Весы Советский патент 1992 года по МПК G01G1/22 

Изобретение относится к технике взвешивания масс в диапазоне 0-20 г.

Известны кварцевые весы, содержащие равноплечие коромысла и ряд жестких кварцевых деталей. Их недостатком является влияние внешних факторов (вибрация, температура и др.) на взвешиваемую величину.

Известны весы, в которых опора и коромысло выполнены в виде полой сферы, помещенной в чашу с жидкостью. Весы содержатчашки с гибкими подвесами, механизм подачи жидкости. На полой сфере выполнена зеркальная площадка, с которой осуществляется съем угла поворота с помощью автоколлиматора

Разностный вес груза и гирь определяют по углу поворота зеркальной площадки полой сферы.

Эти весы позволяют устранить влияние внешних факторов. Однако их недостатком является свободное плавание полой сферы в жидкости и могут иметь место случаи касания сферы о чашу с жидкостью при взвешивании, что создает дополнительные моменты трения, искажающие результаты взвешивания. Кроме того, перемещение полой сферы в плоскости плавания затрудняет снятие отсчета с зеркальной площадки. Эти недостатки приводят к снижению надежности и точности весов.

Равновесное положение сферы не зависит от уровня погружения сферы и весы потенциально имеют широкий диапазон взвешивания.

Однако принцип взвешивания по отклонению, используемый в этих весах, существенно ограничивает диапазон взвешивания.

l4

О

о

CJ

ел ю

Автоколлимационный метод измерения осуществляется в пределах малого угла ( +1°), что соответствует весьма малому разностному весу. Уравнение равновесия при малых углах а имеет вид

Рд Ra AGR,

AG

откуда а - -р-, д

где Рд - дисбаланс полой сферы;

R - радиус полой сферы;

AG - разностный вес.

Так, например, при работе весов с разностным весом до 1 мг и предельном угле отклонения а порядка Юугл. мин, необходимый дисбаланс сферы Рд должен быть порядка (0,1-0,2) мг.

При измерении больших масс (от 1 до 0,01 г) и отсутствии системы уравновешивания этот метод измерения по углу поворота коромысла малоэффективен, т.к. обеспечивает узкий диапазон взвешивания, чтоявля- ется недостатком этих весов.

Известны различные системы уравновешивания весов, к ним, в частности, относятся системы уравновешивания упругими элементами.

Так, например, уравновешивание с помощью торсионной нити широко применяется в кварцевых весах. В этих весах одна из ветвей торсионной нити, на которой подвешивается коромысло, соединяется с механизмом, позволяющим закручивать эту нить и измерять угол закручивания. Существенным недостатком торсионного метода уравновешивания является недостаточная прочность конструкции, так как измерительная торсионная нить при максимальных углах закручивания испытывает двойную нагрузку: от ее закручивания и от растяжения весом коромысла и навесок, что приводит к поломке весов.

Известны весы, в которых устранен этот недостаток за счет того, что система подвески коромысла отделена от торсионной измерительной нити. Системы уравновешивания торсионной нитью применяются главным образом в высокочувствительных весах, предназначенных для взвешивания малых масс. Предельные нагрузки таких весов обычно составляют (1-0,001) г, а абсолютная чувствительность г.

Весы с торсионной нитью и независимой подвеской коромысла имеют сложную пространственную конструкцию, имеют ограниченный диапазон взвешивания, что является их недостатком.

В качестве прототипа взяты весы, содержащие коромысло, выполненное в виде полой сферы с гибкими подвесами чашек

соответственно для груза и навесок. Полая сфера установлена в посадочную чашу, которая сообщена с узлом подачи жидкости. На сфере имеется зеркальная площадка, с

которой автоколлиматором осуществляется отсчет угла, пропорциональный измеряемой массе.

Весы работают по принципу взвешивания по отклонению. К недостаткам этих ве0 сов относятся низкая надежность и точность из-за касания полой сферы о чашу при работе в жидкости и ограниченный диапазон взвешивания, присущий весам, работающим по отклонениям.

5 Целью изобретения является повышение надежности, точности и расширение диапазона взвешивания в сторону больших величин. Эта цель достигается тем, что в весы введены упругий элемент, ограничи0 тель вертикального перемещения полой сферы и центрирующие ее растяжки, выполненные в виде двух упругих лент, закрепленных первыми концами на диаметрально противоположных сторонах полой сферы в

5 горизонтальной плоскости, причем продольные оси упругих лент и гибкие подвесы расположены во взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях, а один из вторых концов упругих лент закреплен че0 рез упругий элемент.

Цель достигается тем, что в весы введена опора вращения и связанное с ней от- счетное устройство, причем первый из вторых концов упругих лент закреплен на

5 опоре вращения, установленной соосно полой сфере, а узел подачи жидкости выполнен с уровнемером.

