JP2019128198A

JP2019128198A - Load measuring device

Info

Publication number: JP2019128198A
Application number: JP2018008896A
Authority: JP
Inventors: 智之廣瀬; Tomoyuki Hirose
Original assignee: Nipro Corp
Current assignee: Nipro Corp
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2038-01-23
Also published as: JP7020136B2

Abstract

To realize a load measuring device that can perform calibration easily in a simple mechanical configuration.SOLUTION: The device includes a load cell 111, an electromagnet 130, and a control unit 150. The load cell 110 includes a strain meter 111 to which the load of the measured object is loaded, and a strain gauge 112 attached to the strain body 111. An electromagnet 130 is arranged at intervals in the strain body 111 and provided to allow the electromagnetic force to act on the strain body 111. The control unit 150 calculates the load on the basis of the output of the strain gauge 112. The control unit 150 performs calibration of the load cell 110 on the basis of the correlation between the output of the strain gauge 112 by the power of the electromagnetic force and the distortion gauge 112 due to the load.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、荷重測定装置に関する。 The present invention relates to a load measuring device.

荷重測定装置に用いられるロードセルの構成を開示した先行文献として、特開平８−２７１３５７号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載されたロードセルは、片持ち梁状に固定された起歪体と、起歪体に取り付けられた歪みゲージとを備える。 As a prior document disclosing the configuration of a load cell used in a load measuring device, there is JP-A-8-271357 (Patent Document 1). The load cell described in Patent Document 1 includes a strain body fixed in a cantilever shape and a strain gauge attached to the strain body.

特開平８−２７１３５７号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-271357

ロードセルを用いた荷重測定装置においては、ロードセルの起歪体および歪みゲージの少なくとも一方の経時劣化によりロードセルの検出特性が変化する。そのため、ロードセルの検出結果が正しいかどうかを確認するために、ロードセルのキャリブレーションが必要となる。 In a load measuring device using a load cell, the detection characteristics of the load cell change due to deterioration over time of at least one of the strain generating body and strain gauge of the load cell. Therefore, calibration of the load cell is necessary to confirm whether the detection result of the load cell is correct.

一般的に、ロードセルのキャリブレーションは、重さが既知の錘をロードセルの起歪体に取り付けたときのロードセルの検出結果と既知の重さとの差がなくなるように、スパン調整およびオフセット調整することにより行なわれる。 Generally, load cell calibration involves adjusting the span and offset so that there is no difference between the load cell detection result and the known weight when a weight with a known weight is attached to the strain cell of the load cell. It is done by

ロードセルの起歪体への錘の取り付けを人為的に行なう場合、キャリブレーション作業が煩雑となる。ロードセルの起歪体への錘の取り付けを機械的に行なう場合、荷重測定装置の機械的構成が複雑となる。 When the weight is artificially attached to the strain body of the load cell, the calibration work becomes complicated. When the weight is mechanically attached to the strain body of the load cell, the mechanical configuration of the load measuring device becomes complicated.

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な機械的構成を有しつつ簡易にキャリブレーションを行なうことができる荷重測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a load measuring device that can be easily calibrated while having a simple mechanical configuration.

本発明に基づく荷重測定装置は、ロードセルと、電磁石と、制御部とを備える。ロードセルは、測定対象物の荷重が負荷される起歪体、および、起歪体に取り付けられた歪みゲージを含む。電磁石は、起歪体に間隔をあけて配置され、起歪体に電磁力を作用可能に設けられている。制御部は、歪みゲージの出力に基づいて上記荷重を算出する。制御部は、上記電磁力による歪みゲージの出力と上記荷重による歪みゲージの出力との相関関係に基づいて、ロードセルのキャリブレーションを行なう。 The load measuring device based on this invention is provided with a load cell, an electromagnet, and a control part. The load cell includes a strain body to which a load of the measurement object is applied, and a strain gauge attached to the strain body. The electromagnet is disposed at a distance from the strain generating body, and is provided so that an electromagnetic force can act on the strain generating body. The control unit calculates the load based on the output of the strain gauge. The control unit calibrates the load cell based on the correlation between the strain gauge output due to the electromagnetic force and the strain gauge output due to the load.

