JP2008542692A - 歪みゲージ - Google Patents

Abstract

本発明は、支持表面４を有する少なくとも１つのモジュール１６を備えたハウジング１を含み、例えば前記モジュール１６の中に密封されるように測定要素２が前記モジュール１６の中に予め組み付けられた歪みゲージに関する。測定に必要な全ての使用される電子構成部品１３及びケーブル５が環境の影響から守られるように、前記モジュール１６は、ハウジング１の凹み１４の中に密封されることが好ましい。輸送中及び測定のため表面９に据え付ける間、モジュール１６は、ハウジング１に固定されるなど、ハウジング１に単純に取り付けられる。

Description

本発明は、静止体の表面の伸長及び圧縮を測定する歪みゲージに関する。このタイプのセンサは、工業分野において、例えば構成部品に作用する負荷を監視するために幅広く使用されている。

歪みゲージは、ずっと以前から工業的に使用されている。これらのセンサでは一般に、剪断力を測定することができる１つ又は２つの測定要素がハウジングの中に組み付けられる。このハウジングは、ねじによって表面に、約１０．０００Ｎでしっかりと取り付けられる。ハウジングは、ねじの両側にねじから間隔を置いて配置された２つの支持表面によって、この表面を非常に高い静止摩擦で押す。それぞれの支持表面に測定要素を配置することができる。これらの２つの支持表面間の領域でのこの表面の伸長又は圧縮によって、それぞれの測定要素のところに、測定可能な剪断力が生じる。

知られている型式は例えば、ともにＫｉｓｔｌｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ ＡＧ社（スイス、Ｗｉｎｔｅｒｔｈｕｒ）によって製造された９２３３型又は９２３２型である。

９２３３型では、ハウジングの内部に測定要素が溶接され、それによって測定要素及びそれに接続された電子構成部品を、外部の影響、特にほこり、油又は液体から保護する。この溶接は非常に複雑であり、したがって少量生産には適さない。この場合にはセンサが非常に高価になるからである。

９２３２型では、測定要素がプラスチックの中にキャスティングされる。製造は、清浄、単純、且つ安価である。しかし、硬度は温度から独立していないため、高温はプラスチックの伸長特性を変化させる。さらに、プラスチックは、環境中のある種の化学組成物に敏感であり、液体中で損傷を受け、又は部分的に分解する可能性がある。

本発明の目的は、限られたロット数の生産においても単純で費用効果の高い組立てを提供し、同時に、さまざまなガス及び液体による環境の影響に対して測定要素を安全に封入することを保証する歪みゲージを提案することにある。

この目的は、独立請求項の諸特徴によって達成された。

本発明の根底にある着想は、本発明に基づく歪みゲージが、支持表面を有する少なくとも１つのモジュールを含み、例えばモジュールの中に密封されるように測定要素がモジュールの中に予め組み付けられていることである。ハウジングによって収容された電子ケーブルが環境の影響から守られるように、前記モジュールは、ハウジングの開口に密封されて取り付けられることが好ましい。輸送中及びハウジングに組み付ける間、このモジュールは、単純な方法でハウジングに組み付けられて、固定される。

以下では、図面に関して本発明をより詳細に説明する。

図１は、構成部品８の表面９に装着された従来技術に基づく９２３３型歪みゲージの断面の概略図を示す。この歪みゲージは、この構成部品８に対する固定手段１０を有するハウジング１を含み、固定手段１０は例えばねじを使用することによって固定する。固定された状態では、この歪みゲージが、２つの支持表面４のところで構成部品の表面９を押す。この実施例では、一方の支持表面４が変換要素３からなる。変換要素３とハウジング１の間に測定要素２が配置されている。この測定要素２は、生じた剪断力を測定し、対応する測定信号をケーブル５を介して伝えることができ、ケーブル５は、この目的のために提供されたものであり、ハウジング１の中をコネクタ６まで延びる。このコネクタ６では、解析するために、この信号を、従来の手段によって解析装置にさらに伝えることができる。

