NO154569B - Elektronisk vekt. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en elektronisk vekt av den type som er angitt i innledningen av krav 1.

Vanligvis er måling av en kraft i én retning relativt enkelt. F.eks. ved veiing i en opphengt vektskål kan således eksakt vektinformasjon oppnås ved å benytte en måleføler. Imidlertid vil i de fleste tilfeller en svingende og ustabil vektskål ikke aksepteres. Istedenfor må man ha en hovedsakelig stiv skål eller plattform for lasten.

For å oppnå en stabil vektskål kan skålen f.eks. opphenges

i tre armer som rager opp fra en sokkel og er forbundet med skålen ved hjelp av strekklapper. Alternativt kan en belast-ningscelle plasseres under hvert hjørne av en plattform.

Begge disse løsninger krever flere følere, som må trimmes

til nøyaktig samme følsomhet for å gi samme vekt uavhengig av lastens plassering på skålen eller plattformen. Slike konstruksjoner er teknisk sett relativt kompliserte og dyre.

Dersom det istedenfor benyttes en sentral lastcelle under midten av plattformen, oppstår det momenter når lasten beveges til et hjørne. Disse momenter må opptas av lastcellen uten at det oppstår feilregistrering, noe som knapt er mulig å oppnå selv med spesielt konstruerte lastceller, spesielt når plattformen er stor eller kravet til nøyaktighet er stort.

For å eliminere slike sidekrefter og uønskede momenter har

det vært benyttet kjente mekaniske vektkonstruksjoner som har parallellføring av plattformen. Den elektroniske føler i disse tilfeller er slik anordnet at kraften tas opp kun i én retning. I noen tilfeller har slike følere erstattet en veiefjær eller et system av balansevekter. Når den opprinne-lige mekaniske vektkonstruksjon har vært av en dyr presi-sjonstype og inkorporeringen av føleren har vært gjort med meget stor nøyaktighet, har man oppnådd gode resultater, men til meget høy pris.

Det er også tidligere kjent, f.eks. fra US patenter nr. 4.274.501 og 4.276.949, å benytte vekter som har mellomliggende måleenheter som er understøttet i seks punkter og som er forsynt med følermidler. Imidlertid er understøttelses-punktene slik anordnet at vektarmene er meget korte, med det resultat at nøyaktigheten er meget lav. En annen ulempe ved bruk av denne type vekter er at understøttelsespunktene er utformet som kniver som lett kan skades og utsettes for slitasje, noe som påvirker vektens nøyaktighet.

De mange mislykkede forsøk på å modifisere bestående mekaniske vekter for elektronisk veiing beror på det faktum at i noen tilfeller har så korte vektarmer vært benyttet i den mekaniske konstruksjon at kravet til nøyaktighet i forhold til lengden av armen har vært av størrelsesorden 1/1000 mm. Dette er både vanskelig å oppnå og opprettholde, bl.a. på grunn av slitasje.

Grunnlaget for foreliggende oppfinnelse er ønsket om å til-veiebringe en elektronisk vekt som er enkel og billig fra et fremstillingssynspunkt og omfatter en føler som i så stor grad som mulig eliminerer alle uønskede krefter og momenter frembragt av plasseringen av lasten på plattformen eller lignende, og som kun behøver én føler. Konstruksjonen bør også være slik at den unngår korte momentarmer som krever stor fremstillingsnøyaktighet, og dessuten unngår kniver og skåler som kan gi friksjon eller slitasje. Lengden av moment-armene bør være optimalisert til å være så lange som mekanisk mulig. Videre bør det normalt ikke være nødvendig med noen mekanisk justering etter montering.

Ovennevnte formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved bruk av en såkalt dobbel tre-punkts understøttelse, hvilket betyr at vektskålen eller den tilsvarende del understøttes i tre punkter i en føleranordning, som i sin tur understøttes i tre andre punkter på en sokkel. Ved bruk av to tre-punkts under-støttelser er konstruksjonen fullstendig statisk bestemt.

