Весоизмерительное устройство

 

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 я тем, что, с цеЧ лью повышения точности за счет исключения теплового и э ектромагнитного 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 ид теплоизоляционного и неэлектропроводного материала, 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругие чувствительные элементы выполнены из бйморфных пьезокварцевых пластин. S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

$(50 G 01 G 3/08

OllNCAHHE N306PETEH+,, К ABTGPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3348108/18-10 (22) 23,10,81 (46) 30.,09,83„ Бюл. Р 36 (72) A.Ô.Òåpåùåíêo (53) 681.266(088.8) (56) 1. Заявка Великобритании

Р 1506955, кл. С 01 С 3/08, апублик. 1978, 2, Авторское свидетельство СССР

9 725079, кл ° G G 3/08, 1978 (прототип). (54)(57) 1, ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ YCTPOKCTRO содержащее два идентичных упругих чувствительных элемента с тенэадатчиками, консольно закрепленных симметрично с противоположных сторон корпуса, и груэоприемные опоры, о т

Ф

<в)Я1)(в А л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це4 лью повышения точности эа 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 эле- ментов, при этом ножевые пластины вчполнены из теплоиэоляционного и неэлектропроводнаго материала, 2. Устройства по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, чта упругие чувствительные элементы выполнены из биморфных пьезокварцевых пластин, Pg

1044997.Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к весам с упругим элементом в виде плоской пружины.

Известны весы с цифровой индикацией, содержащие листоэую пружину, 1 на которой смонтированы тензодатчики, подключенные к регистрирующей .аппаратуре (11, Недостаток указанных весов - невысокая точность, 10

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является весоизмерительное устройство, содержащее два идентичных упругих чувствительных элемента с тензодатчиками, консольно закрепленных симметрично с противоположных сторон корпуса, и грузоприемные опоры (21, Недостаток известного устройстна, заключается в неудовлетворительной точности из-эа теплового и электромагнитного влияния взвешиваемых образцов на чувствительные элементы весов, Цель изобретения - повышение точ- 2 ности за счет исключения теплового и электромагнитного влияния взвешивае-, мых предметон.

Поставленная цель достигается тем, что в весоизмерительном устройстве, содержащем два идентичных упругих чувствительных элемента с тензодатчи- ками, консольно закрепленных симметрично с противоположных сторон корпу-. са, и грузоприемные опоры, последние выполнены в виде закрепленных на сво-Э5 бодных концах упругих чувствительных элементов ножевых пластин, верхние кромки которых расположены перпендикулярно продольной оси упругих чувствительных элементов,при этом ножевые1 40 пластины выполнены из теплоизоляцион- ного и неэлектропроводного материала. Упругие чувствительные элементы могут быть выполнены из биморфных пьезокварцевых пластин, 45

На фиг.1 представлена Функциональная схема предлагаемого устройства) на фиг,2 — датчик давления, общий вид, продольный разрез, на Фиг.3— то же, поперечный осевой разрез; на фиг.4 - то же, вид сверху; на Фиг.5упруго-чувствительный элемент с рабочим с компенсационным термореэисторами, общий вид; на фиг.6 - принципиальная схема весоизмерительного устройства с использованием в нем тензорезисторов, на фиг.7 - то же, с использованием пьезокнарценых элементов, Устройство (фиг,1) содержит дат- 60 чик 1 веса, измерительный усилитель

2 элементы 3 и 4, включенные между

I выходами 5 и 6 датчика 1 и входами

7-9 измерительного усилителя 2, имеющего выходной зажим 10. Пунктиром на 65 фиг.1 показан взвешиваемый предмет, например диск.

Датчик 1 веса (Фиг,2-4) состоит из корпуса 11, например металлического короба - параллелепипеда, в котором симметрично с противоположных сторон консольно закреплены два идентично выполненных упругих чувствительных элемента 12 и 13, При этом кромки корпуса 11 в месте закрепления консольных элементов .образуЮт прямой 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 теплоизоляционного и незлектропроводного материала и выступающие за верхний край корпуса 11, закрытого крышкой 16, н которой сделаны поперечные пазы для свободного (c зазорами по периметру) прохождения ножевых плас-. тин 14 и 15, Верхние кромки ножевых пластин 14 и 15 выстанлены на одном горизонтальном уровне параллельно основанию корпуса 11 и перпендикулярно осевой линии чувствительных элементов 12 и 13 (Фиг.4) .

Расстояние 17 между ножевыми плаотинами 14 и 15, а точнее, между их верхними кромками и их ширина 18 взаимосвязаны с диаметром взвешиваемых предметов (дисков) . В частности, расстояние 17 устанавливается н диапазо- не от одной трети до двух третей диаметра диска, а ширина 18 ножевых пластин выбирается порядка диаметра диска, Крышка 16 крепится к корпусу 11 с помощью винтов 19 и 20, причем винт

1, 20 крепит также металлический монтажный лепесток 21 ("земельную" клемму).

