JP5583428B2 - Dummy load cell - Google Patents
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Description
本発明は、ロードセルの荷重信号に重畳する振動信号によるノイズを補償するために使用するダミーロードセルに関する。 The present invention relates to a dummy load cell used to compensate for noise caused by a vibration signal superimposed on a load signal of a load cell.
ロードセルは、計量器本体に取り付けられて使用される。計量器本体が設置される設置基礎面が何らかの振動源の影響を受けて振動すると、基礎振動力が計量器本体を介してロードセルに伝達される。そのためロードセルが振動し、ロードセルの荷重信号に基礎振動信号がノイズとして重畳する。 The load cell is used by being attached to the measuring instrument body. When the installation base surface on which the measuring device main body is installed vibrates under the influence of some vibration source, the basic vibration force is transmitted to the load cell via the measuring device main body. Therefore, the load cell vibrates, and the basic vibration signal is superimposed as noise on the load signal of the load cell.
この基礎振動信号の減衰対策として、重量測定用に使用するロードセルと共にダミーロードセルを使用することがある。ダミーロードセルは重量測定用ロードセルの近傍に配置される。また、ダミーロードセルは、重量測定用ロードセルに計量台や計量容器が取り付けられた状態で、重量測定用ロードセルが持つ動特性と略等しい動特性を持つように形成されている。従って、重量測定用ロードセルが出力する重量測定信号に重畳されている基礎振動信号の振幅及び位相と、ダミーロードセルが出力する基礎振動信号の振幅及び位相とが、略等しくなる。従って、重量測定用ロードセルの出力信号から、ダミーロードセル用の出力信号を減算することによって、重量測定用ロードセルの出力信号に含まれる基礎振動信号成分を除去することができる。 As a countermeasure against attenuation of the fundamental vibration signal, a dummy load cell may be used together with a load cell used for weight measurement. The dummy load cell is arranged in the vicinity of the weight measuring load cell. The dummy load cell is formed so as to have a dynamic characteristic substantially equal to the dynamic characteristic of the weight measurement load cell in a state where the weighing table or the measurement container is attached to the weight measurement load cell. Therefore, the amplitude and phase of the basic vibration signal superimposed on the weight measurement signal output from the weight measurement load cell are substantially equal to the amplitude and phase of the basic vibration signal output from the dummy load cell. Accordingly, by subtracting the output signal for the dummy load cell from the output signal of the weight measurement load cell, the fundamental vibration signal component contained in the output signal of the weight measurement load cell can be removed.
このようなダミーロードセルには、例えば特開平6−317457号の図1や、特開平8−114493号の図1に示されているように、平行四辺形形のロードセルとして製作されたものがあり、重力測定用ロードセルの近傍に配置される。ダミーロードセルは、それの等価質量とバネ定数との比を、重量測定用ロードセルの等価質量とバネ定数との比に等しくなるように製作すればよいので、等価質量もバネ定数も小さくすることができ、ダミーロードセルを重量測定用ロードセルよりも小さく製作することは可能である。 Such dummy load cells are, for example, manufactured as parallelogram load cells as shown in FIG. 1 of JP-A-6-317457 and FIG. 1 of JP-A-8-114493. In the vicinity of the load cell for gravity measurement. The dummy load cell may be manufactured so that the ratio between its equivalent mass and the spring constant is equal to the ratio between the equivalent weight of the weight measuring load cell and the spring constant, so that the equivalent mass and the spring constant can be reduced. It is possible to make the dummy load cell smaller than the load cell for weight measurement.
しかし、重量測定用ロードセルとは別個にダミーロードセルを製作し、設置することはコストアップになる。さらに、計量器では、重量測定用ロードセルの設置場所の近辺にダミーロードセル用の設置スペースがないことが多く、適切な取り付け場所の選択が困難である。取り付け場所によっては、重量測定用ロードセルと同じ振幅及び位相の基礎振動をダミーロードセルに与えることができないこともある。ダミーロードセルを重量測定用ロードセルと別途取り付けねばならず、コストがかかる。このような種々の問題がある。 However, it is expensive to manufacture and install a dummy load cell separately from the load measuring load cell. Furthermore, in the measuring instrument, there is often no installation space for the dummy load cell in the vicinity of the installation location of the weight measurement load cell, and it is difficult to select an appropriate installation location. Depending on the mounting location, it may not be possible to apply a fundamental vibration having the same amplitude and phase as the weight measuring load cell to the dummy load cell. A dummy load cell must be attached separately from the load cell for weight measurement, which is expensive. There are various problems like this.
そこで、特許文献1の図3に示されているような、ダミーロードセルが重量測定用の起歪体と一体に形成したものがある。このダミーロードセルでは、起歪部がシングルビームによって構成されている。 In view of this, there is one in which a dummy load cell is integrally formed with a strain-generating body for weight measurement as shown in FIG. In this dummy load cell, the strain generating portion is constituted by a single beam.
