Весы Советский патент 1981 года по МПК G01G1/22 

(54) ВЕСЫ

Изобретение относится к области весоизмерительной техники. По основному авт.св. № 474693 известны весы, используемые преимущественно для взвешивания двух тел, взаимосвязанных каким-либо технологическим процессом,,. Они содержат укрепленную на основании колонку, коромысла, основные и дополнительные чашки с дужками, навешенными на дополнительные крючки серег. На дужках основных чашек выпо нены ограничительные упоры (площадки для дополнительных чашек, устройство для наложения гирь-колец и изолирующие упоры. Левая основная чашка и изолирукищй упор под ней выполнены в виде сосуда-испарителя, дополнител но снабженного, как и головка основного изолирующего упора, контактами электрического разъема, а дополнительная чаша - в виде бездонного коаксиального сосуда-держателя образ цов материала с кольцом в верхней части, установленного внутри .сосуда-испарителя с возможностью переме щения в нем по вертикали. Сосуд-дер- жатель образцов материала снабжен прижимным кольцом. В известных весах можно определить только влажностные характеристики материала и только в тех климатических условиях, в которых прибор находится, например в комнатных условиях. Специальных технических средств реализующих многообразие всех других комбинаций климатических параметров, встречающихся в природе, в весах не предусмотрено. В них отсутствуют также и технические средства, обеспечивающие стабильность значений параметров влажного воздуха под опыт- . ным образцом. Нестабильность значений метеорологических параметров омывающей прибор среды проявляется даже для комнатного воздуха и они, воздействуя в комплексе, оказывают на тепло -и массоотдачу сосуда-испарителя

такое влияние, что температура жидкости в нем, а следовательно, и испаряющаяся ее часть, и .значение давления водяных паров под образцом,колеблются в такт изменениям метеорологических показателей, приводя к увеличению погрешности измерений влажностных характеристик. Вместе с тем, естественные комбинации из метеоэлементов, сохраняющих свою стабильность в течение всего опыта, например, двух часов, обнаруживаются в действительности очень редко, то затрудняется воспроизведением опытов и делает почти невозможным осуществление условий для определен влажностных характеристик материала в соответствии с условиями его эксплуатации.

Кроме того, на данных весах одновременно с измерением массы паров жидкости, поглощенной опытным образцом и прошедшей через него, нельзя провести измерения параметров, определяющих такую важную физическую характеристику того же материала, как его теплопроводность, а именно, плотность теплового потока и разность температур на изопотенциаль- ных поверхностях образца. Действительно, исток количества теплс|вгы, вьщеляемой электронагревателем сосуда-испарителя, осуществляется как через опытный образец, так и через боковую поверхность и днище сосудаиспарителя. Величины этих слагаемых теплопотери сосуда-испарителя, как правило, изменяются в соответствии с изменением климатических условий пОд и над образцами и физических свойств последних, так что являться константами прибора они не могут. И поскольку контроль за их стабильностью в весах не предусмотрен, величину теплового потока, возбуждаемого в опытном образце влажностнотепловым полем, определить нельзя. Вместе с этим в весах отсутствуют также и технические средства дпя измерения разности температур по сторонам опытного образца. Все это сужает функциональные возможности весов.

Осуществление на данных весах операций взвешивания сосуда-держателя с опытным образцом и сосудаиспарителя любым из известных способов приводит к заметному искажению влажностно-теплового потока и.

следовательно, кинетик сорбции, вла-опроницаемости и разности темшратур по сторонам образца, поскольку указанные операции длительны во времени. Очевидно, чтобы уменьшить это влияние, необходимо ускорить процесс каждого взвешивания держателя и испарителя. Однако продолжительность взвешиваний данных устройств весов при получении искомых кинетик определяется только навыками оператора, поскольку в них осуществление такой возможности с помощью технических средств не предусмотрено.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей весов

Эта цель достигается тем, что предложенные весы расположены в микроклимтическом шкафу с дверью и со смотровым окном, и снабжены термостатом, вьтолненным в виде сосуда, коаксиального сосуду-испарителю а тонкой теплоизоляционной прослойкой между ними, с тepмoчyвcтвитeльны и элементами, равномерно размещенными на поверхностях прослойки и соединенными с терморегулятором, дополнительными электронагревателем . с терморегулятором, укрепленным под дном термостата, элект- роизолятором и держателем образцов с симметрично расположенными контактными пластинами, термочувствительными элементами и пружинящими электрическими в зъемами с токоподводящими проводами, расположенными соответственно на основаниях опытного образца, термостата и на головке изолирующего упора. Дверь микроклиматического шка фа снабжена пшюзом и манипуляторами, выполненными в виде коаксиальных труб. Противовесы держателя образцов и сосуда-испарителя с жидкостью и термос статом выполнены соответственно равными им по массе.

