SU1044997A1 - Весоизмерительное устройство - Google Patents

Abstract

1. ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО , содержащее два идентичных упругих чувствительных элемента с тенэодатчиками , консольно закрепленных симметрично с противоположных сторон V корпуса, и груэоприемные опоры, о т л и ч а. ю щ е е с   тем, что, с цеЧ лью повышени  точности за счет исключени  теплового и э ектромагнитного вли ни  взвешиваемых предметов, грузоприемные опоры выполнены в виде закрепленных на свободных концах упругих чувствительных элементов ножевых пластин, верхние кромки которых расположены перпендикул рно продольной оси упругих чувствительных элементов , при этом ножевые пластины выполнены ид теплоизол ционного и неэлектропроводного материала, 2. Устройство по п.1, отличающеес  тем, что упругие чувствительные элементы выполнены из бйморфных пьезокварцевых пластин. S

Description

.Изобретение относитс  к весоизмерительной технике, в частности к весам с упругим элементом в виде плоской пружины. Известны весы с цифровой индикацией , содержащие листрвую пружину, на которой смонтированы тен.эодатчики , подключенные к регистрирующей -аппаратуре l . Недостаток указанных весов - невысока  точность. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  весоизмерительное устройство, содержащее два идентичных упругих чувствительных элемента с тензодатчиками, консольно закрепленных симметрично с противоположных сторон корпуса, и грузоприемные. опоры 2 . Недостаток известного устройства заключаетс  в неудовлетворительной точности из-за теплового и электромагнитного вли ни  взвешиваемых образцов на чувствительные элементы ве сов. Цель изобретени  - повышение точности за счет исключени  теплового и электромагнитного вли ни  взвешиваемых предметов. Поставленна  цель, достигаетс  тем что ввесоизмерительном устройстве, содержащем два идентичных упругих чувствительных элемента с тензодатчи ками, консольно закрепленных симметрично с противоположных сторон корп са, и грузоприемные опоры, последние Iвыполнены в виде закрепленных на сво бодных концах упругих чувствительных элементов ножевых пластин, верхние кромки которых расположены перпендикул рно продольной оси упругих чувст вительных элементов,при этом ножевые пластины выполнены иэ теплоизол цион ного и неэлектропроводного материала Упругие чувствительные элементы могут быть выполнены из биморфных пьезокварцевых пластин, На фиг.1 представлена функциональ на  схема предлагаемого устройства, на фиг,2 - датчик давлени , общий вид, продольный разрез , на фиг.З то же, поперечный осевой разрез , на фиг.4 - то же, вид сверху; на Фиг.5 упруго-чувствительный элемент с рабо чим с компенсационным терморезистора ми, общий вид , на фиг.б - принциплальна  схема весоизмерительного устройства с использованием в нем тензорезисторов; на фиг.7 - то же, с использованием пьезокварцевых элемен тов 1 . Устройство (фиг,) содержит датчик 1 веса, измерительный усилитель 2, элементы 3 и 4, включенные между выходами 5 и 6 датчика1. и входами 7-9 измерительного усилител  2, имею щего выходной зажим 10. Пунктиром на фиг.1 показан взвешиваемый предмет, например диск, Датчик 1 веса (фиг,2-4) состоит из корпуса 11, например метгшлического короба - параллелепипеда, в котором симметрично с противоположных сторон консольно закреплены два идентично выполненных упругих чувствитель ных элемента 12 и 13, При этом кромки корпуса 11 в месте закреплени  консольных элементов .