Карманные весы

 

КАРМАННЫЕ ВЕСЫ, содоржаицие корпус, в котором размещены грузоприемный узел в виде сопряженных пьезокварцевых пластин, электроды которых подключены к элементам И-НЕ, выходы которых подсоединены к сумма торам, и индикатор, отличающиеся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обе спечения пзвешивания при изменяющемся положении центра массы груза , в них пнедены дополнительные сумматоры, транзт сторный ключ и реле времени, причем каждый грузоприемный узел в 111олпен с плоской пружиной , расположенной между пьезокварцевыми пластинами, а корпус выполнен Q виде двух стпорок, связанных между собо11 шарниром, при этом выходы сумматоров подключены к входам первого донолнительного сумматора, выход i которого через ключ связан с входом второго дополнительного сумматора, (Л управляющий вход которого и управляюппиЧ вход ключа подключены к репе време 1и.. х X) 9) СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (111

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ времени

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3600635/24-10 (22) 06.06.83 (46) 15.10.84. Бюл. N" 38 (72) E.È.Íîâèêîâ (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (53) 68 1.269(088.8) (56) 1. Заявка ФРГ N 2013003, кл. 5 01 (j "3/20, опублик. 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

N по заявке N 3585273/18-10, кл. 4 01 Q 3/16, 28.04.33. (54)(57) КАРМАННЫЕ ВЕСЬ(, содержащие корпус, в котором размещены грузоприемный узел в виде сопряженных пьезокварцевых пластин, электроды которых подключены к элементам И-НЕ, выходы которых подсоединены к сумма3(51) <> О! 0 3/l 6; " .01 " .19/44 тор<зм и индикатор О т л и ч а ю

lII, и е с я тем, что, с целью расширения функционалс-ных возможностей путем обеспечения взвешивания при изменякчцемся положении центра массы груза, н них введены дополнительные сумматоры, tp;lHçècòîpíûé ключ и реле времени, причем каждый грузоприсмный узел выполнен с плоской пружиной, расположс иной между пьезокварцевыми пластинами, а корпус выполнен н виде двух створок, связанных между собой шарниром, при этом выходы сумматоров подключены к входам первого донолнительногo сумматора, выход которого через ключ связан с входом

Bt(рого дополнительного сумматора, управляющий вход которого и управляющий вход ключа подключены к реле

1118869

Изобретение относится к весовому приборостроению и может быть использовано в качестве карманного прибора для индивидуального взвешивания и взвешивания твердых предметов. 5

Известны карманные весы, содержащие корпус, в котором размещены нагрузочные плоц|адки, плоские пружины и индикатор (1) .

Недостатками данного устройства 10 являются значительная масса и неудобство эксплуатации, обусловленные большим весом механического преобразователя силы и необходимостью установки нуля и коэффициента преобразо- 15 вания перед каждым измерением, а так— же чувствительность к изменению положения центра масс измеряемого объекта относительно оси чувствительности преобразователя силы. 20

Наиболее приблизким к предлагаемым весам являются карманные весы, содержащие корпус, в котором размещены грузоприемный узел в виде сопряженных пьезокварцевых пластин, 25 электроды которых подключены к элементам И-НЕ, выходы которых подсоединены к сумматорам, и индикатор f?j .

Недостаток известных весов заключается в невозможности взвешивания с приемлимой точностью в случае изменения центра тяжести груза, как это имеет место при взвешивании человека из-за изменения его положения относительно оси весов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения взвешивания при изменяющемся положении центра массы груза. указанная цель достигается тем, что в карманные весы, содержащие корпус, в котором размещены грузоприемный узел в виде сопряженных пьезокварцевых пластин, электроды которых подключены к элементам И-НЕ, выходы которых подсоединены к сумматорам, и индикатор, введены дополнительные грузоприемные узлы в виде сопряженных пьезокварцевых пластин, дополнительные сумматоры, транзисторный ключ и реле времени, причем каждый грузоприемный узел выполнен с плоской пружиной, расположенной между пьезокварцевыми пластинами, а корпус выполнен в виде двух створок, связан-.55 ных между собой шарниром, при этом выходы сумматоров подключены к входам первого дополнительного сумматора, выход которого чере 3 ключ связан с входом второго допопнителт ног о сумматора, управляющий вход которого и управляющий вход ключа подключены к реле времени.

На фиг. 1 показаны весы в плане и схема соединения элементов, на фиг.2разрез A-А на фиг. 1.

