Устройство для измерения массы

/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс(56) 1. Агейкин Д,И. и др. Датчики контроля и регулирования. М., "Машиностроение", 1965, с, 319-320.2. Регистрирующая аппаратура для виброчастотных датчиков, М , НТИприборостроения, 1967, ч. 1, с. 1- 30 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯМАССЫ, содержащее упругое тело с перемычкой, на котором размещена грузоприемная платформа, и транзисторный возбудитель, подключенный к .счетчику импульсов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения его точности за счет увеличениячувствительности упругого тела к де.формации, упругое тело с перемычкойвыполнено в виде силочувствительного пьезокварцевого элемента.Изобретение относится к несоизмерительной технике и может быть использовано для прецизионного измерения массы.Известно устройство для измерения массы, содержащее кольцеобразный 5упругий элемент, выполненный с перемычкой, электромагниты, усилитель ирегистрирующую аппаратуру ( 1 3.Недостатками этого устройства являются значительные масса и стон Омость за счет применения электромагнитов и усилителей,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для измерения массы, содержащее упругое тело с перемычкой,на котором размещена груэоприемнаяплатформа, и транзисторный возбудитель, подключенный к счетчику импульсов 2 3Недостатки известного устройствазаключаются в неудовлетворительнойточности из-за низкой чувствительности упругого элемента к деформации, низкой добротности ниброчастотного резонансного чувствительногоэлемента и значительного температурно-частотного коэффициента,Цель изобретения - повышение точности за счет увеличения чувстнительности упругого тела к деформации, ЗОПоставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для измерениямассы, содержащем упругое тело с перемычкой, на котором размещена грузоприемная платформа, и транзисторный возбудитель, подключенный к счетчику импульсов, упругое тело с перемычкой выполнено в ниде силочувствительного пьезокнарцевого зле)лента,На чертеже показана Схема устройства.На основании 1 установлено упру-,гое тело 2, выполненное н виде силочувствительного пьезокварцевого элемента с нулевым температурно-частотным коэффициентом. В теле 2 имеются полости 3 и перемычка 4, нсредней части которой находится ло"кализованная эона 5 пьезоэлектрических колебаний, с обеих сторон которой размещены металлические электроды б, определяющие (н основном)размеры локализованной зоны 5 пьезоэлектрических колебаний,Металлические электроды б подключены к входам транзисторного возбудителя 7, ныход которого подключен к электронному счетчику 8, Осьчувствительности упругого тела 2обозначена 00.На упругом теле 2 укреплена на Огруэочная платформа 9.Работа устройства основана напрямом и обратном пьезоэлектрическом и силочастотном эффектах эфФекте локализации энергии пьезо электрических колебаний в ограниченной зоне пьезоэлемента и эффекте трансформации механического усилия.Для приведения устройства в рабочее положение от источника тока ( не показан) подается электропитание на транзисторный возбудитель 7 и электронный счетчик 8.Измерительный. груз ( не показан) помещается на нагруэочную платформу 9, которая в силу второго закона Ньютона создает усилие Г, направленное ндоль местной вертикали БМ.где щ - масса груза;К - вектор гравитационного ускорения.Усилие Г, изменяющееся прямо пропорционально от измеряемой массы ш, прикладывается к упругому телу 2, в котором возникает механическое напряжение, создающее н перемычке 4 трансформируемое усилие Г , приложенное к двум противоположным концам. Результирующее усилие в перемычке определяется следующей зависимостьюр тр ре 3тр р к 1 р п я 1где ГГ , - трансфсрмируемое резуль,тирующее усилие, действующее на перемычку;К - коэффициент трансфОрматрции усилия.Трансформируемое усилие Р р изменяется прямо пропорциональйо отдействующего усилия У.В перемычке 4 неличина трансформируемого усилия устананливается исходя из требований прочности и необходимой чувствительности.Воэможность трансформации действующего усилия на силопреобразонательный элемент - перемычку 4 - обеспечивает возможность получения оп-,тимальных Услоний преобразования( необходимый запас прочности примаксимальной чувствительности) независимо от величины нагрузки Г, которая воспринимается упругим телом 2, параметрами которого обеспечинают возможность использования ншироком диапазоне нагрузок,В силу действия силочастотного эФфекта в перемычке 4 от усилия Р , частота пьезоэлектрических колебаний уменьшается прямо пропорционально от величины действующего усилия:2 Р ту,)аСЦ в 01где аГ - отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний;сч - силочастотный коэффициент;при выбранных параметрах упругого тела 2, ном широты местоположени еремычки 4,а гармоники иустройства Составитель В.ШиршовТехреЫТ.дубинчак, Корректор О,Тиго Ыактор Е. Пап аказ 7183/2 Тираж б 09 Государственного кделам изобретений иосква, Ж, Раушск Подписное тета СССР крытий наб., ы. 4/5 ВНИИП по 13035, Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная оначальное значение частоты пьезоэлектрических колебаний в локализованнойзоне 5;п - номер гармоники;Э - геометрические параметрыперелючки 4 поперечноесечение).Иэ уравнения видно, что прирост частоты пьезоэлектрических колебаний в локализованной зоне 5 изменяется прямо пропорционально от величины массы измеряемого груза, т.е.(ст которого зависит величина гравитационного ускорения .Таким образом, прирост частотыпьезоэлектрических колебаний в локализованной зоне 5 изменяется пря 5 мо пропорционально массе измеряемого груза. электрический сигнал счастотой д 1 от локализованной зоны 5 через транзисторный возбудитель 7 подается на электронный счет 10 чик 8, на индикаторе которого показания прироста частоты соответствуют величине измеряемой массы измеряемого груза.После снятия груза значение частоты пьезоэлектрических колебанийлокализованной зоны 5 возвращаетсяк начальному значению ГБлагоыаря предлагаемой конструкции пьезокварцевого уйругого тела,имеющего полости 3 и перемычку 4,обеспечивается воэможность выбратьоптимальные параметры укаэанных элеГментов независимо друг от друга илокализовать зону, чувствительнуюк действию усилия, обеспечив таким25образом повышение точности измерения массы груза,