本発明の一形態においては、荷重測定装置は、起歪体を片持ち梁状に支持する支持部をさらに備える。電磁石は、起歪体の支持部側とは反対側の端部の下方に配置されている。 In one form of this invention, a load measuring device is further provided with the support part which supports a strain body in the shape of a cantilever. The electromagnet is disposed below the end opposite to the support side of the strain generating body.

本発明の一形態においては、起歪体は、電磁石と対向する位置に取り付けられた磁性体部を含む。 In one aspect of the present invention, the strain generating body includes a magnetic body portion attached at a position facing the electromagnet.

本発明の一形態においては、電磁石が起歪体に電磁力を作用させていない状態において、起歪体と電磁石との間隔は、起歪体の最大許容変位と略同一である。 In one embodiment of the present invention, in a state where the electromagnet does not apply an electromagnetic force to the strain body, the distance between the strain body and the electromagnet is substantially the same as the maximum allowable displacement of the strain body.

本発明によれば、キャリブレーションを簡易に行なうことができる荷重測定装置を簡易な機械的構成で実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the load measuring device which can perform a calibration easily is realizable with simple mechanical structure.

本発明の一実施形態に係る荷重測定装置の構成を示す図である。It is a figure showing composition of a load measuring device concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る荷重測定装置が備える起歪体が変形する前の状態を示す部分側面図である。It is a partial side view which shows the state before the distortion body with which the load measuring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is equipped deform | transforms. 本発明の一実施形態に係る荷重測定装置が備える起歪体が、過負荷時に最大許容変位まで撓んだ状態を示す部分側面図である。It is a partial side view which shows the state which the strain body with which the load measuring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is equipped bent to the maximum permissible displacement at the time of overload.

以下、本発明の一実施形態に係る荷重測定装置について図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, a load measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the embodiments, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図１は、本発明の一実施形態に係る荷重測定装置の構成を示す図である。図２は、本発明の一実施形態に係る荷重測定装置が備える起歪体が変形する前の状態を示す部分側面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る荷重測定装置が備える起歪体が、過負荷時に最大許容変位まで撓んだ状態を示す部分側面図である。図３においては、撓む前の状態の起歪体を点線で示している。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a load measuring device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial side view showing a state before the strain generating body provided in the load measuring device according to the embodiment of the present invention is deformed. FIG. 3 is a partial side view showing a state in which the strain generating body included in the load measuring device according to the embodiment of the present invention is bent to the maximum allowable displacement when overloaded. In FIG. 3, the strain body in a state before bending is indicated by a dotted line.

図１〜図３に示すように、本発明の一実施形態に係る荷重測定装置１００は、ロードセル１１０と、電磁石１３０と、制御部１５０とを備える。荷重測定装置１００は、起歪体１１１を片持ち梁状に支持する支持部１２０をさらに備える。 As shown in FIGS. 1 to 3, the load measuring device 100 according to an embodiment of the present invention includes a load cell 110, an electromagnet 130, and a control unit 150. The load measuring device 100 further includes a support portion 120 for supporting the strain generating body 111 in a cantilever shape.

ロードセル１１０は、測定対象物の荷重が負荷される起歪体１１１、および、起歪体１１１に取り付けられた歪みゲージ１１２を含む。本実施形態においては、起歪体１１１は、円柱状の外形を有している。なお、起歪体１１１の外形は、円柱状に限られず、角柱状などでもよい。 The load cell 110 includes a strain body 111 to which a load of the measurement object is applied, and a strain gauge 112 attached to the strain body 111. In this embodiment, the strain body 111 has a cylindrical outer shape. The external shape of the strain generating body 111 is not limited to a cylindrical shape, and may be a prismatic shape or the like.

起歪体１１１の支持部側とは反対側の先端部の上部および下部の各々に、歪みゲージ１１２が１つずつ取り付けられている。また、起歪体１１１の支持部側の根元部の上部および下部の各々に、歪みゲージ１１２が１つずつ取り付けられている。すなわち、起歪体１１１に４つの歪みゲージ１１２が取り付けられている。４つの歪みゲージ１１２の各々は、抵抗体膜を含んでいる。 One strain gauge 112 is attached to each of the upper part and the lower part of the tip part opposite to the support part side of the strain generating body 111. Further, one strain gauge 112 is attached to each of the upper part and the lower part of the base part on the support part side of the strain generating body 111. That is, four strain gauges 112 are attached to the strain generating body 111. Each of the four strain gauges 112 includes a resistor film.

