本发明涉及度盘式案(台)秤的度盘刻度方式、指针传动方式及指示方式的装置。 目前,不论何种度盘式案(台)秤的度盘指示,均为单功能的:只能指示物重,不能用同一指针,在同一度盘上同时指示出与物重相对应的货款金额,亦即只能计量,不能计价,这样的度盘指示,常因计量和计价脱节而出现差错,并因计量和计价分步进行而浪费时间。
如果能实现计量和计价在一台秤上同步进行,或者说,使之具有自计价功能,就可以克服以上缺点。
要实现计量和计价同步进行,用电子式秤量装置已能解决这一问题,但它不是度盘式的摸拟指示,而是屏幕式的数字显示。这类产品常因结构复杂,原理深奥而导致造价昂贵和难以维修,并因使用时耗能,不能适应较为恶劣的使用环境而难以推广和普及。
本发明的目的,是针对以上产品的不足之处,提供一种简易装置,使度盘式案(台)秤只须预置物品单价,就能使用一支指针,在同一度盘上自动同步进行计量和计价,即指针在指示物重的同时,也指示出相应的货款金额,还能在度盘上读出物品单价。
一、本发明实现计量计价同步的方法
目前的度盘式案(台)秤,都是将力敏元件(如弹簧等)在待测物体压力作用下发生的线性形变,通过一系列地转换和传动装置,传送到度盘指针,使指针也发生线性转动,并在度盘的线性刻度上指示出物重。
本发明的做法是,在上述的传动环节中,加上一只对数轮,使线性变化在此后转换成对数变化,并最终变成指针的对数指示。同时,把度盘做成环形对数计算尺的形式,外环刻度尺是动尺(相当于计算尺的D尺)、用于计价;内盘刻度尺是定尺(相当于计算尺的C尺),用于计量;此时,指针便恰是这一环形对数计算尺的滑标,于是、整个度盘实际上就成了一只由待测物体压力驱动滑标的环形对数计算尺、利用计算尺最简单的乘法原理和方法、便能实现物重和与其相对应的货款金额的同步指示;转动外环刻度尺(D尺)、预置一被乘数(单价);指针在待测物体压力作用下经转换作对数式转动,并在内刻度尺(C尺)的刻度上指示出乘数(物重);同时通过滑标中的发线,在外环刻度上指示出其乘数(货款金额)。同时还能在度盘上读出被预置的单价(被乘数)这就使度盘具有了自动计算货款金额功能,即自计价功能。
二、具体结构及其工作过程
图1是本装置的具体结构简图。
1.在图1中,力敏元件(如弹簧等、图中未画出)在待测物体压力作用下发生线性形变、带动线性轮(1)作线性转动,并使与之固定的对数轮(2)同步转动。设轮(1)在测量最大重量时,恰好转动一圈。
2.对数轮(2)是根据对数式等速螺线规律制成的,它的作用是将切向的线性变化,转换成径向的对数变化,该轮是本装置的关键性元件,其设计原理及方法将在后面详细说明。
3.扇轮(3)通过复位小弹簧(4)的作用,使扇柄上的滑针(5)紧贴对数轮(2)的轮缘,于是对数轮(2)径向的对数变化就被扇轮(3)拾取,变为扇轮(3)的对数式转动。
4.扇轮(3)虽拾取到对数轮(2)的对数变化,但只能转动一个不大的角度,还必须使之扩展为360°的周角变化,这一任务由针轮(6)来完成。这时,使针轮(6)的周长等于扇轮(3)转过满偏角度时的最大弧长即可实现。在针轮(6)上安装指针(7),使针轮(6)的周角变化变成指针(7)的周角变化。至此,力敏元件上的满幅线性变化转换为指针的满幅对数变化便告完成。
5.(8)和(9)是两块同园心,同刻度的对数刻度尺,其中(9)是能绕(8)的园心转动的环状刻度尺。如前所述,它们实际上是一只环形对数计算尺,其中(9)是动尺、(8)是定尺、指针(7)实际上是这一环形对数计算尺的滑标,利用计算尺的乘法原理及方法,就能使计量和计价在同一度盘上,用同一指针同时完成。图1度盘中的情况是:某物品的单价为2元/千克,动尺(9)经过转动,使其刻度2对准定尺(8)的刻度1,从而预置了单价(被乘数)这时,指针以及指针中的发线在该物品压力作用下,经上述的系列传动而发生转动,最后指示出物重为3.5千克,货款金额为7元。
三、几个主要零件的设计方法
1.对数轮的设计方法:
对数轮是本装置的关键性元件,它的工作面曲线是一条对数式等速螺线。
如图2所示,在极坐标系中,当射线OM绕极点O匀速旋转时,OM上的一点P也从其初始位置A(a、O)作对数方式运动,即当极角(旋转角)θ均匀增加时,P到O的距离(极径)ρ则按对数值“均匀”增加,点P的轨迹即为对数式等速螺线,其极坐标方程为:
ρ=a+lg( 9/(2π) θ+1)(0≤θ≤2π)
根据此方程取值、列表、描点并连结成平滑曲线,即可得到对数式等速螺线,按此螺线即可制成对数轮的工作曲面。
必须注意的是,对数式等速螺线不是对数螺线(ρ=baθ)也不是等速螺线(ρ=ρ.+aθ)。
2.扇轮及针轮的设计方法
图1中扇轮(3)的作用是拾取对数轮(2)径向的对数变化并传递给针轮(6),其设计方法如图3所示。
在图3中:
1)设定:(1)支点为O
(2)滑针轴心O到O′的距离O′O=m
(3)针轮半径为r
2)作图:(1)以底边aO=lglO、两腰aO=CO=m作等腰△aOC
(2)延长aO到b、CO到d、且令Ob=Od=R
3)则:(1)根据余弦定理,得
∠aoc=arc cos( (1g210)/(m) )=n0
※根据以上数据即可设计出扇轮
(2)针轮的半径
r= (n°R)/(360°)
※根据半径r即可设计出针轮
3.度盘的设计方法:
本装置的度盘实际上是一只由待测物体压力驱动滑标的环形对数计算尺,其设计方法与环形对数计算尺的设计方法相同。
最后还有两点说明:
1.因为零没有对数,所以本装置中的起始数值不是零而是1,在设计制造使用本装置的案(台)秤时,可设立多个档位,例如一档令其量程为0.1千克至1千克,另一档令其量程为1千克至10千克等。档位变换应在图1中线性轮(1)之前进行,这样各档均可共同使用一个度盘和指针。
2.除度盘式案(台)秤外,本装置也适用于其他类型的度盘式秤量器具。