SU1383102A1

SU1383102A1 - Method of monitoring changes in sample mass

Info

Publication number: SU1383102A1
Application number: SU864098390A
Authority: SU
Inventors: Александр Петрович Востоков; Николай Михайлович Казанский; Роман Анатольевич Золкин; Евгений Валентинович Семейко; Игорь Саввич Дуб; Александр Николаевич Цетович
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Биотехнический Институт
Priority date: 1986-07-31
Filing date: 1986-07-31
Publication date: 1988-03-23

Abstract

Изобретение относитс к методам измерени массы образца по прогибу нагруженного им. упругого элемента и может быть использовано дл контрол за изменением массы образца, наприп мер, при сорбционных исследовани х. Цель изобретени - повышение точности измерени изменени массы образца. ,Исследуемьм образцом нагружают сво- бодньй конец горизонтального упругого стержн , другой конец которого жестко соединен с консольно закрепленным пьезоэлектрическим элементом. При изменении массы образца происходит перемещение свободного конца упругого элемента. Перемещение регистрируетс бесконтактным датчиком, вырабатывающим электрический сигнал, который преобразуетс и подаетс на пьезоэлектрический элемент, деформаци которого компенсирует перемещение свободного конца упругого стержн и обеспечивает возвращение его в первоначальное состо ние. О величине изменени массы образца суд т по амплитуде сигнала, требующегос дл компен- сации перемещени конца гибкого стержн . 1 ил. с SThis invention relates to methods for measuring the mass of a specimen along a deflection loaded by it. elastic element and can be used to control the change in the mass of the sample, for example, during sorption studies. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy of the sample mass change. The test specimen loads the free end of a horizontal elastic rod, the other end of which is rigidly connected to a cantilever piezoelectric element. When the sample mass changes, the free end of the elastic element moves. The movement is recorded by a contactless sensor producing an electrical signal, which is converted and fed to a piezoelectric element, the deformation of which compensates for the movement of the free end of the elastic rod and ensures its return to its original state. The magnitude of the change in the mass of the sample is judged by the amplitude of the signal required to compensate for the displacement of the end of the flexible rod. 1 il. with s

Description

оо оэoo oe

Изобретение относитс к измери- те,пьной теунтке, в. частности к способам измерени массы образца по прогибу нагруженного им упругого элемента и может быть использовано дл контрол за изменением массы образца при сорбционных исследовани х.This invention relates to measurable, full teunutka, c. Particularly, methods for measuring the mass of the sample from the deflection of the elastic element loaded by it and can be used to monitor the change in the mass of the sample during sorption studies.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени изменени мае сы образца.The aim of the invention is to improve the measurement accuracy of changes in sample weights.

На чертеже схематично изображено устройство дл осуществлени способаThe drawing schematically shows a device for implementing the method

Способ заключаетс в том, что исследуемым образцом 1 нагружают сво- бодный конец горизонтально расположенного упругого стержн 2, другой конец которого жестко соединен с кон- сольно закрепленным горизонтальным пьезоэлектрическим элементом 3. Воз- никшую на этом элементе при его деформации разность потенциалов привод т к нулю. При изменении массы образца измен етс прогиб упругого стержн 2 и происходит перемещение его свободного конца, которое регистрируетс бесконтактным датчиком 4 перемещени , вырабатывающим сигнал, пропорциональный величине перемещени свободного конца стержн 2. Этот сиг- нал через преобразователь 5 подаетс на металлизированные торцы пьезоэлектрического стержн 3, вызыва его деформацию на величину, компенсирующую перемещение конца стержн 2 и обеспечивающую возвращение свободного конца упругого стержн 2 в исходное положение. Амплитуда сигнала датчика перемещени , пропорциональна изменению массы исследуемого образца 1, регистрируетс прибором 6, по показани м которого суд т об изменении массы образца.The method consists in that the test sample 1 is loaded with a free end of a horizontal elastic rod 2, the other end of which is rigidly connected to a console-mounted horizontal piezoelectric element 3. The potential difference arising on this element during its deformation leads to zero . When the sample mass changes, the deflection of the elastic rod 2 changes and its free end moves, which is recorded by a non-contact displacement sensor 4 producing a signal proportional to the amount of movement of the free end of the rod 2. This signal is fed through the converter 5 to the metallized ends of the piezoelectric rod 3, causing it to deform by an amount that compensates for the movement of the end of the rod 2 and ensures the return of the free end of the elastic rod 2 to its original position. The amplitude of the displacement sensor signal, proportional to the change in mass of the test sample 1, is recorded by the device 6, according to which it is judged the change in the mass of the sample.

Положительный эффект от использовани предлагаемого изобретени дос- тигаетс за счет применени компенсационного способа измерени деформации упругого стержн , закрепленного на конце консольно установленного пьезоэлектрического элемента. The positive effect of using the present invention is achieved through the use of a compensation method for measuring the deformation of an elastic rod attached to the end of a cantilever piezoelectric element.

Пример. На жестком неподвижном основании консольно закреплен пьезоэлектрический элемент пр моугольного сечени длиной 8 мм. На противоположном торце элемента тоже жестко закреплен упругий чувствитель- ньш элемент, выполненный в виде пр моугольной пластины длиной 48 мм. Верхн и нижн грани пьезоэлектрического элемента металлизированы дл обеспечени электрического контакта с подвод щими проводами. На рассто нии 40 мм от закреплени упругого элемента на нем имеютс насечки дл подвески исследуемого образца, а положение свободного конца его отслеживаетс оптическим бесконтактным датчиком , имеющим порог чувствительности 0,2 мкм, погрешность 0,4 мкм. Оптический датчик представл ет собой вилку, на одной стороне которой установлены два инфракрасных светодио- да, включенных в противофазе, а на другой - фотоприемник. Между свето- диодами и фотоприемником расположен свободньш конец упругого элемента так, что он перекрывает часть потоков излучени обоих светодиодов. В случае равенства тецей от него на фотоприемнике.выходной сигнал датчика равен нулю. Б противном случае сигнал имеет пол рность фазы того светодиода, чей поток излучени на фотоприемник больше.Example. A piezoelectric element of rectangular cross section 8 mm long is mounted on a rigid fixed base. At the opposite end of the element, an elastic sensitive element is also rigidly fixed, made in the form of a rectangular plate 48 mm long. The upper and lower faces of the piezoelectric element are metallized to provide electrical contact with the supply wires. At a distance of 40 mm from the fixing of the elastic element, there are notches on it for suspending the specimen under study, and the position of the free end of it is monitored by an optical contactless sensor having a sensitivity threshold of 0.2 µm, an error of 0.4 µm. The optical sensor is a plug, on one side of which there are two infrared LEDs connected in antiphase, and on the other side a photodetector. Between the LEDs and the photodetector there is a free end of the elastic element so that it blocks part of the radiation fluxes of both LEDs. In the case of equality tetsy from him on the photodetector. The output signal of the sensor is zero. Otherwise, the signal has the polarity of the phase of that LED, whose radiation flux to the photodetector is greater.

