JP2008064750A - 力測定装置及び基準器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】力測定装置1000は測定器100及び基準器100Rを含み、後者は決定すべき測定対象の力が測定器により測定されることができるようにする基準量、基準電流又は基準電圧を送出するのに役立つ。基準器は基準質量が装着されたところの、かつ電磁力補償の原理に従って基準電流を生成し、該基準電流を測定及び調整装置3R、4Rによって調整して基準レバー105Rにより保持された第1の基準コイル1R;1Raにおいて基準電流が、基準磁石2Rの磁界と協働して磁力が基準レバーに加わるようにする磁界を生成することができるようにした力測定装置であり、基準レバーに同様に作用している基準質量の力が前記磁力により補償されることができるようにする。
【選択図】図2
Description
測定器及び基準器のレバーシステムは、測定器及び基準器のそれぞれの固定部品が共に結合され使用される一体設計概念に従って好ましくは組立てられる。好ましくは、測定器及び基準器はレバーシステムが組込まれた一体式構成の力伝達装置によって実現される。力測定装置に関し最もコンパクトな設計を得るため、基準器の少なくとも1つの基準レバーは好ましくは測定器の平行四辺形の固定部品に一体化される。この設計概念により、かつ放電加工法を通じて形成した一体式に形態づけられた力測定装置を使用することにより、ほとんど追加の費用がかからない基準器を生産し、かつ最小の追加のスペースのみを要求するやり方で基準器を力測定装置に一体化することが可能である。
V1×s1=V2×s2
V1は基準コイル1R及び支点要素111Rの一方の側の基準レバー105Rの全体積を表す。距離s1は支点要素111Rからの体積V1の重心の距離である。V2は支点要素111Rの他方の側の基準レバー105Rの体積並びに補償空気排除体1050Rの体積を表す。距離s2は支点要素111Rからの体積V2の対応する重心の距離である。距離sFは、結果として生じる基準力FREFの、回転中心からの、すなわち支点要素111Rからの距離である。この場合の体積V1及びV2は、空気排除に関連する基準レバー105Rの外体積を表す。
の両辺に加入されるからである。浮力はそれ故基準力FREFに何らの影響も有しない。
FREF=(ρ1−ρ2)×V1×s1×g/sF。
一体式に形態づけられた力伝達装置の使用により、数個の基準信号を力測定装置1000のため又は他の測定器械のため生じさせ得る1つ又は複数の基準器103を実現することも特に簡単である。
a)基準電流IREFが供給される第1の測定器100aを備え、
b)基準電圧UREFがストレンゲージブリッジ回路に印加される第2の測定器100bを備え、及び
c)基準電圧UREFがA/D変換器に送出される第3の測定器100cを備える。
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1Ra・・・・・第1の基準コイル
2R・・・・・・基準磁石
2−2R・・・・基準磁石
3R・・・・・・測定装置
4R・・・・・・調整装置
100・・・・・測定器
100R・・・・基準器
105R・・・・基準レバー
1000・・・・力測定装置
IREF・・・・・基準電流
UREF・・・・・基準電圧
FMO・・・・・・測定対象の力
mREF・・・・・基準質量
FREF・・・・・基準質量の基準力
Claims (18)
- 力測定装置(1000)であって、測定器(100)と、さらに基準器(100R)とを備え、該基準器は決定すべき測定対象の力(FMO)が該測定器(100)により測定及び/又はデジタル化されることができるようにする基準量、基準電流(IREF)又は基準電圧(UREF)を送出するのに役立つ力測定装置において、該基準器(100R)は基準質量(mREF)が装着されたところの、かつ電磁力補償の原理に従って基準電流(IREF)を生成し、該基準電流を測定及び調整装置(3R、4R)によって制御して基準レバー(105R)により保持された第1の基準コイル(1R、1Ra)において該基準電流(IREF)が、基準磁石(2R;2−2R)の磁界と相互に作用して磁力が該基準レバー(105R)に加わるようにする磁界を生成することができるようしたところの力測定装置であり、該基準レバーに同様に作用している該基準質量(mREF)の力(FREF)が前記磁力により補償されることができるようにしたことを特徴とする、前記力測定装置。
- 請求項1に記載の力測定装置(1000)において、該基準電流(IREF)は基準抵抗器(5)の両端に基準電圧(UREF)を生成するため前記基準抵抗器(5)を通じて導かれ、及び/又は該基準電流(IREF)又は該基準電圧(UREF)はデジタル基準量として変換され、使用されることを特徴とする、前記力測定装置。
- 請求項1又は2に記載の力測定装置(1000)において、該基準レバー(105R)の実際の瞬間位置は対応するフィードバック量を送出するのに役立つ光学位置センサー器(3R)によって測定でき、該フィードバック量に基づいて該調整装置(4R)中を流れる基準電流(IREF)は該基準レバー(105R)が常に目標位置に復帰するよう制御されることができることを特徴とする、前記力測定装置。
- 請求項1、2又は3に記載の力測定装置(1000)において、その周波数が10Hzから50Hzの範囲内の所定の値を超える該フィードバック量の信号成分は、高域フィルタ(43)を経由して調整器(44)に送られることができ、該調整器によって増幅器(46)は制御されて対応する補償電流(IK)を該基準レバーに接続された第2の基準コイル(1Rb)に送ることができ、該補償電流(IK)は該基準磁石(2R)の磁界と協働して該より高い周波数範囲の攪乱の効果が補正されることができるようにする磁界を生成することを特徴とする、前記力測定装置。
