CN111664920A - 一种精准测量微波作用下样品质量变化的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及重量计量技术以及微波破岩领域。本发明公开了一种精准测量微波作用下样品质量变化的装置，包括托盘、传感器和数据处理系统，所述传感器采集托盘中物体重力数据并传输到数据处理系统，所述数据处理系统对传感器采集的数据进行处理，得到物体的重量；所述托盘安装在悬臂梁的自由端，所述传感器为应力传感器，所述传感器安装在所述悬臂梁上，采集所述悬臂梁在物体重力作用下产生的应力数据并传输到数据处理系统，所述数据处理系统对所述应力数据进行处理，得到物体重量。本发明采用悬臂梁结合应变传感器采集数据，使传感器远离称重物体，避免了微波作用时微波辐射以及其所产生的的高温对传感器的影响，有利于提高计量精度。本发明特别适合微波加热过程中对加热物体的实时重量监测。

Description

一种精准测量微波作用下样品质量变化的装置

技术领域

本发明涉及重量计量技术以及微波破岩领域，涉及一种集成新型电子重量计量装置，具体而言，涉及一种利用应力传感器对物体重量进行计量的装置，尤其适用于微波加热过程中样品质量的实时监测。

背景技术

重量是物体的一个重要参数。对物体重量进行精确计量，在各行各业都有广泛的应用前景。现有技术对物体重量进行计量，除了各种根据机械原理制成的重量计量装置外，还包括种类繁多的电子计量装置，不但可以用于计量物体的静态重量，也可以用于测量物体的实时重量变化。

近年来微波由于其加热迅速、体加热以及无二次污染等优点被引入到各行各业中，学者对此展开了大量的试验研究，然而现有测试微波加热的技术手段仍处于初级阶段，对于有关技术的实验研究目前仍停留在实验室阶段，技术较为匮乏。

现在进行有关微波的测试基本集中于微波作用前后，鲜有试验设备能针对微波实时作用进行测试，如处于微波加热状态下，物体的重量变化的检测等。

现有技术的电子重量计量装置，其基本原理都是利用各种传感器采集物体重力数据，通过数据处理得到物体的重量。现有技术的这些计量装置，有的结构复杂价格昂贵，有的灵敏度不高，很难用于物体重力的连续监测。特别是现有技术中，传感器通常都是直接接受物体重力作用，传感器容易受到温度以及微波作用的影响，导致计量精度下降甚至破坏。传感器对应力变化的灵敏度也是影响计量精度的一个重要因素，特别是要计量加热状态下物体重量的连续变化，对传感器的灵敏度提出了更高的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种精准测量微波作用下样品质量变化的原理与装置，以解决现有技术重量计量装置灵敏度不高、计量精度低以及无法有效获取微波作用下样品质量实时变化的问题。

为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种新型重量计量装置，包括托盘、传感器和数据处理系统，所述传感器采集托盘中物体重力数据并传输到数据处理系统，所述数据处理系统对传感器采集的数据进行处理，得到物体的重量；所述托盘安装在悬臂梁的自由端，所述传感器为应力传感器，所述传感器安装在所述悬臂梁上，采集所述悬臂梁在物体重力作用下产生的应力数据并传输到数据处理系统，所述数据处理系统对所述应力数据进行处理，得到物体重量。