Цель достигается также и тем, что в весы введены барабан со спиральной пру0 жиной, прикрепленной к нему одним концом, связанное с барабаном второе отсчетное устройство, выполненное с ручкой настройки, дополнительная опора, два надетых один на другой полых валика и руч5 ная педаль, подпружиненная в направлении от полой сферы и установленная с возможностью взаимодействия с внутренним полым валиком, который расположен коаксиально относительно второго из вто0 рых концов упругих лент с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с полой сферой поводком, выполненным на его торце, причем к внешнему полому валику, установленному в дополнительной опо5 ре и пропущенному через барабан со спиральной пружиной, прикреплен второй конец последней.

Положительный эффект обеспечивается исключением плавания и касания полой сферы о посадочную чашу при взвешивании, чем обеспечивается достоверность измерения взвешиваемых масс. Упругий элемент предотвращает растяжки от обрывов, а ограничитель вертикального перемещения является ловителем полой сферы при действии избыточной выталкивающей силы со стороны жидкости при измерении нагрузки.

Опора вращения с отсчетным устройством в сочетании с растяжками позволяет расширить диапазон взвешивания в сторону больших величин. Введение уровнемера позволяет разгрузить растяжки (создать нулевую плавучесть) при взвешивании, чем обеспечивается повышение точности. Введение барабана со спиральной пружиной, связанного со вторым отсчетным устройством, позволяет еще в большей мере расширить диапазон взвешивания в сторону больших величин. Все эти новые технические решения создают технико-экономический эффект.

На фиг. 1 представлен разрез весов в плоскости горизонтальных центрирующих растяжек; на фиг. 2 - устройство уравновешивания закручиванием спиральной пружины, охватывающее одну из растяжек на фиг. 1.

Весы содержат полую сферу 1, помещенную в чашу 2 с жидкостью, механизм 3 подачи жидкости, горизонтальные центрирующие растяжки 4, опору вращения 5, упругий элемент (амортизационную пружину) 6, зубчатую передачу 7, отсчетное устройство 8, уровнемер 9, автоколлиматор 10, гибкие подвесы чашек 11, ручку уравновешивания устройством закручивания растяжек 12, ручки точной настройки 13, ручку управления механизмом подачи жидкости 14, устройство уравновешивания закручиванием спиральной пружины 15, полый направляющий валик 16, опоры 17, (например, камниевые), барабан-трибку 18, спиральную пружину 19, зубчатое звено 20, шкалу второго отсчетного устройства 21, ручку настройки закручивания спиральной пружины 22, полый валик 23 с поводком 24, кнопку перемещения 25, подпружиненную педаль 26, пружину 27, зацеп 28.

При взвешивании неизвестного груза, зная его ориентировочный вес, устанавливают на чашки 11 этот груз и навески, примерно равные его весу.

Нажатием подпружиненной педали 26 и ее поворотом вокруг оси выводят зацеп 28 из положения удержания полого валика 23 и вводят его в выемку устройства 15 (в положение, показанное пунктиром на фиг. 2). Нажатием кнопки 25 перемещают полый валик 23 вдоль растяжки по направляющему

валику 16 до упора, при этом поводок 24 войдет в сцепление с полой сферой в зоне заделки на ней растяжки 4.

Ручкой управления 14 механизмом подачи жидкости 3 по уровнемеру 9 устанавливают уровень жидкости, соответствующий нулевой плавучести полой сферы с нагрузкой на чашках (плоскость плавучести устанавливают на определенную отметку по

уровнемеру, при которой суммарный вес полой сферы с гибкими подвесками чашек и нагрузкой груза и гирь, примерно равный подъемной силе). В этом состоянии горизонтальные центрирующие растяжки 4 оказываются разгруженными до малой величины силы, действующей на них из-за неточности предварительной оценки груза. При этом полая сфера всплывает и из-за разности груза и гирь ложится на ограничитель угла в

плоскости расположения гибких подвесов чашек 11. Конструктивно этот угол выбирается порядка 5°(на фигурах ограничители не показаны). С помощью ручки 22 закручивают спиральную пружину 19 до величины момента, при котором полая сфера снимается с ограничителя угла и по шкале 21 снимают отсчет в миллиграммах, пропорциональный величине создаваемого спиральной пружиной момента. Спиральная пружина работает на линейном участке закручивания, т.е. в зоне угла поворота па , при котором момент закручивания пропорционален углу а(п - число оборотов). С помощью передачи 20 трибка барабана 18 передает вращение

спиральной пружине 19, последняя при заводке своей потенциальной энергией передает вращение направляющему валику 16, который вращается в камниевых опорах 17 совместно с валиком 23. Момент трения

вращения направляющего валика 16 в камниевых опорах ничтожно мал и уравновешивается предварительным закручиванием спиральной пружины в процессе ее калибровки при сборке весов, а момент трения

телескопического соединения валика 23 с валиком 16 достаточно большой, чем обеспечивается передача угла поворота коромыслу. Устройство уравновешивания 15 с помощью спиральной пружины рассчитывается на диапазон уравновешивания до 1 г. В составе весов устройство 15 используется как система грубого уравновешивания. После оценки грубого разновеса с помощью устройства 15 ручкой 14 снижают уровень

жидкости до момента, когда полая сфера сядет на опорный пояс чаши 2, поворотом педали 26. За счет пружины 27 выводят поводок 24 из зацепления с полой сферой, при этом полый валик 23 вернется в исходное

положение, Ручкой 22 устанавливают шкалу в нулевое положение, а измеренный разновес добавляют (или отнимают) к гирям, установленным на чашке. Далее осуществляют процесс точного уравновешивания с помощью устройства 8 за счет закручивания центрирующих растяжек 4, Точное уравновешивание с помощью закручивания растяжек обеспечивает диапазон взвешивания от О до 1 мг. При этом устанавливают с помощью ручки 14 механизма подъема жидкости по уровнемеру 9 на отметку нулевой плавучести новой нагрузки с добавленным разновесом.

