DE3704584A1 - Kraftsensor bzw. bezugsfrequenzgeber - Google Patents
Kraftsensor bzw. bezugsfrequenzgeberInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftsensor der im Oberbegriff des Patent
anspruchs 1 angegebenen Art bzw. auf einen Bezugsfrequenzgeber der im Ober
begriff des Patentanspruchs 7 angegebenen Art.
Es ist bekannt, Beschleunigungen und Drücke mittels eines als Schwingbalken
oder Schwingsaite ausgebildeten Schwinggliedes zu messen, welches an den
beiden Enden mit den entsprechenden Axialkräften beaufschlagt wird. In unbe
lastetem Zustand weist ein Schwingbalken eine bestimmte Eigenfrequenz auf,
welche hauptsächlich von seinen Abmessungen, dem Schwingbalkenmaterial,
seiner Temperatur und dem Medium, in welchem er arbeitet, abhängt und
sich bei axialer Belastung ändert, nämlich mit wachsender Zugspannung ansteigt
und mit wachsender Druckspannung abfällt. Schwingsaiten werden entsprechend
den zu messenden axialen Druckkräften vorgespannt, so daß sich ihre entspre
chende Eigenfrequenz bei Beaufschlagung der beiden Enden mit axialen Zug-
oder Druckkräften ebenfalls in der besagten Weise ändert, um als Maß für
die jeweils einwirkenden Axialkräfte zu dienen.
Zur Erzielung genauer Meßergebnisse muß die jeweilige Frequenz der Schwin
gungen des Schwinggliedes solcher Kraftsensoren seiner jeweiligen axialen
Belastung bzw. den aufgebrachten Axialkräften genau entsprechen. Dieses
ist im Hinblick darauf, daß das Schwingglied irgendwie montiert werden muß,
schwierig zu gewährleisten, weil das montierte Schwingglied Energie an die
Halterungen verliert, so daß der Kraftsensor insgesamt weniger wirksam und
sein Gütefaktor Q vermindert ist, welcher das Verhältnis der im Schwingungs
system des Kraftsensors gespeicherten Energie zum Energieverlust darstellt.
Der Gütefaktor Q sollte aus verschiedenen Gründen hoch sein. So muß beim
Kraftsensorbetrieb das Schwingglied in Schwingungen versetzt und gehalten
werden, wozu elektrische Energie benötigt wird, und zwar um so mehr, je
mehr Schwingungsenergie das Schwingungssystem während des Betriebs ver
liert. Wenn jedoch mit einem relativ hohen Niveau elektrischer Energie gear
beitet werden muß, dann besteht die Gefahr, daß es sich schädlich auf den
Kraftsensor selbst oder auf andere in dessen Nähe befindliche Instrumente
auswirkt. Außerdem verringern solche hohen Energieniveaus die Genauigkeit
des Kraftsensors, weil Variationen oder Fehler der Energiezufuhr größere Fre
quenzabweichungen des Schwinggliedes bewirken. Weiterhin hat ein hoher Ener
gieverlust des Schwingungssystems zur Folge, daß bei einem kurzzeitigen und
unerwarteten Ausfall der elektrischen Energiequelle die Schwingungen des
Schwinggliedes schnell abklingen, so daß sich beim neuerlichen Wirksamwerden
der Energiequelle ungenaue Frequenzangaben ergeben.
Bei Instrumenten mit einem einzigen Schwingglied ist letzteres unmittelbar
mit der Halterung gekoppelt, so daß seine Frequenz von strukturellen Resonan
zen desjenigen Bauteils beeinflußt wird, an welchem das Schwingglied ange
bracht ist, was die Funktionsweise des Schwinggliedes weiterhin beträchtlich
verschlechtern kann, insbesondere den Betriebsfrequenzbereich begrenzt und
die Frequenzstabilität verringert. Darüberhinaus ist dann das Schwingglied
gegenüber äußeren Schwingungen empfindlich, welche auf das Gehäuse bei
einer der Resonanzfrequenzen desselben einwirken, und wird dann sein Tempe
raturkoeffizient der Frequenz durch den Gehäusetemperaturkoeffizienten be
einflußt.
