Устройство для измерения массы

ОЮЗ СОВЕТСНИХ 51) 001 0 16 БРЕТЕНИЯ 3 ельский и кониспытательныхств измереР 3799281,кл. 0 01 О 3/14, опублик. 1975.2Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 3585273,кл. 0 01 0 3/16приоритет 28.04.83 (прототип).54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯМАССЫ, содержащее корпус, в которомразмещена грузоприемная платборма,опирающаяся через шарнирный упор надатчик массы, выполненный в виде ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ИСАНИЕ ИЗО ТОРСИОМЪ( СВИДЕТЕЛ(72) Е,И.Новиков (71) Научно-исследовструкторский институмашин, приборов и ср ния масс (53) 681.269 (088.8) (56) 1. Патент СНА пьезокварцевой балки с закрепленнымина корпусе расщепленными концами свозбуждающими электродами, подключенными к транзисторным автогенераторам, выходы которых соединены свходами суммирующего счетчика, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения надежности эа счетуменьшения вероятности отказа иэ-заотсутствия питания, в него введеныусилители зарядов и размещенный между грузоприемной платформой и шарнирным упором пакет пьеэокерамическихпластин, на которых установленытокосъемные.электроды, соединенные свходами усилителей зарядов выходыкоторых подключены к входам питаниятранзисторных автогенераторов и суммирующего счетчика.Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано как многоцелевое массоизмерительное устройство для прецизионного взвешивания различных предметов.Известно весоизмерительное устройство, содержащее корпус, в которомразмещена весоприемная платформа кинематически связанная с датчикоммассы, подключенным.к источнику токаи индикатор 13 . 10Недостатками устройства являютсязначительная масса, сравнительно невысокая точность и малый ресурс работы, обусловленные применением тензорезисторных силоизмерительних датчиков с аналого-цифровыми преобразователями, электромагнитными компенсаторами и силовым блоком, которые имеют невысокую точность, значительные массу и габариты, малый ;щресурс работы и высокую стоимость.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для измерениямассы, содержащее корпус, в которомразмещена грузоприемная платформа,опирающаяся через шарнирный упор надатчик массы, выполненный в видепьезокварцевой балки с закренленны;ми на корпусе расщепленными концамис возбуждающими электродами, подклю"ченными к транзисторным автогенераторам, выходи которых соединены свходами суммирующего счетчика 2Недостаток известного устройствазаключается в том, что при использовании встроенного источника питания ввиду ограниченного ресурсагоследнего, в целом снижается надежность уетройства,Цель изобретения - повышение надежности усъройства за счет уменьшения вероятности отказа из-за отсутствия питания.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для измерениямассы, содержащее корпус, в котором размещена,грузоприемная.платформа, опирающаяся через шарнирний упорна датчик массы, выполненный в видепьезокварцевой балки с закрепленнымина корпусе расщепленными концами свозбуждающими электродами, подключенными к транзисторным автогенераторам, выходы которых соединены с входами суммирующего счетчика" ,введеныусилители зарядов и размещенний между грузоприемной.платформой и шарнирным упором пакет пьезокерамических пластин, на которых установленытокосъемные электроды, соединенныес входами усилителей зарядов, виходыкоторых подключены к входам питания 60транзисторных автогенераторов и суммирующего счетчика.На фиг.1 показана функциональнаясхема устройства," на фиг.2 - принципиальная схема усилителя заряда. 65 На основании 1 установлен кор".пус 2, в котором размещена грузоприемная платформа 3 и пакет пьезокерамических пластин 4 с токосъемными электродами 5.Между корпусом 2 и грузоприемнойплатформой 3 размещены направляющие б, выполненные в виде шариковили уплотняющего кольца,Пакет пьезокерамических пластин 41установлен, на упорах 7 ( верхнем инижним), между которыми помещен шарик 8, служащий для механической развязки груэоприемной платформы 3 идатчика массы, выполненного в видерасщепленной пьезокварцевой балки 9,Нижний упор 7 установлен на средней (сплошной) части расщепленнойпьезокварцевой балки 9, имеющей концы-резонаторы 10, на которых нанесены токосъемные возбуждающие электроды 11, создающие в подэлектродныхзонах 12 локализованные зоны пьезоэлектрических колебаний.