JP2017506737A - 弾性体を有する高精度ロードセル - Google Patents

弾性体を有する高精度ロードセル Download PDF

Info

Publication number
JP2017506737A
JP2017506737A JP2016523278A JP2016523278A JP2017506737A JP 2017506737 A JP2017506737 A JP 2017506737A JP 2016523278 A JP2016523278 A JP 2016523278A JP 2016523278 A JP2016523278 A JP 2016523278A JP 2017506737 A JP2017506737 A JP 2017506737A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flexible
load
load cell
sealed cavity
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016523278A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6120120B2 (ja
Inventor
アーゲ ジュール アイラーセン,ニルス
アーゲ ジュール アイラーセン,ニルス
Original Assignee
アーゲ ジュール アイラーセン,ニルス
アーゲ ジュール アイラーセン,ニルス
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
Priority to DKPA201400306 priority Critical
Priority to DKPA201400306 priority
Application filed by アーゲ ジュール アイラーセン,ニルス, アーゲ ジュール アイラーセン,ニルス filed Critical アーゲ ジュール アイラーセン,ニルス
Priority to PCT/DK2014/000058 priority patent/WO2015188827A1/en
Publication of JP2017506737A publication Critical patent/JP2017506737A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6120120B2 publication Critical patent/JP6120120B2/ja
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=52231783&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP2017506737(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2243Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being parallelogram-shaped
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infra-red, visible light, ultra-violet
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2268Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects
    • G01L1/2281Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects for temperature variations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/223Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to joystick controls

Abstract

弾性体を備えるロードセルであって、弾性体は、第1のビーム(3)および第1のビームと反対に配置される第2のビーム(5)と、ベース端部(1)およびベース端部の反対側に配置されるロード受容端部(2)であって、第1および第2のビームは、弾性変形のためのセクションを提供する曲げポイント(6)を介してベース端部とロード受容端部とに接続される、ベース端部(1)およびロード受容端部(2)と、可とう性壁、および測定されるべきロードに応答して弾性体の弾性変形を測定するためのセンサー手段を備える密閉されたキャビティ(4)とを備え、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第1のビームおよび/または第2のビームに入れられ、ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有するレバー(7)をさらに備え、第1の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第2の端部は、測定されるべきロードに応答してレバーの第2の端部の何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、反対側のビーム、ベース端部、またはロード受容端部のうちの1つまたは複数に接続される、ロードセル。【選択図】図4

