專利名稱：對(duì)稱彈簧天平的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種質(zhì)量計(jì)量?jī)x器，涉及拉科斯特(La′Coste)直角三角形結(jié)構(gòu)，根據(jù)該三角形結(jié)構(gòu)制成的拉科斯特重力儀屬于地球物理領(lǐng)域，已廣泛地應(yīng)用于重力場(chǎng)的研究。
拉科斯特重力儀靈敏，穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而調(diào)節(jié)方便，其基本結(jié)構(gòu)是由一只零長度彈簧(1)、一只橫梁(2)及附于橫梁右端的重塊、水平拉絲組成(附圖
虛線方框內(nèi)，后二者圖略)，也可說這是一種特制的彈簧秤，它稱的是重量或重力加速度。盡管它對(duì)本身重塊質(zhì)量變化亦很敏感，但由于固體潮因時(shí)而異，重力加速度因地而異，致使重力儀原結(jié)構(gòu)不能或不便用于精確的質(zhì)量計(jì)量，參考資料之一“拉科斯特重力儀”《重力測(cè)量與地球形狀學(xué)》上冊(cè)，作者方俊，第117～118頁，科學(xué)出版社，1965年。
彈簧天平雖然簡(jiǎn)單、方便，但與一般天平和扭力天平相比，其主要缺點(diǎn)是“感量與最大稱量之比大”，不宜制成高感量的天平。查閱到的從1926～1965年國外13種彈簧天平的相對(duì)精度(感量與最大稱量比)為1×10-3～1×10-5。參考資料之二“彈簧天平”《真空微量天平》，著譯者高本輝，第74～78頁，宇航出版社，1987年。
經(jīng)過對(duì)精密稱量裝置，主要稱量部件是螺旋彈簧和多螺旋彈簧稱量裝置的國內(nèi)外專利檢索及資料查閱，未發(fā)現(xiàn)與本對(duì)稱彈簧天平相同的結(jié)構(gòu)作為天平質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)主體的裝置。
本發(fā)明的目的是提高質(zhì)量計(jì)量精度和相對(duì)精度。
考慮了上述存在問題及現(xiàn)有技術(shù)的特點(diǎn)，為了本發(fā)明的目的將靈敏的拉科斯特直角三角形結(jié)構(gòu)改進(jìn)成可以用于質(zhì)量計(jì)量的檢測(cè)系統(tǒng)主體(附圖)，本發(fā)明的特征是天平質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)主體是由兩只零長度彈簧(1)和一只(實(shí)際上也可以說是由兩只連接成一體的)橫梁(2)組成對(duì)稱的兩個(gè)拉科斯特直角三角形(ΔAOB和ΔAOB)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。兩直角三角形在同一平面上，直角皆在O，O是橫梁(2)沿圖面往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)的中心。兩零長度彈簧(1)在水平向的分力，大小相等而方向相反;在垂直向的分力矩與兩法碼盤吊絲(4)產(chǎn)生的分力矩亦是大小相等方向相反，因而平衡。兩法碼盤吊絲(4)上端分別固定在橫梁(2)兩端A和A′處，兩拉絲調(diào)節(jié)點(diǎn)(B和B′)皆可上下左右調(diào)節(jié)上下調(diào)節(jié)(結(jié)合左右調(diào)節(jié)平衡塊，平衡塊圖略)可保持橫梁(2)平衡和橫梁轉(zhuǎn)動(dòng)中心O左右位置不變，左右相向或相背調(diào)節(jié)，可以相應(yīng)地增大或減小橫梁往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)周期T，T值增大橫梁往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)靈敏度即提高;反之，則降低。相向調(diào)節(jié)時(shí)，注意勿使B和B′在水平向投影距離無限接近。否則，橫梁(2)可能以O(shè)為中心沿水平面左右轉(zhuǎn)動(dòng)或處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其投影距離最好不小于橫梁全長的百分之一。
