【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及使用装有转动体的振梁的测定重量用的设备。振动型称重装置对于从事测定重量的人是众所周知的。振动型重量传感器的优点是其结构简单，因为它直接产生振动波数的数值，所以不需使用模数转换器。一台振动型称重设备中，一根振梁受到激励以特定频率振动，该频率与施加到振梁上的应力量有关。振动频率也取决于振梁的刚性，振动频率对于长度和截面(纵横比)一定的振梁应当保持相对的恒定。包括作为重量传感器的振梁的称重设备的机械Q值正比于在每个振动周期内振梁贮存的能量与振梁损失的能量的比值。Q值低的系统是不希望的，因为用于测定重量的振动将会产生阻尼，造成振荡变小或振荡消失。Q值高的系统将维持振梁的振荡，可以利用较小的外部能源来激励振梁，并将具有较稳定的谐振频率。当振梁被用作称重设备中的力传感器时，由待测重量引起的应力被加到振梁的第一端部上，而传感器被稳定地安装在振梁的第二端部上。但是，当一根单独的振梁被用作传感器时，振动能量在振梁的安装端部处损失掉，导致系统的Q值较低和振动产生阻尼。利用一根单独的振梁，在传感器的安装端部不存在于力的平衡。单独的振梁发生振动，而在传感器的安装端部给传感器施...
【技术保护点】
一种测定重量的设备，它包括：一根振梁，振梁的一段有以测定频率来回振动，该振梁具有一个并不以测定频率来回振动的节点，并具有一个第一端部和一个第二端部：用于支承待测重量的支承机构；将振梁的第一端部联接到支承机构上以便将应力加到振梁上 的机构，该应力决定振梁振动的测定频率；以及一个联接到振梁的节点上的以测定频率转动的转动体。
【技术特征摘要】
AU 1986-8-19 PH07544;US 1987-7-1 069029书中特别指出的器械手段和组合系统，可以理解和实现本发明的目的和优点。为了达到目的并根据本发明的意图，如此处实施和广泛说明的，根据本发明所述的测定重量的设备包括一根振梁，振梁的一段能以测定频率来回振动，该振梁具有一个并不以测定频率来回振动的节点，并具有一个第一端部和一个第二端部;用于支承待测重量的支承机构，将振梁的第一端部联接到支承机构上以便将应力加到振梁上的机构，该应力决定振梁振动的测定频率;以及一个联接到振梁的节点上的以测定频率转动的转动体。在本发明的另一个实施例中，称重设备还包括一对平行的振梁，它们在每根振梁的第一端部和第二端部处联接在一起并形成一个音叉，每根振梁有一个并不以测定频率来回振动的节点。被包括在说明书内并构成说明书一部分的附图，举例说明了本发明的最佳实施例，它结合文字描述阐明了本发明的原理。图1是带一个联接到一个节点上的转动体的振梁的示意图。图2是带一个联接到一个节点上的转动体的振梁的示意图。图3是带一个联接到一个节点上的转动体的振梁的示意图。图4是带一对联接到一对节点上的转动体的振梁的示意图。图5是本发明的一个实施例的透视图。图6是本发明的另一个实施例的透视图。图7是本发明的又一个实施例的透视图。图8是制造图7所示实施例的金属坯件的平面图。图9是显示图7所示实施例的转动体的端视图。现在详细地参考本发明当前的最佳实施例，附图说明了它的例子。图1～3表示以特定测量频率操作的重量测定设备的最佳实施例。这种称重设备包括一根振梁，振梁的一段能以测量频率来回振动，该振梁具有一个并不以测量频率来回振动的节点，并具有一个第一端部和一个第二端部;如此处所图示，一个第一传感器100包括一根振梁或振杆102。振梁有一个第一端部112和一个第二端部113振梁102的第二端部即安装端部最好连接在安装机构103上，以固定振梁的第二端部。