УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СЧЕТНЫЕ ВЕСЫ Российский патент 1996 года по МПК G01G19/00 

Предполагаемое изобретение относится к весоизмерительной технике, а более конкретно к универсальным электромеханическим счетным весам, которые могут быть использованы как для подсчета количества однородных по массе предметов, так и для обычного статического взвешивания различных грузов.

Известно, что при приближении массы взвешиваемого груза к наименьшему пределу взвешивания (НмПВ) весов относительная погрешность взвешивания δ_G возрастает и при массе груза, равной НмПП, достигает величины 5% Относительная погрешность определения количества деталей при помощи счетных весов равна разности относительных погрешностей определения веса партии изделий, помещенных на основную платформу счетных весов, и веса одной детали, т.е.

N=δ_G-δ_g. (1)
Отсюда следует, что если масса одной детали, определяемая при помощи тех же весов, на которых взвешивается партия деталей, близка к НмПП весов, относительная погрешность определения количества деталей в том случае может достигать 5% и более. Следствием этого является тот факт, что на счетных весах среднего класса точности количество деталей, определяемых за одно взвешивание, обычно не превышает нескольких сотен.

Поэтому для повышения точности подсчета в этом случае надо либо уменьшать цену поверочного деления, т.е. при том же НПП весов увеличивать число поверочных делений (увеличивать точность весов), либо определять вес одной детали или средний вес детали взвешиванием детали или пробы на отдельных весах, НПП которых близок к измеряемой массе. Оба способа ведут к резкому увеличению затрат. Наиболее рациональным является оснащение счетных весов, имеющих сравнительно небольшое число поверочных делений, встроенным устройством для определения массы одной детали или пробы деталей с необходимой точностью.

Настоящее изобретение посвящено решению этого вопроса.

Известны электромеханические счетные весы, содержащие основную платформу для размещения неизвестного количества однородных по массе предметов, вспомогательную платформу для размещения известного количества тех же предметов, передаточный рычажный механизм с уравновешивающей предельную нагрузку весов встроенной гирей, общий для обеих платформ преобразователь силы в электрический сигнал и блок управления и обработки информации (см. "Приборы и средства автоматизации и системы управления". ТС-7 "Машины и приборы для измерения механических величин". Счетные весы средство автоматизации процессов учета деталей и мелких изделий в промышленности. Обзорная информация, выпуск 3. М. 1987 г. стр. 47).

Определение количества предметов на рассматриваемых весах может быть осуществлено двумя способами.

По первому способу на основную платформу помещается неизвестное количество предметов и первый результат измерения заносится в память блока обработки информации. Затем известное количество предметов перекладывается с основной на вспомогательную платформу и результат второго измерения также заносится в память, после чего вычислительное устройство блока обработки информации производит вычитание результатов двух измерений с учетом коэффициента передачи и выдает информацию об общем количестве предметов, размещенных на обеих платформах.

По второму способу подсчет количества предметов осуществляется следующим образом.

На основную платформу помещается неизвестное количество предметов, а в память блока обработки информации с клавиатуры блока управления оператором заносится информация о теоретическом весе одного предмета или его фактическом весе, измеренном на отдельных более точных весах. Затем производится взвешивание, после чего вычислительное устройство блока обработки информации выполняет деление общей измеренной массы на массу одного предмета и выдает информацию о количестве предметов, находящихся на основной платформе.

Наиболее точное определение количества предметов обеспечивается введением в память вычислительного устройства определенного с необходимой точностью фактического веса одного предмета. Рассмотренные весы не имеют встроенного устройства для точного определения массы одного предмета, что является недостатком их конструкции, снижающим потребительские свойства весов.

Указанный недостаток частично устранен в счетных электромеханических весах, описанных в патенте США G 01 G 19/00 N 4014397, которые принимаются в качестве прототипа.

Весы по данному патенту содержат платформу для размещения партии предметов, количество которых необходимо определить, передаточный механизм, связанный посредством соединительной тяги с рычагом первого соотношения и далее через вторую тягу с жестко закрепленным датчиком силы и соединенным с этой тягой рычагом второго соотношения. На рычагах первого и второго соотношения, имеющих разные коэффициенты передачи, на определенных плечах подвешены чаши для размещения как известного, так и неизвестного количества предметов. С выхода датчика силы измерительный сигнал подается в блок управления и обработки информации.

Подсчет количества предметов на этих весах может осуществляться как по первому, так и по второму способам, описанным выше.