Um die geschilderten Nachteile zu vermeiden, kann man mit zwei Schwing
gliedern arbeiten, welche theoretisch im Gegentakt schwingen. Die beiden
gleich großen Schwingglieder, wobei es sich um Schwingbalken oder um Schwing
saiten handeln kann, werden parallel zueinander montiert und schwingen im
Idealfall so, daß sie sich simultan aufeinander zu bzw. voneinander weg bewe
gen, was zur Eliminierung von Auswirkungen an den Enden führt. Jedoch sind
mit solchen Kraftsensoren in praxi Schwierigkeiten verbunden. Wenn die beiden
Schwingglieder nicht gleich belastet werden, dann ergeben sich unterschiedliche
Frequenzverschiebungen infolge der von außen aufgebrachten Axialkräfte und
statt einer einzigen, wohldefinierten Resonanzfrequenz je eine Resonanzfre
quenz für jedes Schwingglied, was die Frequenz/Kraft-Kennlinie verändern
und manchmal dazu führen kann, daß der Verstärkungsgrad des elektronischen
Treibers für die Schwingglieder unter 1 abfällt, was dazu führt, daß die Schwing
glieder nicht mehr erregt werden, um zu schwingen. Darüberhinaus hängen
die Eliminierungseffekte der beiden Schwingglieder davon ab, daß ihre Abmes
sungen einander genau entsprechen. Sie verringern sich, wenn dieses nicht
der Fall ist.
Festzuhalten bleibt also, daß im Idealfall die Schwingungen des Schwingglieds
und seine Schwingungsänderungen von seiner Halterung vollkommen unbeein
flußt sein sollten, so daß die Schwingungsänderungen in direkter Beziehung
zu den aufgebrachten Axialkräften sind. Dann ist der entsprechende Kraftsensor,
welcher beispielsweise zur Beschleunigungsmessung oder zur Druckmessung
verwendet werden kann, genau und zuverlässig.
Kraftsensoren bzw. Bezugsfrequenzgeber nach dem Oberbegriff des Patentan
spruchs 1 bzw. 7 sind bekannt (US-PS 34 70 400). Dabei sind die Isolatormassen
über zwei Paare zueinander paralleler Isolatorfedern mit dem einen bzw. mit
dem anderen äußeren Halter verbunden. Obwohl diese Instrumente zufrieden
stellend arbeiten, ist der Gütefaktor Q für manche Anwendungen nicht groß
genug. Vermutlich ist dieses darauf zurückzuführen, daß das Schwingglied
deswegen zuviel Energie an seine beiden äußeren Halter verliert, weil die
Isolatormassen nicht frei genug schwingen können. Die beiden Isolatorfeder
paare, welche jeweils am einen bzw. am anderen der beiden die Isolatormassen
tragenden Supporte angreifen, verhindern nämlich jegliches Drehen der letzte
ren. Wenn es auch theoretisch nicht erforderlich ist, daß die Isolatormassen
sich beträchtlich drehen, weil sie so gestaltet und positioniert sind, daß alle
derartigen Schwingungen eliminiert werden, so läßt sich doch ein solch genauer
Abgleich in praxi nur schwierig verwirklichen, weil dafür sehr genaue geome
trische Bedingungen eingehalten werden müssen. Darüberhinaus führt die für
einen vollkommenen Abgleich erforderliche Isolatormassengeometrie gewöhn
lich zu anderen Schwierigkeiten, wie beispielsweise geringer Isolatorsteifheit,
störenden Resonanzen oder beidem.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftsensor bzw. Bezugs
frequenzgeber der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 7 angegebenen
Art zu schaffen, welcher im Hinblick auf die Entkoppelung bzw. Isolierung
des Schwinggliedes von seinen beiden äußeren Haltern in seinem Betriebsfre
quenzbereich noch weiter verbessert ist, so daß Energieverluste noch weiter
reduziert sind.
Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1
bzw. 7 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfin
dungsgemäßen Kraftsensors bzw. Bezugsfrequenzgebers sind in den restlichen
Patentansprüchen angegeben.
