Весовое устройство

Содержание 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время номенклатура весоизмерительных устройств, изготовляемых в России, превышает шестьсот наименований, основное количество которых предназначено для механизации и автоматизации технологических процессов. От правильного выбора весоизмерительных приборов в значительной степени зависит не только эффективность производственного учета, но и возможность внедрения новых автоматизированных методов производства. Большинство изделий представляют собой сложнейшие механизмы, оснащенные электроникой, автоматикой и регистрирующими устройствами, позволяющие не только контролировать значение массы, но и выполнять функции командоаппаратов в технологических процессах. С развитием электронно-вычислительной техники появилась весоизмерительные устройства, вычисляющие стоимость взвешиваемого продукта, а также счетные весы для подсчета количественных деталей. В первом случае цену единицы массы умножают на значение массы, а во втором случае массу партии однородных деталей делят на массу одной детали. И в том и в другом случае выдается этикетка за 1 кг, дата, наименование продукта, предприятие и так далее. Такие весы получают все большее распространение в торговли при фасовке товаров, которые невозможно доводить до заданной массы, например, тушек птицы и других товаров в пищевой промышленности, а также в автоматических линиях (например, для взвешивания катушек с электроприводом в кабельной промышленности).

Значительное развитие получил принцип взвешивания  без остановки объекта взвешивания, что дает значительную экономию времени взвешивания. Взвешивание железнодорожных составов и автомобилей на ходу, а также взвешивание на подвесных и напольных конвейерах в технологических производственных процессах дает возможность полностью автоматизировать многие процессы.

Особое место  занимают новые  способы взвешивания с применением  в качестве силоизмерителя тензорезисторов  и вибростержней  датчиков. Применение этих датчиков во многих случаях позволяет  избавиться от рычажных систем и, следовательно, значительно снизить металлоемкость изделий. Получение выходных электрических сигналов значительно облегчает автоматизацию процессов взвешивания, а в отдельных случаях можно вывести сигналы на ЭВМ и АСУ ТП. Кроме этого, за счет повышения жесткости грузоприемной системы сокращается время взвешивания. Применение встроенных тензоризисторных датчиков в подъемных кранах является основным способом взвешивания грузов при подъеме их и транспортировке.                     

Техническому прогрессу, в общем, и специальном машиностроении способствовало широкое использование современных методов и средств тензометрии, которые позволили на высоком уровне решать задачи, связанные с созданием новых машин. Сложность конструктивных форм узлов и деталей современных машин, многообразие действующих на них нагрузок в подавляющем большинстве случаев не позволяют определить напряженное состояние расчетным путем или моделированием при создании машин новых конструкций; иными словами, новые машины не могут быть правильно спроектированы и выполнены без проведения экспериментальных исследований. В связи с этим тензометрические весовые устройства стали находить очень широкое применение в современной технике. Такие устройства необходимы прежде всего для измерения очень больших величин веса.

Цель разработки –  проект тензометрического весового устройства со сферическим упругим элементом для контроля массы подвижного состава.

Задачи, необходимые для достижения поставленной цели:

• изучение теоретических основ весового устройства;
• изучение свойств и принципа работы тензометрических датчиков;

• разработка математической модели метрологической характеристики тензометрического преобразователя;
• построение сборочного чертежа и рабочих чертежей всех деталей весового устройства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Теоретическая  часть

По назначению весоизмерительные и весодозирующие устройства разделяют на следующие шесть групп:

1. весы дискретного действия;
2. весы непрерывного действия;
3. дозаторы дискретного действия;
4. дозаторы непрерывного действия;
5. образцовые весы, гири, передвижные весоповерочные средства;
6. устройства для специальных измерений.

К первой группе относят  лабораторные весы различных типов, представляющие отдельную группу весов  с особыми условиями и методами взвешивания, требующих высокой точности показаний: весы настольные с наибольшим пределом взвешивания до 100 кг, весы платформенные передвижные и врезные с наибольшим пределом взвешивания до 15 т, весы платформенные стационарные, автомобильные, вагонеточные, вагонные (в том числе и для взвешивания на ходу), весы для металлургической промышленности (к ним относятся системы шихтоподачи для питания доменных печей, электровагонвесы, углезагрузочные весы для коксовых батарей, весовые тележки, весы для жидкого металла, весы для блюмов, слитков, проката и т.д.).

Весы первой группы изготовляют  с коромыслами шкального типа, циферблатными квадратными указателями  и цифро-показывающими и печатающими указательными приборами и пультами. Для автоматизации взвешивания применяют печатающие аппараты автоматической записи результатов взвешивания, суммирования итогов нескольких взвешиваний и аппараты, обеспечивающие дистанционную передачу показаний весов.

Ко второй группе относят  конвейерные и ленточные весы непрерывного действия, ведущие непрерывный  учет массы транспортируемого материала. Конвейерные весы отличаются от ленточных непрерывного действия тем, что их выполняют в виде отдельного весового устройства, устанавливаемого на определенном участке ленточного конвейера. Ленточные весы представляют собой самостоятельные ленточные конвейеры небольшой длины, оснащенные весоизмерительным устройством.

К третьей группе относят  дозаторы для суммарного учета (порционные весы) и дозаторы для фасовки сыпучих  материалов, используемых в технологических  процессах различных отраслей народного хозяйства.

К четвертой группе относят  дозаторы непрерывного действия, используемые в различных технологических  процессах, где требуется непрерывная  подача материала с заданной производительностью.