Наличие в конструкции весов рычага первого соотношения с высоким коэффициентом передачи и рычага второго соотношения с меньшим коэффициентом передачи, передающих измеряемое усилие непосредственно на датчик силы, обеспечивает возможность непосредственного измерения массы одного предмета или определения средней массы одного предмета при взвешивании нескольких предметов, которая затем может быть занесена оператором в память вычислительного устройства блока обработки информации.

Однако разрешающая способность датчика и блока обработки информации имеют определенные физические ограничения, что не позволяет измерять единичную массу мелких предметов, имеющих вес, соизмеримый с поверочным делением весов. В этом случае определение количества предметов производится по первому способу или путем ввода в блок обработки теоретического веса предмета, вследствие чего снижается точность подсчета количества предметов. Это является недостатком конструкции рассматриваемых весов.

Другим серьезным недостатком известных конструкций счетных электромеханических весов (в том числе аналогов и прототипа), которые в большинстве случаев применяются в технологическом потоке крупносерийного и массового производства, а также на складах, где получают, хранят и отправляют большое количество различных мелких деталей и покупных изделий, является недостаточная надежность ввиду низкого значения вероятности безотказной работы.

Последнее объясняется наличием в составе вторичной аппаратуры таких весов большого количества комплектующих элементов, имеющих ограниченную наработку на отказ, а также недостаточную надежность и долговечность датчиков силы. Работоспособность электромеханических весов также напрямую зависит от наличия напряжения сетевого питания и его параметров (отклонений от номинального значения и частоты).

В результате наработка на отказ электромеханических весов почти на порядок меньше наработки на отказ аналогичных по назначению чисто механических весов, а стоимость почти на порядок выше. При интенсивной загрузке весов отказ может привести к большим экономическим потерям из-за вынужденного простоя электромеханических весов для восстановления их работоспособности.

Из известных способов повышения безотказности изделий наиболее распространенным в приборостроении является резервирование. Применение этого метода для повышения безотказности датчика и вторичной аппаратуры зачастую неприемлемо как из-за повышенного расхода дорогостоящих комплектующих изделий, что увеличивает стоимость весов, так и из-за того, что сохраняется зависимость работы весов от наличия сетевого питания. Наибольший эффект дает применение в весах энергозависимого (механического) дублирующего измерительного канала.

Цель предлагаемого технического решения повышение точности подсчета количества однородных предметов путем определения веса одного такого предмета (или среднего веса предмета) с необходимой точностью, а также повышение надежности счетных весов.

Эта цель достигается тем, что счетные весы, содержащие платформу для размещения неизвестного количества предметов, чаши для размещения единичных предметов, передаточный механизм, связанный посредством тяги с силоизмерительным датчиком, вырабатывающим пропорциональный измеряемой массе электрический сигнал и передающим его в блок обработки информации, снабжены встроенным компарирующим устройством, выполненным в виде двух рычагов, опорные призмы которых расположены по оси тяги, соединяющей датчик с передаточным механизмом, а соединительные призмы связаны подвижной серьгой, причем перемещение серьги ограничено блокировочными упорами, а тяга выполнена разъемной на участке между опорами рычагов.

На фиг. 1 приведена кинематическая принципиальная схема предлагаемых универсальных счетных весов.

Весы содержат грузоприемную платформу 1, установленную на рычажный передаточный механизм 2, разъемную тягу 3, состоящую из двух частей, соединенных стержнем 4. Нижняя часть тяги 3 соединена с передаточным механизмом 2, а верхняя опирается на жестко закрепленный на кронштейне 5 силоизмерительный датчик 6, который передает пропорциональный измеряемому усилию измерительный электрический сигнал в блок обработки информации 7.

На верхнюю часть разъемной тяги 3 по ее вертикальной оси опирается рычаг 9 своей опорной призмой 8. На грузоприемном плече "а" этого рычага подвешена чаша 10 для размещения единичных предметов, а передаточное плечо "b" соединено с подвижной серьгой 11 и с передаточным плечом "b" рычага 12, установленного опорной призмой 13 также по оси нижней части тяги 3. На грузоприемном плече "с" рычага 12 подвешена вторая чаша 14.

Рычаг 12 на грузоприемном плече "d" имеет дополнительную призму 15 для присоединения съемной чаши 10, а также имеет шкалу 16, градуированную в весовых единицах, и передвижную гирю 17 для уравновешивания приходящего на рычаг усилия как от тарирующей, так и полезной нагрузки.

