JPS6148647B2 - - Google Patents
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- JPS6148647B2 JPS6148647B2 JP14697578A JP14697578A JPS6148647B2 JP S6148647 B2 JPS6148647 B2 JP S6148647B2 JP 14697578 A JP14697578 A JP 14697578A JP 14697578 A JP14697578 A JP 14697578A JP S6148647 B2 JPS6148647 B2 JP S6148647B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- load
- strain
- strain gauge
- cell
- load cell
- Prior art date
- 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.)
- Expired
Links
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 21
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 claims description 7
- 240000004282 Grewia occidentalis Species 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Force In General (AREA)
Description
この発明は変位または力の大きさを電気信号に
変換する装置の変換部に使用するロードセルの改
良に関するものである。 従来、ロードセルの１つとして第１図に示すよ
うなものが知られている。すなわち、セル本体１
は横方向平行部ａ，ｂおよび縦方向平行部ｃ，ｄ
により平行四辺形に形成され、横方向平行部ａ，
ｂの両端部には内側あるいは外側から凹所２を設
けることによつて狭隘部３を形成してある。その
狭隘部３の外側表面あるいは内側表面に各々の抵
抗値がR1，R2，R3，R4のストレインゲージr1，
r2，r3，r4が貼られている。一般にその各々の低
抗値は略々等しい。このロードセルはたとえば、
縦方向平行部ｃを固定し、縦方向平行部ｄに対し
その長手方向に平行な荷重ｗを作用させると、
各々の狭隘部３で荷重に応じた歪みを生じ、これ
が各々のストレインゲージr1，r2，r3，r4の抵抗
値を変化させるから、ホイートストンブリツジ回
路によつてその荷重ｗに応じた抵抗変化を電気信
号として得ることができるものである。このロー
ドセルでは、そのセル本体１の形状から、従来は
ストレインゲージr1，r2，r3，r4を図示のように
４個所に設けないと、ブリツジに構成したとき
に、荷重による出力はいわゆる４隅誤差を生じる
ために使用できないものとされていた。したがつ
てこの形のロードセルでは４個所にストレインゲ
ージを貼着することが必要なものであつた。一般
にストレインゲージは貼着個所が増せば増すほど
製作にあたつて作業工数が増加し、使用時にはス
トレインゲージが温度に敏感であるために位置の
相違による温度差のために誤差の発生する機会が
増える問題がある。従来実用化されている４個所
にゲージを貼着するものの場合は理論的に誤差を
発生しない筈であるが、ゲージ貼着時の位置誤差
によつて四偶誤差が発生し、修正を余儀なく施こ
さねばならないのが実情であつた。 この発明は上記の問題を解決するために、理論
