Весоизмерительное устройство

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 01 С 3/ ЭОБРЕТЕ ОПИСА АВТОРСКОМ обритании3/08, апубСССР8 (про тельств 3/08, 1 РИТЕЛЬНОК идентичн лемента с эакрепле оположных мные опор УСТРОх упртензаныхстароо т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬТИЙ(54)(57) 1, ВЕСОИЗМСТВО, содержащее двгих чувствительныхдатчиками, кансольнсимметрично с протикорпуса, и груэопри л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це 4лью повышения точности за счет исключения теплового и электромагнитного влияния взвешиваемых предметов,грузоприемные опоры выполнены в видезакрепленных на свободных концах упругих чувствительных элементов ножевых пластин, верхние кромки которыхрасположены перпендикулярно продольной оси упругих чувствительных эле-ментов, при этом ножевые пластинывчпалнены из теплоиэоляционного и неэлектропроводнаго материала,2. Устройства по п,1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, чта упругиечувствительные элементы выполнены избиморфных пьезокварцевых пластин,.Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к весам с упругим элементом в виде плоской пружиныИзвестны весы с цифровой индикацией, содержащие листоэую пружину,на которой смонтированы тензодатчики, подключенные к регистрирующей.аппараТУре Я .Недостаток указанных весов - невысокая точность, 1 ОНаиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является весоизмерительное устройство, содержащее два идентичных упругих чувствительных элемента с тензодатчиками, 15консольно закрепленных симметричнос противоположных сторон корпуса, игрузоприемные опоры 21,Недостаток известного устройстна, заключается в неудовлетворительнойточности из-эа теплового и электромагнитного влияния взвешиваемых образцов на чувствительные элементы весов,Цель изобретения - повышение точности за счет исключения теплового иэлектромагнитного влияния взвешивае-,мых предметон.Поставленная цель достигается тем,что в весоизмерительном устройстве,содержащем два идентичных упругихчувствительных элемента с тензодатчи-ками, консольно закрепленных симметрично с противоположных сторон корпуса, и грузоприемные опоры, последниевыполнены в виде закрепленных на сво-Э 5.бодных концах упругих чувствительныхэлементов ножевых пластин, верхниекромки которых расположены перпендикулярно продольной оси упругих чувствительных элементов,при этом ножевые 1 40пластины выполнены из теплоизоляцион-ного и неэлектропроводного материала.Упругие чувствительные элементымогут быть выполнены из биморфныхпьезокварцевых пластин, 45 На фиг,1 представлена Функциональная схема предлагаемого устройства) на фиг,2 - датчик давления, общий вид, продольный разрез; на Фиг.3 - то же, поперечный осевой разрез; на фиг.4 - то же, вид сверху; на Фиг.5- упруго-чувствительный элемент с рабочим с компенсационным термореэисторами, общий вид; на фиг.6 - принципиальная схема весоизмерительного уст ройства с использованием в нем тензорезисторов, на фиг,7 - то же, с использованием пьезокнарценых элементов,Устройство (фиг,1) содержит дат О чик 1 веса, измерительный усилитель 2 элементы 3 и 4, включенные между выходами 5 и 6 датчика 1.и входами 7-9 измерительного усилителя 2, имеющего выходной зажим 10, Пунктиром на 65 фиг.1 показан взвешиваемый предмет,например диск,Датчик 1 веса (Фиг,2-4) состоит из корпуса 11, например металлического короба - параллелепипеда, в котором симметрично с противоположныхсторон консольно закреплены два идентично выполненных упругих чувствительных элемента 12 и 13, При этом кромки корпуса 11 в месте закрепления консольных элементов,образуЮТ прямой угол с продольной осью элементов 12и 13,На свободных концах элементов 12и 13 жестко закреплены (например,приклеены) грузоприемные ножевыепластины 14 и 15, изготовленные изтеплоизоляционного и незлектропроводного материала и выступающие за верхний край корпуса 11, закрытого крышкой 16, н которой сделаны поперечные пазы для свободного (с зазорами по периметру) прохождения ножевых плас. тин 14 и 15, Верхние кромки ножевых пластин 14 и 15 выстанлены на одном горизонтальном уровне параллельно основанию корпуса 11 и перпендикулярно осевой линии чувствительныхэлементов 12 и 13 (Фиг.4), Расстояние 17 между ножевыми плаотинами 14 и 15, а точнее, между их верхними кромками и их ширина 18 взаимосвязаны с диаметром взвешиваемыхпредметов (дисков) . В частности, расстояние 17 устанавливается н диапазо- не от одной трети до двух третей диаметра диска, а ширина 18 ножевыхпластин выбирается порядка диаметрадиска,Крышка 16 крепится к корпу.у 11 спомощью винтов 19 и 20, причем винт20 крепит также металлический монтажный лепесток 21 (" земельную" клемму).В стенках корпуса 11 вмонтированыразъемы - электроизоляционные втулки22 и 23 с запрессованными металлическими стержнями, являющимися ныходами 5 и 6,Упругие чувствительные элементы12 и 13 находятся н пазу 24 корпуса11, который заполнен неэлектропроводной жидкостью, например трансформаторным маслом. В варианте выполнения устройства, показанном на Фиг.5 и 6, тензорезисторы 25-27 расположены с верхней стороны чувствительного элемента 12 (плоская пружина), При этом компен- сационный тенэорезистор 25 расположен перпендикулярно продольной оси эле-, мента 12 поблизости от его края, закрепляемого н корпусе 11 датчика 1. Рабочий тензорезистор состоит из двух последовательно соединенных тензорезисторов 26 и 27, расположенных вдоль продольных кромок элемента 12, Такое ныполнение рабочего тензорезисторапозволяет исключить зависимость выход"ного сигнала чувствительного элемента 12 от положения взвешиваемогопредмета на грузоприемной ножевойпластине 14 15. в поперечном направлении.5Тензорезистор 25 и рабочие тензорезисторы 26 и 27 включаются в.мостовую измерительную схему 28, два других плеча которой образуют прецизионные резисторы 29 и 30, Аналогичную 1 Смостовую схему 31 образуют прецизион-ные резисторы 32 и 33 и тензорезисторы 34-36 второго чувствительного элемента 13,Питающие диагонали мостовых схем28 и 3 подключены к источнику 37напряжения, а их измерительные диагонали через неинвертируюций и инвертирующий усилители 38 и 39 и резистивные делители 40 и 41 напряженияк входам 7 и 8 измерительного усилителя 2,Благодаря такой схеме включения.осуществляется суммирование приращений сигналов рабочих тензорезисторов26, 27 и 35, 36 чувствительных элементов 12 и 13, изгибающихся под действием поставленного на грузоприемныеножевые пластины 14 и 15 взвешиваемого предмета.Усидители 38 и 39 совместно с резистивными делителями 40 и 41 образуютодстроечные элементы 3 и 4, Засчет начальной регулировки коэффициента передачи делителя 40 или 41,осуществляемой путем соответствующей 35регулировки подстроечного резистора42 или 43, сигнал на выходе 10 измерительного усилителя 2 соответствуетистинному весу взвешиваемого предмета независимо от его положенияв . 40пределах разрешенного пространственного допуска) на грузоприемных ножевых пластинах 14 и 15.При снятии взвешиваемого. предметауровень выходного сигнала как усилителя 38, так и усилителя 39 принимаетнулевое значение, что достигаетсясоответствующей балансировкой мостовых схем 28 и 31.Вместо нанесения на верхнюю сторо-ну элемента 12 компенсационного тенэорезистора 25 фиг,5) можно осуществить нанесение второго рабочего тенэорезистора на нижнюю сторону элемента 12 аналсгично выполнению тенэорезисторов 26 и 27, При этом достигается не только компенсация температурного дрейфа нуля мостовой схемы 28, (ЗЦ, но и в два раза повышается коэффициент преобразования деформациив электрический сигнал по сравнению 00с предыдущим вариантом,При полной идентичности чувствительных элементов 12 и 13 фиг,2)схема, изображенная на Фиг,б, можетбыть упрощена за счет включения в 65 мостовую схему 28 вместо прецизионныхрезисторов 29 и 30 тензорезисторов34-36 второго чувствительного элемента 13 н непосредственного подключениявходов 7 и 8 измерительного усилителя2 к измерительной диагонали мостовойсхемы 28,Тензорезисторы 25-27, показанные. на Фиг,5, могут быть дискретного исполнения, приклеиваемые на упругийэлемент 12, или интегрального исполнения, напыляемые или выращиваемыена подложке - упругом элементе 12,что является более предпочтительнымдля задачи взвешивания легких предметов,Другая модификация устройства основана на применении биморфных пьезокварцевых элементов в качестве упруго-чувствительных элементов 12 и 13,В соответствии с принципиальной электрической схемой, показанной наФиг.7, центральные электроды элементов 12 и 13 подключены к ипвертирую-,цему входу 7 измерительного усилителя 2, снабженного интегрирующим конденсатором 44, через масштабирующиеконденсаторы 45 и 46 постоянной емкости и конденсаторы 47 и 48 переменной емкости, а наружные обкладкиэлектроды биморфных элементов 12 и13 подключены к корпусной "земляНой") клемме 9,усилитель 2 с интегрирующим конденсатором 44 является усилителем электрического заряда, а конденсаторы 45,47 и 46, 48 образуют подстроечныеэлементы 3 и 4, показанные на Фиг,1,Биморфные пьезокварцевые элементы12 и 13, консольно закрепленные вкорпусе 11 датчика 1, под действиемвзвешиваемого предмета дополнительноизгибаются, вырабатывая соответствующие электрические заряды, передаваемые через конденсаторы 45-48 на входусилителя заряда, преобразующего ихв прирацение величины электрическогонапряжения на выходе 10,За счет регулировки подстроечныхконденсаторов 4/ и 48 ддстигается независимость выходного сигнала усилителя заряда от положения взвешиваемого на грузоприемных ножевых пластинах14 и 15 даже в случае неидентичностихарактеристик двух консольных биморфных элементов - упругих чувствительных элементов 12 и 13.