L'invention a trait à une cellule de charge de construction simple et d'un assemblage aisé, permettant de mesurer des forces avec une grande précision et sur de grandes étendues.
La cellule de charge selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend un membre opérateur plan et rectangulaire comportant une paire de fentes longitudinales parallèles formant un membre fléau central, une paire de membres paliers distants dudit membre fléau et parallèles à celui-ci et des parties d'extrémité reliant les extrémités extérieurs du membre fléau et des membres paliers, le membre opérateur comportant une paire des membres de support s'étendant extérieurement aux membres paliers et reliés aux parties longitudinales centrales de ceux-ci pour supporter le membre opérateur, ledit membre fléau comportant une partie centrale prévue pour recevoir une force, et un bloc de support disposé sous le membre opérateur pour constituer des surfaces de support horizontales fixées dans un plan horizontal commun,
les membres de support reposant sur les surfaces de support et étant rigidement fixés à celles-ci.
Le bloc de support est de préférence pourvu de surfaces de support étroites ou d'arêtes s'étendant transversalement en dessous des membres paliers, aux points médians de ceux-ci, afin d'éviter tout mouvement de torsion des membres paliers autour d'axes s'étendant parallèlement à leur axe longitudinal.
La cellule est avantageusement construite de façon qu'il n'y ait aucun mouvement entre les membres paliers et les membres de support aux endroits de contact entre eux, de sorte qu'aucune usure ne se produise aux membres paliers ou aux membres de support.
Les longueurs effectives de ploiement des membres paliers peuvent être avantageusement égales à la longueur effective de ploiement du membre fléau qu'ils supportent et la largeur effective combinée des deux membres de support peut être égale à la largeur du membre fléau, les fléchissements des membres de support sous une charge donnée étant égaux au fléchissement du membre fléau.
Le bloc de support comprend des dispositifs appropriés pour exercer une précontrainte sur les membres paliers.
Dans ce qui suit, I'invention est décrite plus en détail à l'aide d'un exemple d'exécution, en se référant aux dessins en annexe, où
la fig. 1 est une vue en plan, avec des parties éclatées, d'une cellule de charge selon l'invention,
la fig. 2 est une vue latérale de la cellule de charge représentée à la fig. 1,
la fig. 3 est une vue d'extrémité de la cellule de charge représentée à la fig. 1,
la fig. 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la fig. 1,
la fig. 5 est une vue en coupe selon la ligne 5-5 de la fig. 1,
la fig. 6 est une vue transversale, partiellement en coupe, d'une forme modifiée de cellule de charge selon l'invention,
la fig.
6A est un schéma montrant comment les dispositifs de mesure de la contrainte du membre fléau de la cellule de charge sont reliés à un circuit électrique, pour fournir un signal de sortie qui varie en fonction de la charge exercée sur le membre fléau,
la fig. 7 est une vue en plan, partiellement éclatée, d'une forme modifiée de la cellule de charge selon l'invention,
la fig. 8 est une vue latérale de la cellule de charge représentée à la fig. 7,
la fig. 9 est une vue en coupe selon la ligne 9-9 de la fig. 7,
la fig. 10 est une vue en coupe selon la ligne 10-10 de la fig. 7, et
la fig. 11 est une vue d'extrémité de la cellule de charge représentée à la fig. 7.
Aux fig. 1 à 6, une cellule de charge 20 selon l'invention et
qui comprend un bloc de support 21 et un membre opérateur
22 est représentée comme plateau de balance, monté sur un
support approprié, tel qu'une plaque rectangulaire 23 pouvant reposer sur une surface plane, par exemple le dessus d'une table. Le membre opérateur plan 22, en acier ou autre matière élastique appropriée, est d'une forme sensiblement rectangulaire et présente une paire de fentes longitudinales parallèles 25 et 26, qui définissent les membres paliers extérieurs 27 et 28, ainsi qu'un membre fléau central 29. Les extrémités extérieures du membre fléau central sont fixées aux extrémités extérieures des membres paliers 27 et 28 par les parties d'extrémité 30 et 31 du membre opérateur.
