Весы

 

(72) Автор изобретения

М . Я, Романенко () (7!) Заявитель (54) BEСЫ

Изобретение относится к области веооизмерительной техники.

По основному авт.св. Ф 474б93 известны весы, используемые преимушественно для взвешивания двух тел, взаимосвязанных каким-либо технолоS гическим процессом 4.)

Они содержат укрепленную на осно.вании колонку, коромысла, основные и дополнительные чашки с дужками, 10 навешенными на дополнительные крючки серег. На дужках основных чашек выполнены ограничительные упоры (площадки) для дополнительных чашек, устройство для наложения гирь-колец и изолирую15 щие упоры. Левая основная чашка и изолирующий упор под ней выполнены в виде сосуда-испарителя, дополнительно снабженного, как и головка основного изолирукщего упора, контактами

20 электрического разъема, а дополнительная чаша — в виде бездонного коаксиального сосуда-держателя образцов материала с кольцом в верхней части, установленного внутри сосуда-испарителя с возможностью переме щения в нем по вертикали. Сосуд-дер» жатель образцов материала снабжен прижимным кольцом.

В известных весах можно опреде лить только влажностные характеристики материала и только в тех климатических условиях, в которых прибор находится, например в комнатных условиях. Специальных технических средств, реализующих многообразие всех других комбинаций климатических параметров, встречающихся в природе, в весах не предусмотрено. В них отсутствуют также и технические средства, обеспечивающие стабильность значений параметров влажного воздуха под опыт- . ным образцом. Нестабильность значений метеорологических параметров омывающей прибор среды проявляется даже для комнатного воздуха и они, воздействуя в комплексе, оказывают на тепло-и массоотдачу сосуда-испарителя

870958

55 такое влияние, что температура жидкости в нем, а следовательно, и испаряющаяся ее часть, и .значение давления водяным паров под образцом,колеблются в такт изменениям метеорологических показателей, приводя к увеличению погрешности измерений влажностных характеристик. Вместе с тем, естественные комбинации из метеоэлементов, сохраняющих свою стабильность в течение всего опыта, например. двух часов, обнаруживаются в действительности очень редко.

Это затрудняется воспроизведением опытов и делает почти невозможным осуществление условий дпя определения влажностных характеристик материала в соответствии с условиями его эксплуатации.

Кроме того, на данных весах одновременно с измерением массы паров жидкости, поглощенной опытным образцом и прошедшей через него, нельзя провести измерения параметров, определяющих такую важную физическую характеристику того же материала, как его теплопроводность, а именно, плотность теплового потока и разность температур на изопотенциальных поверхностях образца. Действительно, исток количества теплсфы, выделяемой электронагревателем сосуда-испарителя, осуществляется как через опытный образец, так и через боковую поверхность и днище сосудаиспарителя, Величины этих слагаемых теплопотери сосуда-испарителя, как правило, изменяются в соответствии с изменением климатических условий под и над образцами и физических свойств последних, так что являться константами прибора они не могут.

И поскольку контроль за их стабильностью в весах не предусмотрен, величину теплового потока, возбуждаемого в опытном образце влажностнотепловым полем, определить нельзя.

Вместе с этим в весах отсутствуют также и технические средства для измерения разности температур по сторонам опытного образца. Все это сужает функциональные возможности весов.

Осуществление на данных весах операций взвешивания сосуда-держателя с опытным образцом и сосудаиспарителя любым из известных способов приводит к заметному искажению влажностно-теплового потока и, 10

40 следовательно, кинетик сорбции, вла"опроницаемости и разности темп ратур по сторонам образца, поскольку указанные операции длительны во времени. Очевидно, чтобы уменьшить это влияние, необходимо ускорить процесс каждого взвешивания держателя и испарителя. Однако продолжительность взвешиваний данных устройств весов при получении искомых кинетик определяется только навыками оператора, поскольку в них осуще<.твление такой возможности с помощью технических средств не предусмотрено.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей весов.