Description

本発明は、測定されるべきロードに応答して、弾性体のひずみまたは変形を検出するためのセンサー手段に取り付けられる弾性体を含む、ロードを測定するためのロードセルに関する。
本発明は、より詳細には、弾性体を備える高精度ロードセルに関し、弾性体は、第1のビームおよび第1のビームと反対に配置される第2のビームと、ベース端部およびベース端部の反対側に配置されるロード受容端部であって、第1および第2のビームは、弾性変形のためのセクションを提供する曲げポイントを介してベース端部とロード受容端部とに接続される、ベース端部およびロード受容端部とを備え、可とう性壁、および測定されるべきロードに応答して弾性体の弾性変形を測定するためのセンサー手段を備える密閉されたキャビティとをさらに備える。
多数のセンサータイプは、密閉されたキャビティ中に適応されるセンサー手段を用いて設計され、センサー手段は、密閉されたキャビティ中の可とう性壁を通ってもたらされるレバーによってアクティブ化される。可とう性壁は、センサー手段を湿度および腐食から保護する。例はジョイスティックおよび単純な力センサーであるが、高高精度測定は、従来技術では、平行四辺形とともに提供される高高精度ロードセルのみによって達成される。
欧州特許第1451538号明細書は、ロードセルのベース端部に入れられる密閉されたキャビティ中に取り付けられるセンサー手段を用いた高精度ロードセルを記載している。
ロードセルは、欧州特許第1451538号明細書によれば、実際にはいくつかの問題を示す。
1つの問題は、例えば、密閉されたキャビティの壁のうちの1つを太陽光線が照らすとき、それらの壁の温度誘発されるひずみから発生し、それにより、この壁の寸法は増加し、これによって、密閉されたキャビティはひずみ、センサー手段に影響を及ぼし、これが0の過渡シフトを与える。壁との間にかなりの距離をもつキャビティの同等に拡大された幾何学的形状のために、温度等化は完全でなくなり、一定の時間を要し、したがって、ゼロ信号は、部分的に、そして緩やかにのみ正しい値に戻ることになる。
さらなる問題は、センサー手段の近くにあるロードセルのベース端部に通常取り付けられる電子信号処理回路によって生成される電力によって引き起こされる、センサー手段の周囲温度を上回る温度上昇である。この温度上昇は、ロードセルの信号のゼロおよびスロープでは補償することが困難であり、なぜならば、それが環境の温度に加算されるからである。
別の問題は、平行四辺形の2つのビームにおける力を変化させる、ロードセルに印加されるロードの偏心の変化を介した、キャビティおよびセンサー手段のひずみの変化である。ビームは、密閉されたキャビティ上に直接ヒンジ結合されるので、ビームにおける力の変化は、密閉されたキャビティの壁の変形の変動をもたらし、これにより、センサー手段に影響を及ぼすことになる。密閉されたキャビティの壁の変形のこの変化は、印加されるロードの偏心の変化とともに、ロードセルの利用可能な精度を低減する。
さらに別の問題は、ロードセルを取り付けるためにベース端部における取付ねじが締められるときの、密閉されたキャビティおよびセンサー手段のひずみである。
米国特許出願公開第2003/0111277号明細書は、ロードセルのベース端部中の密閉されたキャビティに入れられるセンサー手段をもち、ベース端部中の密閉されたキャビティの可とう性壁をロード受容部分に接続するレバーをもつ、いくつかの高精度ロードセルを記載している。
米国特許出願公開第2003/0111277号明細書によるロードセルは、欧州特許第1451538号明細書によるロードセルと同じ問題を示す。
米国特許第5,052,505号明細書および米国特許出願公開第20/0232393号明細書はどちらも、センサー手段を取り付けるための密閉されたキャビティが、平行四辺形のビームのうちの1つにおけるリセスをミリングし、カバーでキャビティを閉じることによって作成されるロードセルを記載している。
これらの特許によるロードセルはどちらも、ひずみゲージが平行四辺形の曲げポイントに印加される、このタイプのロードセルに共通の問題を示す。この設計のロードセルが装荷されたとき、ビームの1つの曲げポイントにおけるひずみゲージは、この曲げポイントの曲げから正のひずみを経験するが、同じビームの他の曲げポイントにおけるひずみゲージは負のひずみを経験することになる。しかしながら、曲げひずみのほかに、ビームの方向において縦力からの曲げポイントにもひずみが現れる。これらの力およびひずみは、ビームの両方の曲げポイントにおいて同じサインを有し、ロードセルの信号がひずみゲージの通常のホイートストンブリッジ結合において測定されたとき、理想的には互いに打ち消すはずである。しかしながら、ひずみゲージ自体と、ひずみゲージの接合との不正確さが、ロードセルに印加されるロードの偏心の変化とともに、測定誤差を生じることになり、これらの誤りは、曲げポイントのやすり仕上げまたは研削で補正するのが退屈であり、時間がかかる。
欧州特許第1451538号明細書 米国特許出願公開第2003/0111277号明細書 米国特許第5,052,505号明細書 米国特許出願公開第20/0232393号明細書
本発明の目的は、ロードセルの他の部分から熱絶縁され、ロードセルに印加されるロードの偏心を変動させるときにビームにおける力の変動による影響を受けず、ロードセルの取付ねじを締めることによる影響を受けない、センサー手段をもつ密閉されたキャビティをもつロードセルを提供することである。
本発明によれば、この目的は、弾性体を備える高精度ロードセルを提供することよって達成され、弾性体は、第1のビームおよび第1のビームと反対に配置される第2のビームと、ベース端部およびベース端部の反対側に配置されるロード受容端部であって、第1および第2のビームは、弾性変形のためのセクションを提供する曲げポイントを介してベース端部とロード受容端部とに接続される、ベース端部およびロード受容端部と、可とう性壁、および測定されるべきロードに応答して弾性体の弾性変形を測定するためのセンサー手段を備える密閉されたキャビティとを備え、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第1のビームおよび/または第2のビームに入れられる。高精度ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有するレバーをさらに備え、第1の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第2の端部は、測定されるべきロードに応答してレバーの第2の端部の何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、反対側のビーム、ベース端部、またはロード受容端部のうちの1つまたは複数に接続される。
