CN114441070A - 具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备 - Google Patents

具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备 Download PDF

Info

Publication number
CN114441070A
CN114441070A CN202011224983.9A CN202011224983A CN114441070A CN 114441070 A CN114441070 A CN 114441070A CN 202011224983 A CN202011224983 A CN 202011224983A CN 114441070 A CN114441070 A CN 114441070A
Authority
CN
China
Prior art keywords
strain generating
strain
generating portion
loading
structure sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011224983.9A
Other languages
English (en)
Inventor
林鸿志
许磊
杨莉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mettler Toledo Changzhou Measurement Technology Ltd
Mettler Toledo International Trading Shanghai Co Ltd
Mettler Toledo Changzhou Precision Instruments Ltd
Original Assignee
Mettler Toledo Changzhou Measurement Technology Ltd
Mettler Toledo International Trading Shanghai Co Ltd
Mettler Toledo Changzhou Precision Instruments Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mettler Toledo Changzhou Measurement Technology Ltd, Mettler Toledo International Trading Shanghai Co Ltd, Mettler Toledo Changzhou Precision Instruments Ltd filed Critical Mettler Toledo Changzhou Measurement Technology Ltd
Priority to CN202011224983.9A priority Critical patent/CN114441070A/zh
Priority to US18/034,975 priority patent/US20240003761A1/en
Priority to EP21848242.0A priority patent/EP4241050A1/en
Priority to PCT/CN2021/139956 priority patent/WO2022096028A1/en
Publication of CN114441070A publication Critical patent/CN114441070A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2243Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being parallelogram-shaped
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G3/00Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/14Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance
    • G01G3/1414Arrangements for correcting or for compensating for unwanted effects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G21/00Details of weighing apparatus
    • G01G21/24Guides or linkages for ensuring parallel motion of the weigh-pans
    • G01G21/244Guides or linkages for ensuring parallel motion of the weigh-pans combined with flexure-plate fulcrums
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G3/00Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/14Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G3/00Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/14Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance
    • G01G3/1402Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/225Measuring circuits therefor
    • G01L1/2262Measuring circuits therefor involving simple electrical bridges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)

Abstract

本发明提供了一种具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备,包括:弹性元件和多个应变检测元件,应变检测元件安装在弹性元件上;弹性元件包括:加载部,用于接收来自于连接件载荷;固定部,用于固定弹性元件;应变发生部,用于将载荷转化为变形;平行导向梁,用于传递载荷并保持加载部受载时平动;应变发生部由至少一个中空的空腔体组成,加载部和固定部分别位于应变发生部的左右两侧,平行导向梁位于应变发生部的上下部;当罗伯瓦尔结构传感器在受载情况下时,应变发生部的旋转中心和几何中心重合。本发明可以有效地补偿非线性偏载误差,通过调整弹性元件上下梁的刚度,从机械结构设计方面对非线性偏载误差进行了补偿。

Description

具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备
技术领域
本发明涉及传感器领域,特别涉及一种具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备。
背景技术
众所周知,罗伯瓦尔结构由于其简单、紧凑的机械结构,及其良好的机械性能被广泛应用于称重传感器领域。当称重对象放置于传感器的中心进行测量时,其具有良好的计量性能。
但是,当称重对象的位置发生变化时,我们会发现传感器的输出会发生相应的变化,该变化我们一般称之为偏载误差或者角差。
经过研究我们发现,偏载误差主要由两部分组成:线性偏载误差和非线性偏载误差。对于线性偏载误差,现有的技术主要是通过机械磨削或者激光烧蚀的方式改变应变发生区域的厚度,从而补偿线性偏载误差。但是对于非线性偏载误差,现有的技术还束手无策。
相比于线性偏载误差,非线性偏载误差较小。但是随着称重设备的精度要求越来越高,传感器偏载误差的要求也相应的提高。这时,非线性偏载误差已经不可忽略,即便我们能够完美地补偿线性偏载误差,但是称重设备很可能由于无法补偿的非线性偏载误差导致性能不合格。
有鉴于此,本领域技术人员研制了一种具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,以期克服上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中传感器中偏载误差无法忽略,容易导致性能不合格等缺陷,提供一种具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:
本发明提供了一种具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其特点在于,所述具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器包括:用于承载载荷的弹性元件和多个用于检测变形的应变检测元件,所述应变检测元件安装在所述弹性元件上;
所述弹性元件包括:加载部,用于接收来自于连接件载荷;固定部,用于固定所述弹性元件;应变发生部,用于将载荷转化为变形;平行导向梁,用于传递载荷并保持所述加载部受载时平动;
所述应变发生部由至少一个中空的空腔体组成,所述加载部和所述固定部分别位于所述应变发生部的左右两侧,所述平行导向梁位于所述应变发生部的上下部;
当所述罗伯瓦尔结构传感器在受载情况下时,所述应变发生部的旋转中心和几何中心重合。
根据本发明的一个实施例,所述应变发生部为一个中空的空腔体,所述应变发生部呈“H”型,所述应变检测元件分别安装在所述平行导向梁的上端面和下端面,且分别与所述应变发生部的上部和下部的位置对应。
根据本发明的一个实施例,所述应变发生部的上部平行地偏向所述固定部,或者所述应变发生部的下部平行地偏向加载部。
根据本发明的一个实施例,所述应变发生部的上部平行地偏向所述加载部,或者所述应变发生部的下部平行地偏向所述固定部。
根据本发明的一个实施例,所述应变发生部包括三个中空的空腔体,其中一个空腔体为第一应变发生部,另两个空腔体为第二应变发生部,所述第一应变发动部设置在所述弹性元件的中部,所述第二应变发生部分别设置在所述第一应变发生部的上下两侧。
根据本发明的一个实施例,所述第一应变发生部呈花瓣状,所述第二应变发生部呈“凹”字型;
所述应变检测元件分别布置在所述第二应变发生部内,且分别与所述第一应变发生部的上部和下部的位置对应。
根据本发明的一个实施例,所述第一应变发生部为圆形,所述第二应变发生部呈“凹”字型,且所述第二应变发生部的底部与所述第一应变发生部的外表面形状相互匹配;
所述应变检测元件分别布置在所述第一应变发生部内,且环绕所述第一应变发生部。
根据本发明的一个实施例,所述第一应变发生部为正方形或矩形,所述第二应变发生部呈“凹”字型,且所述第二应变发生部的底部与所述第一应变发生部的外表面形状相互匹配;
所述应变检测元件分别布置在所述第一应变发生部内。
根据本发明的一个实施例,所述应变发生部包括两个中空的空腔体,两个空腔体为上下对称分布的第三应变发生部,所述应变检测元件分别设置在所述第三应变发生部内,且所述应变检测元件相互上下对应。
根据本发明的一个实施例,所述第三应变发生部呈“凹”字型。
本发明还提供了一种称重设备,其特点在于,所述称重设备包括如上所述的具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器。
