СВОБОДНО СТОЯЩИЙ ДАТЧИК ВЕСА И ВЕСЫ С ТАКИМИ ВСТРОЕННЫМИ ДАТЧИКАМИ Российский патент 1999 года по МПК G01G3/14 

Изобретение относится к свободно стоящему датчику веса для использования, например, в весах.

Изобретение также относится к весам по меньшей мере с одним встроенным датчиком веса.

Известны весы для взвешивания людей, имеющие поверхность для размещения взвешиваемого груза, основание, лежащее на плоской поверхности, и датчик с тензометрами.

Такие весы описаны, например, в Европейских патентах 141 710 и 317 429, выданных на имя заявителя настоящей заявки.

В таких весах один датчик в виде металлического стержня расположен между платформой и основанием. Из-за действия на платформу взвешиваемого груза на стержень действует существенная изгибающая сила. Однако на него также действуют нежелательные моменты, в особенности крутящие, так как место приложения веса груза может быть смещено относительно датчика.

Тензометры соединены с электронной схемой, преобразующей их деформацию в электрические сигналы, а затем в числовые значения, соответствующие измеряемому весу.

Весы могут содержать несколько датчиков, соединенных с одной платформой для взвешивания. В этом случае при установке груза на платформу стержень подвергается вертикальному отклонению, поэтому для предотвращения возврата к полному отсутствию дефектов и гистерезисных погрешностей требуется разгрузка от горизонтальных напряжений.

Такая разгрузка обычно осуществляется с помощью шарнирных систем с использованием острых кромок, резино-металлических амортизаторов или шаровых шарниров.

В таких весах концы стержней, на которых установлены тензометры, должны быть абсолютно жестко соединены с платформой и основанием, так что сила, создаваемая грузом, помещенным на платформу, полностью передается посредством стержня.

Такие весы описаны, например, в патентах США N 3 512 595, Франции N 2 356 913 и Великобритании N 1 373 992.

В Европейском патенте 0 519 818 описаны весы цельной конструкции, в которых платформа, стержень и основание выполнены за одно целое.

В американском патенте N 4 993 506 описан датчик веса для использования в весах, выполненный за одно целое в форме плоской плитки, содержащей испытательный элемент в виде стержня с закрепленными на нем тензометрами, изгибаемого под действием измеряемого веса. Противоположные концы стержня соединены каждый с U- образной опорной поверхностью, выполненной для действия на нее силы, направленной противоположно силе, действующей на другую несущую поверхность.

В вышеупомянутом патенте также описаны весы, содержащие платформу, установленную на четырех датчиках указанного типа. Одна из двух U-образных опорных поверхностей прикреплена винтами к платформе.

Если две U-образные поверхности расположены на противоположных по отношению к середине стержня его сторонах, на винтовые соединения датчиков действует сильная нагрузка, когда весы находятся под действием веса груза.

Следовательно, эти крепления должны быть жесткими, что является непременным условием при изготовлении.

Более того, из-за этих жестких креплений датчики более не являются независимыми друг от друга, так как соединены между собой платформой. Эго ведет к возникновению проблем, связанных с гистерезисом и возвратом к полному отсутствию дефектов.

Целью настоящего изобретения является преодоление указанных недостатков путем создания свободно стоящего датчика, простого в изготовлении, способствующего обеспечению удобства при производстве весов и улучшению их качества.

Таким образом, изобретение направлено на создание датчика веса, который может быть использован в весах и выполнен в форме плоской плитки, содержащей испытательный элемент в виде стержня с установленными на нем тензометрами, который изгибается под действием измеряемого веса и противоположные концы которого соединены с опорной поверхностью, выполненной для воздействия на нее силы, направленной противоположно силе реакции, действующей на другую опорную поверхность.

Предлагаемый датчик отличается тем, что одна опорная поверхность установлена на раме, в которой проходит стержень, причем один конец стержня присоединен к раме, а другой его конец поддерживает вторую опорную поверхность, которая является свободной по отношению к раме и целикам находится внутри нее.

