[其他]振動型重量測定設備

無效

• 申請號: 87105638
• 申請日: 1987-08-18
• 公開（公告）號: CN87105638A
• 公開（公告）日: 1988-06-22
• 發明（設計）人: 彼得·索馬斯·古迪爾
• 申請（專利權）人: 傳感器國際公司
• 主分類號: G01G3/16
• 分類號: G01G3/16
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 盧寧

本發明涉及使用裝有轉動體的振梁的測定重量用的設備。

振動型稱重裝置對于從事測定重量的人是眾所周知的。振動型重量傳感器的優點是其結構簡單，因為它直接產生振動波數的數值，所以不需使用模數轉換器。一臺振動型稱重設備中，一根振梁受到激勵以特定頻率振動，該頻率與施加到振梁上的應力量有關。振動頻率也取決于振梁的剛性，振動頻率對于長度和截面（縱橫比）一定的振梁應當保持相對的恒定。

包括作為重量傳感器的振梁的稱重設備的機械Q值正比于在每個振動周期內振梁貯存的能量與振梁損失的能量的比值。Q值低的系統是不希望的，因為用于測定重量的振動將會產生阻尼，造成振蕩變小或振蕩消失。Q值高的系統將維持振梁的振蕩，可以利用較小的外部能源來激勵振梁，并將具有較穩定的諧振頻率。

當振梁被用作稱重設備中的力傳感器時，由待測重量引起的應力被加到振梁的第一端部上，而傳感器被穩定地安裝在振梁的第二端部上。但是，當一根單獨的振梁被用作傳感器時，振動能量在振梁的安裝端部處損失掉，導致系統的Q值較低和振動產生阻尼。利用一根單獨的振梁，在傳感器的安裝端部不存在于力的平衡。單獨的振梁發生振動，而在傳感器的安裝端部給傳感器施加一個力矩。為了避免在傳感器安裝端部處由于阻尼而引起能量損失，可以提供一對形成雙端部音叉的平行振梁作為傳感器。另一種被用來盡可能減小由趨向于使單根振梁的安裝端部轉動的力所導致的能量損失（及伴隨的Q值的降低）的辦法在于，將單根振梁的第二端部連接到慣性大的重量上。但是，這種方法不可能完全消除在安裝端部上施加的力和損失的能量，并且增加稱重設備的費用、體積和所用的材料量。

在一個雙端部音叉型傳感器中，通常利用一根振梁上的一個壓電元件來激勵音叉，而利用第二根振梁上的第二個壓電元件作為振動檢測元件。兩根振梁在其相應的第一和第二端部處被聯接在一起。這對振梁將在一個測定頻率振蕩，該頻率由兩根振梁的長度、截面、剛性和測量重量時施加到兩根振梁上的應力決定。當兩根振梁實際上相同時，它們將在同一測定頻率振蕩，但振蕩的相位相差180°。結果，在每根振梁的端部，每根振梁的振動將相互抵消，從而避免有力矩加到傳感器的安裝端部。因此，在振梁的端部傳感器的振動能量損失較少，因而一臺利用一對平行振梁的重量測定設備具有比一套利用單根振梁的類似系統更高的Q值。

但是，在常規的使用振梁的稱重設備中，制造Q值高的傳感器是非常困難的。因此，對于一個利用一對平行振梁的傳感器，在制造期間需要緊的公差，以保證兩根振梁之間不發生失配，這種失配將使兩根振梁的諧振頻率產生差別。特別是，制造者必須保證，兩根振梁的長度、截面和剛性相等，并且由待測重量引起的應力必須相等地施加到兩根振梁的每個第一端部上。否則，頻率差別會降低振動的振幅并降低Q值。因為為了防止振動的阻尼必須要有緊的公差（在微米以內）所以振梁要使用精密的切削方法來制造。結果，例如說，常規的振動型稱重設備不是鑄造或利用壓制工具制造的。

實際上，以上述方式制造的稱重裝置所獲得的Q值僅為約150～200的量級。因此，需要一種具有一或多根振梁的稱重設備傳感器，它能獲得較高的Q值，并從而將振梁的在測量頻率的振蕩阻尼減到最小。

此外，諸如美國專利NO.4215570中公開的典型的力傳感器，顯示了一種由壓電石英制成的雙端部音叉。這類傳感器存在若干缺點。傳感器需要正確的晶體取向，以便把傳感器的諧振頻率對溫度的依賴減到最小。這些傳感器是用光刻法制造的，生產成本相當貴。其次，石英傳感器非常脆弱，不能負擔大的載荷。實際上，它們被用來傳感只有幾千克的重量。當測定大的重量時，有關的力并不直接加到易碎的石英傳感器上。相反，它們借助于一個杠桿系統將一個正比于重量的應變加到傳感器上。因此，此類傳感器必須包括若干額外的動部件，進一步提高了稱重設備的生產成本。

本發明的一個目的是提供一種具有高Q值的振動型稱重設備。

本發明的進一步的目的是提供一種在振梁的制造過程中允許較大公差的傳感器。

本發明的更進一步的目的是提供一種能夠方便地價格不貴地生產的稱重設備。

本發明的另一個目的是提供一種稱重設備用的結構堅固的傳感器。

本發明的一個額外的目的是提供一種力傳感器，在這種傳感器中待測重量可以直接加到振梁的端部上而不使用杠桿裝置。

本發明的又一個目的是提供一種稱重設備用的測量范圍增大的振梁。

本發明的進一步的目的是提供一種雙端部音叉型的稱重設備，其中待測重量產生的應力相等地加到兩根振梁的每一根上。