Эта цель достигается тем, что предложенные весы расположены в микроклиматическом шкафу с дверью и со смотровым окном, и снабжены термостатом, выполненным в виде сосуда, коаксиального сосуду-испарителю а тонкой теплоизоляционной прослойкой между ними, с термочувствительными элементами, равномерно размещенными на поверхностях прослойки и соединенными с терморегулятором, дополнительными электронагревателем.. с терморегулятором, укрепленным под дном термостата, электроизолятором и держателем образцов с симметрично расположенными контактными пластинами, термочувствительными элементами и пружинящими электрическими разъемами с токоподводящнми проводами, расположенными соответственно на основаниях опытного образца, термостата и на головке изолирующего упора. Дверь микроклиматического шка фа снабжена шлюзом и манипуляторами, выполненными в виде коаксиальных труб

Противовесы держателя образцов и сосуда-испарителя с жидкостью и термос статом выполнены соответственно равными им по массе.

На чертеже схематически изображены весы.

Расположенные в микроклиматическом шкафу 1 с регулируемыми и поддерживаемыми на заданном уровне микроклиматическими параметрами (температурой, влажностью и скоростью движения воздуха над опытным образцом) весы содержат укрепленную на основании 2 ко.-. лонку 3, механизм для наложения гирьколец 4, управляемый с помощью маховичков 5 и манипуляторов 6, выполненных в виде коаксиальных труб, изолирующее устройство 7, управляемое ма8709

20

25 ховичком 8 и манипулятором 9, коромысло 10 с серьгами с двумя крючками

l1 на концах. На соответствующие крючки 11 например, на левом плече коромысла весов, надеты дужки 12 и

13 разной вь;соты, жестко скрепленные соответственно с плоскодонным термостатом 14 и бездонным сосудом-держателем 15 образца 16 с ограничивающим и уплотня щим кольцом на верхнем основании.

Манипуляторы 6 и 9 выведены наружу шкафа .I. через отверстия в стене со смотровым окном, представляющей собой двойную дверь и выполненной так, что при открывании двери 17 внутренняя дверь 18 может оставаться закрытой. Во внутренней двери предусмотрен шлюз 19, внполйенный, например, в виде отверстия с дверкой. Манипуляторы.6 и, 9 имеют возможность расцепляться с осями соответствующих устройств управления весов посредством их перемещения в направлении маховичков 5 и 8.

Сосуд-держатель 15 содержит термо= чувствительные элементы 20 например дифференциальную термопару), расположенные на поверхностях опытного образца 16, и выполненную в виде лепест- З0 ков 21, например, из посеребренного металла пару симметрично расположенных контактов 22 этих разъемов закреплена так же симметрично на бокОвой поверхности термостата 14. Контакты ss

21, 22 электрического разъема помечены, например, цветной краской и расположены со стороны смотрового окна.

Термост т 14, выполненный из ме талла>с большой теплопроводностью 40 в виде сосуда, по сути является охранным теплоизолятором для жестко закрепленного в нем коаксиального сосуда-испарителя 23. По всей наружной поверхности дна термостата 14 выполнено углубление, в котором равномерно размещен электроизолированный от корпуса термостата с помощью тои» кой электроизоляционной прокладки, например, проволочный электронагреватель 24 и электроизолятор 25 с симметрично расположенными электроконтактными пластинами 26, выполненный в виде диска, охватывающего всю поверхность углубления. Электроизолятор 25 и контактные пластины 26 могут быть изготовлены, например, из фольгированйого стеклотекстолита. с посеребренной фольгой. В центре дисИ

58 6 ка предусмотрено отверстие, с помощью которого он винтом 27 крепится к дну термостата 14 и обжимает электронагреватель 24. По периметру электроизолятора 25 и дна термостата 14 на некотором расстояния от их краев предусмотрены отверстия, сквозь которые пропущены токоподво дящие провода.

Сосуд-испаритель 23 по всей па верхности отделен от термостата 14 тонкой (порядка 1 мм) теплоизоляционной прослойкой 28, например воздушным зазором. На их обращенных друг к другу поверхностях равномерно раз" мещены термочувствительные элементы

29, например спаи дифференциальной термопары, электрически связанные (показано пунктирными линиями) с терморегуляторо + 30 посредством электрических разъемов, образованных контактными пластинами 26 и ответными пружинящими контактами 31 размещенными на головке основного изолирующего упора 32, выполненного, например из электроизоляционного материала в виде диска. Аналогично,осуществлена электрическая связь токоподводящих к контактам 22 проводов с отсчетным устройством 33, выполненным, например, на базе самописца ЭПП-09, электронагревателя 34 с терморегулятором 30, термочувствительного элемента 35 и электронагревателя 24 с терморегу..ятором 36 (показано пунктиром).

