Частотный преобразователь веса Советский патент 1979 года по МПК G01G3/16 G01L1/10 

Частотный преобразователь веса предназначен для преобразования механических усилий веса в частоту электрического напряжения и может быть использован во взветпивающих механизмах, например конвейерных ве сах. Известно измерительное устройство, которое содержит два диффере циально нагружаемых вибрирующих органа 1. Оно характеризуется тем, что вибрируюЬдае органы соединены с платформой весов таким образом, что груз, помещаемый на платформу, увели чивает механическое напряжение или натяжение одного органа и уменьшает напряжение или натяжение другого ор гана. Указанная величина напряжения определяет частоту колебания вибрирующих органов. Частота колебаний одного из вибр рующих органов либо комбинация двух частот используется для индикации и меряемого веса груза. Известны струнные весы, которые имеют основную и грузоподъемную плит и струны, поперечные колебания которых возбуждаются электромагнитными возбудителями 2J . Первая струн-а закреплена на грузоприемной плите и на гружена натяжным грузом, а на вторую; закреплённую на основной плите, воздействует дополнительно вес груза и грузоприемной плиты. Известен также преобразователь фирмы Инфло, который содержит струну, прикрепленную своими концами с одной стороны к неподвижной станине, а с другой стороны - к подвижному тяговому элементу; датчик, преобразующий колебания струны в напряжение электрического тока; электрический усилитель; электромагнитный возбудитель, преобразующий усиленное электрическое напряжение в колебания струны {3. Эти элементы образуют автогенератор, частота колебаний которого определяется параметрами струны и усилием ее натяжения. Однако известный преобразователь позволяет измерять только сосредоточенные в одной точке усилия, не позволяющие взвешивать непосредственно, например, весовую каретку конвейерных весов, а требует сосредоточения ее веса в .оДной точке, для чего применяется система тяг и рычагов, которые служат источником дополнительной погрешности., В известном устройстве при изменениях температуры изменяется длина струны, стабильность длины стр ны зависит от стабильности заделки концов струны, что вносит дополнител ную неконтролируемую погрешность. Целью изобретения является повы -Шёние точности взвешивания. Это достигается тем, что предлага eWoe устройство снабжено двумя осями с блоками, через которые перекинута струна, и фиксирующим стержнем с малым температурным -коэффициентом линейного расширения, причем ось одного блока установлена на станине неподвижно, ось другого блока устанрвлена с возможностью движения вдоль линии, соединяющей оси блоков фиксирующий стержень помещен враспор между осями блоков, а струна. прикреп лена к подвижному тяговому элементу двуйя концами. Длину фиксирующего стержни вычисляют по формуле ОСИ 0i5 . -стер где L - длина фиксирующего стержня; t - длина активного участка струны; об оси. температурный коэффициен линейного расширения материала оси; - температурный коэффициент линейного расширения материала струны;. сбстерж температурный коэффициент линейного расширения материала . стержня. Па фиг,1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема установки фиксйруювдих стержней; на фиг.3,4 - воэможные варианты выполнения устройства. Частотный преобразовательвеса содёржит подвижный тяговый элемент 1 неиойвижную станину 2, имеющую про ёэь7 в которой размещены блоки 3 на. шарикоподшипниках. Концы осей 4, на котЪрыё насажены блоки, срезаны по плоскости, проходящей через центр Оси своими срезанными концами опираютс,я на неподвижную станину 2. Кро;ме срезов, на концах осей 4 выполнены сверления, в которые свободно вхо дят фиксирующие стержни 5. Через блоки 3 перекинута струна 6,меняющая на блоках направление на 90°, об pfesyH три участка струны: средний - горизонтальный, два крайних - вертикальные. Горизонтальный участок стру ны является активным, с ним взаимо.