Карманные весы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 1117453 А 1 а 01 С 3 16, 0 01 0 19/5 СУДАРСТЕЕННЫй КОМИТЕТ СССРО делАм изОБРетений и ОтнРыти Ж".) .ГФьЯР ь ПИСАНИЕ Р Т СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ НА 21) 3611724/24-10(56) 1. Заявка ФРГ Р 2013003,кл. 0 01 О 23/20, 1973.2. Авторское свидетельство СССРР 3585273, кл. С 01 3 3/16,28,04.83 (прототип).(54)(57) КАРМАННЫЕ ВЕСЫ, содержащиекорпус с нагруэочной платформой, вкотором размещены пьезокварцевыеэлементы, электроды которых подключены к транзисторным возбудителям, и индикатор, о т л и ч а ю щ и е с я тем, что, с целью расширения пределов измерения веса за счет повышения нагрузочной способности пьезокварцевых элементов, последние выполнены в виде балок с 2-образным,профилем, одни концы которых закреплены в корпусе, а другие кинематически связаны с нагрузочной платформой, и введены вычитатели и счетчик, причем электроды пьезоэлементов размещены на полках балок, а выходытранзисторных возбудителей попарно подключены к. входам вычитателей, выходы которых соединены с входами счетчика, выход которого подключен к индикаторуИзобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано, например, для измерениявеса и роста спортсменов.Известны карманные весы, содержащие корпус, включаюц 1 ий верхнюю инижнюю крышки, боковые стенки иопорные стойки, на которых консольно укреплены плоские пружины и датчики силы, подключенные к индикатору и источнику тока (,1 1,Недостатками данного устройстваявляются значительная масса, невысокая надежность, малый ресурс работы и неудобство пользования, обусловленные наличием громоздкогопружинного механизма, имеющего низкуюстойкость к циклическим нагружениям, аналогового преобразователя, создающего дополнительный вес,Наиболее близкимипо техническойсущности к предлагаемым являются карманные весы, содержащие корпус снагрузочной платформой, в которомразглещены пьезокварцевые элементы,электроды которых подключены к транзисторным возбудителям, и индикатор (.23.Недостаток известного устройствазаключается в ограниченном диапазоне взвешивания, верхний предел которого ограничен низкой нагрузочнойспособностью пьезокдарцецых эле)(ей-тов.Цель изобретения - расширениепределов измерения веса за счет повышения нагрузочной способности пьезокварцевых элементов.Поставленная цель достигаетсятем, что в карманных весах, содержащих корпус с нагрузочной платформой, в котором размещены пьезокварцевые элементы, электроды которыхПодключены к транзисторным возбудителям, и индикатор, пьезокварцевыеэлементы выполнены в виде балок с-образным профилем, одни концы которых закреплены в корпусе, а другие кинематически связаны с нагрузочной платформой, и введены вычитатели и счетчик, причем электродыпьезоэлементов размещены на полкахбалок, а выходы транзисторных возбудителей попарно подключены к входам вычитателей, выходы которых соединены с входами счетчика, выходкотОрого подключен к индикатору.На чертеже показана схема карманных весов.Весы содержат корпус 1, имеющий мембрану 2, нижнюю крышку 3, боковые стенки 4, выполненные гофрированными для уменьшения торцовой жесткости, и опорные стойки 5, к каждой из которых прикреплена пьезокварцевая балка б зетового сечения,На каждой пьезокварцевой балке бимеются полки-резонаторы 7 и 8(верхняя и нижняя ), являющиеся датчиками силы. На главных гранях каждой полки-резонатора 7 и 8 нанесе ны металлические электроды 9.На корпусе 1 укреплено съемноецифровое табло 10 (индикатор ). Вкорпусе 1 размецены элементы ИЛИНУ 11, вычитатели 12, суммирующий 1 О счетчик 13 и гибкая рулетная лента 14, укрепленная на корпусе однимконцом, Другим концом гибкая рулетная лента 14 укреплена на съемномцифровом табло 10.В корпусе 1 расположен источниктока (не показан ).На каждом торце 15 пьезокварцевой балки б зетового сечения укреплены накладки 16, которые кинематически связаны с мембраной 2.Работа карманных весов основанана прямом и обратном пьезоэлектрических эффектах, силочастотном эффекте и преобладании жесткости датчиков силы (пьезокварцевых балок зетового сечения с полками) сравнительно с элементами устройства (боковыми стенками корпуса ).Весы работают следующим образом.Для работы включают источник то- ЗО ка ( не показан ), обеспечивая электропитанием все электропотребляющиеэлементы устройства ( элементыИЛИ-НЕ 11, вычитатели 12, суммирующий счетчик 13 и съемное цифровое 35 табло 10 ).В исходном положении мембрана 2удерживает накладки 16 и пьезокварцевые балки б зетового сечения ненагружаются, в подэлектродных зонахкаждой полки-резонатора 8 возбужде"ны пьезоэлектрические колебаний счастотойДля измерения массы спортсмен одной ногой встает на мембрану 2вдоль ее вогнутсй части. Гохраняянесколько секунд равновесие, взвешиваемый (спортсмен) обеспечивает совмещение центра масс своего тела снаправлением оси чувствительности 5 О устройства, совпадающей с направлением местной вертикали 00В соответствии с вторым закономНьютона взвешиваемый создает усилие, равное55 где У - вектор усилия;и - масса взвешиваемого;г - ускорение силы тяжести Земли.