計量器本体からロードセルの取付部に伝達される基礎振動力は、必ずしも鉛直方向に作用するとは限らず、ロードセル弾性体を捻る方向に作用することがある。重量測定用のロードセルは、2本の平行な梁を有しているので、ロードセル弾性体を捻る方向に作用する振動力に対して剛性が大きいので、重量測定用のロードセルへの捻る方向に作用する振動力の影響は小さい。しかし、特許文献1に開示されているようなシングルビームでは、捻る方向に作用する振動力に対する剛性が小さい。従って、振動力の方向が鉛直方向からわずかに傾斜していても、起歪部がねじれ振動による歪みを起こし、同じ基礎振動力に対してダミーロードセルと重量測定用ロードセルとでは、出力される基礎振動信号の振幅及び位相が異なることがある。そのため、精確に基礎振動を補償することができなかった。 The basic vibration force transmitted from the measuring instrument main body to the load cell mounting portion does not necessarily act in the vertical direction, and may act in the direction of twisting the load cell elastic body. Since the load cell for weight measurement has two parallel beams, it has high rigidity against the vibration force acting in the direction of twisting the load cell elastic body, so it acts in the direction of twisting to the load cell for weight measurement. The effect of vibration force is small. However, a single beam as disclosed in Patent Document 1 has low rigidity against vibration force acting in the twisting direction. Therefore, even if the direction of the vibration force is slightly inclined from the vertical direction, the strain generating portion is distorted by torsional vibration, and the dummy load cell and the weight measurement load cell output the same foundation vibration force. The amplitude and phase of the vibration signal may be different. Therefore, the fundamental vibration cannot be compensated accurately.
本発明は、安価で、設置スペースを必要とせず、しかも精確に基礎信号を補償することができるダミーロードセルを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a dummy load cell that is inexpensive, does not require an installation space, and can accurately compensate a basic signal.
本発明の一態様のダミーロードセルは、重量測定用ロードセルに設けられている。この重量測定用ロードセルは、金属弾性体製の平行四辺形のもので、計量器本体への取付部と、被計量物の荷重を受ける可動部とが、離れて位置している。前記取付部と前記可動部とが、2本の平行な梁によって連結されている。前記2本の平行な梁にそれぞれ起歪部が形成されている。起歪部には、荷重検出手段が設けられている。前記取付部内に形成した前記金属弾性体の厚さ方向に貫通した空間によって、前記重量測定用ロードセルの2つの梁と平行に、前記取付部の前記計量器本体側の部位と一体にダミーロードセル用の2本の平行な梁が形成されている。これらダミーロードセル用の2本の平行な梁に起歪部が形成されている。前記取付部内において前記ダミーロードセル用の2本の平行な梁の先端に、前記重量測定用ロードセルの可動部とは独立して、ダミーロードセル用の可動部が、前記ダミーロードセル用の2本の平行な梁と一体に形成されている。前記ダミーロードセル用の可動部の両端は、前記取付部の前記重量測定用ロードセルの2本の平行な梁側の部位との間にそれぞれ間隔を有している。前記重量測定用ロードセルにおける前記可動部の等価質量及び前記重量測定用ロードセルの起歪部のバネ定数によってなされる振動系と略同一の動特性を有する振動系をなすように、前記ダミーロードセル用ロードセルにおける等価質量及びバネ定数を設定してある。 The dummy load cell of one embodiment of the present invention is provided in the weight measuring load cell. This load cell for weight measurement is a parallelogram made of a metal elastic body, and a mounting portion to the measuring instrument main body and a movable portion receiving the load of the object to be weighed are located apart from each other. The attachment portion and the movable portion are connected by two parallel beams. Strain portions are respectively formed on the two parallel beams. A load detecting means is provided in the strain generating portion . Due to the space penetrating in the thickness direction of the metal elastic body formed in the mounting part, the dummy load cell is integrated with the two parts of the weight measuring load cell in parallel with the part of the mounting part on the measuring instrument main body side. These two parallel beams are formed. A strain generating portion is formed in two parallel beams for the dummy load cells. In the mounting portion, at the tip of two parallel beams for the dummy load cell, the movable portion for the dummy load cell has two parallel beams for the dummy load cell, independently of the movable portion of the weight measuring load cell. It is formed integrally with a simple beam. Both ends of the movable portion for the dummy load cell are respectively spaced from the two parallel beam-side portions of the load measuring load cell of the mounting portion. The load cell for the dummy load cell so as to form a vibration system having substantially the same dynamic characteristics as the vibration system formed by the equivalent mass of the movable part in the load cell for weight measurement and the spring constant of the strain generating part of the load cell for weight measurement. The equivalent mass and spring constant are set.
