KR100778386B1 - 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 하중 측정 범위를 가지는 하중 센서에 관한 것으로, 측정 대상 하중이 인가되는 자유단, 서로 강성이 다르고, 자유단으로부터 강성이 높은 순서로 직렬로 연결된 복수의 하중 센서 블록, 및 복수의 하중 센서 블록 중에서 가장 강성이 높은 하중 센서 블록을 제외한 나머지 하중 센서 블록의 측정 범위를 제한하는 위치에 설치되는 적어도 하나의 변위 제한 장치를 포함하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서를 제공한다.
저울, 센서, 강성, 로드셀, 마그네틱밸런스, 토크셀

Description

복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서{LOAD SENSOR WITH MULTIPLE MEASURING RANGES}
도 1은 본 발명에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서의 개념도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서의 단면도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서의 단면도,
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서의 사시도,
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서의 단면도,
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서의 단면도, 및
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서의 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
1 : 제 1 센서 블록 2 : 제 2 센서 블록
3 : 제 2 센서 블록 변위 제한 장치 4 : 로드
10 : 자유단 20, 30 : 로드셀 블록
21 : 스트레인 게이지 40 : 마그네틱 밸런스 블록
41 : 받침점 42 : 레버
51, 52 : 변위 제한 장치 60, 70 : 토크셀 블록
61 : 키 62, 72 : X형 스트레인 게이지
80 : 각변위 제한 장치 90 : 고정단
본 발명은 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 측정 범위와 정밀도를 가지는 복수의 센서 블록을 직렬로 연결하여 복수의 측정 범위 및 정밀도를 가지는 하중 센서에 관한 것이다.
통상적으로 사용되는 하중 센서는 크게 로드셀 방식과 마그네틱 밸런스 방식으로 분류된다.
로드셀 방식은 재료에 힘을 가하였을 때 그 재료가 변형되는 변형률을 이용하여 하중을 측정하는 방식이다. 즉, 재료가 변형되었을 때 스트레인 게이지를 통하여 전압의 변화를 측정하여 하중을 측정하는 방식이다. 로드셀 방식은 적게는 kg 단위에서부터 크게는 ton 단위까지 하중을 측정할 수 있다.
그러나, 재료의 변형에 의한 스트레인 게이지를 통하여 측정된 전압은 mV 단 위로 작기 때문에 하중의 높은 분해능을 기대할 수 없다. 또한, 로드셀의 재질 및 형태에 따라 측정 가능 범위가 다르게 되어, 사용자는 측정하고자 하는 하중 범위에 따라 다양한 로드셀 하중 센서를 구비하여야 한다.
마그네틱 밸런스 방식은 전자기력을 이용하여 물체의 하중을 측정하는 방식이다(미국특허공보 제 4,799,561 호 참조). 간단한 지렛대의 원리로서, 지렛대의 한 쪽 끝에 하중을 측정하고자 하는 물체를 올려놓고, 다른 쪽 끝에 전자기력을 걸어주어 지렛대의 평형을 유지시키며, 이 때 필요한 전자기력의 크기를 전류량으로 측정하여 물체의 무게를 측정하는 방식이다.
마그네틱 밸런스 방식은 작은 하중 변화에도 측정되는 전류의 변화가 상당히 크기 때문에 높은 하중 분해능을 기재할 수 있다. 그러나, 너무 높은 하중이 센서에 인가되는 경우, 너무 많은 전류가 흘러 전류 소모가 크고, 마그네틱 밸런스 센서의 정밀한 부분의 집중 응력이 재료의 피로 한도를 넘을 우려가 있기 때문에, 고하중은 측정하지 못하는 단점이 있다. 실제로 0.01 mg의 하중 분해능을 가지는 마그네틱 밸런스 센서는 그 측정 범위가 1 kg을 넘지 못한다.