本发明的积极进步效果在于:
本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备,可以有效地补偿非线性偏载误差,通过调整弹性元件上下梁的刚度,使得具有罗伯瓦尔结构的传感器中心加载后的旋转中心和几何重合,从而从机械结构设计方面对非线性偏载误差进行了补偿。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显,在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征,其中:
图1为本发明称重设备的结构示意图。
图2为典型罗伯瓦尔结构传感器的结构示意图。
图3为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例一的结构示意图。
图4为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的旋转中心偏移对几何中心的作用原理示意图。
图5为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例二的结构示意图。
图6为现有技术中典型罗伯瓦尔结构传感器的结构尺寸示意图。
图7为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例二的结构尺寸示意图。
图8为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例三的结构示意图。
图9为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例四的结构示意图。
图10为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例五的结构示意图。
图11为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例六的结构示意图。
【附图标记】
秤盘 10
弹性元件 20、40
应变检测元件 30
加载部 21、41
固定部 22、42
应变发生部 23、43
平行导向梁 24、44
旋转中心 A
几何中心 B
平行导向梁的上梁 44a
平行导向梁的下梁 44b
应变发生部的上部 43a
应变发生部的下部 43b
第一应变发生部 431
第二应变发生部 432
第三应变发生部 433
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例,其示例在附图中示出。在任何可能的情况下,在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。
此外,尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的,但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的,其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。
此外,要求不仅仅通过所使用的实际术语,而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
图1为本发明称重设备的结构示意图。
如图1所示,本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器主要应用于称重设备中,该称重设备可以是台秤,计价秤等,其结构主要包括用于放置被称重对象的秤盘10、将被称重对象的载荷传递到传感器上的连接件以及用于检测被称重对象重量的罗伯瓦尔结构传感器。
图2为典型罗伯瓦尔结构传感器的结构示意图。
如图2所示,典型的罗伯瓦尔结构传感器,包括用于承受载荷的弹性元件20和用与检测变形的应变检测元件30。其中,弹性元件20根据作用可以包括:用于接收来自于连接件载荷的加载部21,用于固定弹性元件的固定部22,用于将载荷转化为变形的应变发生部23,用于传递载荷并保持加载部受载时平动的平行导向梁24,以及用于检测变形的应变检测元件30。
应变检测元件布置在应变发生部的表面,用于将应变发生部的变形转化为应变检测元件的阻值变化。由若干个应变检测元件组成惠斯顿电桥,用于将应变检测元件的阻值变化转化为桥路的电信号输出。
通常,具有罗伯瓦尔结构的弹性元件上同时会存在旋转中心A和几何中心B两个特殊的点。其中,旋转中心A的特点是,当结构发生旋转时结构会绕着旋转中心A旋转,而在此过程中旋转中心A的位置不会改变。当旋转中心A在几何中心B的上方时,弹性元件20受到偏载后,几何中心B会绕着旋转中心A旋转升高,等效于在传感器的正常加载变形的方向上施加一个额外的反向力或者反向变形,此时传感器的输出会减小。相反,当旋转中心A在几何中心B的下方时,弹性元件20受到偏载后,几何中心B会绕着旋转中心A旋转下降,等效于在传感器的正常加载变形的方向上叠加一个额外的力或者变形,此时传感器的输出会增大。
当具有罗伯瓦尔结构的传感器中心加载后变形的弹性元件是理想对称的,即上下梁的刚度是相同的,那么此时旋转中心A和几何中心A是重合的。传感器受到偏载时,弹性元件的几何中心B不随偏心载荷及位置的变化而变化,表现为传感器的输出对偏载不敏感。相反的,当旋转中心A和几何中心B不重合时,传感器受偏载后,弹性元件20的几何中心B会随着偏载载荷及位置的变化而变化,进而影响传感器的输出,从而造成非线性偏载误差。
典型的罗伯瓦尔结构传感器的弹性元件20在空载状态下,通过设计可以保证结构对称,此时弹性元件20中旋转中心A和几何中心B是重合的。
当被称重对象放置于称重设备的秤盘10上时,被称重对象的重量通过连接件转化为载荷传递到弹性元件20上,使得加载部21产生平动,平行导向梁24发生转动,应变发生部23产生相应的变形。此时弹性元件20的结构就不再对称,相应地,弹性元件20中的旋转中心A和几何中心B也就不再重合。
当被称重对象偏离秤盘10中心放置时,弹性元件20就会承受额外的附加扭矩,使得几何中心B绕着旋转中心A旋转。这使得弹性元件20产生额外的挠度,在应变发生部23产生额外的变形,造成传感器输出的变化,也就是非线性偏载误差的来源。
因此,造成非线性偏载误差的主要原因是由于弹性元件20变形后上下梁的结构刚度不匹配导致的旋转中心A和几何中心B不重合。
基于此,为了补偿该非线性偏载误差,本发明通过合理的结构设计调整弹性元件20的上下梁结构刚度,使得弹性元件20在变形后上下梁的结构刚度匹配来保证旋转中心和几何中心保持重合。
实施例一:
图3为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例一的结构示意图。
如图3所示,本发明提供了一种具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其包括:用于承载载荷的弹性元件40和多个用于检测变形的应变检测元件30,应变检测元件30安装在弹性元件40上。弹性元件40包括:加载部41、固定部42、应变发生部43和平行导向梁44,加载部41用于接收来自于连接件载荷,固定部42用于固定弹性元件40,应变发生部43用于将载荷转化为变形,平行导向梁44用于传递载荷并保持加载部41受载时平动。
应变发生部43由至少一个中空的空腔体组成,加载部41和固定部42分别位于应变发生部43的左右两侧,平行导向梁44位于应变发生部43的上下部。
当所述罗伯瓦尔结构传感器在受载情况下时,应变发生部43的旋转中心A和几何中心B重合。
优选地,本实施例中,应变发生部43为一个中空的空腔体,应变发生部43呈“H”型,将应变检测元件30分别安装在平行导向梁44的上端面和下端面,位于平行导向梁的上梁44a和下梁44b上,且分别与应变发生部43的上部43a和下部43b的位置对应。应变发生部43的上部43a平行地偏向固定部42。
在典型的罗伯瓦尔结构传感器基础上,通过平移应变发生部43的位置可调整弹性元件20上下梁的刚度。将上梁44a的应变发生部的上部43a向固定部42平移,降低了上梁的刚度,即同样的载荷情况下,上梁的变形增加。
同理,平行导向梁44的下梁44b处,应变发生部43的下部43b向加载部41平移,使得非线性偏载误差往“正”方向补偿。
图4为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的旋转中心偏移对几何中心的作用原理示意图。
如图4所示,当平行导向梁44的上梁44a的变形增加,同时下梁44b的变形不变,此时弹性元件20的旋转中心A向下偏移,即向刚度大的方向偏移。弹性元件20受到偏载后,几何中心B会绕着旋转中心A旋转下降,等效于在传感器的正常加载变形的方向上叠加一个额外的力或者变形。此时传感器的输出会增大,从而使得非线性偏载误差往“正”方向补偿。
实施例二:
图5为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例二的结构示意图。
如图5所示,本发明提供了一种具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其包括:用于承载载荷的弹性元件40和多个用于检测变形的应变检测元件30,应变检测元件30安装在弹性元件40上。弹性元件40包括:加载部41、固定部42、应变发生部43和平行导向梁44,加载部41用于接收来自于连接件载荷,固定部42用于固定弹性元件40,应变发生部43用于将载荷转化为变形,平行导向梁44用于传递载荷并保持加载部41受载时平动。
应变发生部43由至少一个中空的空腔体组成,加载部41和固定部42分别位于应变发生部43的左右两侧,平行导向梁44位于应变发生部43的上下部。当所述罗伯瓦尔结构传感器在受载情况下时,应变发生部43的旋转中心A和几何中心B重合。优选地,本实施例中,应变发生部43为一个中空的空腔体,应变发生部43呈“H”型,将应变检测元件30分别安装在平行导向梁44的上端面和下端面,位于平行导向梁的上梁44a和下梁44b上,且分别与应变发生部43的上部43a和下部43b的位置对应。应变发生部43的上部43a平行地偏向加载部41。
位于平行导向梁44的上梁44a处,应变发生部43的上部43a向加载部41平移,提高了上梁的刚度,即同样的载荷情况下,上梁44a的变形减小。当上梁44a的变形减小,同时下梁44b的变形不变,此时弹性元件40的旋转中心A向上偏移,即向刚度大的方向偏移。弹性元件40受到偏载后,几何中心B会绕着旋转中心A旋转上升,等效于在传感器的正常加载变形的方向上反向叠加一个额外的力或者变形,此时传感器的输出会减小,从而使得非线性偏载误差往“负”方向补偿。
同理,也可以将下梁44b处,应变发生部43的下部43b的应变发生部向固定部42平移,使得非线性偏载误差往“负”方向补偿。
基于上述结构,针对所述罗伯瓦尔结构传感器的结构,结合更具体的结构尺寸进一步比较说明:
图6为现有技术中典型罗伯瓦尔结构传感器的结构尺寸示意图。
如图6所示,未经过补偿的罗伯瓦尔结构传感器,例如传感器的长度为120mm,应变发生部的中心距为40mm,应变发生部的厚度为0.91mm。当1.5kg待称量对象的偏心距离为60mm时,该罗伯瓦尔结构传感器的初始非线性偏载可达到+0.015g。对于150’000d显示精度的衡器而言,其偏心误差达到+1.5d即+0.030d/mm。
图7为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例二的结构尺寸示意图。
如图7所示,相应地,使用本申请技术方案的罗伯瓦尔结构传感器,传感器的外形尺寸保持不变。经过分析计算,对于该设计的罗伯瓦尔结构传感器,偏移应变片发生部对于非线性偏载误差的补偿量约为0.03g/mm。
