JP2000199723A - Apparatus and method for measurement of load - Google Patents

Apparatus and method for measurement of load

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JP2000199723A
JP2000199723A JP11212771A JP21277199A JP2000199723A JP 2000199723 A JP2000199723 A JP 2000199723A JP 11212771 A JP11212771 A JP 11212771A JP 21277199 A JP21277199 A JP 21277199A JP 2000199723 A JP2000199723 A JP 2000199723A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a load measuring apparatus, whose basic constitution is simple, which can be miniaturized and which is easily made low-cost, and to obtain a load measuring method. SOLUTION: A sensor S1 detects a load amount as a capacitance value. A Wien bridge circuit is formed by containing the sensor S1. Thereby, a load detector 1 is constituted. The load detector 1 and an oacillation circuit 2 constitute a Wien-bridge oscillation circuit. An oscillation frequency is changed according to the change in a load amount. The change numerical value of the oscillation frequency is counted. The magnitude of a load is measured by a measuring circuit 4. With this constitution, a drive power supply which is supplied to the load detector, an amplifier which amplifies a detection signal, an A/D converter which converts an analog signal into a digital signal and the like are not required in order to measure the load. Thereby, the constitution of this load measuring apparatus is simplified, the apparatus can be miniaturized, and the apparatus can be made low-cost. Especially, the load measuring apparatus whose high accuracy is not required can be miniaturized easily, and the apparatus can easily be made low-cost, and high mass-production effect of the apparatus can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、荷重測定装置およ
び荷重測定方法に関し、特に、回路構成を単純化し、量
産時に低廉化・小型化が容易な荷重測定装置および荷重
測定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a load measuring device and a load measuring method, and more particularly to a load measuring device and a load measuring method which can simplify a circuit configuration and can be easily reduced in size and mass during mass production.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、荷重測定装置および荷重測定方法
は一般に、荷重検出器と荷重計測装置とにより構成され
る。これらの荷重検出器は、被測定の荷重を受け、受け
た荷重量に応じた電気信号を検出して出力する。荷重計
測装置は、荷重検出器から出力される電気信号を受信
し、信号の増幅、A/D変換、荷重表示等の処理を行
う。
2. Description of the Related Art Conventionally, a load measuring device and a load measuring method generally comprise a load detector and a load measuring device. These load detectors receive a load to be measured, and detect and output an electric signal corresponding to the received load amount. The load measuring device receives an electric signal output from the load detector and performs processing such as signal amplification, A / D conversion, and load display.

【0003】図3は、従来の荷重測定装置のブロック構
成例を示している。図3において、本従来例の荷重測定
装置の荷重検出器11は、ホイートストンブリッジで構
成されている。このホイートストンブリッジは、二個の
センサS11、S12と、二個のダミーD11、D12
とでブリッジ回路を形成する。
FIG. 3 shows an example of a block configuration of a conventional load measuring device. In FIG. 3, the load detector 11 of the conventional load measuring device is constituted by a Wheatstone bridge. This Wheatstone bridge has two sensors S11 and S12 and two dummy D11 and D12.
And form a bridge circuit.

【0004】また、荷重計測装置は、荷重検出器を駆動
する駆動電源12、荷重検出器11から出力される出力
信号を増幅する増幅器(AMP)13、増幅器13で増
幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D
変換器14、荷重検出値を表示する表示器15、システ
ムの各種動作を制御する制御部16、により構成され
る。
The load measuring device includes a driving power supply 12 for driving the load detector, an amplifier (AMP) 13 for amplifying an output signal output from the load detector 11, and a digital signal for converting the analog signal amplified by the amplifier 13 into a digital signal. A / D to convert to
It comprises a converter 14, a display 15 for displaying a detected load value, and a control unit 16 for controlling various operations of the system.

【0005】上記に構成される荷重測定装置の構成部に
おいて、センサS11、S12は、例えば、伸縮により
抵抗値の変化する歪みゲージ、または二極間の間隔距離
変化により容量値が変化するコンデンサ型センサ等が用
いられる。荷重計測器11の駆動電源12は、一般的に
直流または交流型の定電圧電源が用いられる。
[0005] In the components of the load measuring device constructed as described above, the sensors S11 and S12 are, for example, strain gauges whose resistance value changes due to expansion or contraction, or capacitor type sensors whose capacitance value changes due to a change in the distance between the two poles. A sensor or the like is used. As the drive power supply 12 of the load measuring device 11, a DC or AC type constant voltage power supply is generally used.

【0006】上記の構成の荷重測定装置は、例えば、誤
差率0.1%FS(フルスケール)以下等の高精度を得
ることができる。このような高精度な測定精度を得るた
めに、求める誤差率以上の精度を有する駆動電源を用い
たり、駆動電源の出力電圧の変動に応じて測定値を補正
する等の処理を行う。
[0006] The load measuring device having the above configuration can obtain high accuracy such as an error rate of 0.1% FS (full scale) or less. In order to obtain such a high-precision measurement accuracy, processing such as using a drive power supply having an accuracy equal to or higher than a desired error rate or correcting a measured value according to a change in the output voltage of the drive power supply is performed.