このようにして、本発明によれば、測定されるべきロードは、密閉されたキャビティに入れられる様々なタイプのセンサー手段によって測定され得、それにより、壁の限られた幾何学的形状および密接した熱的結合のために、密閉されたキャビティの周りの弾性体の高速でほぼ完全な温度等化が提供される。さらに、ビームと、ビームの曲げポイントによって提供されるベース端部およびロード受容端部との間の熱絶縁は、密閉されたキャビティおよびセンサー手段への熱の流入を制限する。密閉されたキャビティの各側がビームに入れられる、固体壁における低いひずみは、ロードの偏心が変動する下で、密閉されたキャビティの可とう性壁の変形の極めて低い変化を提供する。
密閉されたキャビティおよびセンサー手段は曲げポイント間のビームに入れられるので、ロードセルの印加において固体ベース端部および固体ロード受容端部を取り付けるためのねじを締めるとき、測定への影響が見られない。
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第1のビームに入れられる。ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有するレバーをさらに備え、第1の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第2の端部は、測定されるべきロードに応答して反対側のビームの何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、反対側のビームに接続される。
この実施形態によって得られる利点は、湿度、熱的および漂遊機械的応力から絶縁されるセンサー手段をもつ密閉されたキャビティ、ならびにレバーによって搬送されるビームの相対変位を介するセンサー手段の単純なアクティブ化である。
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティは、ビームの本体におよびビームの曲げポイント間に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第1のビームに入れられる。ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有する第1のレバーをさらに備え、第1の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第2の端部は、測定されるべきロードに応答して反対側のビームの何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、曲げポイント、および反対側のビームに接続される第2のレバーを通して反対側のビームに接続される。
この実施形態によって得られるさらなる利点は、レバーの長さを変化させることによってロードセルの特定の印加による可とう性壁の変形を調整する可能性である。
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第1のビームに入れられる。ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有するレバーをさらに備え、第1の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第2の端部は、測定されるべきロードに応答してロード受容端部の何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、ロード受容端部のビームに接続される。
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第1のビームに入れられる。ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有するレバーをさらに備え、第1の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第2の端部は、測定されるべきロードに応答してベース端部の何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、ベース端部に接続される。
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第1のビームに入れられる。ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有するレバーをさらに備え、第1の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第2の端部は、測定されるべきロードに応答してレバーの第2の端部の何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、反対側のビームにおよび/またはロード受容端部におよび/またはベース端部に接続される。
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第1のビームにおよび第2のビームに入れられる。ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有するレバーをさらに備え、第1の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第2の端部は、測定されるべきロードに応答してレバーの第2の端部の何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、反対側のビーム中の可とう性壁におよび/または反対側のビームにおよび/またはロード受容端部におよび/またはベース端部に接続される。
