Массоизмерительное устройство Советский патент 1985 года по МПК G01G7/04 G01G9/00 

Изобретение относится к измерени масс, в частности к устройствам для измерения малых доз -продукции при оценке качества работы сельскохозяйственной техники в производствен ных условиях, например разбрасывателей минеральных удобрений, линий послеуборочной обработки зерна

и т оП .

Известно устройство для точного измерения малых доз, содержащее чувствительный элемент с чашкой для груза, подвески, устройство индикации разбаланса, систему автоматического уравновешивания с компенсатором и задатчик нормированных сигналов .Ij ,

Однако это устройство обеспечи-. вает необходимую точность измерения только в условиях, исключающих воздействие вибраций и тряски на измерительную подвеску.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является массоизмерительное устройство, содержащее коромысло с подвеской для груза и опорным элементом, электромагнитный компенсатор с подвижной и неподвижной обмотками, регулируемый источник тока и регист рирующий прибор 2J ,

Однако, известное устройство не обладает требуемой стабильностью и точностью работы непосредственно в производственных условиях, теряет точность измерения малых доз продукта при воздействии тряски и вибраций. Это объясняется тем, что принцип измерения основан на перемещении коромысла, а электрические методы компенсации и уравновешивания, используемые в данном устройстве, не обеспечивают должной помехозащищенности в сложных условиях сельскохозяйственного производства.

Цель изобретения - повьшение точности путем уменьшения влияния вибропомех.

Поставленная цель достигается тем, что в массоизмерительное устройство, содержащее коромысло с подвеской для груза и опорным элементом, электромагнитный компенсато с подвижной и неподвижной обмотки, регулируемый источник тока и регистрирзтощий прибор, введены гидравлический усилитель, выполненный

в виде двух сообщающихся цилиндрических сосудов-разного диаметра, заполненных жидкостью и закрытых мембранами, на которых смонтированы поршни, пьезочувствительный элемент, низкочастотньш и высокочастотньй фильтры, преобразователь, сумматор и усилитель мощности, при этом подвижная катушка электромагнитного компенсатора закреплена на штоке, установленном на поршне цииндра меньшего диаметра и несущем опорньш элемент Коромысла, а непо- . двИжная катушка закреплена на корпусе этого цилиндра, пьезочувствительньш элемент закреплен на поршне цилиндра больщего диаметра и поджат к нему винтом, закрепленным на крышке этого цилиндра, на которой на стойке шарнирно закреплено коромысло, причем пьезоэлектрический элемент подключен к преобразователю, выход которого через низкочастотньй фильтр соединен с регистрирующим прибором, а через высокочастотный фильтр и усилитель мощности - с одним входом сумматора, к другому входу которого подключен регулируемый источник тока, а ю выходу неподвижная обмотка электромагнитного компенсатора, подвижная обмотка которого подключенак регулируемому источнику тока.

Кроме того, преобразователь выполнен в виде генератора, подключенного к входу пьезочувствительного элемента, выход которого через усилитель соединен с узлом преобразования частотного сигнала в напряжение.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 ункциональная схема преобразоваеля; на фиг. 3 - графики, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит гидравлиеский преобразователь 1 усилия, представляющий собой сообщающиеся цилиндры большого 2 и малого 3 иаметра и заполненные жидкостью. Выходные отверстия цилиндров закрыты мембранами 4. На цилиндрах 2 и 3 установлены стаканы 5 соответственно большого и малого диаметра.