【0007】このように高精度の荷重測定装置が容易に
得られるため、上記従来例の測定システムは、静止荷
重、動的荷重、圧力、衝撃力等の測定、特に産業用の荷
重測定装置として幅広く用いられている。
As described above, since a highly accurate load measuring device can be easily obtained, the above-described conventional measuring system measures static load, dynamic load, pressure, impact force, etc., and is particularly used as an industrial load measuring device. Widely used.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の荷重測定装置は、既述のように高精度の測定システ
ムの構成が可能である反面、荷重検出器駆動電源、増幅
器(AMP)、A/D変換器等が必要であり、装置の基
本構成が複雑である。つまり、従来の荷重測定装置で
は、一式の測定システムを構成するには、荷重検出器を
駆動する駆動電源、荷重検出器で測定した微弱なアナロ
グ測定信号を増幅する増幅器(AMP)、増幅器で増幅
したアナログ測定信号をデジタル測定信号に変換するA
/D変換器等が必要不可欠である。
However, the above-mentioned conventional load measuring device can form a high-precision measuring system as described above, but has a load detector driving power supply, an amplifier (AMP), and an A / A. A D converter and the like are required, and the basic configuration of the device is complicated. In other words, in the conventional load measuring device, a driving power supply for driving the load detector, an amplifier (AMP) for amplifying a weak analog measurement signal measured by the load detector, and an amplifier for configuring a complete measuring system are provided. A that converts the analog measurement signal into a digital measurement signal
A / D converter and the like are indispensable.

【0009】この基本構成において、特に、アナログ回
路とデジタル回路、より高精度を求められる荷重検出器
駆動用電源と、さらに上記のアナログ回路とデジタル回
路を駆動するための電源等が必要であり、IC回路化、
ワンチップ化、回路の集約化等を行い難い構成となって
いる。また、制御回路の低消費電力化はそれほど困難で
は無いが、荷重検出器駆動用電源の電源容量は、荷重検
出器の必要容量を満たさなければならない制約がある。
In this basic configuration, in particular, an analog circuit and a digital circuit, a power supply for driving a load detector that requires higher precision, and a power supply for driving the analog circuit and the digital circuit are required. IC circuitization,
It is a configuration that makes it difficult to integrate it into a single chip and integrate circuits. Although it is not so difficult to reduce the power consumption of the control circuit, there is a restriction that the power supply capacity of the power supply for driving the load detector must satisfy the required capacity of the load detector.

【0010】そのため、装置の回路構成・回路規模等を
簡略化するには限界が生じ、装置を簡易に構成すること
が難しい。特に、簡易的な荷重測定器、例えば、一般家
庭の調理において用いる荷重計、体重計の低廉化、携帯
を欲する荷重計の小型軽量化、等に限界が生じる問題を
伴う。さらに、工業用の荷重変換器を用いた台貫秤等
は、検出装置の構成が重装備であり、軽量装備の検出装
置の出現が望まれている。
Therefore, there is a limit in simplifying the circuit configuration and circuit scale of the device, and it is difficult to simply configure the device. In particular, there is a problem that a limit is imposed on a simple load measuring device, for example, a load meter and a weight scale used for cooking in a general household, a reduction in size of a load meter that requires carrying, and the like. In addition, a detection device such as a bench balance using an industrial load converter is heavy equipment, and the emergence of a light equipment detection device is desired.

【0011】本発明は、基本構成が単純で小型化且つ低
廉化が容易な荷重測定装置および荷重測定方法を提供す
ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a load measuring device and a load measuring method which have a simple basic structure and are easy to reduce in size and cost.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項1記載の発明の荷重測定装置は、負荷荷重の
大きさに応じて所定の値を変化させる荷重検出器と、荷
重検出器と接続され所定の値の変化に応じて発振周波数
を変化させる発振回路と、発振周波数の変化数値をカウ
ントして負荷荷重の大きさを計測する計測回路と、を有
して構成されたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a load measuring device according to the first aspect of the present invention includes a load detector that changes a predetermined value according to the magnitude of a load, and a load detector. An oscillation circuit that is connected to the oscillator and changes the oscillation frequency in accordance with a change in a predetermined value; and a measurement circuit that counts the change value of the oscillation frequency and measures the magnitude of the load. Features.

【0013】また、上記の所定の値は抵抗値、インダク
タンス値または静電容量値の少なくとも何れか一を含む
値であり、この値が発振器の発振要素となり、荷重検出
器および発振回路はCR発振器またはLR発振器であ
り、発振回路は差動増幅器を有し、この差動増幅器と荷
重検出器とにより、ウィーンブリッジ発振器として構成
するとよい。
The above-mentioned predetermined value is a value including at least one of a resistance value, an inductance value and a capacitance value, and this value becomes an oscillation element of the oscillator. Alternatively, it is an LR oscillator, and the oscillation circuit has a differential amplifier, and the differential amplifier and the load detector may be configured as a Wien bridge oscillator.

【0014】さらに、上記の荷重検出器は、静電容量式
の検出器であり、この検出器は負荷荷重の印加方向に対
して少なくとも二層に積層され、この積層された各層の
容量が並列に接続されて発振回路へ接続されるとよい。
Further, the load detector is a capacitance type detector, and the detectors are laminated at least in two layers in the direction of applying a load, and the capacitances of the laminated layers are parallel. And connected to the oscillation circuit.