De karakteristiske trekk ved vekten ifølge oppfinnelsen er

angitt i karakteristikken av krav 1.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til de utførelseseksempler som er vist på vedføyede tegninger. Fig. 1 er et delvis gjennomskåret perspektivisk riss av en utførelse av en vekt ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et grunnriss, delvis i snitt, av en utførelse av en føleranordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 er et vertikalt snitt gjennom en vekt ifølge oppfinnelsen. Fig. 4 viser et sideriss av en alternativ utførelse av en sentral del av føleranordningen på fig. 1. Fig. 5 er et grunnriss av en alternativ utførelse av en føler-anordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 6 er et grunnriss av en annen utførelse av en føleran-ordning.

Fig. 7 viser en utførelse av en opphengning.

Fig. 8 er en festeanordning for opphengningen på fig. 6.

Fig. 9 illustrerer befestigelse av en opphengning i én av armene på føleranordningen.

Føleranordningen vist i grunnriss på fig. 2 omfatter seks understøttelsespunkter A, B, C, D, E og F, som er forbundet i par ved hjelp av armer 1, 2 og 3. Armene 1 og 3 er også forbundet med en tverrstang 4, som er stivt forbundet til én ende 5 av et målelegeme i form av et rør 6. Armen 2 strekker seg fritt gjennom røret 6 og er ved hjelp av en hylse 7 stivt forbundet med den motsatte ende 8 av røret. Således er hele føleranordningen en integrert enhet uten noen leddforbindelse. Siden alle understøttelsespunkter er stivt forbundet med den ene eller andre ende av røret 6 ved hjelp av armene, vil rør-et 6 ved belastning av føleranordningen utsettes for et bøye-moment, som på konvensjonell måte føles ved hjelp av elektriske strekklapper 9 anordnet på oversiden og undersiden av røret. Strekklappene 9 er elektrisk forbundet med en boks, som er forsynt med en elektrisk kilde, såsom et batteri, og midler for behandling og overføring av signalet til et dis-play.

Understøttelsespunktene A, B og C av føleranordningen på fig. 2, som er markert med pilspisser, er festet til en sokkel, som kan være boksformet, mens vektskålen eller den tilsvarende del er festet til understøttelsespunktene D, E og F, som er markert med pilfjær.

Understøttelsespunktene i de to tre-punkts understøttelser danner hjørner i likebenede trekanter ABC, hhv. DEF. Punktene A og D danner toppunktene i trekantene, og det er viktig at strekklappene 9 er plassert nøyaktig i den halve høyde av hver trekant. Ifølge fig. 2 er armen 2 koaksial med en imaginær høydelinje i den relevante trekant.

På grunn av den doble tre-punkts understøttelse påvirkes føleranordningen av seks hovedkrefter når vektskålen er be-lastet sentralt, idet alle krefter er rettet vertikalt, dvs. perpendikulært på papirplanet. Effekten av de tre-punkts understøttelser er at kraftsystemet er statisk fullstendig bestemt og selvjusterende. Dersom sokkelen er ujevn eller skrå, forårsaker således dette kun en feil som avhenger av innkortingen av den projiserte lengde av den involverte mo-mentarm. Denne feil er i de fleste tilfeller forsvinnende liten, slik at vanligvis vil noen nivellering av vekten ikke være nødvendig.

Føleranordningen ifølge fig. 2 kan f.eks. være understøttet på den måte som er vist på fig. 3. Armen som forbinder un-derstøttelsespunktene A og D med den ene ende 8 av målerøret 6, er betegnet med 2, som på fig. 2. Punktet A er således understøttet i en kasse 10, som tjener som sokkel, ved hjelp av en bladfjær 11, som ved 12 er fastnaglet til kassens vegg. På lignende måte er også punktene B og C understøttet fra den motstående vegg i kassen.

En vektskål 13 er understøttet ved hjelp av en bladfjær 14 i understøttelsespunktet D. Fjæren 14 er fastnaglet til skålen ved 15. På lignende måte er skålen ved sin motsatte kant understøttet ved understøttelsespunktene E og F.

For å unngå vridningsmomenter om lengdeaksen av følerrøret 6, bør fjærene 11 og 14 være dreibart understøttet ved endene av armen 2. De øvrige festepunkter er stive. Ved bruk av bladfjærer tillates en viss aksial forskyvning mellom skålen og sokkelen, samtidig med at fjærene virker til å sentrere disse deler i forhold til hverandre. I tillegg til strekk-krefter bør fjærene også være i stand til å overføre noen trykkrefter, slik det vil fremgå nedenfor. Bladfjærene kan imidlertid erstattes av andre ekvivalente typer opphengninger.