４つの歪みゲージ１１２は、ブリッジ回路を構成しており、接続ケーブル１８０と電気的に接続されている。ただし、起歪体１１１に対する歪みゲージ１１２の取り付け位置および取り付け数は、上記に限られず、少なくとも１つの歪みゲージ１１２が起歪体１１１に取り付けられていればよい。 The four strain gauges 112 constitute a bridge circuit and are electrically connected to the connection cable 180. However, the attachment position and the number of attachments of the strain gauge 112 to the strain generating body 111 are not limited to the above, and it is sufficient that at least one strain gauge 112 is attached to the strain generating body 111.

本実施形態においては、起歪体１１１は、起歪体１１１の本体の電磁石１３０と対向する位置に取り付けられた磁性体部１１３を含む。具体的には、起歪体１１１の本体の先端部の下部に、磁性体部１１３が取り付けられている。磁性体部１１３は、残留磁化の小さい軟鉄などの材料で構成されている。なお、起歪体１１１の本体が磁性体で構成されている場合には、磁性体部１１３は必ずしも設けられていなくてもよい。 In the present embodiment, the strain body 111 includes a magnetic body portion 113 attached at a position facing the electromagnet 130 of the body of the strain body 111. Specifically, the magnetic body portion 113 is attached to the lower portion of the tip end portion of the main body of the strain generating body 111. The magnetic part 113 is made of a material such as soft iron having a small residual magnetization. In addition, when the main body of the strain generating body 111 is comprised with a magnetic body, the magnetic body part 113 does not necessarily need to be provided.

電磁石１３０は、起歪体１１１に間隔をあけて配置され、起歪体１１１に電磁力を作用可能に設けられている。電磁石１３０は、起歪体１１１の支持部１２０側とは反対側の先端部の下方に配置されている。電磁石１３０は、円柱状の外形を有し、ベース１４０上に固定されている。電磁石１３０は、芯部および芯部に巻き回されたコイルを含む。なお、電磁石１３０の外形は、円柱状に限られず、角柱状などでもよい。電磁石１３０の芯部は、鉄などの磁性体で構成されている。 The electromagnet 130 is disposed at a distance from the strain body 111 and is provided so that an electromagnetic force can act on the strain body 111. The electromagnet 130 is disposed below the tip of the strain generating body 111 on the opposite side to the support 120 side. The electromagnet 130 has a cylindrical outer shape and is fixed on the base 140. The electromagnet 130 includes a core and a coil wound around the core. The outer shape of the electromagnet 130 is not limited to a cylindrical shape, and may be a prismatic shape or the like. The core of the electromagnet 130 is made of a magnetic material such as iron.

図１に示すように、起歪体１１１の下端と電磁石１３０の上端との間隔は、Ｌである。具体的には、磁性体部１１３の下端と電磁石１３０の芯部の上端との間隔は、Ｌである。 As shown in FIG. 1, the distance between the lower end of the strain generating body 111 and the upper end of the electromagnet 130 is L. Specifically, the interval between the lower end of the magnetic body portion 113 and the upper end of the core portion of the electromagnet 130 is L.

図３に示すように、過負荷Ｆ２が負荷されたときの起歪体１１１の最大許容変位は、Ｌである。すなわち、図１および図３に示すように、電磁石１３０が起歪体１１１に電磁力を作用させていない状態において、起歪体１１１と電磁石１３０との間隔は、起歪体１１１の最大許容変位と略同一である。なお、過負荷Ｆ２が負荷されたときの起歪体１１１の最大許容変位は、起歪体１１１が塑性変形する直前の起歪体１１１の弾性変形による撓み量に設定されてもよいし、荷重測定装置１００において予め定められた最大測定荷重が負荷されたときの起歪体１１１の撓み量に設定されてもよい。 As shown in FIG. 3, the maximum allowable displacement of the strain generating body 111 when the overload F2 is loaded is L. That is, as shown in FIGS. 1 and 3, in the state where the electromagnet 130 does not apply an electromagnetic force to the strain body 111, the distance between the strain body 111 and the electromagnet 130 is the maximum allowable displacement of the strain body 111. It is almost the same as Note that the maximum allowable displacement of the strain body 111 when the overload F2 is loaded may be set to a deflection amount due to elastic deformation of the strain body 111 immediately before the strain body 111 is plastically deformed. The amount of bending of the strain body 111 when a predetermined maximum measurement load is applied in the measurement apparatus 100 may be set.