【0015】請求項6記載の発明の荷重測定方法は、負
荷荷重の大きさに応じて所定の値を変化させる荷重検出
工程と、所定の値の変化に応じて発振周波数を変化させ
る発振工程と、発振周波数の変化数値をカウントして負
荷荷重の大きさを計測する計測工程と、を有して構成さ
れたことを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a load measuring method comprising: a load detecting step of changing a predetermined value according to a magnitude of a load; and an oscillating step of changing an oscillation frequency according to a change of the predetermined value. And a measuring step of counting the change value of the oscillation frequency to measure the magnitude of the applied load.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる荷重測定装置および荷重測定方法の実施の形態を詳
細に説明する。図1、図2および図4〜図6を参照する
と本発明の荷重測定装置および荷重測定方法の構成を説
明するための実施形態が示されている。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a load measuring apparatus and a load measuring method according to the present invention. Referring to FIG. 1, FIG. 2 and FIGS. 4 to 6, there is shown an embodiment for explaining the configuration of a load measuring device and a load measuring method of the present invention.

【0017】図1は、本実施形態の荷重測定装置のブロ
ック構成例を示している。図1において、本実施形態の
荷重測定装置は、荷重検出器1、発振回路2、表示器
3、および計測回路4を有して構成される。
FIG. 1 shows an example of a block configuration of the load measuring device according to the present embodiment. 1, the load measuring device of the present embodiment includes a load detector 1, an oscillation circuit 2, a display 3, and a measurement circuit 4.

【0018】荷重検出器1は、一個のセンサS1と、三
個のダミーD1、D2、D3とでブリッジ回路として構
成される。このブリッジ回路は、より詳細には、例えば
ウィーンブリッジ回路に構成される。また、センサS1
は、荷重を容量変化として検出するコンデンサ型、ある
は抵抗値変化として検出する抵抗ゲージ型等が適用され
る。これらの荷重検出器1および発振回路2を、ウィー
ンブリッジ発振器として構成した場合、この発振回路2
から出力される出力信号の発振周波数fは、下記とな
る。
The load detector 1 is configured as a bridge circuit with one sensor S1 and three dummys D1, D2 and D3. This bridge circuit is more specifically configured, for example, as a Wien bridge circuit. Also, the sensor S1
A capacitor type that detects a load as a change in capacitance, a resistance gauge type that detects a change in resistance value, or the like is used. When the load detector 1 and the oscillation circuit 2 are configured as a Wien bridge oscillator, the oscillation circuit 2
The oscillation frequency f of the output signal output from is as follows.

【0019】 f∝1/(S1・D1・D2・D3)1/2 …(1)F∝1 / (S 1 · D 1 · D 2 · D 3) 1/2 (1)

【0020】上式において、センサS1のインピーダン
スをセンサS1が受ける荷重量Wに応じて可変とし、ダ
ミーD1、D2、D3のインピーダンスをセンサS1が
受ける荷重量Wに係わらず不変とする。
In the above equation, the impedance of the sensor S1 is made variable according to the load W received by the sensor S1, and the impedance of the dummy D1, D2, D3 is made constant regardless of the load W received by the sensor S1.

【0021】上記構成の発振回路2からは、式(1)に
基づき、荷重検出器1が受ける荷重、より正確にはセン
サS1が受ける荷重量Wに応じて、発振周波数fが変化
する出力信号を得ることができる。よって、発振周波数
fの所定値f1から所定値f2への変動値Δfは、下記
に例示する所定の手順に基づき、荷重量Wへ換算するこ
とが可能となる。
From the oscillation circuit 2 having the above structure, based on the equation (1), an output signal whose oscillation frequency f changes in accordance with the load received by the load detector 1, more precisely, the load W received by the sensor S1. Can be obtained. Therefore, the fluctuation value Δf of the oscillation frequency f from the predetermined value f1 to the predetermined value f2 can be converted into the load amount W based on a predetermined procedure exemplified below.

【0022】上述した手順は、例えば、センサS1へ負
荷させる少なくとも3種類の荷重量W1、W2、W3
と、荷重負荷の結果得られる周波数f1、f2、f3と
から求めるか、荷重量W対発信周波数fの変換テーブル
形式として構成することも可能である。後者の変換テー
ブル形式とする場合、テーブルを構成する隣接する荷重
間隔ΔWは発振周波数fの非直線性の大きさに応じて定
め、荷重間隔ΔW間の発振周波数fxは、例えば、一般
的に行われる比例計算によることも可能である。
The above-described procedure includes, for example, at least three types of load amounts W1, W2, and W3 applied to the sensor S1.
And the frequencies f1, f2, and f3 obtained as a result of the load application, or may be configured as a conversion table format of the load amount W versus the transmission frequency f. In the case of the latter conversion table format, the adjacent load interval ΔW forming the table is determined according to the magnitude of the non-linearity of the oscillation frequency f. It is also possible to use a proportional calculation.

【0023】図2において、荷重検出器1を構成するセ
ンサS1は、具体的な構成例として、フラットプレート
型の2つの電極5a、5bの間隔距離dの変動による、
容量変化型式のセンサとする。このセンサS1の2極5
a、5bは、相互に面積Aのフラットプレートとされ、
これらの2極5a、5b間にはバネ材6をサンドウィッ
チ状に介在させ、2極5a、5bを構成するプレートの
表面に加えられる荷重量Wに応じて、2極5a、5b間
の間隔距離dが変化する構造に構成する。
In FIG. 2, a sensor S1 constituting the load detector 1 is a specific example of a structure in which the distance d between two flat plate electrodes 5a and 5b varies.
The sensor is of the capacitance change type. 2 poles 5 of this sensor S1
a and 5b are mutually flat plates having an area A,
A spring material 6 is sandwiched between the two poles 5a and 5b, and the distance between the two poles 5a and 5b is changed according to the load W applied to the surface of the plate constituting the two poles 5a and 5b. The structure is such that d changes.