在橫梁(2)右端設(shè)有一平面反光鏡(7)，以反射橫梁轉(zhuǎn)動(dòng)角度的光訊號(hào)，訊號(hào)可用放大200～220倍并附有分度片(分度為0.01mm)的光系讀出。
用于AB或A′B′間的零長度彈簧(1)是具有一定預(yù)應(yīng)力的彈簧，所謂具有一定預(yù)應(yīng)力是該彈簧所具有的預(yù)應(yīng)力的大小如此適當(dāng)，在無外力作用的情況下，如果因其預(yù)應(yīng)力存在而“可以”任意縮短的話，當(dāng)預(yù)應(yīng)力完全消失時(shí)，可以使拉絲兩末端(A和B或A′和B′)正好重合在一起，該彈簧(包括彈簧掛鉤和拉絲總長度在內(nèi))的長度等于零。零長度彈簧(1)的加工與檢測(cè)參考下述零長度彈簧有關(guān)數(shù)據(jù)，繞制具有預(yù)應(yīng)力的彈簧一段，以彈簧秤徐徐拉開，使各環(huán)間初具間隙，選取間隙均勻的n環(huán)(n為實(shí)際應(yīng)用環(huán)數(shù))，此時(shí)彈簧秤的拉力為x1，n環(huán)間的長度為y1;再增加彈簧秤的拉力接近實(shí)用拉力x2，y1相應(yīng)地增為y2，將兩組數(shù)據(jù)(x1，y1)、(x2，y2)繪在計(jì)算紙上，該二點(diǎn)連線的延長線與y軸交點(diǎn)為(O，-｜y｜)，y恒為負(fù)，-｜y｜的負(fù)號(hào)表示這n環(huán)彈簧在不受外力作用而又“可以任其收縮”，縮至預(yù)應(yīng)力完全消失時(shí)其長度為負(fù)值。如果這n環(huán)彈簧的負(fù)長度｜y｜值等于AB(或A′B′)間彈簧掛鉤和拉絲(3)的總長度，所選的這n環(huán)具有預(yù)應(yīng)力的彈簧即符合AB(或A′B′)間零長度彈簧的要求了，另留出加工掛鉤所需的長度剪下，完成掛鉤加工和回火處理即可待用了。否則，需要改變掛鉤(或拉絲)長度或重繞彈簧。
以本天平計(jì)量質(zhì)量是以置換稱量法進(jìn)行的，當(dāng)橫梁水平時(shí)，在光系視場(chǎng)中選一定點(diǎn)讀數(shù)。計(jì)量時(shí)，左右砝碼盤(5)上各備有質(zhì)量和密度完全相同的砝碼一套，將被測(cè)物品放在物品盤(6)上，從同側(cè)砝碼盤(5)上置換下相等質(zhì)量的砝碼，小于0.1毫克的質(zhì)量以游碼和光系讀出。
本發(fā)明的效果根據(jù)附圖結(jié)構(gòu)經(jīng)過模型試驗(yàn)，證明對(duì)稱彈簧天平質(zhì)量相對(duì)精度可以達(dá)到3×10-8～1×10-8(最大稱量為30克時(shí))。對(duì)獲得此效果的分析采用了靈敏而穩(wěn)定的拉科斯特直角三角形結(jié)構(gòu)，完成了本天平質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)主體的試驗(yàn)，使模型提高質(zhì)量計(jì)量精度和相對(duì)精度有了基礎(chǔ)。在此試驗(yàn)中①采用零長度彈簧是拉科斯特直角三角形結(jié)構(gòu)的需要，同時(shí)也解決了前述“感量與最大稱量之比大”的問題;②結(jié)構(gòu)對(duì)稱，對(duì)消除常溫、常壓變化及彈性蠕變等引起的誤差起了較完善的補(bǔ)償作用。
附圖標(biāo)號(hào)說明1零長度彈簧2橫梁3拉絲4砝碼盤吊絲5砝碼盤6物品盤7平面反光鏡(附有入射及反射光線)8補(bǔ)償重塊實(shí)施本發(fā)明的最好方式為如果最大稱量是30克(砝碼兩套另備)，主要部件數(shù)據(jù)及規(guī)格1、結(jié)構(gòu)部分OA＝OA＝80mm，OB＝OB′＝65mm。