的に誤差が発生する構成の二個所にストレインゲ
ージを設けたものとし、その発生する誤差はセル
本体の横方向平行部ａ，ｂまたは縦方向平行部
ｃ，ｄの平行度を所定量狂わせたことによつて生
じる誤差によつて打消すようにしたものである。 この発明の実施例について説明する前に、第１
図に示す従来のロードセルについて説明する。そ
のストレインゲージr1，r2，r3，r4は第４図に示
すようにホイートストンブリツジ回路に組まれて
おり、ロードセルはその部分ｃを固定され、部分
ｄに荷重が作用するようになつている。まず、荷
重が作用しない場合、各々の抵抗r1，r2，r3，r4
に抵抗変化がないから、 ｜ＥOUT｜＝ＥRS＝｜ＥRQ−ＥSQ｜ (1) ＥRQ＝ＥEXC・Ｒ１／Ｒ１＋Ｒ４ (2) ＥSQ＝ＥEXC・Ｒ２／Ｒ２＋Ｒ３ (3) 上記ＥOUTは出力電圧、ＥEXCは印加電圧、ＥRS
はＲ点とＳ点間の電位、ＥRQはＱ点とＲ点間の電
位、ＥQSはＱ点とＳ点間の電位を各々示すものと
する。次に荷重が作用すると、ストレインゲージ
r1，r2，r3，r4は荷重に対応して正または負の符
号をもつた抵抗変化をする。その各々を△R1，
△R2，△R3，△R4とする。そして引張応力が作
用すれば正の符号とし、圧縮応力が作用すれば負
の符号とすると、ストレインゲージr1，r2，r3，
r4の抵抗値は次のように変化する。 R1→R1＋△R1 R2→R2−△R2 R3→R3＋△R3 (4) R4→R4−△R4 これは第５図に模型的に示すような荷重ｗが偏
心した状態ではない場合、すなわちｅ＝ｏの場合
である。図に示すように荷重ｗがｅだけ偏心して
作用した場合には、これによつて横方向平行部
ａ，ｂに力ｆが作用するので、平行部ａには負の
抵抗変化△Ｒc、平行部ｂには正の抵抗変化△Ｒt
が生じストレインゲージr1，r2，r3，r4は次のよ
うに抵抗値が変化する。 R1→R1＋△R1−△Ｒc R2→R2−△R2−△Ｒc ＥOUT＝ＥEXC・△Ｒ／Ｒ (6)
変換する装置の変換部に使用するロードセルの改
良に関するものである。 従来、ロードセルの１つとして第１図に示すよ
うなものが知られている。すなわち、セル本体１
は横方向平行部ａ，ｂおよび縦方向平行部ｃ，ｄ
により平行四辺形に形成され、横方向平行部ａ，
ｂの両端部には内側あるいは外側から凹所２を設
けることによつて狭隘部３を形成してある。その
狭隘部３の外側表面あるいは内側表面に各々の抵
抗値がR1，R2，R3，R4のストレインゲージr1，
r2，r3，r4が貼られている。一般にその各々の低
抗値は略々等しい。このロードセルはたとえば、
縦方向平行部ｃを固定し、縦方向平行部ｄに対し
その長手方向に平行な荷重ｗを作用させると、
各々の狭隘部３で荷重に応じた歪みを生じ、これ
が各々のストレインゲージr1，r2，r3，r4の抵抗
値を変化させるから、ホイートストンブリツジ回
路によつてその荷重ｗに応じた抵抗変化を電気信
号として得ることができるものである。このロー
ドセルでは、そのセル本体１の形状から、従来は
ストレインゲージr1，r2，r3，r4を図示のように
４個所に設けないと、ブリツジに構成したとき
に、荷重による出力はいわゆる４隅誤差を生じる
ために使用できないものとされていた。したがつ
てこの形のロードセルでは４個所にストレインゲ
ージを貼着することが必要なものであつた。一般
にストレインゲージは貼着個所が増せば増すほど
製作にあたつて作業工数が増加し、使用時にはス
トレインゲージが温度に敏感であるために位置の
相違による温度差のために誤差の発生する機会が
増える問題がある。従来実用化されている４個所