【0024】バネ材6の材料としては、荷重Wにより変
形し間隔距離dが変化し、繰り返し性・復元性の高い材
質が求められる。さらに、電気的に不導通の材質が好ま
しい。例えば、ゴム、樹脂、バネ状に加工した強化ガラ
スファイバー等である。なお、銅、鉄等を用いる場合に
は、2つの電極間を絶縁させる必要がある。
As the material of the spring material 6, a material which is deformed by the load W, changes the distance d, and has high repeatability and restorability is required. Further, a material that is electrically non-conductive is preferable. For example, rubber, resin, reinforced glass fiber processed into a spring shape, or the like. When copper, iron, or the like is used, it is necessary to insulate between the two electrodes.

【0025】上記構成の荷重検出器の容量値C[F]
は、下記式2により得られる。なお、下記の式におい
て、符合Aは2極5a、5bを構成するプレートの表面
面積[m2]、dは2極5a、5bのプレートの間隔距
離[m]である。
The capacitance value C [F] of the load detector having the above configuration.
Is obtained by the following equation (2). In the following formula, the symbol A is the surface area [m2] of the plates constituting the two poles 5a and 5b, and d is the distance [m] between the plates of the two poles 5a and 5b.

【0026】 C∝A/d …(2)C∝A / d (2)

【0027】上記の関係をより具体的に検討する。セン
サS1を略10cm四方の板を用い、二極間距離を10
mmで、空気コンデンサとして構成したとする。このセ
ンサS1の容量は、略10[pF]である。
The above relationship will be examined more specifically. The sensor S1 is a 10 cm square plate and the distance between the two poles is 10
mm and configured as an air condenser. The capacitance of the sensor S1 is approximately 10 [pF].

【0028】10pFのコンデンサを二個と、10Kオ
ームの抵抗器を二個用いてウィーンブリッジ発振器を構
成すると、発振周波数が略1.6[MHz]の高周波信
号が得られる。このウィーンブリッジ発振器は、例え
ば、差動増幅器を有して構成される。本構成において、
無負荷時に10pFの荷重変換器1が定格負荷荷重時に
20pFへ変動したとする。本条件での発振周波数値の
変動は、無負荷重時の1.6MHzから定格負荷荷重時
の2.4MHzまたは3.2MHzへ変化する。この場
合の2.4MHzはブリッジの1辺の容量Cを変化させ
た場合であり、3.2MHzはブリッジの2辺の容量C
を変化させた場合である。
When a Wien bridge oscillator is formed by using two 10 pF capacitors and two 10 K ohm resistors, a high-frequency signal having an oscillation frequency of about 1.6 [MHz] can be obtained. This Wien bridge oscillator is configured to include, for example, a differential amplifier. In this configuration,
It is assumed that the load converter 1 of 10 pF fluctuates to 20 pF at the time of rated load when there is no load. The fluctuation of the oscillation frequency value under this condition changes from 1.6 MHz under no load heavy to 2.4 MHz or 3.2 MHz under rated load. In this case, 2.4 MHz is a case where the capacitance C of one side of the bridge is changed, and 3.2 MHz is a case where the capacitance C of two sides of the bridge is changed.
Is changed.

【0029】この関係は、上記の式(1)および式
(2)に基づくものである。これら符号のセンサS1お
よびダミーD1〜D3における値の関係は、S1=D1
(またはS2)=10pF、D2=D3=10Kオー
ム、である。なお、上記を荷重量に応じた抵抗値の変化
とし、ダミーを固定した容量として構成した場合も、上
記と同様に検出が可能である。
This relationship is based on the above equations (1) and (2). The relationship between the values of these signs in the sensor S1 and the dummy D1 to D3 is as follows: S1 = D1
(Or S2) = 10 pF, D2 = D3 = 10K ohm. It should be noted that the above can be detected in the same manner as above when the resistance is changed according to the load amount and the dummy is configured as a fixed capacitance.

【0030】上記に構成された荷重測定装置において、
センサS1に印加された負荷Wを発振回路2で所定周波
数fの発振信号とする。
In the load measuring device configured as described above,
The load W applied to the sensor S1 is converted into an oscillation signal of a predetermined frequency f by the oscillation circuit 2.

【0031】計測回路4は、この発振信号を入力し、リ
ミッタ、コンパレータ等によりパルス信号とし、発振信
号の周波数fをカウントする。センサS1への無負荷時
の周波数f0と負荷Wを印加した時点の周波数f1との
差の周波数Δfを計測し、計測した差の周波数Δfを荷
重量に相当する値へ変換することにより、負荷荷重量W
を得ることができる。
The measuring circuit 4 receives the oscillation signal, converts the signal into a pulse signal using a limiter, a comparator, and the like, and counts the frequency f of the oscillation signal. By measuring the frequency Δf of the difference between the frequency f0 when no load is applied to the sensor S1 and the frequency f1 at the time when the load W is applied, and converting the measured difference frequency Δf into a value corresponding to the load amount, Load amount W
Can be obtained.

