МНОГООПОРНЫЕ ВЕСЫ

Известно устройство содержащие весоприемную платформу, опирающуюся на тензорезисторные датчики, на каждом из которых размещен мост тензорезисторов для измерения деформации сжатия от измеряемой вертикальной силы веса (Патент США №4832140, НКИ 177/134, 1989 г.).
Недостатком этого устройства является наличие погрешности, возникающей от перекосов датчиков, деформации платформы, осадки фундамента и т.п. факторов, приводящих к перекосам датчиков и возникновению действующих на них паразитных моментов и боковых сил.
Обычно перекосы датчиков, деформации платформы и осадки фундамента мало заметны, поэтому весы могут долгое время давать неправильные показания, и эта погрешность будет замечена и исключена только при ближайшей периодической поверке.
Наиболее близким к предложенному устройству по совокупности существенных признаков являются многоопорные весы, содержащие весоприемную платформу, опирающуюся на тензорезисторные датчики силы, на столбиковых упругих элементах каждого из которых размещен мост тензорезисторов для измерения деформации сжатия от измеряемой вертикальной силы (Патент США №4804053, НКИ 177/211, 1989 г.). В этом устройстве для уменьшения погрешностей от перекосов датчиков, деформации платформы, осадки фундамента число тензорезисторов в каждом плече моста увеличено для компенсации паразитных деформаций, возникающих от паразитных моментов и боковых сил. При этом подразумевается, что с одной стороны упругого элемента паразитные деформации будут положительными (растяжение) а другой отрицательными (сжатие), и суммарный сигнал от них будет равным нулю. Однако тензорезисторы имеют разброс по чувствительности, упругий элемент изготовлен в пределах допусков, т.е. имеет отклонения от симметрии и полной компенсации добиться не удается. Поэтому недостатком прототипа, как и аналога, является наличие неисключенной малозаметной погрешности, возникающей от перекосов датчиков, деформации платформы. Как и в аналоге, весы-прототип могут долгое время давать неправильные показания, и эта погрешность будет замечена только при ближайшей периодической поверке.
Целью полезной модели является исключение указанных недостатков и повышение точности.
Эта цель достигается тем, что в многоопорные весы, содержащие весоприемную платформу, опирающуюся на тензорезисторные датчики силы со столбиковыми упругими элементами, на каждом из которых размещен основной мост тензорезисторов для измерения деформации сжатия от измеряемой вертикальной силы, соединенные с основными мостами тензорезисторов основные электронные преобразователи сигналов, суммирующее устройство, введены дополнительные мосты тензорезисторов, размещенные попарно на каждом из упругих элементов и ориентированные для измерения паразитной деформации изгиба столбикового упругого элемента от взаимно перпендикулярных паразитных изгибающих моментов, дополнительные электронные преобразователи, соединенные с каждым из дополнительных мостов тензорезисторов.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых показано:
Фиг.1. Общий вид многоопорных весов.
Фиг.2. Схема расположения тензорезисторов на столбиковом упругом элементе, вид со стороны оси X.
Фиг.3. Схема расположения тензорезисторов на столбиковом упругом элементе, вид со стороны оси Z.
Xизг
Фиг.4. Воздействие на датчик коллинеарного оси Х паразитного изгибающего момента М, вид со стороны оси X.
Xизг
Фиг.5. Воздействие на датчик коллинеарного оси Х паразитного изгибающего момента М, вид со стороны оси Z.
Фиг.6. Схема основного моста тензорезисторов для измерения силы F.
Xизг
Фиг.7. Схема дополнительного моста тензорезисторов для измерения паразитной деформации столбикового упругого элемента от коллинеарного оси Х паразитного момента М.
Zизг
Фиг.8. Схема дополнительного моста тензорезисторов для измерения паразитной деформации столбикового упругого элемента от коллинеарного оси Z паразитного момента М.
Устройство описывается на примере автомобильных весов.
p
Многоопорные весы содержат весоприемную платформу 1, опирающуюся на тензорезисторные датчики 2 силы со столбиковыми упругими элементами, которые, в свою очередь, опираются на фундамент 3. Между тензорезисторными датчиками 2 силы, весоприемной платформой 1 и фундаментом 3 размещены металлические плиты 4, служащие для передачи на тензорезисторные датчики 2 измеряемой вертикальной силы F и силы реакции F. На каждом тензорезисторном датчике 2 силы размещен основной мост для измерения деформации сжатия от измеряемой вертикальной силы F, состоящий из продольных тензорезисторов 5 и поперечных тензорезисторов 6. Сигналы от основных мостов поступают в электронные преобразователи сигналов и суммирующее устройство (на чертеже не показаны).
Xизг
Zизг
На каждом тензорезисторном датчике 2 силы размещены дополнительные мосты тензорезисторов, размещенные попарно на каждом из упругих элементов и ориентированные для измерения паразитной деформации изгиба столбикового упругого элемента от взаимно перпендикулярных паразитных изгибающих моментов М и М.