В цилиндрическом стакане 5 маого диаметра установлен поршень 6, связанньй посредством штока 7 с опорным элементом 8. В цилиндричес ком стакане 5 большого диаметра установлен поршень 9, в центре кото рого укреплен пьезочувствительньй элемент 10. Сверху пьезочувствител ный элемент. 10 прижат через резиновую прокладку 11 винтом 12, установленным в крышке 13 цилиндрического стакана 5 большого диаметра, жестко соединенной с корпусом гидравлического преобразователя 1, Один конец коромысла 14 с помощью стойки 15 и оси 16 закреплен на крьпике 13. Второй конец коромыС ла 14 с измерительной подвеской 17 установлен на опорный элемент 8 Электромагнитный компенсатор 18 иЫеет две обмотки 19 и 20. Обмотка 19 закреплена на штоке 7, а обмотка 20 укреплена на фланце цилиндрического стакана 5 малого диа метра. Обмотка 20 непосредственно, а обмотки 19 через сумматор .21 соединены с источником 22 постоянного тока с регулируемой установко Вся конструкция устройства закрыта герметическим кожухом 23. Пьезочувствительньй элемент 10 соединен с преобразователем 24 сигнала, которьй состоит (фиг. 2) из задающего генератора 25, подклю ченного к входу пьезочувствительно элемента 10, выход последнего соединен с усилителем 26, которьй подключен к преобразователю 27 частота-напряжение, соединенному одновременно через низкочастотньй фильтр 28 с регистратором 29 и-через щ 1сокочастртный фильтр 30 с усилителем мощности 31, которьй соединен с одним из входов суммато ра 21, подключенного к обмотке 19 электромагнитного компенсатора 18. Устройство работает следующим образом. В общем случае усилие MUl, приходящееся на опорный элемент 8 равно ... №Ctb-M.fi{t.), где MO - статическая нагрузка обу ловленная действием измеряемой массы и тар Q , т.е. MO + q J pW- динамическая помеха, воз никающая при измерении массы в условиях вибраци и тряски, которая состои p(tbiu(iV 2 v tV2q(t), гд Л| (i - помеха, обусловленная колебаниями подвижной измерительной системы вследствие действия возмущений (вибрация, тряска), - помеха обусловленная инерционными силами измеряемой массы, о (t)- помеха , обусловленная инерционными силами тары. Таким образом , или обозначив 2, oC(t) пол т1им исходное уравнение Mil)-(:|fQt(t)4-bi,(t). В исходном состоянии статическое усилие тарной нагрузки G компенсируется электромагнитным KONmeHcaTOром 18, в котором при взаимодействии тока в обмотках 19 и 20 возникает сила FO, направленная в противоположную сторону, T.e..fi причем данное равенство устанавливается с помощью регулируемой установки на источнике 22 тока. Компенсация с помощью электромагнитного компенсатора статической тарной нагрузки G позволяет переписать исходное уравнение в виде H)M( bo6it) Таким образом, при попадании в приемную платформу измерительной подвески 17 измеряемой дозы сельхозпродукции возникает сила о , которая через коромысло 14, опорньй элемент 8, шток 7 вызьшает на поршне малого диаметра 6 силу i В результате действия поршня малого диаметра 6 силой i на мембрану 4 цилиндра 2 гидравлического преобразователя условия 1 со стороны жидкости возникает реакция. Р io, причем Р f Р- 5, где S, - площадь поперечного сечения поршня малого диаметра 6 О - удельное давление жидкости, вызванное действием силы i (.t) . Тогда, согласно закону Паскаля, сила Р I действующая на поршень

S

большого диаметра 9 через мембрану большого диаметра 2 равна

ро ро 5г

-5 где 5.2 - плои1,адь поперечного сечения поршня большого диаметра 9 .

Таким образом, сила Р,-, во -столько раз больше силы Р во сколько -раз 5 больше 5, . Иными словами, гидравлический преобразователь 1 усилия выполняет роль гидростатического усилителя Р где k - коэффициент усиления.

Действие сшпз Р , через мембрану 4 и порьчень 9 большого диаметра иередае-тся на межэлектродное пространство гтье.зочуззстБИтел ьного зле-молгта 10s прилсатого к поверхности порн1ня больпклмэ .диаметра 9 через прокладку 11 винтом 12.

Таким обрз-зом, через г.идрав..пиче кий преобразовате.1ь 1 передается: и динамическая помеха f-(. (i. когд,а п (tl - КР, (t) ,т,е. на пьез очувс1мзительный ; демент 10 действуе

сила . Р г i 0 ) Р- этом cjiBдуег-заметить, что благодаря ис-пользовапию гз предлагаемом устрой-стве гидравлического преобразователт.я 1 и пьезочувст)зите.льиого элемеита 10 в нем отсутствуют свободvsbie ко.)1ебания измерительной системы Ш (t) т е исходное уравне Н1е можно записать

-iltl C|ioG(t.)