電磁石１３０は、電磁石１３０に一定の直流電流を供給する定電流源１７０と接続されている。具体的には、定電流源１７０は、電磁石１３０のコイルに接続されている。 The electromagnet 130 is connected to a constant current source 170 that supplies a constant direct current to the electromagnet 130. Specifically, the constant current source 170 is connected to the coil of the electromagnet 130.

接続ケーブル１８０に含まれる２本の配線は、定電圧源１６０と接続されている。これにより、４つの歪みゲージ１１２によって構成されているブリッジ回路に、一定の直流電圧が印加される。 Two wires included in the connection cable 180 are connected to the constant voltage source 160. Thereby, a constant DC voltage is applied to the bridge circuit constituted by the four strain gauges 112.

歪みゲージ１１２は、測定対象物の荷重Ｆ１の負荷によって起歪体１１１が弾性変形した際の起歪体１１１の歪みに比例して電気抵抗値が変化する。歪みゲージ１１２は、電気抵抗値の変化を電圧の変化として出力する。Ｆ１＜Ｆ２である。 The strain gauge 112 changes its electrical resistance value in proportion to the strain of the strain body 111 when the strain body 111 is elastically deformed by the load F1 of the measurement object. The strain gauge 112 outputs the change in electrical resistance value as a change in voltage. F1 <F2.

接続ケーブル１８０に含まれる他の２本の配線は、信号増幅部１６１と接続されている。これにより、４つの歪みゲージ１１２によって構成されているブリッジ回路の２つの中点が、信号増幅部１６１に電気的に接続される。ブリッジ回路の２つの中点間の出力電圧が、信号増幅部１６１にて差動増幅される。 The other two wires included in the connection cable 180 are connected to the signal amplification unit 161. As a result, the two midpoints of the bridge circuit formed by the four strain gauges 112 are electrically connected to the signal amplifier 161. The output voltage between the two middle points of the bridge circuit is differentially amplified by the signal amplifier 161.

信号増幅部１６１は、ノイズ除去部１６２に接続されている。ノイズ除去部１６２にて、出力信号から不要な信号成分が取り除かれる。 The signal amplification unit 161 is connected to the noise removal unit 162. The noise removing unit 162 removes unnecessary signal components from the output signal.

ノイズ除去部１６２は、Ａ／Ｄ変換部１６３に接続されている。Ａ／Ｄ変換部１６３にて、出力信号が、アナログ信号からデジタル信号に変換される。 The noise removal unit 162 is connected to the A / D conversion unit 163. In the A / D conversion unit 163, the output signal is converted from an analog signal to a digital signal.

Ａ／Ｄ変換部１６３は、制御部１５０に接続されている。制御部１５０は、演算部１５１および記憶部１５２を含む。演算部１５１は、Ａ／Ｄ変換部１６３から入力された出力信号と、後述するように記憶部１５２に記憶されているスパン調整値およびオフセット調整値とに基づいて、測定対象物の荷重Ｆ１を算出する。すなわち、制御部１５０は、歪みゲージ１１２の出力に基づいて測定対象物の荷重Ｆ１を算出する。 The A / D conversion unit 163 is connected to the control unit 150. Control unit 150 includes an operation unit 151 and a storage unit 152. The calculation unit 151 calculates the load F1 of the measurement object based on the output signal input from the A / D conversion unit 163 and the span adjustment value and the offset adjustment value stored in the storage unit 152 as will be described later. calculate. That is, the control unit 150 calculates the load F1 of the measurement object based on the output of the strain gauge 112.

