SU1527508A1 - Torsional microbalance - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к весоизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  малых навесок. Цель изобретени  - повышение точности измерени  навесок. На чашки 10 и 11 устанавливаютс  измер емый груз 12 и гири 13 и 14 с общей массой M_I. Из-за наличи  остаточной некомпенсации по массе равноплечее коромысло 1 получает малое угловое отклонение Δϕ в ту или иную сторону, которое фиксируетс  зеркалом 15. Оператор закручивает крутильную головку 32 в ту или иную сторону относительно нулевого положени  микрошкалы 33, пока угловое отклонение не будет сведено к нулю. Одновременно с вращением вала 19 с закручиваемым концом 17 первого торсиона 2 вращаетс  ротор 21 сельсин-датчика 23. При этом от закручиваемого на угол конца 17 торсиона 2 создаетс  компенсационный момент M_K1, а при вращении ротора 21 сельсин-датчика 23 на угол ϕ в его роторных обмотках 25 создаютс  компенсационные токи J_PI, поступающие в роторные обмотки 26 сельсин-приемника 24 и создающие синхронизирующий момент, поворачивающий ротор 22 сельсин-приемника 24 на угол ϕ вместе с закручиваемым в противоположную сторону концом 18 второго торсиона 3. Микрошкола 33 характеризует дифференциальное действие обоих торсионов 2 и 3. Число делений N, на которое поворачиваетс  микрошкала 33 до положени  силового уравновешивани  коромысла 1, характеризует неуравновешенную гир ми 13 и 14 часть массы измер емого груза 12. 1 ил.The invention relates to a weighing equipment and can be used to measure small weights. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurement of weights. On the cups 10 and 11, the measured load 12 and the weights 13 and 14 with the total mass M _I are mounted. Due to the presence of residual uncompensation on weight, the equal shoulder of the beam 1 receives a small angular deviation Δϕ in one direction or another, which is fixed by the mirror 15. The operator twists the twisting head 32 in one direction or another relative to the zero position of the microscale 33, until the angular deviation is reduced to to zero. Simultaneously with the rotation of the shaft 19 with the twisting end 17 of the first torsion 2, the rotor 21 of the resolver 23 rotates. In this case, the compensation moment M _K1 is created from the angle of the twist 17 of the torsion screw 2, and when the rotor 21 of the resolver 23 rotates The rotor windings 25 create compensation currents J _PI entering the rotor windings 26 of the selsyn receiver 24 and creating a synchronizing moment turning the rotor 22 of the selsyn receiver 24 at an angle ϕ together with the end 18 of the second torsion 3 twisting in the opposite direction. Microschool 33 characterizes the differential effect of both torsions 2 and 3. The number of divisions N, which the microscale 33 rotates to the position of force balance of the rocker arm 1, characterizes the unbalanced weights 13 and 14 of the mass of the measured load 12. 1 Il.

Description

Изобретение относитс  к весоизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  малых навесок пор дка 0,1 - 1 г путем закручивани  упругого торсиона подвески.The invention relates to a weight measuring technique and can be used to measure small weights of the order of 0.1-1 g by twisting the elastic suspension torsion.

Цель изобретени  - повьш1ение точности измерени  навесок.The purpose of the invention is to increase the accuracy of measurement of weights.

На чертеже изображена электрокинематическа  схема торсионных микровесов .The drawing shows an electrokinematic scheme of a torsion microbalance.

Микровесы состо т из равноплечего коромысла 1, подвешенного на двух опорных торсионах 2 и 3, например, из кварца или бронзы с усиленным поперечным сечением, снабженного развилками 4 и 5 с концевыми шарнирами 6 и 7 дл  грузоприемных т г 8 и 9 с чашками 10 и 11 дл  измер емого груза 12 и гирь 13 и 14, а также зеркалом 15 и компенсационной пружиной 16,The microbalances consist of an equal-arm rocker 1 suspended on two supporting torsions 2 and 3, for example, of quartz or bronze with a reinforced cross section, equipped with forks 4 and 5 with end hinges 6 and 7 for load-receiving rails 8 and 9 with cups 10 and 11 for the measured load 12 and weights 13 and 14, as well as a mirror 15 and a compensation spring 16,

создающей нат г опорных торсионов Z и 3.creating nat g support torsions Z and 3.

Параметры опорных торсионов 2 и 3 а именно их диаметры, длина и упругие свойства, выбраны такими, что р эиостъМ их удельных противодейст- вукидих моментов VJ, и W- ( W - W.) равна малой величине, существенно меньщей, чем каждое из значений W и V.J в отдельности, т.е.The parameters of the reference torsions 2 and 3, namely, their diameters, length and elastic properties, are chosen such that their potential countermeasures VJ and W- (W - W.) are equal to a small value that is substantially smaller than each of the values W and VJ separately, i.e.

