Карманные весы

 

КАРМАННЫЕ ВЕСЫ, содержащие корпус с нагрузочной платформой, в котором размещены пьезокварцевые элементы, электроды которых подключены к транзисторным возбудителям, и индикатор, отличающиес я тем, что, с целью раситирения пределов измерения веса за счет повышения нагрузочной способности пьезокварцевых элементов, последние выполнены в виде балок с Z-образным. профилем, одни концы которых закреплены в корпусе, а другие кинематически связаны с нагрузочной платформой , и введены вычитатели и счетчик, причем электроды пьезоэлементов размещены на полках балок, а выходы транзисторных возбудителей попарно подключены к входам вычитателей, выходы которых соединены с входами счетчика, выход которого подключен к индикатору. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHONtY СВИДЕТЕЛЬСТВЪ/

Ф

О

° Ф

МФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3611724/24-10 (22) 29,06,83 (46) 07.10.84. Бюл. 9 37 (72) Е.И.Новиков (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (53) 681.269 (088,8) (56) 1. Заявка ФРГ Р 2013003, кл. G 01 G 23/?О, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 3585273, кл. G 01 G 3/16, 28.04.83 (прототип). (54)(57) КАРМАННЫЕ ВЕСЫ, содержащие корпус с нагруэочной платформой, в котором размещены пьезокварцевые элементы, электроды которых подклю„„SU„„1117453 А ц5п G 01 с 3 16, " 01 0 19/50 чены к транзисторным возбудителям, и индикатор, о т л и ч а ю щ и е с я тем, что, с целью расширения пределов измерения веса за счет повышения нагрузочной способности пьезокварцевых элементов, последние выполнены в виде балок с Z-образным, I профилем, одни концы которых закреплены в корпусе, а другие кинематически связаны с нагрузочной платформой, и введены вычитатели и счетчик, причем электроды пьезоэлементов размещены на полках балок, а выходы транзисторных возбудителей попарно подключены к. входам вычитателей, выходы которых соединены с входами счетчика, выход которого подключен @ к индикатору.

1117453

Изобретение относится к весоизглерительной технике и может быть использовано, например, для измерения веса и роста спортсменов.

Известны карманные весы, содержащие корпус, включаюций верхнюю и нижнюю крышки, боковые стенки и опорные стойки, на которых консольно укреплены плоские пружины и датчики силы, подключенные к индикатору и источнику тока L1 1, Недостатками данного устройства являются значительная масса, невысокая надежность, малый ресурс работы и неудобство пользования, обусловленные наличием громоздкого пружинного механизма, имеющего низкую стойкость к циклическим нагружениям, аналогового преобразователя, создающего дополнительный вес.

Наиболее близкимипо технической сущности к предлагаемым являются карманные весы, содержащие корпус с нагрузочной платформой, в котором разглещены пьезокварцевые элементы, электроды которых подключены к транзисторным возбудителям, и индикатор (27.

Недостаток известного устройства заключается в ограниченном диапазоне взвешивания, верхний предел которого ограничен низкой нагрузочной способностью пьезокдарцеэых элеглей- тов.

Цель изобретения — расширение пределов измерения веса за счет повышения нагрузочной способности пьезокварцевых элементов.

Поставленная цель достигается тем, что в карманных весах, содержащих корпус с нагрузочной платформой, в котором размещены пьезокварцевые элементы, электроды которых

Подключены к транзисторным возбудителям, и индикатор, пьезокварцевые элементы выполнены в виде балок с ,. -образным профилем, одни концы которых закреплены в корпусе, а другие кинематически связаны с нагрузочной платформой, и введены вычитатели и счетчик, причем электроды пьезоэлементов размещены на полках балок, а выходы транзисторных возбудителей попарно подключены к входам вычитателей, выходы которых соединены с входами счетчика, выход которого подключен к индикатору. !

На чертеже показана схема карманных весов.