La largeur du membre fléau 29 est de préférence égale aux largeurs combinées des membres paliers 27 et 28, pour une raison qui est expliquée plus loin.
Le membre opérateur 22 est supporté par le bloc 21 au moyen des membres de support 33 et 34 s'étendant latéralement vers l'extérieur et disposés extérieurement à la partie centrale des membres paliers 27 et 28 et reliés par les parties ou membres de liaison 35 et 36, dont la largeur est moins grande que les largeurs des membres de support.
Les membres de support 33 et 34 reposent sur les surfaces horizontales de dessus des parties d'extrémité 38 et 39 du bloc de support, disposées extérieurement aux membres paliers 27 et 28, respectivement, du membre opérateur 22.
Les membres de support 33 et 34 peuvent être fixés aux parties d'extrémité 38 et 39 du bloc par soudures 40 et 41, ou l'être également au moyen de boulons 42 et 43 s'étendant vers le bas à travers des ouvertures alignées dans les membres de support 33 et 34 et, dans les parties d'extrémité 38 et 39 du bloc de support. dans les alésages taraudés 46 de la base 21.
Le bloc de support présente une fente ou rainure 48, afin de permettre un fléchissement vers le bas de la partie centrale du membre fléau 29. Une partie transversale sensiblement triangulaire 51 du bloc, définie par les surfaces 52 et 53 convergeant vers le haut, de façon à fournir une arête ou surface de couteau 54 horizontale et très étroite, s'engageant avec la partie centrale du membre palier 27 et la partie de liaison 35 du membre opérateur. De même, de l'autre côté de la fente ou rainure centrale 48, le bloc présente une partie sensiblement triangulaire 55, définie par des surfaces 56 et 57 convergeant vers le haut, de façon à fournir une arête ou surface de couteau étroite 58 s'engageant avec la partie transversale centrale du membre palier 28 et la partie de liaison 36 du membre opérateur.
Les arêtes 54 et 58 sont dans le même plan horizontal que les surfaces supérieures des parties d'extrémité 38 et 39 du bloc de support.
Lorsque la cellule de charge est utilisée dans un plateau de balance, une plate-forme 60, sur laquelle des objets à peser peuvent être placés, est reliée à la partie centrale du membre fléau 29 par un support 61, dont la surface de dessous repose sur la partie centrale du membre fléau 29, à laquelle est fixée d'une façon appropriée, par exemple par soudage. La largeur du support 61 est égale à la largeur A des parties de liaison 35 et 36, pour une raison décrite plus loin. La plate-forme 60 peut naturellement être reliée au support 61 d'une façon appropriée quelconque, par exemple par une vis 62, à travers une ouverture appropriée dans la plate-forme et dans un trou taraudé ouvrant vers le haut dans le support.
Comme le montre la fig. 4, quand une charge est placée sur la plate-forme 60, le membre fléau 29 s'infléchit vers le bas à une position indiquée en traits interrompus à la fig. 5, cette force exercée vers le bas déplaçant également vers le bas les extrémités extérieures des membres paliers 27 et 28, étant donné que cette force exercée par la charge est transmise aux parties des extrémités extérieures opposées des membres paliers 27 et 28, par les parties d'extrémité 30 et 31 du membre opérateur. Les extrémités opposées des membres paliers se déplaceront vers le bas, comme indiqué en traits interrompus à la fig. 5, quand une charge est placée sur la plate-forme.
Il est évident que la partie 27a du membre palier 27, qui s'étend sensiblement de la surface arquée 35a du membre de liaison 35 à la surface 30a de la partie d'extrémité 30 du membre opérateur, peut se ployer ou agir comme un ressort et que, de même, l'autre partie 27b du membre palier 27, qui s'étend sensiblement de la surface latérale 35b de la partie de liaison 35 à la surface 31a de la partie d'extrémité 30, agit également comme un ressort.
