Емкостный датчик веса

 

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для контроля с высокой точностью веса пуль к различным типам патронов и пороховых зарядов к ним, как в условиях стационарного расположения устройства, так и для условий вращающихся роторов. В устройство введен столик, упругая подвеска выполнена в виде стакана и двух круглых прорезных шайб, верхняя часть столика выполнена в виде направляющего конуса с горизонтальной площадкой вокруг его основания, эталон веса выполнен в виде кольца с прикрепленными к нему рычагами, электромагнит и упорный рычаг закреплены на стакане. 3 ил.

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для контроля с высокой точностью веса пуль к различным типам патронов и пороховых зарядов к ним как в условиях стационарного расположения устройства, так и для условий вращающихся роторов.

Изобретение может быть использовано также в медицинской, пищевой и других отраслях народного хозяйства.

Анализ существующих конструкции лучших отечественных устройств контроля и известных зарубежных разработок показывает, что они не обеспечивают необходимые точностные характеристики и производительность до 30 шт/мин, взвешивание пуль, например, для пневматического оружия весом 540 мг с максимальной погрешностью по 0,3 мг и для пуль к МК патронам весом 2590 мг с максимальной погрешностью 1 мг при верхнем расположении грузовой площадки в условиях воздействия внешних механических и климатических факторов, типичных для работающего оборудования и особенно для вращающихся роторов.

Известен трехэлектродный емкостный преобразователь усилия [1]. Преобразователь содержит подвижный экран, связанный с основанием упругим элементом, неподвижный экран, дополнительный экран с вырезом и с возможностью осевого вращения. Для уменьшения температурной погрешности средний электрод выполнен из материала, отличного по температурному коэффициенту линейного расширения от материалов остальных электродов, а для линеаризации характеристики упругого элемента вырез подвижного экрана профилирован.

Недостатком преобразователя является его непригодность для эксплуатации в условиях вращающегося ротора и низкое быстродействие, так как предназначен для метрологических исследований в лабораторных условиях.

Известно устройство для измерения веса зарядов [2]. Устройство содержит корпус с диэлектрической жидкостью, упругую подвеску в виде трех плоских пружин, концы которых предварительно упруго деформированы, тягу с электродами емкостного преобразователя, грузоприемную площадку, эталон среднего веса, связанный рычажной системы с электромагнитном и тягой. Работает устройство следующим образом. На грузовую площадку устанавливается гильза, в этот момент времени эталон веса установлен на тяге. Информация о положении емкостного преобразователя, заключенная в периоде колебаний сигнала, запоминается в электронной части устройства. Затем электромагнит снимает с тяги эталон веса, а в гильзу одновременно всыпается заряд пороха и также запоминается соответствующая информация о положении емкостного преобразователя. Затем электронная часть устройства производит вычисления по соответствующим формулам.

Недостатком этого устройства является то, что в случае использования его во вращающемся роторе или при установке изделия путем надвигания его сбоку на грузовую площадку снижается точность или быстродействие его из-за недостаточной жесткости упругой подвески в горизонтальной плоскости от центробежных сил или сил трения, так как упругость струнного механизма в вертикальной и горизонтальной плоскости соизмерима.

Конструкция эталона, имеющая одну точку опоры, при установке его на тягу требует времени для его успокоения, а при воздействии центробежных сил этот процесс углубляется, так как возможно еще и отклонение эталона, что отрицательно сказывается на точности и быстродействии. Кроме того, эталон помещен в минеральное масло и действительный вес его равен весу эталона минус вес вытесненного им масла. Так как при измерении температуры плотность масла может изменяться, то при данной конструкции нельзя гарантировать постоянство веса эталона. Помещение эталона в масло при небольшом его весе, например 0,08 г (вес заряда пороха), увеличивает время установки эталона, что ведет к снижению быстродействия или точности.

