振動式測力計的製作方法

2023-09-13 04:10:05 3

專利名稱:振動式測力計的製作方法
本發明涉及一種振動式測力計，更具體地說是涉及一種通過測量在拉伸弦線的方向加力的該弦線的固有振動頻率以測力的測力計。
眾所周知，一根兩端固定的張緊的弦線，其固有振動頻率取決於該弦線的拉力及其線的密度。通過使弦線受到與所要測定的某一未知力有關的拉力並發生振動，便可利用這一現象來檢查與測力。弦線的固有振動頻率與拉力的平方根成正比，該拉力又與所要測定的力成正比。這樣就可以得出力為一個和振動頻率的平方成正比的數值。
根據上述原理設計的振動式測力計已經制出，並得到了廣泛的應用。然而，傳統的這類測力計有一個很大的缺點，即不能用以對力或重量進行精密測量，這是因為在弦線上施加了待測的力或重量後，要用很長時間才能精確地以其真正的固有頻率振動。
一般說，振動頻率對一個力或重量的精確響應需要3-30分鐘，這要依製做振動弦線的材料和弦線兩端的固定方法而定。這種緩慢的響應造成了一系列不希望有的後果，諸如蠕變，滯後現象和待測數值的零點漂移等。因此，傳統的各種振動式測力計的準確度保持在1/5000-1/20000這一比較低的數值上。
本發明的目的之一是提供一種基本消除了蠕變，滯後現象和所測數值的零點漂移的高精度振動式測力計。
本發明的目的之二是組成一種能夠抗腐蝕並且極其耐用的高精度振動式測力計。
為了達到這些目的，本發明所使用的振動弦線是用鉑基含鎳合金製成。弦線在一個固定的基點和一個動點之間拉緊，在該點處沿拉伸弦線的方向施加待測的力。同時在弦線的長度方向和其振動方向正交地加上了一個固定磁場。根據弗萊明右手定律，該弦線的振動使弦線上產生一個振動電壓。因此，將這一振動電壓輸入到一個正反饋放大器中，該放大器和弦線組成一個振蕩電路，使弦線以正比於張力平方根的頻率持續振動，該張力是拉伸該弦線的力在該弦線上產生的。弦線在振蕩電路中起諧振器作用。通過測量該電路的振蕩頻率便可以得出力的數值。
參照各附圖，對本發明的細節作進一步描述。
圖1是本發明的原理圖;
圖2是本發明的一種實施例的機械結構;
圖3是在圖2所示的實施例中使用的弦線固定裝置的剖面圖;
圖4是上述弦線固定裝置的平面視圖;
圖5是上述弦線固定裝置的部分分解透視圖;
圖6是解釋上述實施例功能的曲線圖;
圖7至圖11是能在上述實施例中使用的振動弦線的各種變型。
參見圖1，該圖說明了振動式測力計的原理。振動弦線1在一個固定基座2和一個加力點3之間張緊，該力F加在拉伸弦線1的方向上。用導體製成的弦線1受到垂直加到該弦線上的固定磁場的 作用，圖中用雙點劃線表示的矩形框1顯示出磁場的作用範圍。弦線在該磁場中的振動使該弦線上產生振動電壓。該電壓輸入到正反饋放大器5中，放大器5和振動弦線1組成一個振蕩電路。這樣，振動弦線1在振蕩器電路中起了諧振器的作用。從而，弦線1在和拉力F成正比的固有頻率上連續振動。通過測量放大器5的輸出信號頻率就可測量出振動頻率。由與被測量頻率的平方成正比的值，可得到力F的大小。
下面根據上述原理，參閱圖2、3、4和5來說明本發明的一個實施例。圖2是該實施例的機械結構，支承稱重盤11的託架12由兩條平行臂14和15保持其垂直，臂14和15的端部形成彈性接頭14a、14b、15a和15b，並由基座內側伸出。託架12與帶有彈性接頭14a、14b、15a和15b的兩條平行臂14和15組成Ro-berval機械裝置。作用在稱盤11上的重量通過一個帶有彈性接頭的連杆13被傳遞到槓桿16上，彈性支點17支承著槓桿16，在槓桿16的一端16b和該設備底座18的水平凸起18b之間，使用弦線固定裝置3a和2a，將振動弦線1張緊，有關細節以後在圖3、圖4和圖5中將加以說明。因此，一個和作用在稱重盤11上的重量成正比的力使振動弦線1產生拉力。此外，振動弦線1在本實施例中為薄帶形狀，該帶狀振動弦線1在與其長度和厚度垂直的方向上受到一個固定磁場的作用。一個用雙點劃線表示的矩形區域4顯示出施加的固定磁場的作用範圍。振動弦線1和一個正反饋放大器(在本圖中未畫出)組成一個類似於在圖1中所示的振蕩電路，該電路以一個加有和作用於稱重盤11上的重量成正比的力的弦線1的固有振動頻率振蕩。在本圖中略去從弦線1到該放大器的接線。螺栓19從槓桿16上的孔16a中穿過，擰到底座18上，這是一種緊固裝置，例如在運輸該設備時使用。擰緊螺栓19，直到槓桿16接觸到底座18的凸起18a時為止，這樣，槓桿16就被鎖緊了。
圖3、圖4和圖5分別展現了固定裝置的剖面圖，平面視圖和部分分解透視圖，對弦線固定裝置3a和2a的細節部分作出圖解。圖3是圖4中的A-A剖面圖。在圖3(和圖4)中，帶狀振動弦線1夾在兩個緊固件21和21′之中，並在弦線1的兩面上墊上兩片雲母薄片22和22′。雲母片22和22′用於將本設備的其它金屬零部件與弦線1間電氣絕緣。片簧24把裝在一個盒式外殼23中的緊固件21和21′垂直地推到一個中心帶有一個通孔25a的底盤25上，並通過和緊固件21相接觸的裝有突起26a和26b的彈簧蓋26將其水平地固定住。在外殼23的內壁上的突起23a和23b抵住緊固件21′。用螺釘27和27′將張簧蓋26固定在外殼23上，片簧24和外殼23各自帶有通孔24a和23c，用於穿過弦線1的末端。這樣組成的弦線固定裝置3a和2a分別安裝在槓桿16的尾端16b的上平面上(圖2)和底座18的突出部分18b的下平面上(圖2)。在圖5的部分分解透視圖中顯示了外殼23中各零件的裝配情況。