образует пр мой угол с продольной осью элементов 12 и 13, На свободных концах элементов 12 и 13 жестко закреплены (например, приклеены) грузоприемные ножевые пластины 14 и 15, изготовленные из теплоизол ционного и неэлектропроводного материала и выступающие за верхний край корпуса 11, закрытого крышкой 16, в которой сделаны поперечные пазы дл  свободного (с зазорами по : периметру) прохождени  ножевых пластин 14 и 15, Верхние кромки ножевых пластин 14 и 15 выставлены на одном горизонтальном уровне параллельно основанию корпуса 11 и перпендикул рно осевой линии чувствительных элементов 12 и 13 (фиг.4) , Рассто ние 17 между ножевыми плаатилами 14 и 15, а точнее, между их верхними кромками и их ширина 18 взаимосв заны с диаметром взвешиваемых предметов (дисков). В частности, рассто ние 17 устанавливаетс  в диапазоне от одной трети до двух третей диаметра диска, а ширина 18 ножевых : пластин выбираетс  пор дка диаметра диска. Крышка 16 крепитс  к корпуг-у 11 с. помощью винтов 19 и 20, причем винт 20 крепит также металлический монтажный лепесток 21 (земельную клемму). В стенках корпуса 11 вмонтированы разъемы - элект:роизол ционные втулки 22 и 23 с запрессованными металлическими стержн ми,  вл ющимис  выходами 5 и б, Упругие чувствительные элементы 12 и 13 наход тс  в пазу 24 корпуса 11, который заполнен неэлектропроводной жидкостью, например трансформаторньм маслом. В варианте выполнени  устройства, показанном на фиг.З и б, тензорезисторы 25-27 расположены с верхней стороны чувствительного элемента 12 (плоска  пружина), При этом компенсационный тензорезистор 25 расположен перпендикул рно продольной оси эле-. мента 12 поблизости от его кра , закрепл емого в корпусе 11 датчика 1. Рабочий тензорезистор состоит из двух последовательно соединенных тензорезисторов 26 и 27, расположенных вдоль продольных кромок элемента 12, Такое вьптолнение рабочего тензорезистора позвол ет исключить зависимость выход ного сигнала чувствительного элемента 12 от положени  взвешиваемого предмета на груэоприемной ножевой пластине 14 (ISV в поперечном направ лении, Тензорезистор 25 и рабочие тензорезисторы 26 и 27 включаютс  в мосто вую измерительную схему 28, два других плеча которой образуют прецизион ные резисторы 29 и 30, Аналогичную мостовую схему 31 образуют прецизион ные резисторы 32 и 33 и тензорёзксто ры 34-36 второго чувствительного эле мента 13, . Питающие диагона ли мостовых схем 28 и 3J. подключены к источнику 37 напр жени , а их измерительные диагонали через неинвертирующий и инвер тирующий усилители 33 и 39 и резистивные делители 40 и 41 напр жени  к входам 7 и 8. измерительного усилител  2,. Благодар  такой схеме включени  .осуществл етс  суммирование приращений сигнашов рабочих тензорезисторов 26, 27 и 35, 36 чувствительных элементов 12 и 13, изгибающихс  под дей ствием поставленного на грузоприемны ножевые пластины 14 и 15 взвешиваемо го предмета. Усилители 38 и 39 совместно с резистивными делител ми 40 и 41 образу ют прдстроечные элементы 3 и 4, За счет начальной регулировки коэффициента передачи делител  40 или 41, осуществл емой путем соответствующей регулировки подстроечного резистора 42 или 43, сигнал на выходе 10 измерительного усилител  2 соответствует истинному весу взвешиваемого предмета независимо от его положени  (в пределах разрешенного пространственного допуска) на грузоприемных ножевых пластинах 14 и 15. При сн тии взвешиваемого, предмета уровень выходного сигнала как усилител  38, так и усилител  39 принимает нулевое значение, что достигаетс  соответствующей балансировкой мостовых схем 28 и 31, Вместо нанесени  на верхнюю сторону элемента 12 компенсационного тензорезистора 25 (фиг,5) можно осуществить нанесение второго рабочего тензорезистора на нижнюю сторону элемента 12 аналогично выполнению тензорезисторов 26 и 27, При этом достигаетс  не только компенсаци  температурного дрейфа нул  мостовой cxeivM 28 .