KR100897536B1 - 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치 - Google Patents

외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100897536B1
KR100897536B1 KR1020070089049A KR20070089049A KR100897536B1 KR 100897536 B1 KR100897536 B1 KR 100897536B1 KR 1020070089049 A KR1020070089049 A KR 1020070089049A KR 20070089049 A KR20070089049 A KR 20070089049A KR 100897536 B1 KR100897536 B1 KR 100897536B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
elastic body
load
cantilever elastic
cantilever
Prior art date
Application number
KR1020070089049A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090010849A (ko
Inventor
신동용
Original Assignee
신동용
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 신동용 filed Critical 신동용
Publication of KR20090010849A publication Critical patent/KR20090010849A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100897536B1 publication Critical patent/KR100897536B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/13—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing having piezoelectric or piezoresistive properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G23/00—Auxiliary devices for weighing apparatus
    • G01G23/18—Indicating devices, e.g. for remote indication; Recording devices; Scales, e.g. graduated
    • G01G23/36—Indicating the weight by electrical means, e.g. using photoelectric cells
    • G01G23/37—Indicating the weight by electrical means, e.g. using photoelectric cells involving digital counting
    • G01G23/3707—Indicating the weight by electrical means, e.g. using photoelectric cells involving digital counting using a microprocessor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)

Abstract

외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치가 개시된다. 개시된 장치는 일 단이 고정되는 고정단이고 타 단은 하중에 따라 변형되는 변형단인 외팔보 탄성체; 상기 외팔보 탄성체 변형단의 일측면에 연결되는 제1 기판; 및 상기 외팔보 탄성체 유동단의 일측면에 연결되며 상기 제1 기판과 평행한 제2 기판을 포함하되, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에는 전기적인 패턴이 형성되며 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 하나에는 교류 전류가 제공되고 하중 측정 대상물에 하중에 상응하여 변형단이 변형될 경우 상기 제1 기판 또는 제2 기판 중 어느 하나에 발생하는 유도 전류를 이용하여 하중을 측정한다.
비접촉, 탄성체, 하중

Description

외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치{Non-contact Weight Measuring Device Using One Arm Elastic Element}
본 발명은 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 하중 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있는 하중 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래에 있어서, 하중 측정 장치로는 로드셀이 주로 이용되었다. 도 1은 종래의 로드셀 중 외팔보 탄성체를 이용한 로드셀의 단면도를 도시한 도면이고 도 2는 종래의 외팔보 탄성체를 이용한 로드셀의 상부 평면도(a) 및 하부 평면도(b)를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 외팔보 탄성체의 상 하부에는 고분자 본드를 이용하여 부착된 스트레인 게이지(10, 12, 14, 16)가 부착된다. 스트레인 게이지들은 전기적으로 연결되어 있으며, 하중이 가해질 경우 탄성체의 변형에 상응하여 변형된다.
도 3은 종래의 로드셀에 하중이 가해졌을 때 발생하는 변화를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 하중이 가해질 때 외팔보 탄성체는 변형을 일으키며 이에 따라 탄성체에 부착된 스트레인 게이지(10, 12, 14, 16) 역시 변형을 일으킨다.
전술한 바와 같이, 스트레인 게이지(10, 12, 14, 16)들은 서로 전기적으로 연결되어 있으며, 도 4는 스트레인 게이지들의 연결 상태를 회로적으로 표시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 스트레인 게이지들은 휘트스톤 브리지 회로가 되도록 연결이 되어 있으며, 서로 평형을 이루고 있을 때는 출력 전압이 0이 된다. 즉, 스트레인 게이지(10, 12, 14, 16)들은 회로에서 저항 성분으로 동작한다.
하중이 가해지면, 탄성체에 부착된 스트레인 게이지들은 팽창 또는 수축하게 된다. 저항은 도선의 단면적 및 길이에 따라 변화되는 바, 스트레인 게이지가 팽창 또는 수축함에 따라 각 스트레인 게이지의 저항값이 변경된다. 저항값이 변경될 경우 휘트스톤 브리지 회로의 평상 상태가 깨진다.
따라서, 도 4의 휘트스톤 브리지 회로에는 출력값이 발생하게 되며, 하중이 가해질때 발생하는 전기적인 출력값을 측정하여 탄성체에 가해진 하중을 측정한다.