действуют возбудитель 7 и датчик 8, Ось 4 одного;- из блоков прикреплена к неподвижной станине, например, вин тами 9, ось второго блока не прикреп лена к станине, а в ней параллельно активному участку струны выполнены пазы, в которые входят концы скоб направляющих 10. Благодаря этому ос и блок имеют одну степень свободы пара.плельно активному участку струны. ружины 11,упираясь одними своими конами в основания скоб 10,а вторыми в концы оси блока обеспечивают постояное прижатие обеих осей 4 к торцам иксирующих стержней 5.Все элементы, вязанные с неподвижным основанием 2, защищены пыленепроницаемык кожухом 12. ертикальные участки струны проходят ерез вялые пыленепроницаемые плотнения 13 (обладающие пренебрежио малым усилием противодействи.я) и ри помощи элементов крепления 14 рикреплены к неподвижному тяговому лементу 1. Частотный преобразователь веса работает следующим образом. Измеряемое усилие прикладывается между неподвижнойстаниной 2 и подвижным тяговым элементом 1. Датчик 8, усилит ель (ма чертеже не показан) и возбудитель 7 обеспечивают колебательный режим активного участка струны, причемкаждому значению усилия соответствует с±вое значение частоты колебаний, согласно формуле где f - частота, F - усилие растяжения струны, 1 - длина активного участка, m - масса активного участка струны, k - постоянный коэффициент. Если.изменения измеряемого усилия происходит при постоянной температуре Ькружа рщей среды, то с увеличением измеряемого усилия увеличивается усилие F растяжения струны 6, увеличивается усилие, сжимающее фиксирующие стержни 5, увеличивается общая длина и уменьшается диаметр струны, уменьшается длина распорных стержней, вследствие этого уменьшается масса m и длина 1 активного участка струны, определяемая межосевым расстоянием блоков. Некоторые (в пределах упругих деформаций) увеличение длины струны 6 и уменьшет ие длины фиксирующих стержней 5 происходят без заметного сопротивления благодаря тому, что струна опирается на блоки, имеющие возможность свободно поворачиваться, а один из блоков имеет возможность свободно передвигаться вдоль направления активного участка струны по неподвихшой станине 2. Все три фактора F,in,l, определяющие частоту колебаний, изменяются с и.зменением измеряемого усилия, и каждый из них вызывает изменение частоты f в одну и ту же сторону, что увеличивает чувствительность . предлагаемого преобразователя по сравнению с известными.. Изменения частоты фиксируются каким-либо известным прибором, например частотомером, проградуированным в единицах измеряемого усилия. При изменении температуры, напри мер, при ее увеличении, происходят температурные удлинения неподвижной станины 2, струны б, фиксирующих стержней 5 и материала осей 4, а также температурные изменения модул упругости материалов струны, фиксирующих стержней и осей. /Температурное удлинение станины поскольку она выполнена из обычного .конструкционного материала, больше, чем удлинение термостабильных фикси рующих стержней 5, и она при удлине нии проскальзывает под срезанными . концами оси незакрепленного блока. При этом концы скоб-направляющих 10 проскальзывают в пазах этих же концов оси. Таким образом, температурные изменения длины станины 2 не влияют н частоту преобразователя. Температурное удлинение струны 6 приводит к некоторому уменьшению массы активного участка струны, сле довательно, к .повышению частоты. Температурные изменения длины фи сирующих стержней 5 и материала осе 4 необходимо рассматривать совместн так как они образуют единую размерную цепь, определяющую длину акти ного участка струны.. Эта цепь изображена на фиг.2, гд aj,a - длина участка в материале ос блоков, от центров осей до концов фиксирующих стержней. Температурное приращение длины стержней: Д- стерж 7 приращения участков осей: Да сХ,оси- 17 Ла2 Лоси З Суммарное температурное приращени межосевого расстояния илиuE &L.Aai + Aa2 стёрж - о оси ). Как видно, выбором длины участков а, а2 можно задавать необходимую величину