このように構成したダミーロードセルでは、ダミーロードセルは平行四辺形型に形成されているので、2本の梁を有し、これらによってダミーロードセルを捻る方向に作用する力に対して剛性が大きい。従って、起歪部がねじれ振動による歪みを起こしにくく、同じ基礎振動力に対してダミーロードセルと重量測定用ロードセルとでは、出力される基礎振動信号の振幅及び位相が略同一となり、精確に基礎振動を補償することができる。しかも、ダミーロードセルは、重量測定用ロードセルと一体に形成されているので、コストの低減を図ることもできるし、ダミーロードセル用の設置スペースを確保する必要が無く、ダミーロードセルの取り付け作業も不要である。また、ダミーロードセルと重量測定用ロードセルとには、同じ振動力が与えられるので、両者が発生する基礎振動信号成分の振幅と位相も略同一となり、精確に基礎振動を補償することができる。 In the dummy load cell configured as described above, since the dummy load cell is formed in a parallelogram shape, the dummy load cell has two beams, and has high rigidity against a force acting in the direction of twisting the dummy load cell. Therefore, the strain generating part is less likely to be distorted due to torsional vibration, and the amplitude and phase of the output fundamental vibration signal are substantially the same for the dummy load cell and the weight measurement load cell for the same basic vibration force, and the basic vibration is accurately determined. Can be compensated. Moreover, since the dummy load cell is formed integrally with the load cell for weight measurement, it is possible to reduce the cost, and it is not necessary to secure the installation space for the dummy load cell, and it is not necessary to install the dummy load cell. is there. Further, since the same vibration force is applied to the dummy load cell and the weight measuring load cell, the amplitude and phase of the fundamental vibration signal component generated by both of them are substantially the same, and the fundamental vibration can be accurately compensated.
本発明の他の態様のダミーロードセルも、重量測定用ロードセルに設けられている。この重量測定用ロードセルも、金属弾性体製の平行四辺形のもので、計量器本体への取付部と、被計量物の荷重を受ける可動部とが、離れて位置している。前記取付部と前記可動部とが、2本の平行な梁によって連結されている。前記2本の平行な梁にそれぞれ起歪部が形成されている。起歪部には、荷重検出手段が設けられている。前記取付部からダミーロードセル用の2本の梁が、前記重量測定用ロードセルの2本の平行な梁と平行に、かつ前記取付部と一体に伸延している。これらダミーロードセル用の2本の平行な梁に起歪部が形成されている。この起歪部にも荷重検出手段が設けられている。これらダミーロードセル用の2本の平行な梁の先端に、前記重量測定用ロードセルの可動部とは独立して、ダミーロードセル用の可動部が、前記ダミーロードセル用の2本の平行な梁と一体に形成されている。前記重量測定用ロードセルにおける前記可動部の等価質量及び前記重量測定用ロードセルの起歪部のバネ定数によってなされる振動系と略同一の動特性を有する振動系をなすように、前記ダミーロードセル用ロードセルにおける等価質量及びバネ定数を設定してある。前記重量測定用ロードセルは、前記金属弾性体に、その厚さ方向に貫通させた空間を形成することにより、前記取付部、前記2本の平行な梁及び前記可動部を形成したものである。この場合、前記取付部における前記空間の近傍に、前記可動部への荷重の印加方向に沿って間隔をおいて前記厚さ方向に貫通した3つの孔を一列に形成し、これら3つの孔のうち前記荷重印加方向の両端にあるものを、前記空間につなぐ貫通溝を、前記厚さ方向に貫通させることにより、前記ダミーロードセル用の2本の平行な梁、起歪部及び可動部を、形成してある。貫通した3つの孔としては、種々の形状のものを使用することができ、例えば8の字型や円形のものを使用することができる。 The dummy load cell according to another aspect of the present invention is also provided in the load measuring load cell. The load cell for weight measurement is also a parallelogram made of a metal elastic body, and the attachment portion to the measuring instrument main body and the movable portion receiving the load of the object to be weighed are located apart from each other. The attachment portion and the movable portion are connected by two parallel beams. Strain portions are respectively formed on the two parallel beams. A load detecting means is provided in the strain generating portion . Two beams for the dummy load cell extend from the mounting portion in parallel with the two parallel beams of the weight measuring load cell and integrally with the mounting portion. A strain generating portion is formed in two parallel beams for the dummy load cells. A load detecting means is also provided in this strain generating portion. At the ends of the two parallel beams for the dummy load cell, the movable portion for the dummy load cell is integrated with the two parallel beams for the dummy load cell independently of the movable portion of the load cell for weight measurement. Is formed. The load cell for the dummy load cell so as to form a vibration system having substantially the same dynamic characteristics as the vibration system formed by the equivalent mass of the movable part in the load cell for weight measurement and the spring constant of the strain generating part of the load cell for weight measurement. The equivalent mass and spring constant are set. The load cell for weight measurement is formed by forming the attachment portion, the two parallel beams, and the movable portion by forming a space penetrating the metal elastic body in the thickness direction. In this case, three holes penetrating in the thickness direction are formed in a row in the vicinity of the space in the mounting portion at intervals along the direction in which the load is applied to the movable portion. Of the two parallel beams, the strain-generating portion and the movable portion for the dummy load cell, by passing through the through-groove connecting the space at both ends of the load application direction in the thickness direction, It is formed. As the three through holes, those having various shapes can be used. For example, a figure of 8 or a circular shape can be used.