전술한 바와 같이, 낮은 하중 범위에서 정밀하게 측정을 할 때에는 마그네틱 밸런스 방식 하중 센서를 사용하여야 하며, 높은 하중 범위에서는 정밀도가 떨어지지만 로드셀 방식 하중 센서를 사용하여야 한다. 또한, 로드셀 방식은 그 형태와 재료에 의한 강성에 따라 하중 측정 범위가 제한되기 때문에, 하중을 측정하는 범위에 따라 여러 개의 센서를 구비하여야 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 적어도 두 개의 측정 범위 및 분해능을 가지는 하중 센서를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 위하여 본 발명은, 측정 대상 하중이 인가되는 자유단; 서로 강성이 다르고, 자유단으로부터 강성이 높은 순서로 직렬로 연결된 복수의 하중 센서 블록; 및 복수의 하중 센서 블록 중에서 가장 강성이 높은 하중 센서 블록을 제외한 나머지 하중 센서 블록의 변형 범위를 제한하는 위치에 설치되는 적어도 하나의 변위 제한 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서를 제공한다.
하중 센서는, 가장 강성이 높은 하중 센서 블록이 자유단에 인가되는 하중을 측정하고, 측정된 하중보다 변위 제한 장치에 의해 제한된 변형 범위가 큰 하중 센서 블록 중에서 가장 강성이 낮은 하중 센서 블록이 하중을 측정하는 것이 바람직하다.
센서 블록 각각의 하중 측정 가능 범위는 인접한 센서 블록의 하중 측정 가능 범위와 접하거나 일부 겹치는 것이 바람직하다.
변형 범위를 제한하는 위치는 센서 블록이 재료 피로 한도 내에서 변형이 가능하게 하는 위치인 것이 바람직하다.
복수의 센서 블록은 일체형으로 제작되는 것이 바람직하다.
복수의 센서 블록 각각은 구성재료, 형태, 또는 구성재료 및 형태가 상이하여 서로 다른 강성을 가질 수 있다.
복수의 센서 블록은, 모두 로드셀 센서 블록이거나, 모두 마그네틱 밸런스 센서 블록이거나, 또는 일부는 로드셀 센서 블록 나머지 일부는 마그네틱 밸런스 센서 블록일 수 있다.
상기 로드셀 센서 블록은 빔 형태이거나 대칭인 두 개의 로드셀 센서 및 두 개의 로드셀 센서를 연결하는 연결부로 구성된 형태일 수 있다.
또한, 복수의 센서 블록은 토크셀 센서 블록이고, 적어도 하나의 변위 제한 장치는 각변위 제한 장치인 하중 센서도 가능하다.
이하에서 본 발명의 구성을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서의 개념도이다.
도 1에서 스프링으로 구성된 두 개의 하중 센서 블록(1 및 2)이 직렬로 연결되고 제 2 센서 블록(2)의 변형 범위가 변위 제한 장치(3)에 의하여 제한되는 하중 센서가 도시된다. 하중을 측정하고자 하는 로드(4)는 제 1 센서 블록(1)의 일단에 하중을 인가하고, 제 1 센서 블록(1)의 타단은 제 2 센서 블록(2)의 일단에 연결되며, 제 2 센서 블록(2)의 타단은 고정된다. 제 2 센서 블록(2)의 변형 범위는 변위 제한 장치(3)에 의하여 제한된다.
제 1 센서 블록(1)의 강성(rigidity)은 ‘k1’으로 표시되고, 제 2 센서 블록(2)의 강성은 ‘k2’로 표시될 때, 본 발명에 의한 하중 센서에서는 k1 > k2의 관계가 성립한다. 같은 힘이 주어질 때 제 1 센서 블록(1)에 비하여 강성이 작은 제 2 센서 블록(2)에 더 많은 변형이 발생하게 되고, 이는 제 2 센서 블록(2)이 제 1 센서 블록(1)이 더 정밀하게 힘 또는 하중을 측정할 수 있음을 의미한다. 그러나, 제 2 센서 블록(2)은 더 많은 변형이 발생하여 제 1 센서 블록(1)보다 낮은 하중에서 영구 변형될 수 있고, 그러므로 하중 측정 범위가 제 1 센서 블록(1)에 비하여 제한된다.