I vekten ifølge fig. 3, som er forsynt med en føleranordning ifølge fig. 2, vil summen av de tre nedadrettede krefter som virker på føleranordningen og som har sitt opphav i vektskålen med last, være lik summen av de oppad rettede reak-sjonskrefter fra sokkelen, dersom tara-vekten av føleranord-ningen ikke tas med i betraktningen. Flytting av belastning-en mellom de forskjellige punkter på vekten vil naturligvis ikke influere størrelsen av summen av kreftene, hvilket betyr at følerrøret 6 vil utsettes for samme bøyemoment om sitt sentrale plan S - S på fig. 2, hvor strekklappene 9 er plassert, uavhengig av lastens plassering på vektskålen. Intet vridningsmoment om lengdeaksen overføres på grunn av nevnte innfesting av opphengningene 11 og 14.

Dersom man f.eks. betrakter kreftene mens vekten P er sentralt plassert på vektskålen og tara-vekten av skålen og føleranordningen ikke tas hensyn til, vil kreftene i punktene A og D begge være P/2, men rettet i motsatte retninger. Kreftene i punktene B, C og E, F vil hver være P/4 og være rettet to og to mot hverandre. Det kan lett vises at momentet som på grunn av kraftparet A-D overføres til høyre ende av følerrøret, er likt, men motsatt rettet momentet som over-føres til venstre ende av kraftparene B - E og C - F. Dersom avstanden mellom punktene A og D betegnes L, vil størrel-sen av momentet M, som måles i det sentrale plan S - S av strekklappene 9, være:

Dersom lasten nå beveges fra sentrum slik at den befinner seg f.eks. nøyaktig over punkt A, vil kraften ved A øke til en verdi lik P, mens kreftene ved B og C vil være 0. Kreftene ved punktene E og F vil begge øke til P/2, og kraften ved D vil være lii 0. De vertikale krefter som virker på føleranordningen vil naturligvis balansere hverandre, og momentet M i det sentrale plan av føleren vil også i dette tilfelle være:

Dersom man antar at lasten P beveges til et hjørne av vektskålen, f.eks. nøyaktig over punktet E på- fig.-2, vil systemet ha en tendens til å -dreie seg om en imaginær forbindelses-linje mellom punktene A og B og således løftes ved punkt C. Siden understøttelsesfjærene også kan oppta trykkrefter, vil imidlertid systemet holdes av en motsatt kraft ved punkt C. Der vil ikke være noen kraft ved punktene D og F.

Man kan enkelt vise at kraften ved punkt C er lik P/2 og at kraften ved punkt A er lik P og ved punkt B lik P/2. Disse krefter er rettet motsatt kraften ved punkt C. Denne kraft-konstellasjon danner et vridningsmoment i tverrstangen 4, hvilket imidlertid ikke influerer føleren 9, hvilket betyr at momentet i sentralplanet S-S fremdeles vil være:

På lignende måte er det mulig å vise at dersom vekten beveges til et annet av punktene på vektskålen, vil generelt ingen falske momenter eller krefter bli overført til følerrøret 6, 7

selv om i visse tilfeller momenter oppstår i den stive tverr-forbindelsen. Dersom tara-vektene av vektskålen og føleran-ordningen tas med i betraktningen, vil dette kun gi et fast tillegg til taraen, hvilket lett kan balanseres elektrisk.

Føleranordningen på fig. 4 er ikke rørformet, men homogen og har et innsnevret parti 16 hvor strekklappene er påført. Momentet overføres således fra punkt A via den sentrale arm 2 og et åk 17 til høyre ende av føleranordningen, som, i lik-het med fig. 2, har forbindelse med punkt D. Momentet fra de andre understøttelsespunkter overføres som ovenfor til den venstre ende av føleranordningen ved hjelp av tverrstangen 4 .