制御部１５０は、定電流源１７０と電気的に接続されている。制御部１５０は、定電流源１７０による電磁石１３０への電力供給の開始および停止を制御する。 The controller 150 is electrically connected to the constant current source 170. The control unit 150 controls the start and stop of power supply to the electromagnet 130 by the constant current source 170.

制御部１５０は、起歪体１１１に作用させる電磁力による歪みゲージ１１２の出力と測定対象物の荷重Ｆ１による歪みゲージ１１２の出力との相関関係に基づいて、ロードセル１１０のキャリブレーションを行なう。 The control unit 150 calibrates the load cell 110 based on the correlation between the output of the strain gauge 112 due to the electromagnetic force applied to the strain body 111 and the output of the strain gauge 112 due to the load F1 of the measurement object.

以下、本実施形態に係る荷重測定装置１００におけるロードセル１１０のキャリブレーション方法について説明する。 Hereinafter, a calibration method of the load cell 110 in the load measuring device 100 according to the present embodiment will be described.

まず、支持部１２０に支持された起歪体１１１に対して間隔をあけて位置するように電磁石１３０をベース１４０上に固定して、荷重測定装置１００を構成した後、重さが既知の錘をロードセル１１０の起歪体１１１に取り付け、このときの歪みゲージ１１２の出力を基準出力とする。上記の錘による起歪体１１１への負荷を基準負荷とする。 First, after the electromagnet 130 is fixed on the base 140 so as to be positioned at an interval with respect to the strain body 111 supported by the support portion 120 and the load measuring device 100 is configured, a weight having a known weight is formed. Is attached to the strain generating body 111 of the load cell 110, and the output of the strain gauge 112 at this time is used as a reference output. The load on the strain generating body 111 by the above-described weight is used as a reference load.

次に、起歪体１１１から錘を取り外し、電磁石１３０によって起歪体１１１に電磁力を作用させることにより歪みゲージ１１２の出力が基準出力となる定電流源１７０の基準電流供給量を決定する。このように決定された、電磁力による歪みゲージ１１２の出力と錘の荷重による歪みゲージ１１２の出力との相関関係は、制御部１５０の記憶部１５２に記憶される。 Next, the weight is removed from the strain generating body 111, and an electromagnetic force is applied to the strain generating body 111 by the electromagnet 130, thereby determining the reference current supply amount of the constant current source 170 where the output of the strain gauge 112 becomes the reference output. The correlation between the output of the strain gauge 112 due to the electromagnetic force and the output of the strain gauge 112 due to the weight load determined as described above is stored in the storage unit 152 of the control unit 150.

なお、上記のようにロードセル１１０の起歪体１１１に錘を着脱させるのは、歪みゲージ１１２の基準出力および定電流源１７０の基準電流供給量を決定する時のみである。 It should be noted that the weight is attached to and detached from the strain body 111 of the load cell 110 as described above only when the reference output of the strain gauge 112 and the reference current supply amount of the constant current source 170 are determined.

電磁石１３０による起歪体１１１に作用する電磁力の大きさは、コイル特性、電気的特性、機械的特性および環境的特性によって決まる。コイル特性は、コイルの、電気抵抗値、巻き数および巻き密度によって決まる。電気的特性は、コイルへの電流供給量によって決まる。機械的特性は、磁性体部１１３を含む起歪体１１１および電磁石１３０の芯部の各々の材質、並びに、磁性体部１１３および電磁石１３０の芯部の各々の大きさによって決まる。環境的特性は、周囲温度、および、磁性体部１１３と電磁石１３０の芯部との間隔によって決まる。上記のコイル特性、電気的特性、機械的特性および環境的特性が略一定であれば、電磁石１３０による起歪体１１１に作用する電磁力の大きさは略一定となる。 The magnitude of the electromagnetic force acting on the strain body 111 by the electromagnet 130 is determined by coil characteristics, electrical characteristics, mechanical characteristics, and environmental characteristics. Coil characteristics are determined by the electrical resistance value, the number of turns and the winding density of the coil. Electrical characteristics depend on the amount of current supplied to the coil. The mechanical characteristics are determined by the material of each of the core portions of the strain body 111 and the electromagnet 130 including the magnetic body portion 113 and the size of each of the core portions of the magnetic body portion 113 and the electromagnet 130. Environmental characteristics are determined by the ambient temperature and the distance between the magnetic portion 113 and the core of the electromagnet 130. If the above-described coil characteristics, electrical characteristics, mechanical characteristics, and environmental characteristics are substantially constant, the magnitude of the electromagnetic force acting on the strain body 111 by the electromagnet 130 is substantially constant.