Вс конструкци собрана на одном жестком основании и помещена в. калорифер , где поддерживаетс посто нна температура 20 С. Проведение измерений происходит в следующей последо- ва тельности. Исследуемьй образец на легкой чашечке подвешиваетс на гибкий элемент в месте расположени насечек . В частном конкретном случае, масса образца вместе с чашечкой не должна превьш1ать 20 г, чтобы не выйти за пределы упругой деформации чувствительного элемента. Под действием массы образца последний изгибаетс и передает изгибающий момент на пьезоэлектрический элемент, который также изгибаетс (на величину пор дка 0,15-0,20 мм). При этом на верхне и нижней гран х его возникает разность потенциалов (пор дка 200- 250 мВ), величина которой вл етс функцией начальной массы образца. Первоначально возникша разность потенциалов на пьезоэлектрическом элементе снимаетс (становитс равной нулю). При изменении массы образца происходит перемещение свободного конца гибкого стержн , в еличина которого регистрируетс оптическим датчиком . Сигнал с датчика усиливаетс и в виде напр жени посто нного тока подаетс на пьезоэлектрический элемент, которьм изгибаетс в соответствующую сторону и компенсирует перемещение свободного конца стержн (возникшее из-за изменени массы образца ) , привод его в ноль оптичес- кого датчика. Это компенсирующее напр жение и вл етс выходным сигналом всего устройства, отражающим .абсолютное изменение массы образца. Сигнал регистрируетс самописцем , приче в конкретном случае геометрические размеры устройства подобраны так, что изменению массы на Ю мг соответствует компенсирующий сигнал в 10 мВ.The entire structure is assembled on one rigid base and placed in. heater, where the temperature is kept constant at 20 C. Measurement takes place in the following sequence. The test specimen on the light cup is suspended on a flexible element at the location of the notches. In the particular case, the mass of the sample together with the cup should not exceed 20 g, so as not to go beyond the elastic deformation of the sensitive element. Under the action of the mass of the sample, the latter bends and transmits the bending moment to the piezoelectric element, which also bends (in the order of 0.15-0.20 mm). In this case, a potential difference (on the order of 200-250 mV) arises on its upper and lower edges, the value of which is a function of the initial mass of the sample. The initially generated potential difference across the piezoelectric element is removed (becomes zero). When the sample mass changes, the free end of the flexible rod is moved, the amount of which is recorded by an optical sensor. The signal from the sensor is amplified and, in the form of DC voltage, is applied to the piezoelectric element, which bends in the appropriate direction and compensates for the movement of the free end of the rod (caused by a change in the sample mass), driving it to the optical sensor zero. This compensating voltage is the output signal of the entire device, reflecting the absolute change in the mass of the sample. The signal is recorded by the recorder, and in the particular case the geometrical dimensions of the device are selected so that a compensating signal of 10 mV corresponds to a change in mass by 10 mg.

Фор м у ла изобретени Formula of the invention

Способ непрерьшного контрол изменени массы образца, включающий на- The method of in-line control of the sample mass change, including

гружение исследуемым образцом горизонтально расположенного стержн , один конец которого жестко закреплен, и измерение изменени массы образца по величине деформации стержн , о т- личающийс тем, что, с целью повышени точности измерени изменени массы образца, стержень закрепл ют на конце консольно установленного пьезоэлектрического элемента, разность потенциалов, возникшую в пьезоэлектрическом элементе, привод т к нулю после нагружени стержн образцом , а деформацию стержн определ ют по разности потенциалов, подаваемой на пьезоэлектрический элемент дл компенсации перемещени свободного конца стержн , обусловленного изменением массы образца.loading the horizontal rod with the test sample, one end of which is rigidly fixed, and measuring the change in the sample mass by the magnitude of the rod deformation, which is characterized by the fact that the rod is fixed at the end of the cantilever piezoelectric element to increase the measurement accuracy of the sample mass change the potential difference arising in the piezoelectric element leads to zero after the rod is loaded with the sample, and the deformation of the rod is determined by the potential difference applied to the rod a zeo-electric element to compensate for the movement of the free end of the rod due to the change in mass of the sample.

Claims

Claim

A method for continuously monitoring the change in the mass of a sample, including loading a horizontally located rod with one of the samples under test, one end of which is rigidly fixed, and measuring the change in the mass of the sample by the strain of the rod, characterized in that, in order to increase the accuracy of measuring the change in the mass of the sample, the rod is fixed to the end of the cantilever mounted piezoelectric element, the potential difference that occurs in the piezoelectric element, lead to zero after loading the rod with a sample, and deformation w rod is determined by the potential difference supplied to the piezoelectric element to compensate peremescheniya'svobodnogo end of the rod, due to the change in sample mass.