La largeur combinée du membre palier 27 et du membre de liaison 35 est telle que, pour des charges usuelles ou normales exercées sur le membre fléau 29 par des objets dont le poids doit être déterminé et qui sont placés sur la plate-forme 60, aucun ploiement notable ne peut se produire à la partie de liaison 35 et à la partie centrale du membre palier 27, dont la longueur est égale à la largeur de la partie centrale la plus étroite du membre de liaison 36. Il s'ensuit qu'un ploiement du membre palier 27 ne peut se produire que le long de ses parties 27a et 27b. De même, le ploiement de l'autre membre palier 28 ne peut se produire que le long de ses parties 28a et 28b s'étendant entre les surfaces 36a et 30b et les surfaces 36b et 3 lb.
Le fléchissement ou ploiement du membre fléau 29 a lieu le long de ses parties 29a et 29b, entre les côtés 61a et 61b du support 61 de la plateforme et les surfaces d'extrémité 30a, 30b, 31a et 31b, respectivement, qui définissent les extrémités les plus extérieures des fentes 25 et 26. La largeur du support 61 entre ses côtés 61a el 61b est rendue sensiblement égale à la largeur des parties de liaison 35 et 36. Il est donc évident que, du fait que le support 61 rend rigide la partie centrale 29c, les longueurs de ploiement combinées des parties 29a et 29b du fléau 29 sont sensiblement égales aux longueurs de ploiement combinées des parties 27a et 27b des membres paliers 27 et 28.
Etant donné, en outre, que ces largeurs combinées des membres paliers 27 et 28 sont égales à la largeur du membre fléau 29, les contraintes exercées sur les membres paliers seront égales à celles exercées sur le membre fléau 29. Cette uniformité des contraintes a pour effet que les contraintes aux surfaces de dessus et de dessous du membre fléau 29, aux emplacements près des parties d'extrémité 30 et 31 varient d'une façon sensiblement linéaire avec la charge, de sorte qu'en y plaçant des jauges de contrainte 71a, 71b, 72a et 72b, leurs résistances combinées varient avec la charge d'une façon aisément convertible en une lecture directe de la charge.
Dans un dispositif de mesure comportant la cellule de charge objet de l'invention, les jauges de contrainte sont de préférence liées au membre fléau, aux endroits de fléchissement de celui-ci, afin qu'elles soient exemptes de forces étrangères, telles que des forces latérales de torsion. Comme le montre le dessin, les jauges de contrainte sont disposées tout près des surfaces intérieures, des parties d'extrémité 30 et 31, définissant les extrémités opposées des fentes 25 et 26, respectivement.
Ces jauges de contrainte sont reliées à un circuit en pont de
Wheatstone, comme indiqué à la fig. 6A, de telle façon que les résistances des jauges 71a et 72b augmentent et que les résistances des jauges 71b et 72b diminuent, lorsque le membre fléau s'infléchit vers le bas, relativement aux parties d'extrémités 30 et 31 du membre opérateur, ce qui donne lieu à une augmentation du courant circulant entre les bornes de sortie 74 et 75 du pont, entre lesquelles peut être relié un dispositif indicateur quelconque, tel qu'un ampèremètre 76. Les points d'entrée 77 et 78 peuvent naturellement être reliés à une source de courant continu, de la façon habituelle.
Alors que la sortie du pont de Wheatstone a été représentée comme étant reliée à un dispositif indicateur, il est évident qu'elle peut aussi être reliée à un calculateur ou à un dispositif de commande, afin que le poids soit calculé ou que l'opération par un autre dispositif de commande soit commandée.
Les surfaces 54 et 58 supportent les parties centrales des membres paliers 27 et 28, de manière à éviter tout mouvement de torsion de ces membres, comme indiqué par les flèches à la fig. 3. Les parties d'extrémité 30 et 31 du membre opérateur tendent également à limiter ou à éviter l'action de forces de torsion aux parties extérieures des extrémités extérieures du membre fléau et des membres paliers. Les surfaces 54 et 58 ne sont pas prévues pour supporter verticalement le membre opérateur 22, cette fonction étant assumée par les parties de liaison 35 et 36, et elles ne sont pas non plus prévues pour supporter les membres paliers 27 et 28, fonction qui est également assumée par les parties de liaison 35 et 36.