температурных изменений дпи ны активного участка. Для того, чтоб скомпенсировать. отмеченное выше неко торое уменьшение массы активного участка при температурном удлинении струны, необходимо, чтобы длина активного участка при этом несколько увеличилась, в такой степени, чтобы выполнялось равенство: & m - (f+Af) (m -дт) . Решение этого уравнения дает необходимое зна1енле д f, обеспечивающее температурную компенсацию тем7бпературных изменений длины струны дГ- (1+оСструны-1) . Приравняв оба выражения для uf, получим: CTepx- -ocH i abSE-VL+a p-i, Учитывая, что при значениях л «1 с большой точностью выполняется равенство . + (И-0,5-а,(,р), можем записать стерж оси(°1 2 -Е-0,. Помня, что aj + a2 2-4j получим стерж °оси оси 0.5-00 или Ь(об,..д)г(0,5л,р-(Хд.„). 0.5 06, стр - Отсюда -стерж оси оси 0 стр Таким образом, соответствующим выбором длины L термостабильных стержней 9 погрешность частоты от температурных изменений линейных размеров элементов конструкции преобразователя полностью сведена к нулю. Таким же образом могут быть сведены к нулю и температурные погрешности второго порядка малости, обусловленные температурными изменениями модуля упругости струны, стерхсней, а так- же коэффициента Пуассона. Свободный поворот блоков 3 на осях 4, а также свободное движение оси 4 незакрепленного блока по неподвижной стани.не 2 и концов скоб-направляющих Ювв пазах концов оси 4 незакрепленного блока может быть обеспечено применением подшипников качения. Кроме расположения блоков и струны, показанных на фиг.1, возможен также вариант, схематически показанный на фиг.3. Такой вариант позволяет снизить усилие растяжения струны при том же измеряемом усилии, так как измеряемый - воспринимают уже не два, а четыре вертикальных отрезка струны. Это, в свсяо очередь,Позволяет взять струну с меньшим диаметром и уменьшить лину активного участка струны (т.е. меньшить габарит преобразователя), читывая, что для устойчивости режима олебаний необходимо, чтобы отношение длины активного участка к диаетру струны было не-меньше трехсот. ледует заметить, что в принципе чисг о дополнительных блоков и число вертикальных участков струны может быть еще увеличено.. Возможен также вариант с пространственной конфигурацией струны подобно тому, как это изображено на фиг,4, где 15 - активный участок стр ны, Такой вариант позволяет измерять вес груза равномерно распределейного по какой-либо площади, Пространственная конфигурация струны Может быть и иной, например, такой, что ее йертикальная проекция образует незамкнутый треугольник. Формула изобретения 1,Частотный преобразователь веса содержащий неподвижную станину,струн с эйкрёпленным одним концом и подвиж ным тяговым элементом на другом конц преобразователь колебаний струны в электрическое напряжение, электричес кий усилитель и электромагнитный . усилитель, отличающийся тем, что, с целью .повышения точности взвешивания, он снабжен двумя осями с блоками, через которые перекинута струна, и фиксирующим стержнем с мадым температурным коэффициентом линейного расширения, причем ось одно//го блока установлена на станине неподвижно, ось другого блока установлена с возможностью движения вдоль линии, соединяющей оси блоков, фиксирующий стержень помещен враспор между осями блоков, а струна прикреплена JK подвижному тяговому элементу двумя концами, 2. Устройство по п,,) тли ч аго щ е е с я тем, что длину фиксирующегО стержня вычисляют, по формуле . (Яоси- о стр. -оси Лстерж. L - длина фиксирующего стержня; 8 - длина активного участка струны; оСоси. температурный козффицртент линейного расширения материала оси; стр. температурный коэффициент линейного расширения материала струны; (Хстер г температурный коэффициент . линейного расширения материала стерж.ня. Источники инфор{.ации, принятые во внимание при экспертизе 1,Патент Франции № 2114001, кл. G 01 g 3/00, 1971, 2,Патент Швейцарии 474752, кл. G 01 g 9/00, 1971. 3,Преобразователь фирмы Инфло, проспект фирмы, 1976.

Фиг. 2