このように構成すると、3つの貫通孔と重量測定用ロードセルの空間との間に可動部を形成でき、3つの貫通孔の中央の貫通孔とその両側の貫通孔とによってそれぞれ梁を構成することでき、しかも、貫通孔によって起歪部も構成されている。更に、本来では取付部である部分に、ダミーロードセルの梁と可動部とを構成することができ、ダミーロードセルを形成するために金属製弾性体を大型化する必要が無く、しかも3つの貫通孔を形成し、貫通溝を設けるだけであるので、製造が容易である。 If comprised in this way, a movable part can be formed between three through-holes and the space of the load cell for weight measurement, and a beam is comprised by the through-hole of the center of three through-holes, and the through-hole of the both sides, respectively. In addition, the strain-generating portion is also constituted by the through hole. Further, the beam of the dummy load cell and the movable portion can be formed in the portion that is originally the mounting portion, and it is not necessary to increase the size of the metal elastic body in order to form the dummy load cell. Is formed, and the through-groove is only provided, so that the manufacturing is easy.
前記3つの孔のうち前記荷重印加方向の両端にあるものを形成することによって、前記重量測定用ロードセルの起歪部も形成することができる。このように構成すると、重量測定用ロードセルの起歪部を別途形成する必要が無く、製造工程を減らすことができるし、コストも低減することができる。 By forming the three holes at both ends in the load application direction, the strain-generating portion of the weight measuring load cell can also be formed. With this configuration, it is not necessary to separately form the strain-generating portion of the load cell for weight measurement, the manufacturing process can be reduced, and the cost can be reduced.
前記ダミーロードセル用の可動部に、質量調整用の穴または質量調整用部品を設けることもできる。これによって、ダミーロードセルの等価質量を調整することができる。また、質量調整用の穴または質量調整用部品がダミーロードセル用の可動部に設けられているので、質量調整を容易に行うことができる。 The movable portion for the dummy load cell may be provided with a mass adjusting hole or a mass adjusting component. Thereby, the equivalent mass of the dummy load cell can be adjusted. Moreover, since the hole for mass adjustment or the component for mass adjustment is provided in the movable part for dummy load cells, mass adjustment can be performed easily.
前記3つの孔のうち少なくとも1つの外周にバネ定数調整用の環状溝を形成することもできる。このように環状溝を形成すると、ダミーロードセルのバネ定数を小さくすることができ、等価質量とバネ定数との比を、ダミーロードセルと重量測定用ロードセルとにおいて同一にすることを容易に行える。 An annular groove for adjusting a spring constant may be formed on the outer periphery of at least one of the three holes. When the annular groove is formed in this way, the spring constant of the dummy load cell can be reduced, and the ratio of the equivalent mass to the spring constant can be easily made the same in the dummy load cell and the weight measuring load cell.
ダミーロードセル用の起歪部は、1つの前記ダミーロードセル用の梁に対して2カ所設けることもできるが、1つだけ設けることもできる。ダミーロードセルでは、負荷の移動が生じることがないので、負荷の移動に伴う歪み応力が2つの梁に発生することがない。従って、上述したように起歪部は1つだけ設けることが可能で、構造が簡単となり、その製造が容易になる。 Two strain-generating portions for dummy load cells can be provided for one dummy load cell beam, but only one can be provided. In the dummy load cell, no movement of the load occurs, so that no distortion stress due to the movement of the load occurs in the two beams. Accordingly, as described above, only one strain generating portion can be provided, the structure becomes simple, and the manufacture thereof becomes easy.
以上のように、本発明によれば、精確に基礎振動を補償することができる上に、コストの低減を図ることができ、ダミーロードセル用の設置スペースの確保が不要で、ダミーロードセルの取り付け作業も不要である。 As described above, according to the present invention, the basic vibration can be accurately compensated, the cost can be reduced, the installation space for the dummy load cell is not required, and the dummy load cell is attached. Is also unnecessary.
