способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления
Классы МПК: | G01G19/02 для взвешивания транспортных средств, например автомобилей |
Автор(ы): | Белый Д.М. |
Патентообладатель(и): | Ульяновский политехнический институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-07-14 публикация патента:
09.08.1995 |
Изобретение можно использовать в качестве весоизмерительной техники для расширения функциональных возможностей и повышения точности измерения. Сущность изобретения: способ измерения веса заключается в том, что размещают оболочку под объектом последовательно с двух сторон объекта 3, заполняя оболочку воздухом, вводят ее в контакт с объектом, равномерно подавая воздух в оболочку, фиксируют величину давления в момент скачкообразного уменьшения скорости изменения давления и определяют по зафиксированному давлению развиваемое оболочкой усилие, по которому вычисляют вес объекта. Устройство для осуществления способа содержит упругую оболочку, подсоединенные к оболочке манометр 5, вариометр 6 и компрессор 7, приводимый в действие электродвигателем 8, а на оболочке выполнена выступающая на ее поверхность жесткая контактная площадка 2. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Способ измерения веса стационарного объекта, включающий заполнение воздухом упругой оболочки и контроль за скоростью изменения давления воздуха в оболочке, отличающийся тем, что размещают оболочку под объектом с одной из его сторон, заполняя оболочку воздухом, вводят ее в контакт с объектом по заданной площади, продолжая равномерно подавать воздух в оболочку, фиксируют величину давления в момент скачкообразного уменьшения скорости изменения давления в оболочке, соответствующий компенсации развиваемым оболочкой усилием приходящейся на нее части веса объекта, определяют по зафиксированному давлению развиваемое оболочкой усилие, после чего размещают оболочку под объектом с противоположной стороны, повторяют процесс измерения и определяют вес объекта как сумму развиваемых оболочкой усилий при двух измерениях. 2. Устройство для измерения веса стационарного объекта, содержащее упругую оболочку, отличающееся тем, что в него введены подсоединенные к упругой оболочке манометр, вариометр и компрессор, приводимый в действие электродвигателем, а на оболочке выполнена выступающая за ее поверхность жесткая контактная площадка.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для взвешивания автомобильного, железнодорожного, авиационного транспорта, нетранспортабельных больных, а также во всех областях, где требуется измерять вес стационарного объекта, который невозможно или нецелесообразно перемещать, ставить на весы, кантовать и т.п. Изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в расширении функциональных возможностей, повышении точности и упрощении способа измерения веса и устройства для его осуществления. Известен способ измерения веса больного на функциональной кровати, заключающийся в размещении больного на лежаке с весовым рычажно-измерительным устройством, компенсации веса больного механизмом балансирного уравновешивания с одновременной фиксацией веса по сигналу дисбаланса устройства [1]Недостатками описанного аналога являются ограниченные функциональные возможности и сравнительно низкая точность измерения, это объясняется тем, что аналог реализует классический метод измерения веса, согласно которому объект помещается на весы, и вес либо непосредственно преобразуется в перемещение пружины, изменение давления в пневматическом элементе и т.п. либо, как в данном случае, преобразование происходит с помощью метода силовой компенсации. Поэтому способ по своей сути, непригоден для стационарных объектов, не имеющих возможности перемещения. Реализация данного способа обуславливает предельную сложность устройства, приводящую к значительным погрешностям измерения. Известны также способы взвешивания транспортных средств, заключающиеся в установке транспортного средства на заполненную воздухом упругую оболочку, возбуждение в оболочке динамических изменений давления с постоянной частотой и амплитудой и фиксации скорости изменения давления, являющейся функцией величины давления в оболочке, а следовательно, и веса транспортного средства [2] а.с. СССР N 685928, кл. G 01 G 19/02, 1979, а.с. СССР N 734509, кл. G 01 G 19/02, 1980. Недостатками этих аналогов также являются ограниченные функциональные возможности и низкая точность. По своему принципу действия данные способы также предусматривают перемещение контролируемого объекта, установку его на упругой оболочке и не могут быть использованы применительно к стационарным объектам. Низкая точность обусловлена нелинейной зависимостью выходного сигнала от действующей на поверхность упругой оболочки силы тяжести. Это объясняется тем, что согласно принципу способа и реализуемой им аналитической зависимости выходной сигнал, которым является скорость изменения давления d
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041190/961.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041190/961.gif)