この実施形態によって得られる利点は、ロードの臨界印加のために二重の独立した測定システムを有する可能性である。
本発明によるロードセルの実施形態では、可とう性壁に接続される第1のレバーは、センサー手段のアクティブ化のために可とう性壁を通って密閉されたキャビティ中に突出する。
本発明によるロードセルの実施形態では、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続される第1のレバーは、可とう性壁を変形することによって密閉されたキャビティ中でセンサー手段をアクティブ化する。
本発明によるロードセルの実施形態では、センサー手段は、容量性および/また誘導性および/または抵抗性および/または光学式である。
本発明の実施形態では、曲げポイントは、測定されるべきロードに応答して可とう性壁の変形を調整するためにレバーのどこにでも挿入され得る。
本発明の実施形態では、可とう性壁は、測定されるべきロードに応答して可とう性壁の変形を可能にするために、いくつかのエリアにおいて異なる厚さを有し得る。
本発明の実施形態では、可とう性壁は、測定されるべきロードに応答して可とう性壁におけるひずみの測定を可能にするために、いくつかのエリアにおいて異なる厚さを有し得る。
本発明によるロードセルの一実施形態では、電子信号処理回路は、密閉されたキャビティ中に、および/またはロードセルのベース端部および/またはロード受容端部中に取り付けられる。
この実施形態によって得られる利点は、信号処理回路のほんのいくつかの、したがって低電力にすぎない構成要素が、密閉されたキャビティ中に取り付けられるが、信号処理回路の熱を生成するより高電力の部分がベース端部に取り付けられることである。
ベース端部からの熱は、環境へと極めて容易に消失され得、ビームの曲げポイントによって提供される熱絶縁のために、密閉されたキャビティおよびセンサー手段には達することがない。
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティ中に取り付けられる電子信号処理回路は、ロードセルのビームの曲げポイントにおいて適応される接続を通してロードセルのベース端部中の電子信号処理回路に接続される。
接続と、好ましくはレーザー溶接されたカバーとを、曲げポイントの約1/2の厚さである、曲げポイントの材料における中立層にできる限り近いく配置することによって、接続およびカバーは、ロードセルが装荷されたときに曲げポイントが変形を受けるとき、ただ曲げられはするが、伸張または圧縮されはせず、これは、有意でないサイズへの測定への影響を低減する。
電子処理回路間の接続が配置される曲げポイントの厚さを増加させることによって、曲げポイントにおける溝の機械加工、およびカバーのレーザー溶接を実施するのがより容易になる。
本発明について、図面を参照しながら以下で詳細に説明する。
従来技術として、センサー手段をアクティブ化するために、可とう性壁を通ってセンサー本体中の密閉されたキャビティ中に突出するレバーをもつ単純なセンサーを示す。 従来技術として、密閉されたキャビティをもつベース端部と、ロード受容部分と、ベース端部およびロード受容部分を接続する2つのビームからなる平行四辺形と、ベース端部中の密閉されたキャビティ中に適応される、センサー手段をアクティブ化するための、ロード受容部分を密閉されたキャビティの可とう性壁に接続するレバーとを備える、弾性体をもつ高精度ロードセルを示す。 従来技術として、ビームの曲げポイントに適用されるひずみゲージをもつビームのうちの1つ中の密閉されたキャビティとともに、ベース端部と、ロード受容部分と、ベース端部およびロード受容部分を接続する2つのビームからなる平行四辺形とを備える、弾性体をもつ高精度ロードセルを示す。 ベース端部と、ロード受容部分と、可とう性壁をもつ密閉されたキャビティをもつ第1のビームと、密閉されたキャビティの可とう性壁を通って突出し、曲げポイントおよび第2のレバーを通って第2のビームに接続される第1のレバーによってアクティブ化されるセンサー手段とを備える、弾性体をもつ本発明の基本的実施形態である。 容量性センサー手段の一例である。 ベース端部と、ロード受容部分と、可とう性壁をもつ密閉されたキャビティをもつ第1のビームと、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、曲げポイントおよび第2のレバーを通って第2のビームに接続される第1のレバーによってアクティブ化されるセンサー手段とを備える、弾性体をもつ本発明の基本的実施形態である。 弾性体が装荷される状況における本発明の基本的実施形態である。 弾性体が装荷され曲げポイントが閉じられる別の状況における本発明の基本的実施形態である。 電子信号処理回路がロードセルの密閉されたキャビティとベース端部との間で分割される本発明の一実施形態である。 ロードセルの密閉されたキャビティ中の電子信号処理回路と、ベース端部中の信号処理回路とが、ビームの曲げポイントにおいて適応される接続を通して接続される、本発明の一実施形態である。 密閉されたキャビティのためのカバーを示す図10Aの本発明の実施形態である。
図1のセンサーは、従来技術として、単純なセンサーを示し、ここでは、レバー1がアクティブ化されたときにキャパシタンスセンサー6および7に関して、固定された羽根5を移動することによって、容量性センサー手段をアクティブ化するために、レバー1は、可とう性弾性壁4を通って、センサー本体3に入れられる、密閉されたキャビティ2中に突出している。キャパシタンスセンサー6および7はキャパシタンス測定回路8に接続される。
このタイプのセンサーは、異なるセンサー手段とともに、機械類を制御するためのジョイスティックとして広く使用され、可とう性壁は、過酷な環境において機械類における湿度および腐食からセンサー手段を保護する。
図1によるセンサーは、センサー手段をアクティブ化するための力がレバー1の長さに依存するので、ロードセルとして極めて不適当であることが容易にわかる。
図2のロードセルは、従来技術として、密閉されたキャビティ2をもつベース端部1と、ロード受容部分3と、ベース端部1およびロード受容部分3を接続する2つのビーム4および5からなる平行四辺形と、信号処理回路9をも含んでいるキャビティ2中に適応される、センサー手段8をアクティブ化するための、ロード受容部分3を密閉されたキャビティ2の可とう性壁7に接続するレバー6とを備える、弾性体をもつ高精度ロードセルを示す。
