CN203929205U - 一种杠杆式称重结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种杠杆式称重结构，包括托盘，其特征是：所述托盘的下表面上垂直间隔固定向下设置有两根竖杆，其中，所述两根竖杆分别与两根水平设置的连杆一端用球铰连接，每根竖杆上的两根连杆位于同一竖直平面，且两根竖杆与各自相连的连杆所构成的两竖直平面相互垂直；所述四根连杆中的三根连杆另一端铰接在竖直平面的固定点上，另一根连杆中部下方可转动支承在一个支撑支点上形成杠杆结构，该形成杠杆结构的连杆另一端通过一个拉力传感器连接在一个水平固定面上。本实用新型的杠杆式称重结构具有结构简单合理的优点，对材料和加工精度的要求降低，从而能够降低称的生产成本。且使用起来也更为灵活。

Description

一种杠杆式称重结构

技术领域

本实用新型属于称重结构领域，具体涉及一种杠杆式称重结构。

背景技术

现有技术的电子称采用一块一体成形的“称重弹性体”作为称重物的重力感受元件，其工作原理是将称重物置于电子称的托盘上，称重物重力使得称重弹性体产生变形，且该变形作用于电阻丝片，转化为电信号并输送给电子称内部的处理器。该处理器接收到电信号后，进行数字显示以及数值传递***计费，统计和存储等功能。但现有技术的电子称中，不仅对称重弹性体材料性能和加工精度的要求很高，还对处理微小电信号的线路的稳定性和精度的要求也很高，进而导致电子称的制作成本较高。

故申请人考虑设计一种杠杆式称重结构，以简单结构替代称重弹性体，使制造成本更低，还能够使得拉力传感器读数和托盘中重物的放置位置无关，无四角误差对称重的影响。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：怎样设计一种结构简单，制造成本更低，能够使得拉力传感器读数和托盘中重物的放置位置无关的杠杆式称重结构。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种杠杆式称重结构，包括托盘，其特征是：所述托盘的下表面上垂直间隔固定向下设置有两根竖杆，其中，所述两根竖杆分别与两根水平设置的连杆一端用球铰连接，每根竖杆上的两根连杆位于同一竖直平面，且两根竖杆与各自相连的连杆所构成的两竖直平面相互垂直；所述四根连杆中的三根连杆另一端铰接在竖直平面的固定点上，另一根连杆中部下方可转动支承在一个支撑支点上形成杠杆结构，该形成杠杆结构的连杆另一端通过一个拉力传感器连接在一个水平固定面上。

本实用新型的杠杆式称重结构，将称重物放置在托盘上后，称重物的重力和托盘及竖杆的自重作用在杠杆与竖杆的连接端，从而利用与杠杆的另一端连接的拉力传感器来测量该作用力的大小。托盘和竖杆的自重为定值，可以通过在未称重情况对拉力传感器“调零”消除其影响，通过标定由拉力传感器测量称重物的重量。

与此同时，在该杠杆式称重结构中，每根竖杆上的两根连杆位于同一竖直平面，且两根竖杆与各自相连的连杆所构成的两竖直平面相互垂直，其目的一方面是使该称重结构在x和y方向的平衡；另一方面是为了约束该称重结构整体上绕垂直(z)轴的自由转动，起到使得该结构在该转动方向上稳定的作用。因而连杆能够始终维持托盘在水平面上平衡，且能使其绕垂直轴的转动约束。故该杠杆式称重结构可使得拉力传感器读数和托盘中称重物所放置的位置无关(详细证明请参看“具体实施方式”)，进而可消除四角误差，使得测量误差能够得以控制。

所述拉力传感器为竖向设置。

同现有技术相比较，本实用新型杠杆式称重结构具有如下有益技术效果：

1、具有结构简单合理的优点，对材料和加工精度的要求降低，从而能够降低称的生产成本。

2、由于杠杆作用并对拉力传感器产生的力和称重物重力具有确定的比例关系，故能够根据称所需的环境、精度和灵敏度的不同，来便捷选择拉力传感器，提高了自身的实用性和灵活性。

3、因该杠杆式称重结构中采用了杠杆结构，故针对不同的重力的沉重物可对应采用该数量级的杠杆或更换不同量程的拉力传感器。故该杠杆式称重结构也特别适用于较大量程的称重。

附图说明

图1为本实用新型杠杆式称重结构的立体结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为图1的仰视图。

图4为本实用新型杠杆式称重结构的结构原理示意图。

图5为本实用新型杠杆式称重结构中托盘及竖杆的受力图。

图6为本实用新型杠杆式称重结构中杠杆结构的受力图。

其中，1托盘；2称重物；3拉力传感器；4竖杆；5连杆；6杠杆结构。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

具体实施时：如图1至图6所示，一种杠杆式称重结构，包括托盘1，所述托盘1的下表面上垂直间隔固定向下设置有两根竖杆4，其中，所述两根竖杆4分别与两根水平设置的连杆5一端用球铰连接，每根竖杆4上的两根连杆5位于同一竖直平面，且两根竖杆4与各自相连的连杆5所构成的两竖直平面相互垂直；所述四根连杆5中的三根连杆5另一端铰接在竖直平面的固定点上，另一根连杆6中部下方可转动支承在一个支撑支点上形成杠杆结构，该形成杠杆结构的连杆5另一端通过一个拉力传感器3连接在一个水平固定面上。

