专利名称：对称弹簧天平的制作方法
技术领域：
本发明是一种质量计量仪器，涉及拉科斯特(La′Coste)直角三角形结构，根据该三角形结构制成的拉科斯特重力仪属于地球物理领域，已广泛地应用于重力场的研究。
拉科斯特重力仪灵敏，稳定、结构简单而调节方便，其基本结构是由一只零长度弹簧(1)、一只横梁(2)及附于横梁右端的重块、水平拉丝组成(附图
虚线方框内，后二者图略)，也可说这是一种特制的弹簧秤，它称的是重量或重力加速度。尽管它对本身重块质量变化亦很敏感，但由于固体潮因时而异，重力加速度因地而异，致使重力仪原结构不能或不便用于精确的质量计量，参考资料之一“拉科斯特重力仪”《重力测量与地球形状学》上册，作者方俊，第117～118页，科学出版社，1965年。
弹簧天平虽然简单、方便，但与一般天平和扭力天平相比，其主要缺点是“感量与最大称量之比大”，不宜制成高感量的天平。查阅到的从1926～1965年国外13种弹簧天平的相对精度(感量与最大称量比)为1×10-3～1×10-5。参考资料之二“弹簧天平”《真空微量天平》，著译者高本辉，第74～78页，宇航出版社，1987年。
经过对精密称量装置，主要称量部件是螺旋弹簧和多螺旋弹簧称量装置的国内外专利检索及资料查阅，未发现与本对称弹簧天平相同的结构作为天平质量检测系统主体的装置。
本发明的目的是提高质量计量精度和相对精度。
考虑了上述存在问题及现有技术的特点，为了本发明的目的将灵敏的拉科斯特直角三角形结构改进成可以用于质量计量的检测系统主体(附图)，本发明的特征是天平质量检测系统主体是由两只零长度弹簧(1)和一只(实际上也可以说是由两只连接成一体的)横梁(2)组成对称的两个拉科斯特直角三角形(ΔAOB和ΔAOB)结构构成。两直角三角形在同一平面上，直角皆在O，O是横梁(2)沿图面往复转动的中心。两零长度弹簧(1)在水平向的分力，大小相等而方向相反;在垂直向的分力矩与两法码盘吊丝(4)产生的分力矩亦是大小相等方向相反，因而平衡。两法码盘吊丝(4)上端分别固定在横梁(2)两端A和A′处，两拉丝调节点(B和B′)皆可上下左右调节上下调节(结合左右调节平衡块，平衡块图略)可保持横梁(2)平衡和横梁转动中心O左右位置不变，左右相向或相背调节，可以相应地增大或减小横梁往复转动周期T，T值增大横梁往复转动灵敏度即提高;反之，则降低。相向调节时，注意勿使B和B′在水平向投影距离无限接近。否则，横梁(2)可能以O为中心沿水平面左右转动或处于不稳定状态，其投影距离最好不小于横梁全长的百分之一。
在横梁(2)右端设有一平面反光镜(7)，以反射横梁转动角度的光讯号，讯号可用放大200～220倍并附有分度片(分度为0.01mm)的光系读出。
用于AB或A′B′间的零长度弹簧(1)是具有一定预应力的弹簧，所谓具有一定预应力是该弹簧所具有的预应力的大小如此适当，在无外力作用的情况下，如果因其预应力存在而“可以”任意缩短的话，当预应力完全消失时，可以使拉丝两末端(A和B或A′和B′)正好重合在一起，该弹簧(包括弹簧挂钩和拉丝总长度在内)的长度等于零。零长度弹簧(1)的加工与检测参考下述零长度弹簧有关数据，绕制具有预应力的弹簧一段，以弹簧秤徐徐拉开，使各环间初具间隙，选取间隙均匀的n环(n为实际应用环数)，此时弹簧秤的拉力为x1，n环间的长度为y1;再增加弹簧秤的拉力接近实用拉力x2，y1相应地增为y2，将两组数据(x1，y1)、(x2，y2)绘在计算纸上，该二点连线的延长线与y轴交点为(O，-｜y｜)，y恒为负，-｜y｜的负号表示这n环弹簧在不受外力作用而又“可以任其收缩”，缩至预应力完全消失时其长度为负值。如果这n环弹簧的负长度｜y｜值等于AB(或A′B′)间弹簧挂钩和拉丝(3)的总长度，所选的这n环具有预应力的弹簧即符合AB(或A′B′)间零长度弹簧的要求了，另留出加工挂钩所需的长度剪下，完成挂钩加工和回火处理即可待用了。否则，需要改变挂钩(或拉丝)长度或重绕弹簧。
