Устройство для измерения массы Советский патент 1985 года по МПК G01G3/16 

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к весам, в которых используются пьезокварцевые чувствительные элементы. Известно устройство для измерения массы с компенсацией тарной нагрузки содержащее корпус,, в котором размещены пружинный механизм, кинематически связанный с нагрузочной платформой, датчик силы с аналоговым преобразователем тарной нагрузки, датчик суммарной нагрузки с аналоговым преобразователем, блок вычитания тарной нагрузки, счетчик и цифровое отсчетное устройство DJ. Недостатками известного устройства ;являются сравнительно высокая погрешность измерения, большая мас,са, значительная стоимость, невысокая надежность и малый ресурс работы, обусловленные применением двух каналов измерения (канала измерения т арной нагрузки и канала измерения суммарной массы), блока вычитания тарной нагрузки, имеющих существенные погрешности, значительную массу и высокую стоимость. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения массы, содержащее корпус, на котором посредством упругих элементов на несущей опоре подвешена грузоприемная платформа, и частотный датчик силы, подключенный через транзисторный воз будитель к электронному счетчику, соединенному с цифровым индикатором z . Недостаток данного устройства заключается в том, что в нем не обеспечена возможность достаточно прост компенсации веса тары. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройстйа за счет обеспечения компенсации веса тары. Поставленная цель достигается те что в устройстве для измерения массы содержащем корпус, -на котором посред ством упругих элементов на несущей опоре подвешена грузоприемная платформа, и частотный датчик силы, под ключенный через транзисторный возбу дитель к электронному счетчику, сое диненному с цифровым индикатором, частотный датчик силы выполнен в ви де пьезокварцевого элемента, снабженного ступенчатым электродом, закрепленным на одной из его главных граней, и плоского электрода, расположенного с зазором у другой главной грани пьезокварцевого элемента и закрепленного с возможностью перемещения на несущей опоре, причем плоский электрод подключен к транзисторному возбудителю. На чертеже показана функциональная схема устройства. Устройство содержит корпус 1, к которому консольно закреплены упругие элементы 2, скрепленные несущей опорой 3, жестко связанной с грузоприемной платформой 4 и подпятником 5, датчик силы, включающий пьезокварцевый элемент 6, установленный на корпусе 1, ступенчатый электрод 7, укрепленный на первой главной грани 8 пьезокварцевого элемента 6, вторую главную грань 9, у которой с зазором 10 установлен перемещаемый плоский электрод 11, имеюш;ий возможность перемещения и фиксации установленного положения с помощью микроперемещателя-фиксатора 12 вдоль направляющей 13, выполненной на несущей опоре 3. Ступенчатый электрод 7 и перемещаемый плоский электрод- 11 подключены к входам транзисторного возбудителя 14, выход которого подсоединен к входу электронного счетчика 15, выход которого подключен, к входу цифрового индикатора 16.Транзисторный возбубитель 14, электронный счетчик 15 и цифровой индикатор 16 установлены на корпусе 1. У нижней части несущей опоры 3 (у подпятника 5) установлен с зазором ограничитель 17, скрепленный с корпусом 1. В подпятнике 5 и ограничителе 17 вмонтированы контакты 18, образуюш е контактную пару, подключенную к реле перегрузки 19, контакты которого подсоединены к цепи индикатора перегрузки 20. 00 - ось нагружения. Устройство работает следующим образом. Работа устройства для измерения массы основана на прямом и обратном пьезоэлектрических эффектах, массоэффекте и эффекте перемещения локализованной зоны пьезоэлектрических колебаний. Перед работой от источника тока (не показан) подают электропитание на токопотребляющие элементы: транзисторный возбудитель 14, электрон3ный счетчик 15, цифровой индикатор 16, реле перегрузки 19 и индикатор перегрузки 20. Транзисторный возбудитель 14 ген рирует на ступенчатом электроде 7 и плоском электроде 11 переменное напряжение. Электрическое поле, созданное мевду ступенчатым электро дом 7 и перемещаемым плоским электродом 11, возбуждает и подэлектродной зоне пьезокварцевого элемента 6 пьезоэлектрические колебания, часто та которых определяется массой пьез электрика подэлектродной зоны и мас сой части электрода 7 локализованно зоны пьезоэлектрических колебаний где f г- частота пьезоэлектрических колебаний локализованной зоны (подэлектродной зоны) пьеэоэлектрика (без электр дов, нагружающих колебател кую зону); прирост частоты, обусловле ный нагружением массой час ти электрода, находящегося над локализованной зоной (подэлектродной зоной); Мдл- масса пьезоэлектрика в локализованной зоне; йш - масса части электрода, нагружающая локализованную (колеблющуюся) зону. С помощью микроперемещателя-фиксатора 12 устанавливают и фиксируют перемещаемый плоский электрод 11 в среднем положении таким образом, чтобы проекция его площади совмести лась с пло.щадью средней ступени сту пенчатого электрода 7. Это исходное tположение,которое учитывает перемещение грузоприемной платформы 4 и несущей опоры 3 под действием их массы. Частота пьезоэлектрических колебаний в исходном положении равна суммарной частоте ненагруженного пьезокварцевого элемента 6 и прирос ту частоты от нагружения массой сре ней ступени ступенчатого электрода 7 , 3 где f - частота пьезоэлектрических колебаний пьезокварцевого резонатора в исходном положении;iffp - прирост частоты от влияния массы части электрода, находящейся в средней ступени ступенчатого электрода 7; К - постоянный коэффициент. При колебании возбужденной подэлектродной зоны нагрузка массой воспринимается только той частью электрода, которая находится непосредственно в этой зоне. Электрический сигнал с указанной исходной частотой определяет частоту колебаний транзисторного возбудителя 14, подсчитывается электронным счетчиком 15 и регистрируется на шифровом индикаторе 16. При перемещении груза на грузоприемную платформу 4 создается дополнительное усилие Р, которое смещает вниз несущую опору 3 с электродом 11, который занимает новое положение, отклоняясь на длину прямо пропорциональную приложенной нагрузке Р (масса груза). Отклонение положения плоского электрода 11 перемещает возбуаденную (подэлектродную) зону пьезоэлектрических колебаний в новое положение, в котором суммарная масса уменьшается (часть массы электрода 7 средней ступени и часть массы нижней ступени этого электрода). Частота пьезоэлектрических колебаний увеличивается прямо пропорционально уменьшению массы части электрода 7 и масса груза определяется.новым значением частоты тек. J . Д тек, текущее значение частоты пьезоэлектрических колебаний; текущее значение присоединенной массы электрода 7. Частота электрического сигнала, индицируемого на цифровом индикаторе 16, включает частоту ненагруженного пьезоквари вого элемента 6 и прирост частоты. Для исключения нежелательной иникации .постоянного значения частоты значения параметров пьезокварцевого