На чертеже схематически изображены весы.

Расположенные в микроклиматическом шкафу 1 с регулируемыми и поддерживаемыми на заданном уровне микроклиматическими параметрами (температурой, влажностью и скоростью движения воздуха над опытным образцом) весы содержат укрепленную на основании 2 ког лонку 3, механизм для наложения гирьколец 4, управляемый с помощью маховичков 5 и манипуляторов 6, выполненных в виде коаксиальных труб, изолирующее устройство 7, управляемое наховичком 8 и манипулятором 9, коромысло 10 с серьгами с двумя крючками 11 на концах. На соответствующие крючки 11 например, на левом плече кор01Ф1сла весов, надеты дужки 12 и 13 разной высоты, жестко скрепленные соответственно с плоскодонным термостатом 14 и бездонным сосудом-держателем 15i образца 16 с ограничиваюпщм и уплотняющим кольцом на верхнем основании. Манипуляторы 6 и 9 выведены наруж шкафа 1. через отверстия в стене со смотровым окном, представляющей со- бой двойную и выполненной так, что при открывании двери 17 внутренняя дверь J8 может оставаться закрытой. Во внутренней двери предусмотрен шлюз 19, вьтолненный, например, в виде отверстия с дверкой. Манипуляторы 6 и. 9 имеют возможность расцепляться, с осями соответствующих устройств управления весов посредством их перемещения в направлении махо ичков 5 и 8. Сосуд-держатель 15 содержит термо чувствительные элементы 20 (нaпpимep дифференциальную термопару) расположенные на поверхностях опытного образца 16, и выполненную в виде лепес ков 21, например, из посеребренного металла пару симметрично расположенных контактов 22 этих разъемов закре лена так же симметрично на боковой поверхности термостата 14. Контакты 21, 22 электрического разъема помечены, наприпер, цветной краской и ра положены со стороны смотрового окна. Термостат 14, выполненный из металла с большой теплопроводностью в виде сосуда, по сути является охра ным теплоизолятором для жестко закрепленного в нем коаксиального сосуда-испарителя 23. По всей наружной поверхности дна термостата 14 выполнено углубление, в котором равномерно размещен электроизолированный от корпуса термостата с помощью электроизоляционной прокладки, например, проволочный электронагреватель 24 и электроизолятор 25 с симметрично расположенными электроконтактными пластинами 26, выполненный в виде диска, охватывающего ас поверхность углубления. Электроизолятор 25 и контактные пластины 26 могут быть изготовлены , например, из фольгйрованнсзго стеклотекстолита с посеребренной фольгой. В центре диска предусмотрено отверстие, с помо- щью которого он винтом 27 крепится к дну термостата 14 и обжимает электронагреватель 24, По периметру электроизолятора 25 и дна термостата 14 на некотором расстояния от их краев предусмотрены отверстия, сквозь которые пропущены токоподвЪдящие провода. Сосуд-испаритель 23 по всей поверхности отделен от термостата 14 тонкой (порядка I мм) теплоизолящюнной прослойкой 28, например воздушным зазором. На их обращенных друг к другу поверхностях равномерно размещены термочувствительные элементы 29, например спаи дифференциальной термопары, электрически связанные (показано пунктирными линиями) с терморегулятором- 30 посредством электрических разъемов, образованных контактными пластинами 26 и ответными пружинящими контактами 31, размещенными на головке основного изолирующего упора 32, выполненного, например, из электроизоляционного материала в виде диска. Аналогично, осуществлена электрическая связь токоподводящих к контактам 22 проводов с отсчетным устройством 33, выполненным, например, на базе самописца ЭПП-09, электронагревателя 34 с терморегулятором 30, термочувствительного элемента 35 и электронагревателя S4 с терморегуо.ятором 36 (показано пунктиром) . Сосуды 15 и 23 попарно коаксиальны, могут совершать перемещения по вертикальной составляющей как в паре, так и отдельно друг в друге и наряду с основным своим назначением (грузовых чашек и изолирующих упоров) одновременно выполнять роль демпфера весов. Электрические разъемы, образованные лепестками 21, пластинами 26 и соответствующими пружинящими контакта и 22 и 31, разъединяются при взвеиваниях, чем исключают влияние токоодводящих проводов на результаты звешивания сосуда-держателя 15 и термостата 14 с сосудом-испарителем 23. При арретированньюс весах все они амкнуты. Коэффициент упругости пруин контактов 22 и 31 электрических азъемов подбирается таким, тобы, ействуя вместе, они не .поднимали оответственно, держатель 15 над спарителем 23 и термоста:т 14 надголовкой основного изолирующего упора 32.