- 請求項4に記載の力測定装置(1000)において、該補償電流(IK)は該第2の基準コイル(1Rb)を経由して、その出力が該増幅器(46)の入力に復帰される積分器(47)の入力に向けられることができ、それにより該積分器(47)の出力信号を常に出発位置に復帰させるフィードバックループが確立されることを特徴とする、前記力測定装置。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の力測定装置(1000)において、
ストレンゲージの原理に従って動作する測定器(100)において、該基準器(100R)により生成された該基準電圧(UREF)は測定ブリッジ回路に印加され、または、
磁力補償の原理に従って動作する測定器(100)において、該基準器により生成された該基準電流(IREF)は補償レバー(105)により保持された第1及び第2の補償コイル(1a、1b)中を交互に流れるよう切り替えられて、その結果は関連の磁石システム(2)の磁界と協働して関連のレバー機構(101、102、103、104)に該補償レバー(105)を通じて力が作用するようにする磁界となるようにし、それにより該レバー機構(101、102、103、104)に同様に作用している該測定対象の力(FMO)が該測定器(100)により補償されることができ、または、
該要求される補償電流は該基準電圧(UREF)から又は該基準電流(IREF)から導出され、または、
該測定器(100)はA/D変換器を備え、該変換器は、該測定対象(mMO)の測定された信号(sMO)がデジタル化されることができるようにする基準量として該基準電圧(UREF)又は該基準電流(IREF)を受取り、使用することができることを特徴とする、前記力測定装置。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の力測定装置(1000)において、該基準レバー(105R)は支点要素(111R)によって該測定器(100)の該レバー機構の固定部品(103)に接続され、及び/又は該基準レバー(105R)及び該測定器の該レバー機構(101、102、103、104)は一体式に形態づけられた力伝達機構(150)に少なくとも部分的に組込まれ、及び/又は該基準器(100R)のみが一体式に形態づけられた力伝達装置によって実現されることを特徴とする、前記力測定装置。
- 請求項1乃至7のいずれかに記載の力測定装置(1000)において、磁石システム(2−2R)が該測定器(100)と該基準器(100R)との共有使用のため設けられ、前記磁石システム(2−2R)の一方の側の磁界は該補償コイル(1)の磁界と、かつ該磁石システム(2−2R)の他方の側の磁界は該基準コイル(1R)の磁界と協働することを特徴とする、前記力測定装置。
- 請求項1乃至8のいずれかに記載の力測定装置(1000)において、該基準コイル(1R)と、適切な場合に該基準レバー(105R)の一部とが該基準質量(mREF)を形成することを特徴とする、前記力測定装置。
- 請求項1乃至8のいずれかに記載の力測定装置(1000)において、該基準コイル(1R)の、及び該支点要素(111)の一方の側に位置する該基準レバー(105R)の部分の体積(V1)は、少なくとも1つの補償排除体(1050R)の、及び該支点要素(111)の他方の側の該基準レバー(105R)の部分の体積(V2)により、該支点からの重心の距離(s1、s2)を考慮に入れた時に、各々の側に発生する浮力が気圧の変化があっても互いにほぼ釣合いが取れるよう補償されることを特徴とする、前記力測定装置。
- 請求項10に記載の力測定装置(1000)において、少なくとも1つの補償排除体(1050R)は交換可能であり、及び/又は該支点要素(111)からの該排除体(1050R)の距離は調節可能であることを特徴とする、前記力測定装置。
- 請求項1乃至11のいずれかに記載の力測定装置(1000)において、該基準器(100R)はガス密囲い内に配列されることを特徴とする、前記力測定装置。
- 請求項10に記載の力測定装置(1000)において、該ガス密囲いは排気されることを特徴とする、前記力測定装置。
- 請求項1乃至13のいずれかに記載の力測定装置(1000)において、該磁石システム(2、2R)の及び/又は該測定器(100)のコイル(1;1a、1b;1R;1Ra、1Rb)の及び/又は該基準器(100R)の温度は、測定値を補正するために測定され、使用されることができることを特徴とする、前記力測定装置。
- 基準質量(MREF)に対応する基準電流(IREF)を生成するため動作可能な基準器(100R)において、測定及び調整装置(3R、4R)が設けられ、該装置によって該基準電流(IREF)を調整して、基準レバー(105R)により保持された第1の基準コイル(1R;1Ra)において、基準磁石(2R;2−2R)の磁界と相互に作用して力が該基準レバー(105R)に加わるようにする磁界が生成されることができるようにし、それにより該基準レバー(105R)に同様に作用している該基準質量(mREF)の基準力(FREF)が補償されることができるようにしたことを特徴とする、前記基準器。
- 請求項15に記載の基準器(100R)において、該基準器(100R)は該基準器の特有のデータ及び/又は識別コードのための少なくとも1つの記憶装置を備えることを特徴とする、前記基準器。
- 請求項15及び16のいずれかに記載の基準器(100R)において、該基準器(100R)は電気的及び機械的インターフェースを備えることを特徴とする、前記基準器。
- 請求項15乃至17のいずれかに記載の基準器(100R)において、該基準器(100R)はマイクロ電気機械システムとして実行されることを特徴とする、前記基準器。
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