스트레인 게이지는 본드에 의해 부착되나, 본드는 탄성체의 변형 시 탄성체의 변형율을 왜곡시키는 문제점이 있었으며 비정질 조직 구조를 가지고 있어서 기계적 특성이 균일하지 못한 문제점이 있었다.
또한, 스트레인 게이지 자체도 팽창 및 수축을 반복하면서 변형 특성이 변화되기 때문에 장시간 사용할 경우 그 정밀도가 떨어지는 문제점이 있었다.
이와 같은 스트레인 게이지에 의한 접촉식 하중 측정 방식의 문제점을 해결하기 위해 비접촉 하중 측정 장치가 본 출원의 발명자에 의해 등록특허 제589228호 에 제안되었다.
도 5는 종래의 비접촉 하중 측정 하중 측정 장치의 분해 사시도를 도시한 도면이고, 도 6은 종래의 비접촉 하중 측정 장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 종래의 하중 측정 장치는 탄성체(60), 측벽(62) 및 하부면(72)을 포함한다. 탄성체(60)에는 하중을 측정하려는 대상물이 놓여지며, 탄성체는 알루미늄, 스틸과 같은 탄성체로 이루어진다.
하중 측정 장치 내부에는 전기적인 패턴이 형성된 두 개의 기판(66, 68)이 구비된다. 도 6을 참조하면, 제1 기판(66)은 하중 측정 장치의 하부면에 결합되며, 제2 기판(68)은 탄성체(60)의 하부면에 결합된다.
제1 기판(66) 및 제2 기판(68)에는 전기적인 패턴이 형성되어 있다. 제1 기판(66)은 고정되어 있는 하부면에 결합되기 때문에 고정적으로 위치되며, 제2 기판(68)은 탄성체의 하부면에 결합되어 있으므로 하중이 가해질 경우 탄성체의 변형에 상응하여 그 위치가 변경된다. 탄성체(60)가 하중에 의해 변형될 때, 제2 기판(68)은 아래로 내려간다.
제1 기판(66) 또는 제2 기판(68) 중 어느 하나에는 교류 전류가 제공된다. 예를 들어, 제1 기판(66)의 패턴에 교류 전류가 제공될 경우, 제2 기판이 하중에 의해 하강하면 전자기적인 유도 현상에 의해 제2 기판의 패턴에 유도 전류가 발생한다. 예를 들어, 제2 기판(68)의 패턴에 교류 전류가 제공될 경우, 제2 기판(66)이 하중에 의해 하강하면 전자기적인 유도 현상에 의해 제1 기판(66)의 패턴에 유도 전류가 발생한다.
특허등록 제589228호에 개시된 비접촉 하중 측정 장치는 상술한 바와 같이 전자기적인 유도 현상에 의해 발생하는 유도 전류를 이용하여 비접촉 방식으로 하중을 측정하였다. 그러나 종래의 비접촉 하중 측정 장치는 사용에 의해 정밀도가 감소되는 종래의 스트레인 게이지의 단점을 해소할 수는 있었으나 양팔보 형태의 탄성체를 이용할 수 밖에 없어 높은 정밀도를 가지는 하중 측정이 어려운 문제점이 있었다.
도 5 및 도 6에 도시된 종래의 양팔보 형태의 비접촉 하중 측정 장치는 탄성체의 양단이 지지되는 구조로서 한단이 지지되는 도 1 및 도 2의 외팔보 형태의 탄성체에 비해 변형률과 변형량이 떨어진다. 도 5 및 도 6에 도시된 양팔보 형태의 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치가 충분한 변형량을 확보하려면 사이즈가 증가하여야 하며 탄성체의 사이즈가 작을 경우 충분한 변형량 확보가 어려워 상용화에 문제점이 있었다.
즉, 종래의 비접촉 하중 측정 장치는 사용에 따른 정밀도 감소라는 문제는 해결하였으나 양팔보 형태의 탄성체를 사용할 수 밖에 없는 구조로서 기본적인 정밀도 자체는 향상시킬 수 없어 방식의 효율성에도 불구하고 제품으로 상용화할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 하중 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 비접촉 하중 측정 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 외팔보 형태의 탄성체를 이용하여 비접촉 방식에 의해 하중을 측정할 수 있는 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외팔보 형태의 탄성체를 이용하여 양팔보 형태의 탄성체를 이용하는 경우에 비해 사이즈가 소형화된 비접촉 하중 측정 장치를 제안하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 일 단이 고정되는 고정단이고 타 단은 하중에 따라 변형되는 변형단인 외팔보 탄성체; 상기 외팔보 탄성체 변형단의 일측면에 연결되는 제1 기판; 및 상기 외팔보 탄성체 유동단의 일측면에 연결되며 상기 제1 기판과 평행한 제2 기판을 포함하되, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에는 전기적인 패턴이 형성되며 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 하나에는 교류 전류가 제공되고 하중 측정 대상물에 하중에 상응하여 변형단이 변형될 경우 상기 제1 기판 또는 제2 기판 중 어느 하나에 발생하는 유도 전류를 이용하여 하중을 측정하는 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치가 제공된다.