Xизг
Дополнительный мост тензорезисторов для измерения паразитной деформации столбикового упругого элемента от паразитного изгибающего момента М, коллинеарного оси X, содержит тензорезисторы 7, 8, 9 и 10, соединенные в схему, показанную на фиг.7.
Zизг
Дополнительный мост тензорезисторов для измерения паразитной деформации столбикового упругого элемента от паразитного изгибающего момента M, коллинеарного оси Z, содержит тензорезисторы 11, 12, 13 и 14, соединенные в схему, показанную на фиг.8.
Платформа 1 удерживается от поперечных смещений при наезде автомобиля 16 ограничителями 15.
Сигналы основных и дополнительных мостов тензорезисторов преобразуются вторичной электронной аппаратурой: основные электронные преобразователи сигналов, суммирующее устройство, дополнительные электронные преобразователи (на чертежах не показаны).
Устройство работает следующим образом.
Вес Р взвешиваемого автомобиля 16 распределяется между датчиками 2. Рассмотрим один из датчиков 2, к которому приложена сила F.
p
p
пит
изм
Эта сила через датчик 2 передается на металлическую плиту 4, где возникает сила реакции F.Силы F и F уравновешивают друг друга и сжимают столбиковый упругий элемент датчика 2. Тензорезисторы 5 сжимаются, тензорезисторы 6 растягиваются. Изменения их сопротивлений вызывают в схеме основного моста, запитанного напряжением питания U (фиг.6), появление выходного сигнала U, пропорционального силе F, и, следовательно, весу Р взвешиваемого автомобиля 16. Этот сигнал поступает в суммирующее устройство и преобразуется основным электронным преобразователем сигналов (на чертежах не показан) в форму, необходимую для пользователя.
p
В описанном, штатном случае силы F и F приложены вдоль оси датчика 2. Это номинальный режим работы исправных весов.
p
p
Но по разным причинам силы F и F могут отклоняться от оси датчика 2. На фиг.4 и 5 показан случай наклона металлической плиты 4, вызывающий смещение силы F в направлении оси Z.
Этот наклон может быть вызван различными причинами: неравномерная осадка, провал или скол основания 3, пластическая деформация платформы 1, нештатная работа ограничителя 15 и т.п.
p
Xизг
изм
изм
Если металлическая плита 4 (фиг.4) наклонилась, то сила реакции F сместилась и возник коллинеарный оси Х паразитный изгибающий момент М, вызывающий паразитную деформацию изгиба в столбиковом упругом элементе датчика 2. Это снижает точность преобразования силы F в сигнал основного моста U (фиг.6). Точность весов падает. Однако при таком наклоне изменение сигнала U дополнительного моста для измерения деформации паразитного изгиба столбикового упругого элемента, состоящий из тензорезисторов 7, 8, 9 и 10 (Фиг.7) покажет возникновение нештатной ситуации с датчиком 2, что позволит своевременно принять необходимые меры.
p
Xизг
Паразитная боковая сила (на чертеже не показана), приложенная к датчику 2 в направлении оси Z (фиг.4), вызовет в упругом столбиковом элементе появление такой же паразитной деформации изгиба, что и наклон металлической плиты 4, приводящий к смещению силы реакции F. Поэтому работа дополнительного моста из тензорезисторов 7, 8, 9 и 10 при появлении паразитной боковой силы вдоль оси Z будет аналогична его работе при появлении паразитного изгибающего момента М.
Таким образом, и наклон металлической плиты 4, и появление паразитной боковой силы вызовут появление сигнала дополнительного моста, состоящего из тензорезисторов 7, 8, 9 и 10. Появление этого сигнала указывает на нештатное состояние весов.
Zизг
Аналогично будет работать дополнительный мост, состоящий из тензорезисторов 11, 12, 13 и 14 при появлении паразитного изгибающего момента М, коллинеарного оси Z, и паразитной боковой силы в направлении оси X.
Наличие дополнительных мостов для измерения паразитной деформации изгиба столбикового упругого элемента от взаимно перпендикулярных паразитных паразитных изгибающих моментов позволяет сразу заметить нежелательные явления, снижающие точность взвешивания.
Если по истечении межповерочного интервала сигналы дополнительные мостов тензорезисторов не выходят за пределы допусков, то это свидетельствует об отсутствии: перекосов датчиков 2, неравномерной осадки, провала или скола фундамента 3, пластических деформаций платформы 1, штатной работе ограничителя 15 и других элементов механической части весов.
Следовательно, весы находятся в исправном состоянии, межповерочный интервал можно продлить и не проводить очередную периодическую поверку.
Если же межповерочный интервал еще не истек, а сигналы дополнительных мостов тензорезисторов вышли за установленные допуски, то это свидетельствует о неисправности весов, необходимости их ремонта и внеочередной поверки.
Полезную модель можно применить в вагонных весах, при взвешивании баков, емкостей и других многоопорных весах.