변위 제한 장치(3)는 제 2 센서 블록(2)이 그 재료의 피로 한도 내에서만 변형이 가능하도록 하는 위치에 장치된다. 그리하여, 제 2 센서 블록(2)의 하중 측정 범위는 변위 제한 장치(3)에 의하여 제한된다.
로드(4)의 하중이 제 2 센서 블록(2)의 하중 측정 범위 내인 경우, 그 하중은 제 2 센서 블록(2)에 의하여 측정된다. 로드(4)의 하중이 제 2 센서 블록(2)의 하중 측정 범위를 벗어나는 경우, 제 2 센서 블록(2)은 변위 제한 장치(3)에 의하여 변형이 제한되고, 제 2 센서 블록(2)에 비하여 하중 분해능은 나쁘고 하중 측정 범위는 넓은 제 1 센서 블록(1)에 의하여 하중이 측정된다. 그리하여, 본원발명에 의한 하중 센서는 하중 정밀도가 뛰어난 제 2 센서 블록(2)의 하중 측정 범위 및 하중 정밀도가 비교적 떨어지는 제 1 센서 블록(1)의 하중 측정 범위 모두에서 하중을 측정할 수 있다.
하중 센서는 각 센서 블록(1 및 2)을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 하중 센서에 하중이 처음 인가될 때, 제어부는 제 1 센서 블록(1)이 하중을 측정하도록 제어한다. 그 측정된 하중이 변위 제한 장치(3)에 의해 제한되는 제 2 센서 블록(2)의 하중 측정 범위를 벗어나는 경우, 제 2 센서 블록(2)은 그 변형이 변위 제한 장치(3)에 의해 제한되고 제어부는 제 1 센서 블록(1)이 측정한 하중 을 표시한다. 그 측정된 하중이 제 2 센서 블록(2)의 하중 측정 범위 내인 경우, 제어부는 제 2 센서 블록(2)이 하중을 측정하도록 작동시키고 제 2 센서 블록(2)에 의해 측정된 하중을 표시한다.
하중 센서가 연속적인 하중 범위에서 하중을 측정하기 위하여 제 1 센서 블록(1) 및 제 2 센서 블록(2)의 하중 측정 범위는 접하거나 겹치는 것이 바람직하다.
도 1에서 2 개의 하중 센서 블록 및 하나의 변위 제한 장치로 구성된 하중 센서가 도시되었지만, 3 개 이상의 하중 센서 블록 및 하중 센서 블록보다 1 개 적은 변위 제한 장치로 구성된 하중 센서가 가능하다.
도 1에서 각 하중 센서 블록은 스프링의 압축을 이용하는 것으로 도시되었지만, 외력에 대한 재료의 휨이나 뒤틀림 등을 이용하는 다양한 방식의 하중 센서 블록이 사용 가능하다. 이러한 경우, 각 하중 센서 블록의 강성은 센서 블록을 구성하는 재료, 센서 블록이 제작된 형태 또는 이들의 조합에 의하여 결정될 것이다. 그러나, 각 센서 블록 사이의 연결 부위에서 발생하는 오차를 감소시키기 위하여 하중 센서는 같은 재료를 사용하여 일체형으로 제작되는 것이 바람직하다.
<제 1 실시예>
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서의 단면도이다.
하중은 자유단(10)으로 인가된다. 로드셀 블록(20)의 일단은 자유단(10)에 연결되고, 타단은 마그네틱 밸런스 블록(40)에 연결된다. 마그네틱 밸런스 블록 (40)은 고정단(90)에 의하여 일단이 고정되고, 마그네틱 밸런스 블록(40)의 하부에는 마그네틱 밸런스 블록(40)의 변형 범위를 제한하기 위하여 소정의 간격을 두고 변위 제한 장치(51)가 위치한다.