信号処理回路9によって生成される熱は、密閉されたキャビティ2の温度上昇を引き起こし、この温度上昇は環境の温度に加算され、これによって、温度補償が困難になる。
ロード受容部分3上の偏心が変化して印加されるロードは、ビーム4および5において力の変化を与え、それは、これによって、密閉されたキャビティ2の寸法変化を与え、これによって、測定値に影響を及ぼす。
同等に薄い壁で密閉されたキャビティでは、印加においてロードセルのベース端部を取り付けるためのねじを締めるとき、密閉されたキャビティのひずみおよびゼロ信号のシフトを回避することが実際には困難でもある。
図3のロードセルは、従来技術として、ベース端部1と、ロード受容部分2と、ベース端部1およびロード受容部分2を接続する2つのビーム3および4からなる平行四辺形と、ビームの曲げポイント8および9において適用されるひずみゲージ6および7をもつビーム3中の密閉されたキャビティ5とを備える、弾性体をもつ高精度ロードセルを示す。カバー10は、環境からキャビティ5ならびにひずみゲージ6および7を密閉する。
ロードがロード受容部分2に印加されたとき、ひずみゲージ6は曲げポイント8の曲げによって伸張されるが、ひずみゲージ7は曲げポイント9の曲げによって圧縮され、ホイートストンブリッジ構成で通常接続されるひずみゲージからの信号を生じるのは、これらのひずみである。しかしながら、ビーム中に縦力も存在することになるが、それらは、ビームの両方の端部において同じになり、ゲージにおいて同じサインのひずみを与え、これらのひずみは、理想的にはホイートストンブリッジ構成で打ち消される。しかしながら、ひずみゲージの特性および接合の比較的小さい差でさえ、ロードの偏心の変化が曲げポイントにおいて縦力の変化を与えるときは、誤差を与えることになる。
次に本発明について、図4に関してさらに詳細で説明し、図4は、ベース端部1と、ロード受容部分2と、密閉されたキャビティ4をもつビーム3、およびビーム5であって、各ビームが各端部において曲げポイント6をもつ、ビーム3およびビーム5と、密閉されたキャビティ4において適応される、容量性センサー手段9をアクティブ化するために可とう性壁8を通って密閉されたキャビティ4中に突出するレバー7であって、レバー7が、曲げポイント10およびレバー11を通ってビーム5に接続される、レバー7とを備える、弾性体をもつ本発明の基本的実施形態である。
図4によるロードセルは、密閉されたキャビティのかなり限られたサイズおよび同等に厚い壁のために、環境の過渡温度シフトからの小さい測定誤差を示すものにすぎない。
図9に示されているようにベース端部に取り付けられる電子回路から消失する熱からの誤差は、曲げポイントの小さい断面によって提供される熱絶縁のために、有意ではなくなる。
ロードセルに印加されるロードの偏心の変化からの誤差は、可とう性壁およびセンサー手段が影響を受けずに、密閉されたキャビティの固体側壁がビームにおける縦力を吸収するので、著しく低減される。
取01付ねじを締めることによって生じる誤差は、固体ベース端部と、固体ロード受容端部と、ビームの本体中の密閉されたキャビティに入れられるセンサー手段との間の曲げポイントによって提供される機械的分離のために、強く低減される。
図5は、平坦なU字形のばね1と、好適なキャパシタンス測定回路に接続するための導電性エリア3および4、ならびにアンカーポイント5および6をもつ絶縁本体2とをもつ容量性センサー手段の一例であり、アンカーポイント5および6は、例えば、図4のレバー7の端部に、および密閉されたキャビティ3中の好適なポイントに溶接されるべきである。
図6は、ベース端部1と、ロード受容部分2と、密閉されたキャビティ4をもつビーム3、およびビーム5であって、各ビームが、各端部において曲げポイント6をもつ、ビーム3およびビーム5とを備える、弾性体をもつ本発明の別の基本的実施形態である。密閉されたキャビティ4の可とう性壁8に接続されたレバー7は、レバー7が曲げポイント10およびレバー1を通ってビーム5に接続されたとき、可とう性壁の変形を測定するためのひずみセンサー手段9をアクティブ化する。
図6によるロードセルは、望ましくない漂遊影響に対して、図4によるロードセルと同じロバストネスを示す。
図7は、曲げポイント10が開かれている間に弾性体が装荷される、図4の本発明の一実施形態である。ビーム3および5の偏向は、レバー7および11がどのように互いに対してシフトされるかを示すために誇張して示されているが、曲げポイント10が開いても可とう性壁8が変形を受けないことをも示している。
図8は、図4の本発明の基本的実施形態であり、ここでは、弾性体は装荷され、曲げポイント10は閉じられ、ビーム3および5の偏向は、レバー7が曲げポイント10を通ってビーム3に接続されたとき、可とう性壁8がレバー7の角度偏向を介してどのように変形を受けるかを示すために誇張して示されている。
図7および図8から、レバー7の角度偏向は、安定した測定のための必須条件である、ビーム3および5のみの角度偏向の単純な関数であることがわかる。
図9は、電子信号処理回路が、密閉されたキャビティ4中に取り付けられる回路13と、ロードセルのベース端部1において取り付けられる回路14と分割される、本発明の基本的実施形態である。
この実施形態によって、密閉されたキャビティ4中の回路13の構成要素は、温度の上昇を本質的に生成しない、好ましくはほんのいくつかの低電力構成要素である場合、環境の温度シフトのみが補償される必要がある。
ベース端部1において取り付けられる、信号処理回路14の場合によってはより高電力の部分によって生成される熱は、環境へと極めて容易に消失され得、ビームの曲げポイント6によって提供される熱絶縁のために、密閉されたキャビティには達することがない。
図10Aは、密閉されたキャビティ4中の回路13と、ベース端部1における信号処理回路14との間の接続15がビームの曲げポイントにおいて適応される、本発明の別の基本的実施形態である。
接続15は、好ましくは、曲げポイント6においてミリングされる溝に入れられ、溝は、好ましくはレーザー溶接されたカバー16によって密閉されたキャビティ4と一緒に好ましくは密閉される。
図10Bは、図10Aのロードセルのカバー16を示している。

Claims (12)

  1. 弾性体を備える高精度ロードセルであって、前記弾性体は、第1のビームおよび前記第1のビームと反対に配置される第2のビームと、ベース端部および前記ベース端部の反対側に配置されるロード受容端部であって、前記第1および第2のビームは、弾性変形のためのセクションを提供する曲げポイントを介して前記ベース端部と前記ロード受容端部とに接続される、ベース端部およびロード受容端部と、可とう性壁、および測定されるべき前記ロードに応答して前記弾性体の前記弾性変形を測定するためのセンサー手段を備える密閉されたキャビティとを備え、前記密閉されたキャビティは、前記ビームの前記曲げポイント間の前記ビームの本体に入れられる前記可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第1のビームおよび/または前記第2のビームに入れられ、前記高精度ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有するレバーをさらに備え、前記第1の端部は、前記密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、前記第2の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記レバーの前記第2の端部の何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、前記反対側のビーム、前記ベース端部、または前記ロード受容端部のうちの1つまたは複数に接続されることを特徴とする、高精度ロードセル。
  2. 前記密閉されたキャビティは、前記ビームの前記本体におよび前記ビームの前記曲げポイント間に入れられる前記可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第1のビームに入れられ、前記ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有する第1のレバーをさらに備え、前記第1の端部は、前記密閉されたキャビティの前記可とう性壁に接続され、前記第2の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記反対側のビームの何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、前記反対側のビームに接続されることを特徴とする、請求項1に記載の高精度ロードセル。
  3. 前記密閉されたキャビティは、前記ビームの前記本体におよび前記ビームの前記曲げポイント間に入れられる前記可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第1のビームに入れられ、前記ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有する第1のレバーをさらに備え、前記第1の端部は、前記密閉されたキャビティの前記可とう性壁に接続され、前記第2の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記反対側のビームの何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、曲げポイント、および前記反対側のビームに接続される第2のレバーを通して前記反対側のビームに接続されることを特徴とする、請求項1に記載の高精度ロードセル。
  4. 前記密閉されたキャビティは、前記ビームの前記曲げポイント間の前記ビームの前記本体に入れられる前記可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第1のビームに入れられ、前記ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有するレバーをさらに備え、前記第1の端部は、前記密閉されたキャビティの前記可とう性壁に接続され、前記第2の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記ロード受容端部の何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、前記ロード受容端部のビームに接続されることを特徴とする、請求項1に記載の高精度ロードセル。
  5. 前記密閉されたキャビティは、前記ビームの前記曲げポイント間の前記ビームの前記本体に入れられる前記可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第1のビームに入れられ、前記ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有するレバーをさらに備え、前記第1の端部は、前記密閉されたキャビティの前記可とう性壁に接続され、前記第2の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記ベース端部の何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、前記ベース端部に接続されることを特徴とする、請求項1に記載の高精度ロードセル。
  6. 密閉されたキャビティは、前記ビームの前記曲げポイント間の前記ビームの前記本体に入れられる前記可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第1のビームに入れられ、前記ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有するレバーをさらに備え、前記第1の端部は、前記密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、前記第2の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記レバーの前記第2の端部の何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、前記反対側のビームにおよび/または前記ロード受容端部におよび/または前記ベース端部に接続されることを特徴とする、請求項1に記載の高精度ロードセル。
  7. 密閉されたキャビティは、前記ビームの前記曲げポイント間の前記ビームの前記本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第1のビームにおよび前記第2のビームに入れられ、前記ロードセルは、第1の端部と第2の端部とを有するレバーをさらに備え、前記第1の端部は、前記密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、前記第2の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記レバーの前記第2の端部の何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、前記反対側のビーム中の前記可とう性壁におよび/または前記反対側のビームにおよび/または前記ロード受容端部におよび/または前記ベース端部に接続されることを特徴とする、請求項1に記載の高精度ロードセル。
  8. 可とう性壁に接続される前記第1のレバーは、センサー手段のアクティブ化のために前記可とう性壁を通って前記密閉されたキャビティ中に突出することを特徴とする、請求項1〜6のうちいずれか一項に記載の高精度ロードセル。
  9. 密閉されたキャビティの可とう性壁に接続される第1のレバーは、前記可とう性壁を変形することによって前記密閉されたキャビティ中でセンサー手段をアクティブ化することを特徴とする、請求項1〜6のうちいずれか一項に記載の高精度ロードセル。
  10. 前記センサー手段は、容量性および/また誘導性および/または抵抗性および/または光学式であることを特徴とする、請求項1〜9のうちいずれか一項に記載の高精度ロードセル。
  11. 電子信号処理回路は、前記密閉されたキャビティ中に取り付けられ、および/または前記ロードセルの前記ベース端部および/または前記ロード受容端部中に取り付けられることを特徴とする、請求項1〜10のうちいずれか一項に記載の高精度ロードセル。
  12. 前記密閉されたキャビティ中に取り付けられる電子信号処理回路は、前記ロードセルの前記ビームの曲げポイントにおいて適応される接続を通して前記ロードセルの前記ベース端部および/または前記ロード受容端部中の電子信号処理回路に接続されることを特徴とする、請求項1〜11のうちいずれか一項に記載の高精度ロードセル。
JP2016523278A 2014-06-11 2014-12-04 弾性体を有する高精度ロードセル Active JP6120120B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201400306 2014-06-11
DKPA201400306 2014-06-11
PCT/DK2014/000058 WO2015188827A1 (en) 2014-06-11 2014-12-04 Load cell having an elastic body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017506737A true JP2017506737A (ja) 2017-03-09
JP6120120B2 JP6120120B2 (ja) 2017-04-26

Family

ID=52231783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016523278A Active JP6120120B2 (ja) 2014-06-11 2014-12-04 弾性体を有する高精度ロードセル

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9442027B1 (ja)
EP (1) EP3155389B1 (ja)
JP (1) JP6120120B2 (ja)
CN (1) CN106461476B (ja)
CA (1) CA2927374A1 (ja)
WO (1) WO2015188827A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017003355A (ja) * 2015-06-08 2017-01-05 アイシン精機株式会社 荷重検出装置
EP3387402B1 (en) * 2015-12-07 2021-04-07 EILERSEN, Nils Aage Juul Load cell
CN110987243B (zh) * 2019-12-10 2021-07-23 重庆大学 基于杠杆原理的f形弹性体力传感器

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS618368B2 (ja) * 1977-08-10 1986-03-13 Tokyo Electric Co Ltd
JPS6111625Y2 (ja) * 1980-03-19 1986-04-12
JPH02150537U (ja) * 1989-05-24 1990-12-26
WO1993020418A1 (en) * 1992-04-03 1993-10-14 Weigh-Tronix, Inc. Electronic force sensing load cell
JP4524108B2 (ja) * 2001-12-07 2010-08-11 アエイジ,ジュウル エイラーセン,ニルス 密封型ロードセル
JP4808946B2 (ja) * 2004-08-26 2011-11-02 株式会社エー・アンド・デイ 静電容量式秤量装置の荷重計測機構
JP4907050B2 (ja) * 2003-03-31 2012-03-28 株式会社ワコー 力検出装置
JP2014169950A (ja) * 2013-03-05 2014-09-18 Yamato Scale Co Ltd ロードセル
JP5853121B1 (ja) * 2015-09-24 2016-02-09 株式会社ワコー 力覚センサ

