Частотный преобразователь веса
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалнстнческнх
Республик
< 1662817 (6t) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаявлеиО 1801,77 (21) 2444390/18-10 (5М)М. Кл, 6 01 С 3/16
С 01 L 1/10 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет
Государственный ком нтет
СССР по делам нзобретеннй н открытий
< (53) УДК 681.269..9 (088. 8) Опубликовано 1505,79 Бюллетень № 18
Дата опубликования описания 1505.79 (72) Автор изобретения
Б.А.Китаев (71 Заявитель
Всесоюзный научно-исследовательский институт нерудных строительных материалов и гидромеханизации (54) ЧАCTOTHblA ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЕСР.
Частотный преобразователь веса предназначен для преобразования механических усилий веса в частоту электрического напряжения и может быть использован во взвешивающих механизмах, например конвейерных весах.
Известно измерительное устройство, которое содержит два дифферен-10 циально нагружаемых вибрирующих органа (1). Оно характеризуется тем, что вибрирующие 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 органа. указанная величина напряжения определяет частоту колебания вибрирующих органов.
Частота колебаний одного из вибрирующих органов либо комбинация двух частот используется для индикации измеряемого веса груза ° 25
Известны- струнные весы, которые имеют основную и грузоподъемную плиты и струны, поперечные колебания которых возбуждаются электромагнитными возбудителями (2). Первая струна закреплена на грузоприемной плите и нагружена натяжным грузом, а на вторую закрепленную 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,оа 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
662817 длина струны, стабильность длины струны зависит от стабильности заделки
" концов струны, что вносит дополнительную неконтролируемую погрешность, Целью изобретения является повы - шение точности взвешивания.
Это достигается тем, что предлага5 емое устройство снабжено двумя осями
4 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 установлена с возможностью движения вдоль линии, соединяющей оси блоков, фиксирующий стержень помещен враспор 15 между осями блоков, а струна.прикреплена к подвижному тяговому элементу двумя концами.
Длину фиксирующего стержня вычисляют по формуле 20 с< оси O»5 c< c p
)= 6 7 с оси с стер к
25 где Ь вЂ” длина Фиксирующего стержня; длина активного участка струны; с<,р „ вЂ” температурный коэффициент линейного расширения материала оси; 30
ы,с, — температурный коэффициент линейного расширения материала струны;. температурный коэффициент линейного расширения материала стержня.
На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — схема установки фиксирующих стержней; на фиг.3,4 — возможные варианты выполнения устройства.
Частотный преобразователь веса содержит подвижный тяговый элемент 1, неиаДвижную станину 2, имеющую про "резь," в которой размещены блоки 3 на шарикоподшипниках. Концы осей 4, 45 на которые 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 выполне- 50 ны сверления, в которые свободно входят фиксирующие стержни 5. Через блоки 3 перекинута струна б, меняю- щая на блоках направление на 90, об1йзуя 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, винтами 9, ось второго блока не прикреплена к станине, а в ней параллельно активному участку струны выполнены пазы, в которые входят концы скобнаправляющих 10. Благодаря этому ось н блок имеют одну степень свободы паpàëëелhíо актиBíîìó участку струны, Пружины 11,упираясь одними своими концами в основания скоб 10,а вторыми в концы оси блока обеспечивают постоянное прижатие обеих осей 4 к торцам фиксирующих стержней 5.Все элементы, связанные с неподвижным основанием 2, защищены пыленепроницаемык кожухом 12.
Вертикальные участки струны. проходят через вялые пыленепроницаемые уплотнения 13 (обладающие пренебрежимо малым усилием противодействкя) и при помощи элементов крепления 14 прикреплены к неподвижному тяговому элементу 1.
Частотный преобразователь веса работает следующим образом.
Измеряемое усилие прикладывается между неподвижной станиной 2 и подвижным тяговым элементом 1. Датчик
8, усилитель (на чертеже не показан) и возбудитель 7 обеспечивают колебательный режим активного участка струны, причем каждому 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 стру1 ны, постоянный коэффициент.
Если изменения измеряемого усилия происходит йри постоянной температуре окружающей среды, то с увеличени ем измеряемого усилия увеличивает-. ся усилие F растяжения струны б, увеличивается усилие, сжимающее фикси- . рующие 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 б и уменьшение длины фиксирующих стержней 5 происходят без заметного сопротивления благодаря тому, что струна опирается на блоки, имеющие воэможность свободно поворачиваться, а один из блоков имеет возможность свободно передвигаться вдоль направления активного участка струны по неподвих<ной станине 2. Все три фактора
F,m,1, определяющие частоту колебаний, изменяются с изменением измеряемого усилия, и каждый из них вызывает изменение частоты в одну и ту же сторону, что увеличивает чувствительность предлагаемого преобразователя по сравнению с известными. Изменения частоты фиксируются каким-либо известным
662817 прибором, например частотомером, проградуированным в единицах измеряемого усилия.