本発明の第1実施形態のダミーロードセル2は、図1に示すように、重量測定用ロードセル4に設けられている。重量測定用ロードセル4は、平行四辺形型のもので、紙面の表裏方向に所定の厚さを有する直方体状の金属製弾性体6に、その厚さ方向に貫通する空間8を形成して、取付部10、可動部12、2本の梁14、4つの起歪部16を形成したものである。
The dummy load cell 2 according to the first embodiment of the present invention is provided in a weight measuring
取付部10は、設置基準面、例えば計量器本体18に重量測定用ロードセル4を取り付けるためのものである。この取付部10とほぼ同一直線上に、取付部10と間隔をおいて可動部12が配置されている。可動部12は、それの計量器本体18と反対側の面に、図示していない計量台または計量容器が取り付けられる。これら計量台または計量容器に被計量物が載荷されることによって、可動部12には図1における上下方向に沿って上側から下側に向かって荷重が印加される。2つの梁14は、固定部10と可動部12とを、それらの上下の両端それぞれで連結するもので、上下方向に間隔をおいて互いに平行に位置している。これら梁14それぞれの長さ方向に間隔をあけた2カ所において、その上下方向の厚さを薄くすることによって、合計4つの起歪部16が形成されている。これら起歪部16には、それぞれ荷重検出手段、例えばストレインゲージ20が設けられている。このように取付部10、可動部12、梁14及び起歪部16を形成するために、空間8の正面形状は、矩形の上辺の両端が上方に円弧状に湾曲し、下辺の両端が下方に円弧状に湾曲した形状とされている。各湾曲部は同一の円弧である。
The
ダミーロードセル2は、図2に拡大して示すように、取付部10における空間8の近傍に、3つの貫通孔22、24、26を形成し、貫通溝28を貫通孔22、26にそれぞれ形成することによって、2つのダミーロードセル用梁30a、30b、4つの起歪部32、可動部34を形成することによって平行四辺形型に形成されている。
In the dummy load cell 2, as shown in an enlarged view in FIG. 2, three through
3つの貫通孔22、24、26は、横倒させた8の字型のもので、金属製弾性体6の厚さ方向に貫通している。即ち、3つの貫通孔22、24、26は、同じ直径を有する2つの円を両円が接する状態からそれぞれ所定距離だけ寄せた正面形状をなしている。3つの貫通孔22、24、26は、重量測定用ロードセル4の荷重の印加方向、この実施形態では図1及び図2の上下方向に一列に、所定の間隔をおいて配置されている。また、これら貫通孔22、24、26は、固定部10の空間8と反対側の端面からそれぞれ同一の距離の位置に設置されている。これら3つの貫通孔22、24、26のうち荷重印加方向の両端にある貫通孔22、26は、貫通孔24の中心軸(図2における左右方向の中心軸)を対称軸として線対称に配置されている。
The three through
貫通孔22、26の空間8側の端部に貫通溝28が形成されている。貫通溝28は、空間8と連通するように直線状に形成され、金属弾性体6の厚さ方向に貫通している。これら貫通孔28は、貫通孔22、24の中心軸よりも中央の貫通孔24側によった位置に、貫通孔24の中心軸を対称軸として線対称に配置されている。
A through
このように貫通孔22、24、26、貫通溝28を形成することによって、貫通溝28間に重量測定用ロードセル4の可動部12とは独立した可動部34が形成され、貫通孔22、24を形成することによって、一方の梁30aが形成され、貫通孔24、26を形成することによって、他方の梁30bが形成されている。なお、重量測定用ロードセル4における貫通孔22、24、26の空間8と反対側の端部から計量器本体18までの部分が、重量測定用ロードセル4とダミーロードセル2との取付部10として共用される。梁30a、30bには、それぞれに2つずつ合計4つの起歪部32が形成されている。これら起歪部32には、荷重検出手段、例えばストレインゲージ36が貼着されている。
By forming the through
重量測定用ロードセル4とダミーロードセル2とでは、取付部10が共用されているので、重量測定用ロードセル4とダミーロードセル2とは、全く同じ条件で基礎振動力の影響を受ける。
Since the weight
重量測定用ロードセル4が振動系として作動する場合における等価質量は、可動部12に装着される図示していない計量容器や取付金具などによる質量で、これをM、重量測定用ロードセル4のバネ系としてのバネ定数をK、減衰比をζKとすると、取付部10の振動信号の振幅伝達率TKは、公知のように
TK=[1+{2・ζK・(ω/ωn)}2]1/2/[{1−(ω/ωn)}2+2・ζK・(ω/ωn)2]1/2
で表され、位相遅れ角φKは、
φK=tan-1[2・ζK・(ω/ωn)3/{1+(4・ζK 2−1)・(ω/ωn)2}]
で表される。
The equivalent mass when the weight measuring
The phase delay angle φ K is expressed as
φ K = tan −1 [2 · ζ K · (ω / ωn) 3 / {1+ (4 · ζ K 2 −1) · (ω / ωn) 2 }]
It is represented by
一方、ダミーロードセルのバネ系としての等価質量をm、バネ定数をk、減衰比ζkとすると、取付部10の振動信号の振幅伝達率Tkは、
Tk=[1+{2・ζk・(ω/ωn)}2]1/2/[{1−(ω/ωn)}2+2・ζk・(ω/ωn)2]1/2
で表され、位相遅れ角φkは、
φk=tan-1[2・ζk・(ω/ωn)3/{1+(4・ζk 2−1)・(ω/ωn)2}]
と表される。ここで、ωnは、固有振動数であって、重量測定用ロードセル4、ダミーロードセル2との固有振動数ωnに関して、
ωn=(K/M)1/2=(k/m)1/2
が成立するように、ダミーロードセル2が形成されている。即ちダミーロードセル2の等価質量mとバネ定数kとの比が、重量測定用ロードセル4の等価質量Mとバネ定数Kとの比に等しくなるように、言い換えると、ダミーロードセル2の固有振動数と、計量容器や取付金具が取り付けられた重量測定用ロードセル4の固有振動数とが等しくなるように、ダミーロードセル2のバネ定数kと等価質量mとが選択されている。この場合、K>k、M>mであって、K/M=k/mが成立するように、ダミーロードセル2が形成されている。
On the other hand, when the equivalent mass as a spring system of the dummy load cell is m, the spring constant is k, and the damping ratio ζ k , the amplitude transmission rate T k of the vibration signal of the mounting
T k = [1+ {2 · ζ k · (ω / ωn)} 2 ] 1/2 / [{1- (ω / ωn)} 2 + 2 · ζ k · (ω / ωn) 2 ] 1/2
And the phase lag angle φ k is
φ k = tan −1 [2 · ζ k · (ω / ωn) 3 / {1+ (4 · ζ k 2 −1) · (ω / ωn) 2 }]
It is expressed. Here, ωn is a natural frequency, and regarding the natural frequency ωn of the
ωn = (K / M) 1/2 = (k / m) 1/2
The dummy load cell 2 is formed so that. That is, the ratio of the equivalent mass m of the dummy load cell 2 to the spring constant k is equal to the ratio of the equivalent mass M of the weight measuring
このようにダミーロードセル2を形成した場合、振幅伝達率や位相遅れ角のパラメータである減衰比ζK、ζkは、粘性係数をそれぞれCK、Ckとすると、
ζK=CK/2・(M・K)1/2
ζk=Ck/2・(m・k)1/2
と表される。
When the dummy load cell 2 is formed in this way, the damping ratios ζ K and ζ k that are parameters of the amplitude transmission rate and the phase delay angle are expressed as follows, where the viscosity coefficients are C K and C k , respectively.