按照本发明，有一个支承机构用来支承待测的重量。本发明包括将振梁的第一端部联接到支承机构上以便将应力加到振梁上的机构，该应力决定振梁振动的测量频率。如此处所图示，待测的重量悬挂在支承机构110上，支承机构通过联接机构114联接振梁的第一端部112上。结果，重量对振梁102施加一个应力，该应力正比于当振梁被激励时振梁振动的谐振频率。本发明包括一个联接到振梁节点上的转动体，转动体以测量频率转动。如此处所图示，臂件104与振梁102成直角设置，臂的自由端连接到球形转动体106和108上。图1中的臂件104将转动体106和108联接到振梁102的节点120上。合适的节点在振梁102上的位置取决于振梁振动的基本频率和选用来测定重量的测量频率。振梁和转动体的结合体有一个它能够振动的基本谐振频率，该频率取决于振梁的长度、截面和刚性，取决于转动体的重量和转动体偏离振梁节点的距离，取决于待测重量施加在振梁上的应力。在基本谐振频率时，振梁中心处来回出现最大振动，而节点位于振梁的第一端部和第二端部。但是，振梁102也能够以二次谐波的频率振动，它是基本频率的两倍。当以基本谐振频率的二次谐波的频率振动时，一个附加的节点刚巧位于振梁102的中点。在图1～3的实施例中，振梁102是以基本谐振频率的二次谐波振动的。因此，在图1～3的中心节点120上，不存在振梁102的来回振动。相反，节点120以测定频率转动。振梁102可由石英之类压电型材料制成。但是，在最佳实施例中，振梁102是由合适的金属如铍铜之类非压电材料制成的。当不使用压电材料制造振梁102时，最好在振梁102上安装一个压电激励器(未图示)，以激励振梁并使其振动。当所有其它因素保持不变时，加到振梁上的重量可以利用起振动检测元件作用的压电接收器(未图示)来测定，因为振梁102的振动频率将正比于由重量加在联接振梁第一端部112的支承机构110上的力。最好是，联接机构直接将振梁102的第一(自由)端部连接到支承机构110上。但是，利用一个杠杆装置可以将应力加到振梁的自由端部112上，特别是在振梁102是由石英之类易碎材料制成的时候，石英通常不能支承超过1～2千克的重量。如图1～3所示，在本发明中联接到节点上的转动体响应振梁的振动。图2和图3例示了钟摆式的运动，图中的运动被大大地放大了以有助于理解本发明的操作。转动体被联接到振梁102上，以便在决定振梁102振动的精密测量频率时成为主要的因素。当振梁从一个相位振荡到下一个相位时，联接到一个节点上的转动体沿振梁围绕节点以钟摆式运动的方式来回转动。使用联接到振梁节点上的转动体，使本发明的称重设备比起常规的振动型称重设备来具有明显的优点。最重要的是，Q值获得戏剧性的提高，因为振梁的谐振频率现在是由振梁的参数和转动体的参数两者决定的。系统贮存的能量与系统损失的能量之比提高了，因为象钟摆一样运动的转动体其作用犹如一个机械飞轮，它吸收能量峰值，并增强传感器抵抗频率变化的能力，这种频率变化是由内部或外部来源的短期影响所引发的。本发明的称重设备的Q值显示出一个数量级的改善。常规称重设备的Q值约为150～200，它可能严重地阻尼振梁的振动，甚至可能导致系统中的振动消失，而根据本发明制造的称重装置的Q值约为2000～4000。另一个重要的优点是制造公差出现相当大的放宽，导致称重设备具有与常规称重设备同样的Q值，但生产起来能够方便得多和价格较低。这种公差的放宽归因于下列事实，就是谐振频率戏剧性地受呈现钟摆式运动的转动体的存在的影响，以致于振梁本身不再是决定传感器谐振频率的关键性因素。本发明可以用于与基本谐振频率的任何谐波或泛音相对应的测量频率(和节点)。