Способ бесконтактного определения веса изделий из материалов малой удельной плотности и устройство для его осуществления

 

Использование: бесконтактное определение веса штучных изделий, представляющих собой тонкие пластины либо изготовленные из материала малой плотности. Сущность изобретения: при бесконтактном определении веса изделий из материалов малой удельной плотности изделие располагают над несущей платформой, на вертикальных воздушных струях и по избыточному давлению воздуха в пневмосистеме при заданной высоте струй определяют вес изделий. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано в полупроводниковой, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности для бесконтактного определения веса штучных изделий, представляющих собой тонкие пластины либо изготовленных из материала малой плотности.

Известен бесконтактный способ определения массы изделия [1] при котором создают под изделием несущую воздушную прослойку, при помощи импульса давления вызывают колебания изделия и определяют массу изделия по периоду его свободных колебаний.

При измерении массы изделий с малым удельным весом указанный способ дает большие погрешности, так как для повышения чувствительности [2] требуется уменьшать толщину воздушной прослойки, что влечет за собой уменьшение амплитуды колебаний и увеличение погрешности определения периода.

Кроме того, устройство для измерения массы по известному способу [1] содержащее пневмотранспортер с камерой питания, узлы возбуждения и измерения колебаний, требует тарировки при изменении геометрических размеров изделий.

Наиболее близким предлагаемому следует считать способ контроля массы штучных изделий [3] при котором изделие располагают на воздушной прослойке над платформой, а его массу определяют по максимальному давлению в воздушной прослойке под промежуточной платформой в момент всплытия платформы с изделием.

Устройство, реализующие указанный способ [4] содержит несущую платформу с пневмосистемой, дроссельным отверстием и датчиком давления, регистрирующий блок, промежуточную платформу, расположенную над несущей платформой и выполненную с входным отверстием в днище и выходным в крышке и введенную в регистрирующий блок схему выделения максимума давления.

Следует отметить, что для изделий из материала небольшой плотности затруднено применение данного способа из-за наличия промежуточной платформы. Вес платформы увеличивает относительную погрешность весоизмерительного устройства.

Технической задачей является повышение точности бесконтактного определения веса изделий, изготовленных из материалов малой плотности.

Технический результат достигается тем, что в способе бесконтактного определения веса изделий из материалов малой удельной плотности, заключающемся в том, что изделие располагают над несущей платформой и вес изделия определяют по измеренному избыточному давлению воздуха, при этом изделие удерживают на вертикальных воздушных струях, давление измеряют в пневмосистеме при заданной высоте струй, а вес определяют по формуле: G = 2·π·Pk·r₀·(r₀-0,05·x)·N, где G вес изделия; P_k избыточное давление в пневмосистеме; r₀ радиус струи; x высота струи; N количество струй, а устройство для бесконтактного определения веса изделий из материалов малой удельной плотности содержит несущую платформу с пневмосистемой и датчиком давления, регистрирующий блок, причем пневмосистема выполнена в виде пневмокамеры с тремя питающими отверстиями в верхней стенке и регулятором расхода воздуха для подключения ее к магистрали сжатого воздуха, при этом датчик давления расположен внутри пневмокамеры, а над несущей платформой закреплен фотодатчик поперечных перемещений изделия.

На (фиг. 1) и (фиг. 2) изображено предлагаемое устройство.

Над несущей платформой (1) закреплен фотодатчик (2), (3). Внутри пневмокамеры (4) размещен датчик давления (5), информация с которого поступает на регистрирующий блок (6). Воздух поступает в пневмокамеру из магистрали через регулятор расхода (7) и выходит через питающие отверстия (8), (9), (10) в направлении изделия (11).

Способ реализуется следующим образом.

Создают максимальное давление в пневмокамере (4). Изделие (11) располагают над несущей платформой (1) на струях воздуха, создающихся в результате истечения воздуха из пневмокамеры через питающие отверстия (8), (9), (10). При помощи регулятора расхода (7) уменьшают подачу воздуха в пневмокамеру, что приводит к уменьшению давления и уменьшению длины струй. В момент срабатывания фотодатчика (2), (3) величину избыточного давления измеряют датчиком (5) и фиксируют в регистрирующем блоке (6). Вес изделия определяют по предложенной формуле. Затем увеличивают расход воздуха до максимального и снимают изделие с устройства.

Для пояснения закономерных связей между измеряемыми и определяемыми параметрами рассмотрим явление истечения вертикальной затопленной струи воздуха из камеры (1) (фиг. 3), в которой создано избыточное давление P_k, через отверстие (2) радиуса r₀.

Изделие (3) находится в равновесии на высоте x, если вес изделия G уравновешивается реактивной силой струи F_px. Реактивная сила определяется как разность начальной реактивной силы F_po и силы трения струи о воздух F_тх: G F_px F_po F_тх. (1) Начальная реактивная сила рассчитывается [5]
F_p0 = π·S₀·U²₀, (2)
где ρ плотность воздуха;
S₀ = π·r²₀ площадь сечения струи;
U₀ скорость истечения воздуха.

Силу трения струи о воздух можно определить по формуле:

где τ касательное напряжение в пограничном слое.

Согласно теории Прандтля:
τ = L²·(δU/δy)², (4)
где y координата;
L путь смешения, определяемый через толщину турбулентного пограничного слоя b по эмпирической зависимости:
L 0.11*b. (5)
Скорость газа в пограничном слое определяется по уравнению Шлихтинга:
U U₀·(1-(y/b)^1.5)². (6)
Для середины пограничного слоя:
y 0.5·b, (7)

Таким образом:

Из выражений (1), (2) и (10):
G = π·ρ·U²₀·r₀·(r₀-0,05·x). (11)
Из известного уравнения Бернулли получим:
ρ·U² = 2·Pk. (12)
Окончательная формула для определения веса изделия, опирающегося на струю:
G = 2·π·Pk·r₀·(r₀-0,05·x). (13)п

Формула изобретения

1. Способ бесконтактного определения веса изделий из материалов малой удельной плотности, заключающийся в том, что изделие располагают над несущей платформой и вес изделия определяют по измеренному избыточному давлению воздуха, отличающийся тем, что изделие удерживают на вертикальных воздушных струях, давление измеряют в пневмосистеме при заданной высоте струй, а вес определяют по формуле
G = 2π·P_k·r₀·(r₀-0,05x)·N,
где G вес изделия;
P_k избыточное давление в пневмосистеме;
r_о радиус струи;
x высота струи;
N количество струй.

2. Устройство для бесконтактного определения веса изделий из материалов малой удельной плотности, содержащее несущую платформу с пневмосистемой и датчиком давления и регистрирующий блок, отличающееся тем, что пневмосистема выполнена в виде пневмокамеры с тремя питающими отверстиями в верхней стенке и регулятором расхода воздуха для подключения ее к магистрали сжатого воздуха, при этом датчик давления расположен внутри пневмокамеры, а над несущей платформой закреплен фотодатчик поперечных перемещений изделия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3