Внутри корпуса 2 размещены усилитель 13 заряда, включающий усилители 14 постоянного тока, имеющие высокий коэффициент усиления (более20000), конденсатор 15, пороговыйэлемент 16 и резистор 17, транзисторные автогенераторы 18, и суммирующий счетчик .19.Суммирующий счетчик 19 располагается таким образом, чтобы индикаторбыл доступен для визуального отсче- .та. Груз 20 размещается на платформе 3На фиг.1 обозначено ЙИ - направ 1ление местной вертикали, ОО - направление оси чувствительности дат,чика массы (расщепленная пьезокварцевая балка).Работа устройства для измерениямассы основана на прямом и обратномпьезоэлектрических эффектах и силочастотном эффекте.При отсутствии груза 20 устройствоне работает. При установке груза 20на весоприемную платформу 3 возникает усилие в результате действия второго закона НьютонаР =шц,где Р - усилие, кг;ш - масса груза; кг;к - ускорение гравитационного поля Земли,Усилие Р, прикладываемое к пьезокерамическим пластинам 4 в силу действия прямого пьезоэлектрического эффекта, вызывает в пьезокерамических пластинах 4 появление электрического поля, создающего на токоаеъмных электродах 5 электрическое напря" жение, подаваемое на входы усилителей 13 заряда, интегрирующих электрические заряды, тем самьм накапли1136025 аказ 10273/30 раж 703 подписи юат П фПате вая суммарный заряд, достаточный для питания транзисторных автогенераторов 18 и суммирующего счетчика 19,После достижения номинального уровня заряда, достаточного для пи; тания указанных электропотребляющих элементов, возбуждаются транзисторные автогенераторы 18, работающие на транзисторах с микропотреблением, и сУммирующий счетчик 19.Автогенераторы 18 возбуждают (,в силу действия Обратного пьезоэлектрического эФФекта) подэлектродные зоны концов-резонаторов 10, синхронизирующие частоты транзисторных авто- генераторов 18. 15В силу действия сило-частотного эФФекта усилие вызывает в верхних концах-резонаторах 10 механическое напряжение растяжения, а в нижних концах-резонаторах 10 сжатие, что приводит к уменьшению частоты пьезоэлектрических колебаний в верхних концах-резонаторах 10 и увеличению частоты пьезоэлектрических колебаний в нижних концах-резонатора 10гоВеРх 4 вер верхРГиГ, = КНинчЯс 30 где ьХ - изменение частоты колеВерхбаний в верхнем концерезонаторе;к - силочастотный коэФфициент, 35- частота пьезоэлектричесоких колебаний конца-резонатора без нагрузки,В - диаметр подэлектроннойвеохэоны верхнего конца-ре Оэонатора,коэФФициент, учитывающий,распределение механического усилия,ьг - изменение частоты колебананий в нижнем конце-резонаторей - диаметр подэлектроннойнИжзоны нижнего конца-резонатора,коэФФициент, учитывающийраспределение механического усилия. Электрические сигналы с верхнего конца-резонатора 10 и нижнего конца-резонатора 10 подаются на транзисторные генераторы 18, где пронзводится вычитание частот коле- баний Г -ВГ -(Г +ЬГ 1 = -2 ЬГо вер о вифгде "2 дГ - суммарное отклонение частоты верхнего и нижнего концов-резонаторов.Электрические сигналы с каждого транзисторного автогенератора 18 с частотами -2 подаются на соответствующие входы суммирующего счетчика 19, в котором производится суммирование, подсчет частоты и индикация показаний в виде значения массы груза 20,Преобразоваиие величины массы груза 20 с помощью расщепленной пьезокварцевой балки 9 имеет прямопропорциональную зависимость и поэтоМУ величина измеряемой массы груза 20 легко индицируется в единицах массы. Работа устройства при однократном нагружении происходит в течениевремени генерации питающего электрического поля, создаваемого пакетомпьезоэлектрических пластин 4 (в течении нескольких секунд).,Для повторного взвешивания груза 20 необходимо снять его и повторить цикл нагружения или создатьгрузом 20 вибрацию,Благодаря наличию в устройстве пакета пьезокерамических пластин, усилителей заряда, пьезокварцевого преобразователя усилий в частоту, применению интегральных микроэлементов,имеющих незначительное потребление,устройство не нуждается в специальномэлектропитании и обеспечивает высокую точность измерения, имеет .небольшую массу и повышенную надежность работы; Ужгород, ул. Проектная