Карманные весы Советский патент 1984 года по МПК G01G3/16 G01G19/50 

ел

00 Изобретение относится к весоизм рительной технике и может быть использовано, например, для измерени веса и роста спортсменов. Известны карманные весы, содержащие корпус, включающий верхнюю и нижнюю крышки, боковые стенки и опорные стойки, на которых консоль но укреплены плоские пружины и дат чики силы, подключенные к индикато ру и источнику тока Cl. Недостатками данного устройства являются значительная масса, невысокая надежность, малый ресурс работы и неудобство пользования, обусловленные наличием громоздкого пружинного механизма, имеющего низ кую стойкость к циклическим нагружениям, аналогового преобразователя, создающего дополнительный вес. Наиболее близкими по технической сущности к предлагаег/пым являются к манные весы, содержащие корпус с нагрузочной платформой, в котором размещены пьезокварцевые элементы, электроды которых подключены к тра зисторным возбудителям, и индикатор C2J. Недостаток известного устройств заключается в ограниченном диапазо не взвешивания, верхний предел кот рого ограничен низкой нагрузочной способностью пьезоквардевых тов, Цель изобретения - расширение пределов измерения веса за счет по вышения нагрузочной способности пье зокварцевых элементов. Поставленная цель достигается тем, что в карманных весах, содерЛ ащих корпус с нагрузочной платфор мой, в котором размещены пьезоквар цевые элементы, электроды которых подключены к транзисторным возбудителям, и индикатор, пьезокварцевые элементы выполнены в виде балок с 21-образным профилем, одни концы которых закреплены в корпусе, алругие кинематически связаны с нагрузочной платформой, и введены вычитатели и счетчик, причем электроды пьезоэлементов размещены на полках балок, а выходы транзисторНЕзЗХ возбудителей попарно подключены к входам вычитателей, выходы которых сое динены с входами счетчика, выход которого подключен к индикатору. ( На чертеже показана схема карман ных 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 6 зетового сечения. На каждой пьезокварцевой балке 6 имеются полки-резонаторы 7 и 8 (верхняя и нижняя /, являющиеся датчиками силы. На главных гранях каждой полки-резонатора 7 и 8 нанесены металлические электроды 9. На корпусе 1 укреплено съемное цифровое табло 10 (индикатор), В корпусе 1 размещены элементы ИЛИНЕ 11, вычитатели 12, суммирующий счетчик 13 и гибкая рулетная лента. 14, укрепленная на корпусе одним кондом. Другим концом гибкая рулетная лента 14 укреплена на съемном цифровом табло 10. В корпусе 1 расположен источник тока (не показан L На каждом торце 15 пьезокварцевой балки б зетового сечения укреплены накладки 16, которые кинематически связаны с мембраной 2. Работа карманных весов основана на прямом и обратном пьезоэлектрических эффектах, силочастотном эффекте и преобладании жесткости датчиков силы (пьезокварцевнх балок зетового сечения с полками) сравнительно с элементами устройства (боковыми стенками корпуса). Весы работают следующим образом. Для работы включают источник тока (не показан), обеспечивая электропитанием все электропотребляющие элементы устройства (элементы ИЛИ-НЕ 11, вычитатели 12, сумглирующий счетчик 13 и съемное цифровое табло 10 ). В исходном положении мембрана 2 удерживает накладки 16 и пьезокварцевые балки 6 зетового сечения не нагружаются, в подэлектродных зонах каждой полки-резонатора 8 возбуждены пьезоэлектрические колебаний с частотой f(5 . Для измерения массы спортсмен одной ногой встает на мембрану 2 вдоль ее вогнутой части. Сохраняя несколько секунд равновесие, взвещиваемый (спортсмен) обеспечивает совмещение центра масс своего тела с направлением оси чувствительности устройства, совпадающей с направлением местной вертикали ОО. В соответствии с вторым законом Ньютона взвешиваемый создает усилие, равное F mg , где F - вектор усилия; m - масса взвешиваемого; g - ускорение силы тяжести Земли . Усилие через мембрану 2 передается на пьезокварцевые балки 6 зетового сечения, создавая в них частичные усилия F и F. равные F и F.J, . где К - частичное усилие, приходящееся на первую пьезокварцевую балку сечения;г - частичное усилие, приходящееся на вторую пьезокварцевую балку зетового сечения;тп - значение массы, вызывающее усилие F ; m - значение массы, вызывающее усилие F . Частичное усилие F,, вызывает в нижнем слое первой пьезокварцевой балки б зетового сечения напряжения сжатия c:f- I SB верхней слое - со ответствующее напряжение растяжения d рас . Массивная центральная часть первой пьезокварцевой балки б обеспечивает прочностное сопротивление нагрузке. В подэлектродной зоне нижней пол ки-резонатора 8 (как и в нижнем слое первой пьезокварцевой балки 6).