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4488611A (en) 1982-08-23 1984-12-18 Revere Corporation Of America Load cell
US4546838A (en) * 1984-07-23 1985-10-15 Ormond A Newman Flexure isolated shear web load cell
US5408112A (en) * 1991-06-03 1995-04-18 Nippondenso Co., Ltd. Semiconductor strain sensor having improved resistance to bonding strain effects
US5322586A (en) * 1992-05-11 1994-06-21 Reynolds Metals Company Computer controller heat-sealing machine
JPH07128157A (ja) * 1993-11-01 1995-05-19 Yamato Scale Co Ltd 荷重変換器
JP2002536894A (ja) * 1999-02-03 2002-10-29 トランセンス・テクノロジーズ・ピイ エル シイ パッケージされたデバイス
US6610935B1 (en) * 1999-11-17 2003-08-26 Sieco, Inc. Torque compensated weight sensing modules
US20030070846A1 (en) * 2001-03-26 2003-04-17 Trw Inc. Parallelogram load sensing apparatus for a seat belt webbing
DK1319931T3 (da) * 2001-12-15 2005-12-27 S C A I M E S A Målesensor
US6835899B2 (en) * 2002-08-21 2004-12-28 Trw Inc. Load sensing assembly for a vehicle seat
US6910392B2 (en) * 2003-02-20 2005-06-28 The Flintec Group, Ltd. Bending beam load cell with torque sensitivity compensation
WO2009049626A1 (en) * 2007-10-16 2009-04-23 Nils Aage Juul Eilersen Eccentric load compensated load cell
CN102317744B (zh) * 2009-02-10 2013-09-04 株式会社岛津制作所 传感器机构体及使用该传感器机构体的电子秤
US8561482B2 (en) 2009-03-19 2013-10-22 S.C.A.I.M.E. S.A. Sealed sensor with strain gauges
CN202547757U (zh) 2012-02-06 2012-11-21 宁波柯力传感科技股份有限公司 单点式小量程焊封传感器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS618368B2 (ja) * 1977-08-10 1986-03-13 Tokyo Electric Co Ltd
JPS6111625Y2 (ja) * 1980-03-19 1986-04-12
JPH02150537U (ja) * 1989-05-24 1990-12-26
WO1993020418A1 (en) * 1992-04-03 1993-10-14 Weigh-Tronix, Inc. Electronic force sensing load cell
JP4524108B2 (ja) * 2001-12-07 2010-08-11 アエイジ,ジュウル エイラーセン,ニルス 密封型ロードセル
JP4907050B2 (ja) * 2003-03-31 2012-03-28 株式会社ワコー 力検出装置
JP4808946B2 (ja) * 2004-08-26 2011-11-02 株式会社エー・アンド・デイ 静電容量式秤量装置の荷重計測機構
JP2014169950A (ja) * 2013-03-05 2014-09-18 Yamato Scale Co Ltd ロードセル
JP5853121B1 (ja) * 2015-09-24 2016-02-09 株式会社ワコー 力覚センサ

Also Published As

Publication number Publication date
CA2927374A1 (en) 2015-12-17
EP3155389A1 (en) 2017-04-19
JP6120120B2 (ja) 2017-04-26
EP3155389B1 (en) 2019-05-08
CN106461476A (zh) 2017-02-22
CN106461476B (zh) 2019-01-25
US20160245708A1 (en) 2016-08-25
US9442027B1 (en) 2016-09-13
WO2015188827A1 (en) 2015-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6120120B2 (ja) 弾性体を有する高精度ロードセル
US9395386B2 (en) Electronic tilt compensation for diaphragm based pressure sensors
EA004197B1 (ru) Тензометрический датчик для измерения механических деформаций заклинивания при первоначальной установке и автоматическая калибровка на основе этого заклинивания
KR102241350B1 (ko) 스트레인 게이지 및 다축력 센서
EP2735855A1 (en) A measuring device for measuring a physical quantity
JP2018536160A (ja) ロードセル
US11022481B2 (en) Load cell having compensation of temperature differences
CN102519351A (zh) 电子封装制品翘曲的测量方法
JP4638934B2 (ja) 圧力センサ
RU2703610C2 (ru) Торсиометр для измерения деформации
EP3368873A1 (en) A force measurement device
JP3534205B2 (ja) ひずみゲージ式変換器における過渡温度特性の補償回路およびその補償方法
Hao et al. Development of a compliant-mechanism-based compact three-axis force sensor for high-precision manufacturing
JP2000095075A (ja) 踏力検出装置、およびそれを用いたブレーキ装置の性能評価装置
JPH10253467A (ja) 荷重測定方法及び荷重測定装置
WO2018037721A1 (ja) 熱式湿度測定装置
US8146436B2 (en) Silicon sensing structure to detect through-plane motion in a plane of material with thermal expansion substantially different from that of silicon
KR20170098541A (ko) 비접촉 변위 센서의 크립 보상 방법 및 이를 이용한 저울
US20200141762A1 (en) Low cost precision displacement sensor
CN214040441U (zh) 一种可测量剪切应力全桥应变计
US11137309B2 (en) Strain gauge type pressure sensing
CN110546471B (zh) 使用应变片的温度测定装置
KR101178039B1 (ko) 용량형 변위 센서에 의한 거리 측정 장치에 사용되는 보정용 센서 타겟
Tuttle Resistive strain measurement devices
JP2019060810A (ja) 圧力センサ

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170113

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170228

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170315

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6120120

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250