JP6663604B2 - 力標準機用の精度検出装置、力値比較装置及び力標準機の精度検出方法 - Google Patents

力標準機用の精度検出装置、力値比較装置及び力標準機の精度検出方法 Download PDF

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Description

本開示は機械測定技術分野に属し、たとえば力標準機用の精度検出装置、力値比較装置及
び力標準機精度検出方法に関する。
大きな力値（数百トン〜数千トン、数万トン〜数十万トン）の精度測定は、いままで国際
と国内で緊急に解決すべき問題であり、大きな力値の精度測定がまだ解決されていない。
理論的には、数万トンの分銅で被検知センサを検定すると、設備装置が非常に大きくなり
、製造コストが高くなり、従って実現できない。
構成が簡単で、且つ大きな力値を有する力標準機の精度を検出可能な装置及び方法である
。
力標準機用の精度検出装置であって、第１油圧シリンダ、パイプ及び力負荷装置を備え、
前記第１油圧シリンダ内には液面面積が既知値である液体媒体が設置され、
前記パイプは中空管状構造であり、第１端が前記第１油圧シリンダ内の液体媒体と連通し
、
前記力負荷装置は前記第１油圧シリンダ内の液体媒体に作用し、前記液体媒体に圧力の増
分または圧力の強さの増分を生成させる。
好ましくは、前記装置は前記第１油圧シリンダ液面における圧力値又は圧力の強さ値を測
定するように設置され、測定精度値が既知値である第１測定装置をさらに備える。
好ましくは、前記装置は端面が前記第１油圧シリンダ内の液体媒体の液面と接触し、前記
第１油圧シリンダ内に摺動し、前記第１油圧シリンダの内側壁と密封空間を形成する第１
ピストンをさらに備え、前記第１測定装置は前記第１ピストン端面に作用した圧力値又は
圧力の強さ値を測定するように設置される。
好ましくは、前記力負荷装置は前記第１ピストンに作用し前記第１油圧シリンダ内の液体
媒体を圧縮する方向又は該方向と反対する方向に圧力の増分又は圧力の強さの増分を前記
第１ピストンに生成させ、前記第１測定装置は前記力負荷装置が前記第１ピストンに作用
した負荷力の数値を測定するように設置される。
力値比較装置であって、上記いずれか１項の力標準機用の精度検出装置及び検出対象の力
標準機を備え、
前記検出対象の力標準機は、
内部に液体媒体が設置され、前記パイプの第２端が内部の液体媒体と連通する第２油圧シ
リンダと、
端面が前記第２油圧シリンダ内の液面と接触し、前記第２油圧シリンダ内に摺動し、側面
が前記第２油圧シリンダの内側壁と密封空間を形成し、端面面積が既知であるか又は測定
により得ることができる第２ピストンと、
前記第２ピストンに印加した作用力の数値を測定するように設置され、測定精度値が未知
値である第２測定装置とを備える。
好ましくは、前記力値比較装置は、前記第２ピストンに印加した作用力の数値を測定する
ように設置され、且つ測定精度値が既知値である第３測定装置をさらに備える。
力標準機の精度検出方法であって、
パイプにより測定精度が既知の測定装置を力標準機と連通させるステップと、
前記力負荷装置により前記第１油圧シリンダ内へ第１作用力を印加し、パスカル等圧原理
で前記第２測定装置にて第２作用力を取得するステップと、
前記力負荷装置により、続けて前記第１油圧シリンダ内へ、前記第２測定装置における数
値を変動させないものであって前記第１作用力との比が非負数のａ％である既知値である
第３作用力を増加するステップと、
前記第２測定装置に数値が変動するまで、前記力負荷装置により続けて前記第１油圧シリ
ンダ内へ作用力値を増加し、前記第２測定装置における数値を変動させる場合、前記力負
荷装置により印加された変動作用力を記録するステップと、
第２測定装置の測定精度
（
、ただし、Ｓ１は第１油圧シリンダ内の液体媒体の液面面積、Ｓ２は第２ピストンの端面
面積、Ｆ１は第１作用力の値、Ｆ２は第２作用力の値、Ｆ３は第３作用力の値、Ｆｎは変
動作用力、％はパーセント記号、・は乗算演算子である）を算出するステップとを含み、
該測定装置は、液面面積が既知値である液体媒体を含む第１油圧シリンダと、前記第１油
圧シリンダ内の液体媒体へ作用力を印加するように設置される力負荷装置とを備え、該力
標準機は、液体媒体を含む第２油圧シリンダと、端面が第２油圧シリンダ内の液体媒体の
液面と接触し且つ第２油圧シリンダ内に摺動する第２ピストンと、第２ピストンに作用し
た作用力の数値を測定し且つ測定精度値が未知である第２測定装置とを備え、第２ピスト
ンの側面が第２油圧シリンダの内側壁と密封空間を形成し、前記第２ピストンの端面面積
が既知であるか又は測定により得ることができ、前記パイプは中空管状構造であり、両端
がそれぞれ第１油圧シリンダ内の液体媒体及び第２油圧シリンダ内の液体媒体と連通する
。
好ましくは、パイプにより測定精度が既知の測定装置を力標準機と連通させた後であって
、前記力負荷装置により前記第１油圧シリンダ内へ第１作用力を印加し、パスカル等圧原
理で前記第２測定装置にて第２作用力を取得する前に、
前記第２ピストンに作用した作用力の値を測定するように設置され且つ測定精度が既知で
ある第３測定装置を前記第２ピストンに接続するステップと、
前記力負荷装置により前記第１油圧シリンダ内へ第１測定作用力を印加し、前記第３測定
装置にて第２測定作用力値を取得するステップとをさらに含み、前記第２ピストンの端面
面積Ｓ２は
に等しく、Ｆ１０は前記第１測定作用力の値、Ｆ２０は前記第２測定作用力の値であり、
好ましくは、前記測定装置は第１ピストンと第１測定装置をさらに備え、
前記第１ピストンは、端面が前記第１油圧シリンダ内の液面と接触し、前記第１油圧シリ
ンダの内側壁に摺動し、側面が前記第１油圧シリンダの内側壁と密封空間を形成し、
前記力負荷装置は、前記第１ピストンに作用し、且つ前記第１油圧シリンダ内の液体媒体
を圧縮する方向又は該方向と反対する方向に圧力の増分又は圧力の強さの増分を前記第１
ピストンに生成させ、
前記第１測定装置は、前記力負荷装置が前記第１ピストンに作用した負荷力の数値を測定
するように設置される。
以上の技術案では、精度検出装置が設置されており、精度検出装置を用いる場合、パイプ
により、精度検出装置における第１シリンダを測定対象の力標準機における第２シリンダ
と連通させ、パスカル原理に基づいて、第１シリンダの液体媒体に数値が既知の作用力を
印加し、第１シリンダ内の作用力面積及び第２シリンダ内の作用力面積が既知であると、
第２ピストン内の対応する該作用力値、すなわち力標準機における作用力示度値を求める
ことができる。該力標準機における示度の最小値が変動するまで、第１シリンダに作用力
を印加し続けることによって、力標準機において数値変動を発生可能な該作用力と一回目
に印加した既知数値の作用力との比は力標準機の測定精度値となる。
一実施例における力値比較装置の構造模式図である。
以下、図面を参照しながら具体的な実施形態にて、以下の実施例における技術案について
説明する。
図１に示すように、本実施例における精度検出装置１は第１油圧シリンダ２、パイプ６及
び力負荷装置を備える。
前記第１油圧シリンダ２内には液面面積が既知値である液体媒体が設置される。
前記パイプ６は中空管状構造であり、第１端が前記第１油圧シリンダ２内の液体媒体と連
通する。
前記力負荷装置は前記第１油圧シリンダ２内の液体媒体に作用して、第１油圧シリンダ２
内の液体媒体に圧力の増分又は圧力の強さの増分を生成させることができる。
好ましくは、精度検出装置１は、前記第１油圧シリンダ２における液体媒体の液面におけ
る圧力値又は圧力の強さ値を測定することができ、測定精度値が既知である第１測定装置
８をさらに備える。
好ましくは、精度検出装置１は、端面が前記第１油圧シリンダ２内の液体媒体の液面と接
触する第１ピストン１０をさらに備える。第１ピストン１０の側面にはシールリングが設
置されてもよく、第１ピストン１０は前記第１油圧シリンダ２の内側壁に摺動して第１油
圧シリンダ２との間に密封空間を形成する。第１ピストン１０の側面と第１油圧シリンダ
２との間はさらに、静圧密封の方式で、第１ピストンが第１油圧シリンダ２内に密封摺動
することを実現できる。前記第１測定装置８は前記第１ピストン１０の端面に作用した圧
力値又は圧力の強さ値を測定することができる。
好ましくは、前記力負荷装置は前記第１ピストン１０に作用し、且つ前記第１油圧シリン
ダ２内の液体媒体を圧縮する方向又は該方向と反対する方向に力増分を前記第１ピストン
１０に生成することができ、前記第１測定装置８は前記力負荷装置が前記第１ピストン１
０に作用した負荷力の数値を測定することができる。
本実施例は、上記力標準機用の精度検出装置１及び検出対象の力標準機１２を備える力値
比較装置を提供する。前記検出対象の力標準機１２は、第２油圧シリンダ１４、第２ピス
トン１６及び第２測定装置１８を備える。
第２油圧シリンダ１４内に液体媒体が設置され、前記パイプ６の第２端が前記第２油圧シ
リンダ１４内の液体媒体と連通する。
第２ピストン１６の端面が前記第２油圧シリンダ１４内の液面と接触し、第２ピストン１
６の側面にはシールリングが設置されてもよく、第２ピストン１６は前記第２油圧シリン
ダ１４の内側壁に摺動して第２油圧シリンダ１４との間に密封空間を形成する。第２ピス
トン１６の側面と第２油圧シリンダ１４との間はさらに、静圧密封の方式で、第２ピスト
ン１６が第２油圧シリンダ１４内に密封摺動することを実現できる。前記第２ピストン１
６の端面面積は既知であるか又は測定により得ることができる。
第２測定装置１８は前記第２ピストン１６に印加した作用力数値を測定でき、前記第２測
定装置１８の測定精度値は未知値である。
好ましくは、前記力値比較装置は、前記第２ピストン１６に印加した作用力の数値を測定
でき、且つ測定精度値が既知値である第３測定装置をさらに備える。第３測定装置はさら
に、前記第２ピストン１６の端面の面積を測定できる。
本実施例は、以下のステップを含む力標準機１２の精度検出方法を提供する。
パイプ６により測定精度が既知の測定装置を力標準機１２と連通させるステップと、
前記力負荷装置により前記第１油圧シリンダ２内へ第１作用力Ｆ１を印加し、パスカル等
圧原理
で前記第２測定装置１８にて第２作用力値Ｆ２を取得するステップと、
前記力負荷装置により、続けて前記第１油圧シリンダ２内へ、前記第２測定装置１８にお
ける数値を変動させないものであって、前記第１作用力Ｆ１との比
が非負数のａ％である既知値である第３作用力Ｆ３を増加させるステップと、
前記第２測定装置１８に数値が変動するまで、前記力負荷装置により続けて前記第１油圧
シリンダ２内へ作用力値を増加させ、前記第２測定装置１８における数値を変動させる場
合、前記力負荷装置により印加された変動作用力値Ｆｎを記録するステップと、
第２測定装置１８の測定精度
（すなわち
、ただし、％はパーセント記号、・は乗算演算子である）を算出するステップとを含み、
該測定装置は、液面面積Ｓ１が既知値である液体媒体を含む第１油圧シリンダ２と、前記
第１油圧シリンダ２内の液体媒体へ作用力を印加するように設置される力負荷装置とを備
え、該力標準機１２は、液体媒体を含む第２油圧シリンダ１４と、端面が第２油圧シリン
ダ１４内の液体媒体の液面と接触し且つ側面が第２油圧シリンダ１４の内側壁に相対摺動
する第２ピストン１６と、第２ピストン１６に作用した作用力を測定でき且つ測定精度値
が未知である第２測定装置１８とを備え、第２ピストン１６が第２油圧シリンダ１４の内
側壁との間に密封空間を形成し、前記第２ピストン１６の端面の面積Ｓ２が既知又は測定
により得ることができ、前記パイプ６は中空管状構造であり、両端がそれぞれ第１油圧シ