, ,,,

и ,-W,, ; W,and, -W ,,; W,

Закручиваемые концы 17 и 18 торсионов 2 и 3 закреплены на валах 19 и 20, на которых установлены роторы 21 и 22 двух сельсинов: сельсина-датчика 23 и сельсина-приемника 2А,Twisted ends 17 and 18 of torsions 2 and 3 are fixed on shafts 19 and 20, on which rotors 21 and 22 of two selsyns are mounted: selsyn-sensor 23 and selsyn-receiver 2A,

Одноименные роторные обмотки 25 и 26 сельсинов 23 и 24 соединены с помощью проводников 27 последовательно , а их статорные обмотки 28 и 29 подсоединены с помощью проводников 30 к источнику 31 питани  параллельно .Similar rotor windings 25 and 26 of selsyns 23 and 24 are connected by means of conductors 27 in series, and their stator windings 28 and 29 are connected by means of conductors 30 to power supply 31 in parallel.

Направлени  вращени  ef сельсинов 23 и 24 относительно оси чувствительности 0,-0,| равноплечего коромысла 1 выбраны противоположными. Вал 19 снажен крутильной головкой 32 и отсчет- ным устройством (круговой микрощка- лой) 33, отсчет показаний которого (по числу делений п, на которое она развернулась) ведетс  с помощью подвески 34, оптической системы 35 и экрана 36 с указателем 37.Directions of rotation ef of selsyns 23 and 24 relative to the axis of sensitivity 0, -0, | equal shoulder rocker 1 selected opposite. Shaft 19 is equipped with a twisting head 32 and a reading device (circular microhole) 33, the readings of which (according to the number of divisions n into which it is turned) is carried out using the suspension 34, the optical system 35 and the screen 36 with the pointer 37.

Наблюдение угла разбаланса ноплечего коромысла 1 производитс  с помощью подвески 38, микрообъектива 39, зеркала 15, диафрагмы 40 и фотопреобразователей 41, включенных ди(|)ференциально на микроамперметр 42. Основание 43 служит дл  креплени  на нем валов 19 и 20, а также других неподвижных узлов микровесов.Observation of the unbalance angle of the shoulder arm 1 is carried out using the suspension 38, the micro-lens 39, the mirror 15, the diaphragm 40 and the photo-transducers 41, included di (|) fermentatively on the microammeter 42. The base 43 serves to fasten the shafts 19 and 20 on it, as well as other fixed knots microbalance.

Микрове :ы работают следующим образом .Microve: s work as follows.

На чайки 10 и 11 устанавливаютс , соответственно, измер емый груз 12, масса т, которого неизвестна, и гири 13The gulls 10 and 11 are set, respectively, the measured load 12, the mass t, which is unknown, and the weights 13

при;т .at; t.

с общей массой т,with a total mass of t,

мерно равной массе т,, т.е. ..,., удовлетвор ющей условию предварителного уравновешивани  равноплечегоequal to the mass t, i.e. ..,., satisfying the condition of preliminarily balancing an equal-arm

коромысла 1 по массе.rocker 1 by weight.

Из-за наличи  остаточной некомпенDue to the presence of residual noncom

чее коромысло 1 получает малое угловое отклонение utj ту или другую сторону, Kcn oiioe фиксируетс  зерка0whose beam 1 receives a small angular deviation utj on one side or the other, Kcn oiioe is fixed by a mirror

00

00

5 355 35

4040

4545

5050

5555

лом 15, измен ющим услови  освещенности дифференциальных фотолреобразо- вателей 41. Разностньш фототок Л1(, фотопреобразователей 41, пропорциональный углул, фиксируетс  микроамперметром 42.scrap 15, changing the conditions of illumination of differential photoconverters 41. Differential photocurrent L1 (, photoconverters 41, proportional to the angle, is detected by the microammeter 42.

Оператор закручивает крутильную головку 32 в ту или иную сторону относительно исходного (нулевого) положени  микрошкалы 33 до тех пор, пока угловое рассогласование л f не сводитс  к нулю, uif-fO, и показани  микроамперметра 42 также не подойдут к нулевым, Icp - Одновременно при закручивании крутильной головки 32, нар ду с вращением вала 19 с закручиваемым концом 17 первого торсио- на 2, вращаетс  ротор 21 сельсина- датчика 23. При этом от закручивае- ого на угол ц конца 17 торсиона 2 создаетс  компенсационный момент М | , равныйThe operator twists the torsion head 32 in one direction or another relative to the initial (zero) position of the microscale 33 until the angular misalignment l f reduces to zero, uif-fO, and the display of the microammeter 42 also reaches zero, Icp - At the same time twisting the torsion head 32, along with the rotation of the shaft 19 with the twisting end 17 of the first torsion 2, rotates the selsyn sensor 21 23. At the same time, a compensation moment M creates from the end 17 of the torsion 2 twisting at an angle z. equal to

