專利名稱：對稱彈簧天平的制作方法
技術領域：
本發明是一種質量計量儀器，涉及拉科斯特(La′Coste)直角三角形結構，根據該三角形結構制成的拉科斯特重力儀屬于地球物理領域，已廣泛地應用于重力場的研究。
拉科斯特重力儀靈敏，穩定、結構簡單而調節方便，其基本結構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，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。盡管它對本身重塊質量變化亦很敏感，但由于固體潮因時而異，重力加速度因地而異，致使重力儀原結構不能或不便用于精確的質量計量，參考資料之一“拉科斯特重力儀”《重力測量與地球形狀學》上冊，作者方俊，第117～118頁，科學出版社，1965年。
彈簧天平雖然簡單、方便，但與一般天平和扭力天平相比，其主要缺點是“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。
經過對精密稱量裝置，主要稱量部件是螺旋彈簧和多螺旋彈簧稱量裝置的國內外專利檢索及資料查閱，未發現與本對稱彈簧天平相同的結構作為天平質量檢測系統主體的裝置。
本發明的目的是提高質量計量精度和相對精度。
考慮了上述存在問題及現有技術的特點，為了本發明的目的將靈敏的拉科斯特直角三角形結構改進成可以用于質量計量的檢測系統主體(附圖)，本發明的特征是天平質量檢測系統主體是由兩只零長度彈簧(1)和一只(實際上也可以說是由兩只連接成一體的)橫梁(2)組成對稱的兩個拉科斯特直角三角形(ΔAOB和ΔAOB)結構構成。兩直角三角形在同一平面上，直角皆在O，O是橫梁(2)沿圖面往復轉動的中心。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，兩拉絲調節點(B和B′)皆可上下左右調節上下調節(結合左右調節平衡塊，平衡塊圖略)可保持橫梁(2)平衡和橫梁轉動中心O左右位置不變，左右相向或相背調節，可以相應地增大或減小橫梁往復轉動周期T，T值增大橫梁往復轉動靈敏度即提高;反之，則降低。相向調節時，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為中心沿水平面左右轉動或處于不穩定狀態，其投影距離最好不小于橫梁全長的百分之一。
在橫梁(2)右端設有一平面反光鏡(7)，以反射橫梁轉動角度的光訊號，訊號可用放大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)是具有一定預應力的彈簧，所謂具有一定預應力是該彈簧所具有的預應力的大小如此適當，在無外力作用的情況下，如果因其預應力存在而“可以”任意縮短的話，當預應力完全消失時，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)的長度等于零。零長度彈簧(1)的加工與檢測參考下述零長度彈簧有關數據，繞制具有預應力的彈簧一段，以彈簧秤徐徐拉開，使各環間初具間隙，選取間隙均勻的n環(n為實際應用環數)，此時彈簧秤的拉力為x1，n環間的長度為y1;再增加彈簧秤的拉力接近實用拉力x2，y1相應地增為y2，將兩組數據(x1，y1)、(x2，y2)繪在計算紙上，該二點連線的延長線與y軸交點為(O，-｜y｜)，y恒為負，-｜y｜的負號表示這n環彈簧在不受外力作用而又“可以任其收縮”，縮至預應力完全消失時其長度為負值。如果這n環彈簧的負長度｜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環具有預應力的彈簧即符合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。
以本天平計量質量是以置換稱量法進行的，當橫梁水平時，在光系視場中選一定點讀數。計量時，左右砝碼盤(5)上各備有質量和密度完全相同的砝碼一套，將被測物品放在物品盤(6)上，從同側砝碼盤(5)上置換下相等質量的砝碼，小于0.1毫克的質量以游碼和光系讀出。
本發明的效果根據附圖結構經過模型試驗，證明對稱彈簧天平質量相對精度可以達到3×10-8～1×10-8(最大稱量為30克時)。對獲得此效果的分析采用了靈敏而穩定的拉科斯特直角三角形結構，完成了本天平質量檢測系統主體的試驗，使模型提高質量計量精度和相對精度有了基礎。在此試驗中①采用零長度彈簧是拉科斯特直角三角形結構的需要，同時也解決了前述“感量與最大稱量之比大”的問題;②結構對稱，對消除常溫、常壓變化及彈性蠕變等引起的誤差起了較完善的補償作用。
附圖標號說明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補償重塊實施本發明的最好方式為如果最大稱量是30克(砝碼兩套另備)，主要部件數據及規格1、結構部分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，負長度｜y｜值36mm，工作張力82克左右。本技術解決方案中的兩只零長度彈簧(1)可以對稱地安裝在橫梁(2)兩端的上方，上、下端通過拉絲(3)分別與調節點(B或B′)和橫梁(2)端點(A或A′)相連接。
3、為了提高本天平的計量精度，本技術解決方案中橫梁(2)轉動中心O可以不與任何其它機件(如扭絲、拉絲等)相連接，O僅是一個能夠完成機械性能的懸空的轉動中心。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，代以適當密度的補償重塊(8)(附圖虛線園)，其質量中心置于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部件等量變化(如蠕變、線膨脹等)引起橫梁(2)微量平移產生的干擾光訊號。
5、拉絲(3)和砝碼盤吊絲(4)以иi42CrTi合金制成，規格0.029×0.15mm。
6、為使B和B′在調節時不致過于靠近和設計方便，最好將ΔAOB和ΔA′OB′(附圖)以O為中心分別相應地逆時針和順時針對稱地轉3°～4°。余同前皆不變。
7、本技術解決方案中的零長度彈簧(1)可以是由恒彈性合金制成。稱量較小時亦可由熔融石英制成。
權利要求
1.一種對稱彈簧天平，是質量計量儀器，設計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)直角三角形結構，依此一個三角形結構制成的拉科斯特重力儀屬于地球物理領域，本發明的特征是天平質量檢測系統主體是由兩只零長度彈簧(1)和一只橫梁(2)組成對稱的兩個拉科斯特直角三角形結構構成。
2.根據權利要求1所述的對稱彈簧天平，其特征是兩只零長度彈簧(1)對稱地安裝在橫梁(2)兩端的上方，上、下端通過拉絲(3)分別與調節點(B或B′)和橫梁(2)端點(A或A′)相連接。
3.根據權利要求1或2所述的對稱彈簧天平，其特征是橫梁(2)轉動中心O不與任何其他機件相連接，是一個懸空的轉動中心。
4.根據權利要求1或2所述的對稱彈簧天平，其特征是零長度彈簧(1)由恒彈性合金制成。
全文摘要
本發明是精密的質量計量儀器，其質量檢測系統主體是由兩只零長度彈簧和一只橫梁組成對稱的兩個拉科斯特(La′Coste)直角三角形結構構成，比較靈敏；由于結構對稱，對常溫、常壓及彈性蠕變等影響，起了較完善的補償作用，以置換稱量法進行計量。
文檔編號G01G3/04GK1038695SQ8810610
公開日1990年1月10日 申請日期1988年8月15日 優先權日1988年8月15日
發明者楊育民 申請人:楊育民