CN102435281B - 一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够消除机械天平的“再位性”误差的调整系统结构刚度的方法及装置。其中半圆形横梁固定在横梁底座上；横梁底座的两侧对称处分别连接吊簧的下端，吊簧的上端连接在吊簧支座顶端；在每片吊簧的两侧中心对称位置处均带有一个凹槽；两个秤盘吊臂分别固定在横梁两侧对称处；在横梁的顶端中心连接调重心螺杆，调重心螺杆上带有杆量铊。本发明采用固定天平支点的结构替代刀子刀承结构，其能够消除机械天平的“再位性”误差。同时，通过在支点固定的机械天平横梁上增加调节质量块，抵消因固定支点带来的结构刚度，使天平横梁与其支点之间形成零刚度系统，天平灵敏度不低于刀子刀承支承结构的灵敏度。

Description

一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的方法及装置

技术领域

本发明属于质量计量技术领域，具体涉及一种应用于机械式天平的调整系统结构刚度的方法及装置。

背景技术

机械式天平在我国有悠久的历史，它基于杠杆及杠杆平衡原理制造。所谓杠杆是指在外力作用下能绕固定轴转动的物体，杠杆平衡原理是指杠杆平衡时，作用于杠杆上的所有外力对转轴力矩之和为零。

一台合格的机械天平，应具有稳定性、正确性、灵敏性和不变性四大计量特性。稳定性是指天平在收到扰动后，能够自动回到它们的初始平衡位置的能力；正确性是指横梁的左、右两臂长度具有正确固定的比值；灵敏性是指天平能觉察出放在秤盘上的物体质量改变量的能力；不变性是指在相同条件下，多次测量同一物体，所得结果的一致性程度。

对于机械天平来说，横梁就是杠杆，其支点就是固定轴，由于一直以来，机械天平的支点都是采用刀子刀承的结构(示意图如图1所示)，即在立柱4上加装刀子3，使横梁1及固定在横梁上的刀座2自由放置在刀子3上。工作时，刀子与刀承之间线接触，当天平横梁两端存在不平衡力矩时，横梁可绕刀子刀承之间的接触线旋转。如果刀子刀承之间的接触位置发生改变，会影响杠杆的臂比，那么杠杆的基本原理就受到破坏，这种破坏在专业术语上称为“再位性”差，“再位性”差的天平，其计量特性必然受到较大的影响。

发明内容

本发明以消除支点固定的机械天平横梁与其支点之间的刚度为目的，提供一种能够消除机械天平的“再位性”误差的调整系统结构刚度的方法及装置。

实现本发明目的的技术方案：一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置，其包括半圆形横梁、横梁底座、两组紧固件、两片吊簧、吊簧支座、两个秤盘吊臂、调重心螺杆、杆量铊；

其中半圆形横梁固定在横梁底座上；在横梁底座的两侧对称位置处分别固定连接一片吊簧的下端，这两片吊簧的上端分别固定连接在吊簧支座顶端两侧对称设置的突起上；在每片吊簧的两侧中心对称位置处均带有一个凹槽；

两个秤盘吊臂分别通过紧固件固定在半圆形横梁两侧相对称位置处；

在半圆形横梁的顶端中心固定连接调重心螺杆，调重心螺杆上带有杆量铊。

如上所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置，其所述的杆量铊的质量m采用如下公式求得：

$m=\frac{k\×h}{g}$

式中：h为吊簧的长度，为已知值；

k为吊簧的横向倔强系数，为已知值；

g为重力加速度。

如上所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置，其所述的吊簧支座的上端开有凹槽，在该凹槽的两侧对称位置处延伸出一个突起，两片吊簧的上端分别固定连接这些突起上；横梁底座的底端与吊簧支座的凹槽端面距有一定间隙。

如上所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置，其在半圆形横梁的顶端中心位置开有螺孔，调重心螺杆通过螺纹固定连接在该螺孔内，杆量铊通过螺纹连接在调重心螺杆上，杆量铊可在调重心螺杆上上下移动。

如上所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置，其所述的秤盘吊臂为柔性材料，与半圆形横梁紧密贴合。