상술한 하중 측정 장치는, 상기 외팔보 탄성체의 변형단에 결합되며, 상기 외팔보 탄성체의 변형단과 상기 제1 기판을 연결하기 위한 제1 연결 부재; 상기 외팔보 탄성체의 고정단에 결합되며, 상기 외팔보 탄성체의 고정단과 상기 제2 기판을 연결하기 위한 제2 연결 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 연결 부재와 제1 기판 및 상기 제2 연결 부재와 제2 기판은 볼트 결합 또는 슬롯 결합 방식에 의해 연결될 수 있다.
또한, 상기 하중 측정 장치는, 상기 외팔보 탄성체 변형단의 타 측면에 연결되는 제3 기판; 상기 외팔보 탄성체 고정단의 타 측면에 연결되는 상기 제3 기판과 평행한 제4 기판을 더 포함하되, 상기 제3 기판 및 상기 제4 기판에는 전기적인 패턴이 형성된다.
또한, 상기 하중 측정 장치는 상기 제1 기판 및 제2 기판 패어에서 생성되는 유도 전류 및 상기 제3 기판 및 제4 기판 패어에서 생성되는 유도 전류를 이용하여 하중을 계산할 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 일 단이 고정되는 고정단이고 타 단은 하중에 따라 변형되는 변형단인 외팔보 탄성체; 상기 외팔보 탄성체 변형단의 일측면에 연결되는 제1 기판; 및 상기 제1 기판과 평행하고 소정 간격으로 이격되어 배치되며 고정 구조물에 결합되는 제2 기판을 포함하되, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에는 전기적인 패턴이 형성되며 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 하나에는 교류 전류가 제공되고 하중 측정 대상물에 하중에 상응하여 변형단이 변형될 경우 상기 제1 기판 또는 제2 기판 중 어느 하나에 발생하는 유도 전류를 이용하여 하중 을 측정하는 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치가 제공된다.
본 발명은 종래의 양팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치에 비해 하중 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 외팔보 탄성체를 이용하더라도 비접촉 방식에 의해 하중을 측정할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명에 의하면, 외팔보 형태의 탄성체를 이용하여 양팔보 형태의 탄성체를 이용하는 경우에 비해 사이즈가 소형화된 비접촉 하중 측정 장치를 제공할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 장치를 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치의 사시도를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치의 상부 평면도를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치는 외팔보 탄성체(700), 외팔보 탄성체의 일단에 결합되는 제1 브라켓(702), 외팔보 탄성체의 타단에 결합되는 제2 브라켓(702), 상기 제1 브라켓(702)의 일단에 결합되는 제1 기판(704), 상기 제2 브라켓(706)의 일단에 결합되는 제2 기판(706), 상기 제1 브라켓(702)의 타단에 결합되는 제3 기판(708), 상기 제2 브라켓(704)의 타단 에 결합되는 제4 기판(710)을 포함할 수 있다.
도 7에서, 외팔보 탄성체(700)에는 하중 측정을 위한 대상물이 B 위치에 놓여지며 외팔보 탄성체(700)는 하중 측정 대상물의 하중에 상응하여 변형된다. 대상물이 놓일 때, 외팔보 탄성체의 B에 상응하는 부분은 대상물에 하중에 따라 하강된다. 외팔보 탄성체는 수직 방향으로만 하강하는 것이 가장 바람직하나 약간의 수평 방향의 움직임이 존재하게 된다.
외팔보 탄성체(700)의 A 부분은 고정되며 대상물에 의해 하중이 가해지더라도 변형되지 않는다. 이하에서, A 부분을 외팔보 탄성체의 고정단이라고 하고 B 부분을 외팔보 탄성체의 변형단이라고 한다.
외팔보 탄성체(700)는 탄성력을 가진 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 알루미늄이나 스틸 재질로 이루어질 수 있다.