在某些实施例中，所述应力传感器为电阻应力传感器。

在某些实施例中，所述传感器沿重力方向配置在悬臂梁两面。

在某些实施例中，所述悬臂梁两面分别配置2只传感器。

在某些实施例中，所述传感器连接成桥式电路。

在某些实施例中，位于所述悬臂梁上表面的2只传感器分别连接在所述桥式电路的相对两臂上，位于所述悬臂梁下表面的2只传感器分别连接在所述桥式电路的另外两臂上。

在某些实施例中，所述应力传感器为光纤应力传感器。

在某些实施例中，所述悬臂梁固定端设置有长度调节机构。

在某些实施例中，所述托盘安装在加热腔中。

在某些实施例中，所述托盘通过重力传导装置与所述悬臂梁连接。

在某些实施例中，所述重力传导装置与所述悬臂梁连接处设置有防滑结构。

在某些实施例中，所述加热腔为微波加热腔体。

在某些实施例中，所述悬臂梁置于保护壳中。

在某些实施例中，所述保护壳包括微波反射层和隔热层。

在某些实施例中，所述悬臂梁的弹性模量与物体重量相匹配。

在某些实施例中，所述悬臂梁横截面形状为矩形或圆形。

在某些实施例中，所述悬臂梁横截面面积与物体重量相匹配。

根据本发明技术方案及其在某些实施例中进一步改进的技术方案，本发明具有如下有益效果：

采用悬臂梁结合应变传感器采集数据，使传感器远离称重物体，降低了微波作用样品时微波对传感器的影响，有利于提高计量精度。通过采用不同弹性模量的悬臂梁及不同的灵敏度的传感器，可以适应不同量程以及不同精度的重量变化实时监测，适用性广。进一步采用电阻应变传感器，配合传感器的配置方式，能够进一步提高计量精度，可以实现不同的时间间隔的重量的变化状况的实时测量。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例1的结构示意图；

图2为图1的P-P剖面示意图；

图3为实施例1的电路结构示意图；

图4为实施例2的结构示意图；

图5为图4的P-P剖面示意图。

其中：10为托盘；20为传感器；30为重力传导装置；11为加热腔；12为微波反射膜；21为悬臂梁；22为长度调节机构；31为凹槽；32为旋转轴；X为自由端；Y为固定端；O-O为中性面；R1、R2、R3、R4为电阻应力传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的重量计量装置，包括托盘、传感器和数据处理系统。传感器安装在所述悬臂梁上靠近悬臂梁固定端处，托盘安装在悬臂梁的自由端。传感器采集托盘中物体重力数据并传输到数据处理系统，通过数据处理系统对传感器采集的数据进行处理，得到物体的重量。

本发明传感器采用应力传感器，应力传感器采集悬臂梁在物体重力作用下由于变形而产生的应力数据并将数据传输到数据处理系统，数据处理系统对所述应力数据进行处理，就可以得到物体重量。

本发明的重量计量装置，应力传感器通过悬臂梁采集重力数据，应力传感器可以远离托盘，能够有效避免传感器受到物体所处环境的影响，特别是微波作用样品时微波以及其所产生的高温对传感器的影响。一定长度的悬臂梁，相当于放大了应力，特别适合物体重量细微变化的检测。通过选择合适的悬臂梁参数(主要是悬臂梁的弹性模量、悬臂梁的长度以及截面形状和尺寸)，能够提高传感器的感应灵敏度，以适应不同称重范围的应用要求。

实施例1

如图1所示，本例重量计量装置，包括托盘10、加热腔11、重力传导装置30、传感器20、悬臂梁21、长度调节机构22和数据处理系统(图1中未示出)。

本例加热腔11为微波加热腔，托盘10安装在微波加热腔中，可以计量物体在微波加热过程中重量的实时变化情况。为了防止微波泄漏，重力传导装置30与加热腔11接口处设置有微波反射膜12。

本例中，传感器20由4片电阻应力传感器组成。4片电阻应力传感器沿重力方向配置在悬臂梁21靠近固定端Y处，电阻应力传感器R1和电阻应力传感器R4配置在悬臂梁21上表面，电阻应力传感器R2和电阻应力传感器R3配置在悬臂梁21下表面如图2所示。

参见图1所示，本例重量计量装置，托盘10通过重力传导装置30安装在悬臂梁21的自由端X处。本例中，重力传导装置30是一种支撑装置，可以将物体重力垂直传导到悬臂梁21的自由端，如图1中箭头所示。为了防止重力作用下重力传导装置30在悬臂梁上产生滑动，本例在悬臂梁21自由端与重力传导装置30连接处设置有凹槽31构成的防滑结构。

图1中，悬臂梁长度调节机构22通过左右运动可以调节悬臂梁的长度，结合悬臂梁的弹性模量可以得到最佳的传感器安装位置，从而提高重量监测的灵敏度和适应不同的重量计量范围。

本例中，4片电阻应力传感器连接成桥式电路，位于悬臂梁21上表面的电阻应力传感器R1和电阻应力传感器R4分别连接在桥式电路的相对两臂上，位于悬臂梁21下表面的电阻应力传感器R2和电阻应力传感器R3分别连接在所述桥式电路的另外两臂上，如图3所示。

