Крутильные весы Советский патент 1991 года по МПК G01G7/02 

Изобретение относится к весоизмерительной технике, а именно к крутильным весам, и может быть использовано для измерения малых сил, действующих на различные объекты в электрических, магнит ных и гравитационных полях.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем повышения чувствительности весов к малым крутильным смещениям коромысла, а также путем снижения влияния флуктуационных горизонтальных плоскопараллельных перемещений коромысла.

На фиг. 1 изображены кинематическая схема и электрическая блок-схема крутиль- ных весов; на фиг.2 - подвижные и неподвижные пластины емкостных датчиков, вид сверху (поясняется принцип измерения углового смещения коромысла при действии на образец горизонтальной силы и одновре- менном плоском смещении коромысла).

Весы содержат опорную платформу 1 с кронштейном 2. к которому с помощью под- веса 3 свободно подвешено коромысло 4, снабженное системой 5 крепления образца 6 в зоне действия внешней силы, создавав- мой электромагнитом 7. На коромысле по обе стороны от оси его вращения вертикально закреплены и электрически соединены между собой две заземленные металличе- ские пластины 8 и 9. являющиеся подвижными обкладками двух емкостных датчиков. Соответствующие неподвижные пластины 0 и 11 тех же датчиков вертикально закреплены на платформе 1, причем одна из не- подвижных пластин оснащена устройством |2, позволяющим регулировать расстояние между пластинами одного из датчиков. Весы снабжены переключателем 13, с помощью которого катушка 14 индуктивности может быть соединена с пластиной 10 либо с пластиной 11, либо с обеими одновременно. Колебательный контур, образованный катушкой V4 с подсоединенными к ней емкостными датчиками, через катушку 15 свя- зи подключен к входу блока 16 измерения емкости LC-контура. Выход блока 16 подключен к входу системы 17 регистрации.

Весы работают следующим образом.

В исходном состоянии электромагнит 7 выключен. После закрепления образца 6 на коромысле 4 и успокоения последнего в положении равновесия (фиг.2, пунктир) осуще- ствляют попеременное подключение пластин 10 и 11 с помощью переключателя 13 к катушке 14, измеряя тем самым с помощью блока 16 и системы 17 знамения емкостей Cf и С§ . В TQM сл учае.если

С и СЈ отличаются друг от друга, с помощью устройства 12 устанавливают такое положение пластины 11, при котором

С и С . После этого переключатель 13 переводят в положение, в котором обе пластины 10 и 11 подключены к катушке 14, т.е оба датчика подключены параллельно. При этом система 17 регистрирует величину

С 4- С§ 2С . Затем включают электромагнит 7, сила которого действует на образец 6 в направлении, указанном на фиг 2 стрелкой, и вызывает закручивание коро мысла 4 на угол а , пропорциональный внешней силе, что приводит к изменению суммарной емкости датчиков на величину ДС, регистрируемую системой 17. Поскольку исходное расстояние между пластинами (б)и индуктивность(L) являются известными константами прибора, то угол закручивания рассчитывают по формуле

d, АС д} 143 + с2 . с + с d }

в которой член,содержащийд (горизонталь ное гмещение всего коромысла, обусловленное флуктуационными процессами) равен нулю вследствие равенства емкостей

С и С5 О величине действующей на образец внешней силы судят с помощью коэффи- циента пропорциональности между внешней силой и углом закручивания коромысла. Благодаря малой чувствительности весов к плоским перемещениям коромысла становится возможным регистрировать чрезвычайно малые крутильные смещения, т.е повышается точность измерения. Формула изобретения Крутильные весы, включающие опорную платформу, установленный на платформе кронштейн с подвешенным на нем коромыслом, устройство крепления обоаз- ца на оромысле и устройство измерения горизонтального смещения коромысла, отличающиеся тем. что, с целью повышения точности, устройство измерения смещения коромысла выполнено в виде двух параллельно включенных емкостных датчиков, снабженных подвижными и неподвижными пластинами, причем подвижные пластины датчиков закреплень: на концах коромысла и вертикальной плоскости, а неподеижные плагтины установлены на опорной платформе по разные стороны от плоскости, проходящей через подвижные пластины.

Фиг. 2

Изобретение относится к весоизмери- тельной технике, а именно к устройствам для измерения малых сил. Цель изобретения заключается в повышении точности весов путем повышения чувствительности к малым крутильным смещениям коромысла, g также путем снижения влияния флуктуационных горизонтальных плоскопараллельных перемещений коромысла на результат изме- - рения. Устройство включает в себй подвешенное к кронштейну 2 коромысло 4, устройство 5 крепления образца 6 на коромысле, а также систему измерения горизонтального смещения коромысла. Новым в весах является то, что система измерения горизонтального смещения включает в себя два параллельно соединенных емкостных датчика смещения. Электрически соединенные подвижные пластины 8 и 9 этих датчиков расположены вертикально и закреплены на коромысле 4. Закрепленные на опоре 1 неподвижные пластины 10, 11 емкостных датчиков расположены по разные стороны от плоскости, проходящей через подвижные пластины 8 и 9. Благодаря такой конструкции системы измерения смещения при флуктуационном плоском смещении коромысла показания датчиков взаимно компенсируют друг друга, а при повороте коромысла вокруг вертикальной оси их показания складываются. Это приводит к эффективному подавлению вклада плоских колебаний в измеряемое смещение коромысла и к повышению точности весов. 2 ил. со С ON СЛ Јь О XI