы входной ток.
    На выводы 3-х портов КР580ВВ55А (рис. 1), поскольку она бу-
    дет запрограммированна только на вывод, лучше всего подключить уст-
    ройство цифроаналогового преобразователя (ЦАП), то есть устройство,
    преобразующее цифровой код в токовый аналог, например, код 1388h (де-
    сятичное число 5000) в ток велич...

    Забрать файл

    Похожие материалы:


ПИШЕМ УНИКАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Заказывайте напрямую у исполнителя!


© 2006-2016 Все права защищены