如上所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置，其所述的半圆形横梁的底部中心开有一个凹槽，与其对应的横梁底座的顶部中心带有突起，半圆形横梁的底部中心凹槽与横梁底座的顶部中心突起相嵌合，并通过螺钉依次穿过横梁底座中心和半圆形横梁中心，将横梁底座和半圆形横梁紧固连接。

本发明所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的方法，其包括如下步骤：

(a)将半圆形横梁的底部中心开有的凹槽与横梁底座的顶部中心带有的突起相嵌合，并通过螺钉依次穿过横梁底座中心和半圆形横梁中心，将横梁底座和半圆形横梁紧固连接；

(b)在横梁底座的两侧对称位置处分别通过螺钉固定连接一片吊簧的下端，这两片吊簧的上端分别通过螺钉固定连接在吊簧支座顶端两侧对称设置的突起上；每片吊簧的两侧中心对称位置处均带有一个凹槽；

两个秤盘吊臂分别通过紧固件固定在半圆形横梁两侧相对称位置处；秤盘吊臂与半圆形横梁紧密贴合；

(c)进行位置调试，直到半圆形横梁的旋转轴线为两片吊簧的凹槽轴线；

(d)在半圆形横梁的顶端中心固定连接调重心螺杆，杆量铊通过螺纹连接在调重心螺杆上，使杆量铊在调重心螺杆上上下移动，直至机械天平灵敏度不因载荷改变而改变。

如上所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的方法，其所述的杆量铊的质量m采用如下公式求得：

$m=\frac{k\×h}{g}$

式中：h为吊簧的长度，为已知值；

k为吊簧的横向倔强系数，根据吊簧的厚度即可确定(现有技术)，吊簧的厚度为已知值；

g为重力加速度。

如上所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的方法，其所述的吊簧支座的上端开有凹槽，在该凹槽的两侧对称位置处延伸出一个突起，两片吊簧的上端分别固定连接这些突起上；横梁底座的底端与吊簧支座的凹槽端面距有一定间隙。

如上所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置，其在半圆形横梁的顶端中心位置开有螺孔，调重心螺杆通过螺纹固定连接在该螺孔内，杆量铊通过螺纹连接在调重心螺杆上，杆量铊可在调重心螺杆上上下移动。

本发明的效果在于：本发明采用了一种全新的固定天平支点的结构替代刀子刀承结构，其能够消除机械天平的“再位性”误差。同时，通过在支点固定的机械天平横梁上增加调节质量块，抵消因固定支点带来的结构刚度，使天平横梁与其支点之间形成零刚度系统，天平灵敏度不低于刀子刀承支承结构的灵敏度。

附图说明

图1为现有机械天平结构示意图；

图2为本发明所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置立体结构示意图；

图3为图2的主视图；

图4为图3的侧视图；

图5为横梁结构示意图；

图6为横梁底座结构示意图；

图7为吊簧支座结构示意图；

图8为吊簧结构主视图；

图9为吊簧结构侧视图；

图中：1.横梁；2.刀座；3.刀子；4.立柱；5.半圆形横梁；6.紧固件；7.吊簧；8.横梁底座；9.秤盘吊臂；10.凹槽；11.吊簧支座；12.调重心螺杆；13.杆量铊。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的方法及装置作进一步描述。

实施例1

如图2至图7所示，本发明所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置主要包括半圆形横梁5、两组紧固件6(螺钉和压紧块)、两片吊簧7、横梁底座8、两个秤盘吊臂9、吊簧支座11、调重心螺杆12、杆量铊13。

半圆形横梁5固定在横梁底座8上。即半圆形横梁5的底部中心开有一个凹槽，与其对应的横梁底座8的顶部中心带有突起，半圆形横梁5的底部中心凹槽与横梁底座8的顶部中心突起相嵌合，并通过螺钉依次穿过横梁底座8中心和半圆形横梁5中心，将横梁底座8和半圆形横梁5紧固连接。

在横梁底座8的两侧对称位置处分别通过螺钉固定连接一片吊簧7的下端，这两片吊簧7的上端分别通过螺钉固定连接在吊簧支座11上端的对称位置处。即吊簧支座11的上端开有凹槽，在该凹槽的两侧对称位置处延伸出一个突起，两片吊簧7的上端就通过螺钉固定连接这些突起上。吊簧支座11下端可固定在基座上。横梁底座8的底端与吊簧支座11的凹槽端面不接触，距有一定间隙。

