Устройство для измерения массы

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ, содержащее корпус, на котором посредством упругих элементов на несущей опоре подвешена грузоприемная платформа, и частотный датчик силы, подключенный через транзисторный возбудитель к электронному счетчику, соединенному с цифровым индикатором, отличающееся тем,что; с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения компенсации веса тары, в нем частотный датчик силы выполнен в виде пьезокварцевого элемента, снабженного ступенчатым электродом, закрепленным на одной из его главных граней, и плоского электрода, расположенного с эа зором у другой главной грани пьезокварцевого элемента и закрепленного с возможностью перемещения на несущей опоре, причем плоский электрод подключен к транзисторному возбудителю .

СОЮЗ СО9ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН аю (и) 4(51) G 01 G 3/16

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР

00 М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AB ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3643503/24-10 (22) 03.08,83 (46) 30.01 85, Бюл. У 4 (723 Е.H.Íoâèêîâ (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (53) 681.269(088.8) (56) I Заявка Великобритании

Ф 1381355 кл. G 01 С 23/16, опублик.

1975.

2. Карпин Е.Б. Средства автоматизации для измерения и доэирования массы. М., "Машиностроение", 1971, с. 61-63 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МАССЫ, содержащее корпус, на котором поспедством упругих элементов на несущей опоре подвешена грузоприемная платформа, и частотный датчик силы, подключенный через транзисторный возбудитель к электронному счетчику, соединенному с цифровым индикатором, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения компенсации веса -тары, в нем частотный датчик силы выполнен в виде пьезокварцевого элемента, снабженного ступенчатым электродом, закрепленным на одной из его главных граней, и плоского электрода, расположенного с зазором у другой главной грани пьезокварцевого элемента и закрепленного с возможностью перемещения на несущей опоре, причем плоский электрод подключен к транзисторному возбудителю.

1137323

Изобретение относится к весоизме- рительной технике, в частности к весам, в которых используются пьезокварцевые чувствительные элементы.

Известно устройство для измерения массы с компенсацией тарной нагрузки., содержащее корпус,. в котором размещены пружинный механизм, кинематически связанный с нагрузочной платформой, датчик силы с аналоговым 10 преобразователем тарной нагрузки, датчик суммарной нагрузки с аналоговым преобразователем, блок вычитания тарной нагрузки, счетчик и цифровое отсчетное устройство 1) .

Недостатками известного устройства являются сравнительно высокая погрешность измерения, большая масса, значительная стоимость, невысо кая надежность и малый ресурс рабо- 20 ты, обусловленные применением двух каналов измерения (канала измерения тарной нагрузки и канала измерения суммарной массы), блока вычитания тарной нагрузки, имеющих существенные погрешности, значительную массу и высокую стоимость.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения массы, содержащее корпус, на котором посредством упругих элементов на не30 сущей опоре подвешена грузоприемная платформа, и частотный датчик силы, подключенный через транзисторный возбудитель к электронному счетчику, соединенному с цифровым индикатором (2), Недостаток данного устройства заключается в том, что в нем не обеспечена возможность достаточно простой компенсации веса тары.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей устройства sa счет обеспечения компенсации веса тары.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения массы, содержащем корпус, на котором посредством упругих элементов на несущей опоре подвешена грузоприемная плат- 50 форма, и частотный датчик силы, подключенный через транзисторный возбудитель к электронному счетчику, соединенному с цифровым индикатором, частотный датчик силы выполнен в ви- 55 де пьезокварцевого элемента, снабженного ступенчатым электродом, закрепленным на одной из его главных граней, и плоского электрода, расположенного с зазором у другой главной грани пьеэокварцевого элемента и закрепленного с возможностью перемещения на несущей опоре, причем плоский электрод подключен к транзисторному возбудителю.

На чертеже показана функциональная схема устройства.

Устройство содержит корпус 1, к которому консольно закреплены упру- гие элементы 2, скрепленные несущей опорой 3, жестко связанной с грузоприемной платформой 4 и подпятником 5, датчик силы, включающий пьезокварцевый элемент 6, установленный на корпусе 1, ступенчатый электрод 7, укрепленный на первой главной грани 8 пьезокварцевого элемента 6, вторую главную грань 9, у которой с зазором

10 установлен перемещаемый плоский электрод 11, имеющий возможность перемещения и фиксации установленного положения с помощью микроперемещателя-фиксатора 12 вдоль направляющей

13, выполненной на несущей опоре 3.

Ступенчатый электрод 7 и перемещаемый плоский электрод. 11 подключены к входам транзисторного возбудителя 14, выход которого подсоединен к входу электронного счетчика 15, выход которого подключен к входу цифрового индикатора 16.Транзисторный возбубитель 14, электронный счетчик 15 и цифровой индикатор 16 установлены на к.орпусе

У нижней части несущей опоры 3 (у подпятника 5) установлен с зазором ограничитель 17, скрепленный с корпусом 1. В подпятнике 5 и ограничителе 17 вмонтированы контакты 18, образующие контактную пару, подключенную к реле перегрузки 19, контакты которого подсоединены к цепи ин/. дикатора перегрузки 20. 00 — ось нагружения.

Устройство работает следующим об- разом.

Работа устройства для измерения массы основана на прямом и обратном пьезоэлектрических эффектах, массоэффекте и эффекте перемещения локализованной зоны пьезоэлектрических колебаний.