Корпус 1 включает в себя створки

2 и 3 (левую и правую) и нагрузочные площадки 4,. каждая из которых расположена соответственно на створках 2 и 3, подвюкно связанных между собой посредством цилиндра 5. В открытом состоянии створки 2 и 3 (рабочее положение) располагаются на основании вверх нагрузочными площадками 4. В закрытом состоянии створки

2 и 3 (нерабочее полажение) фиксируются с помоц|ью фиксатора 6, включающего подпружиненные шарики 7, укрепленные на левой створке 2, и пружинные гнезда 8, установленные на правой створке 3.

В корпусе 1, например, внутри шарнира 5 установлен источник 9 тока, положение которого фиксируется с помощью пружины 10 и винта 11.

На нагрузочных площадках 4 (с внутренней стороны) имеются ребра 12 жесткости, кинематически связанные со стяжками 13, расположенными (фиксированно или с зазором) на плоских пружинах 14> концы которых закреплены на боковых стенках створок 2 и 3

1 корпуса 1.

При консольном варианте плоские пружины 14 закреплены только одним концом на боковой стенке створок 2 и 3.

Между боковыми стенками створок

2 и 3 и стяжками 13 укреплены сопряженные пьезокварцевые пластины 15 (по две сопряженных пьезокварцевых пластины 15 на каждой стяжке 13).

Сопряженные пьезокварцевые пластины 15 имеют идентичные параметры (начальную частоту колебаний, сило-частотный коэффициент, добротность, температурный коэффициент частоты, геометрические размеры и обработку) .

Сопряженные пьезокварцевые пластины 15 имеют электроды 1б.

В корпусе 1 .размещены элементы

И-НЕ 17 (по числу сопряженных пьезокварцевых пластин 15), первые сумматоры 18 (один сумматор на два сопря1118

3 женные пьезокварцевые пластины 15 или два элемента И-HE 17), второй сумматор 19, транзисторный ключ ?0 третий сумматор 21, реле 22 времени, цифровое электрическое табло ?3 (цифровой индикатор) и микропереклю— чатель 24.

Электроды 16 каждой сопряженной пьезокварцевой пластины 15 включены в цепь обратной связи одного элемен- 10 та И-НЕ 17, представляющего собой, с включенной в цепь положительной обратной связи пьезокварцевой пластины 15, автогенератор.

Цепь обратной связи каждого зле- 15 мента И-НЕ 17 образует соответствующая сопряженная пьезокварцевая пластина 15 (пьезокварцевый элемент) .

Выходы элементов И-НЕ 17 каждой пары сопряженных пьезокварцевых плас- 20 тин 16 подключены к соответствующему первому сумматору 18. Выход каждого первого сумматора 18 подключен к соответствующему входу второго сумматора 19, выход которого подсое- 25 динен к первому входу транзисторного ключа 20, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора 21, выход которого соединен с цифровым электрическим табло 23. Выход реле З0

22 времени подключен к вторым входам транзисторного ключа 20 и третьего сумматора 21. Источник 9 тока соединен через микропереключатель 24 с шинами питания элементов И-НЕ 17, 35 сумматор 18, 19 и 21, реле 22 време,ни, цифровым электрическим табло 23.

Микропереключатель 24 включен в цепи питания источника 9 тока.

Работа карманных весов основана на использовании прямого и обратного

40 пьезоэлектрических эффектов и силодеформационного эффекта вибрирующего пьезокварцевого кристалла.

869 4 (обе створки 2 и 3 открыты) устанавливаются внешними сторонами створок

2 и 3 на жесткое основание (например, на пол) и взвешиваемьп1 встает на левую створку 2 левой ногой и правую створку 3 правой ногой.

Масса взвешиваемого в соответствии с вторым законом Ньютона создает усилие

F--nip где F — усилие, п1 — масса, вектор гравитационного ускорения Земли.

Усилие F передается посредством ребер 12 жесткости и стяжек 13 на плоские пружины 14 закрепленные в левой и правой створках 2 и 3 корпуса 1, обеспечивая неискаженное воздействие (прием) усилия как в спокойном, так и при изменении положения центра масс в процессе взвешивания состоянии на сопряженные пьеэокварцевые пластины 15, являющиеся дифференциальным преобразователем силы.

Под действием части усилия A F каждая плоская пружина 14 деформируется, вызывая через стяжку 13 в верхней сопряженной пьезокварцевой пластине 15 напряжение растяжения, а в нижней — напряжение сжатия.