элемента 6 и массу средней ступени ступенчатого электрода 7 выбирают таким образом, чтобы исходное значение частоты было равно.точному значению частоты, имеющей один десятичный знак с последующими нулями (например f000000 Гц), тогда- прирост частоты (обычно до 10000 Гц) будет индицироваться вместо указанных нулей.

Исключить начальное (постоянное) значение частоты можно также обычным методом с использованием эталонного кварцевого генератора и вычитателя.

После окончания измерения груз снимается с грузоприемной платфорьвы 4, а частота электрического сигнала, индицируемая на цифровом индикаторе 16, возвращается к прежнему значению

В процессе эксплуатации устройства может быть изменена величина тарной нагрузки в сторону уменьшения нпи увеличения.

При y шньшeнии тарной нагрузки несущая опора 3, грузоприемная платформа 4 и перемещаемый плоский элект роя 11 поднимутся вверх, при этом нагрузка колеблющейся (подэлектронной) зоны увеличится (т.е. возрастет суммарная масса нагружающего электрода) , а частота пьезоэлектрических колебаний уменьшится прямо пропорционально действующему значению массы.

Для компенсации измененной тарной нагрузкц перемещаемый плоский электрод 11 освобождают от фиксации с помощью микроперемещателя-фиксатора 12 и перемещают его в положение, при которЬм значение частоты пьезоэлектрических колебаний будет равно исходному значению . . В этом положении перемещаемый плоский электрод 11 фиксируется.

При отклонении тарной нагрузки в сторону утяжеления указанную операцию проводят аналогичным образом.

Благодаря применению в предлагаемом устройстве пьезокварцевых элементов, имеющих высокую добротность, стабильность параметров, исключения механических связей датчика силы и упругих элементов, применению массоэффекта обеспечивается компенсагря тарной нагрузки и снижение погрешности измерения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ, содержащее корпус, на котором посредством упругих элементов на несущей опоре подвешена грузоприемная платформа, и частотный датчик силы, подключенный через транзисторный возбудитель к электронному счетчику, соединенному с цифровым индикатором, отличающееся тем,что; с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения компенсации веса тары, в нем частотный датчик силы выполнен в виде пьезокварцевого элемента, снабженного ступенчатым электродом, закрепленным на одной из его главных граней, и плоского электрода, расположенного с эа зором у другой главной грани пьезокварцевого элемента и закрепленного с возможностью перемещения на несущей опоре, причем плоский электрод подключен к транзисторному возбудителю.