JPH0452662Y2 - - Google Patents

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JPH0452662Y2
JPH0452662Y2 JP16441684U JP16441684U JPH0452662Y2 JP H0452662 Y2 JPH0452662 Y2 JP H0452662Y2 JP 16441684 U JP16441684 U JP 16441684U JP 16441684 U JP16441684 U JP 16441684U JP H0452662 Y2 JPH0452662 Y2 JP H0452662Y2
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【考案の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この考案は、力測定装置に関し、特に使用環境
の温度変化による零点変動を防止したものに関す
る。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> This invention relates to a force measuring device, and particularly to one that prevents zero point fluctuations due to temperature changes in the usage environment.

<従来技術> この考案の出願人は、第3図及び第4図に示す
ような力測定装置を出願した(特願昭57−175456
号)。これは、第3図に示すように主弾性体1と
副弾性体2とを有し、これら両弾性体1,2の一
端部を部材3を介して固定台4上に固定し、他端
部間に弦5を設け、弦5の周囲に磁界発生体6を
設け、弦5に第4図に示すような増幅器7を接続
したものである。
<Prior art> The applicant of this invention applied for a force measuring device as shown in Figs.
issue). This has a main elastic body 1 and a secondary elastic body 2 as shown in FIG. A string 5 is provided between the parts, a magnetic field generator 6 is provided around the string 5, and an amplifier 7 as shown in FIG. 4 is connected to the string 5.

この力測定装置では、主弾性体1の他端部に下
向きに荷重Wを印加すると、第3図に示すように
主弾性体1にはその荷重Wに比例した撓みΔl1が
発生し、弦5の下端を下方に引張る。弦5に加わ
る張力Pは、副弾性体2の他端部に作用し、その
他端部を下方にΔl2撓ませる。ここで、主弾性体
1の弾性係数をK1、副弾性体2の弾性係数をK2
とし、弦5の伸びを無視すると、 P=Δl2・K2 が成立し、かつΔl1=Δl2=Δlであるので、 W=Δl(K1+K2) P=W・K2/(K1+K2) となり、張力Pが荷重Wに比例しており、Pを測
定することにより荷重Wを測定できる。
In this force measuring device, when a load W is applied downward to the other end of the main elastic body 1, a deflection Δl1 proportional to the load W is generated in the main elastic body 1, as shown in FIG. Pull the bottom edge of the The tension P applied to the string 5 acts on the other end of the auxiliary elastic body 2, causing the other end to bend downward Δl2. Here, the elastic modulus of the main elastic body 1 is K1, and the elastic modulus of the secondary elastic body 2 is K2.
If we ignore the elongation of string 5, P=Δl2・K2 holds true, and Δl1=Δl2=Δl, so W=Δl(K1+K2) P=W・K2/(K1+K2), and the tension P is the load. It is proportional to W, and by measuring P, the load W can be measured.

張力Pは、弦5、磁界発生体6、増幅器7等に
よつて測定する。すなわち弦5には磁界発生体6
によつて、その長さ方向に対して直角に磁界が印
加されており、張力Pによつて弦5がわずかに磁
界を切る方向に撓むと、フレミングの右手の法則
に従つて弦5に電流が流れる。この電流はコンデ
ンサ8を介して増幅器7に供給されて、ここで増
幅され、その増幅出力は抵抗器9を介して弦5に
供給される。この出力は弦5をさらに同方向に撓
ませる方向に流れ、弦5は増幅器7から与えられ
るエネルギと弦5の曲げ応力とが釣り合う位置ま
で撓み、逆方向に戻つてくる。これによつて弦5
にはいままでとは逆向きの電流が流れ、その逆向
き電流はコンデンサ8を介して増幅器7に供給さ
れて増幅され、弦5に増幅された逆向き電流が供
給され、いままでとは反対向きに弦5を撓ませ
る。以後、これを繰返し、弦5は周波数の振動
する。この周波数は、 で求められる。ただし、nは振動の高調波数、l
は弦5の有効長、gは重力加速度、rは弦5の単
位長さ当りの質量である。従つて、増幅器7の出
力の変化回数を測定することによつて周波数を
測定し、これによつて張力Pを測定でき、当然に
荷重Wを測定できる。
The tension P is measured by the string 5, the magnetic field generator 6, the amplifier 7, etc. In other words, the string 5 has a magnetic field generator 6
, a magnetic field is applied perpendicular to the length direction of the string 5, and when the string 5 is slightly bent in a direction that cuts the magnetic field due to the tension P, a current flows through the string 5 according to Fleming's right-hand rule. flows. This current is supplied via a capacitor 8 to an amplifier 7 where it is amplified, and its amplified output is supplied to the string 5 via a resistor 9. This output flows in the direction of further bending the string 5 in the same direction, and the string 5 is bent to a position where the energy applied from the amplifier 7 and the bending stress of the string 5 are balanced, and returns in the opposite direction. This causes string 5
A current flows in the opposite direction to that before, and this reverse current is supplied to the amplifier 7 via the capacitor 8 and amplified, and the amplified reverse current is supplied to the string 5, which is the opposite direction to that before. Flex string 5 in the direction. Thereafter, this is repeated, and the string 5 vibrates at the same frequency. This frequency is is required. However, n is the harmonic number of vibration, l
is the effective length of the string 5, g is the gravitational acceleration, and r is the mass per unit length of the string 5. Therefore, by measuring the number of changes in the output of the amplifier 7, the frequency can be measured, thereby the tension P can be measured, and naturally the load W can be measured.