Denne utførelse er spesielt velegnet for meget følsomme vekter og når det er ønskelig å benytte et følermateriale som ikke lett kan fremstilles som et rør. Føleranordningen kan imidlertid modifiseres også på andre måter, og eksempelvis kan den utgjøres av en forlengelse av den sentrale arm 2. Også i dette tilfelle benyttes et åk 17 ifølge fig. 4.

I en føleranordning ifølge fig. 5 har de ytre armer og den sentrale stang som forbinder disse armer, hovedsakelig X-form. Således er det mulig å spare materiale og redusere vekten ved å benytte støpt silumin eller lignende. Funksjon-en er imidlertid den samme som for føleranordningen på fig. 2.

I modifikasjonen på fig. 6 er den sentrale arm 2 forskjøvet

i forhold til sidearmene. Som det fremgår av den likebenede trekant angitt på figuren, er strekklappene fremdeles plassert i et felles sentralplan S-S som deler høyden i trekan-ten i to like deler. Denne utførelse kan i noen tilfeller med fordel benyttes for å lette og gi mere plass for opphengningene.

I utførelsen på fig. 7 kan opphengningen fremstilles ved fotogravering eller stansing av et egnet fjærmateriale. Opphengningen kan f.eks. være festet til kassen 10, som vist på fig. 8, ved hjelp av en klemskrue 19 som samvirker med en ju-steringsskrue 20, hvis lengde er justerbar ved hjelp av gjeng-er 21. Dette kunne være ønskelig for finjustering av vekter med meget høy presisjon.

I vekter med meget høy presisjon kan det også være fordelak-tig at opphengningene, som vist i forhold til en opphengning 22 på fig. 9, er festet til armene av føleranordningen på

en slik måte at det ikke vil være noen kontakt mellom opphengningen 22 og armen i en stilling som tilsvarer sentralplanet 23 av føleranordningen. Opphengningen 22 kan f.eks. være innsatt i en sliss og være festet ved hjelp av en skrue 24. Opphengningen 22 kan også være anordnet slik at den ikke vil ha noen kontakt med armen i den stilling som tilsvarer sentralplanet av føleranordningen når denne er nedbøyet av normal last. Dette kan være av spesiell viktighet når man benytter sterkt forbelastede vekter som krever stor nøyaktig-het .

For å justere lengden av armen, dvs. understøttelsespunktet for opphengningen, i presisjonsvekter av den ovenfor beskrevne type når det gjelder sentrum av føleranordningen, er det også mulig å anordne en fjærende kopp-skive eller lignende mellom enden av armen og opphengningen. Denne skive kan sammentryk-kes så mye som nødvendig ved hjelp av monteringsskruen for opphengningen og låses, f.eks. ved hjelp av lim, i forønsket stilling. Ved en slik justering er det mulig å kompensere for mindre feil ved montering av strekklappene.

Utførelsene av anordningen ifølge oppfinnelsen beskrevet ovenfor må bare betraktes som foretrukne utførelser, idet mange ytterligere modifikasjoner er mulige innen rammen av prinsip-pet for dobbel tre-punkts understøttelse som definert i kravene, spesielt når det gjelder geometrisk form av understøt-telsesarrangementet og dets opphengninger. Således kan posi-sjoneringen av understøttelsestrekantene i forhold til hverandre variere, og orienteringen av strekklappene kan justeres slik at de føler bøyemomentet.

Ved å benytte oppfinnelsen er det relativt enkelt å fremstil-le vekter som kan omstilles til forskjellige følsomhetsområ-der. Dette kan gjøres ved å plassere en første føleranord-ning for bruk for relativt små laster, på en andre føleran-ordning for bruk for større laster og som er tarert for vekten av den første anordning. Vektskålen for den andre anordning og sokkelen for den første anordning kan med fordel være bygget sammen til en enhet.

Siden alle laster må plasseres på vektskålen til den første føleranordning, må det være mulig å overbelaste denne anordning. Av denne grunn er det anordnet stopperanordninger, f.eks. på vektskålen, som trer i funksjon når den maksimale belastning av den første føleranordning er nådd.

Ved hjelp av en omstillingsanordning kan signalene fra den første og andre føleranordning etter fritt valg forbindes med måleelektronikken, slik at samme skalaapparat kan benyttes for veiing av små laster med høy oppløsning, så vel som store laster. Veksling mellom forskjellige følsomhetsområd-er kan gjøres automatisk, f.eks. avhengig av størrelsen av det målte signal.