ζ K = C K / 2 · (M · K) 1/2
ζ k = C k / 2 · (m · k) 1/2
It is expressed.
重量測定用ロードセル4やダミーロードセル2の変位速度が粘性減衰力に変換される係数は、起歪部16、32に使用している金属弾性体6の物性、起歪部16、32に貼着したストレインゲージ20、36の樹脂材料、空気抵抗力などによって決まるが、ストレインゲージ20、36の樹脂材料の物性や空気励行力の影響は、金属弾性体6の持つ粘性係数CK、Ckに比べて無視することができ、起歪部16、32の金属材料による影響が大きい。
The coefficient by which the displacement speed of the
ダミーロードセル2は、重量測定用ロードセル4と同一の金属弾性体6からなり、起歪部16、32の粘性減衰力は、起歪部16、32が薄く下降されているほど小さい。即ち、バネ定数K、kが小さい程、起歪部16、32が薄いので、CK>Ckである。
The dummy load cell 2 is made of the same metal elastic body 6 as the load measuring
しかも、上述したようにM/K=m/kであるので、ζK、ζkの値は近接し、しかも金属弾性体製のロードセル2、4の起歪部16、32の粘性減衰力自体も小さく、ζK、ζkは通常には0.1以下である。
Moreover, since M / K = m / k as described above, the values of ζ K and ζ k are close to each other, and the viscous damping force itself of the strain-generating
一方、ωn/ωは、例えばωnが40Hzに対し、ωが8Hzのような値をとるので、1/5である。従って、振幅伝達率TK、Tkにおいて、{2・ζK・(ω/ωn)}2、{2・ζk・(ω/ωn)}2の値は1に比べて充分に小さく、減衰比ζK、ζkの差も小さいので、減衰比ζK、ζkの違いが振幅伝達率TK、Tkに与える影響は小さい。同様に、2・ζK・(ω/ωn)3、2・ζk・(ω/ωn)3の値も零に近く、殆ど遅れ差は生じない。その上、減衰比ζK、ζkの差も小さい。従って、減衰比ζK、ζkの違いが位相遅れ角φK、φkに与える影響は小さい。 On the other hand, ωn / ω is 1/5 because, for example, ωn is 40 Hz and ω is 8 Hz. Therefore, the values of {2 · ζ K · (ω / ωn)} 2 and {2 · ζ k · (ω / ωn)} 2 are sufficiently smaller than 1 in the amplitude transfer rates T K and T k . Since the difference between the damping ratios ζ K and ζ k is also small, the influence of the difference between the damping ratios ζ K and ζ k on the amplitude transmission rates T K and T k is small. Similarly, the values of 2 · ζ K · (ω / ωn) 3 and 2 · ζ k · (ω / ωn) 3 are close to zero, and there is almost no delay difference. In addition, the difference between the damping ratios ζ K and ζ k is also small. Therefore, the influence of the difference between the damping ratios ζ K and ζ k on the phase delay angles φ K and φ k is small.
