ВЗВЕШИВАЮЩИЙ ПАНЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
WEIGHING PANEL ELEMENT

Изобретение относится к области измерительной техники, а точнее к устройствам для измерения веса (силы) и может быть использовано для взвешивания автотранспорта и т.п.
В настоящее время известные устройства для взвешивания автотранспорта включают, как правило, грузоприемное устройство в виде прямоугольной жесткой платформы, опертой по углам на весоизмерительные датчики.
Подобная схема взвешивания вызывает определенные трудности как при изготовлении и монтаже (из-за громоздкости и сложности устройства), так и при эксплуатации (из-за необходимости организации весового поста со своим въездом и выездом).
Одним из путей решения этого вопроса является создание бесплатформенных весов - плоской взвешивающей панели, укладываемой горизонтально непосредственно на жесткое автодорожное покрытие.
Для взвешивания автотранспорт должен въехать на панель, остановиться или проехать с некоторой скоростью, не превышающей заданной.
Панель при этом должна выдавать весовой измерительный сигнал при нахождении автомобильных колес (локальных весовых нагрузок) в любых точках панели, а также выдавать информацию о координатах колес на панели.
Это позволит определять не только вес, но и центр тяжести, характеризующий правильность загрузки автотранспорта.
К другим важным показателям относятся технологичность изготовления, удобство транспортировки и монтажа взвешивающей панели.
Во многом это определяется габаритами устройства. Так, габариты известных грузоприемных платформ находятся в пределах 3×7…18 м в плане и должны сохраняться для взвешивающей панели.
Очевидно, что для реализации указанных показателей взвешивающую панель целесообразно собирать из отдельных панельных элементов меньших размеров. По форме элемент может быть, например, квадратным или прямоугольным, что обеспечивает их беззазорную стыковку при сборке.
Наиболее близким к взвешивающему панельному элементу является плоский датчик силы сжатия (пат. РФ №2252401, G01L 1/12, заявл. 18.12.2003, опубл. 20.05.2005), содержащий две пластины из электроизоляционного материала и расположенный между ними чувствительный элемент - решетку из проводника с магнитоупругими свойствами
Рассмотренный плоский датчик силы сжатия можно исполнить в виде взвешивающего панельного элемента необходимых размеров, однако такой элемент не будет отвечать предъявляемым требованиям:
- чувствительность панельного элемента к локальным нагрузкам существенно снизится, т.к. она пропорциональна отношению ΔZ/Z (Z - полное электрическое сопротивление чувствительного элемента на частотах проявления поверхностного эффекта, ΔZ - изменение сопротивления Z при локальном нагружении), которое уменьшается при увеличении габаритов датчика до размеров панельного элемента за счет роста величины Z - в конечном итоге это приведет к росту погрешности измерения;
- возможность определения координат локального нагружения будет отсутствовать (при любом положении одной и то же локальной нагрузки на панельном элементе весовой измерительный сигнал будет одинаковым).
Исходя из этого задачей настоящего изобретения является разработка взвешивающего панельного элемента, обеспечивающего необходимую чувствительность к локальной нагрузке и определение координат локальной нагрузки.
Решение поставленной задачи достигается тем, что взвешивающий панельный элемент включает три квадратные пластины из электроизоляционного материала - верхнюю грузоприемную, среднюю разделительную, нижнюю опорную, и два чувствительных элемента, выполненные секционно и расположенные в зазорах между пластинами. Каждая секция представляет собой линейную решетку из проводника с магнитоупругими свойствами. Длина решетки соответствует длине стороны пластины, ширина решетки соизмерима со средним поперечным размером контактного пятна между автомобильным колесом и панельным элементом. Каждая секция имеет два токосъемных вывода для снятия измерительного сигнала.
Кроме этого секции в одном зазоре ориентированы перпендикулярно относительно секций в другом зазоре и в совокупности образуют квадратную матрицу со строками и столбцами.
Квадратное исполнение обеспечивает равенство метрологических характеристик секций - строк и секций - столбцов.
Независимость секций по выходной электрической стороне (каждая секция имеет два вывода) обеспечивает подключение многоканальной измерительной схемы для опроса секций и снятия весового измерительного сигнала с каждой секции.
Такое исполнение взвешивающего панельного элемента позволяет повысить чувствительность к локальной нагрузке и определить координаты локальной нагрузки на панельном элементе.
c
c
c
Рост чувствительности обусловлен тем, что для секции отношение ΔZ/Z (Z - полное электрическое сопротивление секции на частотах проявления поверхностного эффекта, ΔZ - изменение сопротивления Z при локальной нагрузке) больше отношения ΔZ/Z для несекционного чувствительного элемента.
Определение координат локальной нагрузки на панельном элементе обеспечивается возможностью опроса секций с помощью измерительной схемы, снабженной системой опроса.
При этом опрашиваемые секции - строки и секции - столбцы привязываются к соответствующим весовым измерительным сигналам. Локальная нагрузка располагается в точке пересечения секции - строки и секции - столбца, имеющих измерительные сигналы.
Полезным также является такое свойство матричного панельного элемента, как равенство сумм измерительных сигналов секций - строк и секций - столбцов. Равенство свидетельствует об исправности устройства.
Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображен взвешивающий панельный элемент.
Взвешивающий панельный элемент содержит три квадратные пластины из электроизоляционного материла - верхнюю грузоприемную 1, среднюю разделительную 2 и нижнюю опорную 3 и секции 4-1…4-n, 5-1…5-n чувствительных элементов, расположенных в зазорах между пластинами. Каждая секция представляет собой линейную решетку из проводника с магнитоупругими свойствами.
Длина решетки равна длине стороны пластины, ширина решетки соизмерима со средним поперечным размером контактного пятна между автомобильным колесом и панельным элементом. Секции 4-1…4-n ориентированы перпендикулярно относительно секций 5-1…5-n.
Каждая секция имеет два токосъемных вывода для подключения к многоканальной измерительной схеме 6, снабженной системой опроса секций.
Взвешивающий панельный элемент работает следующим образом.
c
При локальном нагружении силой Р, перпендикулярной плоской поверхности панельного элемента, (см. чертеж, заштрихованная область Р) сопротивления Z решеток 4-3, 5-3 и 5-4 изменятся на величину ΔZ (решетки 5-3 и 5-4) и на величину ΔZ+ΔZ (решетка 4-3). Эти изменения преобразуются в схеме 6 в электрический сигнал (напряжение или ток), пропорциональный силе Р. Одновременно путем опроса осуществляется привязка измерительного сигнала к нагруженным секциям 4-3, 5-3 и 5-4, позволяющая определить координаты локальной нагрузки Р. Далее полученная информация передается на внешние устройства, например на компьютер, где обрабатывается и отображается на экране монитора. Предложенный взвешивающий панельный элемент является по сути развитием рассмотренного выше плоского датчика силы сжатия и, благодаря своим свойствам, позволяет создать бесплатформенные автомобильные весы типа "взвешивающая панель" практически любой конфигурации и любых размеров, обеспечивающие поколесное взвешивание и определение центра тяжести груженого автотранспорта. Панельный элемент может применяться и самостоятельно, как законченное устройство, для решения различных практических задач взвешивания.