本例中，4片电阻应力传感器选用同一批次的相同型号传感器，4片电阻应力传感器的静态电阻相等，应变电阻变化率相等，电阻温度系数相等。图3所示电路中，以R1、R2、R3、R4分表示为4片电阻应力传感器的阻值，E为电路中CD两端施加的标准电压，则AB两端的输出电压V由下式给出：

V＝(R1 R4-R2R3)E/(R1+R3)(R2+R4)

初始时，R1＝R2＝R3＝R4所以V＝0

托盘10中有物体需要称重时，上表面电阻应变传感器处于中性面O-O之上受到拉伸应力，电阻R1，R4的电阻值增加ΔR，而下表面电阻应变传感器受到压缩应力，电阻R2，R3的电阻值减小ΔR，从而AB两端形成电压输出。

电压V即是传感器采集的托盘中物体重力数据产生的输出信号，该信号经过整形放大后通过数据处理系统对数据进行处理，就可以得到物体的重量。

本例重量计量装置，由于传感器20的配置方式以及电桥电路的连接关系，使得电阻应变传感器的阻值随温度变化相互抵消，输出电压V成倍变化，这样大大提高了电路的稳定性和应力感应的灵敏度，非常适合微波加热过程中物体重量变化的实时监测计量，对微波作用于物体的过程提供了一种重要参数的实时监测手段。

实施例2

本例重量计量装置中，重力传导装置30是一种悬挂装置，托盘10通过旋转轴32悬挂在悬臂梁上，可以绕旋转轴32旋转，物体重力可以通过重力传导装置30垂直传导到悬臂梁的自由端。

本例悬臂梁21断面现在为圆形，悬臂梁21是一根圆柱形钢棍，如图5所示。

本例其他结构参见实施例1的描述。

本发明的重量计量装置，应力传感器20也可以采用光纤应力传感器，通过感应应力对光纤中光波的调制采集重力数据，具有灵敏度高，抗电磁辐射的优点。

对于应用于微波加热腔的物体重量监测，也可以将悬臂梁伸入加热腔进行重量计量，这时需要将悬臂梁置于保护壳中，避免微波辐射和受热影响。保护壳可以采用双层结构，外层采用金属材料，用于反射微波，内层采用隔热材料用于保护悬臂梁，降低温度的影响。

Claims (10)

1.一种精准测量微波作用下样品质量变化的装置，包括托盘、传感器、数据处理系统和微波发射系统，所述传感器采集托盘中物体重力数据并传输到数据处理系统，所述数据处理系统对传感器采集的数据进行处理，得到物体的重量；其特征在于，所述托盘安装在悬臂梁的自由端，所述传感器为应力传感器，所述传感器安装在所述悬臂梁上，采集所述悬臂梁在物体重力作用下产生的应力数据并传输到数据处理系统，所述数据处理系统对所述应力数据进行处理，得到物体重量。

2.根据权利要求1所述的一种精准测量微波作用下样品质量变化的装置，其特征在于，所述应力传感器为电阻应力传感器。

3.根据权利要求2所述的一种精准测量微波作用下样品质量变化的装置，其特征在于，所述传感器沿重力方向配置在悬臂梁两面。

4.根据权利要求3所述的一种精准测量微波作用下样品质量变化的装置，其特征在于，所述悬臂梁两面分别配置2只传感器。

5.根据权利要求4所述的一种精准测量微波作用下样品质量变化的装置，其特征在于，所述传感器连接成桥式电路。

6.根据权利要求5所述的一种精准测量微波作用下样品质量变化的装置，其特征在于，位于所述悬臂梁上表面的2只传感器分别连接在所述桥式电路的相对两臂上，位于所述悬臂梁下表面的2只传感器分别连接在所述桥式电路的另外两臂上。

7.根据权利要求1所述的一种精准测量微波作用下样品质量变化的装置，其特征在于，所述应力传感器为光纤应力传感器。

8.根据权利要求1所述的一种精准测量微波作用下样品质量变化的装置，其特征在于，所述悬臂梁固定端设置有长度调节机构。

9.根据上述任意一项权利要求所述的一种精准测量微波作用下样品质量变化的装置，其特征在于，所述托盘安装在微波加热腔体中。

10.根据权利要求8所述的一种精准测量微波作用下样品质量变化的装置，其特征在于，所述托盘通过重力传导装置与所述悬臂梁连接。

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