로드셀 블록(20) 및 마그네틱 밸런스 블록(40)은 기존의 로드셀의 재료인 Al 2024T4를 사용하여 일체형으로 제작된다. 이론적으로 로드셀 블록(20) 및 마그네틱 밸런스 블록(40)에 같은 하중이 인가되기 때문에, 각 블록은 독립적으로 설계가 가능하다. 마그네틱 밸런스 블록(40)은 0-300 g의 측정 범위에서 0.1 g의 하중 분해능을 가지고, 로드셀 블록(20)은 300 g-3 kg의 측정 범위에서 1 g의 하중 분해능을 가지도록 설계되었다.
로드셀 블록(20)은 하중이 인가되어 변형이 발생하였을 때 스트레인 게이지(21)를 통하여 전압의 변화를 측정하고 이를 이용하여 하중을 측정한다. 로드셀 블록(20)은 다른 블록과 직렬로 연결되기 위하여 빔 형태인 것이 바람직하다.
마그네틱 밸런스 블록(40)은 지렛대의 원리로 영위법을 이용한다. 받침점(41)을 중심으로 레버(42)가 평행을 유지하게 하는데 필요한 전자기력을 발생시키는 전류치를 측정하여 하중을 측정한다.
마그네틱 밸런스 블록(40) 내에서 지렛대의 원리를 구현하기 위하여는 받침점(41)의 폭이 작아야 한다. 전자기력이 구동되어 레버(42)가 평행을 유지하는 경우에는 받침점(41)에서 받는 모멘트는 이론적으로 0이 된다. 실제 FEM 실험 결과 받침점(41)에서 모멘트에 의해 발생한 집중 응력은 수 MPa 단위로 재료 피로 한도 응력치의 1/100 수준이었다.
전자기력이 구동되지 않는 경우에는 모멘트에 의해 받침점(41)에 집중 응력이 발생한다. 이러한 집중 응력이 재료(Al 2024T4)의 피로 한도 응력을 초과하지 않도록 변위 제한 장치(51)를 위치시킨다. 본 실시예에서는 전자기력이 구동되지 않는 상태에서 하중이 인가되었을 때, 받침점(41)에 걸리는 집중 응력의 값이 재료 피로 한도 응력의 1/2이 되도록 변위 제한 장치(51)를 위치시킨다. 마그네틱 밸런스 블록(40)과 변위 제한 장치(51)의 간격은 받침점(41)에 81 MPa의 응력이 걸릴 경우의 0.12 mm이다.
자유단(10)에 하중이 인가되면 로드셀 블록(20)의 스트레인 게이지(21)에서 나오는 전압 신호를 하중으로 변환하여 제어부(미도시)가 측정한다. 측정된 하중이 300 g 이상일 경우, 마그네틱 밸런스 블록(40)은 변위 제한 장치(51)에 의해 이미 변형이 중지된 상태이고, 제어부는 로드셀 블록(20)에 의해 측정된 하중을 출력한다. 측정된 하중이 300 g 미만일 경우, 제어부는 마그네틱 밸런스 블록(40)의 레버(42)가 평행이 될 때까지 레버(42)에 전자기력을 주게 된다. 제어부는 레버(42)가 평행이 되었을 때의 전류치를 측정하고 이를 하중으로 변환하여 출력한다.
<제 2 실시예>
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서의 단면도이다.
본 실시예에 따른 하중 센서는 두 개의 로드셀 블록(20, 30)으로 구성된다. 하중이 인가되는 자유단에 연결된 로드셀 블록(20)은 고정단(90)에 연결된 로드셀 블록(30)에 비하여 높은 강성을 가진다. 로드셀 블록(20, 30)은 인가된 하중에 대 한 변형 정도를 이용하여 하중을 측정하므로, 높은 강성을 가지는 로드셀 블록(20)은 비교적 큰 하중 범위에서 낮은 분해능을 가지고 측정 가능하며, 낮은 강성을 가지는 로드셀 블록(30)은 비교적 작은 하중 범위에서 높은 분해능을 가지고 측정 가능하다. 각 로드셀 블록(20, 30)의 강성은 재료를 다르게 하여 결정할 수 있으나, 하중 센서를 일체형으로 제작하기 위하여 같은 재료를 형태를 다르게 하여 제작하는 것이 바람직하다.
낮은 강성을 가진 로드셀 블록(30)의 변위를 제한하기 위하여, 도 3에서 도시되는 바와 같이, 변위 제한 장치(52)가 위치한다. 변위 제한 장치(52)는 낮은 강성을 가지는 로드셀 블록(30)이 재료의 피로 한도 내에서 변형될 수 있도록 하는 위치에 장치된다.
이러한 구성에 의하여, 본 실시예에 따른 하중 센서는 두 개의 로드셀 블록(20, 30)의 하중 측정 범위 모두에서 하중을 측정할 수 있다.
<제 3 실시예>
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서의 사시도이다.
제 3 실시예에 따른 하중 센서의 구성 원칙은 도 2에서 도시되는 제 1 실시예에 따른 하중 센서의 구성 원칙과 동일하며, 하나의 로드셀 블록(20), 하나의 마그네틱 밸런스 블록(30) 및 변위 제한 장치(51)로 구성되어 있다. 제 1 실시예와 공통되는 부분에 대한 설명은 생략될 것이다.
본 실시예에 따른 하중 센서의 로드셀 블록(20)은 두 개의 로드셀 센서가 대 칭으로 놓이며, 대칭으로 놓인 로드셀 센서를 연결하는 연결부가 마그네틱 밸런스 블록(30)과 연결되는 구성을 가진다. 자유단(10)은 두 개의 부분으로 분기되어 각각이 로드셀 블록(20)의 각 로드셀 센서에 연결된다.
즉, 두 개의 로드셀 센서는 병렬로 연결되며, 두 개의 로드셀 센서로 구성된 로드셀 블록(20)에 마그네틱 밸런스 블록(40)이 직렬로 연결된다. 그러므로, 자유단(10)에 인가된 하중은 로드셀 블록(20)의 각 로드셀 센서에 나뉘어져 측정되며, 각 로드셀 센서에서 측정된 하중의 합이 측정하고자 하는 자유단(10)에 인가된 하중이다. 각 로드셀 센서가 제 1 실시예의 로드셀 블록과 같은 특성을 가진 경우 로드셀 블록(20)의 측정 범위는 제 1 실시예에 비하여 2배가 된다. 다만, 이러한 경우 로드셀 블록(20)의 분해능 또한 증가할 것이다.
또한, 본 실시예에 따른 하중 센서는 로드셀 블록(20)의 로드셀 센서가 마그네틱 밸런스 블록(40)의 측면에 위치하여 공간의 활용도를 높일 수 있다. 그리고, 분리된 로드셀 센서는 인가되는 하중에 편심이 있더라도 이를 보정하는 역할을 한다.
본 실시예는 제 1 실시예에 따른 하중 센서의 로드셀 블록이 두 개의 병렬 로드셀 센서로 구성되어 있는 경우에 대하여 설명하였지만, 제 2 실시예서와 같이 로드셀 블록으로만 구성된 하중 센서에서도 적용 가능한 것은 기술 분야에서 당업자에게 당연할 것이다.
<제 4 실시예>
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서 의 단면도이다.
본 실시예는 두 개의 로드셀 블록(20, 30), 하나의 마그네틱 밸런스 블록(40) 및 두 개의 변위 제한 장치(51, 52)로 구성된다. 각 블록은 자유단(10)으로부터 가장 강성이 큰 로드셀 블록(20), 그 다음으로 강성이 큰 로드셀 블록(30), 그리고 강성이 가장 작은 마그네틱 밸런스 블록(40)으로 구성된다. 변위 제한 장치(51, 52)는 로드셀 블록(30) 및 마그네틱 밸런스 블록(40)이 각각의 피로 한도 내에서 변형 가능하도록 측정 범위를 제한하는 위치에 장치된다. 마그네틱 밸런스 블록(40)은 고정단(90)에 연결된다.