하중이 가해졌을 때 외팔보 탄성체가 변형되는 형태는 도 2에 도시된 것과 동일하다.
외팔보 탄성체(700)의 고정단에는 제1 브라켓(702)이 결합되며, 변형단에는 제2 브라켓(704)이 결합된다. 제1 브라켓(702) 및 제2 브라켓(704)은 유전체 재질로 이루어지는 것이 바람직하나 도전성 재질로 이루어져도 무방하다.
도 7을 참조하면, 제1 브라켓(702) 및 제2 브라켓(704)은 볼트 결합에 의해 외팔보 탄성체(700)의 고정단 및 변형단에 결합될 수 있으며, 결합 방식이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 브라켓 및 제2 브라켓과 같은 연결 부재는 별도로 결합될 필요 없 이 외팔보 탄성체의 성형 시 일체형으로 형성될 수도 있을 것이다.
제1 브라켓 및 제2 브라켓은 제1 내지 제4 기판(706, 708, 710, 712)을 외팔보 탄성체와 연결시키는 기능을 하며, 기판의 연결이 가능하다면 그 형태는 도 7에 도시된 형태에 한정되지 않는다.
제1 브라켓 및 제2 브라켓에는 기판을 결합하기 위한 암(702a, 702b, 704a, 704b)이 형성되어 있다. 제1 브라켓의 두 개의 암(702a, 702b)은 제1 기판(706) 및 제3 기판(710)을 결합하기 위한 암이며, 제2 브라켓의 두 개의 암(704a, 704b)은 제2 기판(708) 및 제4 기판(712)을 결합하기 위한 암이다. 암(702a, 702b, 704a, 704b)과 기판들(706, 708, 710, 712)은 볼트 결합 방식에 의해 결합될 수도 있으며, 암에 슬롯이 형성되어 기판을 상기 슬롯에 끼우는 형식으로 결합될 수도 있을 것이다. 물론, 상술한 바와 다른 다양한 결합방식이 사용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.
제1 기판 내지 제4 기판(706, 708, 710, 712)에는 전기적인 패턴(750)이 형성되며 여기서 전기적 패턴은 교류가 인가되거나 교류에 의해 유도 전류가 발생할 수 있는 금속 재질로 이루어진 패턴이다. 제1 기판 내지 제4 기판(706, 708, 710, 712)은 제1 브라켓(702) 및 제2 브라켓(704)에 의해 외팔보 탄성체(700)에 결합된다.
제1 기판(706) 및 제2 기판(708)은 외팔보 탄성체의 일측에서 서로 평행하게 마주보도록 결합되며, 제3 기판(710) 및 제4 기판(712)은 외팔보 탄성체의 타측에서 서로 평행하게 마주보도록 결합된다.
도 7에는 제1 내지 제4 기판(706, 708, 710, 712)의 사이즈가 외팔보 탄성체의 사이즈와 유사한 경우가 도시되어 있으나, 기판(706, 708, 710, 712)의 사이즈는 다양하게 변경될 수 있을 것이다. 종래의 비접촉 하중 측정 장치가 내부에 기판 이 구비되었던 것과는 달리 탄성체의 측면에 구비되므로 보다 다양한 사이즈 설정이 가능하다.
또한, 도 7에는 제2 기판(708)이 제1 기판(706)에 비해 외팔보 탄성체(700)에 가깝게 배치되고 제3 기판(710)이 제4 기판(712)에 비해 외팔보 탄성체(700)에 가깝게 배치되는 경우가 도시되어 있으나 제1 기판(706) 및 제2 기판(708)의 위치 관계 및 제3 기판(710) 및 제4 기판(712)의 위치 관계는 서로 바뀌어도 무방하다.
외팔보 탄성체(700)의 변형단에 대상물이 놓여져 하중이 가해지면, 변형단은 하중에 상응하여 아래로 하강하며, 고정단은 변형되지 않는다. 외팔보 탄성체(700)는 기본적으로 종래에 비접촉 하중 측정 장치에 사용되었던 양팔보 탄성체에 비해 변형량이 크므로 동일 하중이 가해지더라도 훨씬 많은 변형량을 가지게 된다.
외팔보 탄성체(700)가 변형될 경우, 외팔보 탄성체의 변형단에 결합된 제1 기판(706) 및 제3 기판(710)은 외팔보 탄성체(700)의 변형에 상응하여 아래로 하강한다. 반면에, 제2 기판(708) 및 제4 기판(712)은 외팔보 탄성체에 변형에 관계없이 그 위치가 고정된다.