С помощью ручек точной настройки 12 и 13 закручивают растяжки на такой угол, при котором полая сфера снимется с ограничителя угла поворота гибких чашек и стремится к нулевому положению равновесия, при этом зеркальная площадка полой сферы попадает в зону захвата автоколлиматора и по углу отклонения в пределах + 10 считывают этот угол. По суммарному значению веса гирь, точному разновесу, считываемому по шкале устройства 8 и углу отклонения автоколлиматора, находят массу взвешиваемого груза.

Таким образом, с помощью устройства 15 грубого уравновешивания, охватывающего диапазон измерения 0-1 г, устройства точного уравновешивания, охватывающего диапазон 0- 1 мг, и оптической системы, охватывающей диапазон 0-0,1 мг, обеспечивается измерение по смешанному методу сравнительно больших масс до 20 г с достаточно высокой точностью, опредепяемой точностью эталонных разновесов.

Введение центрирующих растяжек в весы исключает плавание и касание по:ой сферы о посадочную чашу при взвешивании, чем обеспечивается достоверность измерения взвешиваемых масс, повышается надежность и точность весов. Упругий элемент, выполненный в виде амортизационной пружины, предотвращает растяжки от обрывов. Ограничитель вертикального перемещения является ловителем полой сферы при ее перемещениях от действия чрезмерной выталкивающей силы. Введение опоры вращения с отсчетным устройством и закрепление на ней одной из растяжек является точным уравновешивающим устройством и обеспечивает расширение диапазона взвешивания в сторону больших величин. Введение уровнемера позволяет осуществить разгрузку растяжек от избыточной выталкивающей силы при различных нагрузках, в полном диапазоне измеряемых величин, чем обеспечивается повышение точности. Введение барабана со спиральной пружиной и вторым отсчетным

устройством обеспечивает грубое уравновешивание и позволяет расширить диапазон измерений еще в большую сторону. Все это создает технико-экономический эффект. Формула изобретения

1. Весы, содержащие коромысло, выполненное в виде полой сферы с гибкими подвесами чашек соответственно для груза и навесок, установленной в посадочной чаше, сообщенной с узлом для подачи жидкости, отличающиеся тем, что, с целью повышения надежности и точности, в них введены упругий элемент, ограничитель вертикального перемещения полой сферы и центрирующие ее растяжки, выполненные в

виде двух упругих лент, закрепленных первыми концами на диаметрально противопо- ложных сторонах полой сферы в горизонтальной плоскости, причем продольные оси упругих лент и гибкие подвесы

расположены во взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях, а один из вторых концов упругих лент закреплен через упругий элемент.

2.Весы по п. 1,отличающиеся тем, что, с целью расширения диапазона взвешивания в сторону больших величин, в них введены опора вращения и связанное с ней отсчетное устройство, причем первый из вторых концов упругих лент закреплен на

опоре вращения, установленной соосно по- / ой сфере, а узел подачи жидкости выполнен с уровнемером.

3.Весы по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и е- с я тем, что в них введены барабан со

спиральной пружиной, прикрепленной к нему одним концом, связанное с барабаном второе отсчетное устройство, выполненное с ручкой настройки, дополнительная опора, два надетых один на другой полых валика и

ручная педаль, подпружиненная в направлении от полой сферы и установленная с возможностью взаимодействия с внутренним полым валиком, который расположен коаксиально относительно второго из вторых концов упругих лент с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с полой сферой поводком, выполненным на его торце, причем к внешнему полому валику, установленному в дополнительной опоре и пропущенному через барабан со спиральной пружиной, прикреплен второй конец последней.

JO

cr

1Л M

о

iQ

r

15

Я

Использование: весоизмерительная техника. Сущность изобретения. Ручной педалью 26 освобождают внутренний полый валик 23 и нажатием кнопки 25 перемещают его вдоль наружного полого валика 16 до сцепления поводка 24 с полой сферой 1. Ручкой узла подачи жидкости поднимают уровень жидкости в посадочной чаше 2, центрирующие растяжки 4, выполненные в виде двух упругих лент, закрепленных первыми концами на диаметрально противоположных сторонах полой сферы в горизонтальной плоскости, разрушаются, полая сфера 1 всплывает из-за разности веса груза и навесок на ограничитель угла поворота. Ручкой настройки 22 закручивают спиральную пружину 19, полая сфера 1 снимается с ограничителей. По отсчетному устройству определяется разновес и его добавляют к навескам. Точную настройку осуществляют ручками. По автоколлиматору 10 считывается угол отклонения зеркальной площадки полой сферы 1. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. k/i 1C

Фиг.