(31) , но и в два раза повышаетс  коэффициент преобразовани  деформации в электрический сигнал по сравнению с предыдущим вариантом. При полной идентичности чувствительных элементов 12 и 13 (фиг,2 схема, изображенна  на фиг,б, может быть упрощена за счет включени  в . мостовую схему 28 вместо прецизионных резисторов 29 и 30 тензорезисторов 34-36 второго чувствительного элемента 13 и непосредственного подключени  входов 7 и 8 измерительного усилител  2 к измерительной диагонали мостовой схемы 28, Тензорезисторы 25-27, показанные на фиг,5, могут быть дискретного исполнени , приклеиваемые на упругий ;элемент 12, или интегрального исполнени 5 , напыл емые или выращиваемые :на подложке - упругом элементе 12, что  вл етс  более предпочтительным дл  задачи взвешивани  легких предметов , Друга  модификаци  устройства основана на применении биморфных пьезокварцевых элементов в качестве упруго-чувствительных элементов 12 и 13, В соответствии с принципиальной электрической схемой, показанной на фиг,7, центральные электроды элементов 12 и 13 подключены к инвертирую-, щему входу 7 измерительного усилител  2, снабженного интегрирующим конденсатором 44, через масштабирующие конденсаторы 45 и 46 посто нной емкости и конденсаторы 47 и 48 переменной емкости, а наружные обкладки электроды биморфных элементов 12 и 13 подключены к корпусной (земл Ной ,) .клемме 9, Усилитель 2 с интегрирующим конденсатором 44 . :в.п етс  усилителем электрического зар да, а конденсаторы 45, 47 и 46, 48 образуют подстроечные элементы 3 и 4, показанные на фиг,1, Биморфные пьезокварцевые элементы 12 и 13, консольно закрепленные в корпусе 11 датчика 1, под действием взвешиваемого предмета ДОПОЛНИТРЛЬНО изгибаютс , вырабатыва  соответствующие электрические зар ды, передаваеf/bse через конденсаторы 45-48 на вход усилител  зар да, преобразующего их в приращение величины электрического напр жени  , на выходе 10, За счет регулировки подстроечных онденсаторов 4/ и 46 достигаетс  неависимость выходного сигнала усилиел  зар да от положени  взвешиваемоо на грузоприемных ножевых пластинах 4 и 15 даже в случае неидентичности арактеристик двух консольных биморфых элементов - упругих чувствительых элементов 12 и 13, В случае же полной идентичности иморфных пьезоэлементов 12 и 13 небходимо гт Б конденсаторах 45-48 отадает ,, и центральные электроды биорфных элементов непосредственно одключаютс  к входу 7 усилител  2, При использовании биморфных пьезоварцевых элементов усилитель 2 долен представл ть собой электрометриеский усилитель зар да, а корпус 11 атчика 1 может иметь не сплошную, а рамочную конструкцию, поскольку отпадает необходимость в здливке пьезокварцевых элементов тепло- и электроизол ционной жидкостью. В то же врем  заземление корпуса 11 и крышки 16, показанное на фиг.1,  вл етс  необхоЯимам дл  электростатической и электромагниунрй экранировки датчика веса Устройство работает следующим о6 разом. До поставки взвешиваемого предмета на груэоприемные. ножевые пластины 14 и 15 чувствительные элементы 12 и 13 наход тс  в начальном напр женном состо нии, обусловленном их собственным весом, и вырабатывают при этом сигналы посто нного уровн  на выходах 5 и б соответственно. Последние могут быть скомпенсированы за счет начальной регулировки подстроечных элементов 3 и 4, в результате чего на выходе 10 измерительного усилител  2 уровень выходного напр жени  принимает нулевое значение. На рабочей, измерительной, стадии на грузоприемные ножевые пластины 14 и 15 кладетс  взвешиваемый предмет приблизительно симметрично относительно п)одольнрй и поперечной осей датчика 1. Под действием веса предме та упругие чувствительные элементы 12 и 13 дополнительно изгибаютс ,.