På den ovenfor beskrevne måte kan et vilkårlig antall føleran-ordninger plasseres på hverandre for å gi den nødvendige oppløsning i et ønsket måleområde.

Selv om alle de ovennevnte eksempler vedrører plattformvekter, kan løsningsprinsippet også benyttes f.eks. for lastceller, hvor problemene er hovedsakelig de samme, eller for andre kraftmålende anordninger.

Det vil forstås at det ikke er nødvendig å benytte likebenede trekanter, selv om et slikt arrangement er å foretrekke. Således er det mulig å benytte trekanter som har forskjellige sidelengder så lenge føleren er plassert i eller nær midtpar-tiet av trekantenes høyde.

Claims (8)

1. Elektronisk vekt, spesielt for utformning som platt-formvekt eller lastcelle, omfattende en føleranordning som har seks understøttelsespunkter (A - F), som i grunnriss danner hjørnene i to trekanter, fortrinnsvis likebenede trekanter, hvor understøttelsespunktene (A - C) som er plassert ved hjørnene av én av trekantene er forbundet med en sokkel (10), mens vektens skål (13) eller tilsvarende del under-støttes av understøttelsespunktene (D - F) ved hjørnene av den andre trekant, hvor toppunktene av trekantene er rettet mot hverandre, hvor grunnlinjene av trekantene er parallelle og hvor trekantene i grunnriss delvis overlapper hverandre, karakterisert ved at ett punkt midt på høyden av hver trekant er felles, idet føleranordningen er plassert i dette punkt, og at føleranordningen omfatter et legeme (6) som er forsynt med følere (9), hvilket legeme er stivt forbundet med de forskjellige understøttelsespunkter (A - F) via et system av armer (1,2,3) av vilkårlig utformning slik at virkningssenteret for følerlegemet er plassert i det felles punkt.

2. Vekt ifølge krav 1, karakterisert ved at toppunktet av hver trekant sett i grunnriss er plassert på eller forholdsvis nær grunnlinjen av den andre trekant.

3. Vekt ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte legeme (6) er forbundet med understøttelses-punktene (A - F) ved hjelp av tre armer (1-3), at én (2) av armene som er forbundet med understøttelsespunktene (A; D) som danner toppunktene av trekantene, er stivt forbundet med én ende (8) av legemet (6), og at de øvrige armer (1, 3) er stivt forbundet med en motsatt ende (5) av legemet (6).

4. Vekt ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at nevnte legeme (6) er utformet som en sylinder og er anordnet koaksialt i forhold til armen (2) som strekker seg mellom trekantenes toppunkter, hvilken arm er stivt forbundet med én ende (8) av sylinderen (6), og at de øvrige armer (1, 3) er stivt forbundet med den andre ende (5) av sylinderen (6), f.eks. via mellomliggende avstandsmidler (4).

5. Vekt ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at hjørnene (E,B; A,D; F,C) plassert motsatt hverandre i de to trekanter er innbyrdes forbundet ved hjelp av parallelle stenger (1-3) som utgjør nevnte armer, idet den midlere stang (2) som strekker seg langs trekantenes "høydelinjer er forbundet med én ende (8) av nevnte legeme (6), mens de to andre stenger (1, 3) er forbundet med den motsatte ende (5) av legemet (6) ved hjelp av en tverrstang (4).

6. Vekt ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at føleranordningen og vektskålen (13) eller den tilsvarende del er slik under-støttet at en viss grad av bevegelse er tillatt hovedsakelig i lengderetningen av armene (1-3), idet understøttelsespunk-tene fortrinnsvis er bladfjærer eller lignende.

7. Vekt ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at to eller flere føleranordninger som har forskjellig karakteristikk er stab-let én over den andre for å danne forskjellige følsomhets-områder for vekten.

8. Vekt ifølge krav 7, karakterisert ved at den omfatter en stopperinnretning som aktiviseres når den maksimale belastning av angjeldende føleranordning er nådd, idet ytterligere økning av vekten .registreres av en mindre følsom føleranordning. - "•■