Перед работой от источника тока (не показан) подают электропитание на токопотребляющие элементы: транзисторный возбудитель 14, электронL4 ы — 1

1 1 л

35 тек. ! тек где fweK — текущее значение частоты пьезоэлектрических колебаний;

4т е — текущее значение присоеди50 ненной массы электрода 7

Частота электрического сигнала, инднцируемого на цифровом индикаторе 16, включает частоту ненагруженного пьезокварп вого элемента 6 и

55 1прирост частоты.

Для исключения нежелательной индикации постоянного значения частоты значения параметров пьеэокварцевого с исл з 11373 ный счетчик 15, цифровой индикатор

16, реле перегрузки 19 и индикатор перегрузки 20.

Транзисторный возбудитель 14 генерирует на ступенчатом электроде 7 и плоском электроде 11 переменное напряжение. Электрическое поле, созданное между ступенчатым электродом 7 и перемещаемым нлоским электродом 11, возбуждает и подэлектрод- !0 ной зоне пьезокварцевого элемента 6 пьезоэлектрические колебания, частота которых определяется массой пьезоэлектрика подэлектродной зоны и массой части электрода 7 локализованной зоны пьезоэлектрических колебаний

1 где f .— частота пьезоэлектрических

P колебаний локализованной зоны (подэлектродной зоны) пьезоэлектрика (без электродов, нагружающнх колебатель-25 ную зону);

gf — прирост частоты, обусловленный нагружением массой части электрода, находящегося над локализованной зоной 30 (подэлектродной зоной);

Ил — масса пьеэоэлектрика в лол) кализованной зоне; ш — масса части электрода, нагружающая локализованную (колеблющуюся) зону.

С помощью микроперемещателя-фиксатора 12 устанавливают и фиксируют перемещаемый плоский электрод !1 в среднем положении таким образом, 40 чтобы проекция его площади совместилась с площадью средней ступени ступенчатого электрода 7. Это исходное

1положеиие,которое учитывает перемещение грузоприемной платформы 4 и несущей опоры 3 под действием их массы.

Частота пьезоэлектрических колебаний в исходном положении равна суммарной частоте ненагруженного пьезокварцевого элемента 6 и прирос" ту частоты от нагружения массой средней ступени ступенчатого электрода 7

23 4 где f — частота пьезоэлектрических

NcK колебаний пьезокварцевого резонатора в исходном положении;

4f

К вЂ” постоянный коэффициент.

При колебании возбужденной подэлектродной зоны нагрузка массой Вос» принимается только той частью электрода, которая находится непосредственно в этой зоне.

Электрический сигнал с указанной. исходной частотой определяет частоту колебаний транзисторного возбудителя 14, подсчитывается электронным счетчиком 15 и регистрируетея на шифровом индикаторе 16.

При перемещении груза на грузоприемную платформу 4 создается дополнительное усилие Р, которое смещает вниз несущую опору 3 с электродом 11, который занимает новое положение, отклоняясь на длину прямо пропорциональную приложенной нагрузке P (масса груза).

Отклонение полокения плоского электрода 11 перемещает возбужденную (подэлектродную) зону пьезоэлектрических колебаний в новое положение, в котором суммарная, масса уменьшается (часть массы электрода 7 средней ступени и часть массы нижней ступени этого электрода).

Частота пьезоэлектрических колебаний увеличивается прямо пропорционально уменьшению массы части электрода 7 и масса груза определяется новым значением частоты, 11373

Составитель В .Ширшов

Редактор А.Ревин Техред А.Бабинец Корректор А.Обручар

Заказ 105 1 1/29 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 элемента 6 и массу средней ступени ступенчатого электрода 7 выбирают таким образом, чтобы исходное значение частоты было равно точному значению частоты, имеющей один десятичный 5 знак с последующими нулями (например, 1000000 Гц), тогда- прирост частоты (обычно до 10000 Гц) будет индицироваться вместо указанных нулей.

Исключить начальное (постоянное) значение частоты можно также обычным методом с использованием эталонного кварцевого генератора и вычитателя.

После окончания измерения груз снимается с грузоприеиной платформы

4, а частота электрического сигнала, индицируемая на цифровом индикаторе

16, возвращается к прежнему значению.

В процессе эксплуатации устройства может быть изменена величина тарной нагрузки в сторону уменьшения или увеличения, При уменьшении тарной нагрузки несущая опора 3, грузоприемная плат-. форма 4 и перемещаемый плоский элект- род 11 поднимутся вверх, при этом нагрузка колеблющейся (подэлектрон23 б ной) зоны увеличится (т. е. возрастет суммарная масса нагружающего электрода), а частота пьезоэлектрических

Ф э колебаний уменыпится прямо пропорционально действующему значению массы..

Для компенсации измененной тарной нагруэкц перемещаемый плоский электрод 11 освобождают от фиксации с помощью микроперемещателя-фиксатора 12 и перемещают его в положение, при котором значение чаетоты пьезоэлектрических колебаний будет равно исходному значению f „ . В этом положении перемещаемый плоский электрод 11 фиксируется.

При отклонении тарной нагрузки в сторону утяжеления укаэанную операцию проводят аналогичным образом.

Благодаря применению в предлагаемом устройстве пьезокварцевых элементов, имеющих высокую добротность, стабильность параметров, исключения механических связей датчика силы и упругих элементов, примвнению массоэффекта обеспечивается компенсация тарной нагрузки и снижение погрешности измерения.