Рычаг 9 с подвешенной на плече "а" чашей 10 и рычаг 12 с подвешенной на плече "с" чашей 14, соединенные подвижной серьгой 11, вследствие равенства передаточных плеч "b" и соосности опор 8 и 13, образуют компарирующее устройство, обеспечивающее сравнение с высокой точностью масс размещенных на чашах грузов. Для контроля положения равновесия компарирующего устройства на корпусе весов установлен неподвижный указатель 18. Подвижность серьги 11 ограничена двумя регулируемыми упорами 19 с возможностью ее полного блокирования.

Весы, выполненные по предлагаемому техническому решению, могут работать как в режиме автоматического уравновешивания и считывания результатов взвешивания с дисплея или цифрового табло блока обработки информации, так и в режиме ручного уравновешивания и суммирования результатов взвешивания оператором весов.

При работе весов в режиме автоматического уравновешивания предлагаемая конструкция позволяет выбрать наиболее точный способ подсчета количества однородных предметов, которые в зависимости от величины их единичной массы можно разделить на соизмеримые и несоизмеримые с ценой поверочного деления весов.

При определении количества однородных предметов, единичный вес которых несоизмерим с ценой поверочного деления весов (меньше поверочного деления), весы работают с применением компарирующего устройства по следующей схеме:
1) на чашу 10 помещается известное количество однородных предметов (один или несколько, желательно, чтобы количество предметов было кратно 10), а на чашу 14 образцовые гири или гири общего назначения в количестве, необходимом для установления равновесия компарирующего устройства, которое наблюдается по совпадению подвижного конца рычага 12 с неподвижным указателем равновесия 18 и таким образом определяется с высокой точностью единичный вес предмета. Полученное значение веса предмета заносится оператором с клавиатуры блока обработки информации 7 в его оперативное запоминающее устройство.

Уравновешивание помещенных на чашу 10 предметов можно произвести без применения гирь путем перемещения передвижной гири 17 по градуированной шкале 16;
2) после определения единичного веса на платформу 1 весов помещается неизвестное количество подлежащих подсчету однородных предметов и производится взвешивание. При этом усилие веса предметов через передаточный механизм 2 и тягу 3 передается на силоизмерительный датчик 6 и далее преобразованное в пропорциональный электрический сигнал поступает в блок обработки информации, где автоматически производится подсчет количества предметов по формуле
(2)
где: N-количество однородных предметов, помещенных на грузоприемную платформу 1;
G-результат взвешивания этих предметов;
g-единичный вес предмета, введенный оператором в блок обработки информации.

При определении количества предметов, единичный вес которых соизмерим с ценой поверочного деления весов (больше или равен) компарирующее устройство блокируется путем перемещения упоров 19 до полного ограничения подвижности серьги 11. При подсчете количества предметов данного класса весы работают по нижеследующей схеме:
1) на платформу 1 помещается неизвестное количество N подлежащих подсчету однородных предметов массой g и производится первое взвешивание, результат которого GI= N•g автоматически заносится в запоминающее устройство вычислительного устройства блока обработки информации 7. Затем с платформы 1 снимается известное количество однородных предметов γ и помещается на чашу 14, подвешенную к рычагу 12, имеющему коэффициент передачи K=c/b, вследствие чего происходит уменьшение усилия, приходящего на силоизмерительный датчик 6, на величину ggK за счет помещения предметов на чашу 14 и дополнительного уменьшения на величину за счет снятия предметов с платформы 1;
2) результат второго измерения
G2=G1-γ•g•K-γ•g (3)
также автоматически заносится в запоминающее устройство вычислительного устройства, где путем сравнения результатов двух измерений определяется количество предметов, находящихся на платформе 1, по расчетной формуле

По аналогичной схеме работают также при использовании чаши 10 вместо чаши 14 для размещения известного количества предметов. В этом случае точность подсчета количества предметов несколько выше вследствие того, что коэффициент передачи рычага 9, к которому подвешена чаша 10, больше коэффициента передачи рычага 12 и составляет K1=(a+b)/b. В связи с тем, что рычаг 9 в отличие от рычага 12 дополнительно нагружает силоизмерительный датчик 6, расчетная формула для подсчета количества однородных предметов для этого варианта имеет вид

Предлагаемая конструкция весов с целью повышения надежности обладает дополнительным свойством, а именно может работать в режиме ручного уравновешивания и суммирования результатов подсчета оператором весов. Такая необходимость возникает при отсутствии электропитания или временной неработоспособности электрической схемы из-за выхода из строя отдельных элементов.