М,, W,. с/,M ,, W ,. with/,

где W, - удельный противодействующий момент торсиона 2;where W, is the specific opposing moment of torsion 2;

у - угол закручивани , а при вращении ротора 21 сельсина- датчика 23 на угол Ц) в его роторных обмотках 25 создаютс  компенсационные токи Iy is the twisting angle, and when the rotor 21 rotates the selsyn sensor 23 by the angle C), compensation currents I are created in its rotor windings 25

pi , поступающие в роторныеpi entering rotary

обмотки 26 сельсина-приемника 24. Токи I р. создают синхронизирующий момент М , поворачивающий ротор 22 сельсина-приемника 24 на угол ц| вместе с закручиваемым в противоположную сторону концом 18 второго торсиона 3, создающего разностньш компенсационный момент М , равныйwinding 26 selsina receiver 24. Toki I p. create a synchronizing moment M, turning the rotor 22 of the selsyn-receiver 24 on the angle η | together with the twisted in the opposite direction end 18 of the second torsion 3, creating a difference compensation moment M, equal to

М к-г , где Wj -удельный противодействующийM to-g, where Wj is a specific counteractive.

момент торсиона 3; (f - угол закручивани . Суммарный компенсационный момент М|, действующий на коромысло 1, равенtorsion moment 3; (f is the twisting angle. The total compensation moment M | acting on the beam 1 is equal to

MK-J М,+ W,u- W,.L (V, ,-W ) 4. ,MK-J M, + W, u- W, .L (V, -W) 4.,

где 4W Wi- разность удельных противодействующих моментов торсионов 2 и 3.where 4W Wi is the difference of the specific opposing moments of torsions 2 and 3.

Поскольку при исходной установке торсионов 2 и 3 значение W выбрано существенно меньшим, чем отдельные значени  W, и W 2, то крутильна  головка 32 и ее микрошкала 33 имеют повышенную чувствительность и точность компенсации углового разбаланса Since during the initial installation of torsions 2 and 3, the value of W was chosen to be significantly smaller than the individual values of W and W 2, the twisting head 32 and its microscale 33 have an increased sensitivity and accuracy of compensation of the angular unbalance

5),S25), S2

равнс111лоче1 о ко1)С)М1-к:ла 1 высока,   микрошклла 33 xapaKTcjui ycT дифференциальное дейстние обоих торсионов 2 и 3.equals 11 o co1) C) M1-k: la 1 is high, mikrosklla 33 xapaKTcjui ycT differential action of both torsions 2 and 3.

Число делений п,на которое повернулась микроожала 33 до положени  силового уравновешивани  коромысла 1, ри ует неуравновешенную гир ми 13 и 1А ч сть am массы т, измер емого груза 12.The number of divisions n, for which the micro-burner turned 33 to the position of the force balance of the rocker arm 1, is unbalanced by the weights 13 and 1A of the am mass t, the measured load 12.

m Г} г+ ЛП П1m G} g + LP P1

п P

где S - цена делени  микрошкалы 33;where S is the cost of dividing the microscale 33;

п - отсчетиое число делений микрошкалы 33 в положении уравновешивани  равноплечего коромысла 1.n is the counting number of microscale 33 ticks in the position of equilibrating the equal-arm rocker arm 1.

J5J5

J5J5

ЛL

г Дg D

/It i/ It i

10ten

,SS

Градуировка микровесов ведетс  сGraduation of microbalance leads with

Claims (1)

помощью обр зцов(.1х гирь 13 и 14, нак- лчпываемых на чаижу Ю. Формула изобретени  Торс-ионные микровесы, содержащие подвешенное па двух опорпьт торсио- „ах равноплечее коромысло, к плечам которого прикреплены грузоприемные т ги, отсчетное устройство, св занное с KpvTtuibHOH головкой и с концом одного опорного торсиона, о т л и ч а- „ щ и е с   тем, что,с целью повышени  точности, они снабжены двум  сельсинами, роторы которых св заны с концами обоих торсионов, причем одноименные роторные обмотки сельсинов соединены последовательно, а статорные - параллельно.using samples (.1x weights 13 and 14, mounted on the chuzhu Yu. invention of the invention Torso-ionic microbalances containing an equal-arm rocker suspended from two support torsi axes, to the shoulders of which are load-carrying rods, a counting device, connected with a KpvTtuibHOH head and with the end of one supporting torsion, which means that, in order to increase accuracy, they are equipped with two selsyns, the rotors of which are connected to the ends of both torsions, and the rotor windings of the same name connected in series, and the stator - a pair lleno 77 3131 .... Упит ТГ1Upit TG1 -за-behind Составитель Т.ИшковаCompiled by T.Ishkova Редактор И.Шмакова Техред Л.СердюковаEditor I.Shmakova Tehred L. Serdyukova Корректор М.ВасильеваProofreader M.Vasilyeva