Весы Советский патент 1988 года по МПК G01G3/13 

Ияобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для измерений небольших изменений массы в химических и аналитических лабораторияк.

Целью изобретения является повышение надежности и чувствительности весов.

На чертеже изображена схема весов

Весы состоят из весового элемента выполненного из двух биморфных пьезо элементов 1 и 2 с разделенными на равные части металлизированными по крытиями (электродами) 3-8, жестко связанных с помощью кронштейна 9. Через геометрический центр кронштейна проходит ось 10 качания коромысла, опирающался на опору П.

Консольно закрепленный пьезоэле- мент 12 расположен в зазоре между би морфными пьезоэлементам 1 и 2, Для управления уравновешиванием коромысл служит цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13. :

Работой ЦАП 13 управляет счетчик 14 импульсов, на вход которого через элемент 15 совпадения поступают импульсы с формирователя 16 импульсов.

Они формируются из переменного сину- соидального напряжения генераторов

17переменного напряжения.

К металлизированным покрытиям 7 и 8 биморфных пьезоэлемеитов 1 и 2 подключены входы усилителей-детекторов

18и 19 соответственно. Выходы усилителей-детекторов 18 и 19 поданы на устройство 20 сравнения, которое управляет состоянием триггера 21..Запуск весов производится по сигналу блока 22 запуска.

Весы работают следующим образом.

В исходном состоянии весовой элемент уравновешен на опоре П.

Цри взвешивании груз, воздействуя на весовой элемент, вьтодит его из состояния равновесия, наклоняя левую половину весового элемента вниз. По сигналу блока 22 запуска триггер 21 устанавливается в состояние, при ко- тором своим выходным сигналом разрешает прохождение прямоугольных импульсов формирования 16 через элемент 15 совпадения на вход счетчика 14 импульсов. При этом на выходе соединенного со счетчиком 14 импульсов ЦАП 13 появляется ступенчато возрастающее напряжение, под действием которого происходит изгиб частей би

g

Q

д

5

морфных пьезоэлементов 1 и 2, заклЬ- ченных между электродами 3, 4 и 5, 6.

В результате изгиба половины каждого биморфного пьезозлемента 1 и 2 происходит укорочение его проекции на горизонтальную ось. При этом происходит уравновешивание веса груза за счет его перемещения и сокращения длины проекции половины биморфного пьезоэлемента . 1 и 2. Уравновешивающей силой служит вес половины биморфных пьезоэлементов, на которые нанесены электроды 7 и 8.

.Момент уравновешивания коромысла весов определяется следующим образом.

С выхода генератора 17 переменное напряжение возбуждает пьезоэлемент 12 на его резонансной частоте. Части биморфных пьезоэлементов с покрытиями 7 и 8 служат приемниками этих ультразвуковых колебаний. При равенстве зазоров между пьезоэлементом- излучателем 12 и обоими электродами 7 и 8 сигналы, снимаемые с них, равны по амплитуде. Эти сигналы усиливаются и детектируютс;я усилителями- детекторами 18 и 19, выходы которых подключены к входам устройства 20 сравнения. В результате воздействия груза силой F на коромысло весов последнее до уравновешивания н аклонено левым краем вниз, а правым вверх. При этом расстояния от излучающего пьезоэлемента 12 до приемников (электроды 7 I --- . . --

и 8) различны. Ближе к излучающему пьезоэлементу 12 в этом положении коромысла находится электрод 8, при этом уровень сигнала на выходе усилителя-детектора 19, на вход которого подан сигнал с электрода 8, превьппа- ет уровень с выхода усилителя-детектора 18. В этом состоянии сигнал с выхода устройства 20 сравнения обладает уровнем логического нуля и не изменяет первоначальной установки триггера 21, которая произошла по сигналу блока.22 запуска. ,

По мере возрастания уровня выходного напряжения ЦАП 13 происходит компенсация измеряемой силы F, коромысло приходит в движение и, как только произойдет компенсация, уровень сигнала с электрода 7 превысит уровень сигнала с электрода 8, на выходе устройства 20 сравнения появится потенциал логической единицы, переводящий триггер 21 в другое устойчивое состояние, В этом состоянии триггер 21 своими выходным сигналом запрещает прохождение импульсов формирователя 16 через элемент 15 совпадения на вход счетчика 14 импульсов, и он останавливается. Цифровой код на выходе счетчика 14 прямо пропорционален массе взвешиваемого груза. Коромысло весов находится в равновесии. Следующее измерение происходит по сигналу схемы 22 запуска аналогичным образом.

