JPS6352020A - 力測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、力測定装置に関し、特に力を電気信号に変
換して測定するものである。

従来、上記のような力測定装ごとしては、いわゆるロー
ドセルかある。これは、力を受けて歪む起歪弾性体の表
面にストレンゲーシを貼着し、このストレンゲーシの抵
抗変化を測定して力の大きさを測定するものてあり、起
歪弾性体の形状寸法を変える事によって種々の大きさの
力を測定できるか、起歪りγ柱体の物理的性質、例えば
熱膨張による誤差か大きいのて、これを補償しなければ
ならないか、技術的に困難であるばかりてなく、それに
要する費用かかさみ、製品価格か高価になるという問題
かあった。

この発明は、補償回路を設けなくても、熱膨張による誤
差を補償でき、高精度に筒中な構成て力を測定てきる力
測定装置を提供することを目的とする。

以下、この発明を図示の２つの実施例に基づいて詳細に
説明する。第１の実施例は、第１図に示すように主起歪
りで外体１と副起歪弾性体２とを有し、これら両弾性体
ｌ、２の−・端部は、部材３を介して固定台４上にボル
ト５．５て固定されている。すなわち両起歪弾性体ｌ、
２は片持ち梁式とされている。これら両起歪弾性体１．
２は同一材料または温度係数の等しい材料によって撓み
部（起歪分）　ｌａ、２ａを最大応力が等しくなる形状
に形成している。なお、６は両弾性体ｌ、２を絶縁する
ための絶縁材である。

これら両弾性体ｌ、２の他端部間は弦７によって結合さ
れており、この弦７はその有効長さ文か部材３の長さ交
と等しくかつ部材３と同一線膨張係数を有する材料によ
って形成されている。

主起歪弾性体ｌの他端部に下向きに荷重Ｗを印加すると
、第２図に示すように主起歪りｐ外体ｌにはその荷重Ｗ
に比例した撓みΔ！；Ｌｌか発生し１弦７の下婢を下方
に引張る。弦７に加わる張力Ｐは、副起歪弾性体２の他
端部に作用し、その他端部を下方にΔ文２撓ませる。こ
こて、主起歪弾性体ｌのばね定数をに１、副起歪弾性体
２のばね定数をに２とし１弦７の伸びを無視すると、Ｐ
＝Δ又２・Ｋ２ か成立し、Δ文１＝Δ２２−Δ文であるから。

Ｗ＝Δ文（に１＋に２） Ｐ＝Ｗ−に２／（に１’＋に２） となり、張力Ｐは荷重Ｗに比例していることか判る。

弦７には主起歪弾性体ｌ上に設けた磁界発生体８によっ
てその長さ方向に対して直角に磁界か印加されており、
第３図に示すように増幅器９に接続されているのて、弦
７は振動する。すなわち、印加荷重によって弦７かわず
かに磁界を切る方向に撓むと、フレミングの右手の法則
に従って弦７に電流か流れ、この電流はコンデンサＩＯ
を介して増幅器９に供給されて増幅され、その増幅出力
は抵抗器ＩＩを介して弦７に供給される。この出力は弦
７をさらに同方向に撓ませる方向に流れ、弦７はさらに
磁界を切る方向に撓む。この弦７は増幅器９から与えら
れるエネルギと弦７の曲げ反力とか釣り合う位置まて撓
み、逆方向に戻って来る。

これによって弦７にはいままてとは逆向きの電流か流れ
、その逆向き１Ｅ流はコンデンサ１０を介して増幅器９
に供給されて増幅され、弦７に増幅逆向き電流が供給さ
れ、いままでとは反対向きに弦７を撓ませる。以後、こ
れを縁返し周波数ｆの振動をする。この周波数ｆは ｆ＝ゴト厚「 で求められる。たたし、ｎは振動の高調波数、又は弦７
の有効長、ｇは重力加速度、ｒは弦７の中位長さ当りの
質量である。従って、周波数ｆを測定することによって
張力Ｐを測定てき、これによって荷重Ｗを知ることかで
きる。周波数ｆな測定するための回路を第４図に示す、
同図において、１２は第３図に示した回路を含む発振器
、１４は周波数カウンタ、１６は時間ゲートて、周波数
カウンタ１４を制御するものである。１８は演算部で、
周波数カウンタ１４のカウンタ出力に基づいて実荷重の
油算、零調整、風袋引等を行なうものである。２０は実
荷重の表示部である。