Недостатком описанного аналога являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие осуществлять взвешивание больных без их перемещения, размещения на лежаке, также предельная сложность конструкции, регулировки и эксплуатации устройства, его громоздкость. Известны также устройства для взвешивания транспортных средств, содержащие заполненную воздухом упругую оболочку, возбудитель динамических изменений давления в виде замкнутой камеры с подключенным к генератору вибратором, и термоанемометрический преобразователь скорости изменения давления газа в электрический сигнал с блоком вычисления веса транспортного средства [2] и др. (см. выше). Недостатками данных аналогов являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие производить взвешивание стационарных объектов, которые невозможно или нецелесообразно перемещать, устанавливать на упругую оболочку и т.п. а также сложность устройств за счет наличия дополнительных герметических камер, высокочастотного возбудителя колебаний, капиллярных каналов, блока обработки сигнала, термоанемометрического преобразователя и т. п. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для взвешивания транспортных средств, содержащее заполненную воздухом упругую оболочку, возбудитель динамических изменений давления в виде замкнутой камеры с подключенным к генератору вибратором и термоанемометрический преобразователь скорости изменения давления газа в электрический сигнал с блоком вычисления веса транспортного средства [2] (прототип). У прототипа и предлагаемого устройства сходные существенные признаки состоят в наличии упругой оболочки. Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности и сложность конструкции (cм. выше). Цель изобретения расширение функциональных возможностей способа и устройства измерения веса, повышение точности измерения и упрощение конструкции устройства. Для достижения поставленной цели предлагаемое изобретение "Способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления " содержит следующие общие выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение только одной, связанной с целью изобретения задачей. Способ измерения веса объекта включает заполнение воздухом упругой оболочки, размещение под одной из сторон объекта, введение оболочки в контакт с объектом по заданной площади, равномерную подачу воздуха и контроль за скоростью изменения давления в оболочке, фиксацию давления в момент скачкообразного уменьшения скорости изменения давления, определение по зафиксированному давлению развиваемого оболочкой усилия, размещение оболочки под объектом с противоположной стороны, повторение процесса измерения и определение веса, как сумму развиваемых оболочкой усилий при двух измерениях. Устройство для осуществления способа измерения веса объекта содержит упругую оболочку с выступающей за ее поверхность жесткой контактирующей площадкой, манометр, вариометр и компрессор, приводимый в действие электродвигателем. По отношению к прототипу предлагаемый способ отличается равномерной подачей воздуха в оболочку и фиксацией величины давления в момент скачкообразного уменьшения скорости изменения давления. Именно эти отличия способа обуславливают новый принцип измерения веса объекта. В отличие от известных способов, где за счет веса объекта меняется прогиб оболочки, либо давление в ней, в предложенном способе сила тяжести плавно компенсируется усилием упругой оболочки и в момент полной компенсации жесткость оболочки скачком уменьшается и соответственно, скачком уменьшается скорость измерения давления. Именно эти отличия позволяют не размещать объект на оболочке, а плавно действуя снизу, компенсировать вес объекта, за счет чего расширяются функциональные возможности способа и повышается его точность. Отличием способа является также поочередная компенсация усилием оболочки веса объекта с двух его сторон и последующее сложение усилий, что также является принципиально новым и позволяет измерять вес стационарного объекта без его перемещения, т. е. расширяет функциональ- ные возможности способа. По отношению к прототипу предлагаемое устройство отличается наличием подсоединенных к упругой оболочке манометра, вариометра и компрессора, приводимого в действие электродвигателем, а также выполнением на оболочке выступающей за ее поверхность жесткой контактирующей площадки. Именно эти отличия позволяют с помощью манометра измерять давление в оболочке в момент скачкообразного уменьшения скорости изменения давления, фиксируемого вариометром, при плавной подаче воздуха в оболочку компрессором с двигателем. Таким образом, именно указанные отличия обеспечивают расширение функциональных возможностей устройства и упрощение его конструкции. По имеющимся у автора сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность предлагаемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". По мнению автора, сущность предлагаемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние и получаемый технический результат новое свойство объекта совокупности признаков, которые отличают от прототипа предлагаемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень". Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована в весоизмерительной технике для взвешивания автомобильного, железнодорожного, авиационного транспорта и т.д. с получением принципиально нового технического результата, заключающегося в плавной компенсации упругим усилием оболочки веса стационарного объекта, обуславливающего обеспечение достижения поставленной цели расширение функциональных возможностей способа и устройства, повышение точности измерения и упрощение конструкции устройства, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость". На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 расчетная схема для определения веса объекта
В качестве примера на фиг. 1 стационарным объектом показана функциональная кровать, однако, в равной мере этим объектом может быть автомобиль, железнодорожный вагон, самолет, станок и т.