コイルの電気抵抗値は、コイルに電流が流れた際のコイルの自己発熱により変化する。そのため、定電流源１７０は、コイルへの電流供給量を基準電流供給量で略一定となるように維持する。周囲温度の変化によって、磁性体部１１３および電磁石１３０の芯部の各々の大きさが僅かに変化するが、この変化量は荷重測定結果に影響が認められない範囲である。 The electric resistance value of the coil changes due to self-heating of the coil when a current flows through the coil. Therefore, the constant current source 170 maintains the current supply amount to the coil so as to be substantially constant at the reference current supply amount. The size of each of the magnetic body portion 113 and the core portion of the electromagnet 130 slightly changes due to a change in the ambient temperature, but this amount of change is in a range in which the load measurement result is not affected.

上記のコイル特性、電気的特性、機械的特性および環境的特性に影響を及ぼす要因のうち、コイルの電気抵抗値および周囲温度以外の要因は、経時的にほとんど変化することがない。そのため、定電流源１７０が基準電流供給量の電流を電磁石１３０に供給することにより、電磁石１３０は起歪体１１１に、歪みゲージ１１２の出力が基準出力となる略一定の電磁力を作用させることが可能である。 Of the factors affecting the coil characteristics, electrical characteristics, mechanical characteristics, and environmental characteristics, factors other than the coil electrical resistance value and the ambient temperature hardly change over time. For this reason, the constant current source 170 supplies a reference current supply amount of current to the electromagnet 130 so that the electromagnet 130 acts on the strain generating body 111 with a substantially constant electromagnetic force with the output of the strain gauge 112 serving as a reference output. Is possible.

制御部１５０は、記憶部１５２に記憶された、電磁力による歪みゲージ１１２の出力と錘の荷重による歪みゲージ１１２の出力との相関関係に基づいて、ロードセル１１０のキャリブレーションを行なう。 The control unit 150 calibrates the load cell 110 based on the correlation between the output of the strain gauge 112 due to electromagnetic force and the output of the strain gauge 112 due to the weight load stored in the storage unit 152.

ここで、ロードセル１１０のキャリブレーションを行なう際に、制御部１５０の演算部１５１にて行なわれる演算方法の一例について説明する。なお、演算部１５１にて行なわれる演算手法は、下記の方法に限られず、種々の統計的手法を用いることができる。 Here, an example of a calculation method performed by the calculation unit 151 of the control unit 150 when the load cell 110 is calibrated will be described. Note that the calculation method performed by the calculation unit 151 is not limited to the following method, and various statistical methods can be used.

まず、演算部１５１は、電磁石１３０による電磁力を発生させていない状態における歪みゲージ１１２の出力のデジタル信号を取得する。このときのデジタル信号の大きさをＸ１とする。このときの起歪体１１１への負荷は、０であり、Ｙ１とする。 First, the calculation unit 151 acquires a digital signal output from the strain gauge 112 in a state where no electromagnetic force is generated by the electromagnet 130. The magnitude of the digital signal at this time is X1. The load on the strain generating body 111 at this time is 0, which is Y1.

次に、定電流源１７０から基準電流供給量の電流を電磁石１３０に供給することにより電磁力を発生させた状態における歪みゲージ１１２の出力のデジタル信号を取得する。このときのデジタル信号の大きさをＸ２とする。このときの起歪体１１１への負荷は、上記の基準負荷であり、Ｙ２とする。 Next, by supplying a reference current supply amount of current from the constant current source 170 to the electromagnet 130, a digital signal of the output of the strain gauge 112 in a state where electromagnetic force is generated is acquired. The magnitude of the digital signal at this time is X2. The load on the strain body 111 at this time is the above-described reference load, and is Y2.

起歪体１１１への負荷は、デジタル信号の大きさに対して線形性を有する。そのため、下記の関係が成立する。 The load on the strain generating body 111 has linearity with respect to the magnitude of the digital signal. Therefore, the following relationship is established.