Электронагреватель 34 в сосудеиспарителе 23 утоплен в жидкость, например воду или водные растворы солей, чем достигается различная влажность воздуха под опытным образцом.

Терморегулятор 30 вьтолнен по одной из известных схем. Он включает в себя электросекундомер 37 для контроля времени работы электронагревателя ЗА. В электрическую цепь последнего включен измеритель электрической мощности 38, например ваттмет типа Д 566.

Терморегулятор 36 содержит устройство для автоматического поддержания на заданном уровне температуры стено термостата 14, маховичок 39 задания которой выведен на лицевую панель корпуса. На той же панели установлена индикаторная лампа, сигнализирующая о выходе термостата на стационарный тепловой режим.

На основании 2 весов укреплен многоштырьковый электрический разъем 40, к которому подведены все токоподводящие провода от пружинящих контактов 31 (сплошньгми линиями со стрелками показана часть из ниве). Ответная его часть электрически связана с соответствующими автоматическими устройствами, перечисленными вьше. На рис.1 пунктирными стрелками показано направление движения электрических сигналов, а также электрическая сеть между соответствующими элемеитами.

На дверях 17,18 против маховичка 8 нанесена риска-указатель, а по окружности самого маховичка 8 - три риски, обозначающие соответственно: арретир, взвешивание держателя 15 с. образцом 16, и термостат 14 с его устройствами.

Аналогично на правое плечо коромысла весов (на черт.не показано) также на серьгу с -двумя крючками с помощью дужек разной высоты навешены тары (противовесы) соответственно дпя сосуда-держателя 15 и термостата 14 с сосудом-испарителем 23, заполненнь1М определенным объемом жидкости. Причем первая тара может быть выполнена в виде сосуда по массе равного сосуду-держателю 15 с термочувствительными элементами 20 и лепестками 21, а вторая тара В виде сплошного металлического плоскодонного цшшндра. По своей массе он равен термостату 14 с его устройствами, включая сосуд-испаритель 23 и задействованную в нем массуяМдкости.

Весы работают следующим образом.

В статическом состоянии весы арретированы (указатель совмещен с первой риской маховичка 8). Двери 17, 18 шкафа 1 закрыты, манипуляторы 6 и 9 сцеплены с соответствующими ус-ройствами весов. Все гири-кольца 4 сняты с коромысла 10. Термостат 14 с устройствами и его тара покоятся на соответствующих изолирующих упорах 32. При этом своей массой устройства левого плеча коромысла 10 весов утапливают в гнезда пружинящие контакты 31, так что между ними и соответствукицими пластинами 26 образуются замкнзтгые электрические контакты.

Сосуд-держатель J5 с образцом 16 своим ограничивающим кольцом опирается на верхнее основание сосудаиспарителя 23, которое является дпя него дополнительным изолирующим упором. Своей массой, посредством пары лепестков 21 он утапливает в гнезда пружинящую пару контактов 22, так что между ними образуются замкнутые

электрические контакты. I

Это приводит к тому, что термочувствительные элементы 20 через лепестки 21, контакты 22, пластины 26, контакты 3 и электрический разъем 40 электрически связываются с отсчетным устройством 33, электронагреватель 24 и термочувствительные элементы 35, 29 и электронагреватель 34 с помощью пластин 26 контактов 31 и электрического разъема 40 присоединяются соответственно к терморегуляторам 36 -и 30 с ваттметром 38. .