以本天平计量质量是以置换称量法进行的，当横梁水平时，在光系视场中选一定点读数。计量时，左右砝码盘(5)上各备有质量和密度完全相同的砝码一套，将被测物品放在物品盘(6)上，从同侧砝码盘(5)上置换下相等质量的砝码，小于0.1毫克的质量以游码和光系读出。
本发明的效果根据附图结构经过模型试验，证明对称弹簧天平质量相对精度可以达到3×10-8～1×10-8(最大称量为30克时)。对获得此效果的分析采用了灵敏而稳定的拉科斯特直角三角形结构，完成了本天平质量检测系统主体的试验，使模型提高质量计量精度和相对精度有了基础。在此试验中①采用零长度弹簧是拉科斯特直角三角形结构的需要，同时也解决了前述“感量与最大称量之比大”的问题;②结构对称，对消除常温、常压变化及弹性蠕变等引起的误差起了较完善的补偿作用。
附图标号说明1零长度弹簧2横梁3拉丝4砝码盘吊丝5砝码盘6物品盘7平面反光镜(附有入射及反射光线)8补偿重块实施本发明的最好方式为如果最大称量是30克(砝码两套另备)，主要部件数据及规格1、结构部分OA＝OA＝80mm，OB＝OB′＝65mm。
2、两只零长度弹簧(1)完全相同，以恒弹性合金丝制成，丝径0.38mm，外径8.3mm，58环，负长度｜y｜值36mm，工作张力82克左右。本技术解决方案中的两只零长度弹簧(1)可以对称地安装在横梁(2)两端的上方，上、下端通过拉丝(3)分别与调节点(B或B′)和横梁(2)端点(A或A′)相连接。
3、为了提高本天平的计量精度，本技术解决方案中横梁(2)转动中心O可以不与任何其它机件(如扭丝、拉丝等)相连接，O仅是一个能够完成机械性能的悬空的转动中心。另外，还可以将左砝码盘吊丝(4)、左砝码盘(5)及一套砝码取掉，代以适当密度的补偿重块(8)(附图虚线园)，其质量中心置于A处。
4、横梁(2)右端的平面反光镜(7)的镜面可以与横梁垂直安装，之所以这样安装，另一作用是为了消除零长度弹簧及有关部件等量变化(如蠕变、线膨胀等)引起横梁(2)微量平移产生的干扰光讯号。
5、拉丝(3)和砝码盘吊丝(4)以иi42CrTi合金制成，规格0.029×0.15mm。
6、为使B和B′在调节时不致过于靠近和设计方便，最好将ΔAOB和ΔA′OB′(附图)以O为中心分别相应地逆时针和顺时针对称地转3°～4°。余同前皆不变。
7、本技术解决方案中的零长度弹簧(1)可以是由恒弹性合金制成。称量较小时亦可由熔融石英制成。
权利要求
1.一种对称弹簧天平，是质量计量仪器，设计涉及包括一只零长度弹簧(1)和一只横梁(2)的拉科斯特(La′coste)直角三角形结构，依此一个三角形结构制成的拉科斯特重力仪属于地球物理领域，本发明的特征是天平质量检测系统主体是由两只零长度弹簧(1)和一只横梁(2)组成对称的两个拉科斯特直角三角形结构构成。
2.根据权利要求1所述的对称弹簧天平，其特征是两只零长度弹簧(1)对称地安装在横梁(2)两端的上方，上、下端通过拉丝(3)分别与调节点(B或B′)和横梁(2)端点(A或A′)相连接。
3.根据权利要求1或2所述的对称弹簧天平，其特征是横梁(2)转动中心O不与任何其他机件相连接，是一个悬空的转动中心。
4.根据权利要求1或2所述的对称弹簧天平，其特征是零长度弹簧(1)由恒弹性合金制成。
全文摘要
本发明是精密的质量计量仪器，其质量检测系统主体是由两只零长度弹簧和一只横梁组成对称的两个拉科斯特(La′Coste)直角三角形结构构成，比较灵敏；由于结构对称，对常温、常压及弹性蠕变等影响，起了较完善的补偿作用，以置换称量法进行计量。
文档编号G01G3/04GK1038695SQ8810610
公开日1990年1月10日 申请日期1988年8月15日 优先权日1988年8月15日
发明者杨育民 申请人:杨育民