JPH0755599A - 荷重検出装置 - Google Patents
荷重検出装置Info
- Publication number
- JPH0755599A JPH0755599A JP5207568A JP20756893A JPH0755599A JP H0755599 A JPH0755599 A JP H0755599A JP 5207568 A JP5207568 A JP 5207568A JP 20756893 A JP20756893 A JP 20756893A JP H0755599 A JPH0755599 A JP H0755599A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- load
- resistance
- strain
- cell body
- insulating layer
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- 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.)
- Pending
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- Measurement Of Force In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、荷重に対応する力を電気信号に変
換する荷重検出装置に関するものであり、起歪体に加わ
る荷重を偏荷重の影響を受けずに検出することを目的と
するものである。 【構成】 本発明は上記課題を解決するために、パイプ
形状をした起歪体１表面の周方向全域に歪抵抗体を配置
するように歪抵抗層５および電極層３，４を形成し荷重
検出装置を構成したものである。このように構成された
荷重検出装置は起歪体１に偏荷重が加わっても歪抵抗層
５が荷重が加わる全域に形成されているため、局部的な
抵抗値変化は偏荷重により異なるが全抵抗値変化として
は起歪体１に加わる全荷重に相当する変化量となり、起
歪体１に加わる全荷重を正確に検出することが可能とな
るものである。
換する荷重検出装置に関するものであり、起歪体に加わ
る荷重を偏荷重の影響を受けずに検出することを目的と
するものである。 【構成】 本発明は上記課題を解決するために、パイプ
形状をした起歪体１表面の周方向全域に歪抵抗体を配置
するように歪抵抗層５および電極層３，４を形成し荷重
検出装置を構成したものである。このように構成された
荷重検出装置は起歪体１に偏荷重が加わっても歪抵抗層
５が荷重が加わる全域に形成されているため、局部的な
抵抗値変化は偏荷重により異なるが全抵抗値変化として
は起歪体１に加わる全荷重に相当する変化量となり、起
歪体１に加わる全荷重を正確に検出することが可能とな
るものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、荷重に対応する力を歪
抵抗素子を用いて電気信号に変換する荷重検出装置に関
するものである。
抵抗素子を用いて電気信号に変換する荷重検出装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ストレンゲージを用いた荷重検
出装置は、ストレンゲージを起歪部に接着剤により接着
して使用される。接着による固定法は、起歪部の形状に
よらず簡単に実現できる利点があり、また接着固定した
部分の局部的歪の検出には最適である。反面、起歪体全
体に加わる荷重を検出する場合には、取付状態によって
起歪体に生じる応力分布が均一にならないため、正しい
荷重検出は困難である。
出装置は、ストレンゲージを起歪部に接着剤により接着
して使用される。接着による固定法は、起歪部の形状に
よらず簡単に実現できる利点があり、また接着固定した
部分の局部的歪の検出には最適である。反面、起歪体全
体に加わる荷重を検出する場合には、取付状態によって
起歪体に生じる応力分布が均一にならないため、正しい
荷重検出は困難である。
【０００３】図７は絶縁層２上に歪抵抗層５、端子６よ
り成るストレンゲージを、パイプ形状をした起歪体１に
接着固定した荷重検出装置であり、図８はこの荷重検出
装置８を被検出体９に取り付けた状態であり、荷重検出
装置８は取付用ナット１０によって、ワッシャ１１を介
して被検出体に固定される。
り成るストレンゲージを、パイプ形状をした起歪体１に
接着固定した荷重検出装置であり、図８はこの荷重検出
装置８を被検出体９に取り付けた状態であり、荷重検出
装置８は取付用ナット１０によって、ワッシャ１１を介
して被検出体に固定される。
【０００４】この時ナットの締め付けにより起歪体１に
は応力Ｆ／Ｓ１（Ｆ：ナットによる取付荷重、Ｓ１：起
歪体端面の面積）が加わっている。さらに、検出すべき
荷重ｆが被検出体に加わると起歪体に生じる応力σは、
Ｓ２を起歪体の取り付けられている区間の被検出体の断
面積とすると、
は応力Ｆ／Ｓ１（Ｆ：ナットによる取付荷重、Ｓ１：起
歪体端面の面積）が加わっている。さらに、検出すべき
荷重ｆが被検出体に加わると起歪体に生じる応力σは、
Ｓ２を起歪体の取り付けられている区間の被検出体の断
面積とすると、
【０００５】
【数１】
【０００６】となる。この時起歪体の歪εはヤング率を
Ｅとすると、
Ｅとすると、
【０００７】
【数２】
【０００８】で表されるから、歪抵抗により起歪体の歪
εを検出することにより歪抵抗を被検出体に直接取り付
けること無く被検出体に加わる荷重ｆを検出することが
できる。
εを検出することにより歪抵抗を被検出体に直接取り付
けること無く被検出体に加わる荷重ｆを検出することが
できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、起歪体
１に生じる応力σは、起歪体１、ワッシャ１１、取り付
けナット１０の平面度や表面状態によって必ずしも均一
ではなく、ストレンゲージを第１図のように局部的に取
り付けただけでは荷重ｆの検出に誤差が生じる危険性の
あるものであった。
１に生じる応力σは、起歪体１、ワッシャ１１、取り付
けナット１０の平面度や表面状態によって必ずしも均一
ではなく、ストレンゲージを第１図のように局部的に取
り付けただけでは荷重ｆの検出に誤差が生じる危険性の
あるものであった。
【００１０】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、起歪体に加わる荷重を偏荷重の影響を受け
ずに検出することを目的とするものである。
ものであり、起歪体に加わる荷重を偏荷重の影響を受け
ずに検出することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、パイプ形状をした起歪体表面の周方向全域
に歪抵抗体を配置するように歪抵抗層および電極層を形
成し荷重検出装置を構成したものである。
するために、パイプ形状をした起歪体表面の周方向全域
に歪抵抗体を配置するように歪抵抗層および電極層を形
成し荷重検出装置を構成したものである。
【００１２】
【作用】上記本発明によれば、起歪体に偏荷重が加わっ
ても歪抵抗体が荷重が加わる全域に形成されているた
め、局部的な抵抗値変化は偏荷重により異なるが全抵抗
値変化としては起歪体に加わる全荷重に相当する変化量
となり、起歪体に加わる全荷重を正確に検出することが
可能となるものである。
ても歪抵抗体が荷重が加わる全域に形成されているた
め、局部的な抵抗値変化は偏荷重により異なるが全抵抗
値変化としては起歪体に加わる全荷重に相当する変化量
となり、起歪体に加わる全荷重を正確に検出することが
可能となるものである。
【００１３】
【実施例】本発明の荷重検出装置の一実施例を図１
（ａ）〜図１（ｃ）により説明する。なお、以下従来技
術と同一部分については同一番号を付して説明する。
（ａ）〜図１（ｃ）により説明する。なお、以下従来技
術と同一部分については同一番号を付して説明する。
【００１４】同図によると、起歪体１の表面には絶縁層
２が形成され、その上に電極層３，４を一定の距離をお
いて周方向全周に直接形成し、歪抵抗層５は電極３，４
にオーバーラップさせながら周方向全周に形成されてい
る。
２が形成され、その上に電極層３，４を一定の距離をお
いて周方向全周に直接形成し、歪抵抗層５は電極３，４
にオーバーラップさせながら周方向全周に形成されてい
る。
【００１５】起歪体１は被検出体と同等のヤング率を有
しかつ加工性および耐力を考慮した金属弾性体ＳＵＳ−
４３０であり、絶縁層２は異形表面への形成が容易で耐
久性、密着性に優れたホーロー被覆層を用いている。電
極層３は厚膜電極ペーストをスクリーン印刷後焼成して
絶縁層上に直接形成している。抵抗層はＲｕＯ2系の厚
膜抵抗ペーストを電極層と同様にスクリーン印刷後焼成
して形成している。
しかつ加工性および耐力を考慮した金属弾性体ＳＵＳ−
４３０であり、絶縁層２は異形表面への形成が容易で耐
久性、密着性に優れたホーロー被覆層を用いている。電
極層３は厚膜電極ペーストをスクリーン印刷後焼成して
絶縁層上に直接形成している。抵抗層はＲｕＯ2系の厚
膜抵抗ペーストを電極層と同様にスクリーン印刷後焼成
して形成している。
【００１６】ここで、図１（ｃ）に示すように荷重Ｆが
ｆ１，ｆ２，‥‥ｆｎに分散して起歪体の端面に加わり
各々の分散荷重の大きさにばらつきがある場合の歪抵抗
の抵抗変化を、以下起歪体端面をｎ等分して考えた場合
について数式で説明する。
ｆ１，ｆ２，‥‥ｆｎに分散して起歪体の端面に加わり
各々の分散荷重の大きさにばらつきがある場合の歪抵抗
の抵抗変化を、以下起歪体端面をｎ等分して考えた場合
について数式で説明する。
【００１７】荷重が加わらないときの各部の初期抵抗値
がすべて等しくｒであるとすれば、全抵抗値はＲ＝ｒ／
ｎである。
がすべて等しくｒであるとすれば、全抵抗値はＲ＝ｒ／
ｎである。
【００１８】ここで荷重Ｆが加わるとｎ等分した各部に
は各々以下の応力が生じる。
は各々以下の応力が生じる。
【００１９】
【数３】
【００２０】Ｓは起歪体端面の総面積であり、Ｆ＝ｆ１
＋ｆ２＋‥‥＋ｆｎの関係が成り立っている。応力と歪
の関係は（数２）に示したものであり、歪εと抵抗変化
