JPS635692B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS635692B2
JPS635692B2 JP57060573A JP6057382A JPS635692B2 JP S635692 B2 JPS635692 B2 JP S635692B2 JP 57060573 A JP57060573 A JP 57060573A JP 6057382 A JP6057382 A JP 6057382A JP S635692 B2 JPS635692 B2 JP S635692B2
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JP
Japan
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section
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Expired
Application number
JP57060573A
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English (en)
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JPS58178236A (ja
Inventor
Masayasu Kawai
Hiroshi Muto
Zenzaburo Tofuji
Yoshio Shoji
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Original Assignee
Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
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Publication date
Application filed by Kyowa Electronic Instruments Co Ltd filed Critical Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority to JP6057382A priority Critical patent/JPS58178236A/ja
Publication of JPS58178236A publication Critical patent/JPS58178236A/ja
Publication of JPS635692B2 publication Critical patent/JPS635692B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ひずみゲージによつて受感部に加わ
る荷重の大きさを電気的に測定する荷重変換器に
関するものである。
これら荷重変換器の受感部形状は、測定荷重の
大きさ、小型あるいは薄型というような荷重変換
器に要求される形状、精度等に応じて種々のもの
が考えられている。
両端固定型の梁からなり中央に荷重導入部をも
つ受感部が、荷重点が横方向に移動せず、荷重点
を受感部中心にとれ、荷重変換器のケースとの関
係が安定することから、広く用いられてきてい
る。第1図は従来の両端固定型の梁からなる受感
部の例を示し、イは平面図、ロは正面図である。
測定荷重Fを受ける荷重導入部1を梁中央に有
し、その両側は荷重方向に薄い起歪部2,3によ
り固定部4,5にそれぞれ連らなつている。それ
ぞれの固定部4,5は荷重変換器のケース6に固
定され、起歪部2,3にはひずみゲージS1,
〜,S4を添着している。
しかし、この従来の両端固定型の梁による受感
部は、荷重によつて梁がたわむ時、梁には張力が
発生し、梁のたわみ特性に影響を与えて、ひずみ
ゲージによる荷重−出力特性は非直線的となる。
特に小さな荷重を測定する受感部は、梁の厚みが
薄くなりたわみが大きくなるのでこの張力の影響
を受け易く高精度のものの実現は困難である。ま
た比較的大きな荷重を測定する場合には、梁は厚
くたわみも小さいが、発生する張力はかなり大き
なものとなつて固定端の固定方法に問題が生じ、
固定端のすべり等によるヒステリシスが発生して
精度を損なう欠陥がある。
一方、このように荷重によつて梁が大きくたわ
むときに起歪部に発生する張力をある程度軽減さ
せ得ると考えられる小型力量計が実公昭41−
23751号公報に開示されている。
すなわち、この従来の小型力量計は、有底厚肉
円筒状をなす筐体と、この筐体の中心を通つて延
び中央に受圧軸を有し、荷重方向に厚肉の中央ビ
ーム部と、互いに同一形状をなし前記中央ビーム
部を間に挟むようにして互いに反対方向に向いて
前記筐体の内面に沿うようにして延びた2つの弧
状をなすビームであつて、それぞれ反対側に位置
する各一端をケースに強固に固定し、自由端であ
る各他端を前記中央ビーム部の対応する各端部に
それぞれ直接連結してなり荷重方向に薄肉の一対
の起歪ビーム部とをもつてS字形の弧状起歪ビー