構成部品の表面９の圧縮又は伸長が生じた場合には、歪みゲージの２つの支持表面４間の距離が変化する。そのためにはもちろん、固定手段１０の引張力が、静止摩擦によって支持表面４を表面９に常に固着させる十分に強いものであることが必要である。

歪みゲージの２つの支持表面４間の間隔が変化した場合、変換要素３は、ハウジング１と変換要素３の間に挟み付けられた測定要素２に剪断力を伝え、測定要素２は、対応する信号をケーブル５を介してコネクタ６へ送る。

測定要素２及びケーブル５を外部の影響から守り、変換要素３をハウジング１に取り付けるため、変換要素３は溶接部位７のところでハウジング１に溶接される。これは、ガス及び／又は液体などの外部の影響から保護されたハウジング１内の密封された内部空間を提供する。

この実施例では、一方の支持表面４にだけ測定要素２が装置され、他方の支持表面４はダミー１２でしかなく、したがって、この他方の支持表面４は単に、静止摩擦によって構成部品の表面９に付着する役目だけを果たす。

図２は、構成部品８の表面９に装着された従来技術に基づく９２３２型歪みゲージの断面の概略図を示す。図１に示された実施例と同様に、この実施例も、ハウジング１と、固定手段１０と、間隔を置いて配置された２つの支持表面４と、それぞれの測定要素２からコネクタ６までのケーブル５とを含む。しかし、この実施例では、両方の支持表面４に、変換要素３及び測定要素２が装置されている。２つの測定要素２を使用することによってより高い感度が得られる。さらに、このようにすると、伸長又は圧縮方向の測定の加速度補償をそれぞれ達成することができる。

さらに、図２に示された実施例では、ハウジング１の中に、コネクタ６の前のケーブル５中に相互接続された電子構成部品１３が組み込まれる。電子構成部品１３は例えば、信号を前処理する役目を果たし、特に測定信号の前置増幅器として機能する。

１つ又は２つの測定要素２を有し、電子構成部品１３を備えた、又は電子構成部品１３を備えていない図１又は２に示されたタイプの歪みゲージは現在、市販されている。

図１とは対照的に、図２に示された実施例では、変換要素３がハウジング１の中に溶接されない。その代わりに、測定要素２、変換要素３、ケーブル５及びせいぜい電子構成部品１３が、都合のよい製造プロセスで、プラスチック・キャスティングによってハウジング１の中に密封される。

図３は、本発明に基づく歪みゲージの概略断面図を示す。参照符号は全て、他の図の符号と同一である。この歪みゲージも、ハウジング１と、固定手段１０と、２つの支持表面４と、少なくとも１つの変換体３と、測定要素２と、それぞれの測定要素２からコネクタ６までのケーブル５とを含む。任意選択で、ハウジング１の内部で、信号を前処理する電子構成部品１３をケーブル５中にさらに接続してもよい。本発明のこの実施例では、それぞれの測定要素２が、変換要素３と一緒にモジュール１６として予め組み立てられる。

図４は、このタイプのモジュール１６の概略断面図を示す。モジュール１６はモジュール・ハウジング１８を含み、モジュール・ハウジング１８は、測定要素２及び変換要素３がその中に少なくとも部分的に挿入される凹みを有する。さらに、変換要素３とは反対側の測定要素２の面に、電極又は停止要素１９を配置することができる。これは、モジュール・ハウジング１８とケーブル５を含む電極１９との間に絶縁体２０を配置することによって、モジュール・ハウジング１８から絶縁される。測定要素２は、引張力が加えられる前に、モジュール１６の中に挿入され、変換要素３の領域で環境からきつく密封される。これは例えば、引張力が加えられる前に、モジュール・ハウジング１８の中で変換要素３を溶接部位７のところで溶接することによって達成することができる。このようなモジュールは、さまざまな歪みゲージにおいて汎用的に使用することができるため、少量生産のための特殊な製造を必要としない。このように、これらのモジュールの生産は費用効果が高い。

ケーブル５は、測定要素２から、この目的のために提供されたモジュール・ハウジング１８の開口を通して外部に延び、所望のコネクタ６又は電子構成部品１３に接続することができる。ケーブル５用のモジュール・ハウジング１８の開口も密封することができる。しかし大部分の応用でこれは必要ない。

図３は、この目的のために提供されたハウジング１の凹み１４の中に取り付けられたこのタイプのモジュール１６を示す。この凹み１４は、電子構成部品１３又はコネクタ６と接触するまでケーブル５を案内する導管を有する。

モジュール１６の装着は、当業者に知られているさまざまな方法で実行することができる。しかし、装着の間、凹み１４の開口をしっかりと密封することが重要である。これは例えば、モジュール１６とハウジング１の間の非常に平らな支持表面によって、又はこれらの２つの構成部品間にシール１７を配置することによって達成することができる。

ハウジング１へのモジュール１６自体の組付けは、輸送及び据付けに十分に耐えることができる程度にしっかりしていればよい。組み付けられた状態では、ハウジング１と表面９の間の固定手段１０を介して約１０．０００Ｎが有効であり、そのため、モジュール１６は自動的に固定される。この必要な据付けは例えば、ピン及びナット２１、割りピン又は同等物によって達成することもでき、この場合には据付けが、モジュール１６を取り付けるためのハウジング１の別の凹み１５から実施される。この凹み１５の開口は例えば、プラスチック・キャスト又はシーリング・カバーによって覆うことができる。

或いは、モジュール１６は、割りピン、ストラップ、クランプ又はステープラによってハウジング１に取り付けることもでき、特に、ねじで留め、クランプで締め付け、接着し、又は溶接スポットによって固定することができる。そのための多くの技法が当業者に知られている。

電子構成部品１３は、そのためにハウジング１の中に提供された空間に収容することができ、この空間は、ハウジング１の端のスリーブ２２によって形成され、スリーブ２２にはコネクタ６が取り付けられている。或いは、電子構成部品１３は、ハウジング１の別の凹みの中に収容することもできる。

第２の支持表面４は、図３に示された従来技術と同様にダミー１２によって形成することができ、又は、測定要素２を有する他のモジュール１６によって、図２に類似した方法で形成することができる。有利には、ハウジング１が、２つのモジュール１６用に決まって設計され、必要に応じて１つのモジュール１６及びダミー１６、又は２つのモジュール１６が据え付けられる。このように、ダミー１２に代えて他のモジュール１６を使用するアップグレーディングを容易に実行することができる。

図５には、本発明に基づく他の配置が、４つの測定要素２を有する歪みゲージの上面の概略図として示されている。このケースでは、中心に配置された固定手段１０と、固定手段１０のまわりの円上に配置されたモジュール１６を挿入するための４つの凹み１４と、コネクタ６とを含む、円形実施例の形態のハウジング１が示されている。このタイプの配置の利点は、必要に応じて、最高４つのモジュールを使用することができ、それによって２つの構成部品の伸長を測定することができ、したがって２つの方向の加速度を補償することができる点である。このようにすると、センサは、温度変化に対して鈍感になる。

大地から絶縁されたモジュール１６を挿入することによって、大地から絶縁された本発明に基づく歪みゲージを容易に製造することができる。この目的のためには、両側に置かれた測定要素２の電極が、モジュール・ハウジング１８又は変換要素３と直接又は間接に接触しないように、モジュール１６の内部構造を変更しなければならない。この場合、ケーブル５は絶縁された２本のリード線を含む。

モジュール１６を使用した本発明に基づく歪みゲージの他の利点は、必要に応じて、例えば修理するために、モジュール１６を取り替えることができる点である。知られている型式と同様に、１つ、２つの又は４つのモジュール１６を有し、及び電子構成部品１３を備え、又は電子構成部品１３を備えず、これらの任意の組合せを含む本発明に基づく構造を製造することができることを指摘しておかなければならない。