Ｙ１＝Ａ×Ｘ１＋Ｂ・・・(１)
Ｙ２＝Ａ×Ｘ２＋Ｂ・・・(２)
Ａは、スパン調整値であり、Ｂは、オフセット調整値である。 Y1 = A × X1 + B (1)
Y2 = A × X2 + B (2)
A is a span adjustment value, and B is an offset adjustment value.

上記の数式(１)および数式(２)から、次の数式(３)および数式(４)が成立する。
Ａ＝(Ｙ１−Ｙ２)／(Ｘ１−Ｘ２) ・・・(３)
Ｂ＝(Ｘ１×Ｙ２−Ｘ２×Ｙ１)／(Ｘ１−Ｘ２) ・・・(４)
上記の数式(３)からスパン調整値を得ることができる。上記の数式(４)からオフセット調整値を得ることができる。 From the above equations (1) and (2), the following equations (3) and (4) are established.
A = (Y1-Y2) / (X1-X2) (3)
B = (X1 * Y2-X2 * Y1) / (X1-X2) (4)
The span adjustment value can be obtained from the above equation (3). The offset adjustment value can be obtained from the above equation (4).

演算部１５１による演算によって得られた、スパン調整値およびオフセット調整値は、記憶部１５２に記憶される。演算部１５１は、被測定物の荷重を測定する際に、歪みゲージ１１２の出力のデジタル信号に対して、記憶部１５２に記憶されているスパン調整値およびオフセット調整値を適用して、被測定物の荷重を算出する。 The span adjustment value and the offset adjustment value obtained by the calculation by the calculation unit 151 are stored in the storage unit 152. The arithmetic unit 151 applies the span adjustment value and the offset adjustment value stored in the storage unit 152 to the digital signal output from the strain gauge 112 when measuring the load of the object to be measured. Calculate the load of the object.

本実施形態に係る荷重測定装置１００においては、上記のように、ロードセル１１０のキャリブレーションが行なわれる。なお、デジタル信号の大きさＸ１およびＸ２の両方が０である場合は、制御部１５０は、歪みゲージ１１２、または、歪みゲージ１１２と接続されている電気系統が故障していると判断する。 In the load measuring apparatus 100 according to the present embodiment, the load cell 110 is calibrated as described above. When both the magnitudes X1 and X2 of the digital signal are 0, the control unit 150 determines that the strain gauge 112 or the electrical system connected to the strain gauge 112 has failed.

上記のように、ロードセル１１０の起歪体１１１に錘を着脱させるのは、歪みゲージ１１２の基準出力および定電流源１７０の基準電流供給量を決定する時のみである。歪みゲージ１１２の基準出力および定電流源１７０の基準電流供給量を決定した後は、ロードセル１１０の起歪体１１１に錘を着脱することなく、電磁石１３０によって起歪体１１１に電磁力を作用させることにより、ロードセル１１０のキャリブレーションを行なうことができる。 As described above, the weight is attached to and detached from the strain body 111 of the load cell 110 only when the reference output of the strain gauge 112 and the reference current supply amount of the constant current source 170 are determined. After the reference output of the strain gauge 112 and the reference current supply amount of the constant current source 170 are determined, an electromagnetic force is applied to the strain generating body 111 by the electromagnet 130 without attaching or detaching a weight to the strain generating body 111 of the load cell 110. Thus, calibration of the load cell 110 can be performed.

そのため、歪みゲージ１１２の基準出力および定電流源１７０の基準電流供給量を決定した後は、キャリブレーションをする度に、ロードセル１１０の起歪体１１１への錘の取り付けを人為的に行なう必要がない。また、ロードセル１１０の起歪体１１１への錘の取り付けを機械的に行なう必要もない。その結果、本実施形態に係る荷重測定装置１００は、簡易な機械的構成を有しつつ簡易にキャリブレーションを行なうことができる。 For this reason, after determining the reference output of the strain gauge 112 and the reference current supply amount of the constant current source 170, it is necessary to manually attach the weight to the strain body 111 of the load cell 110 every time calibration is performed. Absent. In addition, there is no need to mechanically attach the weight to the strain generating body 111 of the load cell 110. As a result, the load measuring apparatus 100 according to the present embodiment can easily perform calibration while having a simple mechanical configuration.