相同的两个秤盘吊臂9分别通过紧固件6(螺钉和压紧块)固定在半圆形横梁5两侧相对称位置处。秤盘吊臂9为柔性材料，与半圆形横梁5紧密贴合。

如图8和图9所示，每片吊簧7的两侧中心对称位置处均带有一个凹槽10，两片吊簧7的凹槽10轴线即为横梁的旋转轴线。在每片吊簧7的上下两端开设有分别与吊簧支座11和横梁底座8连接的孔。

半圆形横梁5的顶端中心固定连接调重心螺杆12，调重心螺杆12上带有杆量铊13。即在半圆形横梁5的顶端中心位置开有螺孔，调重心螺杆12通过螺纹固定连接在该螺孔内，杆量铊13通过螺纹连接在调重心螺杆12上，杆量铊13可在调重心螺杆12上上下移动。

杆量铊13的质量m采用如下公式求得：

$m=\frac{k\×h}{g}$

式中：h为吊簧7的长度，为已知值；

k为吊簧7的横向倔强系数，根据吊簧7的厚度即可确定(现有技术)，吊簧的厚度为已知值；

g为重力加速度。

秤盘吊臂为柔性材料，0.02mm厚，如可采用塞尺制成。每片吊簧可为铍青铜材料制成。横梁为铟钢材料制成。

本发明的半圆形横梁支点固定，受固定支点刚度的影响，存在灵敏度下降的问题，因此在半圆形横梁上增加杆量铊13，抵消因固定支点带来的结构刚度，使天平横梁与其支点之间形成零刚度系统。

实施例2

本发明所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的方法，其包括如下步骤：

(a)按照图2至图7所示进行装配：

将半圆形横梁5的底部中心开有的凹槽与横梁底座8的顶部中心带有的突起相嵌合，并通过螺钉依次穿过横梁底座8中心和半圆形横梁5中心，将横梁底座8和半圆形横梁5紧固连接。

(b)在横梁底座8的两侧对称位置处分别通过螺钉固定连接一片吊簧7的下端，这两片吊簧7的上端分别通过螺钉固定连接在吊簧支座11上端的对称位置处。即吊簧支座11的上端开有凹槽，在该凹槽的两侧对称位置处延伸出一个突起，两片吊簧7的上端就通过螺钉固定连接这些突起上。吊簧支座11下端可固定在基座上。横梁底座8的底端与吊簧支座11的凹槽端面不接触，距有一定间隙。

每片吊簧7的两侧中心对称位置处均带有一个凹槽10。

相同的两个秤盘吊臂9分别通过紧固件6(螺钉和压紧块)固定在半圆形横梁5两侧相对称位置处。秤盘吊臂9为柔性材料，与半圆形横梁5紧密贴合。

(c)进行位置调试，直到半圆形横梁5的旋转轴线为两片吊簧7的凹槽10轴线；

(d)在半圆形横梁5的顶端中心固定连接调重心螺杆12，杆量铊13通过螺纹连接在调重心螺杆12上，使杆量铊13在调重心螺杆12上上下移动，直至机械天平灵敏度不因载荷改变而改变。

杆量铊13的质量m采用如下公式求得：

$m=\frac{k\×h}{g}$

式中：h为吊簧7的长度，为已知值；

k为吊簧7的横向倔强系数，根据吊簧7的厚度即可确定(现有技术)，吊簧的厚度为已知值；

g为重力加速度。

本发明的半圆形横梁支点固定，受固定支点刚度的影响，存在灵敏度下降的问题，因此在半圆形横梁上增加杆量铊13，抵消因固定支点带来的结构刚度。

Claims (10)

1.一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置，其特征在于：该装置包括半圆形横梁（5）、横梁底座（8）、两组紧固件（6）、两片吊簧（7）、吊簧支座（11）、两个秤盘吊臂（9）、调重心螺杆（12）、杆量铊（13）；

其中半圆形横梁（5）固定在横梁底座（8）上；在横梁底座（8）的两侧对称位置处分别固定连接一片吊簧（7）的下端，这两片吊簧（7）的上端分别固定连接在吊簧支座（11）顶端两侧对称设置的突起上；在每片吊簧（7）的两侧中心对称位置处均带有一个凹槽（10）；

两个秤盘吊臂（9）分别通过紧固件（6）固定在半圆形横梁（5）两侧相对称位置处；

在半圆形横梁（5）的顶端中心固定连接调重心螺杆（12），调重心螺杆（12）上带有杆量铊（13）。

2.根据权利要求1所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置，其特征在于：所述的杆量铊（13）的质量m采用如下公式求得：

$m=\frac{k\×h}{g}$

式中：h为吊簧7的长度，为已知值；

k为吊簧7的横向倔强系数，为已知值；

g为重力加速度。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置，其特征在于：所述的吊簧支座（11）的上端开有凹槽，在该凹槽的两侧对称位置处延伸出一个突起，两片吊簧（7）的上端分别固定连接这些突起上；横梁底座（8）的底端与吊簧支座（11）的凹槽端面距有一定间隙。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置，其特征在于：在半圆形横梁（5）的顶端中心位置开有螺孔，调重心螺杆（12）通过螺纹固定连接在该螺孔内，杆量铊（13）通过螺纹连接在调重心螺杆（12）上，杆量铊（13）可在调重心螺杆（12）上上下移动。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置，其特征在于：所述的秤盘吊臂（9）为柔性材料，与半圆形横梁（5）紧密贴合。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的装置，其特征在于：所述的半圆形横梁（5）的底部中心开有一个凹槽，与其对应的横梁底座（8）的顶部中心带有突起，半圆形横梁（5）的底部中心凹槽与横梁底座（8）的顶部中心突起相嵌合，并通过螺钉依次穿过横梁底座（8）中心和半圆形横梁（5）中心，将横梁底座（8）和半圆形横梁（5）紧固连接。

7.一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

（a）将半圆形横梁（5）的底部中心开有的凹槽与横梁底座（8）的顶部中心带有的突起相嵌合，并通过螺钉依次穿过横梁底座（8）中心和半圆形横梁（5）中心，将横梁底座（8）和半圆形横梁（5）紧固连接；

（b）在横梁底座（8）的两侧对称位置处分别通过螺钉固定连接一片吊簧（7）的下端，这两片吊簧（7）的上端分别通过螺钉固定连接在吊簧支座（11）顶端两侧对称设置的突起上；每片吊簧（7）的两侧中心对称位置处均带有一个凹槽（10）；

两个秤盘吊臂（9）分别通过紧固件（6）固定在半圆形横梁（5）两侧相对称位置处；秤盘吊臂（9）与半圆形横梁（5）紧密贴合；

（c）进行位置调试，直到半圆形横梁（5）的旋转轴线为两片吊簧（7）的凹槽（10）轴线；

（d）在半圆形横梁（5）的顶端中心固定连接调重心螺杆（12），杆量铊（13）通过螺纹连接在调重心螺杆（12）上，使杆量铊（13）在调重心螺杆（12）上上下移动，直至机械天平灵敏度不因载荷改变而改变。

8.根据权利要求7所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的方法，其特征在于：所述的杆量铊（13）的质量m采用如下公式求得：

$m=\frac{k\×h}{g}$

式中：h为吊簧（7）的长度，为已知值；

k为吊簧（7）的横向倔强系数，根据吊簧（7）的厚度即可确定（现有技术），吊簧的厚度为已知值；

g为重力加速度。

9.根据权利要求7或8所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的方法，其特征在于：所述的吊簧支座（11）的上端开有凹槽，在该凹槽的两侧对称位置处延伸出一个突起，两片吊簧（7）的上端分别固定连接这些突起上；横梁底座（8）的底端与吊簧支座（11）的凹槽端面距有一定间隙。

10.根据权利要求7或8所述的一种用于机械式天平的调整系统结构刚度的方法，其特征在于：在半圆形横梁（5）的顶端中心位置开有螺孔，调重心螺杆（12）通过螺纹固定连接在该螺孔内，杆量铊（13）通过螺纹连接在调重心螺杆（12）上，杆量铊（13）可在调重心螺杆（12）上上下移动。

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