Patent RU-79662-U1 (RU)
Title: Устройство для определения массы тел без использования силы тяжести
IPC: G01G9/00
Filed: 2008-08-05
Granted: 2009-01-10
Abstract: Модель относится к весоизмерительной технике и может быть использована для определения массы тел, в том числе вне поля гравитации (железнодорожных вагонов, космических аппаратов, в крановых, судовых, торговых и технических весах и других приложениях). Устройство основано на измерении динамических параметров воздействия тела на упругий элемент или другое тело, и имеет следующие модификации.  
     1. Измеряют параметры собственных колебаний тела на жестко закрепленном упругом элементе. Измеряют:  
     А. амплитуду собственных колебаний и, одновременно, максимальную скорость тела при колебаниях на жестко закрепленном упругом элементе.  
     или  
     Б. период колебаний на жестко закрепленном упругом элементе  
     или  
     В. одновременно силу, действующую со стороны упругого элемента и ускорение тела.  
     2. В случае отсутствия возможности закрепить измеряемое тело на упругом элементе, измеряют параметры взаимодействия тела с жестко закрепленным упругим элементом, наталкивая тело на упругий элемент. Измеряют:  
     А. максимальное сжатие и скорость в момент касания или отрыва тела или  
     Б. продолжительность соприкосновения тела с упругим элементом, равное полупериоду колебаний  
     или  
     В. одновременно силу, действующую со стороны упругого элемента и ускорение тела.  
     3. В случае отсутствия возможности жестко закрепить упругий элемент на неподвижном теле, элемент закрепляют на подвижном теле известной массы и сталкивают с ним измеряемое тело так, чтобы столкновение тел происходило через упругий элемент. Упругий элемент предотвратит неупругое (необратимое) взаимодействие тел, что существенно для точности измерений и целостности тел. Измеряют скорости до и после столкновения. Зная, кроме того, жесткость упругого элемента, легко вычислить массу тела. Зависимость жесткости элемента от температуры можно либо измерять и учитывать, либо периодически калибровать.  
     4. С помощью механических приводов разгоняют и тормозят тело. Одновременно измеряют силу, действующую на тело со стороны приводов (датчиком силы, установленным в приводы, например, тензодатчиком) и ускорение тела.  
     Зная силу и ускорение (измеренные одновременно мгновенные или средние значения), легко вычислить массу. Проводя серию измерений во время одного разгона-торможения, можно применять любые методики обработки данных, включая усреднение и удаление сомнительных значений.  
     Для избежания резких воздействий на датчик силы, на приводах можно использовать рессоры (упругие элементы). Методика и результат вычисления массы в этом случае не изменятся.  
     Модификации устройства могут использоваться в любом сочетании для обеспечения высокой точности и надежности. Преимущества: при взвешивании массивных тел не требуется измерение очень большой силы тяжести. Устройство может использоваться при измерениях в условиях невесомости и в любом поле гравитации без дополнительных калибровок, в том числе при проведении научных и технических работ на борту космических аппаратов или оценки массы самих спутников. При изнашивании упругого элемента, он может быть легко заменен. Дополнительные преимущества модификаций по п.1-Б, 2-Б и 4: трение не влияет на период колебаний. Не требуется калибровка. Требуется датчик только одной физической величины (времени), что существенно упрощает конструкцию устройства. Новизна устройства заключается в удобном измерении динамических параметров воздействия тела на упругий элемент или другое тело вместо измерения силы тяжести. По сравнению с обычным взвешиванием, в модификациях по п.1-В, 2-В и 4 уменьшение абсолютной величины измеряемой силы позволит использовать менее прочные, и поэтому более точные датчики силы.