弦5は力検出器として作用するものであるが、
この他に水晶式センサ、音叉式センサ、半導体セ
ンサ等を使用でき、副弾性体の位置を変えること
によつて張力ではなく、圧縮力を測定することも
可能である。
The string 5 acts as a force detector,
In addition, a crystal sensor, a tuning fork sensor, a semiconductor sensor, etc. can be used, and by changing the position of the auxiliary elastic body, it is also possible to measure compressive force instead of tension.

このような従来の力測定装置では、測定精度を
高めるため力検出器に初期荷重を与えている。例
えば弦5の有効長lを、主弾性体1及び副弾性体
2の中心軸線距離よりも短くし、副弾性体2を下
方へ撓ませて、初期荷重、即ち初張力を与えてい
る(実願昭58−139731号参照)。なお、主弾性体
1の弾性係数K1を副弾性体2の弾性係数K2より
も大きく選択しているので、副弾性体2は下方へ
撓むが、主弾性体1は殆ど撓まない。
In such conventional force measuring devices, an initial load is applied to the force detector in order to improve measurement accuracy. For example, the effective length l of the string 5 is made shorter than the center axis distance of the main elastic body 1 and the secondary elastic body 2, and the secondary elastic body 2 is bent downward to give an initial load, that is, an initial tension (actual (See Application No. 58-139731). Note that since the elastic coefficient K1 of the main elastic body 1 is selected to be larger than the elastic coefficient K2 of the secondary elastic body 2, the secondary elastic body 2 bends downward, but the main elastic body 1 hardly bends.

<考案が解決しようとする問題点> 上記の力測定装置では、使用環境の温度が変化
すると零点も変化するという問題点があつた。す
なわち荷重Wと弦の張力Bとの間には(1)式で示す
ような関係がある。
<Problems to be solved by the invention> The above force measuring device had a problem in that the zero point also changed when the temperature of the usage environment changed. That is, there is a relationship between the load W and the string tension B as shown in equation (1).

P=Δl0・K1・K2/K1+K2+WK2/K1+K2 ……(1) ただし、Δl0は、弦5に初張力を与えるため、弦
5の有効長さlと、これよりも長くした主弾性体
1と副弾性体2との距離の差であろ。(1)式の第1
項は初張力であり、第2項は荷重Wが主弾性体1
と副弾性体2との弾性係数の比によつて分担され
る張力であり、実用化されているものでは第2項
を1とすると、初張力の値は4〜6である。ここ
で、K1、K2の温度係数をα1、α2とすると、張力
Pは、 P=Δl0K1(1+α1・T)・K2(1+α2T)/K1(
1+α1・T)・K2(1+α2T) +WK2(1+α2・T)/K1(1+α1・T)・K2(
1+α2・T) ……(2) で表わされる。両弾性体1,2を同一材料で構成
すると、α1=α2=αとなり、張力Pは、 P=Δl0K1・K2(1+αT)2/(K1+K2)(
1+αT)+WK2(1+αT)/(K1+K2)(1+αT) =Δl0K1・K2(1+αT)/(K1+K2)+WK2
/K1+K2……(3) となる。(3)式は、 P=A(1+αT)+WB ……(4) と置換できる。ただし、 A=Δl0K1・K2/K1+K2、B=K2/K1+K2 である。よつて、第5図に示すように周囲温度が
T1、T2、T3と変化すると、初張力は、S1、S2、
S3と変化する。このように、初張力は使用環境
の変化によつて変動し、これによつて大きな零点
変化が生じる。これを防止して所定精度を維持す
るためには、温度管理が必要であり、使用面では
不利である。
P=Δl 0・K1・K2/K1+K2+WK2/K1+K2 ...(1) However, Δl 0 is the effective length l of the string 5 and the principal elastic body 1 which is longer than this in order to give initial tension to the string 5. This may be the difference in distance between the elastic body 2 and the secondary elastic body 2. The first of equation (1)
The term is the initial tension, and the second term is when the load W is the main elastic body 1
The tension is shared by the ratio of the elastic coefficients of the elastic body 2 and the secondary elastic body 2, and in the case of a practical example, when the second term is 1, the value of the initial tension is 4 to 6. Here, if the temperature coefficients of K1 and K2 are α1 and α2, the tension P is P=Δl 0 K1(1+α1・T)・K2(1+α2T)/K1(
1+α1・T)・K2(1+α2T) +WK2(1+α2・T)/K1(1+α1・T)・K2(
1+α2・T) ...(2) If both elastic bodies 1 and 2 are made of the same material, α1 = α2 = α, and the tension P is P = Δl 0 K1・K2 (1 + αT) 2 / (K1 + K2) (
1+αT)+WK2(1+αT)/(K1+K2)(1+αT) =Δl 0 K1・K2(1+αT)/(K1+K2)+WK2
/K1+K2...(3). Equation (3) can be replaced with P=A(1+αT)+WB...(4). However, A=Δl 0 K1·K2/K1+K2, B=K2/K1+K2. Therefore, as shown in Figure 5, the ambient temperature
When changing to T1, T2, T3, the initial tension becomes S1, S2,
Changes with S3. In this way, the initial tension changes due to changes in the usage environment, which causes a large change in the zero point. In order to prevent this and maintain a predetermined accuracy, temperature control is required, which is disadvantageous in terms of use.

<問題点を解決するための手段> 上記の問題点を解決するための手段は、上記の
力測定装置において、温度変化によつて生じた初
期荷重の変化分、すなわちAαTを相殺する力す
なわち−AαTを力検出器に与える温度変化部材
を両弾性体間に設けたものである。
<Means for solving the problem> A means for solving the above problem is to use the force measuring device described above to generate a force that cancels the change in the initial load caused by the temperature change, that is, AαT, that is, − A temperature change member that applies AαT to the force detector is provided between both elastic bodies.

<作用> このような手段によれば、温度が変化しても力
検出器には−AαTの力が加えられるので、張力
Pは、 P=A(1+αT)+WB−AαT =A+WB ……(5) となり、温度変化による初期荷重の変動は生じな
い。
<Operation> According to such means, a force of -AαT is applied to the force detector even if the temperature changes, so the tension P is: P=A(1+αT)+WB−AαT=A+WB...(5 ), and the initial load does not fluctuate due to temperature changes.

<実施例> 第1の実施例は、第1図に示すように主弾性体
12及び副弾性体14を有する。この主弾性体1
2は、ロバーバル機構を応用した構造で、側面形
状が平行四辺形の枠状となるように空胴12aが
形成され、その空胴12aの四隅が起歪部12b
に形成されている。これら主弾性体12及び副弾
性体14は、特願昭58−201543号(特開昭60−
93326号)に開示されているものと同様に同一の
材料、例えばアルミ合金から一体に削り出し加工
によつて製造されている。これら一体の主弾性体
12及び副弾性体14の基部16は、固定台18
に固定されている。主弾性体12の着力点には、
副弾性体14を跨いで載台(図示せず)が結合さ
れており、この載台上に物品を載置することによ
つて、主弾性体12に下向きの荷重が印加され
る。
<Example> The first example has a main elastic body 12 and a sub elastic body 14, as shown in FIG. This main elastic body 1
2 is a structure applying a Roberval mechanism, in which a cavity 12a is formed so that the side shape is a parallelogram frame, and the four corners of the cavity 12a are strain-generating parts 12b.
is formed. These main elastic body 12 and sub-elastic body 14 are
93326), it is manufactured by machining the same material, for example, an aluminum alloy, as one piece. The base portion 16 of the main elastic body 12 and the secondary elastic body 14 which are integrated is connected to a fixed base 18
is fixed. At the force application point of the main elastic body 12,
A platform (not shown) is coupled across the secondary elastic body 14, and by placing an article on this platform, a downward load is applied to the main elastic body 12.

主弾性体12の作用点と、副弾性体14の作用
点との間には、弦20が選択されている。この弦
20の有効長Lは、無荷重状態における主弾性体
12及び副弾性体14の中心軸線間の距離よりも
短かく選択されてている。従つて、弦20を取付
けることによつて主弾性体12の弾性係数を副弾
性体14の弾性係数よりも大きく選択しておく
と、殆ど副弾性体14のみが撓み、弦20には初
張力が印加される。なお、図には示していない
が、弦20の周囲には、従来のものと同様に磁界
発生体が設けられると共に、弦20は第4図に示
したような回路に接続されている。
A string 20 is selected between the point of action of the main elastic body 12 and the point of action of the auxiliary elastic body 14 . The effective length L of the string 20 is selected to be shorter than the distance between the central axes of the main elastic body 12 and the secondary elastic body 14 in a no-load state. Therefore, if the elastic modulus of the main elastic body 12 is selected to be larger than the elastic coefficient of the secondary elastic body 14 by attaching the string 20, almost only the secondary elastic body 14 will bend, and the initial tension will be applied to the string 20. is applied. Although not shown in the figure, a magnetic field generator is provided around the string 20 as in the conventional case, and the string 20 is connected to a circuit as shown in FIG. 4.

主弾性体12の上面には取付部22が設けられ
ており、この取付部20には副弾性体14と平行
に設けたバイメタル24の基端部が接着されてい
る。また、バイメタル24の先端部は、副弾性体
14の下面に設けた円すい状の接触部26の先端
に一点で接触している。取付部24は主弾性体1
2と一体に形成することもできるし、別個に形成
して主弾性体12に接着または嵌込みとすること
もできる。同様に、接触部24も副弾性体14と
一体に形成することもできるし、別個に形成して
主弾性体12に接着または嵌込みとすることもで
きる。
A mounting portion 22 is provided on the upper surface of the main elastic body 12, and a base end portion of a bimetal 24 provided parallel to the secondary elastic body 14 is adhered to this mounting portion 20. Further, the tip of the bimetal 24 contacts the tip of a conical contact portion 26 provided on the lower surface of the auxiliary elastic body 14 at one point. The attachment part 24 is the main elastic body 1
It can be formed integrally with the main elastic body 12, or it can be formed separately and adhered to or fitted into the main elastic body 12. Similarly, the contact portion 24 can also be formed integrally with the secondary elastic body 14, or can be formed separately and adhered to or fitted into the main elastic body 12.

このように構成した力測定装置では、当初、副
弾性体14を下方に撓ませることによつて弦20
に初張力が印加されている。しかし、温度が上昇
すると、主弾性体12及び副弾性体14の弾性係
数が小さくなり、副弾性体14を下方へ傾けたこ
とによる反力が減少しようとする。このとき、バ
イメタル24が上側に向つて曲り、副弾性体14
を上側に押し上げる。このとき、バイメタル24
の材料、有効長さ、厚さ、幅等を、主弾性体12
及び副弾性体14の材質等を考慮した上で適当に
選択すると、温度変化による初張力の変動を相殺
できる。
In the force measuring device configured in this way, the string 20 is initially
Initial tension is applied to . However, as the temperature rises, the elastic coefficients of the main elastic body 12 and the secondary elastic body 14 become smaller, and the reaction force caused by tilting the secondary elastic body 14 downward tends to decrease. At this time, the bimetal 24 bends upward, and the secondary elastic body 14
push upwards. At this time, bimetal 24
The material, effective length, thickness, width, etc. of the main elastic body 12
If the material of the auxiliary elastic body 14 is appropriately selected after taking into account the material, etc., it is possible to cancel out the fluctuations in the initial tension due to temperature changes.

第2の実施例は、第2図に示すように接触部2
6をボルト28の先端に設け、副弾性体14にナ
ツト30によつて固定すると共に、バイメタル2
4を取付部22を介してボルト31によつて主弾
性体12に結合したものである。32は副弾性体
14に穿設したボルト挿通用の長孔で、これを利
用することによつてバイメタル24の有効長さを
調整できる。34は、副弾性体14に穿設したド
ライバ挿通孔である。
The second embodiment has a contact portion 2 as shown in FIG.
6 is provided at the tip of the bolt 28 and fixed to the secondary elastic body 14 with a nut 30, and the bimetal 2
4 is connected to the main elastic body 12 via the mounting portion 22 with a bolt 31. Reference numeral 32 denotes a long hole for bolt insertion, which is drilled in the auxiliary elastic body 14, and by using this, the effective length of the bimetal 24 can be adjusted. 34 is a driver insertion hole bored in the auxiliary elastic body 14.

第2の実施例では、取付部22と共にバイメタ
ル24を主弾性体12に結合したが、取付部22
のみをボルトによつて主弾性体12に結合し、バ
イメタル24は別のボルトで取付部22に取付け
てもよい。
In the second embodiment, the bimetal 24 is coupled to the main elastic body 12 together with the attachment portion 22;
The bimetal 24 may be coupled to the main elastic body 12 with a bolt, and the bimetal 24 may be attached to the mounting portion 22 with another bolt.

<効果> 以上述べたように、この考案によれば、例えば
バイメタルのような温度変化部材によつて初張力
の温度変化を相殺できるので、温度変化による零
点変動を防止できる。
<Effects> As described above, according to this invention, temperature changes in initial tension can be offset by a temperature change member such as a bimetal, so zero point fluctuations due to temperature changes can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの考案による力測定装置の第1の実
施例の側面図、第2図は同第2の実施例の部分省
略破断断面図、第3図は従来の力測定装置の側面
図、第4図は従来の力測定装置の回路図、第5図
は従来の力測定装置の温度変化による初張力の変
化状態を示す図である。 12……主弾性体、14……副弾性体、20…
…弦(力検出器)、24……バイメタル(温度変
化部材)。
FIG. 1 is a side view of a first embodiment of a force measuring device according to this invention, FIG. 2 is a partially omitted cutaway sectional view of the second embodiment, and FIG. 3 is a side view of a conventional force measuring device. FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional force measuring device, and FIG. 5 is a diagram showing changes in initial tension due to temperature changes in the conventional force measuring device. 12... Main elastic body, 14... Secondary elastic body, 20...
... String (force detector), 24... Bimetal (temperature change member).

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 基部を固定され着力点を有しその着力点に所定
方向の力を受けて作用点がその力に比例した弾性
変位を生じる主弾性体と、上記主弾性体の作用点
の変位と同じ方向の変位を自身の作用点に与えら
れてその変位に応じた上記力よりも小さい反力を
生じる、上記主弾性体と同一材質の副弾性体と、
上記主弾性体及び副弾性体間に取り付けられてい
る力検出器とを備え、上記力検出器は、これを取
り付ける前の上記両弾性体間の取り付け点間の距
離よりも短い長さ寸法を有することによつて、初
期張力が印加されている力測定装置において、温
度の変化に伴つて上記力検出器の張力を変動させ
る方向に変歪する温度変化部材を上記両弾性体の
間に介在させ、この温度変化部材の変歪の温度特
性を上記初期張力の温度変化を相殺できる値に選
んだことを特徴とする力測定装置。
A main elastic body whose base is fixed and has a force application point, and when the force application point receives a force in a predetermined direction, the point of application causes an elastic displacement proportional to the force, and a secondary elastic body made of the same material as the main elastic body, which generates a reaction force smaller than the force corresponding to the displacement when displacement is applied to its point of action;
a force detector attached between the main elastic body and the secondary elastic body, the force detector having a length dimension shorter than the distance between the attachment points between the two elastic bodies before the force detector is attached. In the force measuring device to which an initial tension is applied, a temperature change member that changes strain in a direction that changes the tension of the force detector as the temperature changes is interposed between the two elastic bodies. A force measuring device characterized in that the temperature characteristic of the deformation of the temperature change member is selected to a value that can offset the temperature change in the initial tension.
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