Сосуды 15 и 23 попарно коаксиальны могут совершать перемещения по вертикальной составляющей как в паре, так и отдельно друг в друге и наряду с основным своим назначением (грузовых чашек и изолирующих упоров) одновременно выполнять роль демпфера весов.

Электрические разъемы, образованные лепесгками 21, пластинами 26 и соответствующими пружинящими контактами 22 и 31 разъединяются при взвешиваниях, чем исключают влияние токо-. подводящих проводов на результаты взвешивания сосуда-держателя 15 и термостата 14 с сосудом-испарителем

23. При арретированных весах все они замкнуты. Коэффициент упругости пружин контактов 22 и 31 электрических разъемов подбирается таким, Чтобы, действуя вместе, они не .поднимали соответственно держатель 15 над испарителем 23 и термостат 14 над.

На дверях 17>18 против маховичка

8 нанесена риска-указатель, а по окружности самого маховичка 8 — три . риски, обозначающие соответственно: арретир, взвешивание держателя 15 с,образцом 16, и термостат 14 с его устройствами.

Аналогично на правое плечо коромысла весов (на черт.не показано) также на серьгу с двумя крючками с помощью дужек разной высоты навешены тары (противовесы) соответственно для сосуда-держателя 15 и термостата 14 с сосудом-испарителем 23, заполненным определенным объемом жидкости. Причем первая тара может быть выполнена в виде сосуда по масе равного сосуду-держателю 15 с термочувствительными элементами

20 и лепестками 21, а вторая тара40

7 8709 головкой основного изолирующего упора 32.

Электронагреватель 34 в сосудеиспарителе 23 утоплен в жидкость, например воду или водные растворы 5 солей, чем достигается различная влажность воздуха под опытным обраэцомв

Терморегулятор 30 выполнен по одной из известных схем. Он включает 10 в себя электросекундомер 37 для контроля времени работы электронагревателя 34. В электрическую цепь последнего включен измеритель электрической мощности 38, например ваттметр типа Д 566.

Терморегулятор 36 содержит устройство для автоматического поддержания на заданном уровне температуры стенок термостата 14, маховичок 39 задания которой выведен на лицевую панель корпуса. На той же панели установлена индикаторная лампа, сигнализирующая о выходе термостата на стационарный тепловой режим.

На основании 2 весов укреплен многоштырьковый электрический разъем

40, к которому подведены все токоподводящие провода от пружинящих контактов 31 (сплошными линиями со стрелками показана часть иэ ни с).

Ответная его часть электрически связана с соответствующими автоматическими устройствами, перечисленными выше. На рис.l пунктирными стрелками показано направление движения элект35 рических сигналов, а также электрическая сеть между соответствующими элементами.

58 S в виде сплошного металлического плоскодонного цилиндра. По своей массе он равен термостату 14 с его устройствами, включая сосуд-испаритель

23 и задействованную в нем массужидкости.

Весы работают следующим образом.

В статическом состоянии весы арретированы (указатель совмещен с первой риской маховичка 8). Двери 17, l8 шкафа 1 закрыты, манипуляторы

6 и 9 сцеплены с соответствующими ус"ройствами весов. Все гири-кольца

4 сняты с коромысла 10. Термостат

14 с устройствами и его тара покоятся на соответствующих изолирующих упорах 32. При этом своей массой устройства левого плеча коромысла 10 весов утапливают в гнезда пружинящие контакты 31, так что между ними и соответствующими пластинами 26 образуются замкнутые электрические контакты.

Сосуд-держатель 15 с образцом 16 своим ограничивающим кольцом опирается на верхнее основание сосудаиспарителя 23, которое является для него дополнительным изолирующим упором. Своей массой, посредством пары лепестков 21 он утапливает в гнезда пружинящ тю пару контактов 22, так что между ними образуются замкнутые электрические контакты. ! л

Это приводит к тому, что термочувствительные элементы 20 через лепестки 21, контакты 22, пластины

26, контакты 31 и электрический разьем 40 электрически связываются с отсчетным устройством 33, электронагреватель 24 и термочувствительные элементы 35, 29 и электронагреватель 34 с помощью пластин 26 контактов 31 и электрического разъема

40 присоединяются соответственно к терморегулячорам 36 и 30 с ваттметром 38., Это обеспечивает поддержания на заданном уровне температурного режима в сосуде-испарителе 23 и измерения разности температур по сторонам опытного образца 16.

Тара сосуда-испарителя 15 (на правом плече коромысла 10 весов) покоится на верхнем основании тары для термостата 14 с его устройствами, являющемся для нее также дополнительным изолирующим упором.

Дужки 13 незначительно приподняты над основаниями нижних крючков

8709

11, дужки 12 подняты над основаниями верхних крючков, а основания верхне с крючков относительно оснований серег опущены вниз.

Для взвешиваний на весах необхо- 5 димы пипетка, пинцет, ручной секундомер, жидкости, опытные образцы, непроницаемая для .влаги крышка для испарителя 23, выполненная в виде диска с плоскопараллельными поверх- 30 ностями, и разновесная дробь.

Взвешивание на весах осуществляloT следующим образом. Задав значения параметров воздуха в микроклиматическом шкафу посредством соот- 15 ветствующих стандартных его устройств, включают последние в электрическую сеть. Перемещением на себя маховичков 5 и 8 расцепляют манипуляторы

6 и 9 с осями соответствующих устройств весов и изымают их из .дверей

17,18. Открывают дверь 17, сцепляют манипуляторы 6 и 9 с осями соответствующих устройств весов, используя шлюз 19, снимают с соответст- г вующих крючков зсе грузы и их тары.

Держатель 15 с заправленным опытным образцом 16 и равномерно расположенными íà его поверхностях термочувствительньпи элементами 20,вместе с его противовесом навешивают на соответствукицие крючки ll. Добавлением» отбавлением из противовеса грузов, например дроби, уравновешивают весы.

Затем через шлюз 19 держатель 15 вмес-, Зэ те с его тарой снимают с крючков l l и оставляют. их на основании 2 °

Устанавливают на основные изолирующие упоры 32 окрашенными контактом

22 в сторону смотрового окна-дверей 40

17,18 термостат 14 с его устройствами с жидкостью, налитой в испаритель 23 до определенной метки, и его тару, С помощью маховичков 5 опускают на правое плечо коромысла 10 все гирикольца 4. Закрывают испаритель 23 непроницаемой для влаги крьпцкой.

Удаляют манипуляторы 6 и 10. Дверь

17 шкафа 1 закрывают. Маховичком

29 терморегулятора 36, воздействующего на нагревательный элемент 24, устанавливают требуемую температуру термостата. Ус грой ства 30, 33, 36 весов включают в электрическую сеть.

При этом на корпусе терморегулятора

36 загорается электрическая лампочка. По мере нагрева термостата 14 свет лампочки тускнеет, и при его выходе на стационарный тепловой ре58 10 жим лампочка гаснет. При охлаждении термостата 14 лампочка снова загорается сигнализируя о там, что rra электронагреватнль 14 снова подано напряжение и т.д. Через некоторое время после прогрева термостата 14 происходит температурный разбаланс между поверхностями термостата 14 и исйарителя 23 ° Между термочувствительными элементами 29 возникает электрический сигнал, например термоЭДС который поступает на вход терморегчлятора

30. Здесь он усиливается усилителем мощности и подается на исполнительный элемент, например электромагнитное реле или тиристор,посредством которого электрический ток через ваттметр 38, электрический разъем 40, контакты

31 и пластины 26 подается на электронагреватель 34 и на электросекундомер 37. О таком состоянии терморегулятора l сигнализирует индикаторная лампочка. При равенстве нулю сигнала на входе терморегулятора 30, что соответствует равенству температур между поверхностями термостата 14 и испарителя 23, его исполненный элемент отключает нагревательный элемент 34 и электросекундомер 37 от электрической сети.