Это обеспечивает поддержания на заданном уровне температурного режима в сосуде-испарителе 23 и измерения разности температур по сторонам опь1тного образца 16.

Тара сосуда-испарителя 15 (на правом плече коромысла 10 весов) покоится на верхнем основании тары дпя термостата 14 с его устройствами, являющемся для нее также дополнительным изолирующим упором.

Дужки 13 незначительно приподняты над основаниями нижних крючков Т 1, дужки 12 подняты над основаниям верхних крючков, а основания верхяк : крючков относительно оснований серег опущены вниз. Для взвешиваний на весах необхо- ДИМЫ пипетка, пинцет, ручной секундомер, жидкости, опытные образцы, непроницаемая дпя влаги крьшка для испарителя 23, вьтолненная в виде диска с плоскопараллельными поверхностями, и разновесная дробь. Взвешивание на весах осуществляют следуюпщм образом. Задав значения параметров воздуха в микроклиматическом шкафу посредством соответствующих стандартных его устройс включают последние в электрическую сеть. Перемещением на себя маховичков 5 и 8 расцепляют манипуляторы 6 и 9 с осями соответствуницих уст- ройств весов и изымают их из дверей 17,18. Открывают дверь 17, сцепляют манипуляторы 6 и 9 с осями соответствующих устройств весов, используя шлюз 19 снимают с соответс вующих крючков зсе грузы и их тары. Держатель 15 с заправленным опыт ным образцом 16 и равномерно расположенными на его поверхностях термо чувствительными элементами 20 умеет с его противовесом навешивают на со ветствующие крючки 11 . Добавлением: отбавлением из противовеса грузов, например дроби, уравновешивают весы Затем через шлиз 19 держатель 15 вм те с его тарой снимают с крючков 11 и оставляют.их на основании 2. Устанавливают на основные изолирующие упоры 32 окрашенными контакт 22 в сторону смотрового окна-дверей 17,18 термостат 14 с его устройства с жидкостью, налитой в испаритель 2 до определенной метки, и его тару. С помощью маховичков 5 опускают на правое плечо коромысла 10 все гирикольца 4. Закрывают испаритель 23 непроницаемой для влаги крьш|кой. Удаляют манипуляторы 6 и 10. Дверь 17 шкафа 1 закрывают. Маховичком 29 терморегулятора 36/воздействующего на нагревательный злемент 24, устанавливают требуемую температуру термостата. Устройства 30,33,36 весов включают в электрическую сеть При этом на корпусе терморегулятора 36 загорается электрическая лампочка. По мере нагрева термостата 14 свет лампочки тускнеет, и при епо выходе на стационарный тепловой ре- ЖИМ лампочка гаснет. При охлаждении термостата 14 лампочка снова загорается сигнализируя о том, что на электронагреватель 14 снова подано напряжение и т.д. Через некоторое время после прогрева термостата 14 происходит температурный разбаланс между поверхностями термостата 14 и испарителя 23. Между термочувствительными элементами 29 возникает электрический сигнал, например термоЭДС который поступает на вход терморегулятора 30. Здесь он усиливается усилителем мощности и подается на исполнительный элемент, например электромагнитное реле или тиристор,посредством которого электрический ток через ваттметр 38, электрический разъем 40, контакты 31 и пластины 26 подается на электронагреватель 34 и на электросекундо- мер 37. О таком состоянии терморегулятора ЗТ сигнализирует индикаторная лампочка. При равенстве нулю сигнала на входе терморегулятора 30, что со;ответствует равенству температур меле- ду поверхностями термостата 14 и испарителя 23, его исполненный элемент отключает нагревательный элемент 34 и электросекундомер 37 от электрической сети. Использование терморегулятора 30 для поддержания температуры испарителя на заданном маховичком 39 терморегулятора 36 уровне обусловлено предотвращением утечки теплоты из испа- . рителя 23 череа его боковую поверхность и днище. Терморегулятор 30 обладает высокой чувствительностью к изменению температуры, так что при ничтожно малой разности температур он срйбатывает, приводя эту разность к нулю. По достижении стационарного теплового режима работы термостатом 14, о чем свидетельствуют равномерные возгорания-погаса1шя индикаторной лампочки, открывают дверь 17 шкафа 1, Используя тпюз 19, снимают с испарителя 23 крьш1ку. Сцепляют манипулятор 9 с изолирующим устройством весов, совмещаю указатель с третьей риской маховичка 8, уравновешивают термостат 14 и испаритель 23 с жидкостью с тарой посредством добавления-отбавления с помощью пипетки жидкости из испар.