При изменении температуры, например, при ее увеличении, происходят температурные удлинения неподвижной станины 2, струны 6, фиксирующих стержней 5 и материала осей 4, а также температурные изменения модуля упругости материалов струны, фиксирующих стержней и осей. . Температурное удлинение станины 2, ð. поскольку она выполнена из обычного конструкционного материала, больше, чем удлинение термостабильных фиксирующих стержней 5, и она при удлинении проскальзывает под срезанными концами оси незакрепленного блока.
При этом концы скоб-направляющих 10 также проскальзывают в пазах этих же концов оси.
Таким образом, температурные изменения длины станины 2 не влияют на частоту преобразователя.
Температурное удлинение струны 6 приводит к некоторому уменьшению массы активного участка струны, следовательно, к .повышению частоты. 25
Температурные изменения длины фиксирующих стержней 5 и материала осей
4 необходимо рассматривать совместно, так как они образуют единую размерную цепь, определяющую длину В актив- 30 ного участка струны.
Эта цепь изображена на фиг.2, где
afа — длина участка в материале осей блоков, от центров осей до концов фиксирующих стержней. 35
Температурное приращение длины стержней: пературных изменений длины струны
ИТ<<<<<7< "- » .
Приравняв оба выражения для д 3, получим:
<"стерж "« «си<<<<« <1= Ю<«<<р <)<
5 Учитывая, что при значениях <с (c1 с большой точностью выполняется ра=с 05 а
Помня, что a1+a>- 0-4, 15
=Е 0,5 стер к 1
Суммарное температурное при ращение 45 межосевого расстояния !
aC=gLьa< ьОz или = астерж о"оси <с< < aa).
Как видно, выбором длины участков а1, а можно задавать необходимую величину температурных изменений длины активного участка. )(ля того, чтобы 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: В m =- (3+АЗ) (m -дт) .
Решение этого уравнения дает необходимое эначеняе ь f, обеспечивающее температурную компенсацию тем- 65
50 приращения участков осей: венств<< . Л<а<<р =(1<.0,5
Ь+а k-а или "(<„- ер;к а ос и 1) (0 стр оси
О 5 о<стр- аоси
Отсюда I,=K стерж " оси а о с и " 0« 5 << ст р или о< о и а стер:к
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 моду ля упругости струны, стерх<ней, а также коэффициента Пуассона.
Свободный поворот блоков 3 на осях
4, а также свободное движение оси 4 незакрепленного блока по неподвижной станине 2 и концов скоб-направляющих
10фв 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 вес воспринимают уже не два, а четыре вертикальных отрезка струны. Это, в свою очередь ; позволяет взять струну с меньшим диаметром и уменьшить длину активного участка струны (т.е. уменьшить габарит преобразователя), учитывая, что для устойчивости режима колебаний необходимо, чтобы отношение длины активного участка к диаметру струны было не меньше трехсот.
Следует заметить, что в принципе чис-, ло дополнительных блоков и число вер662817
7 тикальных 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 струНые 5
Такой вариант позволяет измерять вес груза равномерно распределенного
fTo как ойли бо площади °
Пространственная конфигурация струны может быть и иной, например, такой, что ее вертикальная проекция образует незамкнутый треугольник.
Формула изобретения
1.Частотный преобразоватenb веса, содержащий неподвижную станину, струну с закрепленным одним концом и подвиж-, ным тяговым элементом на другом конце, преобразователь колебаний струны в электрическое напряжение, электрический 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 малым температурным коэффициентом линейнбго расширения, причем ось одного 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 подвижному тяговому элементу двумя концами.
2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что длину фиксирующего стержня вычисляют. по формуле оси 5 стр °
<-E
< оси о стерж. где L — длина фиксирующего стержня; — длина активного участка струны;
occcq - температурный коэффициент линейного расширения материала оси;
scrap. — температурный коэффициент линейного расширения материала струны
О cTe> температурный коэффициект линейного расширения материала стерж,ня.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент Франции У 2114001, кл. G 01 g 3/00, 1971, 2. Патент Швейцарии Р 474752, кл. G 01 g 9/00, 1971.
3.Преобразователь фирмы Инфло, проспект фирмы, 1976.
662817
Фиа, Г
Составитель Л.Карпухина
Техред Э.Чудик Корректор М.Вигула
Редактор Л.Бибер
Заказ 2685/44 . Тираж 765 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам Изобретений и открытий
11-3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
Филиал ППП Патент, г.ужгород,.ул.ПроЕктная,4