Использование терморегулятора 30 для поддержания температуры испарителя на заданном маховичком 39 терморегулятора 36 уровне обусловлено предотвращением утечки теплоты из испа- . рителя 23 через его боковую поверх- ность и днище. Терморегулятор 30 обладает высокой чувствительностью к изменению температуры, так что при ничтожно малой разности температур он срабатывает, приводя эту разность к нуrrro °

По достижении стационарного теплового режима работы термостатом 14, о чем свидетельствуют равномерные возгорания-погасания индикаторной лампочки, открывают дверь 17 шкафа

Используя шлюз 19, снимают с испарителя 23 крьппку. Сцепляют манипулятор

9 с изолирующим устройством весов, совмещают указатель с третьей риской маховичка 8, уравновешивают термостат 14 и испаритель 23 с жидкостью с тарой посредством добавления-отбавления с помощью пипетки жидкости из испарителя 23. По достижении равновесия поворотом маховичка 8 весы арретируют.

870958

Формула изобретения

Так же, пользуясь шлюзом 19, быстро и аккуратно на соответствующие крючки серег 11 подвешивают (окрашенным лепестком 21 в сторону смотрового окна-дверей 17,18) держатель

15 с образцом 16 и их тару. Включают ручной секундомер, закрывают шлюз, извлекают манипулятор 9, закрывают дверь 17 шкафа 1, манипуляторы 6 и 9 сцепляют с осями устройства для наложения гирь-колец 4. Все гири-кольца снимают с коромысла 10 весов

Поворачивают маховичок 8 до второй риски, уравновешивают держатель

15 с образцом 16 посредством наложения с помощью маховичков 5, гирьколец 4 на коромысло 1О весов. Сумма достоинств наложенных на серьгу гирь-колец 4 равна массе паров жидкости, поглощенной к данному времени опытным образцом.

Снова опускают. на серьгу с помощью маховичков 5 все гири-кольца

4, совмещая с указатепем третью риску маховичка 8, уравновешивают весы посредством снимания гирь-колец

4 с коромысла 10 весов. Масса паров жидкости, прошедшей через образец

16 равна сумме достоинатв гирь-колец 4, снятых с коромысла 10. Иассовые расходы жидкости, проходящей через опытный образец, не велики (порядка l г).

Весы снова арретируют, снимают с коромысла 10 все гири-кольца 4 за исключением тех, которые были навешены на серьгу при предыдущем определении массы паров жидкости, поглощенных образцом 16, Последовательно повторяя все вьппе . перечисленные операции через некоторые промежутки времени получают кинетики сорбции паров жидкости образцом

16 и их проницаемости через образец в заданных климатических условиях .под и над опытным образцом. Так как давления паров жидкости под и над опытным образцом <6 известны, то по известной формуле можно определить коэффициент влагопроводности.

В промежутках между взвешиваниями держателя 15 и испарителя 23 с термостатом ° )4 отсчетное устройство 33 залишет изменение разности температур на нзопотенциальных поверхностях опытного образца 16.

Поскольку известны значения теплового потока, проходящего через опытный образец 16 поверхности и толФ щины, а также разности температур между его поверхностями, используя известную формулу, можно рассчитать и коэффициент теплопроводности исследуемого материала для данного влажностно-теплового процесса.

1. Весы по авт.св. Ф 474693, о тл и ч а ю щ и е с я т м, что, с целью расширения функциональных возможностей, они расположены в микроклиматическом шкафу с дверью и со смотровым окном и снабжены термостатом, выполненным в виде сосуда, коаксиального сосуду-испарнтелю с тонкой теплоизоляционной прослойкой между ними, с термочувствительными элемента" ми, равномерно размещенными на поверхностях проспойки и соединенными с терморегулятором, дополнительными электронагревателем с терморегулято-. ром, укрепленным под дном термостата, l электроизолятором и держателем образцов с сиьп етрично расположенными кон«.тактными пластинами,термочувствительными элементамии пружинящими электрическими разъемами с токоподводящнми проводами, расположенными соответственно на основаниях опытного образца, термостата и на головке изолирующего упора.

2. Весы по п.l, о т л и ч а ю — щ и е с я тем, что дверь микроклиматического шкафа снабжена шлюзом и манипуляторами, выполненными в виде коаксиальных труб.

3. Весы по п.l, о т л и ч а ю— щ и е с я тем, что прбтивовесы держателя образцов и сосуда-испарителя с жидкостью и термостатом выполнены соответственно равными им по массв.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 474693, кл. G Ol G 1/22, 1976 (прототип).

870958

Заказ 8418/11 -Тираж 705

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал IIIIII "Патент г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель М. Орлова

Редактов Л. Утехина Техвел А. Ач Корректор Г. Решетник