Весы содержат корпус 1, имеющий мембрану 2, нижнюю крышку 3, боковые стенки 4, выполненные гофрированными для уменьшения торцовой жесткости, и опорные стойки 5, к каждой из которых прикреплена пьезокварцевая балка б зетового сечения.

На каждой пьезокварцевой балке 6 имеются полки-резонаторы 7 и 8 (верхняя и нижняя ), являющиеся датчиками силы. На главных гранях каждой полки-резонатора 7 и 8 нанесе5 ны металлические электроды 9.

На корпусе 1 укреплено съемное цифровое табло 10 (индикатор ). В корпусе 1 размецены элементы ИЛИIIF, 11, вычитатели 12, суммирующий

19 счетчик 13 и гибкая рулетная лента 14, укрепленная на корпусе одним концом. Другим концом гибкая рулетная лента 14 укреплена на съемном цифровогл табло 10.

B корпусе 1 расположен источник тока (не показан ).

На каждом торце 15 пьезокварцевой балки б зетового сечения укреплены накладки 16, которые кинематически связаны с мембраной 2.

Работа карманных весов основана на прямом и обратном пьезоэлектрических эффектах, силочастотном эффекте и преобладании жесткости датчиков силы (пьезокварцевых балок зетового сечения с полками) сравнительно с элементами устройства (боковыми стенками корпуса ).

Весы работают следующим образом.

Для работы включают источник тоЗО ка (не показан ), обеспечивая электропитанием все электропотребляющие элементы устройства (элементы

ИЛИ-НЕ 11, вычитатели 12, суммирующий счетчик 13 и съемное цифровое

35 табло 10 ).

В исходном положении мембрана 2 удерживает накладки 16 и пьезокварцевые балки б зетового сечения не нагружаются, в подэлектродных зонах каждой полки-резонатора 8 возбужде" ны пьезоэлектрические колебаний с частотой

Для измерения массы спортсглен одной ногой встает на мембрану 2 вдоль ее вогнутсй части. Гохраняя несколько секунд равновесие, взвешиваемый (спортсмен) обеспечивает совмещение центра масс своего тела с направлением оси чувствительности

5О устройства, совпадающей с направлением местной вертикали 00

B соответствии с вторым законом

Ньютона взвешиваемый создает усилие, равное

55 где F — вектор усилия; и — масса взвешиваемого; г - ускорение силы тяжести Зем60 ли.

Усилие через мембрану 2 передается на пьезокварцевые балки б зетового сечения, создавая в них частичные усилия ".„ è "-. равные

65 Р = m„g u F == и g

111?453 где К вЂ” частичное усилие, приходящееся на первую пьезоквар- О цевую балку эегового сечения; р — частичное усилие приходя2

Ю щееся на вторую пьеэокварцевую балку эетового сечения; значение массы, вызывающее усилие

m — значение массы, вызывающее 10 усилие i

Частичное усилие F„ вызывает в нижнем слое первой пьезокварцевой балки 6 зетового сечения напряжения сжатия,, а в веРхней слое — со- 5 ответствующее напряжение растяжения

Ь р„, . Массивная центральная часть первой пьезокварцевой балки б обеспечивает прочностное сопротивление нагрузке.

В подэлектродной зоне нижней полки-резонатора 8(как и в нижнем слое первой пьезокварцевой балки б) .создается напряжение сжатия, под действием которого (благодаря силочастичному эффекту ) частота пьезоэлектрических колебаний увеличивается прямо пропорционально частичному усилию г

Flp c f0

-аЕ -р.

I сц О У 5

F с о

ОУ5

f2

3с о

2 сч где

О

К сч

F сх

F2 pic fc

2 лЕ.,= К

2 сц г где йХ вЂ” отклонение частоты пьезоэлектрических копебаний верхней полки-резонатора второй пьезокварцевой балки зетоного сечения, механические усилия

2 pic растяжения н верхней полке-резонаторе второй пьеэокварцевой балки зетоного сечения.