【0032】表示器3は、LCD等のデジタル表示器で
あり、計測回路4からの計測値を表示する。不図示の操
作スイッチにより無負荷時の信号を入力し零点補正を行
い「0」表示とし、センサS1へ負荷印加時の荷重測定
値「W」を読み取り可能とする。但し、この零点補正用
のスイッチは、トラッキングによる自動補正とし、不要
または補足的に設ける構成としてもよい。
The display 3 is a digital display such as an LCD, and displays a measured value from the measuring circuit 4. A signal at the time of no load is input by an operation switch (not shown) to perform zero point correction and display “0”, and a load measurement value “W” at the time of applying a load to the sensor S1 can be read. However, the switch for zero point correction is an automatic correction by tracking, and may be unnecessary or supplementary.

【0033】上記の実施形態によれば、荷重検出器また
は荷重センサを駆動するための専用の電源が不要であ
る。また、荷重検出信号が発信信号であるため、デジタ
ル信号化にA/D変換器が不要である。さらに、荷重検
出、計測、制御のための全体の電源を、一の電源で構成
することが可能である。上記の要件に基づく本実施形態
の荷重測定システムは、システムの構成が単純である。
このため、回路の集約化が容易であり、且つ量産効果と
してより高い低廉化が期待できる。具体例としての実施
例を、以下に詳述する。
According to the above embodiment, a dedicated power supply for driving the load detector or the load sensor is not required. Further, since the load detection signal is a transmission signal, an A / D converter is not required for digital signal conversion. Further, the entire power supply for load detection, measurement, and control can be configured by one power supply. The load measurement system of the present embodiment based on the above requirements has a simple system configuration.
For this reason, it is easy to integrate the circuits, and higher cost reduction can be expected as a mass production effect. Specific examples will be described in detail below.

【0034】(実施例1)図4は、荷重測定装置の実施
例1のシステム構成例を示すブロック図である。図4に
おいて、実施例1の荷重測定装置は、容量式荷重検出器
10、コンデンサ容量増幅回路21および無安定バイブ
レータ22を具備する発振回路20、表示器30、計測
回路40を有して構成される。なお、本構成において、
発振回路20のコンデンサ容量増幅回路21は無安定バ
イブレータ22からより安定化した発振出力を得るため
に設けられたものであり、特に、容量式荷重検出器10
の容量値が小さい場合に用いられる。よって、容量式荷
重検出器10の容量値が大きく、発振信号が求める精度
に対し安定している場合には不要である。
(Embodiment 1) FIG. 4 is a block diagram showing an example of the system configuration of Embodiment 1 of the load measuring device. In FIG. 4, the load measuring device according to the first embodiment includes a capacitance type load detector 10, an oscillation circuit 20 including a capacitor capacitance amplification circuit 21 and an astable vibrator 22, a display 30, and a measurement circuit 40. You. In this configuration,
The capacitor capacitance amplification circuit 21 of the oscillation circuit 20 is provided to obtain a more stable oscillation output from the astable vibrator 22.
Is used when the capacitance value is small. Therefore, it is unnecessary when the capacitance value of the capacitive load detector 10 is large and the oscillation signal is stable with respect to the required accuracy.

【0035】図5は、容量式荷重検出器10の構成例を
示す側断面図である。図5において、本実施例1に適用
される容量式荷重検出器10は、載荷板101、ベース
板(マイナス極板)102、絶縁板103、プラス極板
104、およびバネ105を有して構成される。
FIG. 5 is a side sectional view showing a configuration example of the capacitive load detector 10. As shown in FIG. In FIG. 5, a capacitive load detector 10 applied to the first embodiment includes a loading plate 101, a base plate (minus plate) 102, an insulating plate 103, a plus plate 104, and a spring 105. Is done.

【0036】ベース板(マイナス極板)102は、被測
定荷重を受ける、容量式荷重検出器10の機械的な底面
部を構成すると伴に、荷重の測定要素となる容量測定部
を形成するマイナス極板を構成する。
The base plate (minus electrode plate) 102 receives the load to be measured, constitutes the mechanical bottom surface of the capacitive load detector 10, and forms a capacitance measuring unit serving as a load measuring element. Construct an electrode plate.

【0037】絶縁板103は、ベース板(マイナス極
板)102とプラス極板104との間の電気的な絶縁を
確保するための絶縁板である。
The insulating plate 103 is an insulating plate for ensuring electrical insulation between the base plate (negative electrode plate) 102 and the positive electrode plate 104.

【0038】プラス極板104は、絶縁板103を介し
て載荷板101へ機械的に取り付けられ、ベース板(マ
イナス極板)102とで荷重の測定要素となる容量測定
部のコンデンサを形成する。
The positive electrode plate 104 is mechanically attached to the loading plate 101 via the insulating plate 103. The positive electrode plate 104 and the base plate (minus electrode plate) 102 form a capacitor of a capacitance measuring unit which becomes a load measuring element.

【0039】バネ105は、載荷板101とベース板
(マイナス極板)102との間に設けられ、載荷板10
1へ載荷される荷重の大きさに応じて圧縮される。この
圧縮/伸張により荷重の測定要素となる容量値が大/小
に変化する。
The spring 105 is provided between the loading plate 101 and the base plate (minus pole plate) 102, and
1 is compressed in accordance with the magnitude of the load applied to 1. Due to this compression / extension, the capacitance value serving as a load measuring element changes between large and small.