如果完全补偿该设计的传感器的初始非线性偏载误差,那么需要将应变发生部的上部同时向加载部偏移0.5mm,或者将应变片发生部的下部同时向固定部偏移0.5mm。考虑到加工误差,经过补偿的传感器的非线性偏载误差可达到0.001g即0.1d。
实施例三:
图8为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例三的结构示意图。
如图8所示,本发明公开了具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其包括:用于承载载荷的弹性元件40和多个用于检测变形的应变检测元件30,应变检测元件30安装在弹性元件40上。弹性元件40包括:加载部41、固定部42、应变发生部43和平行导向梁44,加载部41用于接收来自于连接件载荷,固定部42用于固定弹性元件40,应变发生部43用于将载荷转化为变形,平行导向梁44用于传递载荷并保持加载部41受载时平动。
应变发生部43由至少一个中空的空腔体组成,加载部41和固定部42分别位于应变发生部43的左右两侧,平行导向梁44位于应变发生部43的上下部。当所述罗伯瓦尔结构传感器在受载情况下时,应变发生部43的旋转中心A和几何中心B重合。优选地,本实施例中,应变发生部43包括三个中空的空腔体,其中一个空腔体为第一应变发生部431,另外两个空腔体为第二应变发生部432,将第一应变发动部431设置在弹性元件40的中部,第二应变发生部432分别设置在第一应变发生部431的上下两侧。
进一步地,第一应变发生部431优选地呈花瓣状,第二应变发生部432优选地呈“凹”字型。应变检测元件30分别布置在第二应变发生部432内,且分别与第一应变发生部431的上部和下部的位置对应。
实施例四:
图9为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例四的结构示意图。
如图9所示,实施例四的结构与实施例三基本相同,其不同之处在于:第一应变发生部431优选为圆形,第二应变发生部432优选为呈“凹”字型,且第二应变发生部432的底部与第一应变发生部431的外表面形状相互匹配。应变检测元件30分别布置在第一应变发生部431内,且环绕第一应变发生部431。
实施例五:
图10为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例五的结构示意图。
如图10所示,实施例五的结构与实施例三基本相同,其不同之处在于:第一应变发生部431优选为正方形或矩形,第二应变发生部432优选为呈“凹”字型,且第二应变发生部432的底部与第一应变发生部431的外表面形状相互匹配。应变检测元件30分别布置在第一应变发生部431内。
实施例六:
图11为本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器的实施例六的结构示意图。
如图11所示,本发明公开了具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其包括:用于承载载荷的弹性元件40和多个用于检测变形的应变检测元件30,应变检测元件30安装在弹性元件40上。弹性元件40包括:加载部41、固定部42、应变发生部43和平行导向梁44,加载部41用于接收来自于连接件载荷,固定部42用于固定弹性元件40,应变发生部43用于将载荷转化为变形,平行导向梁44用于传递载荷并保持加载部41受载时平动。
应变发生部43由至少一个中空的空腔体组成,加载部41和固定部42分别位于应变发生部43的左右两侧,平行导向梁44位于应变发生部43的上下部。当所述罗伯瓦尔结构传感器在受载情况下时,应变发生部43的旋转中心A和几何中心B重合。
优选地,应变发生部43包括两个中空的空腔体,两个空腔件为两个上下对称分布的第三应变发生部433,应变检测元件30分别设置在第三应变发生部433内,且应变检测元件30相互上下对应。此处,第三应变发生部433呈“凹”字型。
上述实施例三至实施例六为基于罗伯瓦尔结构概念的变种传感器结构,它们都是在图2的典型的罗伯瓦尔结构传感器的框架内增加一些子结构,其抗偏载性能主要取决于罗伯瓦尔结构的设计,即平行导向梁44和应变发生部43的上部43a和下部43b。
由于弹性元件结构设计、加工精度以及安装方式的原因,这些变种的传感器的旋转中心和几何中心不可避免的出现不重合的情况,这样就造成了传感器的输出信号对加载位置较为敏感。
根据本申请技术方案的原理,调整应变发生部43的上部43a和下部43b的位置,或者调整平行导向梁44的上梁44a和下梁44b的厚度就可以调整传感器旋转中心的位置,使得旋转中心和几何中心重合,从而达到传感器输出信号对加载位置不敏感的目的。
根据实施例一至实施例六,基于上述刚度补偿理论的补偿方法都在本发明所涵盖的保护范围之内,在此不再赘述。
此外,本发明还提供了一种称重设备,其如上所述的具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器。
综上所述,本发明具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备,可以有效地补偿非线性偏载误差,通过调整弹性元件上下梁的刚度,使得具有罗伯瓦尔结构的传感器中心加载后的旋转中心和几何重合,从而从机械结构设计方面对非线性偏载误差进行了补偿。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这些仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式作出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其特征在于,所述具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器包括:用于承载载荷的弹性元件和多个用于检测变形的应变检测元件,所述应变检测元件安装在所述弹性元件上;
所述弹性元件包括:加载部,用于接收来自于连接件载荷;固定部,用于固定所述弹性元件;应变发生部,用于将载荷转化为变形;平行导向梁,用于传递载荷并保持所述加载部受载时平动;
所述应变发生部由至少一个中空的空腔体组成,所述加载部和所述固定部分别位于所述应变发生部的左右两侧,所述平行导向梁位于所述应变发生部的上下部;
当所述罗伯瓦尔结构传感器在受载情况下时,所述应变发生部的旋转中心和几何中心重合。
2.如权利要求1所述的具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其特征在于,所述应变发生部为一个中空的空腔体,所述应变发生部呈“H”型,所述应变检测元件分别安装在所述平行导向梁的上端面和下端面,且分别与所述应变发生部的上部和下部的位置对应。
3.如权利要求2所述的具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其特征在于,所述应变发生部的上部平行地偏向所述固定部,或者所述应变发生部的下部平行地偏向加载部。
4.如权利要求2所述的具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其特征在于,所述应变发生部的上部平行地偏向所述加载部,或者所述应变发生部的下部平行地偏向所述固定部。
5.如权利要求1所述的具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其特征在于,所述应变发生部包括三个中空的空腔体,其中一个空腔体为第一应变发生部,另两个空腔体为第二应变发生部,所述第一应变发动部设置在所述弹性元件的中部,所述第二应变发生部分别设置在所述第一应变发生部的上下两侧。
6.如权利要求5所述的具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其特征在于,所述第一应变发生部呈花瓣状,所述第二应变发生部呈“凹”字型;
所述应变检测元件分别布置在所述第二应变发生部内,且分别与所述第一应变发生部的上部和下部的位置对应。
7.如权利要求5所述的具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其特征在于,所述第一应变发生部为圆形,所述第二应变发生部呈“凹”字型,且所述第二应变发生部的底部与所述第一应变发生部的外表面形状相互匹配;
所述应变检测元件分别布置在所述第一应变发生部内,且环绕所述第一应变发生部。
8.如权利要求5所述的具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其特征在于,所述第一应变发生部为正方形或矩形,所述第二应变发生部呈“凹”字型,且所述第二应变发生部的底部与所述第一应变发生部的外表面形状相互匹配;
所述应变检测元件分别布置在所述第一应变发生部内。
9.如权利要求1所述的具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其特征在于,所述应变发生部包括两个中空的空腔体,两个空腔体为上下对称分布的第三应变发生部,所述应变检测元件分别设置在所述第三应变发生部内,且所述应变检测元件相互上下对应。
10.如权利要求9所述的具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器,其特征在于,所述第三应变发生部呈“凹”字型。
11.一种称重设备,其特征在于,所述称重设备包括如权利要求1-10任意一项所述的具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器。
CN202011224983.9A 2020-11-05 2020-11-05 具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备 Pending CN114441070A (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011224983.9A CN114441070A (zh) 2020-11-05 2020-11-05 具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备
US18/034,975 US20240003761A1 (en) 2020-11-05 2021-12-21 Load cell with roberval structure having anti-offset function, and weighing device
EP21848242.0A EP4241050A1 (en) 2020-11-05 2021-12-21 Load cell with roberval structure having anti-offset function, and weighing device
PCT/CN2021/139956 WO2022096028A1 (en) 2020-11-05 2021-12-21 Load cell with roberval structure having anti-offset function, and weighing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011224983.9A CN114441070A (zh) 2020-11-05 2020-11-05 具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114441070A true CN114441070A (zh) 2022-05-06

Family

ID=81360606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011224983.9A Pending CN114441070A (zh) 2020-11-05 2020-11-05 具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240003761A1 (zh)
EP (1) EP4241050A1 (zh)
CN (1) CN114441070A (zh)
WO (1) WO2022096028A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114935390A (zh) * 2022-05-17 2022-08-23 常州纺织服装职业技术学院 一种偏载误差补偿用称重测力传感器

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU3865485A (en) * 1984-02-13 1985-08-22 Mettler-Toledo, Inc. Load cell
US4799558A (en) * 1987-06-12 1989-01-24 Toledo Scale Corporation Digital load shift compensation
JPH01292225A (ja) * 1988-05-20 1989-11-24 Kyowa Electron Instr Co Ltd 荷重変換器
CN1068424A (zh) * 1991-07-02 1993-01-27 梅特勒-托利多有限公司 称量设备和方法
JPH07311101A (ja) * 1994-05-17 1995-11-28 Ishida Co Ltd 定格荷重可変型ロードセルの製造方法及び定格荷重可変型ロードセル
JPH07318439A (ja) * 1995-01-30 1995-12-08 Teraoka Seiko Co Ltd ロードセル
JPH09218080A (ja) * 1996-02-14 1997-08-19 Ishida Co Ltd 音叉式ロードセルとこれを用いた計量装置
CN1255628A (zh) * 1998-11-30 2000-06-07 株式会社岛津制作所 电子天平
JP2001074539A (ja) * 1999-08-31 2001-03-23 Shimadzu Corp 上皿はかり
CN1602415A (zh) * 2001-12-07 2005-03-30 尼尔斯·艾吉·朱尔·艾勒森 密封式载荷传感器
JP2005331459A (ja) * 2004-05-21 2005-12-02 Ishida Co Ltd 計量機構
CN1731114A (zh) * 2004-08-05 2006-02-08 株式会社百利达 测力计
CN101581600A (zh) * 2008-05-15 2009-11-18 梅特勒-托利多公开股份有限公司 具有偏心载荷误差调节功能的封装型称重传感器
CN101680798A (zh) * 2007-06-01 2010-03-24 梅特勒-托利多公开股份有限公司 特别地用于重量测量仪器的可调节平行引导机构
CN103207009A (zh) * 2012-01-11 2013-07-17 梅特勒-托利多公开股份有限公司 平行导向机构中的偏心负载误差调整的装置和方法
CN104903691A (zh) * 2012-11-12 2015-09-09 株式会社爱安德 罗伯瓦尔型测力传感器
CN104931118A (zh) * 2014-03-21 2015-09-23 梅特勒-托利多(常州)精密仪器有限公司 应变式称重传感器及其滞后补偿方法
CN207908024U (zh) * 2018-03-12 2018-09-25 天津市丽景微电子设备有限公司 一种三梁式称重传感器
CN213301532U (zh) * 2020-11-05 2021-05-28 梅特勒-托利多(常州)精密仪器有限公司 具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU3865485A (en) * 1984-02-13 1985-08-22 Mettler-Toledo, Inc. Load cell
US4799558A (en) * 1987-06-12 1989-01-24 Toledo Scale Corporation Digital load shift compensation
JPH01292225A (ja) * 1988-05-20 1989-11-24 Kyowa Electron Instr Co Ltd 荷重変換器
CN1068424A (zh) * 1991-07-02 1993-01-27 梅特勒-托利多有限公司 称量设备和方法
JPH07311101A (ja) * 1994-05-17 1995-11-28 Ishida Co Ltd 定格荷重可変型ロードセルの製造方法及び定格荷重可変型ロードセル
JPH07318439A (ja) * 1995-01-30 1995-12-08 Teraoka Seiko Co Ltd ロードセル
JPH09218080A (ja) * 1996-02-14 1997-08-19 Ishida Co Ltd 音叉式ロードセルとこれを用いた計量装置
CN1255628A (zh) * 1998-11-30 2000-06-07 株式会社岛津制作所 电子天平