Таким образом, предлагаемый датчик выполнен в виде плоской плитки, объединяющей испытательный элемент (т. е. стержень) и две противоположные опорные поверхности, одна из которых выполнена для воздействия на нее измеряемого веса, а другая для воздействия на нее силы реакции.

Следовательно, этот датчик является свободно стоящим, т.е. его опорные поверхности позволяют ему все время находиться в механическом равновесии, которое поддерживается само собой.

Будучи выполнен в виде плоской плитки, такой датчик без затруднений может быть встроен в измерительное оборудование, например, весы. Таким образом, его применение решает проблемы, связанные с жестким креплением стержня к основанию и платформе весов.

Так как одна опорная поверхность полностью ограничена другой опорной поверхностью, поддерживаемой стержнем, датчик остается в равновесии, когда обе они нагружены. Поэтому платформа весов может быть соединена с одной из опорных поверхностей датчика с помощью нежестких, относительно свободных или гибких соединений, поскольку на них не действует нагрузка от измеряемого веса.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения рама выполнена в форме прямоугольника.

Стержень предпочтительно проходит вдоль оси симметрии рамы.

В одном варианте выполнения изобретения опорная поверхность, поддерживаемая одним концом стержня, имеет два участка, расположенных в раме симметрично по отношению к стержню.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения тензометры расположены на керамической подставке, приклеенной к стержню, на раме вблизи одного конца стержня и на указанной опорной поверхности вблизи другого конца стержня.

Такая схема расположения способствует улучшению работы весов.

Это изобретение относится также к весам по меньшей мере с одним встроенным предлагаемым датчиком веса.

Целесообразно, чтобы в весах было по меньшей мере три предлагаемых датчика веса, расположенных под общей платформой, при этом тензометры, установленные на стержнях, соединены с общей электронной измерительной схемой.

В таких весах преодолены недостатки, присущие известным весам с одним датчиком, в которых единственный стержень подвержен нежелательным моментам и значительному изгибу.

В предпочтительном варианте выполнения весов платформа находится в контакте с одной поверхностью датчиков при посредстве деталей, опирающихся на поддерживаемую другим концом стержня опорную поверхность, при этом рама остается свободной.

В другом варианте выполнения платформа соприкасается с одной стороной датчиков при посредстве деталей, опирающихся на опорную поверхность, образованную рамой, при этом опорная поверхность, поддерживаемая указанным другим концом стержня, остается свободной.

В обоих указанных вариантах выполнения весов датчики составляют часть опор весов. Таким образом, основание в этих весах не используется. Предлагаемые датчики в форме плоских плиток позволяют создать весы упрощенной конструкции и обеспечивают точность измерения, сводя до минимума погрешности, связанные с нежелательными моментами.

Более подробно изобретение описано ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
фиг. 1 изображает аксонометрический вид предлагаемого датчика веса,
фиг. 2 изображает аксонометрический вид предлагаемого датчика веса в другом варианте выполнения изобретения;
фиг. 3 изображает аксонометрический вид предлагаемых датчиков, послойно отсеченных от металлического бруса,
фиг. 4 изображает аксонометрический вид предлагаемых весов,
фиг. 5 изображает продольный разрез предлагаемых весов,
фиг. 6 изображает аксонометрический вид датчика, выполненного на двух противоположных поверхностях, опорные детали которого выполнены с возможностью вхождения в контакт соответственно с платформой весов и плоской поверхностью.

В вариантах выполнения, изображенных на фиг .1 и 2, датчики, используемые в весах, содержат испытательный элемент в форме стержня 1 с расположенными на нем тензометрами 2 и 2а, изгибающийся под действием измеряемого веса.

В соответствии с изобретением стержень 1 находится внутри рамы 3. Один конец стержня 1 прикреплен к раме 3, а другой не связан с ней и снабжен опорной поверхностью 4, выполненной с возможностью воздействия на нее силы F против направления действия силы F1, приложенной к опорной поверхности 5 рамы 3. Весь датчик 4 выполнен за одно целое из эластичного материала в форме плоской плитки. Опорная поверхность 4 полностью находится внутри рамы 3.

В представленных примерах рама 3 выполнена в форме прямоугольника. Однако она может иметь и другую форму (круга, трапеции, шестиугольника и т.д.) и не обязательно должна быть замкнутой.