Beim erfindungsgemäßen Kraftsensor bzw. Bezugsfrequenzgeber ist zwischen
jedem Halter des Schwinggliedes und dem Support am benachbarten Ende des
selben nur eine dünne Isolatorfeder vorgesehen, bei welcher es sich um ein
blattfederartiges elastisches Element handelt. Beim Kraftsensor sind die beiden
Supporte jeweils mit einem Paar von Isolatormassen versehen, welche jeweils
als massive Stange vom einen bzw. anderen Ende des zugehörigen Supports
auf den anderen Support zu ragen, so daß der Schwerpunkt jedes Isolatormassen
paares im Schwingglied liegt oder seine Projektion auf demselben liegt, während
beim Bezugsfrequenzgeber nur zwei Isolatormassen vorgesehen sind, welche
sich beiderseits des Schwinggliedes von den beiden Enden des einen Supportes
zu den beiden Enden des anderen Supportes am einen bzw. am anderen Ende
des Schwinggliedes erstrecken. Beim Kraftsensor bilden die Isolatormassen
und die beiden Isolatorfedern Resonanzkombinationen, welche durch die End
kräfte und -momente des Schwinggliedes in Schwingungen versetzt werden,
wobei durch richtige Anpassung der Isolatormassen und Isolatorfedern entspre
chend den Eigenschaften des Schwinggliedes letzteres annähernd vollständig
von seinen Haltern in seinem Betriebsfrequenzbereich entkoppelt werden kann.
Eine solche Entkoppelung wird auch beim Bezugsfrequenzgeber erzielt. Das
Schwingglied kann als Schwingbalken oder als Schwingsaite ausgebildet sein.
Beim erfindungsgemäßen Kraftsensor ermöglichen die beiden einzelnen dünnen
Isolatorfedern, welche die beiden Supporte und die beiden Halter des Schwing
gliedes miteinander verbinden, daß die Isolatormassen an den Supporten sich
im Betrieb des Kraftsensors drehen und translatorisch verschieben können,
wodurch auf die Halter geringere Kräfte übertragen werden. Das gesamte
Schwingungssystem aus Isolatormassen und Schwingglied kann noch ähnlicher
einem freien Schwingungssystem schwingen, also als ob es aufgehängt im Raum
schwingen würde, selbst wenn der Kraftsensor mit geringem Fehlabgleich her
gestellt ist. Vom Schwingglied wird weniger Schwingungsenergie zu den beiden
äußeren Haltern übertragen, und zwar sowohl dann, wenn alle Isolatormassen
identisch und bezüglich des Schwinggliedes symmetrisch angeordnet sind, so
daß sich die Schwerpunktslage gemäß US-PS 34 70 400 ergibt, als auch dann,
wenn die Isolatormassen nicht genau identisch sind und einen fehlangepaßten,
asymmetrischen Aufbau sowie eine andere Schwerpunktslage ergeben. Solche
asymmetrischen Strukturen können sich zufällig, beispielsweise aufgrund von
Herstellungsungenauigkeiten, ergeben oder aber auch absichtlich angewendet
werden, da ein asymmetrisches Isolatormassendesign die Schwingungsisolierung
erhöht, weil die unabgeglichenen Schwingungen der asymmetrischen Isolator
massenpaare als Sperre für die Übertragung der Schwingungen des Schwing
gliedes zu den Haltern wirkt.
Nachstehend sind zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftsensors
anhand von Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 perspektivisch eine erste Ausführungsform;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Kraftsensors gemäß Fig. 1 beim Schwingen;
und
Fig. 3 perspektivisch eine zweite Ausführungsform.
Der dargestellte Kraftsensor 10 weist zwei äußere Halter 12, 14 mit je zwei
zueinander parallelen Ausnehmungen 13 bzw. 15 auf, welche ein Biegegelenk
bilden. Die Halter 12, 14 werden an Aufnehmern angebracht, um entlang der
angegebenen Eingangsachse mit Axialkräften beaufschlagt zu werden. Weiterhin
ist ein Schwingglied vorgesehen, welches als Schwingbalken 16 ausgebildet
ist, der sich zwischen zwei quer zu seiner Längsachse verlaufenden Supporten
18, 20 erstreckt. Der Kraftsensor 10 kann beispielsweise zur Beschleunigungs
messung oder Druckmessung verwendet werden, wobei die Halter 12, 14 mit
entsprechenden Axialkräften beaufschlagt werden.