С нижних и верхних полок-резонаторов 8 первой и второй пьезокнарцевых балок 6 зетового сечения через соответствующие элементы ИЛИ-НВ 11 на соотклонение частоты пьезоэлектрических колебаний у5 нижней полки-резонатора первой пьезокварцевой балки зетового сечения; частота пьезоэлектрических колебаний ненагружен- 40 ной нижней полки-резонатора первой пьезокварцевой балки зетового сечения; силочастотный коэффици- 45 ент; механическое усилие сжатия в нижней полке-резонаторе первой пьезоквардевой балки зетового сечения;

50 номер гармоники; коэффициент полезного действия заделки; площадь подэлектродной зоны. 55

В подэлектродной зоне верхней ,полки-резонатора 8 (как и в верхнем слое первой пьеэокварцевой балки 6) создается напряжение растяжения, 60 под действием которого (благодаря сило-частотному эффекту) частота пьезоэлектрических колебаний уменьшается прямо пропорционально частичному усилию 65 где - л, - отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний верхней полки-резонатора первой пьезокварценой балки зетового сечения; механическое усилие раса рсиС тяжения в верхней полкерезонаторе первой пьеэокварцевой балки зетового сечения.

Частичное усилие Г вызынает в нижнем слое второй пьезокварцевой балки б напряжение сжатия

2 с а н верхнем слое соответствующее напряжение растяжение Б2, (аналогично вышерассмотренному для первой пьезокварцевой балки б эетового сечения ).

Соответственно с этим в подэлектродной зоне нижней полки-резонатора 8 частота пьезоэлектрических колебаний увеличивается прямо пропорционально частичному усилию Р где дŠ— отклонение частоты пьезо2 электрических колебаний нижней полки-резонатора второй пьезокварцевой балки зетового сечениями

F — механическое усилие сжатия

2с н нижней полке-резонаторе второй пьеэокварцевой балки зетоного сечения.

В подэлектродной зоне верхней полки-резонатора 8 частота пьезоэлектрических колебаний уменыщается прямо пропорционально частичному

Усилию F2

1117453

ВНИИПИ Заказ 7183/24 Тираж 609 Подписное

Фихлал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная, 4 ответствующие входы вычитателей 12 снимаются электрические сигналы с частотами f0 Af " fo afi на первый вычитатель 12 и Х йЕ и К -МХ.

2 на второй вычитатель 12.

С тателей 12 электрические сигналы разностной частоты, равные 2 Qf„ 2af2 соответствен»о, подаются на соответствующие входы суммирующего счетчика

13, где суммируются и подаются на съемное цифровое табло 10, где индицируются.

Благодаря прямо пропорциональной зависимости приростов частот Е„ и df2 от величины массы показания 15 съемного цифрового табло проградуированы непосредственно в единицах массы-килограммах.

Сьемное цифровое табло 10 при взвешивании может находиться как на корпусе 1, так и может быть снятым и установленным в пределах наиболее удобного визуального отсчета показаний, Сьемное цифровое табло 10 имеет фиксированный вес и поэтому оно при взвешивании может находиться в ру| ках у взвешиваемого. Но в этом случае фиксированное значение массы съемного цифрового табло 10 должно вычитаться из его показаний.

Съемное цифровое табло 10 скреплено на одном конце с гибкой рулетной лентой 14 и поэтому после взвешивания легко устанавливается на свое поса дочное место.

Благодаря наличию на гибкой рулетной ленте 14 меток длины (от 0 до

200 см) она может быть использована для измерения роста взвешиваемого или другого объекта, Карманные весы могут использоваться для измерения массы твердых предметов. Процесс измерения в этом случае аналогичен описанному, Предлагаемые карманные весы благодаря использованию в них пьезокварцевых балок зетового сечения, в которых в качестве датчиков силы задействованы полки-резонаторы, а также благодаря применению микроэлектронных элементов, обеспечивают необходимый диапазон измерения, имеют ма лую массу и высокую надежность °