Целью изобретения является увеличение точности устройства в условиях вращающегося ротора или при установке изделий путем надвигания его сбоку на грузовую площадку.

В датчике, содержащем тягу с грузовой площадкой, упругую подвеску тяги, электроды емкостного преобразователя, корпус с диэлектрической жидкостью, эталон веса, связанный с электромагнитом, упругая подвеска выполнена в виде стакана и двух круглых прорезных шайб, закрепленных окраиной частью с противоположных торцов стакана двумя крышками, а через центр прорезных шайб проходит тяга, имеющая два бурта, к базовым торцам которых поджаты прорезные шайбы: снизу - подвижным электродом, а сверху - втулкой с установочным местом для грузовой площадки. На тяге в промежутке между буртами для крепления прорезных шайб закреплен столик для установки эталона, причем верхняя часть столика выполнена в виде направляющего конуса и горизонтальной площадки, а эталон веса выполнен в виде кольца, установленного на столе соосно с тягой, а стакан через нижнюю крышку закреплен на диэлектрическом корпусе, а между ними установлены лабиринт-колпак и герметизирующее кольцо, при этом электромагнит и упорный рычаг закреплены непосредственно на стакане.

Выполнение упругой подвески тяги в виде двух прорезных шайб, закрепленных с противоположных сторон стакана, позволило в вертикальном направлении обеспечить необходимую чувствительность подвески благодаря оптимальному соотношению толщины и количества пазов в шайбе и сохранить одновременно устойчивость тяги к радиальным нагрузкам от центробежных сил и сил трения при надвигании контролируемого изделия на грузовую площадку сбоку, так как для прорезных шайб жесткость в радиальном направлении более чем на порядок больше, чем в осевом.

Выполнение столика для установки эталона с направляющим конусом и плоской площадкой и выполнение эталона в виде кольца, а также размещение его соосно с тягой позволило исключить время успокоения эталона, т.е. эталон практически сразу при опускании на столик успокаивается, при этом даже если датчик будет вращаться, то центрирующий конус не позволит ему сместиться и тяга будет всегда нагружена по оси, а усилие воздействия на тягу от веса эталона всегда будет постоянно.

Размещение эталона вне минерального масла исключает какое-либо его влияние на вес эталона, т.е. его вес постоянный. Более быстрой стала и установка эталона, нет трения о жидкость.

Установка между нижней крышкой, крепящей нижнюю прорезную шайбу, и диэлектрическим корпусом лабиринтного колпака позволило исключить выливание минерального масла в любом положении датчика, что сделало обслуживание и наладку датчика удобным. Крепление эталона и упорного рычага непосредственно на стакане сделало наладку более удобной и практичной, так как все эти операции можно выполнить вне корпуса датчика.

На фиг. 1, 2 показано предлагаемое устройство; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство для измерения веса (фиг. 1) состоит из упругой подвески 1, выполненной в виде стакана, к торцам которого крышками 2 и 3 прикреплены две прорезные шайбы 4. Геометрия шайб показана на фиг. 2. Число пазов в шайбе и толщина ее зависят от величины измеряемого веса и рассчитываются в зависимости от оптимальной величины перемещения подвижного электрода, значение которого задается. Прорезные шайбы 4 в центре имеют отверстие, через которое проходит тяга 5, имеющая два бурта, на которые базируются прорезные шайбы 4. Причем расстояние между базовыми торцами буртов должно быть равно высоте стакана. К базовым торцам буртов прорезные шайбы снизу прикреплены подвижным электродом 6, а сверху - втулкой 7 с направляющим конусом и штифтом. На конус надета грузовая площадка 8, а штифт исключает ее проворот относительно втулки (для варианта, когда форма установочной плоскости грузовой площадки отличается от круглой и недопустим поворот). Посадка грузовой площадки на конус удобна для проведения профилактики. В подвижном электроде 6 возможно выполнение дополнительных отверстий для более быстрого вытеснения демпфирующей жидкости из зазоров между электродами (зависит от вязкости жидкости, величины динамических воздействий и заданной точности и быстродействия).