【0040】上記に構成される容量式荷重検出器10に
おいて、載荷板101は被測定荷重を受ける板であり、
例えば、被測定物が載荷される。この載荷される荷重の
大きさに応じてバネ105が圧縮され、荷重の測定要素
となる容量値が変化する。
In the capacitive load detector 10 configured as described above, the loading plate 101 is a plate that receives a load to be measured.
For example, an object to be measured is loaded. The spring 105 is compressed according to the magnitude of the loaded load, and the capacitance value serving as a load measuring element changes.

【0041】図6は、詳細な発振回路20を示す回路図
であり、コンデンサ容量増幅回路21および無安定バイ
ブレータ22の構成例を示している。図6の発振回路に
おいて、入力端子のSENS INへ、容量式荷重検出
器10のベース板(マイナス極板)102およびプラス
極板104とが接続され、出力端子のPULS OUT
が計測回路40へ接続される。容量式荷重検出器10の
ベース板(マイナス極板)102およびプラス極板10
4とで形成される容量測定部の、容量値の大きさに応じ
て無安定バイブレータ22から出力される発振信号の周
波数が変動する。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a detailed oscillation circuit 20, showing an example of the configuration of the capacitor capacitance amplifier circuit 21 and the astable vibrator 22. In the oscillation circuit of FIG. 6, the base plate (minus plate) 102 and the plus plate 104 of the capacitive load detector 10 are connected to the input terminal SENS IN, and the output terminal PULS OUT
Is connected to the measurement circuit 40. Base plate (minus plate) 102 and positive plate 10 of capacitive load detector 10
The frequency of the oscillation signal output from the astable vibrator 22 fluctuates in accordance with the magnitude of the capacitance value of the capacitance measurement unit formed by the step 4 and the capacitance measurement unit.

【0042】計測回路40は、例えば、不図示の中央演
算回路(CPU)を具備して構成される。中央演算回路
(CPU)は、発振回路20から出力される発振信号の
周波数をカウントするカウンタ機能部と、このカウンタ
機能部がカウントしたカウント数を予め定められた所定
の手順で荷重値に変換する演算機能部と、演算機能部が
演算した荷重値を出力する出力部とを備えている。中央
演算回路(CPU)が出力する信号に基づき、表示部3
0が測定荷重値を表示する。
The measuring circuit 40 includes, for example, a central processing circuit (CPU) (not shown). The central processing circuit (CPU) counts the frequency of the oscillation signal output from the oscillation circuit 20, and converts the count number counted by the counter function unit into a load value in a predetermined procedure. An arithmetic function unit and an output unit that outputs the load value calculated by the arithmetic function unit are provided. The display unit 3 based on a signal output from the central processing circuit (CPU)
0 indicates the measured load value.

【0043】上記の荷重測定において、より高度の測定
精度を得るにためには、発振回路20において、より高
い発振周波数でのより安定した発振動作を確保する必要
がある。発振の安定化のために、コンデンサ容量増幅回
路21で容量式荷重検出器10の容量信号をより大きく
することも一の策ではあるが、これは二次的な安定化策
と言える。直接的・一時的な安定化策は、容量式荷重検
出器10の載荷荷重に対する出力信号をより増大化し、
容量式荷重検出器10の出力感度を大きくすることであ
る。
In the above load measurement, in order to obtain higher measurement accuracy, it is necessary to ensure a more stable oscillation operation at a higher oscillation frequency in the oscillation circuit 20. To stabilize the oscillation, it is one measure to increase the capacitance signal of the capacitive load detector 10 by the capacitor capacitance amplifier circuit 21, but this is a secondary stabilization measure. The direct and temporary stabilization measures further increase the output signal of the capacitive load detector 10 with respect to the load,
The purpose is to increase the output sensitivity of the capacitive load detector 10.

【0044】容量式荷重検出器10の感度を上げるため
には、載荷荷重に対する出力信号の変化量を大きくす
る、即ちダイナミックレンジを拡大化することと、出力
値の増大化、即ち出力信号の強大化とがある。容量式荷
重検出器10の感度向上の構造上の要件は、第1に、容
量値を大きくする、即ち極板の面積を大きくすること
と、プラス/マイナスの極板間の距離dを小さくするこ
とである。第2に、載荷荷重に対する極板間の距離dの
変動量を大きくすることである。
In order to increase the sensitivity of the capacitive load detector 10, the amount of change of the output signal with respect to the applied load is increased, that is, the dynamic range is expanded, and the output value is increased, that is, the output signal is increased. There is. First, the structural requirements for improving the sensitivity of the capacitive load detector 10 are to increase the capacitance value, that is, to increase the area of the electrode plates, and to reduce the distance d between the plus / minus electrode plates. That is. Second, the amount of change in the distance d between the electrode plates with respect to the applied load is increased.

【0045】上記第1の要件と第2の要件とは、相互に
相対しており、単純にはそれぞれを満たすことができな
い。また、極板の面積の拡大化は、容量式荷重検出器1
0の機械的な増大化を伴う。さらに、極板間の距離dの
変動量の増大化は、バネ105の剛性を小さくすること
であり、この剛性の縮小化は零点の不安定化と応答性の
緩慢化を伴うことが、実荷重試験により確認されてい
る。
The first requirement and the second requirement are mutually opposed, and cannot simply satisfy each of them. In addition, enlargement of the area of the electrode plate is achieved by the capacitive load detector 1.
With a mechanical increase of zero. Further, the increase in the amount of change in the distance d between the electrode plates is to reduce the rigidity of the spring 105, and this reduction in rigidity is accompanied by instability of the zero point and slow response. Confirmed by load test.

