CS195982B1 - Snímač pro spojité měření hmotnosti - Google Patents

Description

Vynález se týká snímače pro spojité měření hmotnosti. Jde o tenzometrický snímač nízkých hmótností pro jmenovité rozsahy řádově do desetin až desítek gramů.

Pro kontinuální měření a registraci hmotnostních změn při citlivosti + 0,01 mg je znám přístroj pracující na principu automatické kompenzace s otočnou cívkou v magnetickém poli o vysoké frekvenci. Tento typ přístroje je náročný na obsluhu; vlastní měřicí zařízení je poměrně složité a nákladné.

Kontinuální měření lze realizovat i se snímači, které jako mechanicko-elektrický převodník využívají polovodičové odporové tenzometry. Tyto snímače jsou věak běžně zatíženy systematickými teplotními cbybami a to systematickou teplotní chybou citlivostí 0,1 % °C až 0,005 % °C a teplotní změnou nulové hodnoty, která dosahuje stejných hodnot,ačkoliv —3 —10 polovodičové tenzometry mohou indikovat změny relativní deformace řádu 10 až 10 ·

Tenzometrické lepidla umožňují při relativní deformaci tenzometru 3 . 10“^ dosáhnout ohybu způsobenou prokluzem menší než 0,01 % jmenovitého rozsahu při 30 °C za dobu řádově stovku hodin, přičemž závislost změny prokluzu β časem v závislosti na typu použitého lepidla po 50 až 150 hodinách dosahuje asymptoty.

Dalším faktorem omezujícím přesnost tenzometrických snímačů je dlouhodobá rozměrová stabilita materiálu použitého pro výrobu měrného členu. Experimentální měření ukazují ,

195 982 že lze v současné době dosáhnout u snímačů s křemíkovými tenzometry dlouhodobou stabilitu lepší než 0,003 % jmenovitého rozsahu. To odpovídá rozmSrovč stabilitě řádu 10^.

Při laboratorních měřenloh kolísá v místnostech teplota běžně v rozmezí ♦ 1 °Cj tím ae chybě snímače působená prokluzem lepidla přičítají ještě systematické teplotní chyby, která i u dob?3 kompenzovaných snímačů Činí minimálně 0,01 % °C. Kolísáním teploty v místnosti o + 1 °C pak teplotní chyby nabývají hodnot od + 0,01 do + 0,2 %·

Pro účely měření velmi malých hmotností ae jeví výhodnějším snímač podle vynálezu. Předmětem vynálezu je snímač pro spojitá měřeni hmotnosti e křemíkovými odporovými tsnzometry, vyznačený tím, že sestává z kovového duplikovaného pláště temperovaného na konstantní teplotu s přesností nejméně + 0,2 °C, vs kterém je jednostranně vetknut nosník pro namáhání «hybem a nalepenými křemíkovými tenzometry v můstkovám nebo půlmůatkovám zapojení, jejichž relativní deformace při jmenovitém zatíženi snímače nepřesáhne 3,5 . 10^,přičemž volný konec nosníku je uzpůsoben pro upevnění váženého předmětu, umístěného s výhodou mimo prostor duplikovaného pláště.

Podstata vynálezu spočívá zejména v dokonalé temperaci měrného členu a polovodičovými tsnzometry. Ve «rovnání s induktivními snímači mají tenzometrická snímače přednost v jednodušší konstrukcí, snazší realizovatelnosti, nižších pořizovacích nákladech, vyšší přesnosti, jednodušším napájecím zdroji, vyšší životnosti. U snímačů pro stalá hmotnostní změny pak jsou tenzometrické snímače podstatně odolnější proti mechanickému poškození i proti působení agresivnioh prostředí. Temperaeí tenzometrického snímače se řádově sníží teplotní chyba, čímž se násobně zvýší jeho přesnost.

Snímač podle vynálezu pracuje na principu registrace změn napětí vyoházejíclch z Wheastonova můstku, do kterého jsou zapojeny 4 tenzometry. Napětí ae mění při konstantním proudu změnou odporů tenzometrů při změnách jejich deformačního namáhání. Sa stoupající hodnotou proudu, který se přivádí do Wheastonova můstku stoupá lineárně citlivost tenzometrického snímače.