リンダ２内の液体媒体及び第２油圧シリンダ１４内の液体媒体と連通する。
好ましくは、パイプにより測定精度が既知の測定装置を力標準機と連通させた後であって
、前記力負荷装置により前記第１油圧シリンダ内へ第１作用力を印加し、パスカル等圧原
理で前記第２測定装置にて第２作用力を取得する前に、力標準機の精度検出方法は、さら
に、
前記第２ピストン１６に作用した作用力値を測定でき且つ第３測定装置の測定精度が既知
である前記第２ピストン１６に第３測定装置を接続するステップと、
前記力負荷装置により前記第１油圧シリンダ２内へ第１測定作用力Ｆ１０を印加し、前記
第３測定装置にて第２測定作用力値Ｆ２０を取得するステップとを含み、前記第２ピスト
ン１６の端面面積Ｓ２は
に等しい。
前記第３測定装置は図１中の第２測定装置であってもよく、ただし、第３測定装置と第２
測定装置の違いについては、測定精度値が既知値であるが、第２測定装置の測定精度値が
未知値である。
好ましくは、前記測定装置は第１ピストン１０と第１測定装置８をさらに備える。
前記第１ピストン１０の端面が前記第１油圧シリンダ２内の液面と接触し、前記第１ピス
トン１０は前記第１油圧シリンダ２の内側壁に摺動することができる。
第１ピストン１０の側面にはシールリングが設置されてもよく、第１ピストン１０は前記
第１油圧シリンダ２の内側壁に摺動して第１油圧シリンダ２との間に密封空間を形成する
。第１ピストン１０の側面と第１油圧シリンダ２との間はさらに、静圧密封の方式で、第
１ピストンが第１油圧シリンダ２内に密封摺動することを実現できる。
前記力負荷装置は前記第１ピストン１０に作用し、且つ前記第１油圧シリンダ２内の液体
媒体を圧縮する方向又は該方向と反対する方向に圧力の増分または圧力の強さの増分を前
記第１ピストン１０に生成させることができる。
前記第１測定装置８は前記力負荷装置が前記第１ピストン１０に作用した負荷力の数値を
測定することができる。
実施例１
第１ピストン１０と第２ピストン１６の面積比が１：１０００、第１測定装置８の測定精
度が０．１％であることが既知であり、ここで、：は比の符号である。
１トン（ｔ）の重量に対応する重力Ｆ１を第１ピストン１０に印加すると、第２測定装置
１８にて取得した数値はＦ２＝１０００ｔ×ｇであった。重力Ｇ＝ｍ×ｇ（式中、ｍは重
量、ｇは比例係数であり、ｇは９．８Ｎ／ｋｇであってもよい。）。
以上に基づき、第１ピストン１０にまた１ｋｇの重量に対応する重力を印加すると、第２
測定装置１８にて取得した数値は変動することはない。
さらに第１ピストン１０に重力を印加し、たとえば１回ずつ１ｋｇ重量に対応する重力を
増加させ、重量を５ｋｇに対応する重力まで増加させると、第２測定装置１８にて取得し
た数値は変動した。
Ｆｎ＝５ｋｇ×ｇ、面積比
として、得られた算出結果は、第２油圧シリンダ１４内において圧力値として反映すると
、重量５ｔに対応する重力となり、この場合、力標準機１２の測定精度値は
となり、すなわち、力標準機１２の測定精度値は０．５％であり、だたし、／は除算演算
子である。
実施例２
第１測定装置８の測定精度が０．１％であることが既知であり、第１ピストン１０と第２
ピストン１６との面積比が未知である場合、第２ピストン１６に精度が既知の第３測定装
置を増設する。
２００ｋｇ重量に対応する重力Ｆ１を第１ピストン１０に印加することにより、第３測定
装置にて取得した示度は２００ｔ重量に対応する重力Ｆ２となり、第１ピストン１０と第
２ピストン１６との面積比は２００ｋｇ／２００ｔに等しく、面積比は１：１０００とな
る。
１ｔの重量に対応する重力を第１ピストン１０に印加すると、第２測定装置１８にて取得
したデータは１０００ｔ重量に対応する重力となる。
以上に基づき、第１ピストン１０にまた１ｋｇの重量に対応する重力を印加すると、第２
測定装置１８にて取得した数値は変動することはない。
本実施例における上記内容に基づいて、続けて第１ピストン１０に重力を印加し、たとえ
ば１回ずつ増加した作用力を１ｋｇの重量に対応する重力として、５ｋｇの重量に対応す
る重力まで増加させると、第２測定装置１８にて取得した数値は変動した。
Ｆｎ＝５ｋｇ×ｇ、面積比
として、算出結果は、第２油圧シリンダ１４内において圧力値として反映すると、５ｔの
重量に対応する重力となり、力標準機１２の測定精度値は
であり、すなわち、力標準機１２の測定精度値は０．５％となる。上記実施例における方
法は測定対象の力値比較装置の測定精度を検知できるだけではなく、ピストンと油圧シリ
ンダとの間の摩擦力、測定対象の力値比較装置のピストンの面積を測定できる。
力標準機用の精度検出装置、力値比較装置及び力標準機の精度検出方法は測定対象の力値
比較装置の測定精度を検知することが可能である。
１−精度検出装置、２−第１油圧シリンダ、６−パイプ、８−第１測定装置、１０−第１
ピストン、１２−力標準機、１４−第２油圧シリンダ、１６−第２ピストン、１８−第２
測定装置。

Claims (1)

  1. 力値比較装置であって、力標準機用の精度検出装置（１）及び検出対象の力標準機（１
    ２）を備え、
    前記力標準機用の精度検出装置は、第１油圧シリンダ（２）、パイプ（６）及び力負荷
    装置を備え、
    前記第１油圧シリンダ（２）内には液面面積が既知値である液体媒体が設置され、
    前記パイプ（６）は第１端が前記第１油圧シリンダ（２）内の液体媒体と連通する中空
    管状構造であり、
    前記力負荷装置は前記第１油圧シリンダ（２）内の液体媒体に作用して、前記液体媒体
    に圧力の増分または圧力の強さの増分を生成させ、
    前記第１油圧シリンダ（２）の液面における圧力値又は圧力の強さ値を測定するように
    設置され、測定精度値が既知値である第１測定装置（８）をさらに備え、
    端面が前記第１油圧シリンダ（２）内の液体媒体の液面と接触し、前記第１油圧シリン
    ダ（２）内に摺動し、側面が前記第１油圧シリンダ（２）の内側壁と密封空間を形成する
    第１ピストン（１０）をさらに備え、および
    前記第１測定装置（８）は前記第１ピストン（１０）の端面に作用した圧力値又は圧力の
    強さ値を測定するように設置され、
    前記力負荷装置は前記第１ピストン（１０）に作用し、前記第１油圧シリンダ（２）内
    の液体媒体を圧縮する方向又は該方向と反対する方向に圧力の増分又は圧力の強さの増分
    を前記第１ピストン（１０）に生成させ、および
    前記第１測定装置（８）は前記力負荷装置が前記第１ピストン（１０）に作用した負荷力
    の数値を測定するように設置され、
    前記検出対象の力標準機（１２）は、
    内部に液体媒体が設置され、前記パイプ（６）の第２端が内部の液体媒体と連通する第２
    油圧シリンダ（１４）と、
    端面が前記第２油圧シリンダ（１４）内の液面と接触し、前記第２油圧シリンダ（１４）
    内に摺動し、側面が前記第２油圧シリンダ（１４）の内側壁と密封空間を形成し、端面面
    積が既知であるか又は測定により得ることができる第２ピストン（１６）と、
    前記第２ピストン（１６）に印加した作用力の数値を測定するように設置され、測定精度
    値が未知値である第２測定装置（１８）とを備え、
    前記力値比較装置は、前記第２ピストン（１６）に印加した作用力の数値を測定するよ
    うに設置され、且つ測定精度値が既知値である第３測定装置をさらに備え、前記第３測定
    装置はさらに、前記第２ピストン（１６）の端面の面積を測定できる、ことを特徴とする
    、
    力値比較装置。
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