즉, 외팔보 탄성체(700)가 변형될 경우, 제1 기판(706) 및 제3 기판(710)만이 움직이며 제2 기판(708) 및 제4 기판(712)은 고정되는 것이다. 이때, 제1 기판(706) 및 제3 기판(710)이 움직이는 범위는 가해지는 하중에 비례한다. 제1 기판(706) 및 제3 기판(710)은 외팔보 탄성체의 변형에 상응하여 움직이므로 수직 성분과 약간의 수평 성분을 가지고 움직이나 수평 성분의 움직임은 미비하다.
제1 기판(706) 및 제2 기판(708) 패어와 제3 기판(710) 및 제4 기판(712) 패 어는 각각 독립적으로 하중을 측정하는 모듈로 동작한다.
제1 기판(706) 및 제2 기판(708)의 패턴 중 어느 하나에는 교류 전류가 제공된다. 외팔보 탄성체의 변형에 상응하여 제1 기판(706)이 움직이고 제1 기판(706)의 패턴에 교류 전류가 제공될 경우 제2 기판(708)의 패턴에는 제1 기판(706)의 움직임에 의해 유도 전류가 발생한다. 이때, 제2 기판(708)의 패턴에 발생되는 유도 전류의 크기 또는 위상 변화는 대상물의 하중과 연관되며 제1 기판(706)에 발생하는 유도 전류의 크기 또는 위상을 감지하여 대상물의 하중을 측정한다. 물론, 교류 전류는 제2 기판(708)의 패턴에 제공될 수도 있으며, 이 경우에는 제1 기판(706)의 패턴에 유도 전류가 발생한다.
한편, 제3 기판(710) 및 제4 기판(712)의 패턴 중 어느 하나에도 교류 전류가 제공된다. 외팔보 탄성체의 변형에 상응하여 제3 기판(710)이 움직이고 제3 기판(710)의 패턴에 교류 전류가 제공될 경우 제4 기판(712)의 패턴에는 제4 기판(710)의 움직임에 의해 유도 전류가 발생한다. 이때, 제4 기판(712)의 패턴에 발생되는 유도 전류의 크기 또는 위상 변화는 대상물의 하중과 연관되며 제4 기판(712)에 발생하는 유도 전류의 크기 또는 위상을 감지하여 대상물의 하중을 측정한다. 물론, 교류 전류는 제4 기판(712)의 패턴에 제공될 수도 있으며, 이 경우에는 제3 기판(710)의 패턴에 유도 전류가 발생한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 기판 및 제2 기판 패어와 제3 기판 및 제4 기판 패어가 반드시 외팔보 탄성체의 양측에 결합될 필요는 없으며 어느 한측에만 기판 패어가 구비되어도 무방하다.
다만, 하나의 기판 패어가 구비될 경우 다음과 같은 문제점이 있다.
도 7을 참조하면, 외팔보 탄성체에 하중이 가해질 경우 제1 기판 또는 제3 기판은 대부분 y 성분 방향으로 하강하고 약간의 x성분에 대한 움직임이 있을 수 있다. 그런데, 외팔보 탄성체의 변형 시 의도하지 않은 z 성분 방향에 대한 움직임이 존재할 수도 있다.
만일, z 성분 방향에 대한 움직임이 존재하게 될 경우 제1 기판 및 제2 기판 사이의 거리 및 제3 기판 및 제4 기판 사이의 거리가 달라질 수 있다. 이와 같은 z 성분 방향에 대한 움직임은 기판 사이의 거리를 변경하게 함으로써 기판의 패턴에 발생하는 유도 전류에 큰 영향을 주게 된다. 예를 들어, 제1 기판은 약간 움직였으나 제1 기판과 제2 기판 사이의 거리가 짧아지면서 의도치 않게 큰 유도 전류가 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.
즉, 외팔보 탄성체(700)의 어느 한 측면에만 기판 패어가 구비될 경우, 외팔보 탄성체의 z 성분 방향에 대한 움직임으로 인해 잘못된 유도 전류가 발생할 수 있다.
그러나, 두 개의 기판 패어가 외팔보 탄성체의 양 측면에 구비되어 두 개의 기판 패어에서 발생하는 유도 전류를 함께 고려하여 탄성체의 하중을 측정할 경우 상술한 문제점을 해결할 수 있다.