上面所述的實施例的結構中，帶狀振動弦線1是由92.5%的鉑和7.5%的鎳的合金製成的。
圖6對裝有鉑合金製成的振動弦線的本測力計與結構相同而振動弦線是由不鏽鋼製成的傳統振動式測力計的性能作了比較。圖6是弦線振動頻率對作用於該弦線上力的變化的響應曲線。該圖的縱座標表示振蕩頻率，橫座標表示時間。在時間座標軸上，t1表示除原始值外加到振動弦線上的力增加時的瞬間，而t2表示該力恢復到原始值時的瞬間。該圖清楚地表明，本測力計的振動頻率(實線)隨所加力的變化迅速變化。而傳統測力計的振動頻率(虛線)要經過長時間後才能穩定下來，說明振動頻率隨著力的增加和減少將出現蠕變和滯後現象。為了定量地顯示出振動弦線使用的材料不同其蠕變的差別，將由△f/fW確定的各種弦線材料的蠕變量列於下表中，其中，fW是最終獲得的頻率增量，△f是fW和在力增加後的瞬間所獲得的頻率增量之間的差值(參見圖6)。當然這些結果是以所有的材料在相同條件下進行的試驗為依據的。
如上表所示，同使用非鉑-鎳合金材料製成的各種振動弦線的傳統測力設備的蠕變量相比，本發明的測力計的蠕變量非常小。使用鎳含量是5-15%的這種合金，同樣得到了極好的效果。
上述的本發明實施例可以變成使用兩根振動弦線的裝置;或者一種弦線的端部要比其餘部分製做的粗些;或者做成一種音叉式振動裝置，這些將在下面參見圖7至圖11予以說明。當然，這些振動弦線都是用鉑鎳合金製成的。
在圖7中，兩條平行的弦線1a和1b在一個共同的固定基座2和一個共用的加力點3之間被張緊。這兩條弦線1a和1b彼此以相反的相位振動。通過彼此相反的相位振動，作用在加力點3上的兩個水平力由於弦線的振動而相互抵消。這樣，就能基本消除由於加力點3的水平振動而產生的誤差。
圖8顯示了另一種雙弦線裝置，在該裝置中，兩條弦線1c和1d串聯，在兩個固定基座2和2′之間被張緊，在兩弦線間裝有加力點3。在這個雙弦線裝置中，弦線1c加上了一個力以便使該弦線的拉力增加，而該力加到弦線1d上使該弦線拉力減小。因此，兩條弦線1c和1d以它們各自不同的頻率振動。測量兩個振蕩頻率的差值可以提高該設備的解析度。組成如圖9所示的雙弦線裝置同樣具有上述功能。
圖10所示的振動弦線(1e)的端部比弦線振動方向的其餘部分做的粗些，並與固定基座20和加力點30構成一體。這種構造的弦線便於被牢固地安裝在該設備上，但缺點是生產成本高。
圖11顯示了一種如同音叉形狀的雙弦線裝置。這一裝置適用於精密測量和強力測量。從上述說明中人們容易理解到，本發明將弦線振動測力首次應用到精密測力計上。考慮到上述成果，本發明使得提供一種準確度為10-5的振動式測力計成為可能。
另外，用鉑合金製做振動弦線使得本設備具有極好的穩定性和長壽命。而且，含有5-15%鎳的鉑合金表現出大於100Kg/mm2的高抗拉強度，因此，能夠使用更寬的振動頻率範圍。換句話說，滿載時能夠選擇的最高頻率是空載時的兩倍。這樣就能使精確度和解析度得以提高。在使用傳統振動式測力計的情況下，最高頻率僅是空載時頻率的1.2-1.3倍。
權利要求
1.一種振動式測力計通過測量振動的弦線固有振動頻率來檢測作用在該振動弦線上的，使其處於張緊狀態的被測力，該弦線由鉑基含鎳合金製成。
2.一種由權利要求
1所確定的振動式測力計，其中所說的合金製成的該弦線由單根弦線構成。
3.一種由權利要求
1所確定的振動式測力計，其中所說的合金製成的該弦線由兩條平行的弦線構成，兩條弦線彼此以相反的相位振動。
4.一種由權利要求
1所確定的振動式測力計，其中所說的合金製成的該弦線由兩條平行的弦線構成，加在兩條弦線上的力的方向彼此相反。
5.一種由權利要求
1、2、3或4所確定的振動式測力計，其中所說的單根弦線或者兩條弦線，在其振動方向的端部分別要製做得比其餘部分粗些。
專利摘要
一種振動式測力計，其振動弦線是由鉑基含鎳合金製成。如同使用傳統的振動式測力計一樣，該測力計是通過測量振動的弦線固有振動頻率得出加在該振動弦線上的被測力的大小。然而，依照本發明使用一種鉑-鎳合金製成的振動弦線的測力計，首次使得應用振動式測力計進行精密測力或稱重成為可能。本發明可使測量準確度達到10
文檔編號G01L1/10GK85103184SQ85103184
公開日1986年12月10日 申請日期1985年4月26日
發明者河本晟, 西尾章 申請人:株式會社島津製作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan