CS265254B1

CS265254B1 - Compensated load cell

Info

Publication number: CS265254B1
Application number: CS866882A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Ing Barton; Miroslav Ing Csc Mirsch
Original assignee: Miroslav Ing Barton; Mirsch Miroslav
Priority date: 1986-09-24
Filing date: 1986-09-24
Publication date: 1989-10-13
Also published as: CS688286A1

Abstract

účelem kompenzovaného siloměru je při dostatečné tuhosti a malé hmotnosti přenést a současně vyloučit působení parazitních zatěžovacích momentů na údaj siloměru. Uvedeného účelu se 'dosáhne měrným členem válcového typu s natmelenými polovodičovými tenzometry, které jsou napájeny ze zdroje proudu a jejich signál je vyhodnocován zapojením podle řešení.The purpose of a compensated load cell is to transfer and simultaneously eliminate the effect of parasitic load moments on the load cell reading with sufficient rigidity and low weight. The stated purpose is achieved by a cylindrical measuring element with cemented semiconductor strain gauges, which are powered from a current source and their signal is evaluated by wiring according to the solution.

Description

Vynález ae týká kompenzovaného siloměru s polovodičovými tenzometry.The invention relates to a compensated load cell with semiconductor strain gauges.

Jsou známy tenzometrické snímače, které se používají pro měření síly v tahu nebo tlaku. Snímače bývají často zapojeny v silovém řetězci, který kromě osové síly přenáší i ohybové momenty. Tyto ohybové momenty se musejí přenášet i přes vlastní snímač, přičemž se požaduje, aby působily minimální chybu údaje.Strain gauge sensors are known which are used to measure tensile or compressive forces. Sensors are often connected in a power chain that transmits bending moments in addition to the axial force. These bending moments must be transmitted via the sensor itself, and are required to cause a minimum reading error.

Při požadavku na tuhé silové řetězce se zpravidla měrný člen řeší jako válcové těleso, které je namáhané na tah nebo tlak. Přenos ohybových momentů a parazitních sil je řešen zpravidla pomocí masivního krytu a systému středících membrán. Účelem těchto pomocných prvků je dosáhnout rovnoměrného zatížení v celém průřezu měrného členu, což je potřebné pro zachování lineárních vztahů při tenzoraetrech, zapojených běžným způsobem do Whrastonova můstku.In the case of the requirement for rigid power chains, the measuring member is usually designed as a cylindrical body which is subjected to tension or pressure. Transmission of bending moments and parasitic forces is usually solved by means of a massive cover and a system of centering membranes. The purpose of these auxiliary elements is to achieve a uniform load over the entire cross-section of the measuring element, which is necessary to maintain linear relationships in tensor meters connected in the conventional manner to the Whraston bridge.

Nedostatkem takových konstrukcí je především jejich značná hmotnost a při větších nárocích na přenos ohybových mo2The drawbacks of such constructions are, in particular, their considerable weight and, in the case of greater demands on the transfer of bending mo2

265 254 mentů vysoká tuhost středících membrán, která působí parazitně na vlastní měrný člen.265 254 Ments high stiffness of the centering membranes, which acts parasitically on the measuring element itself.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny řešením dle vynálezu, jímž je kompenzovaný siloraěr s polovodičovými tenzometry, který sestává z měrného členu válcového tvaru, osazeného dvojicí podélných a příčných tenzometrů ve společné rovině řezu.These drawbacks are overcome by the solution according to the invention, which is a compensated load cell with semiconductor strain gauges, which consists of a measuring element of cylindrical shape, fitted with a pair of longitudinal and transverse strain gauges in a common cutting plane.

Jeho podstata spočívá v tom, že dvojice podélných tenzometrů je připojena paralelně k první dvojici odporů a jedním krajním vývodem je připojena k výstupu proudového zdroje a vstupu oddělovacího členu. Druhý krajní vývod je spojen se vstupem zesilovače a dvojicí příčných tenzometrů, k níž je paralelně připojena druhá dvojice odporů. Výstup oddělovacího členu je spojen s prvním vstupem kompenzačního členu a prvním vstupem diferenciálního zesilovače. Výstup zesilovače je spojen druhým vstupem kompenzačního členu a druhým vstupem diferenciálního zesilovače, jehož výstup je spojen s výstupem silomeru. Výstup kompenzačního členu je spojen se vstupem proudového zdroje.Its essence is that a pair of longitudinal strain gauges is connected in parallel to the first pair of resistors and is connected to the output of the power source and the input of the isolating member with one extreme outlet. The other extreme terminal is connected to the amplifier input and a pair of transverse strain gauges to which a second pair of resistors is connected in parallel. The output of the decoupling element is coupled to the first input of the compensating element and the first input of the differential amplifier. The output of the amplifier is connected by the second input of the compensating member and the second input of the differential amplifier, the output of which is connected to the output of the load cell. The output of the compensating element is connected to the input of the power supply.

Předností snímače dle vynálezu je především to, že pro svou činnost nepotřebuje rovnoměrné rozložení mechanického napětí v průřezu měrného členu, a tudíž není nutno snímače vybavovat pro dosažení správné činnosti masivními kryty a středícími membránami, což má za následek podstatné snížení hmotnosti. Výhoda snížení hmotnosti při velké tuhosti snímače se projeví především při dynamickém provozu zatěžovacího řetězce, při němž by hmotný siloměr mohl nepříznivě ovlivňovat průběh zatěžovací síly.The advantage of the sensor according to the invention is that it does not need uniform distribution of mechanical stress in the cross-section of the measuring element and therefore it is not necessary to equip the sensors with solid covers and centering membranes for proper operation, which results in significant weight reduction. The advantage of weight reduction with high stiffness of the sensor is manifested especially in the dynamic operation of the load chain, in which the load cell could adversely affect the course of the load force.

265 254265 254

Vynález je objasněn s pomocí přiložených obrázků, přičemž na obr. 1 je v pohledu a řezu schematicky znázorněno uspořádání podélných a příčných tenzometrů a na obr. 2 je schéma zapojení zařízení dle vynálezu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a diagrammatic view of a longitudinal and transverse strain gauge arrangement, and FIG.

Na obr. 1 je znázorněna dvojice podélných tenzometrů 2 natmelených na opačných stranách válcového povrchu měrného členu 1. Ve stejné rovině kolmého řezu, ale pootočena o 90° je natmelena dvojice příčných tenzometrů 3* Připojení tenzometrů je patrné z obr. 2. Dvojice podélných tenzometrů 2 je připojena paralelně k první dvojici odporů 4 a jedním krajním vývodem je připojena k výstupu proudového zdroje 8 a vstupu oddělovacího členu 2» druhým krajním vývodem je spojena se vstupem zesilovače 6 a s dvojicí příčných tenzometrů 3, k níž je paralelně připojena druhá dvojice odporů 5,Fig. 1 shows a pair of longitudinal strain gauges 2 cemented on opposite sides of the cylindrical surface of the measuring member 1. In the same plane of perpendicular section, but rotated by 90 ° a pair of transverse strain gauges 3 is cemented. 2 is connected in parallel to the first pair of resistors 4 and is connected to the output of the power supply 8 and the input of the separating member 2 by one extreme terminal. The other terminal is connected to the amplifier input 6 and to the pair of transverse strain gauges 3. ,

Výstup oddělovacího členu 7 je spojen s prvním vstupem 91 kompenzačního členu 9 a prvním vstupem 101 diferenciálního zesilovače 10.The output of the separating member 7 is connected to the first input 91 of the compensation member 9 and the first input 101 of the differential amplifier 10.

Výstup zesilovače 6 je spojen s druhým vstupem 92 kompenzačního členu 2 ^a druhým vstupem 102 diferenciálního zesilovače 10, jehož výstup je spojen s výstupem siloměru 11. Výstup kompenzačního členu 2 3® spojen se vstupem proudového zdroje 8.The output of the amplifier 6 is connected to the second input 92 of the compensating member 2 ^{and the} second input 102 of the differential amplifier 10, the output of which is connected to the output of the load cell 11. The output of the compensating member 23 is connected to the input of the current source 8.