Под действием растягивающего напряжения частота пьезоэлектрических колебаний верхней сопряженной пьезокварцевой пластины 15 уменьшается, а под действием сжимающего напряжения в нижней сопряженной пьезокварцевой пластине 15 увеличивается

- 1 = 0 ьР

-К г верх 6 р.1, о где ЬХ66рк ни кн

Для работы левая и правая створ- 45 ки 2 и 3 корпуса 1 открываются, срабатывает микропереключатель 24, подключающий источник 9 тока к элоктри ческим элементам (цифровому электрическому табло 23, элементам И-НЕ 17 сумматорам 18, 19 и 21, транзисторному ключу 22 и реле 22 времени) .

Включенное состояние карманных весов индицируется посредством появления светового обозначения на циф- 55 ровом электрическом табло 23.

Для производства. взвешивания карманные весы в раскрытом состоянии отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний верхней сопряженной пьезокварцевой пластины, отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний нижней сопряженной пьезокварцевой пластины, коэффициент деформационно-частотной чувствительности сопряженной пьезоква1.цевой пластины, 1118869 начальное значение частоты пьезоэлектрических колебаний сопряженной пьезокварцевой пластины, 5

1) — диаметр (или усредненный поперечник) сопряженной пьезокварцевой пластины, h — толщина сопряженной пьезокварцевой пластины, h — часть усилия, действующего на сопряженную пьезокварцевую пластину. 3лектрические сигналы с каждой

rrap»i сопряженных пьезокварцевых пластин 15 через соответствующие элементы И-НЕ 17 (работающие в автогенераторном режиме) подаются на первый сумматор 18, где происходит вычита- 2О ние частот указанных электрических сигналов, в результате чего на выходе первого сумматора 18 появляется сигнал удвоенной разности частот ве х т ни кн

С выходов первых сумматоров 18 электрические сигналы подаются на соответствующие входы второго сумматора 19, где происходит арифметическое зтт сложение удвоенных приростов частоты, в результате чего на выходе второго сумматора 19 появится электрический сигнал, являющийся результатом удвоенного суммарного отклонения всех

35 пар сопряженных пьезокварцевых пластин 15, возмущенных суммарным механическим напряжением от измеряемой массы

-2Й т(-2 Й" т(-2а )+ -2д1")+(-2 ттт" 1+ 4о

+1,-2hf ) =-2 ь|с„м

Таким образом, на выходе второго сумматора 19 появляется электрический сигнал, частота которого равна удвоенному суммарному значению частоты всех дифференциально включенных и распределенных по всей площади нагрузочных площадок 4 пьезокварцевых преобразователей (сопряженных пьезокварцевых пластин 15) — 2hfrrrz . -,p

С выхода второго сумматора 19 этот с игнал подаетс я на первый вход тран.тистортн го ключа т т, на втор и нхол

KoTopoI r подле Tcя зттектртт1тсский с нг— нал с фиксттрс ванным нериодом (например, равный 1 с) от реле 22 времени, открьтваютцит1 транзисторный ключ 20 на фиксироттанное время равное, наттример 1 с. В течение этого времени (1 с) частота суммарного электрического сигнала заполняет третий сумматор 21, с котрого считывается зафиксированная в нем информация (число импульсов) на цифровое электрическое табло 23, где индицируется в течение фиксированного времени, задаваемого от реле времени (например, в течение 1 с), величина массы взвешиваемого обт>екта.

Иа цифровом электрическом табло

23 показания индицируются непосредственно B единицах массы (килограммах), поскольку преобразование массы в ус«лие и усилия в электрический частотный сигнал имеет линейную (прямо пропорциональную) зависимость, а деформации плоских пружин происходит в пределах (гуковских) прямо пропорциональных деформаций и их жесткость существенно меньше жесткости сопряженных пьезокварцевых пластин 15.

Возможные отклонения центра Масс взвешиваемого (при измерении) не вносят погрешности, поскольку вектор усилия (F) воспринимается по всей плоскости нагрузочных плотцадок 4 весов одновременно всеми преобразователями и суммируются.

Предлагаемые карманные весы имеют небольшую стоимость и массу вследствие использования серийных интегральных микроэлементов и мини— атюрных пьезокварцевых деформационно-частотных преобразователей, выполненных из синтетического пьезоквар— ца, повышенную точность измерения массы иэ-за суммарного измерения усилия с помощью прецизионных дифференциальных сопряженных пьезокварцевых пластин (преобразователей), распределенных по площади нагрузочной плоскости (нагрузочных площадок).

Фиг. 8

Составитель В.Ииршов

Техред А.Кикемезей Корректор И.Максимишинец

Редактор Ю.Ковач

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7441/29 Тираж 609 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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