率は比例関係がある。係数ｇはゲージ率で抵抗材料によ
って決まる定数である。各部の抵抗変化率は（数４）で
表される。
＋ｆ２＋‥‥＋ｆｎの関係が成り立っている。応力と歪
の関係は（数２）に示したものであり、歪εと抵抗変化
率は比例関係がある。係数ｇはゲージ率で抵抗材料によ
って決まる定数である。各部の抵抗変化率は（数４）で
表される。
【００２１】
【数４】
【００２２】この時の全抵抗値Ｒ′は（数５）のように
なる。
なる。
【００２３】
【数５】
【００２４】ここでΔｒｉ／ｒ≫１であるから、近似し
て整理すると、
て整理すると、
【００２５】
【数６】
【００２６】となり全抵抗の変化量は偏荷重の影響を受
け無いため、全荷重Ｆを正確に検出することができる。
け無いため、全荷重Ｆを正確に検出することができる。
【００２７】（実施例２）上記実施例では各部の初期抵
抗値のばらつきを無視して効果を説明したが、検出精度
の要求値によっては、抵抗層を形成したときの膜厚の不
均一により生じる抵抗値分布が問題となる場合があり、
良品、不良品の選別の目的で、各部の抵抗値ばらつきを
知る必要がでてくる。図２はあらかじめ抵抗を分割して
形成した例で片側の電極３を分離して各抵抗値のばらつ
きを確認できるようにしたものである。抵抗値の確認後
半田づけなどで各抵抗を抵抗合成用電極７で接続し使用
する。各抵抗間のギャップは問題ない程度に狭く設定す
れば実施例１で説明したのと同様の効果が得られる。
抗値のばらつきを無視して効果を説明したが、検出精度
の要求値によっては、抵抗層を形成したときの膜厚の不
均一により生じる抵抗値分布が問題となる場合があり、
良品、不良品の選別の目的で、各部の抵抗値ばらつきを
知る必要がでてくる。図２はあらかじめ抵抗を分割して
形成した例で片側の電極３を分離して各抵抗値のばらつ
きを確認できるようにしたものである。抵抗値の確認後
半田づけなどで各抵抗を抵抗合成用電極７で接続し使用
する。各抵抗間のギャップは問題ない程度に狭く設定す
れば実施例１で説明したのと同様の効果が得られる。
【００２８】（実施例３）図３は、実施例２と異なり電
極３，４を分離して抵抗を分割して形成し、ばらつき確
認後に各抵抗を直列接続した例である。この場合荷重印
加前の全抵抗値Ｒは、分割数をｎとし各々の初期抵抗が
等しくｒであるならば、
極３，４を分離して抵抗を分割して形成し、ばらつき確
認後に各抵抗を直列接続した例である。この場合荷重印
加前の全抵抗値Ｒは、分割数をｎとし各々の初期抵抗が
等しくｒであるならば、
【００２９】
【数７】
【００３０】となり、荷重が加わったときは、
【００３１】
【数８】
【００３２】となり、（数６）と同様に全抵抗の変化量
は偏荷重の影響を受け無いため全荷重Ｆを正確に検出す
ることができる。
は偏荷重の影響を受け無いため全荷重Ｆを正確に検出す
ることができる。
【００３３】（実施例４）図４に示す実施例４は、起歪
体の周方向半周に形成したＲ１と、Ｒ１と１８０度対向
する側半周に形成したＲ２を図６（ｂ）に示すようにブ
リッジ接続して使用する例である。
体の周方向半周に形成したＲ１と、Ｒ１と１８０度対向
する側半周に形成したＲ２を図６（ｂ）に示すようにブ
リッジ接続して使用する例である。
【００３４】（その他の実施例）以上の実施例から容易
に類推できる抵抗パターンを図５（ａ）〜（ｃ）に示
す。図５（ａ）および図５（ｂ）はともに抵抗の側面方
向の歪を検知するよう形成した物であり、（ｂ）は
（ａ）を分割し抵抗値ばらつきを確認できるようにした
物である。図５（ｃ）は実施例４を抵抗分割し抵抗値ば
らつきを確認できるようにしたものである。また以上の
ような荷重による抵抗変化を電圧変化に変換するために
図６の（ａ），（ｂ）のような回路で実現できる。
に類推できる抵抗パターンを図５（ａ）〜（ｃ）に示
す。図５（ａ）および図５（ｂ）はともに抵抗の側面方
向の歪を検知するよう形成した物であり、（ｂ）は
（ａ）を分割し抵抗値ばらつきを確認できるようにした
物である。図５（ｃ）は実施例４を抵抗分割し抵抗値ば
らつきを確認できるようにしたものである。また以上の
ような荷重による抵抗変化を電圧変化に変換するために
図６の（ａ），（ｂ）のような回路で実現できる。
【００３５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、歪抵抗
体を荷重が加わる全域あるいはほぼ全域に形成している
ため、起歪体に偏荷重が加わっても局部的な抵抗値変化
は偏荷重により異なるが全抵抗値変化としては局部的な
偏荷重の平均荷重に相当する変化量となり、偏荷重の影
響を受けずに起歪体に加わる荷重を正確に検出できるも
のである。
体を荷重が加わる全域あるいはほぼ全域に形成している
ため、起歪体に偏荷重が加わっても局部的な抵抗値変化
は偏荷重により異なるが全抵抗値変化としては局部的な
偏荷重の平均荷重に相当する変化量となり、偏荷重の影
響を受けずに起歪体に加わる荷重を正確に検出できるも
のである。
【図１】（ａ）本発明の荷重検出装置の一実施例の斜視
図 （ｂ）同断面図 （ｃ）同偏荷重が加わった状態を説明する説明図
図 （ｂ）同断面図 （ｃ）同偏荷重が加わった状態を説明する説明図
【図２】同第２の実施例の斜視図
【図３】同第３の実施例の斜視図
【図４】同第４の実施例の斜視図
【図５】（ａ）〜（ｃ）同他の実施例の斜視図
【図６】（ａ），（ｂ）同電気信号に変換するための回
路図
路図
【図７】従来の荷重検出装置の斜視図
【図８】同装置を被検出体に取り付けた時の断面図
１ 起歪体 ２ 絶縁層 ３，４ 電極層 ５ 歪抵抗層 ６ 端子 ７ 抵抗合成用電極 ８ 荷重検出装置
Claims (3)
- 【請求項１】 端面間に検出すべき荷重が加えられるパ
イプ形状をした起歪体と、この起歪体表面に設けた絶縁
層と、この絶縁層上に直接形成された電極層と、この電
極層および絶縁層上に略全周域に形成された歪抵抗層に
より構成された荷重検出装置。 - 【請求項２】 歪抵抗および一方の電極を円周方向に複
数個に分割して配置し、各々の抵抗値ばらつきを確認で
きるようにし、ばらつき確認後各々の抵抗を並列または
直列接続として形成した請求項１記載の荷重検出装置。 - 【請求項３】 一定の距離を隔てた一対の電極を円周方
向半周に形成し、これら２電極間に抵抗パターンを形成
した第１の抵抗と、この第１の抵抗と１８０度相対する
位置にもう一対の電極および抵抗パターンを円周方向半
周に形成した第２の抵抗とを有する請求項１記載の荷重
検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5207568A JPH0755599A (ja) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | 荷重検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5207568A JPH0755599A (ja) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | 荷重検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0755599A true JPH0755599A (ja) | 1995-03-03 |
Family
ID=16541908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5207568A Pending JPH0755599A (ja) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | 荷重検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0755599A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007071741A (ja) * | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 歪検出装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56110027A (en) * | 1980-02-05 | 1981-09-01 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Load-detecting device |
| JPH0236325A (ja) * | 1988-07-27 | 1990-02-06 | Ngk Insulators Ltd | 応力検出器 |
| JPH0593659A (ja) * | 1990-10-29 | 1993-04-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ひずみセンサおよびその製造法 |
-
1993
- 1993-08-23 JP JP5207568A patent/JPH0755599A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56110027A (en) * | 1980-02-05 | 1981-09-01 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Load-detecting device |
| JPH0236325A (ja) * | 1988-07-27 | 1990-02-06 | Ngk Insulators Ltd | 応力検出器 |
| JPH0593659A (ja) * | 1990-10-29 | 1993-04-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ひずみセンサおよびその製造法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007071741A (ja) * | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 歪検出装置 |
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