создается напряжение сжатия, под действием которого (благодаря силочастичному эффекту ) частота пьезоэлектрических колебаний увеличивается прямо пропорционально частичному уси лию f. M где df - отклонение частоты пьезоэлектрических колебани нижней полки-резонатора первой пьезокварцевой ба ки зетового сечения; частота ггьезоэлектри.ческих колебаний ненагружен ной нижней полки-резонатора первой пьезокварцевой балки зетового сечения;К - силочастотный коэффициF - механическое усилие сжатия в нижней полке-резонаторе, первой пьезо1сварцевой балки зетового сечения;п - номер гармоники; || - коэффициент полезного действиязаделки; S - площадь.подэлектродной зоны. в подэлектродной зоне верхней .полки-резонатора 8 (как и в верхнем слое первой пьезокварцевой балки б) создается напряжение растяжения-, под действием которого (благодаря cилo-чacтoтнo 1y эффекту) частота пьезоэлектрических колебаний уменьшается прямо пропорционально частичному усилию : - f где - лf - отклонение частоты пьезозлектрических колебаний верхней полки-резонатора первой пьезокварцевой балки зетового сечения;р, рис механическое усилие растяжения в верхней полкерезонаторе первой пьезокварцевой балки зетового сечения. Частичное усилие F вызывает в нижнем слое второй пьезокварцевой балки 6 напряжение сжатия с а в верхнем слое соответствующее напряжение растяжение (аналогично вышсрассмотренному для первой пьезокварцевой балки 6 зетового сечения ). Соответственно с этим в подэлектродной зоне нижней полки-резонатора 8 частота пьезоэлектрических колебаний увеличивается прямо пропорционально частичному усилию F . отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний нижней полки-резонатора второй пьезокварцевой балки зетового сечения; механическое усилие сжатия в нижней полке-резонаторе второй пьезокварцевой балки зетового сечения. ектродной зоне верхней натора 8 частота пьезоких колебаний уменьшается орционально частгичному F jr2 f.. тклонение частоты пьезоэлектрических колебаний верхней полки-резонатора второй пьезокварцевой балки зетового сечения, - механические усилия растяжения в верхней полке-резонаторе второй пьезокварцевой балки зетового сечения . и верхних полок-резонатой и второй пьезокварцевых ового сечения через соотэлементы ИЛИ-НЕ 11 на соответствугощие входы вычитателей 12 снимаются электрргческие сигналы с частотами , на первый вычитатель 12 и (,-л и ,, на второй вычитатель 12. С выходов первого и второго вычитателей 12 электрические сигналы раз ностной частоты, равные 2uf и соответственьо, подаются на соответствующие входы суммирующего счетчика 13, где суммируются и подаются на съемное цифровое табло 10, где индицируются . Благодаря прямо пропорциональной зависимости приростов частот й и от величины массы показания съемного цифрового табло проградуиров&ны непосредственно в единицах массы-килограммах. Съемное цифровое табло 10 при взвешивании может находиться как на корпусе 1, так и может быть снятым и установленньом в пределах наиболее удобного визуального отсчета показаний. Сьемное цифровое табло 10 имеет фиксированный вес и поэтому оно при взвешивании может находиться в ру7 Z 6 ЖЦ: 3 8 f ках 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 JjerKO устанавливается на свое поса|дочное место. Благодаря наличию на гибкой рулетной ленте.14 меток длины ( от О до 200 см) она может быть использована для измерения роста взвешиваемого . или другого объекта Карманные весы могут использоваться для измерения массы твердых предметов. Процесс измерения в этом случае аналогичен описанного. Предлагаемые карманные весы благо20 использованию в них пьезокварцевых балок зетового сечения, в которых в качестве датчиков силы задействованы полки-резонаторы, а также благодаря применению микроэлектрон25 ных элементов, обеспечивают необходимый диапазон измерения, имеют ма1аую массу и высокую надежность, 1 1 л . kxxXxi I JL/1 ZH2& huC n3raa-ь:ЬиХЧ SNN 7 .S Tf- VO . g

КАРМАННЫЕ ВЕСЫ, содержащие корпус с нагрузочной платформой, в котором размещены пьезокварцевые элементы, электроды которых подключены к транзисторным возбудителям, и индикатор, отличающиес я тем, что, с целью раситирения пределов измерения веса за счет повышения нагрузочной способности пьезокварцевых элементов, последние выполнены в виде балок с Z-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 выходы транзисторных возбудителей попарно подключены к входам вычитателей, выходы которых соединены с входами счетчика, выход которого подключен к индикатору. (Л