にゲージを貼着するものの場合は理論的に誤差を
発生しない筈であるが、ゲージ貼着時の位置誤差
によつて四偶誤差が発生し、修正を余儀なく施こ
さねばならないのが実情であつた。 この発明は上記の問題を解決するために、理論
的に誤差が発生する構成の二個所にストレインゲ
ージを設けたものとし、その発生する誤差はセル
本体の横方向平行部ａ，ｂまたは縦方向平行部
ｃ，ｄの平行度を所定量狂わせたことによつて生
じる誤差によつて打消すようにしたものである。 この発明の実施例について説明する前に、第１
図に示す従来のロードセルについて説明する。そ
のストレインゲージr1，r2，r3，r4は第４図に示
すようにホイートストンブリツジ回路に組まれて
おり、ロードセルはその部分ｃを固定され、部分
ｄに荷重が作用するようになつている。まず、荷
重が作用しない場合、各々の抵抗r1，r2，r3，r4
に抵抗変化がないから、 ｜ＥOUT｜＝ＥRS＝｜ＥRQ−ＥSQ｜ (1) ＥRQ＝ＥEXC・Ｒ１／Ｒ１＋Ｒ４ (2) ＥSQ＝ＥEXC・Ｒ２／Ｒ２＋Ｒ３ (3) 上記ＥOUTは出力電圧、ＥEXCは印加電圧、ＥRS
はＲ点とＳ点間の電位、ＥRQはＱ点とＲ点間の電
位、ＥQSはＱ点とＳ点間の電位を各々示すものと
する。次に荷重が作用すると、ストレインゲージ
r1，r2，r3，r4は荷重に対応して正または負の符
号をもつた抵抗変化をする。その各々を△R1，
△R2，△R3，△R4とする。そして引張応力が作
用すれば正の符号とし、圧縮応力が作用すれば負
の符号とすると、ストレインゲージr1，r2，r3，
r4の抵抗値は次のように変化する。 R1→R1＋△R1 R2→R2−△R2 R3→R3＋△R3 (4) R4→R4−△R4 これは第５図に模型的に示すような荷重ｗが偏
心した状態ではない場合、すなわちｅ＝ｏの場合
である。図に示すように荷重ｗがｅだけ偏心して
作用した場合には、これによつて横方向平行部
ａ，ｂに力ｆが作用するので、平行部ａには負の
抵抗変化△Ｒc、平行部ｂには正の抵抗変化△Ｒt
が生じストレインゲージr1，r2，r3，r4は次のよ
うに抵抗値が変化する。 R1→R1＋△R1−△Ｒc R2→R2−△R2−△Ｒc ＥOUT＝ＥEXC・△Ｒ／Ｒ (6)
【表】
式(1)，(2)，(3)，（5a）から
ＥOUT＝ＥEXC・△Ｒ／Ｒ＋△Ｒｔ （6a）
偏心量ｅの状態が第５図に示す場合と反対方向の
場合は次のようになる。 ＥOUT＝ＥEXC・△Ｒ／Ｒ−△Ｒｔ （6a′） 第３図のロードセル３０の場合、ストレインゲ
ージr1，r2，r3，r4の抵抗値は結局次のように変
化する。 R1→Ｒ−△Ｒ−△Ｒt R2→Ｒ＋△Ｒ＋△Ｒt R3→Ｒ−△Ｒ−△Ｒt （5b） R4→Ｒ＋△Ｒ＋△Ｒt 式(1)，(2)，(3)，（5b）から ＥOUT＝ＥEXC・｜△Ｒ＋△Ｒｔ／Ｒ｜ （6b） 偏心量はｅの状態が第５図に示す場合と反対方向
の場合は次のようになる。 ＥOUT＝ＥEXC・｜△Ｒ−△Ｒｔ／Ｒ｜（6b′） 上記式（6a）および（6b）は直線的でない。
この出力ＥOUTを直線的な出力として得るため
に、第５図に示すようにロバーバル機構の縦平行
部ｃ，ｄの長さに相違のある場合の荷重検出誤差
ｗEによつて補償する。縦平行部ｃ，ｄは図示の
ように長さが，−δであるとすると、偏心量
ｅによる荷重ｗの誤差ｗEは次のようになる。 ｗE＝ε′−ε＝ｅｗδ／ａ（ｄ−δ） (7) は横平行部ａ，ｂの長さ、εは第５図の偏心荷
重ｗによりＢ点に作用する垂直荷重、ε′は同図
の偏心荷重ｗによりｃ点に作用する垂直荷重であ
り、式(7)のｗに対しｗEは負になる。−δ＞
ならば次のようになる。 ｗE＝−ｅｗδ／ａ（ｄ−δ） （7′） また、△Ｒt，△Ｒcは一般の材料力学の公式とス
トレインゲージのゲージフアクターの公式を用い
て次のように表わされる。
場合は次のようになる。 ＥOUT＝ＥEXC・△Ｒ／Ｒ−△Ｒｔ （6a′） 第３図のロードセル３０の場合、ストレインゲ
ージr1，r2，r3，r4の抵抗値は結局次のように変
化する。 R1→Ｒ−△Ｒ−△Ｒt R2→Ｒ＋△Ｒ＋△Ｒt R3→Ｒ−△Ｒ−△Ｒt （5b） R4→Ｒ＋△Ｒ＋△Ｒt 式(1)，(2)，(3)，（5b）から ＥOUT＝ＥEXC・｜△Ｒ＋△Ｒｔ／Ｒ｜ （6b） 偏心量はｅの状態が第５図に示す場合と反対方向
の場合は次のようになる。 ＥOUT＝ＥEXC・｜△Ｒ−△Ｒｔ／Ｒ｜（6b′） 上記式（6a）および（6b）は直線的でない。
この出力ＥOUTを直線的な出力として得るため
に、第５図に示すようにロバーバル機構の縦平行
部ｃ，ｄの長さに相違のある場合の荷重検出誤差
ｗEによつて補償する。縦平行部ｃ，ｄは図示の
ように長さが，−δであるとすると、偏心量
ｅによる荷重ｗの誤差ｗEは次のようになる。 ｗE＝ε′−ε＝ｅｗδ／ａ（ｄ−δ） (7) は横平行部ａ，ｂの長さ、εは第５図の偏心荷
重ｗによりＢ点に作用する垂直荷重、ε′は同図
の偏心荷重ｗによりｃ点に作用する垂直荷重であ
り、式(7)のｗに対しｗEは負になる。−δ＞
ならば次のようになる。 ｗE＝−ｅｗδ／ａ（ｄ−δ） （7′） また、△Ｒt，△Ｒcは一般の材料力学の公式とス
トレインゲージのゲージフアクターの公式を用い
て次のように表わされる。
【表】
Ｋはストレインゲージのゲーシフアクター、Ｅ
はセル本体の弾性係数、Ａは歪検出部の断面積で
ある。 第２図のロードセル２０について誤差の補償に
必要なδを求める。まず、式(6)より式（6a）を差
引くと、偏心していない場合と偏心している場合
のＥOUTの差、すなわちＥwとして次の式が得ら
れる。 Ew＝ＥEXC［△Ｒ／Ｒ−△Ｒ／Ｒ＋△Ｒｔ］ ＝ＥEXC・［△Ｒ，△Ｒｔ／Ｒ＋△Ｒｔ］／Ｒ (9) ストレインゲージの抵抗変化割合は次のように表
わされる。 △Ｒ／Ｒ＝Ｋε (10) Ｋは歪感度、εは歪である。式(9)，(10)を比較し
て荷重ｗOによる重量誤差△ｗを求めると、 △ｗ＝ｗO×［△Ｒ・△Ｒｔ／Ｒ＋△Ｒｔ］／△Ｒ ＝ｗO×△Ｒｔ／Ｒ＋△Ｒｔ (11) となるから式(7)のｗEと上記△ｗが等しい場合に
誤差が補償されたことになるから、 ｗO・△Ｒｔ／Ｒ＋△Ｒｔ＝ｅｗδ／ａ（ｄ＋δ）(12
) 左辺を式(8)により書き換えると、 Ｋ・ｗｐ／Ｅ・Ａ・ｄ＋Ｋ・ｅ・ｗ＝δ／ａ（ｄ＋δ
）（13） 変数ｅ，ｗについて補正値として縦方向平行部
ｃ，ｄの長さの差δを求めると、所要の直線性が
得られる。 δ＝Ｋ・ｗｐ・ａ・ｄ／Ｅ・Ａ・ｄ＋Ｋ（ｅｗ−ｗｐ
ａ）（14） 式（14）においてＡ，，，ｅを適当に決め
る。そして、ｗ＝ｗpの時のδをδｗp，ｗ＝1/2
ｗpの時のδをδ1/2ｗpとすると、機構による補
正値δの各々の値に対応する誤差をＥ〓wp，Ｅ〓
1/2ｗpとすると、 Ｅ〓wp−Ｅ〓1/2ｗp＜（所要精度） （15） を条件とすることにより目的の補償をすることが
できる。 第３図のロードセル３０についても上記した第
２図のものと同様に誤差の補償に必要なδ′を求
めることができる。その場合、式（14）に相当す
る次式が得られる。 δ′＝ｗｏ・ａ・ｄ／Ｅ・Ａ・ｄε＋ｗｐａ（14′） 第２図のロードセル２０の場合、δが0.16mmで
約1/20000の直線性および約1/20000の四隅精度が
得られた。 以上のように、この発明によれば、平行四辺形
枠状のセルにストレインゲージを貼着してなるロ
ードセルにおいて、従来のものと較べて精度上何
ら損色がなく、しかもその貼着位置を２個所に減
少させることができて、ロードセル製作上有利で
あり、同じ理由で温度差による誤差の発生機会が
少く、ストレインゲージ部の損傷および汚染され
る機会も少い多くの利点を有するロードセルを提
供できる。
はセル本体の弾性係数、Ａは歪検出部の断面積で
ある。 第２図のロードセル２０について誤差の補償に
必要なδを求める。まず、式(6)より式（6a）を差
引くと、偏心していない場合と偏心している場合
のＥOUTの差、すなわちＥwとして次の式が得ら
れる。 Ew＝ＥEXC［△Ｒ／Ｒ−△Ｒ／Ｒ＋△Ｒｔ］ ＝ＥEXC・［△Ｒ，△Ｒｔ／Ｒ＋△Ｒｔ］／Ｒ (9) ストレインゲージの抵抗変化割合は次のように表
わされる。 △Ｒ／Ｒ＝Ｋε (10) Ｋは歪感度、εは歪である。式(9)，(10)を比較し
て荷重ｗOによる重量誤差△ｗを求めると、 △ｗ＝ｗO×［△Ｒ・△Ｒｔ／Ｒ＋△Ｒｔ］／△Ｒ ＝ｗO×△Ｒｔ／Ｒ＋△Ｒｔ (11) となるから式(7)のｗEと上記△ｗが等しい場合に
誤差が補償されたことになるから、 ｗO・△Ｒｔ／Ｒ＋△Ｒｔ＝ｅｗδ／ａ（ｄ＋δ）(12
) 左辺を式(8)により書き換えると、 Ｋ・ｗｐ／Ｅ・Ａ・ｄ＋Ｋ・ｅ・ｗ＝δ／ａ（ｄ＋δ
）（13） 変数ｅ，ｗについて補正値として縦方向平行部
ｃ，ｄの長さの差δを求めると、所要の直線性が
得られる。 δ＝Ｋ・ｗｐ・ａ・ｄ／Ｅ・Ａ・ｄ＋Ｋ（ｅｗ−ｗｐ
ａ）（14） 式（14）においてＡ，，，ｅを適当に決め
る。そして、ｗ＝ｗpの時のδをδｗp，ｗ＝1/2
ｗpの時のδをδ1/2ｗpとすると、機構による補
正値δの各々の値に対応する誤差をＥ〓wp，Ｅ〓
1/2ｗpとすると、 Ｅ〓wp−Ｅ〓1/2ｗp＜（所要精度） （15） を条件とすることにより目的の補償をすることが
できる。 第３図のロードセル３０についても上記した第
２図のものと同様に誤差の補償に必要なδ′を求
めることができる。その場合、式（14）に相当す
る次式が得られる。 δ′＝ｗｏ・ａ・ｄ／Ｅ・Ａ・ｄε＋ｗｐａ（14′） 第２図のロードセル２０の場合、δが0.16mmで
約1/20000の直線性および約1/20000の四隅精度が
得られた。 以上のように、この発明によれば、平行四辺形
枠状のセルにストレインゲージを貼着してなるロ
ードセルにおいて、従来のものと較べて精度上何
ら損色がなく、しかもその貼着位置を２個所に減
少させることができて、ロードセル製作上有利で
あり、同じ理由で温度差による誤差の発生機会が
少く、ストレインゲージ部の損傷および汚染され
る機会も少い多くの利点を有するロードセルを提
供できる。
第１図は従来のロードセルの１例を示す斜視
図、第２図はこの発明の実施例の斜視図、第３図
はこの発明の他の実施例の斜視図、第４図はロー
ドセルの歪検出用のブリツジ回路図、第５図はロ
バーバル機構の４隅誤差に関して縦方向平行部の
長さ誤差がある場合の説明図である。 １……従来のロードセル、２０，３０……この
発明のロードセル、r1，r2，r3，r4……ストレイ
ンゲージ、ａ，ｂ……横方向平行部、ｃ，ｄ……
縦方向平行部。
図、第２図はこの発明の実施例の斜視図、第３図
はこの発明の他の実施例の斜視図、第４図はロー
ドセルの歪検出用のブリツジ回路図、第５図はロ
バーバル機構の４隅誤差に関して縦方向平行部の
長さ誤差がある場合の説明図である。 １……従来のロードセル、２０，３０……この
発明のロードセル、r1，r2，r3，r4……ストレイ
ンゲージ、ａ，ｂ……横方向平行部、ｃ，ｄ……
縦方向平行部。
Claims (1)
- １ 平行四辺形状の枠状をなしその相対向する横
方向２辺の各々の両端部に狭隘部を有しその狭隘
部を介して他の縦方向２辺が一体的に連らなるセ
ル本体に対し、上記横方向２辺のいずれか一方の
辺の狭隘部の各々にまたは上記縦方向２辺のいず
れか一方の辺に連らなる狭隘部の各々にストレイ
ンゲージを設け、上記縦方向２辺の一方の辺を固
定し他方の辺にその辺に沿う方向の荷重が作用し
て生じた歪による上記ストレインゲージの抵抗変
化をホイートストンブリツジ回路で検出するよう
に構成し、上記縦方向２辺の上記他方の辺に対し
荷重が偏心荷重である場合の荷重による上記抵抗
変化の非直線性を上記セル本体の横方向２辺また
は縦方向２辺を非平行状態とすることにより生じ
る偏心荷重によるセルの歪誤差によつて直線状に
補償するようにしたことを特徴とするロードセ
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14697578A JPS5572836A (en) | 1978-11-27 | 1978-11-27 | Load cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14697578A JPS5572836A (en) | 1978-11-27 | 1978-11-27 | Load cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5572836A JPS5572836A (en) | 1980-06-02 |
| JPS6148647B2 true JPS6148647B2 (ja) | 1986-10-25 |
Family
ID=15419786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14697578A Granted JPS5572836A (en) | 1978-11-27 | 1978-11-27 | Load cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5572836A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0660050U (ja) * | 1993-01-25 | 1994-08-19 | 日本電子株式会社 | 電子顕微鏡用試料ホルダ |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4380175A (en) * | 1981-06-12 | 1983-04-19 | Reliance Electric Company | Compensated load cell |
| JPH083439B2 (ja) * | 1986-04-26 | 1996-01-17 | 株式会社イシダ | ロ−ドセル |
| JPH02150537U (ja) * | 1989-05-24 | 1990-12-26 |
-
1978
- 1978-11-27 JP JP14697578A patent/JPS5572836A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0660050U (ja) * | 1993-01-25 | 1994-08-19 | 日本電子株式会社 | 電子顕微鏡用試料ホルダ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5572836A (en) | 1980-06-02 |
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