SU1476332A1 - Устройство дл измерени массы - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к весоизмерительному приборостроению и может быть использовано дл  прецизионного измерени  массы груза как в режиме дискретного взвешивани , так и в режиме непрерывного взвешивани  перемещаемого груза на ленточных транспортерах. Устройство дл  измерени  массы содержит пьезоэлектрический трансформатор в качестве чувствительного элемента микровесов. Пьезоэлектрический трансформатор выполнен в виде пластины из пьезоэлектрического материала, на поверхности которой расположены три секции. Одна из секций служит измерительным резонатором и подключена к автогенератору, частота которого измен етс  пропорционально изменению измер емой массы. Втора  секци  подключен к регистрирующему прибору. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

возможность измерени  только микрочастиц, имеющих массу, соизмеримую с массой возбуждающих металлических электродов (секций ) Это обусловлено нагружением микрочастиц непосредственно на колеблющийс  пьезоэлектрический элемент, работающий в незащищенном окружающем объеме

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению  вл етс  устройство дл  измерени  механических величин, содержащее пьезоэлектрический резонатор с возбуждающими электродами, закрепленный жестко между силоприемным элементом и основанием, и схему формировани  сигнала разностной частоты с цифровым индикатором

Недостатками этого устройства  вл ютс  сравнительно большой вес, невысокий ресурс работы и низка  точность измерени , обусловленные наличием частотно-аналогового преобразовател , корректирующих эле ментов, имеющих значительную массу, и отсутствием защитных элементов от вли ни  мешающих воздействий, снижающих добротность пьезоэлектрического резонатора стабильность начального положени  и коэффициента преобразовани 

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени , ресурса работы устройства и снижение его веса

Указанна  цель в устройстве дл  изме рени  массы, содержащем пьезоэлектрический резонатор с возбуждающими электродами , закрепленный жестко между силоприемным элементом и основанием, и схему формировани  сигнала разностной частоты с цифровым индикатором, достигаетс  тем, что в нею введены сильфон, размещенный между основанием и силоприемным элементом с образованием с ними герметичной полости и охватывающий пьезоэлектрический резонатор, и направл ющие, жестко закрепленные на основании и кинематически св занные с силоприемным элементом, а схема формировани  сигнала разностной частоты выполнена в виде транзисторного возбудител , св занного с ним первым входом первого сумматора, второго сумматора, св - занного первым входом через последовательно соединенные первый формирователь импульсов и первый ключ с выходом первого сумматора, образцового генератора, св занного с вторым входом первого сумматора и через последовательно соединенные второй формирователь импульсов, блок делителей и второй ключ - с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к цифровому индикатору, причем блок делителей соединен с вторым входом первого ключа, второй выход которого подключен к управл ющему входу второго ключа, при этом транзисторный возбудитель св зан с воз

0

5

,. 5 5 0 .

буждающими электродами через гермовы- воды

Кроме того, возбуждающие электроды выполнены из материалов с разными плотност ми и один из них по крайней мере снабжен подстроечной мишенью

На чертеже представлена функциональна  схема устройства дл  измерени  массы

Устройство содержит частотный датчик 1, состо щий из пьезоэлектрического резонатора 2 и двух возбуждающих электродов (металлических обкладок) 3 и 4, сильфон 5, расположенный между силоприемным элементом , выполненном в виде нагрузочного фланца 6, основанием, выполненным в виде опорного фланца 7, и направл ющими 8, закрепленными на опорном фланце и кинематически св занными с нагрузочным фланцем 6 посредством шариков 9 Возбуждающие электроды 3 и 4 нанесены на главные (большие ) грани пьезоэлектрического резонатора 2 и выполнены одинаковой толщины и размеров, но из материалов с различными плотност ми Так, электрод 3 выполнен из серебра, а электрод 4 - из золота Указанное выполнение электродов позвол ет улучшить амплитудно-частотную характеристику частотного датчика за счет расширени  частотного спектра Электрод 3 снабжен подстроечной мишенью 10 В нагрузочном фланце 6 в отверстие вмонтирован штенгель И, предназначенный дл  вакуумировани  объема сильфона 5, в котором помещен частотный датчик 1 В опорном фланце 7 выполнены гермовыводы 12, служащие дл  электрической св зи пьезоэлектрического резонатора, размещенного внутри сильфона 5 с элементами электронной схемы, наход щейс  вне сильфона 5