Na tenký kovový nosník, který je citlivý na malé deformační změny, jeou z obou stran nalepeny dvě dvojice tenzometrů. Tento nosník s tenzometry js umístěn v masivním kovovém pouzdře s duplikovaným pláštěm. Prostor kolem nosníku musí být velmi dobře temperován, s výhodou až na + 0,05 °C, protože křemíková tenzometry jsou citlivá na změnu teploty. Tenzometry ee průchodem proudu značně zahřívají a jelikož se ee změnou teploty mění jejich odpor, je nutno teplo bezezbytku a okamžitě odvádět. Bez dokonalá temperace není možno tenzometrů pro registraci ailovýoh změn v oblasti řádově 10*? až 10”^ N vůbec použít. Nosník je svým jedním koncem upevněn uvnitř kovového duplikovaného pláště. Na druhý konec nosníku je e výhodou upevněno profilované rameno pro připevnění, reap.zavěěení váženého předmětu. Vzhledem k vysokým nárokům na tsmpsraoi se jeví výhodným udržovat teplotu v prostoru kolem váženého předmětu a uvnitř duplikovaného pláště stejnou.

195 982

Na přiloženém výkresu je znázorněno jedno z možných provedení snímače podle vynálezů, které je dále popsáno spolu a objasněním jeho funkce.

Uvnitř nádoby 1 z hliníkové slitiny je nosník 2 houšíky 0,1 mm z vytvrditelné nerezavějící oceli 17 351. Na nosníku 2 jsou zespodu a svrchu přitmeleny vždy dva a dva křemíkové tenzometry 2 o délce 10 mm, Šířce 0,3 mm a tloušťce 0,01 mm β odporem 300 ohmů +10 % každého tenzometru 2· Všechny čtyři tenzometry 2 jsou vodivě zapojeny do Wheastonova můstku napájeného z 6 V akumulátoru J konstantním proudem 2 mA. Nosník 2 je volným koncem apojen a ramenem 2 zhotoveným z hliníkového plechu tloušťky 0,4 mm. Na ramenu 2 j® pomocí zlatého drátku 6 průměru 0,08 mm uchycen vážený předmět 2· Nosník 2 s tenzometry 2 a a ramenem 2 J® ^svý® druhým koncem pevně uchycen na kovové desce 8 upevněné v nádobě 2· Nádoba 1 β tloušťkou stěn 27 mm je s vůlí 0,05 nan překryta nerezovým duplikovaným pláštěm 2, který je temperován běžným vodním termostatem 10. Nádoba 1 mé ve svém dnu otvor,kterým prochází závěs ze zlatého drátku 6. Signál z tenzometrů 2, zapojených do Wheastonova můstku je vyveden na elektronkový kompenzační zapisovač 11.

Při změně zatížení zlatého drátku & ae mění deformace nosníku 2 ⁸ tenzometry 2» čímž se mění odpor tenzometrů 2* P*i konstantní hodnotě proudu se podle Ohmová zákona mění napětí, které se vyvádí na zapisovač 11. Tak ae získá kontinuální grafický záznam změn hmotnosti. Aby vyhovoval měrný rozsah zapisovače 11, je nutno konstantní zátěž, tj. nádobku, ve která je umístěn vážený předmět 2· ^tzv· táru, před započetím měření vyrovnat odpory, připojovanými paralelně k tenzometrům. 2·

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Snímač pro spojité měření hmotnosti a křemíkovými odporovými tenzometry, vyznačený tím, že seetává z kovového duplikovaného pláště (9) temperovaného na konstantní teplotu s přesností nejméně + 0,2 °C,ve kterém je jednostranně vetknut nosník (2) pro namáhání ohybem s nalepenými křemíkovými tenzometry (3) v můstkovém nebo půlmůatkovém zapojení,jejichž relativní deformace při jmenovitém zatížení snímače nepřesáhne 3,5 . 10“^, přičemž volný konec nosníku (2) je uzpůsoben pro upevnění váženého předmětu (7), např. umístěného mimo prostor duplikovaného pláště (9).