2、兩只零長度彈簧(1)完全相同，以恒彈性合金絲制成，絲徑0.38mm，外徑8.3mm，58環(huán)，負(fù)長度｜y｜值36mm，工作張力82克左右。本技術(shù)解決方案中的兩只零長度彈簧(1)可以對(duì)稱地安裝在橫梁(2)兩端的上方，上、下端通過拉絲(3)分別與調(diào)節(jié)點(diǎn)(B或B′)和橫梁(2)端點(diǎn)(A或A′)相連接。
3、為了提高本天平的計(jì)量精度，本技術(shù)解決方案中橫梁(2)轉(zhuǎn)動(dòng)中心O可以不與任何其它機(jī)件(如扭絲、拉絲等)相連接，O僅是一個(gè)能夠完成機(jī)械性能的懸空的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。另外，還可以將左砝碼盤吊絲(4)、左砝碼盤(5)及一套砝碼取掉，代以適當(dāng)密度的補(bǔ)償重塊(8)(附圖虛線園)，其質(zhì)量中心置于A處。
4、橫梁(2)右端的平面反光鏡(7)的鏡面可以與橫梁垂直安裝，之所以這樣安裝，另一作用是為了消除零長度彈簧及有關(guān)部件等量變化(如蠕變、線膨脹等)引起橫梁(2)微量平移產(chǎn)生的干擾光訊號(hào)。
5、拉絲(3)和砝碼盤吊絲(4)以иi42CrTi合金制成，規(guī)格0.029×0.15mm。
6、為使B和B′在調(diào)節(jié)時(shí)不致過于靠近和設(shè)計(jì)方便，最好將ΔAOB和ΔA′OB′(附圖)以O(shè)為中心分別相應(yīng)地逆時(shí)針和順時(shí)針對(duì)稱地轉(zhuǎn)3°～4°。余同前皆不變。
7、本技術(shù)解決方案中的零長度彈簧(1)可以是由恒彈性合金制成。稱量較小時(shí)亦可由熔融石英制成。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)稱彈簧天平，是質(zhì)量計(jì)量?jī)x器，設(shè)計(jì)涉及包括一只零長度彈簧(1)和一只橫梁(2)的拉科斯特(La′coste)直角三角形結(jié)構(gòu)，依此一個(gè)三角形結(jié)構(gòu)制成的拉科斯特重力儀屬于地球物理領(lǐng)域，本發(fā)明的特征是天平質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)主體是由兩只零長度彈簧(1)和一只橫梁(2)組成對(duì)稱的兩個(gè)拉科斯特直角三角形結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)稱彈簧天平，其特征是兩只零長度彈簧(1)對(duì)稱地安裝在橫梁(2)兩端的上方，上、下端通過拉絲(3)分別與調(diào)節(jié)點(diǎn)(B或B′)和橫梁(2)端點(diǎn)(A或A′)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對(duì)稱彈簧天平，其特征是橫梁(2)轉(zhuǎn)動(dòng)中心O不與任何其他機(jī)件相連接，是一個(gè)懸空的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對(duì)稱彈簧天平，其特征是零長度彈簧(1)由恒彈性合金制成。
全文摘要
本發(fā)明是精密的質(zhì)量計(jì)量?jī)x器，其質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)主體是由兩只零長度彈簧和一只橫梁組成對(duì)稱的兩個(gè)拉科斯特(La′Coste)直角三角形結(jié)構(gòu)構(gòu)成，比較靈敏；由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，對(duì)常溫、常壓及彈性蠕變等影響，起了較完善的補(bǔ)償作用，以置換稱量法進(jìn)行計(jì)量。
文檔編號(hào)G01G3/04GK1038695SQ8810610
公開日1990年1月10日 申請(qǐng)日期1988年8月15日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月15日
發(fā)明者楊育民 申請(qǐng)人:楊育民