JP2001074539A (ja) * 1999-08-31 2001-03-23 Shimadzu Corp 上皿はかり
CN1602415A (zh) * 2001-12-07 2005-03-30 尼尔斯·艾吉·朱尔·艾勒森 密封式载荷传感器
JP2005331459A (ja) * 2004-05-21 2005-12-02 Ishida Co Ltd 計量機構
CN1731114A (zh) * 2004-08-05 2006-02-08 株式会社百利达 测力计
CN101680798A (zh) * 2007-06-01 2010-03-24 梅特勒-托利多公开股份有限公司 特别地用于重量测量仪器的可调节平行引导机构
CN101581600A (zh) * 2008-05-15 2009-11-18 梅特勒-托利多公开股份有限公司 具有偏心载荷误差调节功能的封装型称重传感器
CN103207009A (zh) * 2012-01-11 2013-07-17 梅特勒-托利多公开股份有限公司 平行导向机构中的偏心负载误差调整的装置和方法
CN104903691A (zh) * 2012-11-12 2015-09-09 株式会社爱安德 罗伯瓦尔型测力传感器
CN104931118A (zh) * 2014-03-21 2015-09-23 梅特勒-托利多(常州)精密仪器有限公司 应变式称重传感器及其滞后补偿方法
CN207908024U (zh) * 2018-03-12 2018-09-25 天津市丽景微电子设备有限公司 一种三梁式称重传感器
CN213301532U (zh) * 2020-11-05 2021-05-28 梅特勒-托利多(常州)精密仪器有限公司 具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘九卿;: "平行梁型称重传感器的力学特性", 衡器, no. 06, 15 September 2009 (2009-09-15) *
胡钢墩;李慧迎;孙磊;: "C形腿测力传感器安装方法及动态特性的研究", 测控技术, no. 10, 18 October 2018 (2018-10-18) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114935390A (zh) * 2022-05-17 2022-08-23 常州纺织服装职业技术学院 一种偏载误差补偿用称重测力传感器
CN114935390B (zh) * 2022-05-17 2023-08-08 常州纺织服装职业技术学院 一种偏载误差补偿用称重测力传感器

Also Published As

Publication number Publication date
EP4241050A1 (en) 2023-09-13
WO2022096028A1 (en) 2022-05-12
US20240003761A1 (en) 2024-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2013361804B2 (en) Load cell with inclination compensation
EP0315846B1 (en) Self-stabilizing rocker pin load cell
US7788984B2 (en) Platform balance
US3927560A (en) Moment desensitization of load cells
EP0101425B1 (en) Shear beam load cell
RU2287795C1 (ru) Устройство для измерения составляющих векторов аэродинамической силы и момента
KR100413807B1 (ko) 병렬형6축힘-모멘트측정장치
GB2528897A (en) Low-profile load cell assembly
JP5084326B2 (ja) ロードセルユニットおよび計量装置
CN213301532U (zh) 具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备
CN114441070A (zh) 具有抗偏载功能的罗伯瓦尔结构传感器及称重设备
KR0170768B1 (ko) 응력 게이지 칭량 장치
JPS63273028A (ja) 重量検出装置
CN1162688C (zh) 电子天平
US20060191355A1 (en) Platform balance
US20050120808A1 (en) Platform balance
RU2247952C2 (ru) Силоизмерительное устройство
US4580645A (en) Constant moment weigh scale with misalignment compensator
US4757867A (en) Single load cell weighing systems
Brüge et al. The influence of misalignment on torque transducers
US20050023048A1 (en) Load cell
SU1303839A1 (ru) Весы дл взвешивани транспортных средств
RU2179306C1 (ru) Устройство для определения веса автомобиля
KR0173199B1 (ko) 3분력 힘센서
KR890000578Y1 (ko) 로드셀

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination