Способ измерения массы

 

Использование: измерение массы штучных изделий, дозирование сыпучих материалов, в том числе в условиях низкой гравитации. Сущность изобретения: при измерении массы путем использования двух упруго связанных между собой масс воздействуют периодической вынуждающей силой на вторую массу и измеряют амплитуду возникающих при этом вынужденных колебаний первой массы, по величине которой определяют величину первой массы, при этом дополнительно и в противофазе воздействуют вынуждающей силой на первую массу, дополнительно измеряют амплитуду колебаний второй массы и стабилизируют ее путем воздействия на величину вынуждающей силы. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения массы штучных изделий при их разбраковке, сыпучих материалов при их дозировании, в том числе и в условиях низкой гравитации, например в космосе.

Известен способ определения массы с помощью двухмассной системы, основанной на изменении жесткости упругого элемента для получения минимальной амплитуды вынужденных колебаний промежуточной массы и определения массы по величине этой жесткости [1] Наиболее близким по технической сущности является способ определения массы путем использования двух упруго связанных между собой масс, первая из которых является измеряемой, а вторая промежуточной, включающей воздействие периодической вынуждающей силой на вторую массу и измерение амплитуды возникающих при этом вынужденных колебаний первой массы, по величине которой определяют величину первой массы [2] Известный способ не обеспечивает достаточную чувствительность измерения массы.

Изобретение позволяет повысить чувствительность при измерении массы штучных изделий, при дозировании сыпучих материалов, в том числе и в условиях низкой гравитации.

Указанный выше технический результат достигается в способе измерения массы путем использования двух упруго связанных между собой масс, первая из которых является измеряемой, а вторая промежуточной, включающем воздействие периодической вынуждающей силой на вторую массу и измерение амплитуды возникающих при этом вынужденных колебаний первой массы, по величине которой определяют величину первой массы, при этом вынуждающей силой дополнительно и в противофазе воздействуют на первую массу, дополнительно измеряют амплитуду колебаний второй массы и стабилизируют ее путем воздействия на величину вынуждающей силы.

Способ реализуется устройством, показанным на чертеже.

Устройство для осуществления способа содержит двухмассную колебательную систему, включающую измеряемую массу в виде совокупности базовой массы 1 и массы 2 штучного изделия или некоторого количества сыпучего материала, промежуточную массу 3, упругие элементы 4 и 5, электромагнитный вибровозбудитель, содержащий закрепленный на промежуточной массе 3 статор 6 с обмоткой 7 и закрепленный на базовой массе 1 якорь 8, датчик 9 виброперемещений, закрепленный на базовой массе 1, датчик 10 виброперемещений, закрепленный на промежуточной массе 3, первый преобразователь 11 "амплитуда - напряжение", второй преобразователь 12 "амплитуда напряжение", задатчик 13 амплитуды виброперемещений промежуточной массы 3, регулятор 14, усилитель 15 мощности, источник 16 переменного напряжения, например сеть переменного тока.

Способ осуществляют следующим образом.

Переменное напряжение с источника 16 через усилитель 15 мощности поступает на обмотку 7 электромагнитного вибровозбудителя. Возникают вынужденные колебания как базовой массы 1 с массой 2, так и промежуточной массы 3, которые удовлетворяют соотношению: где m₁ суммарная /измеряемая/ масса базовой массы 1 и массы 2; x₁ виброперемещения массы m₁; m₂ масса промежуточной массы 3; x₂ виброперемещения массы m₂; Из /2/ следует, что виброперемещения
а следовательно:

где X_1a, X_2a соответственно амплитуды виброперемещений X₁ и X₂.

Непосредственное определение массы m₁ по величине X_1a не представляется возможным, поскольку при изменении массы m₁ изменяется не только величина X_1a, но и величина X_2a.

Использование соотношения /4/ для измерения массы m₁ возможно лишь при независимости величины X_2a от m₁, что эквивалентно стабилизации величины X_2a.

Для стабилизации амплитуды X_2a виброперемещений промежуточной массы 3 измеряют амплитуду колебаний этой массы при помощи датчика 10 виброперемещений, формируют сигнал, пропорциональный амплитуде X_2a колебаний промежуточной массы 3 при помощи второго преобразователя 12 "амплитуда-напряжение", сравнивают полученный сигнал с сигналом задания, формируемым задатчиком 13 амплитуды виброперемещений промежуточной массы 3, по результатам сравнения регулятором 14 вырабатывают сигнал управления усилителем 15 мощности, который изменяет приток энергии от источника 16 переменного напряжения к обмотке 7 электромагнитного вибровозбудителя так, чтобы амплитуда X_2a колебаний промежуточной массы 3 поддерживалась постоянной.

При постоянстве амплитуды X_2a и массы m₂ из соотношения [4] следует, что амплитуда колебаний X_1a и масса m₁ связаны однозначным соотношением:

где K=m₂X_2a,
позволяющим по величине X_1a определять величину m₁.

Сигнал, пропорциональный X_1a, формируется первым преобразователем 11 "амплитуда-напряжение" по сигналу от датчика 9 виброперемещений. Полученный на выходе первого преобразователя 11 сигнал может использоваться для визуальной индикации, для построения систем автоматического управления, например систем дозирования и т.д.

Формула изобретения

Способ измерения массы путем использования двух упруго связанных между собой масс, первая из которых является измеряемой, а вторая промежуточной, включающий воздействие периодической вынуждающей силой на вторую массу и измерение амплитуды возникающих при этом вынужденных колебаний первой массы, по величине которой определяют величину первой массы, отличающийся тем, что вынуждающей силой дополнительно и в противофазе воздействуют на первую массу, дополнительно измеряют амплитуду колебаний второй массы и стабилизируют ее путем воздействия на величину вынуждающей силы.

РИСУНКИ

Рисунок 1