Весоизмерительное устройство Советский патент 1989 года по МПК G01G3/16 

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к устройствам, в которых взвешивание осуществляется путем измерения изменений частоты колебаний упругого элемента-.

Цель изобретения - повышение точности за счет одновременного измерения по двум каналам.

На чертеже показана схема устройства.

На корпусе 1 укреплены боковые стенки 2. В верхней части устройства размещена массоприемная платформа 3. Внутри корпуса 1 размещен пьезоквар- иевый датчяк силы, включающий перемычку 4, на которой нанесены металлические электроды 5 и сопряженные пьезокварцевые призмы 6 и 7, имеющие скошенные опорные грани В, 9 и скошенные нагрузочные грани 10, 11.

Скошенные опорные грани 8 и 9 опираются на пьезокварцевые седла-вставки 12 и 13, на которых нанесены металлические электроды 14 и 15.

Скошенные нагрузочные грани 10 и 11 сопрягаются с седлами-вставкаьш 16 и 17, на которых нанесены металлические электроды 18 и 19.

Металлические электроды 5 перемычки 4 подключены к входу электрон-.

ел

со о

СО

00

ного .возбудителя 20, выход которого подсоединен к входу первого индикатора 21 и первому входу компаратора 22.

Металлические электроды 14 первого седла-вставки 12 подключены к входу второго электронного возбудителя 23, выход которого подсоединен к пер- Boky входу сумматора 24.

Металлические электроды 15 второго седла-вставки 13 подключены к входу третьего электронного возбудителя 25, выход которого подсоединен к второму входу сумматора 24.

Металлические электроды 18 третьего седла-вставки 16 подключены к входу четвертого электронного возбудителя 26, выход которого подсоединен к третьему входу сумматора 24.

Металлические электроды 19 четвер- .того седла-вставки 17 подключены к входу пятого электронного возбудителя 27, выход которого подсоединен к четвертому входу сумматора 24, выход которого подключен к входу второго индикатора 28 и второму входу компаратора 22,

Работа устройства основана на прямом и обратном пьезоэлектрических эф- фектах, силочастотном и двформационно частотном эффектах пьезокварцевых резонаторов.

В исходном положении от блока питания (не показан) подается электропитание на электронные возбудители 20 23, 25, 26 и 27, сумматор 24 и индикаторы 21 и 28.

Электронные возбудители 20, 23, 25, 26 и 27 возбуждают пьезоэпектри- ческие колебания в подэлектродных пьезокварцевых зонах (под металлическими электродами 5, 14, 15, 18 и 19)

При отсутствии на массоприемной платформе 3 массы измеряемого объекта частота пьезоэлектрических колебаний в локализованной зоне под электродами 5 и в локализованных зонах пьезоэлектрических седел-вставок 12, 13, 16 и 17 под электродами 14, 15, 18 и 19 соответственно равна начальным значениям f, , f, f , f.

При помещении объекта измерений с массой тп на массоприемную платформу 3 возникает сила F, действующая вдоль нагрузочной оси 0-0.

Под действием вектора силы F возникают два момента MI и М, действующие встречно на перемычку 4, поскол

0

5

Q

,.

5

5

ку скосы опорных и нагрузочных граней каждой пьезокварцевой приз- t выполнены в противоположные стороны.

Моменты М и Mj соответственно равны

м,- I -1,; М Г I Ч

где 1 - расстояние между верщинами скошенных опорной и нагрузочной граней первой сопряженной пьезокварцевой приз- мы;

12 - расстояние между вершинами скошенных опорной и нагрузочной граней второй сопряженной пьезокварцевой приз- мы

в силу действия силочастотного эффекта в локализованной зоне (под электродами 5) перемычки 4 частота пьезоэлектрических колебаний уменьшается на величину Л,

if К. Llklk i D n- 2

где Кг - силочастотиы) ; коэффициент; F - модуль вектора силы fo - начальное значение частоты; D - геом трический коэффициент - поперечное сечение перемычки;

п - номер гармоники; - коэффициент полезного действия контактирующих, механических частей.

Электрический сигнал, частота которого изменилась на величину ttf, , через электронный возбудитель 20 подается на первый индикатор 21 и индицируется в нем в единицах массы, поскольку зависимость между величиной измеряемой массы и отклонением частоты пьезоэлектрических колебаний имеет прямопропорциональный характер. Одновременно этот сигнал подается на первый вход компаратора 22.

Вектор силы F создает в пьезокварцевых седлах-вставках 12, 14, 16 и 19 механическое напряжение сжатия, которое вызывает повьшение частоты пьезоэлектрических колебаний согласно си- лочастотному эффекту

- f if..-ufs-K

51530931

uf«,b.f ,bf 4 отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний от исходного значения -(в пьезоэлектрических седлах-вставках 12, 13, 16, и 19) под действием вектора силы F

if,-Af,if,if,K, li-lLU ,

где m - масса измеряемого объекта;

начальные значения

частоты пьезоэлектрических колебаний в пьезоэлектрических седлах- вставках 12, 13, 16 и 17.

Электрические сигналы (с указанны- ми частотами) от седел-рставок 12, 14, 16 и 19 через соответствующие электронные возбудители 23, 25, 26 и 27 подаются на соответствующие входы сумматора 24, с выхода которого после алгебраического суммирования выдается электрический сигнал суммарного прироста указанных частот

& f./i f,0 Af« u f, 5 -или

,

0 5

0

f

-- -i- f-Электрический сигнал суммарной частоты i „.„,индицируется на табло индикатора 28 в единицах массы и одновременно подается на второй вход компаратора 22.

Электрический сигнал по частоте, соответствующей величине измеряемой массы объекта, измеренный по первому каналу, поданный на первый индикатор 21 и первый вход компаратора 22 нормально (при отсутствии неисправности и значительных мешающиу помех) равен по частоте,соответствующей электрическому сигналу, снимаемому с второго канала на индикатор 28 и второй вход компаратора 22.

В случае отклонения частоты одного из каналов (соответствующей вея11- чине измеряемой массы объекта измерения) выше нормы выдается сигнал с - верхнего выхода компаратора 22.

В случае отклонения частоты одного из каналов ниже нормы выдается сигнал с нижнего выхода компаратора 22.

Ч J 5 П19 J 7 о t

Весоизмерительное устройство, содержащее корпус с основанием, грузоприемную платформу, кинематически связанную с пьезокварцевым датчиком силы, электронный возбудитель и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет одновременного измерения по двум каналам, в него введены пьезокварцевые седла-вставки, дополнительные электронные возбудители, сумматор, компаратор и дополнительный индикатор, причем пьезокварцевый датчик силы выполнен в виде соединенных между собой перемычкой сопряженных пьезокварцевых призм со скошенными опорными и нагрузочными гранями, которые посредством пьезокварцевых седел-вставок связаны соответственно с основанием корпуса и грузоприемной платформой, на главных гранях перемычки нанесены металлические электроды, подключенные к входам соответствующих дополнительных электронных возбудителей, выходы которых соединены с входом сумматора, выходом соединенного с дополнительным индикатором и другим входом компаратора.