【0046】(実施例2)図7は、容量式荷重検出器を
二層構造の容量式荷重検出器10a、10bとして構成
した実施例を示している。本実施例2の容量式荷重検出
器10a、10bは、上記の相互に矛盾する第1の要件
と第2の要件の改善を図ったものである。
(Embodiment 2) FIG. 7 shows an embodiment in which the capacitive load detectors are configured as capacitive load detectors 10a and 10b having a two-layer structure. The capacitive load detectors 10a and 10b according to the second embodiment are intended to improve the mutually contradictory first and second requirements.

【0047】実施例2の二層型の容量式荷重検出器10
a、10bは、載荷荷重方向に対し極板を3枚とし、構
成されるコンデンサ「C」を2個「C1+C2」とす
る。これらの2個のコンデンサ「C1+C2」を並列接
続することにより、載荷荷重Wがそれぞれのコンデンサ
「C1+C2」へ印加される。並列接続されたコンデン
サCの出力は、載荷荷重Wに対応するそれぞれのコンデ
ンサ「C1+C2」の出力信号の総和となり、増大化さ
れる。
The two-layer capacitive load detector 10 according to the second embodiment.
In a and 10b, three pole plates are used in the load direction, and two capacitors “C” are configured as “C1 + C2”. By connecting these two capacitors “C1 + C2” in parallel, the load W is applied to each of the capacitors “C1 + C2”. The output of the capacitors C connected in parallel is the sum of the output signals of the respective capacitors “C1 + C2” corresponding to the load W, and is increased.

【0048】上記の構成によれば、容量式荷重検出器1
0a、10bからはより大きな出力信号を得ることがで
き、発振回路20からより高い周波数の安定した信号が
出力され、計測回路40で高精度の測定結果が取得され
る。なお、実施例2は二層構造としたが、積層数をさら
に増せば発振回路20からより高く安定化した周波数の
信号が得られることが確認された。これらの実験に伴う
参考データを以下に列記する。
According to the above configuration, the capacitive load detector 1
A larger output signal can be obtained from 0a and 10b, a stable signal of a higher frequency is output from the oscillation circuit 20, and a high-precision measurement result is obtained by the measurement circuit 40. Although the second embodiment has a two-layer structure, it has been confirmed that a signal having a higher and stabilized frequency can be obtained from the oscillation circuit 20 if the number of layers is further increased. Reference data associated with these experiments are listed below.

【0049】容量式荷重検出器10a、10bを、有効
極板のサイズ;略100×150mm、絶縁板の板厚;
3mm、電極板厚;0.5mm、バネの自由高さ;7m
m、最大間隔変位量;約2mm、積層数;2極、として
構成して分解能略1/2000が得られた。但し、回路
構成は図6に基づき、発振回路20の出力信号を1秒間
のサンプリング間隔で計数した値による。
The capacitance type load detectors 10a and 10b were set to the size of the effective electrode plate; approximately 100 × 150 mm, the thickness of the insulating plate;
3mm, electrode plate thickness; 0.5mm, free height of spring; 7m
m, the maximum gap displacement amount: about 2 mm, the number of layers: two poles, and a resolution of approximately 1/2000 was obtained. However, the circuit configuration is based on the value obtained by counting the output signal of the oscillation circuit 20 at a sampling interval of one second based on FIG.

【0050】実施例1および実施例2によれば、荷重検
出器には、歪みゲージ、ロードセル(荷重変換器)等を
センサ部品を用いる必要がない。また、測定回路部に
は、荷重検出器用の駆動電源およびアナログ信号をデジ
タル信号に変換するA/D変換器等を必要としない。こ
れらの要件を伴うより単純化した構成により、高精度な
荷重測定装置を得ることができる。
According to the first and second embodiments, the load detector does not need to use a sensor component such as a strain gauge, a load cell (load converter), and the like. Further, the measurement circuit does not require a drive power supply for the load detector, an A / D converter for converting an analog signal into a digital signal, and the like. With a simpler configuration with these requirements, a highly accurate load measuring device can be obtained.

【0051】容量式荷重検出器10の積層数は、2極に
限られない。極数を増すことにより、上述の理由に基づ
き、得られる測定精度はより向上化する。
The number of stacked capacitive load detectors 10 is not limited to two. By increasing the number of poles, the obtained measurement accuracy is further improved for the reasons described above.

【0052】尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施
の一例である。但し、これに限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施
が可能である。例えば、上記の実施形態では、荷重検出
器のセンサを容量値の変化としたが、上記の抵抗値の他
に、コイルのリアクタンス(L)変化等、荷重値を周波
数の変化として検出可能で有れば、何れでも良い。
The above embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention. However, it is not limited to this.
Various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the sensor of the load detector is changed in capacitance value. However, in addition to the resistance value, the load value can be detected as a change in frequency, such as a change in the reactance (L) of the coil. Any may be used.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上の説明より明かなように、本発明の
荷重測定装置および荷重測定方法は、負荷荷重の大きさ
に応じて所定の値を変化させ、所定の値の変化に応じて
発振周波数を変化させ、この発振周波数の変化数値をカ
ウントして負荷荷重の大きさを計測する。本構成により
荷重の測定を行うため、荷重検出のための駆動電源、検
出信号を増幅する増幅器、アナログ信号をデジタル信号
へ変換するA/D変換器等が不要となる。よって、構成
が簡素化され、装置の小型化、低価格化が可能となる。
As is clear from the above description, the load measuring device and the load measuring method of the present invention change a predetermined value in accordance with the magnitude of a load and oscillate in response to a change in the predetermined value. The frequency is changed, and the change value of the oscillation frequency is counted to measure the magnitude of the applied load. Since the load is measured by this configuration, a drive power supply for detecting the load, an amplifier for amplifying the detection signal, an A / D converter for converting an analog signal to a digital signal, and the like are not required. Therefore, the configuration is simplified, and the size and cost of the device can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の荷重測定装置の実施形態を示す回路構
成ブロック図である。
FIG. 1 is a circuit configuration block diagram showing an embodiment of a load measuring device of the present invention.