本実施形態に係る荷重測定装置１００においては、起歪体１１１が片持ち梁状に支持され、電磁石１３０が起歪体１１１の先端部の下方に配置されており、電磁石１３０が起歪体１１１に電磁力を作用させていない状態において、起歪体１１１と電磁石１３０との間隔が、起歪体１１１の最大許容変位と略同一である。これにより、図３に示すように、過負荷Ｆ２が負荷されたときに起歪体１１１の先端部を電磁石１３０の芯部で支持できるため、起歪体１１１が最大許容変位以上撓むことを抑制することができる。すなわち、電磁石１３０は、ロードセル１１０に過負荷が作用した際に起歪体１１１が許容限度以上に撓まないようにするストッパーとして機能する。 In the load measuring apparatus 100 according to the present embodiment, the strain body 111 is supported in a cantilever shape, the electromagnet 130 is disposed below the distal end portion of the strain body 111, and the electromagnet 130 is the strain body 111. In the state where no electromagnetic force is applied, the distance between the strain generating body 111 and the electromagnet 130 is substantially the same as the maximum allowable displacement of the strain generating body 111. As a result, as shown in FIG. 3, since the tip of the strain generating body 111 can be supported by the core portion of the electromagnet 130 when an overload F2 is applied, the strain generating body 111 is bent more than the maximum allowable displacement. It can be suppressed. That is, the electromagnet 130 functions as a stopper that prevents the strain generating body 111 from bending beyond an allowable limit when an overload acts on the load cell 110.

本実施形態に係る荷重測定装置１００においては、起歪体１１１が片持ち梁状に支持されて、起歪体１１１の先端部の下方に電磁石１３０が配置されているが、電磁石１３０の配置は、上記に限られず、たとえば、磁性体部１１３が起歪体１１１の中央部に配置されており、この磁性体部１１３の下方に電磁石１３０が配置されていてもよい。 In the load measuring apparatus 100 according to the present embodiment, the strain body 111 is supported in a cantilever shape, and the electromagnet 130 is disposed below the tip of the strain body 111. For example, the magnetic body portion 113 may be disposed at the center of the strain body 111, and the electromagnet 130 may be disposed below the magnetic body portion 113.

なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It does not become a basis of limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not interpreted only by the above-described embodiments, but is defined based on the description of the scope of claims. Further, all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims are included.

１００荷重測定装置、１１０ロードセル、１１１起歪体、１１２歪みゲージ、１１３磁性体部、１２０支持部、１３０電磁石、１４０ベース、１５０制御部、１５１演算部、１５２記憶部、１６０定電圧源、１６１信号増幅部、１６２ノイズ除去部、１６３変換部、１７０定電流源、１８０接続ケーブル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Load measuring device, 110 Load cell, 111 Strain body, 112 Strain gauge, 113 Magnetic body part, 120 Support part, 130 Electromagnet, 140 Base, 150 Control part, 151 Calculation part, 152 Storage part, 160 Constant voltage source, 161 Signal amplification unit, 162 noise removal unit, 163 conversion unit, 170 constant current source, 180 connection cable.

Claims

A strain cell to which a load of a measurement object is applied, and a load cell including a strain gauge attached to the strain body;
An electromagnet disposed on the strain body at an interval and provided with an electromagnetic force on the strain body;
A controller that calculates the load based on the output of the strain gauge,
The control unit is configured to perform calibration of the load cell based on a correlation between an output of the strain gauge by the electromagnetic force and an output of the strain gauge by the load.

Further comprising a support portion for supporting the strain body in a cantilever shape,
The load measuring device according to claim 1, wherein the electromagnet is disposed below an end opposite to the support side of the strain generating body.

The load measuring device according to claim 1, wherein the strain body includes a magnetic body portion attached at a position facing the electromagnet.

The distance between the strain-generating body and the electromagnet is substantially the same as the maximum allowable displacement of the strain-generating body in a state where the electromagnet does not apply an electromagnetic force to the strain-generating body. The load measuring device according to any one of 3.