従って、減衰比ζK、ζkが、重量測定用ロードセル4の重力測定値に含まれる基礎振動信号の振幅、位相と、ダミーロードセル2から出力される基礎振動の振幅、位相に与える影響は無視できる。従って、ダミーロードセル2から出力される荷重信号によって重量測定用ロードセル4の荷重信号に含まれる振動信号を相殺することができる。
Therefore, the influence of the damping ratios ζ K and ζ k on the amplitude and phase of the fundamental vibration signal included in the gravity measurement value of the weight
ダミーロードセル2は、特開平6−317457号の図1、特開平8−114493号の図1に示されているものと異なり、重量測定用ロードセルと別個に形成されずに、重量測定用ロードセル4と一体に形成されている。従って、制作費が低コストで、ダミーロードセルの取付コストも不要である。ダミーロードセルの取付場所を確保する必要も無いので、計量装置がコンパクトになり、更にダミーロードセルと重量測定用ロードセルとの取付場所が同一であるので、両者が受ける基礎振動力が異なることもない。
Unlike the one shown in FIG. 1 of JP-A-6-317457 and FIG. 1 of JP-A-8-114493, the dummy load cell 2 is not formed separately from the load cell for weight measurement, but the
特許文献1のように、シングルビームを使用してダミーロードセルを構成せずに、2本の梁30a、30bを使用して平行四辺形型にダミーロードセルを構成しているので、鉛直方向に対して傾斜した方向の振動力に対するねじれ剛性が大きいので、このような振動力が作用しても、重量測定用ロードセル4に含まれる振動信号とほぼ同じ振幅及び位相を持つ荷重信号をダミーロードセル2は出力することができ、高い補償効果を得ることができる。
As in Patent Document 1, a dummy load cell is formed in a parallelogram type using two
ダミーロードセル2は、バネ定数kと等価質量mとの比k/mが、重量測定用ロードセル4のバネ定数Kと等価質量Mとの比K/Mに等しくなるように設計、製作されるが、微妙にずれが生じた場合で、mを減少させる必要がある場合には、可動部34に適切な大きさの穴を形成すればよい。穴としては、図2に破線で示すように厚さ方向に貫通した同一系の孔38を複数形成することもできるし、可動部24の厚さ方向の両面から所定の径と深さを持つ穴を単数または複数設けることもできる。また、等価質量mを増加させる必要がある場合には、図2の破線で示すように質量調整部材40を可動部34に追加する。
The dummy load cell 2 is designed and manufactured so that the ratio k / m between the spring constant k and the equivalent mass m is equal to the ratio K / M between the spring constant K and the equivalent mass M of the weight measuring
図3に第2の実施形態のダミーロードセル102を示す。このダミーロードセル102では、円形の貫通孔122、124、126が形成され、梁130a、130bが形成され、梁130a、130bには1つずつ起歪部132が形成されている。他の構成は、第1の実施形態と同様であるので、同等部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
FIG. 3 shows a
重量測定用ロードセル4では、計量の度に、計量容器や計量台に載荷される被計量物品の位置が変化することがある。この位置の変化に従って、梁14、14のうち上側の梁14の起歪部16に伸張歪み応力が発生し、下側の梁14の起歪部に圧縮歪み応力が発生する。これら歪み応力を相殺するために、2本の梁14それぞれに2個、合計4つの起歪部16を設ける必要がある。しかし、ダミーロードセル102では、負荷の移動が生じることがないので、上述したような歪み応力を相殺する必要が無い。そこで、2本の梁130a、130bそれぞれに1カ所だけ起歪部132を形成している。従って,形成する貫通孔122、124、126の形状が簡単な円形でよいので、構造が簡単であり、その製造が容易である。
In the
図4(a)乃至(c)に第3の実施形態のダミーロードセル202を示す。このダミーロードセル202では、そのバネ定数kを、重量測定用のロードセル4のバネ定数Kよりも充分に小さくするために、起歪部232を薄肉に加工することには限度があるため、貫通孔124の外周に、環状の円形溝240を形成し、ダミーロードセルの起歪部232の厚さ寸法tを、重量測定用ロードセル4の起歪部16の厚さTよりも小さくしたものである。他の構成は、第2の実施形態と同様であるので、同等部分には同一符号を付して、その説明を省略する。なお、環状の溝であれば、円形に限定される必要はない。
FIGS. 4A to 4C show a
図5に第4の実施形態のダミーロードセル302を示す。この実施形態では、貫通溝328も丸孔加工によって形成した以外、第2の実施形態と同様に構成されている。同等部分には同一符号を付して、その説明を省略する。このように構成すると、直線状の加工が不要となり、全て丸穴加工となるので、加工コストを低減することができる。
FIG. 5 shows a
図6に第5の実施形態のダミーロードセル402を示す。このダミーロードセル402では、貫通孔122、126を金属弾性体6の上下面に接近させて形成することによって、貫通孔122、126の形成によって、ダミーロードセル402の起歪部432の形成だけでなく、重量測定用ロードセル4の起歪部416も形成したものである。なお、符号418で示すのは貫通溝で、これも丸孔加工によって形成されている。これによって、第4の実施形態と同様に、丸孔加工のみを行えばよい上に、重量測定用ロードセル4の取付部10の計量器本体18への接触面から貫通孔122、124、126までの距離を短くすることができ、小型化が可能であるし、加工工数も低減できる。
FIG. 6 shows a
2 ダミーロードセル
4 重量測定用ロードセル
6 金属製弾性体
10 取付部
12 重量測定用ロードセルの可動部
14 重量測定用ロードセルの梁
16 重量測定用ロードセルの起歪部
30a 30b ダミーロードセルの梁
32 ダミーロードセルの起歪部
34 ダミーロードセルの可動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2
Claims (6)
前記取付部内に形成した前記金属弾性体の厚さ方向に貫通した空間によって、前記重量測定用ロードセルの2つの梁と平行に、前記取付部の前記計量器本体側の部位と一体にダミーロードセル用の2本の平行な梁を形成し、
これらダミーロードセル用の2本の平行な梁に起歪部が形成され、
前記取付部内において前記ダミーロードセル用の2本の平行な梁の先端に、前記重量測定用ロードセルの可動部とは独立して、ダミーロードセル用の可動部が、前記ダミーロードセル用の2本の平行な梁と一体に形成され、前記ダミーロードセル用の可動部の両端は、前記取付部の前記重量測定用ロードセルの2本の平行な梁側の部位との間にそれぞれ間隔を有し、
前記重量測定用ロードセルにおける等価質量及び前記重量測定用ロードセルの起歪部のバネ定数によってなされる振動系と略同一の動特性を有する振動系をなすように、前記ダミーロードセル用ロードセルの等価質量及びバネ定数を設定した
ダミーロードセル。 The attachment part to the main body of the measuring instrument and the movable part that receives the load of the object to be weighed are located apart from each other, and the attachment part and the movable part are connected by two parallel beams. In the parallelogram weight measuring load cell made of metal elastic body, each of which is formed with a strain-generating portion in parallel beams,