Um den Schwingbalken 16 bei seinen Betriebsfrequenzen von den beiden äußeren
Haltern 12, 14 zu entkoppeln bzw. zu isolieren, deren Biegegelenkachsen parallel
zueinander verlaufen und quer zur Eingangsachse orientiert sind, sind die beiden
Supporte 18, 20 jeweils über eine einzelne dünne Isolatorfeder 22 bzw. 26
mit dem benachbarten Halter 12 bzw. 14 verbunden und mit einem Paar von
Isolatormassen 30, 32 bzw. 34, 36 versehen, welche sich vom einen bzw. anderen
Ende des zugehörigen Supportes 18 bzw. 20 im wesentlichen parallel zur Längs
achse des Schwingbalkens 16 entlang desselben erstrecken und deren Längen
sowie anderen Abmessungen von den Eigenschaften des Schwingbalkens 16
abhängen, wobei jedoch sowohl die beiden auf der einen als auch die beiden
auf der anderen Seite des Schwingbalkens 16 sich erstreckenden Isolatormassen
30, 34 bzw. 32, 36 im Abstand voneinander angeordnet sind. Die in Richtung
der Eingangsachse auf die Halter 12, 14 einwirkenden Zug- oder Druckkräfte
werden über die Isolatorfedern 22, 26 auf den Schwingbalken 16 übertragen.
Der Kraftsensor 10 kann einstückig ausgebildet sein und aus jedem geeigneten
Material, einschließlich Metall, bestehen. Im dargestellten Fall ist er aus einem
Quarzblock oder einem Block eines anderen piezoelektrischen Materials durch
spanabhebende Bearbeitung hergestellt.
Um den Schwingbalken 16 als Dickenscherungsschwinger anzutreiben, ist er
mit zwei Paaren einander gegenüberliegender Elektroden 38, 40 und 42, 44
beschichtet, wobei die beiden Elektroden 38, 40 bzw. 42, 44 jedes Paares die
eine bzw. die andere Breitseite des Schwingbalkens 16 über eine bestimmte
Länge bedecken. Dabei ist die Dicke der Elektroden 38, 40, 42 und 44 so ge
wählt, daß sie das Schwingen des Schwingbalkens 16 nicht behindert, und be
stehen die Elektroden 38, 40, 42 und 44 aus Metall oder einem anderen Material
hoher Leitfähigkeit. Die beiden Elektrodenpaare 38, 40 und 42, 44 sind über
zwei Leitungen 46, 48 mit einem nicht dargestellten elektronischen Oszillator
verbunden, wobei die eine Leitung 46 an die in den Zeichnungen obere Elektrode
38 des einen Elektrodenpaars 38, 40 und an die untere Elektrode 44 des anderen
Elektrodenpaars 42, 44 angeschlossen ist, während die andere Leitung 48 zu
der in den Zeichnungen unteren Elektrode 40 des einen Elektrodenpaars 38, 40
und zur oberen Elektrode 42 des anderen Elektrodenpaars 42, 44 führt, so
daß die elektrische Erregung durch den Oszillator entgegengesetzt gerichtete
elektrische Felder quer durch den Schwingbalken 16 an entlang von dessen
Längsachse im Abstand voneinander befindlichen Stellen bewirkt und die Schwing
balken 16 schwingt. Allerdings kann der Schwingbalken 16 auch anders als
auf diese Art und Weise gemäß US-PS 34 79 536 in Schwingungen versetzt
werden.
Wenn auch die Isolatormassen 30, 32, 34 und 36 im dargestellten Fall jeweils
einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und im wesentlichen parallel zum
Schwingbalken 16 verlaufen, so ist dieses doch nicht unbedingt erforderlich,
ebenso wenig wie jedes Isolatormassenpaar 30, 32 bzw. 34, 36 zusammen mit
dem zugehörigen Support 18 bzw. 20 unbedingt ein rechteckiges U-Profil bilden
muß, sondern vielmehr auch beispielsweise ein gekrümmtes U-Profil bilden
kann.
In Fig. 2 ist der Kraftsensor 10 gemäß Fig. 1 mit ausgezogenen Linien in einer
Extremstellung beim Schwingen und mit gestrichelten Linien in der Ruhestellung
dargestellt, wobei die Ausnehmungen 13 des Halters 12, die Ausnehmungen
15 des Halters 14, die Elektroden 38, 40, 42 und 44 des Schwingbalkens 16
und deren elektrische Leitungen 46, 48 weggelassen sind.