このように構成した力測定装置において、Ｌ起歪りｉ柱
体ｌの温度係数をα１、副起歪弾性体２の温度係数をα
２とすると、張力Ｐは、 ｐ＝ｗ　・に２（１＋α２）／Ｋｌ（１＋αＩ）十に２
（１＋α２）である。主・副弾性体１．２の材質を同じ
にするか、弾性係数の温度変化か等しい材質によって構
成しているのてα１＝α２となり、かつ主・副両弾性体
は２０〜３０ｍｍの距離であるのて温度条件か回−であ
る。よってＰは ｐ＝ｗ・に２／に１＋に２ となり、完全に温度補償かなされる。

また、■・副起歪りｉ柱体ｌ、２には荷重を取り去った
後にも歪か残るか（これをヒステリシスという）、この
歪は主・副起歪弾性体ｌ、２の撓み６文１、Δ交２に加
えられるため張力Ｐに影響を榮えるか、ヒステリシスの
大きさは、撓み部の応力か等しいときには、形状に大小
かあっても≠蜘等しい。よって、同一材料を使用して撓
み部１ａ、２ａに印加される応力か等しくなるように主
・副起歪弾性体ｌ、２を形成したこの力測定装置てはヒ
ステリシスを相殺できる。またクリープについても回し
・ＩＳかいえる。すなわちクリープ！Ｉ″Ｌは弾性体に
かかる応力と時間との［４１数として定義され、各々の
材料及び熱処理後の内部組織によって固有の値を示すか
、これも主・副起歪弾性体ｌ、２を同一材料で形成し、
最大応力か等しくなる形状に主・副起歪弾性体ｌ、２を
形成することによって相殺している。

さらに弦７の有効長と部材３の長さとを同一にし、かつ
同一の線膨張係数をもつ材質によって両者を構成してい
るのて、相対的に線膨張か同一になり張力Ｐの変化を零
にしている。なお、線膨張係数か同一でなくても相対的
な線膨張か零になる材質と長さの部材３を用いてもよい
。

第２の実施例は、第５図に示すように公知のバラレムグ
ラム型弾性体を主起歪弾性体ｌとして使用したもので、
その主起歪弾性体ｌの先端部に計量皿２２を設けたもの
である。なお、同等部分には同一符号を付して説明を省
略する。

以上述べたように、この発明による力測定裳養は、主起
歪弾性体１、副起歪弾性体２、弦７等からなる簡単な構
成であり、かつ主起歪弾性体ｌの寸法を変えることによ
ってどんな大きさの荷重の測定も可渣である。しかも弦
７と副起歪弾性体２と部材３とは計測する荷重の大小に
無関係に同一寸法のものを使用することかてき、規格統
一か出来る。さらに、弦７の有効長さと部材３の長さと
を同一の文とし、かつ同一材質または同一の線膨張係数
を持つ材質で構成しているので、線膨張係数の変化によ
る誤差をなんら補償回路を設けることなく補償でき、高
精度の力測定装置を安価に実現てきる。

上記の実施例では、弦７によって張力Ｐ？！−測定した
が、これに代えて力を感じるものなら何でもよく例えば
水晶式センサー、音叉式センサー等を使用できる。また
力検出器に張力を印加するように構成したが、主起歪弾
性体ｌと副起歪弾性体２との位置を入れ科えて、力検出
器に圧力か印加されるように構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による力測定装この第１の実施例の側
面図、第２図は第１の実施例の原理図、第３図は第１の
実施例の弦の振動原理図、第４図は第１の実施例の回路
図、第５図は第２の実施例の側面図である。 ｌ・・・・主起歪弾性体、２・・・・副起歪弾性体、３
・・・・部材、４・・・・固定部、７．８・・・・力検
出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基端部を固定した片持ち梁式の主起歪弾性体と、
   この主起歪弾性体とは間隔を隔てて配置されると共に基
   端部を固定した片持ち梁式の副起歪弾性体と、上記主起
   歪弾性体が力を受けて変形するとき上記副弾性体も上記
   力を分担するように上記両起歪弾性体を接続しており上
   記両起歪弾性体による合成復元力を上記力と均衡させ上
   記副弾性体にかかる力を検出すると共に力を受けた際の
   変形が小さい力検出器とを備え、上記両起歪弾性体の基
   端部を、上記力検出器の有効長さと等しい部材を介して
   固定部に固定することによって上記両基端部の固定を行
   ない、上記力検出器と上記部材の線膨張係数を等しくし
   たことを特徴とする力測定装置。