ムを構成し、前記各起歪ビーム部の自由端近傍に
ひずみゲージを添着した構成となつている。
この小型力量計は、荷重が受圧軸に印加される
と、それに伴つて中央ビーム部は厚肉で剛性が大
きいため変形せず平行に変位(降下)し、その両
側に配設された薄肉の片持梁としての弧状起歪ビ
ーム部のみがたわむ。つまり、両起歪ビーム部
は、そのたわみ量が大きくなるにつれて、固定端
を含む仮想平面への投影長が短くなるのに対し、
この一対の起歪ビーム部の自由端がそれぞれ連結
されている中央ビーム部は剛性が大きいため実質
的にその長さが変化しない。従つて一対の起歪ビ
ーム部には、引張力が生じることとなる。もつと
も一対の起歪ビーム部に引張力が働くと、中央ビ
ーム部に対し偶力(回転モーメント)が生じ、中
央ビーム部は回転しようとするが、中央ビーム部
の両端部が両起歪ビーム部の各自由端と強固に連
結されているため、回転を阻止するように作用す
る。このため、薄肉の起歪部には、本来の曲げひ
ずみだけでなく、ビームの板面に沿う方向のせん
断ひずみ、およびねじれ等の不所望のひずみが発
生する。また、上述したように荷重が印加したと
き、上記中央ビーム部が回転し、同じく受圧軸が
回転すると、被測定体と受圧軸との間に摩擦が生
じ、その摩擦力が測定結果に悪影響を及ぼすこと
となる。この摩擦力の影響を小さくすべくボール
ベアリングを用いたスラストジヤーナルを介挿す
る方法も考えられるが、徒らに構造の複雑化を招
くばかりでなく、被測定体によつては、上記スラ
ストジヤーナルを介挿する余地(スペース)がな
い場合もあり得る。
結局、上記従来の小型力量計は、その適用範囲
が著しく制限され、また印加荷重に正確に対応し
た電気信号を得ることはできないのである。
本発明の目的は、上述の従来技術の欠陥を考慮
してなされたもので、梁に張力が発生せず、荷重
点が横方向に移動しないと共に荷重導入部が回転
することがなく、起歪部には印加荷重に対応した
曲げひずみのみを生じ、荷重−出力特性が直線性
を保ち、高精度が実現可能な荷重変換器を提供す
ることにある。
上記目的は、本発明によれば、ひずみゲージに
よつて受感部に加わる荷重の大きさを電気的に測
定する荷重変換器において、荷重方向に厚い荷重
導入部を中央に有し、この荷重導入部の両側対称
部位に荷重方向に薄い起歪部を形成してなる中央
梁と、互いに同一形状をなし前記中央梁を間に挟
むようにして互いに反対方向に向いて平行に延び
た2つの梁であつて、それぞれ反対の側に位置す
る各一端をケースに強固に固定し、自由端である
各他端を前記中央梁の対応する各端部にそれぞれ
荷重方向に薄い連結部を介して一体または強固に
連結し且つ前記各自由端側に、前記中央梁の対応
する側に形成された前記起歪部と同一形状の起歪
部をそれぞれ形成してなる一対の片持梁と、をも
つて前記受感部を構成し、前記受感部における前
記各起歪部の前記荷重導入部に近い側および/ま
たは遠い側に前記ひずみゲージをそれぞれ添着し
て構成することによつて完全に達成される。
以下図面を参照しつつ本発明の実施例を詳述す
る。
第2図は、本発明に係る荷重変換器の受感部を
示し、イは平面図、ロは正面図である。
第2図イ,ロにおいて、受感部の中央に配設さ
れた中央梁10は、中央に測定荷重Fを受ける、
荷重方向に厚い荷重導入部10aを有し、この荷
重導入部10aの両側の対称部位には、荷重方向
に薄い起歪部10b,10cを形成する。
第2図左側のケース13の内壁に固定端11a
を溶接等の手段により固定し上記中央梁10と平
行に延びた片持梁11の自由端側には荷重方向に
薄く且つ中央梁10の対応する側に形成された起
歪部10cと同一形状の起歪部11bを有し、自
由端部を上記中央梁10の右側の荷重方向に厚い
連結部14と一体成形あるいは溶接等の手段にて
強固に結合する。
一方、上記片持梁11と同一形状をなし且つ反
対方向に向つて延び、第2図右側のケース13の
内壁に固定端12aを溶接等の手段により固定し
上記中央梁10と平行に延びた片持梁12の自由
端側には荷重方向に薄く且つ上記中央梁10の対
応する側に形成された起歪部10bと同一形状の
起歪部12bを有し、自由端部を上記中央梁10
に荷重方向に厚い左側連結部15を介して一体成
形あるいは溶接等の手段にて強固に結合する。こ
うして受感部は略Z字形(固定端11a,12a
の左右を置きかえて略逆Z字形としてもよい)に
形成される。起歪部10bにはひずみゲージS5
とS6を、起歪部10cにはひずみゲージS7と
S8を、起歪部11bにはひずみゲージS9とS
10を、起歪部12bにはひずみゲージS11と
S12をそれぞれ各起歪部の左端と右端付近に接
着、融着等の周知の手段で添着する。第3図のよ
うにひずみゲージS5,S6,S8,S7を順
に、またひずみゲージS9,S10,S12,S
11を順に接続しホイートストンブリツジ回路を
二重に形成する。このホイートストンブリツジを
構成するひずみゲージの相対向する結線部a,b
間に入力eiを供給し他の結線部c,d間から出力
eoを取り出す。なお、ひずみゲージによる回路
は4枚のひずゲージで一重のホイートストンブリ
ツジ回路であつても測定可能である。