Due to the space penetrating in the thickness direction of the metal elastic body formed in the mounting part, the dummy load cell is integrated with the two parts of the weight measuring load cell in parallel with the part of the mounting part on the measuring instrument main body side. Of two parallel beams,
A strain generating part is formed in two parallel beams for these dummy load cells,
In the mounting portion, at the tip of two parallel beams for the dummy load cell, the movable portion for the dummy load cell has two parallel beams for the dummy load cell, independently of the movable portion of the weight measuring load cell. And both ends of the movable portion for the dummy load cell are respectively spaced from the two parallel beam-side portions of the weight measuring load cell of the mounting portion,
The equivalent mass of the load cell for the dummy load cell and the equivalent mass of the load cell for the weight measurement so as to form a vibration system having substantially the same dynamic characteristics as the vibration system formed by the spring constant of the strain-generating portion of the load cell for weight measurement. Dummy load cell with spring constant set.
前記取付部からダミーロードセル用の2本の梁が、前記重量測定用ロードセルの2本の平行な梁と平行に、かつ前記取付部と一体に伸延し、
これらダミーロードセル用の2本の平行な梁に起歪部が形成され、
これらダミーロードセル用の2本の平行な梁の先端に、前記重量測定用ロードセルの可動部とは独立して、ダミーロードセル用の可動部が、前記ダミーロードセル用の2本の平行な梁と一体に形成され、
前記重量測定用ロードセルにおける等価質量及び前記重量測定用ロードセルの起歪部のバネ定数によってなされる振動系と略同一の動特性を有する振動系をなすように、前記ダミーロードセル用ロードセルの等価質量及びバネ定数を設定し、
前記重量測定用ロードセルは、前記金属弾性体に、その厚さ方向に貫通させた空間を形成することにより、前記取付部、前記2本の平行な梁及び前記可動部が形成され、
前記取付部における前記空間の近傍に、前記可動部への荷重の印加方向に沿って間隔をおいて前記厚さ方向に貫通した3つの孔を一列に形成し、これら3つの孔のうち前記荷重印加方向の両端にあるものを、前記空間につなぐ貫通溝を、前記厚さ方向に貫通させることにより、前記ダミーロードセル用の2本の平行な梁、起歪部及び可動部を、形成したダミーロードセル。 The attachment part to the main body of the measuring instrument and the movable part that receives the load of the object to be weighed are located apart from each other, and the attachment part and the movable part are connected by two parallel beams. In the parallelogram weight measuring load cell made of metal elastic body, each of which is formed with a strain-generating portion in parallel beams,
Two beams for the dummy load cell extend from the mounting portion in parallel with the two parallel beams of the load cell for weight measurement and integrally with the mounting portion,
A strain generating part is formed in two parallel beams for these dummy load cells,
At the ends of the two parallel beams for the dummy load cell, the movable portion for the dummy load cell is integrated with the two parallel beams for the dummy load cell independently of the movable portion of the load cell for weight measurement. Formed into
The equivalent mass of the load cell for the dummy load cell and the equivalent mass of the load cell for the weight measurement so as to form a vibration system having substantially the same dynamic characteristics as the vibration system formed by the spring constant of the strain-generating portion of the load cell for weight measurement. Set the spring constant,
The weight measuring load cell is formed with a space penetrating in the thickness direction in the metal elastic body, thereby forming the attachment portion, the two parallel beams, and the movable portion,
Three holes penetrating in the thickness direction are formed in a row in the vicinity of the space in the mounting portion at intervals along the direction in which the load is applied to the movable portion, and among the three holes, the load A dummy in which two parallel beams, a strain generating portion and a movable portion for the dummy load cell are formed by penetrating through grooves in the thickness direction of the through grooves that connect both ends of the application direction to the space. Load cell.
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