Стержень 1 проходит вдоль оси симметрии рамы 3. Опорная поверхность 4 на указанном другом конце стержня 1 имеет внутри рамы 3 два участка 4a и 4b, предпочтительно расположенные симметрично по отношению к стержню 1.

Как показано на фиг.1 и 2, на опорной поверхности 4, поддерживаемой одним концом стержня 1, имеется участок 4c, предпочтительно перпендикулярный этому стержню и участку 3a рамы 3, с которым соединен стержень. Продолжением участка 4c, перпендикулярного стержню 1, являются два параллельных участка 4a и 4b, проходящие по направлению участка 3a рамы 3. Длина двух участков 4a, 4b несколько меньше длины стержня 1.

На фиг. 2 показано, что тензометры 2а размещены на керамической подставке, приклеенной к стержню 1 по всей его длине, к участку рамы 3, смежному с одним концом стержня 1, и к участку опорной поверхности 4, смежному с другим концом этого стержня.

Опыт показывает, что такая конструкция способствует улучшению работы датчика, особенно если он имеет малые размеры.

Датчик, изображенный на фиг. 1 и 2, представляет собой деталь в форме плоской плитки постоянной толщины из упругого металла, удобную и экономичную в изготовлении путем нарезания кусками металлического бруса с соответствующими механическими характеристиками (см. фиг. 3). Датчик также может быть изготовлен путем спекания металлического порошка или вырезан из металлической плиты.

Датчик цельной конструкции с испытательным элементом и двумя противоположными опорными поверхностями может быть без затруднений встроен в весы.

В предпочтительном варианте выполнения весы имеют по меньшей мере три предлагаемых датчика веса. Весы, изображенные на фиг.4, содержат четыре датчика 7. Тензометры, расположенные на стержнях датчиков 7, соединены с общей электронной измерительной схемой 8.

В весах, изображенных на фиг.4 и 5, имеется платформа 9, выполненная с возможностью размещения на ней взвешиваемого груза 10.

Как показано на фиг. 5, платформа 9 находится в контакте с одной поверхностью датчиков 7 при посредстве по существу U-образных деталей 11, опирающихся на опорную поверхность 4, поддерживаемую другим концом стержня 1, так что рама 3 остается свободной (см. фиг. 6).

В другом варианте платформа 9 может находиться в контакте с одной стороной датчиков 7 при посредстве деталей, опирающихся на опорную поверхность 5 рамы 3, при этом опорная поверхность 4, поддерживаемая одним концом стержня 1, остается свободной. В этом случае конструкция датчика 7 является обратной по отношению к конструкции, описанной выше.

Опорная поверхность 5 датчиков 7, противоположная поверхности, находящейся в контакте с деталями 11, прикрепленными к платформе 9, находится в контакте с деталью 12, выполненной для установки на поверхности 13, например, на столе, на котором помещены весы.

Деталь 12 вместе с соответствующим датчиком 7 образует одну из четырех опор весов. Следовательно, весам не требуется другое основание.

Очевидно, что детали 12, как и детали 11, находятся в контакте с одной из опорных поверхностей 4 или 5 датчика 7; при этом другая опорная поверхность остается свободной, так что стержень 1 может свободно изгибаться.

Для этого детали 11 и 12 целесообразно выполнять полыми.

Детали 12 предпочтительно выполнены в виде плиток из эластичного полимера.

Во время взвешивания механические соединения между платформой и датчиками не нагружены, так как благодаря своей конструкции датчики находятся в механическом равновесии. Таким образом, эти механические соединения могут быть относительно свободными или гибкими, например, зажимными или защелкивающимися. Преимущество, нежестких соединений такого типа состоит в том, что датчики при этом независимы друг от друга, что способствует устранению дефектов, вызванных гистерезисом и возвратом к полному отсутствию дефектов.

Таким образом, изобретение позволяет создать более дешевые весы, например, для взвешивания людей, причем в этих весах преодолены недостатки, присущие известным весам.

В весах для взвешивания людей датчики могут быть выполнены, например, из стали. Длина стержня 1 может составлять 15 мм, а его поперечное сечение - 10 мм х 15 мм. Датчик может иметь габаритные размеры 38 мм х 38 мм при толщине 5 мм.