Ось 10 весового элемента опирается на две опоры 11, выполненные в ви- is вателВно соединенные генератор переде призм. Для передачи сигналов управления и контроля от электронной схемы к биморфным пьезоэлементам весового элемента предусмотрены токосъемники, которые расположены в ножевой части призмы. Ответные части .токосъемников расположены на подушке, в качестве которой использована ось 10 весового элемента оригинального профиля. Токосъемники подушки располагаются вдоль оси 10 весового элемента и под действием его веса прижимаются к токосъемникам призмы. Таким образом обеспечивается надежньш электрический контакт подвижной части весов с электронной схемой управ-, ления.

Формула изобретения

Весы, содержащие весовой элемент, выполненный в виде двух параллельно расположенных одна над другой балок, отличающиеся тем, что, с целью повышения надежности и чувствительности, каждая из балок выменного напряжения, формирователь импульсов, элемент совпадения, счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь, а также консольно зак20 репленный пьезоэлемент, расположенный своим свободным концом с одной стороны от оси качания, перпендикулярно к ней и на одном уровне с ней, причем металлизированные секции ве25 сового элемента со стороны приложения нагрузки соединены параллельно и подключены к выходу цифроаналогового преобразователя, а со стороны кон- сольно закрепленного пьезоэлемента

30 связаны с выходами,соответствующих усили,телей-детекторов, выходы которых соединены с входами элемента сравнения, выход которого подключен к первому входу триггера, выход ко-с торого связан с вторым входом элемента совпадения, блок запуска соединен соответственно с вторыми входами триггера и счетчика импульсов, выход генератора переменного напряжения

40 связан с консольно закрепленным пьезо- элементом.

полнена в виде биморфного пьезозле- мента прямоугольной формы, на верхнюю и нижнюю поверхности которого- нанесено разделенное на две секции металлизиро а1тоое покрыгие, балки соединены между собой-кронштейном, жестко связанным с осью качания, которая расположена поперечно весовому элементу и равноудалена от нижних поверхностей и торцов балок, при этом в весы дополнительно введены два усилителя-детектора, элемент сравнения, триггер, блок запуска, последоменного напряжения, формирователь импульсов, элемент совпадения, счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь, а также консольно закрепленный пьезоэлемент, расположенный своим свободным концом с одной стороны от оси качания, перпендикулярно к ней и на одном уровне с ней, причем металлизированные секции весового элемента со стороны приложения нагрузки соединены параллельно и подключены к выходу цифроаналогового преобразователя, а со стороны кон- сольно закрепленного пьезоэлемента

связаны с выходами,соответствующих усили,телей-детекторов, выходы которых соединены с входами элемента сравнения, выход которого подключен к первому входу триггера, выход которого связан с вторым входом элемента совпадения, блок запуска соединен соответственно с вторыми входами триггера и счетчика импульсов, выход генератора переменного напряжения

связан с консольно закрепленным пьезо- элементом.

Изобретение относится к весоизмерительной технике. Цель изобретения - повьппение надежности и чувствительности весов. При возрастании уровня выходного напряжения цифро- аналогового преобразователя 13 коромысло приходит в движение и, как только произойдет компенсация измеряемой силы, уровень сигнала с электрода 7 оказывается выше уровня сигнала с электрода 8. На выходе устройства 20 сравнения появляется потенциал логической 1, переводящий триггер 21 в другое устойчивое состоян.ие, в котором триггер 21 выходным сигналом запрещает прохозкдение импульсов формирователя 16 через элемент 15 совпадения на вход счетчика 14, и он останавливается. Цифровой код на выходе счетчика 1.4 прямо пропорционален массе взвешиваемого груза. I ил. с S (Л