Wenn das aus dem Schwingbalken 16, den beiden Supporten 18, 20 und den
vier Isolatormassen 30, 32, 34 und 36 bestehende primäre Schwingungssystem
des Kraftsensors 10 gemäß Fig. 1 im Raum aufgehängt wäre und in Schwingun
gen versetzt würde, dann würden sich die beiden in Fig. 2 angegebenen Punkte
A, B des einen Supports 18 bzw. des anderen Supports 20 jeweils in der Zeich
nungsebene von Fig. 2 sowohl in Richtung der eingezeichneten X-Achse als
auch in Richtung der dazu senkrechten, ebenfalls eingezeichneten Y-Achse
bewegen. Zwar schränken die beiden jeweils am Punkt A bzw. B am Support
18 bzw. 20 angreifenden Isolatorfedern 22, 26 die Bewegungsmöglichkeiten
der beiden Supporte 18, 20 so ein, daß sie sich jeweils nur um einen Winkel
0 aus der Ruhestellung im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn drehen
sowie nur um eine Strecke D aus der Ruhestellung senkrecht nach unten und
nach oben translatorisch verschieben können, jedoch gelangt dennoch weniger
Drehenergie vom Schwingbalken 16 zu den beiden Haltern 12, 14 als beim
Kraftsensor gemäß US-PS 34 70 400 mit zwei lsolatorfederpaaren, welche
ein derartiges Isolatormassendrehen verhindern.
Beim Kraftsensor 10 gemäß Fig. 1 und 2 sind die beiden lsolatormassen 30, 32
am einen Ende des Schwingbalkens 16 identisch, ebenso wie die beiden Isolator
massen 34, 36 am anderen Ende des Schwingbalkens 16, so daß sich jeweils
eine symmetrische Struktur ergibt und der Schwerpunkt jedes Isolatormassen
paares 30, 32 bzw. 34, 36 annähernd in der Ebene des Schwingbalkens 16 liegt.
Jedoch lassen sich Momente auch unter Verwendung von unterschiedlichen
bzw. asymmetrischen lsolatormassen 30, 32, 34 und 36 ausschalten, wie bei
dem Kraftsensor 10 gemäß Fig. 3 vorhanden. Dessen obere Isolatormasse 30
am einen Ende des Schwingbalkens 16 weist eine andere Größe und somit
Masse als dessen untere Isolatormasse 32 an demselben Schwingbalkenende
auf, was genauso bei dem Isolatormassenpaar 34, 36 am anderen Ende des
Schwingbalkens 16 der Fall ist. Die asymmetrische Struktur jedes Isolatormassen
paares 30, 32 bzw. 34, 36 läßt sich mit vielerlei Formgebungen für die Isolator
massen 30, 32, 34 und 36 verwirklichen. Wenn auch an sich zu erwarten ist,
daß eine solche fehlende gegenseitige Isolatormassenanpassung den Gütefaktor
Q vermindert, so werden doch andere vorteilhafte Auswirkungen erzielt. Ins
besondere bewirkt die Isolatormassenfehlanpassung eine geringfügige Verstim
mung jedes Isolatormassenpaares 30, 32 bzw. 34, 36, so daß es weniger wahr
scheinlich ist, daß die Resonanzfrequenz des Schwingbalkens 16 derjenigen
der Isolatormassenpaare 30, 32 und 34, 36 entspricht, was mit einer erhöhten
Schwingungsübertragung zu den Haltern 12, 14 verbunden wäre und daher un
erwünscht ist. Vielmehr wirkt das Schwingen jedes Isolatormassenpaares 30, 32
bzw. 34, 36 als Sperre gegenüber der Übertragung von Schwingungen vom
Schwingbalken 16 zu den Haltern 12, 14 des Kraftsensors 10 gemäß Fig. 3,
so daß ein hoher Gütefaktor Q desselben dennoch gewährleistet ist.
Zusätzlich zu den bereits erwähnten Möglichkeiten können die dargestellten
und geschilderten Ausführungsformen auch noch in anderen Richtungen abge
wandelt werden. So ist es beispielsweise nicht unbedingt erforderlich, den
Schwingbalken 16 vorzusehen, sondern kann statt dessen auch eine Schwingsaite
als Schwingglied verwendet werden.