В случае же полной идентичностибиморфных пьезоэлементов 12 и 13 необходимо в конденсаторах 45-48 отпадает и центральные электроды биморфных элементов непосредственноподключаются к входу 7 усилителя 2,При использовании биморфных пьезокварцевых элементов усилитель 2 должен представлять собой электрометрический усилитель заряда, а корпус 11датчика 1 может иметь не сплошную, арамочную конструкцию, поскольку отпадает необходимость в заливке пьезокварцевых элементов тепло- и электроизоляционной жидкостью, В то же времязаземление корпуса 11 и крышки 16,показанное на Фиг.1, является необходиьвм для электростатической и электромагнитной экранировки датчика веса,Устройство работает следующим образом.До поставки взвешиваемого предмета на грузоприемные. ножевые пластинь;14 и 15 чувствительные элементы 12 и13 находятся в начальном напряженномсостоянии обусловленном их собственным весом, и вырабатывают при этом 15сигналы постоянного уровня на выходах 5 и 6 соответственно, Последниемогут быть скомпенсированы за счетначальной регулировки подстроечныхэлементов 3 и 4, в результате чего 2 Она выходе 10 измерительного усилителя2 уровень выходного напряжения принимает нулевое значение.На рабочей, измерительной, стадиина груэоприемные ножевые пластины 14 25и 15 кладется взвешиваемый предметприблизительно симметрично относительно пРодольной и поперечной осейдатчика 1. Под действием веса предмета упругие чувствительные элементы12 и 13 дополнительно изгибаются,.вызывая приращения уровней сигналов навыходах 5 и б пропорционально частям,веса диска, приходящимся на каждуюполовину датчика 1,35Эти приращения сигналов индивидуально масштабируются в подстроечныхэлементах 3 и 4 и затем поступают навходы 7 и 8 измерительного усилителя2, Приращение суммарного сигнала навыходе 10 усилителя 2 оказываетсяпропорциональным весу диска независимо от смещения центра диска от продольной и поперечной осей симметриидатчика 1,Некоторая неидентичность коэффици ента преобразования чувствительныхэлементов 12 и 13, обусловленная технологическими .допусками их изготовления и установки в корпусе 11, компенсируется эа счет дополнительной плавОной или ступенчатой регулировки под,строечных элементов 3 и 4, определяю=щих масштаб преобразования и полностью выравнивающих чувствительностьсуммируемых каналов. 5 РНа следующей стадии взвешиваемыйдиск сдвигается с. грузоприемных ножевых пластин 14 и 15, чувствительные элементы 12 и 13 возвращаются в ис-. ходное положение, и на выходе 10 измерительного усилителя фиксируется начальный в частности нулевой, уровень напряжения.Далее цикл .взвешивания повторяется с другим экземпляром .предмета.Для удобства надвигания взвешиваемых предметов на грузоприемные ножевые пластины 14 и 15 и снижения динамических нагрузок.на упругие чувствительные элементы 12 и 13 ножевые пластины 14 и 15 выполняются с заходным скосом фиг5),Выполнение корпуса 11 в виде за" земленного замкнутого металлическогс короба, в котором консольно закрепленные чувствительные элементы 12 и 13 полностью погружены в объем неэлектропроводной жидкости, резко снижает уровень высокочастотных помех в выходном сигнале, наводимых от внешних электрических источников переменного тока, уровень низкочастотных помех типа временного дрейфа нуля и температурных уходов напряжения при колебаниях температуры окружающей среды и при произвольных перемещениях воздушных масс, уменьшает время переходного колебательного процесса при ударном нагружении и разгруженииупруго-чувствительных элементов, что позволяет увеличить частоту повторения циклов взвешивания, В случае реализации предлагаемого устройства в "сухом" варианте, что является иногда предпочтительным с точки зрения упрощения обслуживания устройства, отмеченные положительные его а-:.ства сохраняются за исключением последнего, касающегося быстродействия,Выпольение грузоприемных ножевых пластин 14 и 15 из теплоизоляционного и неэлектропроводного материала позволяет уменьшить паразитные сигна. лы натечек заряда и температурный дрейф датчика, обусловленный взаимодействием выступающих частей грузо- приемных пластин с окружающей средой и взвешиваемым предметом, Грузоприемные ножевые пластины могут быть изготовлены, например, иэ сапФира или комбинированными, в частности из пенопласта и сапфира.Повышение точности взвешивания обусловливает технико-зкономическую эффективность предлагаемого устройства.1044997 Составитель В.ШиршовРедактор А,Лежнина Техред С.Легеэа Коррек имокос а лиал ППН "Патент", г,ужгород, ул,Проектная,7535/39 . Т ВНИИПИ Госу по делам 113035 Мос ражарсэобва 43 .Подписноенного комитета СССРтений и открытий -35, Раушская наб., д,4/