На опорном фланце 7 размещены электрические элементы и блоки, выполненные на интегральных микросхемах, а именно транзисторный возбудитель 13, подключенный к одному из входов первого сумматора 14, к другому входу которого подключен первый выход образцового генератора 15 Выход первого сумматора 14 через последовательно соединенные первый формирователь 16 импульсов и первый ключ 17 подключен к первому входу второго сумматора 18 К вто рому входу второго сумматора 18 через последовательно соединенные второй формиро ватель 19 импульсов, блок 20 делителей и в горой ключ 21 подключен второй выход образцового генератора 15 Второй выход блока 20 делителей подключен к второму входу первого ключа 17, второй выход которого подключен к управл ющему входу второго клю ча 21 Выход второго сумматора 18 подключен к цифровому индикатору 22 Блок пи тани  (не показан) обеспечивает питанием все блоки устройства

Указанна  электронна  схема представл ет собой схему формировани  сигнала разностной частоты.

На нагрузочном фланце 6 устанавливаетс  измер емый груз 23. Подстроечна  мишень 10 используетс  дл  подгонки начальной частоты пьезоэлектрического резонатора 2 к номинальному значению, равному значению частоты образцового генератора 15. Пьезоэлектрический резонатор 2 изготавливаетс  на частоту ниже частоты образцового генератора на несколько дес тков герц (10- 30 Гц). Затем с помощью лазерного луча (или химическим травлением) снимают часть металлического покрыти  с подстроеч- ной мишени 10, что повышает частоту колебаний пьезоэлектрического резонатора 2. Многократным повторением операции сн ти  металлического покрыти  значение частоты пьезоэлектрического резонатора может быть доведено до 0,1 Гц от заданного номинала.

Транзисторный возбудитель 13 возбуждает колебани  в пьезорезонаторе 2 с частотой fo, равной частоте колебаний образцового генератора 15. Нагрузочный фланец 6, имеющий известную массу т, в силу второго закона Ньютона на пьезоэлектрическом резонаторе 2 создает силу

F m-g(1)

В силу действи  силочастотного эффекта частота пьезоэлектрических колебаний пьезоэлектрического резонатора 2 отклон етс  на величину

г if fo F Й1, К--а,

(2)

где К - силочастотный коэффициент;

d-площадь пьезоэлектрического резонатора .

С выхода транзисторного возбудител  13 на первый вход первого сумматора 14 подаетс  электрический сигнал, частота которого равна f0-A$I. На второй вход первого сумматора 14 подаетс  электрический сигнал от образцового генератора 15 с частотой f0. В результате вычитани  вычитани  в первом сумматоре 14 на его выходе будет выделен электрический сигнал с частотой равной разности

5

0

5

0

5

0

блок делени  20 частоты подаетс  сигнал с частотой f0.

С первого выхода блока 20 делени  частоты на второй ключ 21, наход щийс  в закрытом состо нии, подаетс  сигнал, частота которого после делени  равна ., равна  частоте электрического сигнала (дО, поданного на первый ключ 17. С второго выхода блока 20 делени  частоты (после делени ) на второй вход первого ключа 17 поступает сигнал с частотой , открывающий ключ 17 по первому фронту сигнала . Черед открытый первый ключ 17 на первый вход второго сумматора 18 поступает электрический сигнал с частотой Д f. Электрический сигнал с частотой 8 1 Гц по заднему фронту (т.е. через врем , равное 1 с закрывает первый транзисторный ключ 17, а сигнал с его второго выхода открывает второй транзисторный ключ 21. Электрический сигнал (л Где.) с первого выхода блока 20 делени  частоты через открытый второй ключ 21 подаетс  на второй вход второго сумматора 18, в котором производитс  вычитание записанного в нем сигнала с частотой Д f.

В результате вычитани  с выхода второго сумматора 18 на цифровой индикатор 22 поступает электрический сигнал с частотой, равной нулю. Цифровой индикатор 22 индицирует на цифровом табло указанный сигнал свидетельствующий о том, что устройство работает правильно и что действие массы нагрузочного фланца 6 учтено, т.е. при измерении массы груза 23 не возникает погрешность .

После проведенной проверки на зочный фланец 6 помещаетс  груз 23, масс которого требуетс  измерить. Масса груза 23 создает также, как JH нагрузочный фланец 6, силу, равную: Ризм. ти3м. g. котора  воздействует на пьезоэлектрический резонатор 2, вызыва  отклонение частоты его колебаний на величину

° PUSH45

Таким образом, с выхода транзисторного возбудител  13 на первый вход первого сумматора 14 поступает сигнал с частотой

Г0(обр.ген.) - (f0-Af) дГ

Этот сигнал, имеющий синусоидальную форму , пройд  через первый формирователь 16 импульсов в пр моугольной форме (без изменени  частоты), подаетс  на первый вход первого ключа 17, наход щегос  в закрытом состо нии. С второго выхода образцового генератора 15 через второй формирователь 19 импульсов, преобразующий сигнал синусоидальной формы в сигнал пр моугольной формы также без изменени  частоты, на

fpes. fo- Л f - л Wi.

С выхода первого сумматора 14 после вычитани  через первый формирователь 16 50 импульсов на первый вход первого ключа 17 подаетс  электрический сигнал с частотой

fpes. Л + Д ,

После открывани  первого ключа 17 на второй сумматор 18 поступает сигнал с частотой д1. После вычитани  во втором 55 сумматоре 18 с его выхода на цифровой индикатор 22 поступает сигнал с частотой -дГизм., соответствующий массе измер емого

груза 23, поскольку преобразовани  массы в силу и силы в изменение частоты электрического сигнала имеют линейный характер.

Точность измерени  массы груза 23 высока , поскольку пьезоэлектрический резонатор 2 выполнен из высокодобротного пьезоэлектрического кристалла, обладающего стабильным коэффициентом преобразовани  и выполнен с «нулевым температурным коэффициентом .

Устройство по изобретению обеспечивает снижение веса, повышение ресурса работы и точности измерени  массы за счет введени  в устройство сильфона с вакуумировани- ем его объема, в котором помещен пьезоэлектрический резонатор,  вл ющийс  преобразователем массы (через усилие) в час0

5

тоту электрического сигнала. Введение в устройство подстроечной мишени позвол ет повысить точность задани  начальной частоты пьезоэлектрического резонатора за счет снижени  ее массы с помощью точечного выжигани  или химического травлени . Электрическа  схема обеспечивает повышение точности обработки частоты сигнала за счет двухступенчатого вычитани  частоты: перва  ступень - аналоговое вычитание с помощью аналогового диодного смесител  (первого сумматора) - снимает высокую частоту, и втора  ступень - дискретное вычитание с помощью регистрового сумматора - вычитает значение частоты электрического сигнала, соответствующее массе нагрузочного фланца 6.

Н 23

6 3

11

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ, содержащее пьезоэлектрический резонатор с возбуждающими электродами, закрепленный жестко между силоприемным элементом и основанием, и схему формирования сигнала разностной частоты с цифровым индикатором, отличающееся тем что, с целью повышения точности измерения, в него введены сильфон, размещенный между основанием и силоприемным элементом с образованием с ними герметичной полости и охватывающий пьезоэлектрический резонатор, и направляющие, жестко закрепленные на основании и кинематически свя-

I