Изобретение предназначено для использования в весах по меньшей мере с одним встроенным датчиком веса. Датчик веса содержит измерительный элемент в форме стержня с расположенными на нем тензометрами, изгибаемого под действием измеряемого веса. Стержень расположен в раме. Один конец стержня закреплен на раме, а другой является свободным по отношению к ней и снабжен опорной поверхностью, выполненной для действия на нее силы, направленной противоположно действию вилы реакции, приложенной к другой опорной поверхности рамы. Датчик изготовлен за одно целое в форме плоскости плитки. техническим результатом является повышение точности весов за счет обеспечения независимости датчиков друг от друга. 3 с.п., 13 з.п.ф-л, 6 ил.

1. Датчик веса, используемый в весах и выполненный в форме плоской плитки, содержащий изгибающийся под действием измеряемого веса элемент в форме стержня с установленными на нем тензометрами, противоположные концы которого соединены каждый с соответствующей опорной поверхностью, одна из которых выполнена с возможностью воздействия на нее силы, направленной противоположно действию силы реакции, приложенной к другой опорной поверхности, отличающийся тем, что одна опорная поверхность расположена на раме, внутри которой размещен стержень, при этом один конец стержня прикреплен к раме, а другой поддерживает другую опорную поверхность, являющуюся свободной относительно рамы. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что рама выполнена в форме прямоугольника. 3. Датчик по п.1 или 2, отличающийся тем, что стержень расположен вдоль оси симметрии рамы. 4. Датчик по п.1 или 2, отличающийся тем, что опорная поверхность, поддерживаемая концом стержня, имеет два участка, расположенных внутри рамы симметрично относительно стержня. 5. Датчик по п.4, отличающийся тем, что длина участков опорной поверхности, поддерживаемой концом стержня, немного меньше длины стержня. 6. Датчик по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что тензометры размещены на керамической подставке, приклеенной к стержню, к участку рамы, примыкающему к одному концу стержня, и к участку опорной поверхности, примыкающему к другому концу стержня. 7. Датчик по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что плоская плитка представляет собой металлическую деталь постоянной толщины. 8. Датчик по п.7, отличающийся тем, что металлическая деталь изготовлена путем нарезки кусками металлического бруса. 9. Весы, содержащие платформу для установки на ней взвешиваемого груза, отличающиеся тем, что содержат по меньшей мере один датчик веса по любому из пп.1 - 8. 10. Весы, содержащие платформу для установки на ней взвешиваемого груза, отличающиеся тем, что содержат по меньшей мере три датчика веса по любому из пп.1 - 8, причем тензометры, расположенные на стержнях датчиков, соединены с общей электронной схемой. 11. Весы по п.10, отличающиеся тем, что платформа находится в контакте с одной поверхностью датчиков при посредстве деталей, опирающихся на опорную поверхность, поддерживаемую одним концом стержня, при этом рама остается свободной. 12. Весы по п.10, отличающиеся тем, что платформа находится в контакте с одной поверхностью датчиков при посредстве деталей, опирающихся на опорную поверхность, расположенную на раме, при этом опорная поверхность, поддерживаемая концом стержня, остается свободной. 13. Весы по п.11 или 12, отличающиеся тем, что опорная поверхность датчиков, противоположная поверхности, находящейся в контакте с платформой, находится в контакте с деталью, выполненной для установки на поверхности, на которой размещены весы, причем указанная деталь образует вместе с соответствующим датчиком одну из опор весов. 14. Весы по п.13, отличающиеся тем, что указанная деталь находится в контакте с одной из опорных поверхностей датчика, при этом другая опорная поверхность остается свободной. 15. Весы по п.13 или 14, отличающиеся тем, что указанная деталь выполнена в форме плитки из эластичного полимера. 16. Весы по любому из пп.13 - 15, отличающиеся тем, что детали, находящиеся в контакте с одной из опорных поверхностей датчика, прикреплены к платформе и/или датчикам с помощью крепежных средств, не нагруженных измеряемым весом для обеспечения независимости датчиков.