Для работы весов в данном режиме положение серьги 11 жестко фиксируется упорами 19, разъемная тяга 3 путем удаления стержня 4 расчленяется на составные части с гарантированным зазором между ними, а чаша 10 снимается с рычага 9 и подвешивается на призму 15 грузоприемного плеча "d" рычага 12.

Подсчет количества предметов в этом случае производится следующим образом:
1) на платформу 1 помещается неизвестное количество предметов, подлежащих подсчету, и производится их уравновешивание известным количеством этих же предметов путем укладывания их в чашу 14, подвешенную к рычагу 12 на плече "с" и вторую чашу, подвешенную на плече "d".

Плечи "с" и "d" рычага 13 выбраны таким образом, что помещенные в их чаши предметы составляют соответственно 1/100 и 1/10 часть количества однородных предметов, находящихся на платформе 1.

Подсчет общего количества предметов производится по формуле
N=100γ₁+10γ₂+γ₃, (6)
где: γ₁-количество предметов, помещенных в чашу сотен;
γ₂-количество предметов, помещенных в чашу десятков;
γ₃=γ₂+γ₁-количество предметов, снятых с платформы 1 в процессе уравновешивания.

Универсальность данной конструкции весов определяется их способностью не только подсчитывать количество однородных по массе предметов, но и просто взвешивать различные грузы, размещаемые на платформе 1.

В этом случае в режиме автоматического уравновешивания усилие от массы размещенного на платформе 1 груза преобразуется силоизмерительным датчиком 6 в электрический сигнал и далее воспроизводится в цифровой форме на отсчетном устройстве блока обработки информации 7.

При работе весов в ручном режиме уравновешивание веса груза производится перемещением гири 17 по градуированной в весовых единицах шкале 16 с определением положения равновесия по совпадению подвижного конца рычага 12 с неподвижным указателем 18.

Таким образом, предлагаемые универсальные счетные весы, в отличие от известных, содержат встроенное компарирующее устройство, выполненное в виде двух рычагов, опорные призмы которых расположены по оси разъемной тяги, соединяющей передаточный механизм с силоизмерительным датчиком, а передаточные плечи связаны подвижной серьгой с возможностью ее блокирования, обладают дополнительными свойствами, а именно возможностью определять вес единичных предметов, весоизмеримый с разрешающей способностью силоизмерительного датчика, и производить подсчет как в режиме автоматического уравновешивания, так и в режиме ручного уравновешивания.

Применение предлагаемой конструкции универсальных счетных весов в производственном процессе или на складах, где имеют место массовые грузопотоки однородных предметов (метизов, подшипников, комплектующих изделий и т.д.), позволит за счет повышения точности и надежности значительно сократить неучтенные потери.

Конкретный экономический эффект от использования весов определится в производственных условиях в зависимости от действующего технологического процесса изготовления изделий, объема их выпуска и стоимости.

Использование: подсчет количества однородных по массе предметов и обычное статическое взвешивание различных грузов. Сущность изобретения: счетные весы содержат платформу для размещения неизвестного количества предметов, чаши для размещения единичных предметов, передаточный механизм, связанный посредством тяги с силоизмерительным датчиком, вырабатывающим пропорциональный измеряемой массе электрический сигнал и передающим его в блок обработки информации, компарирующее устройство, выполненное в виде двух рычагов, опорные призмы которых расположены по оси тяги, соединяющей датчик с передаточным механизмом, а соединительные призмы связаны подвижной серьгой, а тяга выполнена разъемной на участке между опорами рычагов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1.Универсальные счетные весы, содержащие платформу для размещения неизвестного количества однородных предметов или груза, чаши для размещения единичных предметов, подвешенные к рычагам, передаточный механизм, связанный посредством тяги с силоизмерительным датчиком, и блок обработки информации, отличающиеся тем, что они снабжены встроенным компарирующим устройством, выполненным в виде двух рычагов, опорные призмы которых расположены по оси тяги, связывающей эти рычаги с силоизмерительным датчиком, а передаточные плечи соединены подвижной серьгой, причем плечи рычагов компарирующего устройства отвечают зависимости а с + b, где а и с длина грузоприемных плеч рычагов, b длина передаточного плеча рычагов. 2. Весы по п. 1, отличающиеся тем, что соединительная серьга рычагов компарирующего устройства снабжена блокировочными упорами, а тяга силоизмерительного датчика на участке между опорами рычагов выполнена разъемной.