п. Предлагаемое устройство для измерения веса стационарного объекта содержит упругую оболочку 1 с жесткой контактной площадкой 2, выступающей за поверхность оболочки 1, размещенную под одной из сторон стационарного объекта 3, и подсоединенные к оболочке 1 через клапан 4 манометр 5, стрелочный авиационный вариометр 6 для измерения скорости изменения давления и компрессор 7 для равномерной подачи воздуха в оболочку 1, приводимый в действие электродвигателем 8. Контактная площадка 2 выполнена резинометаллической, своей металлической поверхностью приклеена к оболочке 1, а резиновой поверхностью вводится в контакт с объектом 3 по всей своей поверхности. Площадь контакта по возможности выполнена минимальной, чтобы усилие N при контактировании из распределенной по площади нагрузки стремилось к сосредоточенной силе, в этом случае даже при неполном контакте по всей поверхности контакта погрешность от изменения площади контакта будет минимальной (при контактировании не по всей поверхности контактной площадки тому же давлению в оболочке в момент компенсации измерительным усилием веса будет соответствовать большее усилие N, что приведет к погрешности измерения). Предусмотрен вариант конструкции, в котором контактная площадка выполнена в виде закрепленного на оболочке металлического центра с резьбовым отверстием, в которое вворачивается резиновый упор. В этом случае достигается универсальность за счет подбора при одном центре разных упоров для различных видов объектов. Устанавливают спущенную упругую оболочку 1 свободно под объектом 3 с одной стороны из его сторон (например, справа на фиг.1). Если объект на колесах (кровать, вагон и т. п. ) то предотвращают возможность смещения влево фиксацией колес, либо подкладыванием под них стопорного устройства. Включают двигатель 8 и компрессором 7 плавно подают воздух в оболочку 1, при этом давление в оболочке, фиксируемое манометром 5, плавно нарастает, скорость изменения давления, фиксируемая вариометром 6, практически постоянна и мала, так как оболочка 1 пока легко растягивается, увеличивая объем. В определенный момент контактная площадка оболочки 1 коснется объекта 3. В этот момент будет скачок на вариометре 6, так как объем оболочки 1 увеличиваться практически перестает, а воздух компрессор 7 продолжает подавать, скорость изменения (увеличения) давления, фиксируемая вариометром 6, по-прежнему практически постоянна, однако, величина этой скорости с момента касания оболочкой 1 объекта 3 увеличивалась. Однако, до касания оболочкой 1 объекта 3, проявившегося в скачкообразном увеличении показаний вариометра 6, показания манометра 5 и вариометра 6 не представляют интереса (только фиксируется сам факт скачка). Далее, продолжая равномерную подачу воздуха в оболочку 1, уже контролируют поведение манометра 5 и вариометра 6. Оболочка 1 постепенно развивает большее усилие N, компенсируя вес объекта, приходящийся на одну сторону. В момент полной компенсации усилием N оболочки 1 части веса G объекта 3 скорость изменения давления в оболочке, фиксируемая вариометром 8, скачкообразно уменьшается, так как с этого момента оболочка 1 опять начинает увеличивать свой объем, поднимаясь вместе с объектом 3. В этот момент скачка фиксируют показание манометра 5, сразу переводимое в усилие N. Для конкретной упругой оболочки при постоянной площади контактирования с объектом 3 каждой величине давления соответствует конкретное усилие N. Эта зависимость усилий N от давления при постоянной площади контактирования легко строится экспериментально, то есть манометр 5 градуируется непосредственно в величинах развиваемых оболочкой усилий. Далее размещают оболочку 1 под объектом 3 с другой стороны, повторяют процесс измерения и определяют вес объекта 3, как сумму усилий N при двух измерениях. Контактная площадка 2 считается абсолютно жесткой и полностью по всей поверхности вводится в контакт с объектом 3. Поэтому определенной величине давления в оболочке 1 соответствует также определенное усилие N, прикладываемое со стороны площадки 2 к объекту 3. Высота и площадь контактной площадки 2 выбрана достаточной, чтобы при максимальном измеряемом весе оболочки 1 обеспечивала бы заданное усилие N, однако, при этом ее поверхность не контактировала бы с объектом 3. Поясним принцип действия способа с помощью расчетной схемы на фиг.8. Сначала (фиг.2а) объект 3 поднимает справа в точке С центр тяжести объекта, в общем случае ориентированный произвольно на расстоянии а от левого края объекта, b длина объекта. В момент компенсации в точке В измерительным усилием N1 части веса G объекта 3 наступает предельное состояние равновесия, при котором точка А как бы является шарнирной опорой. Из уравнения равновесия моментов относительно А
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041077/931.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041012/729.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041012/729.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041077/931.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041012/729.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041012/729.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041012/729.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041012/729.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041012/729.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041012/729.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041005/916.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041012/729.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041012/729.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041008/8776.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041012/729.gif)
![способ измерения веса стационарного объекта и устройство для его осуществления, патент № 2041449](/images/patents/431/2041008/8776.gif)
Класс G01G19/02 для взвешивания транспортных средств, например автомобилей
автомобилеразгрузочный весовой комплекс - патент 2453817 (20.06.2012) | ![]() |
способ определения массы автомобиля - патент 2444709 (10.03.2012) | |
взвешивающий панельный элемент - патент 2377513 (27.12.2009) | ![]() |
весы для взвешивания автомобилей - патент 2335742 (10.10.2008) | ![]() |
платформенные весы для взвешивания транспортных средств - патент 2263288 (27.10.2005) | ![]() |
весоизмерительное устройство - патент 2222787 (27.01.2004) | |
устройство для определения веса автомобиля - патент 2179306 (10.02.2002) | |
весоизмерительное устройство - патент 2140060 (20.10.1999) | |
многодиапазонные электронные весы - патент 2133945 (27.07.1999) | |
взвешивающее устройство - патент 2119647 (27.09.1998) |