CN110857882B - 天平支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天平支撑装置，包括第一支撑轴、第二支撑轴和球体组件，球体组件包括本体和设置在本体内开设有的容纳腔中的第一球体、第二球体、第三球体、第四球体和第五球体，第二球体的球心、第三球体的球心和第四球体的球心位于同一个平面上，且相邻的两个球体的球心距相同；第一球体设置在第二球体、第三球体和第四球体的上部，第五球体设置在第二球体、第三球体和第四球体的下部，均分别与各球体相接触，且与各球体的球心距相同；第一支撑轴的一端与第一球体相连，另一端与天平横梁相连，第二支撑轴的一端与第五球体相连。该天平支撑装置解决了现有技术中同一称量物多次称重时得到的结果不一致的问题。

Description

天平支撑装置

技术领域

本发明涉及天平技术领域，特别涉及一种天平支撑装置。

背景技术

天平作为一种根据杠杆原理制成，可以衡量物体质量的仪器，被广泛地应用在工业、医疗、化工等领域，主要种类有等臂天平和不等臂天平。

目前使用的天平，其内的天平支撑装置主要采用刀口和V型槽，通过刀口与V型槽的配合实现支撑，也就是说，将刀口置于V型槽内，V型槽与天平横梁连接，刀口与下部的支撑部件连接，V型槽可以以刀口为支点保持平衡或发生偏转。

而现有的天平在使用一段时间后，由于刀口与V型槽之间发生磨损，刀口与V型槽之间的接触由点接触变成面接触，使得天平在称量的过程中，天平横梁对刀口的压力方向与天平挂钩的重心线方向不再保持平行，造成同一称量物在进行多次称重时得到的结果不一致。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种天平支撑装置，以解决现有技术中同一称量物在进行多次称重时得到的结果不一致的问题。

具体而言，包括以下的技术方案：

本发明提供了一种天平支撑装置，所述装置包括：第一支撑轴、第二支撑轴和球体组件，其中，

所述球体组件包括本体、第一球体、第二球体、第三球体、第四球体和第五球体，所述本体内开设有容纳腔，所述第一球体、所述第二球体、所述第三球体、所述第四球体和所述第五球体置于所述容纳腔中；

所述容纳腔包括相互连通的第一部、第二部和第三部，所述第一球体可转动且不可滚动地设置第一部内，所述第二球体、所述第三球体和所述第四球体可转动且不可滚动地设置在第二部内，所述第五球体可转动且不可滚动地设置在第三部内；

所述第二球体的球心、所述第三球体的球心和所述第四球体的球心位于同一个平面上，且相邻的两个球体的球心距相同；所述第一球体设置在所述第二球体、所述第三球体和所述第四球体的上部，分别与所述第二球体、所述第三球体和所述第四球体相接触，且所述第一球体与所述第二球体、所述第三球体和所述第四球体的球心距相同；所述第五球体设置在所述第二球体、所述第三球体和所述第四球体的下部，分别与所述第二球体、所述第三球体和所述第四球体相切接触，且所述第五球体与所述第二球体、所述第三球体和所述第四球体的球心距相同；

所述第一支撑轴的一端与所述第一球体相连，另一端适于与天平横梁相连；

所述第二支撑轴的一端与所述第五球体相连，另一端适于与升降机相连。

在一种可能的设计中，所述第一支撑轴与所述第一球体相连的一端为内凹的第一球形弧面，所述第一球形弧面包覆在所述第一球体上。

在一种可能的设计中，所述第一球形弧面的面积小于0.5倍的所述第一球体的表面积。

在一种可能的设计中，所述第二支撑轴与所述第五球体相连的一端为内凹的第二球形弧面，所述第二球形弧面包覆在所述第五球体上。

在一种可能的设计中，所述第二球形弧面的面积小于0.5倍的所述第五球体的表面积。

在一种可能的设计中，所述第二球体的直径、所述第三球体的直径和所述第四球体的直径取值相同。

在一种可能的设计中，所述第一球体的直径、所述第二球体的直径和所述第五球体的直径取值相同。

在一种可能的设计中，所述第一球体、所述第二球体、所述第三球体、所述第四球体和所述第五球体均为刚性球体。

在一种可能的设计中，所述球体组件还包括盖体，所述盖体可拆卸地盖设在所述本体的上部。

在一种可能的设计中，所述装置还包括：支撑件，所述支撑件的一端与所述第二支撑轴相连，另一端与所述本体的下部相连。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

通过将第一球体设置在第二球体、第三球体和第四球体的上部，且第一球体到第二球体、第三球体和第四球体的球心距相同，使得当第一球体受到通过第一支撑轴传递过来的天平横梁的竖直向下的力时，由于第二球体的球心、第三球体的球心和第四球体的球心设置在同一个平面上，且相邻的两个球体的球心距相同，第二球体、第三球体和第四球体受到相同大小的力，经过第二球体、第三球体和第四球体的力的传递，不改变传力的方向，继而将力传递给设置在第二球体、第三球体和第四球体的下部，且到第二球体、第三球体和第四球体的球心距相同的第五球体。在天平的称量过程中，由于第一球体、第二球体、第三球体、第四球体和第五球体均只可转动不可滚动，因而天平横梁对第一球体、第二球体、第三球体、第四球体和第五球体的压力方向始终竖直向下，也就是天平挂钩的重心线方向，解决了现有技术中同一称量物进行多次称重时得到的结果不一致的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种天平支撑装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种天平支撑装置中第二球体的球心、第三球体的球心和第四球体的球心的连线的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种天平支撑装置中第一球体与第二球体、第三球体和第四球体之间的受力分析图；

图4为本发明实施例提供的一种天平支撑装置中第五球体与第二球体、第三球体和第四球体之间的受力分析图；

图5为等臂天平的工作原理图。

图中的附图标记分别表示为：

1-第一支撑轴，

2-第二支撑轴，

3-球体组件，

31-本体，311-容纳腔，3111-第一部，3112-第二部，3113-第三部，

32-第一球体，

33-第二球体，

34-第三球体，

35-第四球体，

36-第五球体，

37-盖体，

4-天平横梁，

5-升降机，

6-支撑件，61-支撑杆。

具体实施方式

在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，本发明实施例中所涉及的方位名词，如“上部”、“下部”均以图1中所示方位为基准，仅仅用来清楚地描述本发明实施例的天平支撑装置，并不具有限定本发明保护范围的意义。

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种天平支撑装置，其结构示意图如图1所示，该天平支撑装置包括：第一支撑轴1、第二支撑轴2和球体组件3。

其中，球体组件3包括本体31、第一球体32、第二球体33、第三球体34、第四球体35和第五球体36，本体31内开设有容纳腔311，第一球体32、第二球体33、第三球体34、第四球体35和第五球体36置于容纳腔311中；

容纳腔311包括相互连通的第一部3111、第二部3112和第三部3113，第一球体32可转动且不可滚动地设置第一部3111内，第二球体33、第三球体34和第四球体35可转动且不可滚动地设置在第二部3112内，第五球体36可转动且不可滚动地设置在第三部3113内；

第二球体33的球心、第三球体34的球心和第四球体35的球心位于同一个平面上，且相邻的两个球体的球心距相同，如图2所示；第一球体32设置在第二球体33、第三球体34和第四球体35的上部，并与第二球体33、第三球体34和第四球体35相接触，第一球体32与第二球体33、第三球体34和第四球体35的球心距相同；第五球体36设置在第二球体33、第三球体34和第四球体35的下部，并与第二球体33、第三球体34和第四球体35相切接触，第五球体36与第二球体33、第三球体34和第四球体35的球心距相同；

第一支撑轴1的一端与第一球体32相连，另一端适于与天平横梁4相连，如图1所示；

第二支撑轴2的一端与第五球体36相连，另一端适于与升降机5相连，如图1所示。

需要说明的是，容纳腔311的结构与第一球体32、第二球体33、第三球体34、第四球体35和第五球体36相匹配，即可以实现承托固定第一球体32、第二球体33、第三球体34、第四球体35和第五球体36，确保第一球体32、第二球体33、第三球体34、第四球体35和第五球体36可在容纳腔311内自由转动，而不存留有空间使得第一球体32、第二球体33、第三球体34、第四球体35和第五球体36在其内发生滚动。

可以理解的是，第一支撑轴1、第二支撑轴2和球体组件3处于同一条垂直直线上。

本发明实施例的天平支撑装置的工作原理为：

通过将第一球体32设置在第二球体33、第三球体34和第四球体35的上部，分别与第二球体33、第三球体34和第四球体35相接触，且第一球体32与第二球体33、第三球体34和第四球体35的球心距相同，使得当第一球体32受到通过第一支撑轴1传递过来的天平横梁4的竖直向下的力F时，如图3所示，由于第二球体33的球心、第三球体34的球心和第四球体35的球心设置在同一个平面上，且相邻的两个球体的球心距相同，如图2所示(由第二球体33的球心、第三球体34的球心和第四球体35的球心构成的三角形为等边三角形)，第二球体33、第三球体34和第四球体35受到相同大小的力，如图3所示，分别为F₁、F₂、F₃，经过第二球体33、第三球体34和第四球体35在不改变传力方向下的传递，如图3所示，继而将力F以F₁、F₂、F₃的形式传递给设置在第二球体33、第三球体34和第四球体35的下部、并分别与第二球体33、第三球体34和第四球体35相接触、且与第二球体33、第三球体34和第四球体35的球心距相同的第五球体36，如图4所示。

在天平的称量过程中，由于第一球体32、第二球体33、第三球体34、第四球体35和第五球体36均只可转动不可滚动，因而天平横梁4对第一球体32、第二球体33、第三球体34、第四球体35和第五球体36的压力方向始终竖直向下，也就是天平挂钩的重心线方向。

因此，本发明实施例的天平支撑装置利用第一支撑轴1、第二支撑轴2和球体组件3解决现有技术中同一称量物在进行多次称重时得到的结果不一致的问题。

下面对本发明实施例天平支撑装置进行进一步地描述说明：

对于第一支撑轴1而言，第一支撑轴1起到连接球体组件3与天平横梁4的作用。

在结构设置上，第一支撑轴1与第一球体32相连的一端为内凹的第一球形弧面，第一球形弧面包覆在第一球体32上，如图1所示，使得第一支撑轴1与第一球体32的接触面更大，连接更为牢固可靠。

需要说明的是，第一支撑轴1与第一球体32的连接可为可拆卸连接，即第一支撑轴1与第一球体32可相互分离。

进一步地，第一球形弧面的面积小于0.5倍的第一球体32的表面积，使得第一球体32可以在固定在第一部3111内的同时，可以在天平横梁4发生偏转时，随着第一支撑轴1发生一定角度的转动。

可以理解的是，当第一支撑轴1的上部与天平横梁4的中心点位置连接时，天平为等臂天平，当连接位置不在中心点位置时，天平为不等臂天平。其中，等臂天平的工作原理采用替代法称量，如图5所示，F1为被测量、F2为标准量，L1、L2表示为两端力臂大小，定义为已知量，在称量过程中，可以采用的计算公式为：F1×L1＝F2×L2，本发明实施例天平支撑装置尤其适用于等臂天平。

对于第二支撑轴2而言，第二支撑轴2起到连接球体组件3与升降机5的作用。

在结构设置上，与第一支撑轴1相似，第二支撑轴2与第五球体36相连的一端为内凹的第二球形弧面，第二球形弧面包覆在第五球体36上，如图1所示，使得第二支撑轴2与第五球体36的接触面更大，连接更为牢固可靠；第二支撑轴2沿垂直方向固定在升降机5上，可以实现本发明实施例的天平支撑装置的自由升降。

同时，第二支撑轴2与第五球体36的连接也可为可拆卸连接，即第二支撑轴2与第五球体36可相互分离。

进一步地，第二球形弧面的面积小于0.5倍的第五球体36的表面积，使得第五球体36可以固定在第三部3113内。

对于球体组件3而言，球体组件3为本发明实施例的天平支撑装置的关键性构件。

具体来说，对于本体31，本体31可以为圆柱状结构，也可以为方形、六边形等，在本发明实施例中不作具体限定。

基于本体31，球体组件3还包括盖体37，盖体37可拆卸地盖设在本体31的上部，如图1所示，以保护第一球体32露出本体31的部分。

其中，盖体37可以为法兰，第一球体32与盖体37之间保持适当的距离，以保证第一球体32可以转动但不能滚动。

对于第一球体32、第二球体33、第三球体34、第四球体35和第五球体36而言，第二球体33的直径、第三球体34的直径和第四球体35的直径取值可以相同，便于由第二球体33的球心、第三球体34的球心和第四球体35的球心构成的三角形为等边三角形，使得三个球体的球心(重心)分别与三个球体共同构成的结构的重心(图2中的相交点)之间的连线所成的夹角为120°。

优选地，第一球体32的直径、第二球体33的直径和第五球体36的直径取值可以相同，使得第一球体32、第二球体33、第三球体34、第四球体35和第五球体36的直径均相同，便于加工制作。

可以理解的是，第一球体32的直径、第五球体36的直径也可以根据实际需要进行设定，不一定与第二球体33的直径相同，在本发明实施例中不作具体限定。

在材料选择上，第一球体32、第二球体33、第三球体34、第四球体35和第五球体36均为刚性球体，使得球体与球体之间不会因为相互的碰撞而发生变形。

为了固定本体31，本发明实施例的天平支撑装置还包括：支撑件6，支撑件6的一端与第二支撑轴2相连，另一端与本体31的下部相连，使得本体31能够被支撑固定在第二支撑轴2上，如图1所示。

进一步地，支撑件6可以包括至少三个支撑杆61，每个支撑杆61的一端与第二支撑轴2的轴身固定连接，另一端与本体31的下部活性连接。

基于上述，为了保证第一球体32、第二球体33、第三球体34、第四球体35和第五球体36均可以自由转动，减少彼此之间的摩擦力，可以在本体31内设置至少一个润滑组件(在图中未显示)，润滑组件的位置并不局限于某一处，只要在不影响本发明实施例的天平支撑装置的正常功能的情况下，能对第一球体32、第二球体33、第三球体34、第四球体35和第五球体36进行润滑即可。

可以理解的是，本发明实施例的天平支撑装置可以适用于气体的精确称量，尤其适用于天然气称量。

以称重气体、双罐等臂电磁天平为示例，在实际气体称量之前，首先需要调整天平，使天平处于正常的工作状态，即未称量时调整天平平衡，此时的天平横梁4可以是不接触天平支撑装置的。由于天平两侧具有限位装置，可以防止天平产生大幅度的倾斜甚至翻倒，因此可以使用添加砝码和/或通过电磁力的作用使天平平衡。

当天平达到平衡后，通过操作升降机5，使得本发明实施例的天平支撑装置升起以支撑天平，此时，达到天平的称量状态，进行气体称重。

经验证可知，在质量-时间法天然气流量测量原级标准装置的质量测量过程中，使用本发明实施例的天平支撑装置支撑的双罐等臂电磁天平进行测量，不确定度能够达到1g，最小分辨率能够达到0.1g，使得测量的不确定度降低。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种天平支撑装置，其特征在于，所述装置包括：第一支撑轴(1)、第二支撑轴(2)和球体组件(3)，其中，

所述球体组件(3)包括本体(31)、第一球体(32)、第二球体(33)、第三球体(34)、第四球体(35)和第五球体(36)，所述本体(31)内开设有容纳腔(311)，所述第一球体(32)、所述第二球体(33)、所述第三球体(34)、所述第四球体(35)和所述第五球体(36)置于所述容纳腔(311)中；

所述容纳腔(311)包括相互连通的第一部(3111)、第二部(3112)和第三部(3113)，所述第一球体(32)可转动且不可滚动地设置第一部(3111)内，所述第二球体(33)、所述第三球体(34)和所述第四球体(35)可转动且不可滚动地设置在第二部(3112)内，所述第五球体(36)可转动且不可滚动地设置在第三部(3113)内；

所述第二球体(33)的球心、所述第三球体(34)的球心和所述第四球体(35)的球心位于同一个平面上，且相邻的两个球体的球心距相同；所述第一球体(32)设置在所述第二球体(33)、所述第三球体(34)和所述第四球体(35)的上部，分别与所述第二球体(33)、所述第三球体(34)和所述第四球体(35)相接触，且所述第一球体(32)与所述第二球体(33)、所述第三球体(34)和所述第四球体(35)的球心距相同；所述第五球体(36)设置在所述第二球体(33)、所述第三球体(34)和所述第四球体(35)的下部，分别与所述第二球体(33)、所述第三球体(34)和所述第四球体(35)相切接触，所述第五球体(36)与所述第二球体(33)、所述第三球体(34)和所述第四球体(35)的球心距相同；所述第二球体(33)的直径、所述第三球体(34)的直径和所述第四球体(35)的直径取值相同，且所述第一球体(32)的直径、所述第二球体(33)的直径和所述第五球体(36)的直径取值相同；

所述第一支撑轴(1)的一端与所述第一球体(32)相连，另一端适于与天平横梁(4)相连；

所述第二支撑轴(2)的一端与所述第五球体(36)相连，另一端适于与升降机(5)相连。

2.根据权利要求1所述的天平支撑装置，其特征在于，所述第一支撑轴(1)与所述第一球体(32)相连的一端为内凹的第一球形弧面，所述第一球形弧面包覆在所述第一球体(32)上。

3.根据权利要求2所述的天平支撑装置，其特征在于，所述第一球形弧面的面积小于0.5倍的所述第一球体(32)的表面积。

4.根据权利要求1所述的天平支撑装置，其特征在于，所述第二支撑轴(2)与所述第五球体(36)相连的一端为内凹的第二球形弧面，所述第二球形弧面包覆在所述第五球体(36)上。

5.根据权利要求4所述的天平支撑装置，其特征在于，所述第二球形弧面的面积小于0.5倍的所述第五球体(36)的表面积。

6.根据权利要求1所述的天平支撑装置，其特征在于，所述第一球体(32)、所述第二球体(33)、所述第三球体(34)、所述第四球体(35)和所述第五球体(36)均为刚性球体。

7.根据权利要求1所述的天平支撑装置，其特征在于，所述球体组件(3)还包括盖体(37)，所述盖体(37)可拆卸地盖设在所述本体(31)的上部。

8.根据权利要求1所述的天平支撑装置，其特征在于，所述装置还包括：支撑件(6)，所述支撑件(6)的一端与所述第二支撑轴(2)相连，另一端与所述本体(31)的下部相连。

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