Il s'ensuit que les parties 27a et 27b et 28a et 28b des membres paliers, aux côtés opposés des membres de liaison 35 et 36 et les parties 29a et 29b peuvent librement ployer conformément à la charge exercée sur le membre fléau par un objet ou une charge déposés sur la plate-forme 60, de façon à produire une variation linéaire avec la charge, à la sortie du pont de Wheatstone, cela pour une grande étendue de charges et avec une extrême précision de la variation de cette sortie du pont de Wheatstone avec la charge.
Du fait que les membres paliers sont supportés extérieurement à leurs bords longitudinaux extérieurs, de sorte que les parties 27a et 27b et 28a et 28b peuvent librement être infléchies ou ployées vers le bas, depuis les extrémités opposées des membres ou parties de liaison 35 et 36, solidaires des membres paliers, aucune force ou contrainte n'est exercée sur ces derniers, ce qui risquerait de rendre non linéaire le fléchissement du membre fléau avec la charge.
Pour certaines applications, il n'est pas nécessaire de prévoir les surfaces 54 et 58 pour résister à des forces de torsion, par exemple dans le cas où les charges sont d'une étendue limitée ou lorsque les parties de liaison 35 et 36 sont relativement larges par rapport aux longueurs des membres paliers 27 et 28.
En se référant particulièrement à la fig. 6, la cellule de charge 20a est une forme modifiée de la cellule de charge 20 et, par conséquent, ses éléments ont les mêmes numéros de référence, mais suivis de la lettre a.
La cellule de charge 20a ne diffère de la cellule de charge 20 que par le fait que le support 80 a une forme différente et est monté d'une façon légèrement différente sur le membre fléau 29. Le support 80 présente une fente 81 ouvrant vers le bas et dans laquelle est reçue la partie supérieure du membre fléau 29, à laquelle il est fixé par des soudures 82, de façon que l'emplacement de la liaison du support 80 est sensiblement dans l'axe neutre du membre fléau 29, avec le plan horizontal dans lequel se trouve l'axe neutre passant entre les extrémités de dessus et de dessous des soudures, ce qui réduit à un minimum les forces étrangères qui pourraient être exercées sur les soudures, lorsque le membre fléau s'infléchit sous l'effet de la charge.
En se référant particulièrement aux fig. 7 à 11, la cellule de charge 20c est semblable à la cellule de charge 20, de sorte que ses éléments portent les mêmes numéros de référence, mais suivis de la lettre c. La cellule de charge 20c diffère de la cellule de charge 20 principalement en ce qu'une précontrainte est appliquée à ses membres paliers 27c et 28c et aux parties de liaison 35c et 36c. Le membre de support 33c présente des parties 91 et 92 qui s'étendent longitudinalement dans des directions opposées à celles des parties d'extrémité 83 et 84 du bloc de support 21c et reposent sur les surfaces horizontales de dessus de celui-ci. Les extrémités des parties 91 et 92 sont fixées aux parties 93 et 94 du bloc de support, respectivement.
De même, le membre de support 34c présente des parties 98 et 99 qui s'étendent longitudinalement dans des directions opposées au membre de liaison 36c et sont fixées aux extré mités 101 et 102 du bloc de support, par des soudures 103 et 104, respectivement.
Le bloc de support est fixé à une plaque de base 23c par des boulons 105 qui traversent des ouvertures alignées dans les membres de support 33c et 34c et les quatre parties d'extrémité du bloc de support, dans des trous taraudés de la plaque de base.
Le bloc de support présente des surfaces de support 110 et 111 très étroites, aux côtés opposés de sa rainure centrale 112, qui s'engage avec les parties centrales transversales des membres de support 33c et 34c, les parties de liaison 35c et 36c et les membres paliers 27c et 28c, respectivement. Les surfaces 110 et 111 sont dans un plan commun, espacé intérieurement du plan dans lequel se trouvent les surfaces de dessus des parties 93, 94, 103 et 104 du bloc de support, de façon qu'une contrainte centrale vers le haut soit appliquée aux membres de liaison et aux membres paliers.
Il s'ensuit que, dans un dispositif de mesure utilisant la cellule de charge 20a, les jauges de contrainte 71ac, 71bc, 72ac et 72bc sont soumises à ces contraintes, de manière que le pont de Wheatstone ne soit pas en équilibre lorsqu'une charge n'est pas appliquée.
La cellule de charge 20c peut être utilisée quand il s'agit de mesurer des charges extrêmement faibles, avec des membres opérateurs extrêmement minces, la précontrainte garantissant qu'un contact prévisible est maintenu entre les parties de liaison 35c et 36c et les surfaces 110 et 111. En outre, dans la cellule de charge 20c, les soudures 95 et 96 sur le membre de support 33c sont aussi éloignées que possible de la partie de liaison 35c, afin d'éviter des contraintes de soudage dans la partie de liaison, le membre opérateur étant extrêmement mince.
Une cellule de charge a ainsi été représentée et décrite; elle présente une structure très simple et comporte un membre opérateur dont le membre fléau est infléchi par la charge.
Dans un dispositif de mesure, la contrainte exercée peut être mesurée ou détectée d'une manière appropriée, par exemple par des jauges de contrainte.
Le membre opérateur est en outre isolé ou protégé contre des forces étrangères qui risqueraient de réduire la précision de la sortie de la cellule de charge, surtout lors de grandes étendues de charge exercée sur celle-ci.
Il est également évident qu'une charge appliquée met une moitié de l'ensemble des jauges de contrainte sous tension et l'autre moitié sous compression, de sorte que toute non-diversité des jauges de contrainte sous tension est compensée par une quantité égale de non-diversité des jauges de contrainte sous compression, de façon qu'une sortie linéaire soit produite par les jauges de contrainte combinées.
Il est également évident que, bien que la cellule de charge décrite ait été montrée dans tous les cas comme étant soumise à une charge verticale vers le bas, elle peut également servir pour mesurer une charge verticale vers le haut, auquel cas le signal du pont de Wheatstone sera d'une polarité inverse à celle pour une charge vers le bas.
The invention relates to a load cell of simple construction and easy to assemble, allowing forces to be measured with great precision and over large areas.
The load cell according to the invention is characterized in that it comprises a planar and rectangular operating member comprising a pair of parallel longitudinal slots forming a central beam member, a pair of bearing members distant from said beam member and parallel to the latter. and end portions connecting the outer ends of the beam member and the bearing members, the operating member including a pair of the support members extending outwardly from the bearing members and connected to the central longitudinal portions thereof to support the operating member , said beam member comprising a central part intended to receive a force, and a support block disposed under the operating member to constitute horizontal support surfaces fixed in a common horizontal plane,
the support members resting on the support surfaces and being rigidly attached thereto.
The support block is preferably provided with narrow support surfaces or ridges extending transversely below the bearing members, at the midpoints thereof, in order to avoid any torsional movement of the bearing members about axes. extending parallel to their longitudinal axis.
The cell is advantageously constructed so that there is no movement between the bearing members and the support members at the places of contact between them, so that no wear occurs to the bearing members or to the support members.
The effective bend lengths of the bearing members may be advantageously equal to the effective bend length of the flail member they are supporting and the combined effective width of the two support members may be equal to the width of the flail member, the flexures of the flail members. support under a given load being equal to the deflection of the beam member.
The support block includes suitable devices for exerting a prestressing on the bearing members.
In what follows, the invention is described in more detail with the aid of an exemplary embodiment, with reference to the accompanying drawings, where
fig. 1 is a plan view, with exploded parts, of a load cell according to the invention,
fig. 2 is a side view of the load cell shown in FIG. 1,
fig. 3 is an end view of the load cell shown in FIG. 1,
fig. 4 is a sectional view along line 4-4 of FIG. 1,
fig. 5 is a sectional view along line 5-5 of FIG. 1,
fig. 6 is a transverse view, partially in section, of a modified form of load cell according to the invention,
fig.
6A is a diagram showing how the load cell beam member stress measuring devices are connected to an electrical circuit, to provide an output signal which varies according to the load exerted on the beam member,
fig. 7 is a plan view, partially exploded, of a modified form of the load cell according to the invention,
fig. 8 is a side view of the load cell shown in FIG. 7,
fig. 9 is a sectional view taken along line 9-9 of FIG. 7,
fig. 10 is a sectional view taken along line 10-10 of FIG. 7, and
fig. 11 is an end view of the load cell shown in FIG. 7.
In fig. 1 to 6, a load cell 20 according to the invention and
which comprises a support block 21 and an operator member
22 is shown as a weighing pan, mounted on a
suitable support, such as a rectangular plate 23 which can rest on a flat surface, for example the top of a table. The planar operating member 22, made of steel or other suitable resilient material, is of a substantially rectangular shape and has a pair of parallel longitudinal slots 25 and 26, which define the outer bearing members 27 and 28, as well as a central beam member. 29. The outer ends of the central beam member are fixed to the outer ends of the bearing members 27 and 28 by the end portions 30 and 31 of the operating member.
The width of the beam member 29 is preferably equal to the combined widths of the bearing members 27 and 28, for a reason which is explained later.
The operating member 22 is supported by the block 21 by means of the support members 33 and 34 extending laterally outwardly and arranged externally to the central part of the bearing members 27 and 28 and connected by the connecting parts or members 35 and 36, the width of which is less than the widths of the support members.
The support members 33 and 34 rest on the top horizontal surfaces of the end portions 38 and 39 of the support block, disposed externally to the bearing members 27 and 28, respectively, of the operating member 22.
Support members 33 and 34 may be secured to end portions 38 and 39 of the block by welds 40 and 41, or also be secured by bolts 42 and 43 extending downwardly through aligned openings in the block. the support members 33 and 34 and, in the end portions 38 and 39 of the support block. in the threaded bores 46 of the base 21.
The support block has a slot or groove 48, to allow downward deflection of the central portion of the beam member 29. A substantially triangular transverse portion 51 of the block, defined by the upwardly converging surfaces 52 and 53, of so as to provide a very narrow horizontal knife edge or surface 54, engaging with the central portion of the bearing member 27 and the connecting portion 35 of the operating member. Likewise, on the other side of the central slot or groove 48, the block has a substantially triangular portion 55, defined by surfaces 56 and 57 converging upwards, so as to provide a narrow knife edge or surface 58 s 'engaging with the central transverse portion of the bearing member 28 and the connecting portion 36 of the operating member.
The ridges 54 and 58 are in the same horizontal plane as the upper surfaces of the end portions 38 and 39 of the support block.
When the load cell is used in a weighing pan, a platform 60, on which objects to be weighed can be placed, is connected to the central part of the beam member 29 by a support 61, the bottom surface of which rests on. on the central part of the beam member 29, to which is fixed in a suitable manner, for example by welding. The width of the support 61 is equal to the width A of the connecting parts 35 and 36, for a reason described later. The platform 60 may of course be connected to the support 61 in any suitable way, for example by a screw 62, through a suitable opening in the platform and into a threaded hole opening upwards in the support.
As shown in fig. 4, when a load is placed on the platform 60, the beam member 29 flexes downward to a position shown in broken lines in FIG. 5, this downward force also moving the outer ends of the bearing members 27 and 28 downward, since this load exerted force is transmitted to the parts of the opposite outer ends of the bearing members 27 and 28, by the parts end 30 and 31 of the operating member. The opposite ends of the bearing members will move downward as shown in broken lines in fig. 5, when a load is placed on the platform.
It is obvious that the part 27a of the bearing member 27, which extends substantially from the arcuate surface 35a of the link member 35 to the surface 30a of the end part 30 of the operating member, can bend or act as a spring. and that, likewise, the other part 27b of the bearing member 27, which extends substantially from the side surface 35b of the connecting part 35 to the surface 31a of the end part 30, also acts as a spring.
The combined width of the bearing member 27 and of the link member 35 is such that, for usual or normal loads exerted on the beam member 29 by objects whose weight is to be determined and which are placed on the platform 60, no Noticeable bending cannot occur at the connecting portion 35 and at the central portion of the bearing member 27, the length of which is equal to the width of the narrowest central portion of the connecting member 36. It follows that a Folding of the bearing member 27 can only occur along its parts 27a and 27b. Likewise, bending of the other bearing member 28 can only occur along its portions 28a and 28b extending between surfaces 36a and 30b and surfaces 36b and 3lb.
The flexing or bending of the beam member 29 takes place along its portions 29a and 29b, between the sides 61a and 61b of the platform support 61 and the end surfaces 30a, 30b, 31a and 31b, respectively, which define the sides. outermost ends of the slots 25 and 26. The width of the support 61 between its sides 61a and 61b is made substantially equal to the width of the connecting parts 35 and 36. It is therefore evident that, because the support 61 makes it rigid central portion 29c, the combined bend lengths of portions 29a and 29b of beam 29 are substantially equal to the combined bend lengths of portions 27a and 27b of bearing members 27 and 28.
Since, furthermore, these combined widths of the bearing members 27 and 28 are equal to the width of the beam member 29, the stresses exerted on the bearing members will be equal to those exerted on the beam member 29. This uniformity of the stresses results in effect that the stresses at the top and bottom surfaces of the beam member 29, at the locations near the end portions 30 and 31 vary in a substantially linear fashion with the load, so that by placing strain gauges 71a therein , 71b, 72a and 72b, their combined resistances vary with load in a manner readily convertible to a direct reading of the load.
In a measuring device comprising the load cell which is the subject of the invention, the strain gauges are preferably linked to the flail member, at the places of bending thereof, so that they are free from foreign forces, such as lateral torsional forces. As shown in the drawing, the strain gauges are disposed adjacent to the interior surfaces, end portions 30 and 31, defining opposite ends of slots 25 and 26, respectively.
These strain gauges are connected to a bridge circuit of
Wheatstone, as shown in fig. 6A, so that the resistances of the gauges 71a and 72b increase and the resistances of the gauges 71b and 72b decrease, when the beam member bends downwards, relative to the end portions 30 and 31 of the operating member, this which gives rise to an increase in the current flowing between the output terminals 74 and 75 of the bridge, between which can be connected any indicating device, such as an ammeter 76. The input points 77 and 78 can naturally be connected to a direct current source, in the usual way.
While the output of the Wheatstone bridge has been shown to be connected to an indicating device, it is evident that it can also be connected to a calculator or a control device, so that the weight is calculated or the operation by another control device is controlled.
The surfaces 54 and 58 support the central parts of the bearing members 27 and 28, so as to avoid any twisting movement of these members, as indicated by the arrows in FIG. 3. The end portions 30 and 31 of the operating member also tend to limit or avoid the action of torsional forces at the outer portions of the outer ends of the beam member and the bearing members. The surfaces 54 and 58 are not intended to support the operating member 22 vertically, this function being performed by the connecting parts 35 and 36, nor are they intended to support the bearing members 27 and 28, which function is. also assumed by the connecting parts 35 and 36.
It follows that the parts 27a and 27b and 28a and 28b of the bearing members, on opposite sides of the link members 35 and 36 and the parts 29a and 29b can freely bend in accordance with the load exerted on the flail member by an object or a load deposited on the platform 60, so as to produce a linear variation with the load, at the output of the Wheatstone bridge, this for a large range of loads and with extreme precision of the variation of this output of the bridge of Wheatstone with the load.