직렬로 연결된 세 개의 하중 센서 블록(20, 30, 40)은 서로 다른 하중 측정 범위 및 하중 분해능을 가진다. 그러므로, 본 실시예에 따른 하중 센서는 세 개의 하중 센서 블록(20, 30, 40)의 하중 측정 범위 모두에서 하중을 측정할 수 있다.
본 실시예에서는 두 개의 로드셀 블록 및 하나의 마그네틱 밸런스 블록으로 구성된 경우에 대하여 설명하였지만, 제 2 실시예에서처럼 모두 로드셀 블록으로 구성되거나 또는 모두 마그네틱 밸런스 블록으로 구성되는 경우도 가능할 것이다. 또한, 본 실시예에서는 모두 세 개의 하중 센서 블록으로 구성된 경우에 대하여 설명하였지만, 그 이상의 하중 센서 블록으로 구성된 경우도 가능할 것이다.
<제 5 실시예>
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 본 실시예에 따른 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서의 3차원 형태를 보기 위한 사시도이다.
본 실시예에 따른 하중 센서는 두 개의 토크 측정 범위를 가지는 토크셀 블록(60, 70)으로 구성된다. 토크셀 형태의 하중 센서(60, 70)는 적절한 탄성 계수를 가진 재료를 이용하여 튜브 형태로 제작되며, 하중이 인가되었을 때 하중 센서에 토크가 걸려 비틀림 변형이 유발되고, 비틀림 변형에 따라 X형 스트레인 게이지(62, 72)를 통하여 토크 및 하중을 측정한다. 토크셀 블록(60, 70)은 그 튜브의 중심축이 일치하도록 제작되고, 일체로 제작되는 것이 바람직하다.
토크셀 블록(70)은 하중이 인가되는 자유단과 연결된다. 토크셀 블록(70)은 토크셀 블록(60)에 비하여 튜브의 두께가 두꺼우며, 그러므로 같은 토크가 인가되었을 때 토크셀 브록(60)에 비하여 변형이 작게 발생한다. 따라서, 토크셀 블록(70)은 토크셀 블록(60)에 비하여 높은 하중 측정 범위 및 낮은 분해능을 가진다.
토크셀 블록(60)은 일단은 토크셀 블록(70)에 연결되고, 타단은 고정단(90)에 고정된다. 토크셀 블록(60)은 토크셀 블록(70)에 비하여 튜브의 두께가 얇으므로, 토크셀 블록(70)에 비하여 낮은 하중 측정 및 높은 분해능을 가진다.
토크셀 블록(60)의 외면에는 키(61)가 위치한다. 키(61)는 인가된 하중에 의하여 생긴 토크에 의해 토크셀 블록(60)이 비틀림에 따라 토크셀 블록(60)의 중심축에 대하여 원 운동을 한다. 각변위 제한 장치(80)는 토크셀 블록(60)의 키(61)에 인접하여 장치된다. 하중 센서에 인가된 하중에 의한 토크셀 블록(60)의 변형이 토크셀 블록(60)의 재료의 피로 한도 내가 되도록, 각변위 제한 장치(80)는 키(61)의 운동 범위를 제한하여 토크셀 블록(60)이 소정의 값 이상의 토크를 받지 않게 한다. 그리하여 토크셀 블록(60)은 각변위 제한 장치(80)에 의해 제한된 소정의 측정 범위를 가진다.
이러한 구성에서, 인가된 하중이 각변위 제한 장치(80)에 의하여 제한된 토크셀 블록(60)의 측정 범위 내인 경우, 토크셀 블록(60)의 스트레인 게이지(62)를 통하여 하중을 측정한다. 인가된 하중이 토크셀 블록(60)의 측정 범위 외인 경우, 토크셀 블록(60)은 각변위 제한 장치(80)에 의하여 변형이 중지된 상태이고, 토크셀 블록(70)의 스트레인 게이지(72)를 통하여 하중을 측정한다.