Ferner ist es möglich, die Erfindung bei einem Bezugsfrequenzgeber zu ver
wirklichen. Dieser ergibt sich aus dem Kraftsensor 10 gemäß Fig. 1 und 2
bzw. dem Kraftsensor gemäß Fig. 3 dann, wenn die beiden Isolatormassen 30,
34 auf der einen Seite des Schwingbalkens 16 und die beiden Isolatormassen
32, 36 auf der anderen Seite des Schwingbalkens 16 jeweils zu einer durchge
henden, sich von der einen Isolatorfeder 22 zur anderen Isolatorfeder 26 er
streckenden Isolatormasse vereinigt werden, so daß auf die beiden äußeren
Halter 12, 14 einwirkende axiale Zug- oder Druckkräfte von den beiden großen
Isolatormassen und nicht vom Schwingbalken 16 aufgenommen werden und
dessen Eigenfrequenz nicht ändern. Auch bei einer solchen Konstruktion ver
mittelt die Erfindung dieselbe Isolierung zwischen dem Schwingbalken 16 und
den Haltern 12, 14.
Claims (10)
1. Kraftsensor, insbesondere zur Beschleunigungsmessung, mit einem Schwing
glied, welches
- a) in einer seine Längsachse enthaltenden Ebene unter Aufrechterhaltung einer charakteristischen Frequenz schwingt und
- b) zur Entkoppelung bzw. Isolierung von seinen beiden äußeren Haltern an seinen beiden Enden mit je einem Paar von Isolatormassen am einen bzw. anderen Ende eines quer zur Längsachse verlaufenden Supportes versehen sowie über dünne Isolatorfedern mit den Haltern verbunden ist, die sich zwischen letzteren und den beiden Supporten erstrecken und Axialkräfte entlang ihrer Längsachsen von den Haltern zum Schwingglied übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Halter (12 bzw. 14) und dem benachbarten Support (18 bzw. 20) nur eine Isolatorfeder (22 bzw. 26) vorgesehen ist.
2. Kraftsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schwingglied als Schwingbalken (16) ausgebildet ist und die Isolator
massen (30, 32, 34, 36) sich im wesentlichen parallel zur Längsachse des
Schwingbalkens (16) entlang desselben erstrecken, so daß der Schwerpunkt
jedes Isolatormassenpaares (30, 32 bzw. 34, 36) in der Schwingungsebene des
Schwingbalkens (16) liegt und einen vorgegebenen Abstand vom Support (18
bzw. 20) des Isolatormassenpaares (30, 32 bzw. 34, 36) hat.
3. Kraftsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schwingglied als Schwingsaite ausgebildet ist und der Schwerpunkt
jedes Isolatormassenpaares (30, 32 bzw. 34, 36) rnit der Befestigungsstelle der
Schwingsaite am Support (18 bzw. 20) des Isolatormassenpaares (30, 32 bzw.
34, 36) zusammenfällt.
4. Kraftsensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Isolatormassen (30, 32, 34, 36) im wesentiichen gleiche Größe
und Masse aufweisen und in gleichem Abstand vom Schwingglied angeordnet
sind.
5. Kraftsensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Isolatormassen (30, 32, 34, 36) im wesentlichen gleiche Größe
und Masse aufweisen und symmetrisch zum Schwingglied angeordnet sind.
6. Kraftsensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß die beiden Isolatormassen (30, 32 bzw. 34, 36) jedes Paares unter
schiedliche Größen und Massen aufweisen und die Isolatormassen (30, 32, 34,
36) symmetrisch zum Schwingglied angeordnet sind.
7. Bezugsfrequenzgeber mit einem Schwingglied, welches
- a) in einer seine Längsachse enthaltenden Ebene unter Aufrechterhaltung einer charakteristischen frequenz schwingt und
- b) zur Entkoppelung bzw. Isolierung von seinen beiden äußeren Haltern mit zwei sich zwischen den Enden von zwei quer zur Längsachse verlaufenden Supporten am einen bzw. anderen Ende des Schwinggliedes erstreckenden Isolatormassen versehen sowie über dünne Isolatorfedern mit den Haltern verbunden ist, die sich zwischen letzteren und den beiden Supporten er strecken, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Halter (12 bzw. 14) und dem benachbarten Support (18 bzw. 20) nur eine Isolatorfeder (22 bzw. 26) vorgesehen ist.
8. Kraftsensor bzw. Bezugsfrequenzgeber nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der
beiden Isolatorfedern (22, 26) mit der Längsachse des Schwinggliedes im wesent
lichen zusammenfallen.
9. Kraftsensor bzw. Bezugsfrequenzgeber nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halter (12 bzw.
14) mit zwei zueinander parallelen Ausnehmungen (13 bzw. 15) versehen ist,
welche ein Biegegelenk bilden.