Kompenzovaný siloměr dle vynálezu pracuje tak, že proudový zdroj 8 napájí budícím proudem dvojici podélných tenzometrů 2 a dvojici příčných tenzometrů 3. Nelineární závislosti tenzometrů jsou kompenzovány po řadě první dvojicí odporů 4 a druhou dvo4The compensated load cell according to the invention operates in that the current source 8 supplies a pair of longitudinal strain gauges 2 and a pair of transverse strain gauges 3 with an excitation current. Non-linear strain gauges are compensated in series by the first pair of resistors 4 and the second two

265 254 jicí odporů 5· Úbytek napětí na dvojici příčných odporů 3 se zesiluje v zesilovači 6, úbytek napětí na sériové kombinaci dvojice podélných tenzometrů 2 a dvojice příčných tenzometrů 3 se přivede na oddělovací člen 7.• The voltage drop across the pair of transverse resistors 3 is amplified in the amplifier 6, the voltage drop across the series combination of the pair of longitudinal strain gauges 2 and the pair of transverse strain gauges 3 is applied to the isolation member 7.

Při vyvození síly na siloměr se na výstupu zesilovače 6 projeví změna napětí v jednom směru, na výstupu oddělovacího členu 7 změna napětí v opačném směru. Tato napětí jsou přivedena na první vstup 101 a druhý vstup 102 diferenciálního zesilovače 10, a na jeho výstupu se objeví napětí úměrné působící síle. Napětí z oddělovacího členu 7 a zesilovače 6 se současně po řadě přivádí na první vstup 91 a druhý vstup 92 kompenzačního členu 9. První vstup 91 a druhý vstup 92 působí ve stejné fázi, přičemž lze o sobě známým způsobem dosáhnout vhodného stupně vlivnosti napětí z výstupu oddělovacího členu 7 a zesilovače 6.When a force is applied to the load cell, a change in voltage in one direction occurs at the output of the amplifier 6, and a change in voltage in the opposite direction at the output of the isolating member 7. These voltages are applied to the first input 101 and the second input 102 of the differential amplifier 10, and a voltage proportional to the applied force appears at its output. The voltage from the decoupling member 7 and the amplifier 6 is simultaneously applied to the first input 91 and the second input 92 of the compensating member 9 respectively. a separating member 7 and an amplifier 6.

Na výstupu kompenzačního členu % se objeví napětí, které je funkcí váhového součtu napětí prvního vstupu 91 a druhého vstupu 92. Toto napětí je v jednoduchém funkčním vztahu k napěťovému úbytku na dvojici podélných tenzometrů 2 a dvojici příčných tenzometrů 2« oproštěnému o složku úměrnou měřené síle. Napěťový úbytek na tenzometrech je úměrný napájecímu proudu a odporu tenzometrů, který je funkcí teploty.At the output of the compensating member, a voltage appears as a function of the sum of the voltages of the first input 91 and the second input 92. This voltage is in a simple functional relationship to the voltage drop across a pair of longitudinal strain gauges 2 and a pair of transverse strain gauges 2 . The voltage drop on strain gauges is proportional to the supply current and strain gauge resistance, which is a function of temperature.

Je tudíž i napětí na výstupu kompenzačního členu _9 funkcí teploty a při připojení na vstup proudového zdroje 8 je tento závislý na teplotě.Thus, the voltage at the output of the compensation element 9 is also a function of temperature and when connected to the input of the power source 8, it is temperature-dependent.

Vhodným nastavením kompenzačního členu £ lze dosáhnout v tomto uspořádání nezávislostí citlivosti siloměru na teplotě.By appropriately adjusting the compensating member 6, the temperature sensitivity of the load cell can be achieved in this arrangement.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

265 254. _{in the} compensated load cell with a semiconductor strain gauge, consisting of a measuring element of cylindrical shape mounted a pair of longitudinal and transverse strain gauges in a common cutting plane, characterized in that the pair of longitudinal strain gauges (2) is connected in parallel to the first pair of resistors (4) and one outermost outlet it is connected to the output of the current source (8) and the input of the separating member (7), the second extreme outlet is connected to the input of the amplifier (6) and a pair of transverse strain gauges (3) to which the output of the separating member (7) is connected to the first input (91) of the compensation member (9) and the first input (101) of the differential amplifier (10) and the output of the amplifier (6) is connected to the second input (92) of the compensation member (9); a second input (102) of a differential amplifier (10), the output of which is connected to the output of the load cell (11) and the output of the compensating member (9) is connected with current source input (8).