В стенках корпуса 11 вмонтированы разъемы — электроизоляционные втулки

22 и 23 с запрессованными металлическими стержнями, являющимися ныходами 5 и 6, Упругие чувствительные элементы

12 и 13 находятся н пазу 24 корпуса

11, который заполнен неэлектропроводной жидкостью, например трансформаторным маслом.

В варианте выполнения устройства, показанном на Фиг.5 и 6, тензорезисторы 25-27 расположены с верхней стороны чувствительного элемента 12 (плоская пружина), При этом компенсационный тенэорезистор 25 расположен перпендикулярно продольной оси эле-. мента 12 поблизости от его края, закрепляемого н корпусе 11 датчика 1.

Рабочий тензорезистор состоит из двух последовательно соединенных тензорезисторов 26 и 27, расположенных вдоль продольных кромок элемента 12, Такое ныполнение рабочего тензорезистора

1044997 позволяет исключить зависимость выход" ного сигнала чувствительного элемента 12 от положения взвешиваемого предмета на грузоприемной ножевой пластине 14 (15). в поперечном направлении.

Тензорезистор 25 и рабочие тензорезисторы 26 и 27 включаются в.мостовую измерительную схему 28, два других плеча которой образуют прецизионные резисторы 29 и 30, Аналогичную 1С мостовую схему 31 образуют прецизион- ные резисторы 32 и 33 и тензорезисторы 34-36 второго чувствительного элемента 13.

Питающие диагонали мостовых схем

28 и 3 подключены к источнику 37 напряжения, а их измерительные диагонали через неинвертирующий и инвертирующий усилители 38 и 39 и резистивные делители 40 и 41 напряжения к входам 7 и 8 измерительного усилителя 2, Благодаря такой схеме включения осуществляется суммирование приращений сигналов рабочих тензорезисторов

26, 27 и 35, 36 чувствительных элементов 12 и 13, изгибающихся под действием поставленного на грузоприемные ножевые пластины 14 и 15 взвешиваемого предмета.

Усидители 38 и 39 совместно с резистивными делителями 40 и 41 образуют подстроечные элементы 3 и 4, За счет начальной регулировки коэффициента передачи делителя 40 или 41, осуществляемой путем соответствующей Зэ регулировки подстроечного резистора

42 или 43, сигнал на выходе 10 измерительного усилителя 2 соответствует истинному весу взвешиваемого предмета независимо от его положения в . 40 пределах разрешенного пространственного допуска) на грузоприемных ножевых пластинах 14 15.

При снятии взвешиваемого. предмета уровень выходного сигнала как усилителя 38, так и усилителя 39 принимает нулевое значение, что достигается соответствующей балансировкой мостовых схем 28 и 31.

Вместо нанесения на верхнюю сторо- ну элемента 12 компенсационного тенэорезистора 25 (фиг.5) можно осуществить нанесение второго рабочего тенэорезистора на нижнюю сторону элемента 12 аналсгично выполнению тенэорезисторов 26 и 27, При этом достигает@Ц ся не только компенсация температурного дрейфа нуля мостовой схемы 28, (ЗЦ, но и в два раза повышается коэффициент преобразования деформации в электрический сигнал по сравнению 00 с предыдущим вариантом.

При полной идентичности чувствительных элементов 12 и 13 фиг,2) схема, изображенная на фиг,6, может быть упрощена за счет включения в 65 мостовую схему 28 вместо прецизионных резисторов 29 и 30 тензорезисторов

34-36 второго чувствительного элемента 13 н непосредственного подключения входов 7 и 8 измерительного усилителя

2 к измерительной диагонали мостовой схемы 28, Тензорезисторы 25-27, показанные . на Фиг,5, могут быть дискретного исполнения, приклеиваемые на упругий элемент 12, или интегрального исполнения, напыляемые или выращиваемые на подложке — упругом элементе 12, что является более предпочтительным для задачи взвешивания легких предметов, Пругая модификация устройства основана на применении биморфных пьезокварцевых элементов в качестве упруго-чувствительных элементов 12 и 13, B соответствии с принципиальной электрической схемой, показанной на фиг.7, центральные электроды элеменвЂ,ов 12 и 13 подключены к ипвертирую-, щему входу 7 измерительного усилителя 2, снабженного интегрирующим конденсатором 44, через масштабирующие конденсаторы 45 и 46 постоянной емкости и конденсаторы 47 и 48 переменной емкости, а наружные обкладки электроды биморфных элементов 12 и

13 подключены к корпусной (" земляНой") клемме 9, усилитель 2 с интегрирующим конденсатором 44 является усилителем электрического заряда, 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 дополнительно изгибаются, вырабатывая соответствующие электрические заряды, передаваемые через конденсаторы 45-48 на вход усилителя заряда, преобразующего их в приращение величины электрического напряжения на выходе 10, 3а счет регулировки подстроечных конденсаторов 4/ и 48 достигается независимость выходного сигнала усилителя заряда от положения взвешиваемого на грузоприемных ножевых пластинах

14 и 15 даже в случае неидентичности характеристик двух консольных биморфных элементов — упругих чувствительных элементов 12 и 13.

В случае же полной идентичности биморфных пьезоэлементов 12 и 13 необходимо : в конденсаторах 45-48 отпадает,. и центральные электроды биморфных элементов непосредственно подключаются к гходу 7 усилителя 2, При использовании биморфных пьезокварцевых элементов усилитель 2 должен представлять собой электрометрический усилитель заряда, а корпус 11 датчика 1 может иметь не сплошную, а

1044997 рамочную конструкцию, поскольку отпадает необходимость в заливке пьезокварцевых элементов тепло- и электроизоляционной жидкостью. В то же время заземление корпуса 11 и крышки 16, показанное на фиг.i является необходиьь м для электростатической и электромагнитной экранировки датчика веса, Устройство работает следующим образом.

До поставки взвешиваемого предмета на грузоприемные. ножевые пластинь;

14 и 15 чувствительные элементы 12 и

13 находятся в начальном напряженном состоянии„ обусловленном их собственным весом, и вырабатывают при этом сигналы постоянного уровня на выходах 5 и 6 соответственно, Последние могут быть скомпенсированы за счет начальной регулировки подстроечных элементов 3 и 4, в результате чего на выходе 10 измерительного усилителя

2 уровень выходного напряжения принимает нулевое значение.

На рабочей, измерительной, стадии на груэоприемные ножевые пластины 14 21 и 15 кладется взвешиваемый предмет приблизительно симметрично относительно продольной и поперечной осей датчика 1. Под действием веса предмета упругие чувствительные элементы

12 и 13 дополнительно изгибаются,.вызывая приращения уровней сигналов на выходах 5 и б пропорционально частям, веса диска, приходящимся на каждую половину датчика 1, 35

Эти приращения сигналов индивидуально масштабируются в подстроечных элементах 3 и 4 и затем поступают на входы 7 и 8 измерительного усилителя

2. Приращение суммарного сигнала на выходе 10 усилителя 2 оказывается пропорциональным весу диска независимо от смещения центра диска от продольной и поперечной осей симметрии датчика 1.

Некоторая неидентичность коэффици-45 ента преобразования чувствительных элементов 12 и 13, обусловленная технологическими .допусками их изготовления и установки в корпусе 11, компенсируется эа счет дополнительной плав-5О ной или ступенчатой регулировки .под,строечных элементов 3 и 4, определяю = щих масштаб преобразования и полностью выравнивающих чувствительность суммируемых каналов. 5

На следующей стадии взвешиваемый

<диск сдвигается с. грузоприемных ножевых пластин 14 и 15, чувствительные элементы 12 и 13 возвращаются в ис-. ходное положение, и на выходе 10 измерительного усилителя фиксируется начальный„ в частности нулевой, уровень напряжения.

Далее цикл .взвешивания повторяется с другим экземпляром .предмета.

Для удобства надвигания взвешиваемых предметов на грузоприемные ножевые пластины 14 и 15 и снижения динамических нагрузок.на упругие чувствительные элементы 12 и 13 ножевые пластины 14 и 15 выполняются с заходным скосом { ôèã ° 5), 0

Выполнение корпуса 11 в виде за« земленного замкнутого металлическогс 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 внешних электрических источников переменного тока, уровень низкочастотных помех типа временного дрейфа нуля и температурных уходов напряжения при колебаниях температуры окружающей среды и при произвольных перемещени-, ях воздушных масс, уменьшает время переходного колебательного процесса при ударном нагружении и разгружении упруго-чувствительных элементов, что позволяет увеличить частоту повторения циклов взвешивания, В случае ðåàлизации предлагаемого устройства в

"сухом" варианте, что является иногда предпочтительным с точки зрения упрощения обслуживания устройства, отмеченные положительные его а-:. ства сохраняются за исключением последнего, касающегося быстродействия, Выпольение грузоприемных ножевых пластин 14 и 15 из теплоизоляционного и неэлектропроводного материала позволяет уменьшить паразитные сигналы натечек заряда и температурный дрейф датчика, обусловленный взаимодействием выступающих частей грузоприемных пластин с окружающей средой и взвешиваемым предметом, Грузоприемные ножевые пластины могут быть изготовлены, например, иэ сапФира или комбинированными, в частности из пенопласта и сапфира.

Повышение точности взвешивания обусловливает технико-экономическую эффективность предлагаемого устройства, 1044997

Физ. Я

29 12 13 фиь.2.

1044997

Составитель В.ширшов

Редактор A,Ëåæíèíà Техред С.Легеэа

Корректор А, Зимокосов

Филиал ППН "Патент", г,Ужгород, ул.Проектная, 4

Закаэ 7535/39 . Тираж 643 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5.