所述拉力传感器3为竖向设置。

本具体方式涉及的杠杆式称重结构中，由于连杆5仅受轴向力作用，连杆5在轴向的变形受应力(横截面单位面积的力)的影响，因此，只要连杆5的截面积足够的大，其自身的弹性变形对该称重结构的影响微乎其微，故不会影响测量精度。

本具体方式涉及的杠杆式称重结构中，设置两根竖杆4，三根连杆5，以及由另一根连杆6形成的杠杆结构，这样是为了使其中三根水平连杆5仅受轴向力作用，它们与两竖杆4的连接采用球铰。因此，若仅采用一根竖杆4不能约束结构绕垂直轴的转动，采用多根竖杆会改变该杠杆式称重结构的受力，故设置两根竖杆4最为合理，且结构也较为简单。同时，两根竖杆4的安装位置和相互之间的距离，都不会影响称重结果。

本具体方式涉及的杠杆式称重结构中，多根连杆5为水平设置且用于支撑并维稳所述托盘1和竖杆4。所述托盘1和竖杆4的材料可采用铝合金、不锈钢或其它具有足够强度和刚度的材料；所述竖直平面可以为称体外壳的内侧壁面，也可为一固定的竖直墙面。所述拉力传感器3可选用市场上标准的拉力传感器。

该杠杆式称重结构中最为关键的是拉力传感器的读数与台盘中重物的位置无关，证明其最重要的一项技术指标是四角误差。所谓四角误差指被称重物置于托盘1四角处时分别得出读数的最大差值。

下面说明该杠杆式称重结构的称重原理，并证明采用该杠杆式结构的四角测量误差为零。

假设称重物的重心P在托盘1内的坐标为(x,y)，另一坐标z＝0。该称重结构受力如图5所示。图中F_a,F_b,F_e,F_f,F_z为作用于刚性杆OB和FG上的力。F_a和F_b沿x方向；F_e和F_f沿y方向；F_z沿z方向。W是托盘1和竖杆OB和FG的总量，以及连杆5重力在z向的分量(连杆5重量的影响)；K为其重心。

如图5所示的托盘1及竖杆4的平衡条件如下：

ΣF_x＝0： F_a+F_b＝0 (1)

ΣF_y＝0： F_e+F_f＝0 (2)

ΣF_z＝0： W+P-F_z＝0 (3)

ΣM_x＝0： F_eEG+F_fFG-Py＝0 (4)

ΣM_y＝0： F_aAO+F_bBO-Px-WKO＝0 (5)

ΣM_z＝0： F_eGO+F_fGO＝0 (6)

求解上述方程得：

$F_a=\frac{\mathrm{Px}+\mathrm{WKO}}{\mathrm{AB}},F_e=\frac{\mathrm{Py}}{\mathrm{EF}},F_b=-F_a,F_f=-F_e---\left(7\right)$

F_z＝W+P (8)

再利用图6所示的杠杆DCB的平衡条件可得到传感力S的力值：

$S=\frac{\mathrm{CB}}{\mathrm{DC}}(P+W)=\frac{\mathrm{CB}}{\mathrm{DC}}W+\frac{\mathrm{CB}}{\mathrm{DC}}P---\left(9\right)$

由于W为常量，可以由力传感器测量出由称重物产生的力的增量

$\mathrm{\ΔS}=S-\frac{\mathrm{CB}}{\mathrm{DC}}W=\frac{\mathrm{CB}}{\mathrm{DC}}P---\left(10\right)$

由ΔS即可确定称重物体的重量。事实上，W可以通过在未称重情况对拉力传感器3“调零”消除。可见，拉力传感器3(也可采用压力传感器)的称重读数与称重物P在托盘1上的位置无关，与机构的其它尺寸也无关，同时也说明称重读数只受力平衡关系影响，即其四角误差为零。可见，基于本杠杆式称重结构得到的电子秤也能够利用不同于现有电子秤的方式和原理来进行称重，能够降低对弹性体材料性能和加工精度的要求。

该杠杆式称重结构在称重使用时，托盘1在竖向上的位移量微小(难以用肉眼查看到)，仅能通过拉力传感器3读数的变化来测得。

具体实施时，在上述技术方案的基础上还可以进一步改进，例如，在所述球铰的结构中转动配合的表面上设置有一层耐磨层，所述耐磨层采用聚四氟乙烯制得。这样一来，聚四氟乙烯(也称作：特氟龙)因其具有极低摩擦系数，且耐磨性能极佳，故能够帮助防止该杠杆式称重结中铰连处出现锈蚀影响托盘1在竖向上的运动，进而影响称重读数的情况，可见，实施该项改进后，使得杠杆式称重结构能够长期维持称重灵敏度和测量精度。上述改进的技术方案应同样视为落入本申请要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种杠杆式称重结构，包括托盘，其特征是：所述托盘的下表面上垂直间隔固定向下设置有两根竖杆，其中，所述两根竖杆分别与两根水平设置的连杆一端用球铰连接，每根竖杆上的两根连杆位于同一竖直平面，且两根竖杆与各自相连的连杆所构成的两竖直平面相互垂直；所述四根连杆中的三根连杆另一端铰接在竖直平面的固定点上，另一根连杆中部下方可转动支承在一个支撑支点上形成杠杆结构，该形成杠杆结构的连杆另一端通过一个拉力传感器连接在一个水平固定面上。

2.根据权利要求1所述的杠杆式称重结构，其特征是：所述拉力传感器为竖向设置。