Устройство для взвешивания

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано для взвешивания малых масс. Устройство содержит грузоприемный и указательные узлы. Грузоприемный узел включает кулачок с закрепленной на его периферии гибкой связью, к которой крепится взвешиваемая масса, причем кулачок имеет форму окружности. Указательный узел также содержит кулачок, с закрепленным на его периферии посредством гибкой связи противовесом, при этом профиль кулачка имеет вид архимедовой спирали. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к приборостроительной промышленности и может быть использовано для взвешивания малых масс.

Известно весоизмерительное оборудование, принцип действия которого основан на автоматическом уравновешивании взвешиваемого груза, помещенного на платформу грузоприемного устройства, через рычажную систему промежуточного механизма, с которым связана указательная стрелка (Весоизмерительное оборудование: Справочник /Н.А.Лотков и др., 1989, 240 с.).

Общим их недостатком является невысокая точность при достаточно сложной конструкции.

Особенно высокие требования к точности измерений предъявляются к устройствам для взвешивания малых масс. Вследствие этого, указанные устройства конструктивно сложны, работа с ними требует высокой квалификации (патент RU 2227276, 7 G 01 G 5/02, опубл. RU БИПМ №11, 20.04.2004 г.).

Наиболее близкими к предлагаемому решению являются циферблатные весы с визуальным отсчетом (П.И.Вовченко, Ф.А.Пладис. Новая весоизмерительная техника. М., 1968). Однако указанные весы обладают невысокой точностью при взвешивании малых масс.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг.1 представлено устройство для взвешивания, общий вид; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - указательный узел при различных углах поворота кулачка и характеристика шкалы.

На основании 1 неподвижно закреплен кронштейн 2 со шкалой 3. В подшипниках кронштейна 2 установлены грузоприемный узел, состоящий из кулачка 4 и закрепленной на нем одним концом гибкой связью 5, к другому концу которой крепится взвешиваемая масса 6, а также указательный узел, включающий стрелку 7, кулачок 8 с противовесом 9 на конце гибкой связи 10, другой конец которой закреплен на профильной поверхности кулачка 8.

Гибкая связь 5 закреплена на кулачке 4 с возможностью разматывания при его повороте в одном направлении и наматывания при повороте в другом направлении.

Устройство для взвешивания работает следующим способом.

В процессе взвешивания кулачок 4 вместе с указательной стрелкой 7 под действием создаваемого массой 6 крутящего момента приходит во вращение и отклоняет жестко скрепленный с ним и находящийся на одной оси кулачок 8 с закрепленным на гибкой связи 10 противовесом 9.

При вращении кулачка 8 происходит накручивание гибкой связи 10 на его профильную поверхность, в результате чего увеличивается тормозной момент Мт., величина которого пропорциональна углу поворота α кулачка 8.

Процесс взвешивания заканчивается, когда крутящий момент Мизм., создаваемый взвешиваемой массой 6, уравновешивается тормозным моментом Мт., создаваемым противовесом 9. Примем, что толщины гибких связей 5 и 10 одинаковы и равны а.

Мизм.=Мт.=Рт.(r₀+а/2)cosα=Ризм.(R+а/2),

где Рт. - вес противовеса;

r₀ - кратчайшее расстояние от оси вращения 0 кулачка 8 до точки его соприкосновения с касательной вертикальной плоскостью;

α - угол поворота кулачка 8 вокруг оси 0;

R - радиус кулачка 4.

Из приведенного соотношения следует

Ризм.=Рт.(r+а/2)cosα/(R+а/2).

В указательном узле переменной величиной, влияющей на тормозной момент, является r, в грузоприемном переменной величиной, создающей крутящий момент - взвешиваемая масса 6.

Путем подбора величин r и R, а также, не в последнюю очередь, толщины гибкой связи, а можно добиться высокой, ограниченной только минимальной толщиной гибкой связи, точности измерений (степени приближения результатов к истинному значению измеряемой величины) и чувствительности устройства (отношение углового перемещения указательной стрелки к массе груза, вызвавшего это перемещение) (Весоизмерительное оборудование: Справочник/Н.А.Лотков и др., 1989, 240 с.: ил.).

Для того чтобы характеристика шкалы была линейной, профиль кулачка указательного узла должен иметь вид архимедовой спирали (Математический энциклопед. словарь /Гл. ред. Ю.В.Прохоров - М.: Сов. энциклопедия, 1988, с.847, ил.).

где r - траектория точки, движущейся с постоянной скоростью v по радиусу, вращающемуся с постоянной угловой скоростью w;

r₀ - кратчайшее расстояние от оси вращения кулачка до его наружной поверхности в точке крепления гибкой связи;

а - толщина гибкой связи;

ϕ - угол поворота радиуса архимедовой спирали.

При (r-а/2)=0 характеристика шкалы примет вид кривой 1 (фиг.3),

При (r-а/2)=0 характеристика шкалы примет вид кривой 11 (фиг.3).

Соотношение - делает шкалу устройства многооборотной. Устройства для взвешивания могут быть выполнены по-разному, когда:

- кулачки конструктивно соединены друг с другом;

- кулачки предварительно отбалансированы;

- кулачки выполнены из разных материалов;

- противовес указательного узла выполнен съемным;

- по меньшей мере, один кулачок выполнен съемным;

- гибкие связи грузоприемного и указательного узлов выполнены из разных материалов;

- гибкие связи грузоприемного и указательного узлов имеют разные толщины;

- по меньшей мере, одна гибкая связь выполнена съемной.

В заявленном техническом решении применение кулачков с гибкой связью как в грузоприемном, так и указательном узлах устройства для взвешивания является новым признаком, приводящим к повышению точности измерений прибора.

Новым также является применение различной толщины гибких связей для достижения высокой точности измерений.

Предлагаемое решение промышленно применимо и явным образом не следует из уровня техники.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленное техническое решение соответствует критериям патентоспособности изобретения.

1. Устройство для взвешивания, содержащее грузоприемный и указательный узлы, отличающееся тем, что в грузоприемный узел введен кулачок, имеющий форму окружности, с закрепленной на его периферии гибкой связью, к которой крепится взвешиваемая масса, а в указательный узел введен кулачок с закрепленным на его периферии посредством гибкой связи противовесом, при этом профиль кулачка имеет вид архимедовой спирали:

r=(r₀-a/2)+(v/ω)ϕ,

где r - траектория точки, движущейся с постоянной скоростью v пo радиусу, вращающемуся с постоянной угловой скоростью ω;

r₀ - кратчайшее расстояние от оси вращения кулачка до его наружной поверхности в точке крепления гибкой связи;

а - толщина гибкой связи;

ϕ - угол поворота радиуса архимедовой спирали.

2. Устройство для взвешивания по п.1, отличающееся тем, что v/ω=a/2π.

3. Устройство для взвешивания по п.1, отличающееся тем, что кулачки конструктивно соединены друг с другом.

4. Устройство для взвешивания по п.1, отличающееся тем, что кулачки предварительно отбалансированы.

5. Устройство для взвешивания по п.1, отличающееся тем, что кулачки выполнены из разных материалов.

6. Устройство для взвешивания по п.1, отличающееся тем, что противовес указательного узла выполнен съемным.

7. Устройство для взвешивания по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один кулачок выполнен съемным.

8. Устройство для взвешивания по п.1, отличающееся тем, что гибкие связи грузоприемного и указательного узлов выполнены из разных материалов.

9. Устройство для взвешивания по п.1, отличающееся тем, что гибкие связи грузоприемного и указательного узлов имеют разные толщины.

10. Устройство для взвешивания по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна гибкая связь выполнена съемной.