これらの小さくコンパクトなモジュール１６は汎用的に使用することができるため、このような１つのタイプのモジュールだけが製造され、又は異なるいくつかのタイプのモジュールが製造されるに違いない。これらの大量のモジュールのため、結果的にその製造費は低下し、このことは、歪みゲージの費用及び価格に対しても影響を有する。

従来技術に基づく９２３３型歪みゲージの断面の概略図である。 従来技術に基づく９２３２型歪みゲージの断面の概略図である。 本発明に基づく歪みゲージの断面の概略図である。 測定要素を含むモジュールの断面の概略図である。 ４つの測定要素を有する本発明に基づく歪みゲージの一配置の上面の概略図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ 測定要素
３ 変換要素
４ 支持表面
５ ケーブル
６ コネクタ
７ 溶接部位
８ 構成部品
９ 構成部品の表面
１０ 固定手段
１１ キャスト（プラスチック）
１２ ダミー
１３ 電子構成部品
１４ ハウジングの凹み
１５ モジュールを取り付けるための凹み
１６ モジュール
１７ シール
１８ モジュール・ハウジング
１９ 電極、停止要素
２０ 絶縁体
２１ ピン及びナット、又は同等物
２２ スリーブ

Claims (14)

1. 構成部品８の表面９の伸長及び圧縮を測定する歪みゲージであって、測定される前記表面９に対する固定手段１０を有するハウジング１と、測定ケーブルと接触するコネクタ６と、測定される前記表面９をしっかりと押す前記ハウジング１の少なくとも２つの支持表面４とを含み、少なくとも一方の前記支持表面４が、ケーブル５によって前記コネクタ６に接続された剪断力を測定する測定要素２を、変換要素３の背後に備えた歪みゲージにおいて、少なくとも１つの測定要素２が、支持表面４を含む変換要素３と一緒にモジュール１６として予め組み立てられていることを特徴とする歪みゲージ。
2. 少なくとも１つの前記モジュール１６が前記ハウジング１に取外し可能に取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の歪みゲージ。
3. 前記測定要素２が前記モジュール１６の中にきっちりと密封されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の歪みゲージ。
4. 前記ハウジング１が、モジュール１６を挿入する少なくとも１つの凹み１４を有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれかに記載の歪みゲージ。
5. 前記ハウジング１が、前記モジュール１６を取り付けるための少なくとも１つの第２の凹み１５を有することを特徴とする、請求項４に記載の歪みゲージ。
6. 前記モジュール１６が、前記ハウジング１に、ねじで留められ、クランプで締め付けられ、接着され、又は溶接スポットによって取り付けられていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれかに記載の歪みゲージ。
7. 前記モジュール１６が前記凹み１４に密封されて取り付けられていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれかに記載の歪みゲージ。
8. 前記密封が、Ｏリング１７、接着剤又は平らな表面によって達成されていることを特徴とする、請求項７に記載の歪みゲージ。
9. 前記第２の凹み１５がきっちりと密封されていることを特徴とする、請求項４から８までのいずれかに記載の歪みゲージ。
10. 少なくとも２つの前記支持表面４に、剪断力を測定する測定要素２と、前記測定要素２に取り付けられ、前記コネクタ６に達する前記ケーブル５とが提供されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれかに記載の歪みゲージ。
11. 前記センサは、伸長方向に加速度補償されることを特徴とする、請求項１０に記載の歪みゲージ。
12. 測定される前記表面９をしっかりと押す前記ハウジング１の少なくとも４つの支持表面４であって、剪断力を測定する測定要素２と、前記測定要素２に取り付けられ、前記コネクタ６に達する前記ケーブル５とにそれぞれが接続された支持表面４を特徴とする、請求項１から１１までのいずれかに記載の歪みゲージ。
13. 前記ハウジングが、信号を前処理する電子構成部品１３をさらに収容することを特徴とする、請求項１から１２までのいずれかに記載の歪みゲージ。
14. 前記センサが大地から絶縁されていることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれかに記載の歪みゲージ。

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