例如，在图4中振梁振动的测量频率是基本谐振频率的第一泛音。当以第一泛音振动时，振梁将有两个并不位于振梁端部的节点。如图4中所示，第一节点120a的位置靠近振梁的安装端部，而第二节点120b的位置靠近振梁102的自由端部。第一对转动体106a和108a被联接到第一节点120a，而第二对转动体106a和108b被联接到第二节点120b上。图4与图1～3的比较表明，不管与所用的特定测量频率相对应的节点数目是多少，本发明的操作方式都完全类似。当振梁102的振荡方式在特定的谐波或泛音出现变化时，可以通过提供转动体的办法来达到本发明的目的，这些转动体联接与该特定振动频率相对应的全部节点或选定的一些节点。本发明可以包括一对平行的振梁，它们在每个振梁的第一端部和第二端部处联接在一起，形成一个音叉，每根振梁有一个并不以测量频率来回振动的节点。本发明的一个最佳实施例示于图5。如此处所图示，力传感器10包括两据平行的振梁12和14。第一振梁12和第二振梁14在第一端部部分16和第二端部部分18处联接在一起。假定传感器是以二次谐波振动的，每根振梁的中间节点将位于其中心。如此处所图示，转动体13被联接到第一振梁12的节点上，而转动体15被联接到第二振梁14的节点上。最好是，转动体通过臂件13a和15a联接到节点上，而每个转动体取H截面的形状，具有分别联接到臂件13a和15a上的支臂13b、13c和15b、15c。按照本发明的一个方面，传感器有一个第一端部部分和一个第二端部部分，它们分别将第一振梁和第二振梁的第一端部和第二端部联接在一起。如此处所图示，第一端部部分16将振梁12和14的第一(自由)端部联接在一起。第二端部部分18将第一和第二振梁的第二(安装)端部联接在一起。最好是，每个端部部分包括一个向内突出的凸出部，以消除端部部分中的振动。如此处所图示，第一端部部分16有一个向振梁的第二端部延伸的凸出部36，而第二端部部分18有一个向振梁的第一端部延伸的凸出部38。当称重设备中的振梁振动时，在将双端部音叉的端部联接在一起的端部部分中，容易发生小的振荡。但是，使用了位于这些端部部分上的向内突出的凸出部，由于在端部部分16和18中稍许吸收或有助于消除这些振动，因而趋向于提高传感器的Q值。在最佳实施例中，将第一和第二振梁的第一端部联接到支承机构上的机构，直接将支承机构联接到第一端部部分上而不用杠杆装置。这种直接连接消除了当称重设备中使用石英传感器时所需要的复杂而昂贵的杠杆系统，从而简化了称重设备，使它可以以低得多的成本生产。联接支承机构所用的机构最好为纵向延伸部。如此处所图示，第一端部部分16通过第一纵向延伸部22直接连接到载荷板32上。在本发明的这一最佳实施例中，称重设备有一个安装机构，而且称重设备包括一个将第二端部部分联接到安装机构上以尽可能减小第一和第二振梁的阻尼用的机构。如此处所图示，第二端部部分18通过第二纵向延伸部20联接到安装机24上。在双端部音叉的一个端部部分和待测重量用的支承机构之间与在双端部音叉的另一个端部部分和称重设备用的安装机构之间设置联接机构，可以起重要的作用。如此处所图示，纵向延伸部有助于减弱从端部部分16和18来的未消除的振荡，并使安装板24和载荷板32与振荡音叉相隔离。结果，在第一和第二振梁中将使所要的振动阻尼较小，而传感器的机构Q值提高了。此外，安装机构和音叉之间的隔离尽可能地减小了振梁的阻尼，这种阻尼可能作为安装板24的相对静止特性的结果而产生。在本发明的最佳实施例中，有一个扭转的延伸部用来将第一端部部分联接到支承机构上，以便将大体上相同的应力施加到第一和第二振梁上。如此处所图示，第一纵向延伸部22将第一端部部分16直接连接到载荷板32上，载荷板有一个洞孔39。