【図2】荷重検出器の構成例を示す概念的な縦断面図で
ある。
FIG. 2 is a conceptual vertical sectional view showing a configuration example of a load detector.

【図3】従来の荷重測定装置の回路構成例を示すブロッ
ク図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration example of a conventional load measuring device.

【図4】荷重測定装置の実施例1を示す回路構成ブロッ
ク図である。
FIG. 4 is a circuit block diagram showing a first embodiment of the load measuring device.

【図5】実施例1の容量式荷重検出器の構成例を示す縦
断面図である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view illustrating a configuration example of a capacitive load detector according to the first embodiment.

【図6】発振回路の構成例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration example of an oscillation circuit.

【図7】実施例2の二層型の容量式荷重検出器の構成例
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a two-layer capacitive load detector according to a second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 荷重検出器 2 発振回路 3 表示器 4 計測回路 5 電極 6 バネ材 S1 センサ D1、D2、D3 ダミー d 2極間の間隔距離 10 容量式荷重検出器 20 発振回路 21 コンデンサ容量増幅回路 22 無安定バイブレータ 30 表示器 40 計測回路 101 載荷板 102 ベース板(マイナス極板) 103 絶縁板 104 プラス極板 105 バネ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Load detector 2 Oscillation circuit 3 Display 4 Measurement circuit 5 Electrode 6 Spring material S1 Sensor D1, D2, D3 Dummy d Distance between two poles 10 Capacitive load detector 20 Oscillation circuit 21 Capacitor capacity amplification circuit 22 Unstable Vibrator 30 Indicator 40 Measurement circuit 101 Loading plate 102 Base plate (minus plate) 103 Insulating plate 104 Plus plate 105 Spring

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 負荷荷重の大きさに応じて所定の値を変
化させる荷重検出器と、 前記荷重検出器と接続され前記所定の値の変化に応じて
発振周波数を変化させる発振回路と、 前記発振周波数の変化数値をカウントして前記負荷荷重
の大きさを計測する計測回路と、 を有して構成されたことを特徴とする荷重測定装置。
A load detector configured to change a predetermined value according to a magnitude of a load; an oscillation circuit connected to the load detector and configured to change an oscillation frequency according to the change in the predetermined value; And a measuring circuit for counting a change value of the oscillation frequency to measure the magnitude of the applied load.
【請求項2】 前記所定の値は抵抗値、インダクタンス
値または静電容量値の少なくとも何れか一を含む値であ
り、この値が前記発振器の発振要素となることを特徴と
する請求項1に記載の荷重測定装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the predetermined value is a value including at least one of a resistance value, an inductance value, and a capacitance value, and this value is an oscillation element of the oscillator. The load measuring device as described.
【請求項3】 前記荷重検出器および発振回路は、CR
発振器またはLR発振器であることを特徴とする請求項
1または2に記載の荷重測定装置。
3. The load detector and the oscillating circuit include a CR.
The load measuring device according to claim 1, wherein the load measuring device is an oscillator or an LR oscillator.
【請求項4】 前記発振回路は差動増幅器を有し、該差
動増幅器と前記荷重検出器とにより、ウィーンブリッジ
発振器として構成されたことを特徴とする請求項1から
3の何れかに記載の荷重測定装置。
4. The oscillation circuit according to claim 1, wherein the oscillation circuit has a differential amplifier, and is configured as a Wien bridge oscillator by the differential amplifier and the load detector. Load measuring device.
【請求項5】 前記荷重検出器は、静電容量式の検出器
であり、該検出器は前記負荷荷重の印加方向に対して少
なくとも二層に積層され、該積層された各層の容量が並
列に接続されて前記発振回路へ接続されたことを特徴と
する請求項1から4の何れかに記載の荷重測定装置。
5. The load detector is a capacitance type detector, and the detectors are stacked in at least two layers in a direction in which the load is applied, and the capacitances of the stacked layers are parallel. 5. The load measuring device according to claim 1, wherein the load measuring device is connected to the oscillation circuit.
【請求項6】 負荷荷重の大きさに応じて所定の値を変
化させる荷重検出工程と、 前記所定の値の変化に応じて発振周波数を変化させる発
振工程と、 前記発振周波数の変化数値をカウントして前記負荷荷重
の大きさを計測する計測工程と、 を有して構成されたことを特徴とする荷重測定方法。
6. A load detecting step of changing a predetermined value according to a magnitude of a load, an oscillation step of changing an oscillation frequency according to the change of the predetermined value, and counting a change value of the oscillation frequency. And a measuring step of measuring the magnitude of the applied load.
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