Because the bearing members are supported externally at their outer longitudinal edges, so that parts 27a and 27b and 28a and 28b can be freely bent or bent down, from the opposite ends of the members or connecting parts 35 and 36 , integral with the bearing members, no force or constraint is exerted on them, which would risk rendering the deflection of the beam member with the load non-linear.
For some applications, it is not necessary to provide the surfaces 54 and 58 to resist torsional forces, for example in the case where the loads are of limited extent or when the connecting parts 35 and 36 are relatively wide compared to the lengths of the bearing members 27 and 28.
With particular reference to FIG. 6, the load cell 20a is a modified form of the load cell 20 and, therefore, its parts have the same reference numbers, but followed by the letter a.
The load cell 20a differs from the load cell 20 only in that the support 80 has a different shape and is mounted in a slightly different way on the beam member 29. The support 80 has a slot 81 opening towards the end. bottom and in which is received the upper part of the beam member 29, to which it is fixed by welds 82, so that the location of the connection of the support 80 is substantially in the neutral axis of the beam member 29, with the horizontal plane in which is the neutral axis passing between the top and bottom ends of the welds, which minimizes extraneous forces that could be exerted on the welds when the beam member bends under the effect of the load.
With particular reference to FIGS. 7 to 11, the load cell 20c is similar to the load cell 20, so that its parts have the same reference numbers, but followed by the letter c. The load cell 20c differs from the load cell 20 mainly in that a preload is applied to its bearing members 27c and 28c and to the connecting portions 35c and 36c. The support member 33c has portions 91 and 92 which extend longitudinally in directions opposite to those of the end portions 83 and 84 of the support block 21c and rest on the horizontal surfaces of the top thereof. The ends of parts 91 and 92 are attached to parts 93 and 94 of the support block, respectively.
Likewise, the support member 34c has portions 98 and 99 which extend longitudinally in opposite directions to the link member 36c and are secured to the ends 101 and 102 of the support block, by welds 103 and 104, respectively. .
The support block is attached to a base plate 23c by bolts 105 which pass through aligned openings in the support members 33c and 34c and the four end portions of the support block, into threaded holes in the base plate .
The support block has very narrow support surfaces 110 and 111, at opposite sides of its central groove 112, which engages with the transverse central parts of the support members 33c and 34c, the link parts 35c and 36c and the cross sections. bearing members 27c and 28c, respectively. Surfaces 110 and 111 are in a common plane, internally spaced from the plane in which the top surfaces of portions 93, 94, 103, and 104 of the support block lie, so that a central upward stress is applied to the surfaces. liaison members and bearing members.
It follows that, in a measuring device using the load cell 20a, the strain gauges 71ac, 71bc, 72ac and 72bc are subjected to these stresses, so that the Wheatstone bridge is not in equilibrium when a load is not applied.
The load cell 20c can be used when it comes to measuring extremely low loads, with extremely thin operating members, the preload ensuring that predictable contact is maintained between the connecting parts 35c and 36c and the surfaces 110 and 111. Further, in the load cell 20c, the welds 95 and 96 on the support member 33c are as far as possible from the connecting part 35c, in order to avoid welding stresses in the connecting part, the operator member being extremely thin.
A load cell has thus been represented and described; it has a very simple structure and comprises an operator member whose flail member is bent by the load.
In a measuring device, the stress exerted can be measured or detected in an appropriate manner, for example by strain gauges.
The operating member is further isolated or protected against foreign forces which could reduce the accuracy of the output of the load cell, especially during large areas of load exerted on it.
It is also evident that an applied load puts one half of all strain gauges under tension and the other half under compression, so any non-diversity of the strain gauges under tension is compensated by an equal amount of non-diversity of the compressive strain gauges, so that a linear output is produced by the combined strain gauges.
It is also evident that, although the load cell described has been shown in all cases to be subjected to a vertical downward load, it can also be used to measure an upward vertical load, in which case the signal from the bridge. of Wheatstone will be of reverse polarity to that for a down load.