Принципиально дозаторы непрерывного действия выполняют с регулированием подачи материала на конвейер или с регулированием скорости ленты.

Пятая группа включает метрологические  весы для проведения поверочных работ, а также гири и передвижные  средства поверки.

Шестая группа включает различные высокоизмерительные устройства, служащие для определения не массы, а других параметров (например, подсчета равновесных деталей или изделий, определения крутящего момента двигателей, процентного содержания крахмала в картофеле и т.д.).

 

Причины, вызывающие погрешности взвешивания

Упругая деформация рычагов. Это явление может вызвать  удлинение или укорочение эффективной  длины рычагов. При этом передаточные отношения становятся зависимыми от величины нагрузки, и появляется погрешность нелинейности.

Непараллельность призменных опор. При идеальном положении призменных опор рабочие ребра всех призм параллельны между собой и перпендикулярны плоскости вращения рычагов. При невыполнении этих условий в результате смещения точки приложения силы вдоль ребра опоры может возникнуть погрешность и измениться подвижность механизма весов.

Трение в шарнирах. При отсутствии загрязнений в  условиях эксплуатации трение в шарнирах, обычно выполненных в виде опорной  подушки и призмы, незначительно. При загрязнении трение может  увеличиться настолько, что уменьшится подвижность, а следовательно, возрастет вариация показаний.

Износ рабочих ребер призм. При  затуплении призм длины рычагов  неточно выдерживаются и зависят  от угла поворота призмы. Это влечет за собой увеличение вариации показаний.

Предельными погрешностями называют указываемые изготовителем (гарантируемые) или приводимые в инструкциях по калибровке предельно допустимые значения погрешностей (калибровочные погрешности). Эти погрешности представляют собой отклонение в верхнюю или нижнюю сторону от истинного значения веса гири или от истинного показания весов. Их превышение недопустимо.

 

Тензорезисторные преобразователи. Принцип действия и конструкция.

Тензорезисторный преобразователь (тензорезистор) представляет собой проводник, изменяющий свое сопротивление при деформации сжатия—растяжения. При деформации проводника изменяются его длина l и площадь поперечного сечения Q. Деформация кристаллической решетки приводит к изменению удельного сопротивления p. Эти изменения приводят к изменению сопротивления проводника:

R = pl/Q.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Этим свойством обладают в большей  или меньшей степени все проводники. В настоящее время находят применение проводниковые (фольговые, проволочные и пленочные) и полупроводниковые тензорезисторы. Наилучшим отечественным материалом для изготовления проводниковых тензорезисторов, используемых при температурах ниже 180 °С,

относительной деформации є с достаточной точностью описывается линейным

двучленом:

R = R₀(l + S_тє),                                                                                                                                                                                                                                                                   

где R₀ — сопротивление тензорезистора без деформации; S_т —тензочувствительность материала.

Тензочувствительностъ константана лежит в пределах 2,0—2,1. Нелинейность функции преобразования не превышает 1%.

Фольговые тензорезисторы представляют собой тонкую лаковую пленку, на которую нанесена фольговая тензо-чувствительная решетка из констатана толщиной 4-12 мкм (рисунок 1).

Рисунок 1 – Конструкция решетки фольгового тензорезистора.

 

Решетка сверху покрыта  лаком. Фольговые тензорезисторы нечувствительны  к поперечной деформации вследствие малого сопротивления перемычек, соединяющих тензочувствительные элементы.

Проволочный тензорезистор  имеет аналогичное устройство, но его решетка выполнена из константа  новой проволоки толщиной 20 -50 мкм. По метрологическим и эксплуатационным характеристикам проволочные преобразователи уступают фольговым.

Фольговые и проволочные тензорезисторы обычно имеют длину 5-20 мм, ширину 3-10 мм. Их номинальное сопротивление равно 50, 100, 200, 400 и 800 Ом. Параметры тензорезисторов общего назначения регламентирует ГОСТ 21616-76.

Полупроводниковые тензорезисторы представляют собой пластинку монокристалла кремния или германия длиной 5—10 мм, шириной 0,2-0,8 мм. К ее торцам приварены выводные проводники. Номиналыюе сопротивление лежит в пределах 50-800 Ом. Свойства полупроводниковых и металлических ' преобразователей сильно различаются. Чувствительность полупроводниковых преобразователей может быть как положительной, так и отрицательной и лежит в пределах ST = 55 т 130. Как сопротивление, так и чувствительность сильно зависят от температуры. Недостатком является также большой разброс параметров и характеристик.

Тензорезисторы применяются  для преобразования деформации деталей в изменение сопротивления. Для этого они приклеиваются к этим деталям и испытывают одинаковые с ними деформации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1. Физические принципы действия весовых устройств

 

На рисунке 2 показан силоизмеритель с тороидальным элементом для

измерения сил до 10кН при диаметре дисков 160 мм.

Рисунок 2 – Силоизмеитель с тороидальным чувствительным элементом

 

Между двумя дисками 1 и 2 в кольцевых выточках установлен тор 3 трубчатого сечения. На боковые поверхности наклеены тензорезсторы 4. Под действием силы, прикалываемой к верхнему диску, круглое сечение трубы, образующей тор, деформируется, принимая форму эллипса, что вызывает соответствующую деформацию тензорезисторов. Начальная нагрузка тора, необходимая для равномерного распределения деформаций по периметру тора, создается стяжным болтом 5, расположенным в центре дисков. Резиновая лента служит для защиты преобразователя от попадания внутрь влаги и пыли.