10. Kraftsensor bzw. Bezugsfrequenzgeber nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingglied, die
Supporte (18, 20), die Isolatormassen (30, 32, 34, 36), die Isolatorfedern (22,
26) und die Halter (12, 14) aus piezoelektrischem Material, vorzugsweise Quarz,
oder Metall bestehen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE20321252U DE20321252U1 (de) | 1987-02-13 | 2003-02-10 | Dampfgarer sowie Anordnung zum Dampfgaren |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/829,728 US4656383A (en) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | Vibrating beam force transducer with single isolator spring |
Publications (1)
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
DE4207848A1 (de) * | 1992-03-12 | 1993-09-16 | Jenoptik Jena Gmbh | Einrichtung zur kraft- und druckmessung in mindestens einer komponente |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2574209B1 (fr) * | 1984-12-04 | 1987-01-30 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Resonateur a lame vibrante |
US4801837A (en) * | 1987-01-09 | 1989-01-31 | Tello Adams | Piezoelectric load measurement apparatus and circuits |
US4743790A (en) * | 1987-04-14 | 1988-05-10 | Crystal Gage Inc. | Force sensing vibrating beam resonator |
US4929860A (en) * | 1988-05-17 | 1990-05-29 | Sundstrand Data Control, Inc. | Electrode configuration for vibrating beam transducers |
US5109863A (en) * | 1989-10-26 | 1992-05-05 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Noninvasive diagnostic system for coronary artery disease |
US5109175A (en) * | 1989-12-21 | 1992-04-28 | Lucas Schaevitz Inc. | Monolithic resonator for vibrating beam force sensors |
US4980598A (en) * | 1989-12-21 | 1990-12-25 | Lucas Schaevitz Inc. | Monolithic resonator for a vibrating beam accelerometer |
CH682181A5 (de) * | 1991-05-17 | 1993-07-30 | Mettler Toledo Ag | |
WO1993010428A1 (en) * | 1991-11-12 | 1993-05-27 | Masstech Scientific Pty. Ltd. | Force or load sensors |
US5336854A (en) | 1992-04-03 | 1994-08-09 | Weigh-Tronix, Inc. | Electronic force sensing load cell |
US5313023A (en) | 1992-04-03 | 1994-05-17 | Weigh-Tronix, Inc. | Load cell |
US5391844A (en) | 1992-04-03 | 1995-02-21 | Weigh-Tronix Inc | Load cell |
US5442146A (en) | 1992-04-03 | 1995-08-15 | Weigh-Tronix, Inc. | Counting scale and load cell assembly therefor |
US5369995A (en) * | 1993-04-21 | 1994-12-06 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Humidity sensor |
US5334901A (en) * | 1993-04-30 | 1994-08-02 | Alliedsignal Inc. | Vibrating beam accelerometer |
US5814727A (en) * | 1993-11-08 | 1998-09-29 | Motorola, Inc. | Semiconductor accelerometer having reduced sensor plate flexure |
DE4414237A1 (de) * | 1994-04-23 | 1995-10-26 | Bosch Gmbh Robert | Mikromechanischer Schwinger eines Schwingungsgyrometers |
EP0707212A3 (de) * | 1994-09-14 | 1996-06-12 | Murata Manufacturing Co | Beschleunigungsmessaufnehmer |
US5604336A (en) * | 1995-03-08 | 1997-02-18 | Weigh-Tronix, Inc. | Load cell with composite end beams having portions with different elastic modulus |
US6497152B2 (en) | 2001-02-23 | 2002-12-24 | Paroscientific, Inc. | Method for eliminating output discontinuities in digital pressure transducers and digital pressure transducer employing same |
US6595054B2 (en) | 2001-05-14 | 2003-07-22 | Paroscientific, Inc. | Digital angular rate and acceleration sensor |
US20040016307A1 (en) * | 2002-07-24 | 2004-01-29 | Albert William C. | Vibration isolation mechanism for a vibrating beam force sensor |
US6826960B2 (en) | 2002-08-07 | 2004-12-07 | Quartz Sensors, Inc. | Triaxial acceleration sensor |
US7418348B2 (en) * | 2004-12-21 | 2008-08-26 | Halliburton Energy Services, Inc. | Signal thresholding apparatus, systems, and methods |
JP4779423B2 (ja) * | 2005-04-26 | 2011-09-28 | パナソニック株式会社 | 振動型圧電加速度センサ素子とこれを用いた振動型圧電加速度センサ |
US7444883B2 (en) * | 2005-12-22 | 2008-11-04 | Honeywell International Inc. | Vibrating beam force transducer |
DE102007054505B4 (de) | 2007-11-15 | 2016-12-22 | Robert Bosch Gmbh | Drehratensensor |
CH713460A2 (de) * | 2017-02-15 | 2018-08-15 | Digi Sens Ag | Schwingsaitensensor und Schwingsaite für einen Schwingsaitensensor. |
US10480613B2 (en) * | 2018-04-11 | 2019-11-19 | Raytheon Company | Metal isolator with tunable resonant frequencies |
US11474126B2 (en) | 2020-03-05 | 2022-10-18 | Quartz Seismic Sensors, Inc. | High precision rotation sensor and method |
Family Cites Families (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3238789A (en) * | 1961-07-14 | 1966-03-08 | Litton Systems Inc | Vibrating bar transducer |
US3269192A (en) * | 1962-11-07 | 1966-08-30 | Gen Precision Inc | Tuning fork digital accelerometer |
US3440888A (en) * | 1962-11-07 | 1969-04-29 | Gen Precision Systems Inc | Bifurcate resonance column |
US3413859A (en) * | 1965-01-04 | 1968-12-03 | Gen Precision Systems Inc | Digital rate gyro |
US3486383A (en) * | 1965-01-04 | 1969-12-30 | Singer General Precision | Vibrating beam transducer |
US3465597A (en) * | 1965-05-25 | 1969-09-09 | Singer General Precision | Vibrating-column accelerometer |
US3505866A (en) * | 1966-10-13 | 1970-04-14 | Singer General Precision | Single tine digital force transducer |
US3399572A (en) * | 1966-12-01 | 1968-09-03 | Gen Precision Inc | Vibrating beam pressure transducer |
US3479536A (en) * | 1967-03-14 | 1969-11-18 | Singer General Precision | Piezoelectric force transducer |
US3470400A (en) * | 1967-12-21 | 1969-09-30 | Singer General Precision | Single beam force transducer with integral mounting isolation |
CH533299A (de) * | 1971-07-06 | 1973-01-31 | Mettler Instrumente Ag | Messaite |
US3766616A (en) * | 1972-03-22 | 1973-10-23 | Statek Corp | Microresonator packaging and tuning |
US4104920A (en) * | 1977-04-01 | 1978-08-08 | The Singer Company | Piezoelectric damping mechanism |
US4221131A (en) * | 1979-05-29 | 1980-09-09 | The Singer Company | Vibrating beam accelerometer |
US4321500A (en) * | 1979-12-17 | 1982-03-23 | Paroscientific, Inc. | Longitudinal isolation system for flexurally vibrating force transducers |
FR2477803A1 (fr) * | 1980-03-04 | 1981-09-11 | Suwa Seikosha Kk | Resonateur a quartz du type diapason a couplage de modes |
FR2563626B1 (fr) * | 1980-11-28 | 1986-08-01 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Perfectionnements aux transducteurs a lame vibrante |
CH651416A5 (de) * | 1980-12-16 | 1985-09-13 | Mettler Instrumente Ag | Messzelle fuer ein saitenmessgeraet. |
US4445065A (en) * | 1981-09-14 | 1984-04-24 | The Singer Company | Non-prismal beam resonator |
US4446394A (en) * | 1981-09-14 | 1984-05-01 | The Singer Company | Linearizing mechanism for a vibrating beam force transducer |
GB2115551B (en) * | 1982-02-09 | 1985-11-13 | Itt Ind Ltd | Load sensor |
JPS5936919A (ja) * | 1982-08-25 | 1984-02-29 | 三菱鉱業セメント株式会社 | 磁器コンデンサ |
JPS6010122A (ja) * | 1983-06-30 | 1985-01-19 | Shinko Denshi Kk | 荷重変換機構 |
FR2574209B1 (fr) * | 1984-12-04 | 1987-01-30 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Resonateur a lame vibrante |
-
1986
- 1986-02-14 US US06/829,728 patent/US4656383A/en not_active Expired - Lifetime
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- 1987-02-13 DE DE19873704584 patent/DE3704584A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4207848A1 (de) * | 1992-03-12 | 1993-09-16 | Jenoptik Jena Gmbh | Einrichtung zur kraft- und druckmessung in mindestens einer komponente |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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