본 실시예에서는 두 개의 토크셀 블록이 직렬로 연결된 구성이 설명되었지만, 세 개 이상의 토크셀 블록이 직렬로 연결된 구성도 제작 가능하다.
본 발명에 따른 하중 센서는 종래의 하중 센서에 비하여 넓은 측정 범위를 가진다. 그리하여, 다양한 물체의 하중을 측정하기 위하여 복수의 하중 센서를 구비할 필요가 없이 하나의 하중 센서로 다양한 물체의 하중을 측정할 수 있다.
본 발명의 범위는 예시된 실시예 및 도면보다는 특허청구범위에 의해 보여질 것이다. 본 발명의 특허청구범위의 균등 범위 내에서 그리고 본 발명의 특허청구범위 내에서 만들어진 다양한 변형들은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 여겨질 것이다.

Claims (16)

  1. 측정 대상 하중이 인가되는 자유단;
    서로 강성이 다르고, 상기 자유단으로부터 강성이 높은 순서로 직렬로 연결된 복수의 하중 센서 블록; 및
    상기 복수의 하중 센서 블록 중에서 가장 강성이 높은 하중 센서 블록을 제외한 나머지 하중 센서 블록의 측정 범위를 제한하는 위치에 설치되는 적어도 하나의 변위 제한 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 가장 강성이 높은 하중 센서 블록이 상기 자유단에 인가되는 하중을 측정하게 하고, 측정된 하중이 하중 센서 블록의 측정범위 이내에 속하는 경우, 하중 센서 블록중에서 가장 강성이 낮은 하중 센서 블록이 하중을 측정하게 하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 블록 각각의 측정 범위는 인접한 센서 블록의 하중 측정 가능 범위와 접하거나 겹치는 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 범위를 제한하는 위치는 상기 센서 블록이 재료 피로 한도 내에서 변형이 제한되게 하는 위치인 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 센서 블록은 일체형으로 제작된 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 센서 블록 각각의 구성 재료는 강성이 서로 다른 재료인 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 센서 블록 각각의 형태는 강성이 서로 다른 형태인 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 센서 블록 각각의 구성 재료 및 형태는 강성이 서로 다른 구성 재료 및 형태인 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 센서 블록은 로드셀 센서 블록인 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 센서 블록은 마그네틱 밸런스 센서 블록인 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 센서 블록은 적어도 하나의 로드셀 센서 블록 및 적어도 하나의 마그네틱 밸런스 센서 블록으로 구성되고, 상기 적어도 하나의 로드셀 센서 블록 각각의 강성은 상기 적어도 하나의 마그네틱 밸런스 센서 블록 각각의 강성보다 높은 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  12. 제 9 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 로드셀 센서 블록은 빔 형태 로드셀 센서 블록인 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  13. 제 9 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 자유단과 연결되는 로드셀 센서 블록은, 마그네틱 밸런스 센서 블럭을 중심으로 대칭 설치되는 두 개의 로드셀 센서 및, 상기 두 개의 로드셀 센서를 연결하는 연결부로 구성되고, 상기 자유단은 두 부분으로 분기되어 상기 두 개의 로드셀 센서에 연결되며, 상기 로드셀 센서 블록은 상기 연결부를 통하여 다른 센서 블록과 연결되는 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 두 개의 로드셀 센서는 상기 다른 센서 블록의 측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  15. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 가장 강성이 높은 하중 센서 블록이 상기 자유단에 인가되는 하중을 측정하게 하고, 상기 마그네틱 밸런스 센서 블록의 측정 범위에 상기 측정된 하중이 포함되는 경우, 상기 마그네틱 밸런스 센서 블록에 전류를 인가하여 하중을 측정하게 하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 센서 블록은 토크셀 센서 블록이고, 상기 적어도 하나의 변위 제한 장치는 각변위 제한 장치인 것을 특징으로 하는 복수의 측정 범위를 가지는 하중 센서.
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