вы зыва  приращени  уровней сигналов на выходах 5 и 6 -пропорционально част м веса диска, приход щимс  на каждую половину датчика 1, Эти приращени  сигналов индивидуально масштабируютс  в подстроечны элементах 3 и 4 и затем поступаюТ на входы 7 и 8 измерительного усилител  2. Приращение суммарного сигнала на выходе 10 усилител  2 оказываетс  пропорциональным весу диска независи мо от смещени  центра диска от продольной и поперечной осей симметрии датчика 1, Некотора  неидентичность коэффици ента преобразовани  чувствительных элементов 12 и 13, обусловленна  тех нологическими допусками их изготовле ни  и установки в корпусе 11, ко:мпен сируётс  за счет дополнительной плав Hoj или ступенчатой регулировки , строечных элементов 3 и 4, определ ющих масштаб преобразовани  и полностью выравниван цих чувствительность суммируемых каналов. На следующей стадии взвeшивae лый гдиск сдвигаетс  с грузоприемных ножевых пластин 14 и 15, чувствительные элементы 12 и 13 возвращаютс  в ис-. ходное положение, и на выходе 10 измерительного усилител  фиксируетс  начальный, в частности нулевой, уровень напр жени . цикл .взвешивани  повтор етс  с другим экземпл ром .предмета. Дл  удобства надвигани  взвешиваемых предметов на грузоприемные ножевые пластины 14 и 15 и снижени  динамических нагрузок.на упругие чувствительные элементы 12 и 13 ножевые пластины 14 и 15 выполн ютс  с заходным скосом (фиг.5), Выполнение корпуса 11 в виде а- : земленного замкнутого металлического короба, в котором консольно закрепленные чувствительные элементы 12 и 13 полностью погружены в объем неэлектропроводной жидкости, резко снижает уровень высокочастотных помех в выходном сигнале, наводимых от внеш-. них электрических источников переменного тока, уровень низкочастотных помех типа временного дрейфа нул  и температурных уходов напр жени  при колебани х температуры окружающей среды и при произвольных перемещени-;  х воздушных масс, уменьшает врем  переходного колебательного процесса при ударном нагружении и разгружении упруго-чувствительных элементов, что позвол ет увеличить частоту повторени  циклов взвешивани . В случае реализации предлагаемого устройства в сухом варианте, что  вл етс  иногда предпочтительным с точки зрени  упрощени  обслуживани  устройства, отмеченные положительные его кач-ества сохран ютс  за исключением последнего , касающегос  быстродействи . Выполнение груэоприемных ножевых пластин 14 и 15 из теплоизол ционного и неэлектропроводного материала позвол ет уменьшить паразитные сигналы натечек зар да и температурный дрейф датчика, обусловленный взаимодействием выступающих частей грузоприемных пластин- с окружающей средой и взвешиваемым предметом, Грузоприемные ножевые пластины могут быть изготовлены , например, из сапфира или комбинированными, s частности из пенопласта и сапфира, Пов1 1шение точности взвешивани  обусловливает технико-экономическую эффективность предлагаемого устройства . 2/ to fuzA

Фиг.К If IS / Фи.1.3 /

иг,7

Claims (2)

1. ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее два идентичных упругих чувствительных элемента с тензодатчиками, консольно закрепленных симметрично с противоположных сторон \ корпуса, и грузоприемные опоры, о т tui.t ’л и ч а. ю щ е е с я тем, что, с цеЧ лью повышения точности за счет исключения теплового и электромагнитного влияния взвешиваемых предметов, грузоприемные опоры выполнены в виде закрепленных на свободных концах упругих чувствительных элементов ножевых пластин, верхние кромки которых расположены перпендикулярно продольной оси упругих чувствительных элементов, при этом ножевые пластины выполнены из теплоизоляционного и неэлектропроводного материала,

2. Устройство поп.1, отличающееся тем, что упругие чувствительные элементы выполнены из _β биморфных пьезокварцевых пластин, $

1 1044997 2