当传感器被用于重量测定时，可以利用洞孔39将重量加在载荷板上而使待测重量直接悬挂在传感器10上。于是，例如可以将一个悬挂在钩上的称重盘连接到载荷32上。如前所述，在一个利用双端部音叉的称重设备中，两个振梁的谐振频率互相匹配是重要的。但是，每个振梁的谐振频率将取决于加到该振梁上的应力的大小。因此要求由于待测重量而加到传感器上的应力对每根振梁是相等的。因此，在第一纵向延伸部22中最好存在一个90°的扭转。这种扭转对于加到两根振梁上的载荷进行平均是非常有效的。当每根振梁上的力用其它方法不能平均时(比如当重量偏离中心或称重盘摆动时)，延伸部的扭转可使第一振梁12和第二振梁14之间的不同载荷进行平均。最好是，将第二端部部分联接到安装机构上的机构也包括一个扭转的延伸部，用来对第一和第二振梁施加基本上相同的应力。如此处所图示，第二纵向延伸部20也扭转90°，以使第一和第二振梁上的不同载荷进行平均。如图5中所示，安装板24大体上为C形。安装板的功用是将传感器牢固地固定在某种装置(未图示)上。在本实施例中，传感器利用安装板24中的一个安装孔或多个洞孔固定。如此处所图示，本实施例设有两个安装孔26和28，它们与传感器的纵轴等距离。安装孔的位置要使安装板24的中心区域30是自由的，从而尽可能减小每根振梁的阻尼。另一种办法是，可以在安装板24中沿传感器的纵轴设置单独一个安装孔，从而防止在两个振梁的每一个上施加不均匀的应力。通常最好使用单独一个安装孔而不用两个安装孔，以免在两根振梁上施加不均匀的应力;这种情况能够发生，因为当利用安装孔26和28中的一对螺栓固定时，在重量加到载荷板32上时安装板易于移动和弯曲。本发明最好包括一个联接到振梁上的压电接收器，用来产生频率为振梁来回振动的测定频率的输出信号。如此处所图示，压电接收器42被安装在第一振梁14上。当振梁是用金属之类非压电材料制成时，本发明可以包括一个联接到振梁上的压电激励器，当输入信号被加到激励器上时，激励器产生振动。如图5中所示，压电激励器40被安装在第一振梁12上。在操作中，一个脉冲输入信号被提供给压电激励器40，使激励器和安装激励器的振梁12产生振动。当振梁以谐振频率振动时，在振梁12来回振动到激励器40收到先前的脉冲输入信号时振梁所在的同一位置的那个准确时刻，后续的脉冲输入信号将激励激励器40和振梁12。在一个双端部音叉型传感器中，振梁12中的振动在第二振梁14中造成振动相位相差180°。振梁14中的这一振动被安装在振梁14上的压电接收器42所检测，它产生频率与振梁的振动频率相同的输出信号。从接收器42来的输出信号可以反馈给激励器40，造成一个在特定的测量频率振荡的系统。每根振梁振动的谐振频率在力学的基础上纯粹由一或多根振梁和一或多个转动体的特征所决定，以及由待测重量加到振梁上的应力所决定。在本发明的最佳实施例中，微型计算机机构被联接到压电接收器上，并对输出信号作出响应，以测定重量的大小。如此处所图示，在安装板24上设有支脚33和34，作为将印刷电路板固定到传感器上的机构。为了避免与传感器10相互妨碍，支脚33和34是弯曲的，使得能够平行地安装印刷电路板。印刷电路板可以包括对压电接收器42来的输出信号进行传感和分析的电子线路，包括微型计算机机构。通常，使用一台微...
【专利技术属性】
技术研发人员：彼得索马斯古迪尔，
申请(专利权)人：SECA股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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