На тяге 5, в средней ее части, закреплен столик 9 для установки эталона 10 веса. Верхняя часть столика выполнена в виде направляющего конуса и горизонтальной площадки, а эталон - в виде кольца. Такое исполнение обеспечивает центрирование его относительно тяги, исключает смещение и качание его, а время установки и успокоения сведено до минимума. Эталон 10 веса имеет два рычажка 11 (фиг. 3), за которые снимается со стола вилкой 12, закрепленной на подвижной части электромагнита 13. Над эталоном установлен упорный рычаг 14, к которому поджимается эталон при его съеме со столика.

Электромагнит 13 и упорный рычаг 14 закреплены на стакане 1, что позволяет произвести отладку узла упругой подвески установки и снятия эталона отдельно от других узлов, что удобно и просто. Описанный выше узел упругой подвески, установки и снятия эталона через нижнюю крышку 3 закреплен на диэлектрическом корпусе 15, а между ними установлены лабиринт-колпак 16 и герметизирующее кольцо 17. В диэлектрическом корпусе установлен неподвижный электрод 18 с возможностью регулировки исходного зазора емкостного преобразователя. Полость диэлектрического корпуса заполнена минеральным маслом, причем объем его меньше объема колпака-лабиринта, что позволяет работать с устройством в любом положении.

Снизу неподвижный электрод 18 уплотнен герметизирующим кольцом 19, которое поджато крышкой 20. При этом герметизирующее кольцо 19 является одновременно и фиксатором от проворота для нижнего электрода 18. Узел упругой подвески тяги с емкостным преобразователем помещены в корпус 21, который закрыт сверху крышкой 22, которая совместно с грузоприемной площадкой 8 образует лабиринт, предотвращающий попадание пыли и грязи внутрь.

Преобразователь подключен к вычислителю.

Работает устройство следующим образом.

Например, при взвешивании, перед установкой пули на грузовую площадку на столик 9 устанавливается эталон 10 веса и информация о положении емкостного преобразователя запоминается. Затем на грузовую площадку устанавливается пуля и одновременно электромагнит 13 снимает эталон веса со столика и также запоминается информация о положении емкостного преобразователя. Затем электронная часть устройства производит вычисление веса пули по соответствующим формулам, сравнивая величины сигналов.

Такое выполнение устройства позволило, сохранив чувствительность подвески, сделать подвеску и эталон веса устойчивыми к радиальным нагрузкам, резко сократить время успокоения эталона, то есть повысить точность и быстродействие устройства при наличии радиальных нагрузок, с производительностью 30 шт/мин и максимальной погрешностью 0,4 г.

Формула изобретения

ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ВЕСА, содержащий тягу с грузовой площадкой, упругую подвеску тяги, емкостный преобразователь с электродами и диэлектрической жидкостью в корпусе, связанный с электромагнитом эталон веса и упорный рычаг, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введен столик, упругая подвеска выполнена в виде стакана и двух круглых прорезных шайб, закрепленных окраинной частью на торцах стакана крышками и через центр которых пропущена тяга с двумя буртами, при этом шайбы установлены с поджатием к базовым торцам буртов с одной стороны подвижным электродом, а с другой - втулкой, выполненной с установочным местом для грузовой площадки, на тяге между буртами закреплен столик, причем верхняя часть столика, со стороны размещения втулки, выполнена в виде направляющего конуса с горизонтальной площадкой вокруг его основания, эталон веса выполнен в виде кольца с прикрепленными к нему рычагами, установленного на столике соосно с тягой, причем стакан через нижнюю крышку закреплен на корпусе, выполненном диэлектрическим, и внутри которой закреплен колпак с герметизирующим кольцом, при этом электромагнит и упорный рычаг закреплены на стакане.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3