次に上記第2図に示した受感部の作用を説明す
る。測定荷重Fが荷重導入部10aに加わると、
第4図のように、各片持梁11,12は主として
起歪部11b,12bがたわんで自由端が下方に
下がり、中央梁10の両端の連結部14と15も
下がる。この両端の連結部14と15とに支えら
れた中央梁10自身の起歪部10b,10cもた
わみ、荷重導入部10aはさらに下方へ下がる。
各起歪部がたわむことにより両端連結部14と1
5とは、荷重点のある内側方向に距離lだけ移動
する。このように梁の連結部14,15は梁の長
手方向に自由に移動ができ、特に各片持梁11,
12の自由端側の起歪部11b,12bを、中央
梁10の対応する側に形成された起歪部10c,
10bと同一形状に形成してあるから、第4図に
示すように、起歪部11bと12bおよび起歪部
10cと10bは、それぞれ同じように変形し、
特に、連結部14と15を通る仮想平面に対し、
起歪部10bと12bおよび10cと11bと
は、対称形に変形するため、各起歪部10b,1
0c,11b,12bは実質的に等量の曲げひず
みを生じ、従つて、引張力は何ら作用しない。つ
まり、従来の両端固定の梁と異なり、張力が発生
せず、また上述した従来の小型力量計のように、
曲げ以外のせん断ひずみ、ねじれ等の不所望のひ
ずみが発生することがなく、直線性の良好な荷重
−出力特性を得ることができる。本実施例の場
合、各起歪部に添着されたひずみゲージのうち、
ひずみゲージS5,S8,S9,S12には引張
ひずみが、ひずみゲージS6,S7,S10,S
11には圧縮ひずみが生じて荷重に比例した出力
eoを取り出すことができる。
また、受感部は3本の梁をZ字形または逆Z字
形を呈するように屈曲、連結してなるので各梁1
0,11,12の連結部14,15は荷重印加時
に内側方向へ移動しケース13と固定端11aお
よびケース13と固定端12aとの間に無理なが
加わつてすべりが生じることもなく従つてヒステ
リシスが発生することもない。
以上述べたように本発明によれば、荷重の印加
によつて受感部が大きく変位しても、中央梁およ
び一対の片持梁のいずれにも張力が発生すること
がなく、荷重導入部の横方向への移動および回動
を生ずるがなく従つて被測定体との間に摩擦力を
生ずることがなく、各起歪部には印加荷重に正確
に対応した曲げひずみが生じることから、荷重−
出力特性が直線性を有し、高精度をもつて荷重測
定を行い得る荷重変換器を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図イは従来の両端固定型の梁からなる受感
部の平面図、ロは正面図、第2図イは本発明に係
る荷重変換器の受感部の平面図、ロは正面図、第
3図は第2図のひずみゲージの接続回路図、第4
図は測定荷重が加わつたときの第2図の実施例の
受感部のたわみ状態を示す正面図である。 F……測定荷重、10……中央梁、10a……
荷重導入部、11,12……片持梁、10b,1
0c,11b,12b……起歪部、11a,12
a……固定端、13……ケース、14,15……
連結部、S5〜S12……ひずみゲージ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ひずみゲージによつて受感部に加わる荷重の
    大きさを電気的に測定する荷重変換器において、
    荷重方向に厚い荷重導入部を中央に有し、この荷
    重導入部の両側対称部位に荷重方向に薄い起歪部
    を形成してなる中央梁と、互いに同一形状をなし
    前記中央梁を間に挟むようにして互いに反対方向
    に向いて平行に延びた2つの梁であつて、それぞ
    れ反対の側に位置する各一端をケースに強固に固
    定し、自由端である各他端を前記中央梁の対応す
    る各端部にそれぞれ荷重方向に厚い連結部を介し
    て一体または強固に連結し且つ前記各自由端側
    に、前記中央梁の対応する側に形成された前記起
    歪部と同一形状の起歪部をそれぞれ形成してなる
    一対の片持梁と、をもつて前記受感部を構成し、
    前記受感部における前記各起歪部の前記荷重導入
    部に近い側および/または遠い側に前記ひずみゲ
    ージをそれぞれ添着して構成したことを特徴とす
    る荷重変換器。
JP6057382A 1982-04-12 1982-04-12 荷重変換器 Granted JPS58178236A (ja)

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JPS58178236A JPS58178236A (ja) 1983-10-19
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0544685Y2 (ja) * 1986-11-19 1993-11-12
WO2006006677A1 (ja) * 2004-07-14 2006-01-19 Nagano Keiki Co., Ltd. 荷重センサ及びその製造方法

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