Усилие через мембрану 2 передается на пьезокварцевые балки б зетового сечЕния, создавая в них частичные усилия 7 и 7. равныек 11 и Г111453 где Г - частичное усилие, приходящееся на первую пьезоквар- оцевую балку эегового сечения;Г - частичное усилие приходя 2щееся на вторую пьеэокварцевую балку эетового сечения;значение массы, вызывающееГ;тп - значение массы, вызывающее 30усилиеЧастичное усилие Р вызывает в нижнем слое первой пьезокварцевой балки б зетового сечения напряжения сжатиЯ 4 с , а в веРхней слое - со ответствующее напряжение растяжения Ь р, . Массивная центральная часть первой пьезокварцевой балки б обеспечивает прочностное сопротивление нагрузке.20В подэлектродной зоне нижней полки-резонатора 8 как и в нижнем слое первой пьезокварцевой балки б) .создается напряжение сжатия, под действием которого благодаря силочастичному эффекту ) частота пьезоэлектрических колебаний увеличивается прямо пропорционально частичному уси- лию г,2с о сц в 5 30 Г Е 2Эс о 2 сч ь 5 где КсчРсх игрс Еог с ьг 5 где йХ - отклонение частоты пьезоэлектрических копебаний верхней полки-резонатора второй пьезокварцевой балки зетового сечения,механические усилия2 расрастяжения в верхнейполке-резонаторе второй пьеэокварцевойбалки зетового сечения,С нижних и верхних полок-резонаторов 8 первой и второй пьезокварцевыхбалок б зетового сечения через соответствующие элементы ИЛИ-НВ 11 на соотклонение частоты пьезоэлектрических колебаний 35 нижней полки-резонатора первой пьезокварцевой балки зетового сечения;частота пьезоэлектрических колебаний ненагружен ной нижней полки-резонатора первой пьезокварцевой балки зетового сечения;силочастотный коэффици ент;механическое усилие сжатия в нижней полке-резонаторе первой пьезоквардевой балки зетового сечения;50 номер гармоники;коэффициент полезного действия заделки;площадь подэлектродной зоны.55 В подэлектродной зоне верхней ,полки-резонатора 8 как и в верхнем слое первой пьеэокварцевой балки б) создается напряжение растяжения, 60 под действием которого (благодаря сило-частотному эффекту 1 частота пьезоэлектрических колебаний уменьшается прямо пропорционально частичному усилию 65 где д ., - отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний верхней полки-резонатора первой пьезокварцевой балки зетового сечения;механическое усилие рас рсиСтяжения в верхней полкерезонаторе первой пьеэокварцевой балки зетовогосечения.Частичное усилие Г вызывает в нижнем слое второй пьезокварцевой балки б напряжение сжатия2 сФ а в верхнем слое соответствующее напряжение растяжение 62 , (аналогично вышерассмотренному для первой пьезокварцевой балки б эетового сечения ),Соответственно с этим в подэлектродной зоне нижней полки-резонатора 8 частота пьезоэлектрических колебаний увеличивается прямо пропорционально частичному усилию Р где дЕ - отклонение частоты пьезо 2электрических колебанийнижней полки-резонаторавторой пьезокварцевой балки зетового сечениягР - механическое усилие сжатия2 сФв нижней полке-резонаторевторой пьеэокварцевой балкизетового сечения.В подэлектродной зоне верхнейполки-резонатора 8 частота пьезоэлектрических колебаний уменьщаетсяпрямо пропорционально частичному усилию Р 21117453 аказ 7183/24 Тираж 609 ПодписноеВНИИ Фивад П ответствующие входы вычитателей 12снимаются электрические сигналы счастотами 1 О Л 1, Г- аГ, на первый вычитатель 12 и Х аЕ и К -мК,г о 2на второй вычитатель 12,С выходов первого и Второго Вычитателей 12 электрические сигналы разностной частоты, равные 2 й 1 и 2 асоответствено, подаются на соответствующие входы суммирующего счетчика13, где суммируются и подаются на 10съемное цифровое табло 10, где индицируются,Благодаря прямо пропорциональнойзависимости приростов частотЕи д 1 от величины массы показания 15съемного цифрового табло проградуированы непосредственно в единицахмасси-килограммах,Сьемное цифровое табло 10 привзвешивании может находиться как накорпусе 1, так и может быть снятыми установленным в пределах наиболееудобного визуального отсчета показаний,Сьемное цифровое табло 10 имеетфиксированный вес и поэтому оно привзвешивании может находиться в руках у взвешиваемого. Но в этом случае фиксированное значение массы съемного цифрового табло 10 должно вычитаться из его показаний.Съемное цифровое табло 10 скреплено на одном конце с гибкой рулетной лентой 14 и поэтому после взвешивания ,)егко устанавливается на свое посадочное место. Благодаря наличию на гибкой рулетной ленте 14 меток длины (от 0 до200 см) она может быть использованадля измерения роста взвешиваемогоили другого объекта,Карманные весы могут использоваться для измерения массы твердых предметов, Процесс измерения в этомслучае аналогичен описанному,Предлагаемые карманные весы благодаря использованию в них пьезокварцевых балок зетового сечения, в которых в качестве датчиков силы задействованы полки-резонаторы, а такжеблагодаря применению микроэлектронных элементов, обеспечивают необходимый диапазон измерения, имеют маую массу и высокую надежность,9