예를 들어, 외팔보 탄성체에 하중이 가해질 때 z 성분 방향으로의 움직임이 있어 제1 기판(706)과 제2 기판(708) 사이의 거리가 가까워졌다고 가정한다. 유도 전류의 크기를 이용하여 하중을 측정하게 될 경우, 제1 기판(706) 및 제2 기 판(708) 패어에서는 의도치 않게 큰 유도 전류가 발생할 수 있다.
그러나, 제1기판(706) 및 제2 기판(708) 사이가 가까워지도록 외팔보 탄성체가 변형되면, 제3 기판(710) 및 제4 기판(712) 사이의 거리는 멀어진다. 즉 제1 기판과 제2 기판 사이가 가까워져 하중에 비해 큰 유도 전류가 발생하더라도 제3 기판 및 제4 기판 사이는 멀어져 하중에 비해 작은 유도 전류가 발생한다. 따라서, 제1 기판 및 제2 기판 패어와 제3 기판 및 제4 기판 패어에서 발생하는 유도 전류를 모두 고려하여(예를 들어, 두 유도 전류의 평균값) 하증을 측정할 경우 외팔보 탄성체가 의도치 않게 z 방향으로 변형을 일으키더라도 이로 인한 오류를 최소화할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판에 형성되는 패턴을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제1 기판(706) 및 제2 기판(708)에는 동일한 형태의 패턴이 형성된다. 패턴은 에칭, 프린팅, 스퍼터링 등과 같은 다양한 방식으로 형성될 수 있다.
도 9에는 구형 펄스 형태의 패턴이 도시되어 있으나, 패턴이 구형 펄스 형태에 한정되는 것은 아니며, 유도 전류가 발생할 수 있는 어떠한 형태의 패턴도 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 하나의 패턴에는 교류 전류가 제공되고 다른 하나의 패턴에는 교류 전류가 제공되지 않는다. 도 9에는 연속적인 패턴이 도시되어 있으나, 반드시 연속적일 필요는 없으며 일부가 단절된 다수 의 구형 펄스파형 패턴이 기판에 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하중 측정은 유도 전류의 크기를 이용한 하중 측정 및 유도 전류의 위상을 이용한 하중 측정이 모두 가능하며, 어떠한 물리량을 이용하는지에 따라 적절한 패턴이 형성될 수 있을 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 외팔보 탄성체에 하중이 가해질 때 제1 기판 및 제2 기판에 형성된 패턴들간의 위치 변동 관계를 도시한 도면이다.
제3 기판 및 제4 기판에 형성된 패턴들간에도 도 10에 도시된 것과 같이 위치 관계가 변동된다.
도 10에서 실선으로 표시한 것은 고정되는 기판은 제2 기판의 패턴이고 점선으로 표시한 것은 외팔보 탄성체의 변형에 따라 이동하는 제1 기판의 패턴이다. 제2 기판의 패턴에는 교류 전류가 제공되어 흐르는 상태라고 가정한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 하중이 가해지지 않으면, 제1 기판의 패턴은 제2 기판의 패턴에 비해 약간 낮으며 오른쪽으로 약간 치우치게 위치한다. 하중이 가해질 경우, 제1 기판의 패턴은 제2 기판의 패턴에 비해 상대적으로 아래로 내려간다. 도 10과 같이 제2 기판의 패턴이 하강할 경우, 제1 기판의 패턴 및 제2 기판의 패턴 사이에는 전자기적인 상호 작용이 발생하며, 이로 인해 전류가 흐르지 않는 제1 기판의 패턴에는 유도 전류가 발생한다.
유도 전류가 발생하는 제1 기판의 패턴은 별도의 신호 처리부와 전기적으로 연결되어 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리부의 구성을 도시한 블록도이 다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리부는 신호 변환부(1100), 하중 계산부(1104) 및 디스플레이부(1106)를 포함할 수 있다.
신호 변환부(1100)는 유도 전류 신호를 미리 설정된 형식으로 변환하는 기능을 한다. 일례로, 신호 변환부(1100)는 아날로그 신호인 유도 전류를 디지털 신호로 변환하고 노이즈 성분을 제거하는 신호 변환을 수행할 수 있다. 또한, 신호 변환부(110)는 유도 전류의 증폭을 수행할 수도 있다.