Механическое усилие Р Р г 7) ; дейсТБ510 11ее на рабочую поверхность пьезочув.ствитеньного элемента 10 (фиг. 2)5 позволяет получить на выходе преобразователя 24 частотанапряжение сигнал (fc) . имеючрй постоянную составляющую р° , пропорционсШьную измеряемой массы q и переменную Z (t) пропордиональную динамической помехе «1 (t) . Сигнал (t) оддюврег ш-нно поступает на входы низкочастотногО 28 и высокочастотного 30 фильтров. На вькоде низкочастотного фильтра 28

65897

выделяется Цд постоянная составляющая пропорциональная измеряемой массе, которая поступает на вход регистратора 29. На выходе

3 высокочастотного фильтра 3.0 выделяется сигнал и (i) (фиг. 3) пропордиональный динамический помехе pt (t) , который через усилитель 31 мощности поступает на один из

входов с нчматоров 21 , второй вход которого соединен с регулируемым источником 22 тока, а выход С обмоткой 19 электромагнитного компенсатора 18, что вызывает в послед S нем переменную силу j (t) , позволяющую компенсировать динамическую помеху о{ (t.

Существенное отличие предлагав- . :-мого массоизмерительного устройства

20

состоит в том, что здесь отсутствует

при измерении массы перемещение элементов устройства, т.е. исключена помеха от свободных колебаний

.и.змерительной подвески Ц (t), бла«I

годаря чему значительно повышается

его помехозащищенностьот тряски и вибрадий. Кроме того, электромагнитный компенсатор, благодаря регулируемому источнику постоянно3-}го тока, позволяет компенсировать статическую тарную нагрузку ( , а обратная связь от преобразователя пьезочувствительного элемента через высокочастотный фильтр, усилитель мощности и сумматор позволяет компенсировать динамическую помеху «; (t) вызванную инерционными силами измеряемой массы и тары. Таким образом, предлагаемое

-W устройство позволяет с необходимой степенью точности контролировать . в условиях вибрации и тряски малые дозы сельхоздродукции.

Испытания макетного образца,

проведенные при оценке качества внесения минеральных удобрений, показывают, что предлагаемое устройство обладает требуемой надежностью и точностью работы. При измерении

5§ порций минеральных удобрений массой 2,5-125 г погрешность составляет i 0,007 г.

w

1

U JO J

Тч

Ш

H

f

Фт.г

1. МАССОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее коромысло с подвеской для груза и опорным.элементом, электромагнитный компенсатор с подвижной и неподвижной обмотками, регулируемый источник тока и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения влияния; вибропомех, в него введены гидравлический усилитель, выполненный в виде двух сообщающихся цилиндрических сосудов разного диаметра, заполненных, жидкостью и закрытых, мембранами, на которых смонтированы поршни, пьезочувствительный элемент, низкочастотный и высокочастотный фильтры, преобразователь, сумматор и усилитель мощности, при этом подвижная катушка электромагнитного коьшенсатора закреплена на штоке, установленном на поршне цилиндра меньшего диаметра и несущем опорный элемент коромысла, а неподвижная катушка закреплена на корпусе этого цилиндра, пьезочувствитедьньй элемент закреплен на поршне цилиндра большего диаме.тра и поджат к нему винтом, закрепленным на крышке этого цилиндра, на которой на стойке шарнирно закреплено коромысло, причем пьезочувствительный элемент подключен к преобразователю, выход с которого через низкочастотный фильтр соединен с регистрирующим прибором, а через высокочастотный фильтр и усилитель мощности - с одним входом сумматора, к другому входу которого подключен регулируемый источник тока, а к выходу неподвижная обмотка электромагнитного компенсатора, подвижная обмотО5 ка которого подключена к регулируеСП мому источнику тока. СХ) 2. Устройство по П.1, отли UD чающееся тем, что преобразователь выполнен в виде генератора, подключенного к входу пьезочувствнтельного элемента, выход которого через усилитель соединен с узлом преобразования частотного сигнала в напряжение.

Сиена/1 с 8i,ixoda прео5ра.зо6атвм

Сигнал с Выхода низно астотноео

Сигнал с Выхода бысоно ас/потмоло (рильтра

z/y

/Л A cpttAbfnpa