ителя 23.. По достижении равновесия поворотом маховичка 8 весы арретируют. 11 Так же, пользуясь шлюзом 19, быс ро и аккуратно на соответствующие крючки серег 11 подвешивают (окрашенным лепестком 21 в сторону смотр вого окна-дверей 17,18) держатель 15 с образцом 16 и их тару. Включаю ручной секундомер, закрьгаают шлюз, извлекают манипулятор 9, закрывают дверь I7 шкафа 1, манипуляторы 6 и 9 сцепляют с осями устройства для наложения 1 ирь-колец 4, Все гири-кольца снимают с коромысла 10 весов. Поворачивают маховичок 8 до второй риски, уравновешивают держатель 15с образцом 16 посредством наложе ния с помощью маховичков 5, гирьколец 4 на коромысло 10 весов. Сумма достоинств наложенных на серьгу гирь-колец 4 равна массе паров жидкости, поглощенной к данному времени опытным образцом. Снова опускают, на серьгу с помощью маховичков 5 все гири-кольца 4, совмещая с указателем третью риску маховичка 8, уравновешивают весы посредством снимания гирь-коле 4с коромысла 10 весов. Масса паров жидкости, прошедшей через образец 16, равна сумме достоинатв гирь-колец 4, снятых с коромысла 10. Массо вые расходы жидкости, проходящей через опытный образец, не велики (порядка 1 г). Весы снова арретируют., снимают с коромысла 10 все гири-кольца 4 за исключением тех, которые были на вешены на серьгу при предьщущем определении массы паров жидкости, пог щенных образцом 16. Последовательно повторяя все вьш1 перечисленные операции через некото рые промежутки времени получают кин тики сорбции паров жидкости образцо 16и их проницаемости через образец в заданных климатических условиях . под и над опытным образцом. Так как давления паров жидкости под и над опытным образцом 16 известны, то по известной формуле можно определить коэффициент влагопроводности. В промежутках между взвешиваниям держателя 15 и испарителя 23 с термостатом -14 отсчетное устройство 33 8 запишет изменение разности температур на кзопотенциальных поверхностях опытного образца 16. Поскольку известны значения теплового потока, проходящего через опытный образец 16,поверхности и толщины, а также разности температур между его поверхностями, используя известную формулу, можно рассчитать и коэффициент теплопроводности исследуемого материала для данного влажностно-теппового процесса. Формула изобретения 1.Весы по авт.св. № 474693, о личающиеся , что, с целью расширения функциональных возможностей, они расположены в микроклиматическом шкафу с дверью и со смотровым окном и снабжены термостатом, выполненным в виде сосуда, коаксиального сосуду-испарителю с тонкой теплоизоляционной прослойкой между ними, с термочувствительными элементами, равномерно размещенными на поверхностях прослойки и соединенными с терморегулятором, дополнительными электронагревателем с терморегулятором, укрепленным под дном термостата, электроизолятором и держателем образцов с симггетрично расположенными конг тактными пластинами, термочувствительнь:ми элементами и пружинящими электрическими разъемами с токоподводя ми проводами,расположенными соответственно на основаниях опытного образца, термостата и на головке изолирующегоупора. 2.Весы по П.1, отличаю-, щ и е с я тем, что дверь микроклиматического шкафа снабжена шлюзом и манипуляторами, вьшолненными в виде коаксиальных труб. 3.Весы по П.1, отличающиеся тем, что противовесы держателя образцов и сосуда-испарителя с жидкостью и термостатом выполнены соответственно равными им по масса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 474693, кл. G 01 G 1/22, 1976 (прототип.

Vi/7 /

п .Jir./ti: I 1

уХЧЧУ УЧ

/

-X /

ж

J9

J3

Ъ6

±1

U

38

30

37