하중 계산부(1102)는 신호 변환부에서 출력되는 신호를 이용하여 대상물의 하중을 계산한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하중 계산부(1102)는 마이크로 프로세서를 이용하여 하중을 계산할 수 있다. 하중 계산부(1102)는 신호 변환부의 출력 신호의 크기 및 위상 정보를 이용하여 하중을 계산한다. 하중 계산부는 미리 설정된 계산 알고리즘을 이용하여 하중을 계산할 수도 있으며, 큰 정밀도가 요구되지 않을 경우 룩업 테이블을 이용하여 하중을 계산할 수도 있다.
디스플레이부(1104)는 하중 계산부에 의해 계산된 하중을 표시하는 기능을 한다. LCD, LED와 같은 다양한 표시 장치가 이용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치의 사시도를 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 도 7과 비교할 때 제2 기판(708) 및 제4 기판(712)의 결합 방식이 상이하다. 도 7에서, 제2 기판 및 제4 기판은 외팔보 탄성체의 고정단에 결합되었으나, 도 12의 실시예에서, 제2 기판(708) 및 제4 기판(712)은 별도의 고 정 구조물(1200)에 결합된다.
외팔보 탄성체에서 대상물이 놓이지 않는 고정단은 움직이지 않으나 보다 안정적인 고정 구조를 위해 위치가 고정되는 제2 기판(708) 및 제4 기판은 도 12와 같이 고정 구조물에 결합될 수도 있다.
도 1은 종래의 로드셀의 단면도를 도시한 도면.
도 2는 종래의 로드셀의 상부 평면도(a) 및 하부 평면도(b)를 도시한 도면.
도 3은 종래의 로드셀에 하중이 가해졌을 때 발생하는 변화를 도시한 도면.
도 4는 스트레인 게이지들의 연결 상태를 회로적으로 표시한 도면.
도 5는 종래의 비접촉 하중 측정 하중 측정 장치의 분해 사시도를 도시한 도면.
도 6은 종래의 비접촉 하중 측정 장치의 단면도를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치의 사시도를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치의 상부 평면도를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판에 형성되는 패턴을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 외팔보 탄성체에 하중이 가해질 때 제1 기판 및 제2 기판에 형성된 패턴들간의 위치 변동 관계를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리부의 구성을 도시한 블록도.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치의 사시도를 도시한 도면.

Claims (9)

  1. 일 단이 고정되는 고정단이고 타 단은 하중에 따라 변형되는 변형단인 외팔보 탄성체;
    상기 외팔보 탄성체 변형단의 일측면에 연결되는 제1 기판; 및
    상기 외팔보 탄성체 고정단의 일측면에 연결되며 상기 제1 기판과 평행한 제2 기판을 포함하되,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에는 전기적인 패턴이 형성되며 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 하나에는 교류 전류가 제공되고 하중 측정 대상물에 하중에 상응하여 변형단이 변형될 경우 상기 제1 기판 또는 제2 기판 중 어느 하나에 발생하는 유도 전류를 이용하여 하중을 측정하는 것을 특징으로 하는 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외팔보 탄성체의 변형단에 결합되며, 상기 외팔보 탄성체의 변형단과 상기 제1 기판을 연결하기 위한 제1 연결 부재;
    상기 외팔보 탄성체의 고정단에 결합되며, 상기 외팔보 탄성체의 고정단과 상기 제2 기판을 연결하기 위한 제2 연결 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 연결 부재와 제1 기판 및 상기 제2 연결 부재와 제2 기판은 볼트 결합 또는 슬롯 결합 방식에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외팔보 탄성체 변형단의 타 측면에 연결되는 제3 기판;
    상기 외팔보 탄성체 고정단의 타 측면에 연결되는 상기 제3 기판과 평행한 제4 기판을 더 포함하되, 상기 제3 기판 및 상기 제4 기판에는 전기적인 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 하나에서 생성되는 유도 전류 및 상기 제3 기판 및 제4 기판 중 어느 하나에서 생성되는 유도 전류를 이용하여 하중을 계산하는 것을 특징으로 하는 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치.
  6. 일 단이 고정되는 고정단이고 타 단은 하중에 따라 변형되는 변형단인 외팔보 탄성체;
    상기 외팔보 탄성체 변형단의 일측면에 연결되는 제1 기판; 및
    상기 제1 기판과 평행하고 소정 간격으로 이격되어 배치되며 고정 구조물에 결합되는 제2 기판을 포함하되,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에는 전기적인 패턴이 형성되며 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 하나에는 교류 전류가 제공되고 하중 측정 대상물에 하중에 상응하여 변형단이 변형될 경우 상기 제1 기판 또는 제2 기판 중 어느 하나에 발생하는 유도 전류를 이용하여 하중을 측정하는 것을 특징으로 하는 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 외팔보 탄성체의 변형단에 결합되며, 상기 외팔보 탄성체의 변형단과 상기 제1 기판을 연결하기 위한 제1 연결 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 외팔보 탄성체 변형단의 타 측면에 연결되는 제3 기판;
    상기 제3 기판과 평행하고 소정 간격 이격되어 배치되며 상기 고정 구조물에 결합되는 제4 기판을 더 포함하되, 상기 제3 기판 및 상기 제4 기판에는 전기적인 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 하나에서 생성되는 유도 전류 및 상기 제3 기판 및 제4 기판 중 어느 하나에서 생성되는 유도 전류를 이용하여 하중을 계산하는 것을 특징으로 하는 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치.
KR1020070089049A 2007-07-23 2007-09-03 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치 KR100897536B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070073595 2007-07-23
KR20070073595 2007-07-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090010849A KR20090010849A (ko) 2009-01-30
KR100897536B1 true KR100897536B1 (ko) 2009-05-15

Family

ID=40489954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070089049A KR100897536B1 (ko) 2007-07-23 2007-09-03 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100897536B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101133842B1 (ko) 2009-08-07 2012-04-06 (주)인벤티오 비접촉 하중 측정장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108593059B (zh) * 2018-05-30 2019-12-31 张阿宁 一种多梁式结构弹性元件

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950701068A (ko) * 1992-04-03 1995-02-20 하중 셀(Load cell)
JP2005114599A (ja) * 2003-10-09 2005-04-28 Kao Corp 荷重測定装置
KR20050066577A (ko) * 2003-12-26 2005-06-30 이의정 하중 측정 장치 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950701068A (ko) * 1992-04-03 1995-02-20 하중 셀(Load cell)
JP2005114599A (ja) * 2003-10-09 2005-04-28 Kao Corp 荷重測定装置
KR20050066577A (ko) * 2003-12-26 2005-06-30 이의정 하중 측정 장치 및 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101133842B1 (ko) 2009-08-07 2012-04-06 (주)인벤티오 비접촉 하중 측정장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090010849A (ko) 2009-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101691278B1 (ko) 휨 빔에 의해 지지되는 플랫폼 상의 하중 측정을 위한 모멘트 보상형 휨 빔 센서
JP3919748B2 (ja) エラストマー材料を含む位置センサ
EP3387402B1 (en) Load cell
US20050211003A1 (en) Foil strain gage
KR100897536B1 (ko) 외팔보 탄성체를 이용한 비접촉 하중 측정 장치
KR100972117B1 (ko) 하중 측정용 탄성체 및 이를 이용한 비접촉 하중 측정 장치
KR101179625B1 (ko) 휨 센서
US7690270B1 (en) Load measuring transducer using induced voltage for overcoming eccentric errors and load measuring system using the same
US7258028B2 (en) Load measuring transducer including elastic structure and gauge using induced voltage, and load measuring system using the same
JP2014109438A (ja) 起歪体、ロードセル、及び計量装置
US8082804B2 (en) Load measuring transducer using induced voltage for reducing measuring errors and load measuring system using the same
JPH02309223A (ja) 荷重変換器の誤差調整方法
CN211373491U (zh) 位移传感器
JP2008309578A (ja) ロードセル用起歪体、並びに、これを用いたロードセルユニット及び重量測定装置
KR100972118B1 (ko) 고하중 측정용 비접촉 하중 측정 장치
KR20170098541A (ko) 비접촉 변위 센서의 크립 보상 방법 및 이를 이용한 저울
JP6579965B2 (ja) 圧力センサ
KR101574017B1 (ko) 비선형 스트레인 모델에 기반한 로드셀 구조
US20240019291A1 (en) Scale, strain generating body, and load cell
EP0077163B1 (en) Transducers for providing an electrical signal representative of physical movement
JP2020193810A (ja) 荷重計、及び商品陳列棚
KR101085489B1 (ko) 온도에 의한 오차를 보정하기 위한 유도 전압을 이용한 하중 측정 트랜스듀서 및 그 트랜스듀서를 이용한 하중 측정 시스템
RU21659U1 (ru) Устройство для измерения силы
JP2000329611A (ja) 荷重測定装置
SU1397756A1 (ru) Тензометрический динамометр дл измерени поперечной силы

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120508

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee