KR20010030863A

KR20010030863A - 압력센서

Info

Publication number: KR20010030863A
Application number: KR1020007003549A
Authority: KR
Inventors: 슈터펠릭스; 마우러크리스챤
Original assignee: 어니스트 벨드뮬러 펠릭스 슈터; 해니 인스트루먼트 아게
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2001-04-16
Also published as: JP2001522031A; EP1019684B1; US6339962B1; JP4446263B2; DE59813198D1; WO1999019697A1; CN1120351C; CN1274420A; EP1019684A1; KR100572233B1

Abstract

본 발명의 압력센서에는 측정하고자 하는 하중을 수용하는 탄성적으로 변형 가능한 캐리어(10, 110)와, 가해지는 하중에 의한 캐리어(10, 110)의 변형에 따라 서로 다른 팽창량을 갖는 제 1과 제 2연신측정기(21, 31, 121, 131)가 배열되어 있다. 이 팽창길이의 차이는 측정하고자 하는 하중에 비례함으로 이것을 이용해 가해지는 하중의 강도를 측정할 수 있다. 본 발명에 따른 압력센서는 온도변화, 전자기적 장애, 인장력, 압력 및/또는 측정관의 축방향으로 가해지는 전단력 또는 측정관의 축방향에 대해 횡단으로 가해지는 전단력과 같은 외부영향을 거의 받지 않는다. 발명에 따른 압력센서가 다수 장착된 바퀴하중측정기는 반응시간이 짧아 주행하는 차량의 바퀴하중측정이 가능하다.

Description

압력센서 { FORCE SENSOR }

일 지점에 가해지는 하중을 측정하기 위한 압력센서는 다양한 형태가 공지되어있다. 하지만, 특히 바퀴하중(wheel load)을 측정하는 경우에는 일 지점에 대하여 가해지는 하중이 아니라 선 또는 면상에 작용하는 하중의 합(integral)을 측정하는 압력센서가 사용되어야 한다.

CH(스위스) 667 329(Haenni ＆ Cie 주식회사)호에는 선 형태로 가해지는 하중의 측정에 적합한 긴 튜브형의 압력센서가 장착된 측정기에 대해 개시되어 있다. CH 667 329호에 따른 저울은 위와 같은 복수의 압력센서를 병렬로 연결하는 것에 의해 면상에 가해지는 하중의 합을 측정할 수 있다. 하중 측정을 위해서는 탄력을 보유한 튜브내에 충진되어 있는 액체가 하중에 의해 변화되는 체적변화량을 측정하게 된다. CH 667 329호에 따른 저울은 바퀴하중측정기(wheel load scale)로 적합하지만 그 제작 공정이 복잡하고, 가격이 비교적 비싸다.

EP-A2-0 141 731(SFERNICE SOCIETE FRANCAISE DE L'ELECTRO- RESISTANCE)에는 탄성 변형이 가능한 긴 봉을 갖춘 압력센서에 대해 기술되어 있는데, 이것의 외주면에는 여러 개의 연신측정기가 1개 또는 복수의 나사선을 따라 배열되어 있다. 봉의 양쪽 단부에는 그 양쪽 단부에 작용하는 굽힘력이나 비틀림력 또는 전단력을 측정하기 위한 상호 움직임이 가능한 2개의 장치가 장착되어 있다. 이러한 압력센서는 측정하고자 하는 하중과 길항력(antagonistic force)이 점 형태로 봉의 끝 부분에 전달된다. 따라서, 선형 또는 면상으로 작용하는 하중을 측정해야 하는 바퀴하중측정기에는 EP-A2-0 141 731에 기재된 압력센서를 사용하는 것은 부적합하다.

본 발명은 고정된 또는 이동중인 바퀴의 하중을 측정(wheel load scale)할 수 있는 압력센서 및 이러한 압력센서가 장착된 압력측정장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력센서의 일부분을 보인 정면도.

도 2는 제1도에 따른 압력센서의 캐리어에 대한 설명을 위한 측면도.

도 3은 제1도에 따른 압력센서의 캐리어에 대한 종단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 압력센서의 일부분을 보인 사시도.

본 발명의 목적은 온도변화 또는 자기장 등과 같은 외부변화에 민감하게 반응하지 않으며, 특히, 주행중인 차량의 바퀴하중측정에 적합한 압력센서와 이 압력센서가 장착된 압력측정장치 또는 저울을 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적을 해결하는 방법은 별첨의 특허청구범위 제1, 14 및 16항의 대상이다.

본 발명에 따른 압력센서에는, 측정하고자하는 하중을 수용하도록 탄성적으로 변형이 가능한 캐리어가 포함되는데, 이 변형 가능한 캐리어에는 가해지는 하중에 따라 변형량이 서로 다른 제 1연신측정기 및 제 2연신측정기를 포함하고 있다. 상기 제 1및 제 2연신측정기의 길이변화의 차이는 측정하고자 하는 압력에 대한 기준으로 이용된다.

본 발명에 따른 해결방법은, 하중을 측정할 때에 제 1및 제 2연신측정기에서 측정된 측정값의 차이만이 이용되고 이것들의 절대값이 사용되지 않음으로 각각의 연신측정기에 영향을 미치는 외부의 장애요인(예: 온도변화)에 의해 측정결과의 오차가 발생되지 않는다는 장점이 있다.

캐리어는 막대 형태를 가지며, 일면이 거의 전체길이에 걸쳐 받침대에 의해 견고하게 지지되어 휘어지지 않도록 구성되는 것이 바람직하며, 측정하고자 하는 하중이 캐리어 축방향에 대해 주로 수직방향, 즉 받침대에 대해 수직방향으로 작용하게 된다. 따라서 캐리어는 하중이 작용할 때 하중의 작용방향으로 수축하고, 하중의 작용방향에 대해 수직, 즉 캐리어 횡방향으로 팽창하게 된다. 본 발명에 따르면, 상기 각각의 연신측정기는 제 1연신측정기에서는 수축량이 측정되고, 제 2의 연신측정기에 의해 팽창량이 측정될 수 있도록 배열된다.

캐리어에는 중공의 원형단면을 갖는 측정관이 포함되어 있다. 이 측정관의 중공에는 과부하보호장치로서 고체로 이루어진 원형단면을 갖는 막대가 설치된다. 이 원형막대의 직경은 다음 상황을 고려해 결정되어야 한다. 즉, 과부하 시 측정관의 내면은 측정관의 탄성한계에 도달하기 전에 적어도 일부분이 막대의 표면에 접촉해야 한다. 이렇게 함으로써 측정관의 소성 변형이 방지된다.

본 발명에 따른 바람직한 한 실시 예에 따르면, 제 1연신측정기는 측정관에 대해 동축을 갖는 대략 나사선의 형태를 갖는 제 1나사선의 형태를 가지며, 제 2연신측정기는 대략 나사선의 형태를 갖는 제 2나사선의 형태를 갖는데, 이 두 개의 나사선은 캐리어의 축둘레를 감싸고 진행하도록 배열되어 있다. 이때 나사선의 형태는 축방향에서 볼 때 각각 긴 지름부분과 짧은 지름부분이 나타나며, 제 1나사선의 긴지름부분 및 짧은 지름부분은 제 2나사선의 긴 지름부분과 짧은 지름부분에 대해 일정한 각도를 유지하게된다. 여기에서 제 1나사선의 긴 지름부분과 제 2나사선의 긴 지름부분 사이의 경사각과 제 1나사선의 짧은 지름부분과 제 2나사선의 짧은 지름부분이 이루는 각을 약 90°가 되도록 설계하는 것이 바람직하다. 또한, 이 제 1및 제 2나사선이 이중 나사선의 형태로 배열되는 것이 바람직하다.

4개의 연신측정기가 사용되는 본 발명에 따른 압력센서의 다른 실시예의 경우, 제 1연신측정기는 측정관의 축을 따라 사행(蛇行)하는 제 1점선과 같이 배열되는데, 여기에서 이 제 1점선은 주로 실린더형 측정관의 제 1사분면(quadrant segment)의 외측면 상에서 주로 진행된다. 제 2연신측정기는 측정관의 축을 따라 사행하는 제 2점선과 같이 배열되는데, 여기에서 이 제 2점선은 실린더형 측정관의 제 1사분면과 접하는 제 2사분면의 외측면 상에서 주로 진행된다. 이런 점선 형태로 배열된 연신측정기는 거의 직각인 파이프 측면에서 진행된다. 이 점선은 지그재그 형태, 톱니형태, 사행형태, 반원형태, 직각형태 또는 다른 사행하는 형태로 진행될 수 있다. 계속해서 제 3연신측정기는 제 2사분면과 접하는 제 3사분면의 외측면상의 제 3점선에서 진행하고, 제 4연신측정기는 제 3사분면과 접하는 제 4사분면의 외측면상의 제 4점선에서 진행된다. 4개의 연신측정기가 사용되는 이러한 배열방식의 경우 제 1연신측정기는 제 3연신측정기와 직렬로 연결되며, 제 2연신측정기는 제 4연신측정기와 직렬로 연결된다.

한 개의 면을 통해 거의 전체길이에 걸쳐 받침대에 의해 휘어지지 않도록 견고하게 지지되는 캐리어가 사용되는 본 발명의 다른 실시예의 경우, 상기 캐리어는 제 1리브가 장착된 상단면, 이 상단면에 대해 거의 평행하고 제 2리브가 장착된 하단면, 좌측면 그리고 우측면을 갖는다. 제 2리브는 제 1리브에 대해 거의 평행하며 이것에 대해 엇갈리게 배열되어 있다. 제 1연신측정기는 캐리어의 우측면에 배열되어 있고 상단면과 하단면 사이를 지그재그형태로 왕복하는데, 이것은 상단면의 제 1리브에서 하단면의 다음 리브로, 여기에서 다시 상단면의 다음 리브로, 여기에서 다시 하단면의 다음 리브로, 진행하는 형태로 계속된다. 제 2연신측정기는 캐리어의 좌측면에 배열되어 있고 상단면과 하단면 사이를 지그재그형태로 왕복하는데, 이것은 상단면의 2개의 리브의 중앙지점에서 하단면의 2개의 리브의 다음 중앙지점으로, 여기에서 다시 상단면의 2개의 리브의 다음 중앙지점으로 진행하는 형태로 계속된다. 상단면에 대해 수직으로 제 1리브에 하중이 가해질 경우 제 2리브를 통해 받침대상에 위치한 캐리어는 파형으로 변형되는데, 이때 제 1연신측정기는 수축되고 제 2연신측정기는 팽창된다. 한 면을 통해 전체길이에 걸쳐 받침대 위에 위치하는 캐리어와는 달리 리브에 의해 받침대 위에 놓여 있는 캐리어는 횡방향에서 뿐 아니라 축방향에서도 변형이 일어난다.

압력센서의 다른 실시예의 경우 연신측정기가 캐리어의 표면에 형성된 홈에 배열되는데 이때, 각각의 연신측정기는 전기적 절연재에 의해 홈에 고정될 수 있다.

연신측정기가 통상적으로 사용되는 저항선으로 이루어진 경우 충전재를 통해 저항선을 홈에 삽입함으로써 인장강도뿐 아니라 압축강도도 저항선을 통해 측정할 수 있다는 장점이 있다. 충전재는 압축력이 저항선에 정확하게 전달될 수 있도록 하는 기능을 한다. 이와는 달리 충전재로 채워지지 않는 경우 저항선으로 압축강도를 측정할 수 없는데, 그 이유는 이 저항선이 압력을 받지 않기 때문이다. 충전재로 고정되지 않은 저항선을 통해 홈의 신장뿐 아니라 수축도 측정하고자 한다면 홈의 수축 시에도 장력이 형성될 수 있도록 저항선에 초기인장응력(pretension)이 형성되어야 한다.

길이신장에 따라 전기적 저항이 변하는 전기적 도체를 연신측정기에 장착하는 것이 바람직하다. 전기도체로서 예를 들어 통상적으로 사용되는 전기저항선이 이용될 수 있는데, 전기저항선의 재질로 콘스탄탄을 사용하는 것이 바람직하다. 첫 번째와 두 번째 전기도체 사이의 저항비율을 측정하기 위해 본 발명에 따른 압력센서에는 미터브리지를 장착하는 것이 바람직하다. 발명에 따른 압력센서의 이런 실시예의 경우 반응시간이 매우 짧아 주행중인 차량의 바퀴하중을 측정하는데, 유리하게 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예의 경우 캐리어와 연신측정기에는 밀폐형 보호관이 설치되어 있는데, 이것의 재질로는 전기전도성 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 이런 실시 예에 따른 압력센서는 온도변화, 진동, 전자기적 장애, 습기, 먼지 등과 같은 외부영향으로부터 보호된다.

본 발명에 따른 압력측정장치에는 1개 또는 여러 개의 압력센서가 내장된다. 압력측정장치는 적어도 2개의 압력센서를 장착하는 것이 바람직하다. 이 2개의 압력센서는 각각 제 1과 제 2의 연신측정기를 갖는데, 여기에는 길이신장에 따라 전기적 저항이 변하는 전기적 도체와 미터브리지가 포함되어 있다. 미터브리지를 이용해 압력센서에 가해지는 모든 하중을 측정하기 위해 첫 번째 직렬회로에서 제 1연신측정기의 전기적 도체와 두 번째 직렬회로에서 제 2연신측정기의 전기적 도체가 사용된다.

본 발명의 다른 실시예의 경우 바퀴하중측정기에는 발명에 따른 압력측정장치가 내장되는데, 여기에는 측정되는 바퀴의 주행방향과 거의 일치하게 탄성적으로 변형이 가능한 캐리어가 설치되어 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따르면 바퀴하중측정기에는 다른 연결가능한 바퀴하중측정기와의 연결을 위한 연결장치가 설치될 수 있다. 이렇게 함으로써 여러 개의 이런 바퀴하중측정기를 서로 연결해 측정결과의 오차의 발생이나 측정이 이루어지지 않는 시각지대 없이 전체 도로 폭을 커버할 수 있다.

이하에서 첨부도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

원칙적으로 도면에는 동일부분에 대해 동일한 부호로 표시한다.

도 1에는 발명에 따른 압력센서의 바람직한 실시예의 일부분을 보인 정면도가 도시되어 있다. 이 압력센서에는 하중을 수용할 수 있도록 탄성적으로 변형 가능한 캐리어(10)가 포함되어 있는데, 이 캐리어에는 제 1연신측정기(21) 및 제 2연신측정기(31)가 설치되어 있다. 캐리어(10)의 재질로는 금속을 사용하는 것이 바람직하지만, 탄성을 갖는 또 다른 재료가 사용될 수 있다. 각각의 연신측정기(21, 31)는 저항선, 또는 예를 들어, 변형게이지(strain gauge)와 같은 연신측정기를 사용할 수 있다. 본 발명에 따르면, 각각의 연신측정기는 콘스탄탄 재질의 저항선으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이 콘스탄탄 저항선은 절연피복으로 절연되는 것이 바람직하다. 제2도와 제3도에는 도면의 이해를 돕기 위해 저항선(21, 31)이 제외된 캐리어(10)가 도시되어 있다.

캐리어(10)는 측정관이라 불리는 긴 파이프의 형태를 갖는데, 이것의 단면은 원형이며 내경은 d2, 외경은 d1이다. 저항선(21, 31)은 측정관의 외측벽에 형성된 홈(20, 30)에 배열되어 있다. 측정관의 외벽을 밀링 가공함으로써 홈(20, 30)을 형성시키는 것이 바람직하며, 이 홈은 복선의 나선과 유사한 형태로서, 홈(20, 30)들의 바닥선 즉, 홈의 가장 낮은 위치를 구성하는 직선들은 파이프 축방향에서 볼 때 대략 직사각형 형태로 나타나는데, 이것은 단면이 원형으로 나타나는 통상적인 나사의 나사선과는 다른 형태이다. 도 1에는 홈(20, 30)과 저항선(21, 31)이 도면상에 보이는 면에는 실선으로 보이지 않는 면에는 파선으로 도시되어 있다. 저항선(21, 31)은 홈(20, 30)의 바닥선에 주로 배설되어 있다. 파이프 축에서 홈의 이웃한 2개의 나사산사이의 간격이 측정관(10)의 외경(d1)에 거의 일치하도록 나사선의 피치(P)(도3참조)를 선택하는 것이 유리하다.

도 2에 도시된 바와 같이 홈(20)의 바닥선은 대략 직사각형 형태로서 2개의 수직선(24, 28)과 2개의 호형선(22, 26)으로 이루어진다. 준직사각형(22, 24, 26, 28)의 수직 팽창률은 수평 팽창률보다 큰데, 그 이유로는 수직선(24, 28)의 수직길이가 호형의 선(22, 26)의 수평길이보다 길다는 것과 준직사각형(22, 24, 26, 28)의 호형의 선(22, 26)이 외측으로 만곡 돌출되어 있어 수직 중심선상에서의 준직사각형의 수직팽창이 이것의 가장자리에서의 팽창보다 크다는 것을 들 수 있다. 이와 같이 홈(20)의 바닥선은 측면에서 볼 때 직선형의 수직면(24, 28)과 외측으로 휘어진 호형의 수평면(22, 26)으로 이루어진 대략 직사각형 형태를 이룬다.

한편, 제2도에 도시된 홈(30)의 바닥선은 측면에서 볼 때 직선형의 수평면(32, 36)과 호형의 수직면(34, 38)으로 이루어진 대략 직사각형 형태이다. 이 준직사각형(32, 34, 36, 38)의 수평 팽창률은 이것의 수직 팽창률보다 큰데, 그 이유로는 직선의 수평면(32, 36)의 수평길이가 호형의 선(34, 38)의 수직 길이보다 크다는 것과 준직사각형(32, 34, 36, 38)의 호형의 선(34, 38)이 외측으로 만곡돌출 되어 있어 수평 중심선상에서의 준직사각형의 수평팽창이 이것의 가장자리에서 팽창보다 크다는 것을 들 수 있다.

압력센서의 측정관(10)은 외력에 의한 측정관의 굽힘 변형을 방지하도록 받침대(도시되지 않음)위에 견고하게 지지되어 있다. 압력센서의 상부에서 측정관의 축방향과 직교하는 방향에서 소정의 하중이 가해질 경우, 측정관은 압축되며 파이프 축방향에 대해 횡방향으로 팽창하게 된다. 이로 인해 측정관(10)의 홈(20)에 권선되어 있는 저항선(21)이 초기인장응력에 의해 탄성복원하며 길이가 줄어들고, 이와 반대로 측정관(10) 둘레에 배열되어 있는 홈(30)에 권선되어 있는 저항선(31)은 탄성신장되어 길이가 늘어난다.

이로 인해 저항선(21, 31)의 전기적 저항은 서로 상반되게 변한다. 따라서 파이프 축방향에 대한 수직면(24, 28)과 수평면(32, 36)의 압축과 팽창을 측정할 수 있다. 이때 측정하고자 하는 하중이 파이프상의 임의의 위치에 가해져도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 측정시그널은 파이프 전체길이에서 측정하고자 하는 외력의 수직 벡터의 합에 대해 함수 관계에 있다.

양측의 저항선(21, 31)의 저항비율은 미터브리지에 의해 측정되며 압력센서에 대해 거의 수직으로 가해지는 외력의 합에 대해 비례한다. 본 발명의 이러한 실시 예에 따른 압력센서의 반응시간은 매우 짧기 때문에 바퀴하중측정기에 사용할 경우 33m/s(120km/h)의 속도로 주행하는 차량에서도 측정에 필요한 시간이 충분하며, 안전하게 바퀴하중측정기의 응답속도를 보장할 수 있다.

저항선(21, 31)은 홈(20, 30)에서 느슨하게 배열되어 있지 않으며, 이 저항선(21, 31)과 홈(20, 30)사이의 공간은 불순물의 유입이나 저항선의 이탈을 방지하기 위해 전기절연성 충전재로 채워지는 것이 바람직하다. 홈(20, 30)과 저항선(21, 31)사이의 충전재로는 에폭시수지가 적합한 것으로 알려져 있다.

지름이(d2)인 측정관(10)의 내부공간에는 과부하 방지를 위해 고체재질로 이루어진 막대(도시되지 않음)가 설치된다. 이 막대의 단면은 원형으로 그 직경은 다음 상황을 고려해 결정되어야 한다. 과부하 시 측정관(10)의 내측면은 측정관(10)이 탄성한계에 도달하기 전에 적어도 일부분이 막대의 표면에 접촉해야 한다. 이렇게 함으로써 측정관(10)의 소성 변형이 방지되어 압력측정 시 측정관(10)이 탄성한계 내에서만 변형된다.

압력센서 제작 시 우선 막대를 측정관(10)에 삽입하는 것이 유리하며 그 다음 압력센서 전구간에 걸쳐 과부하를 가한 후에 과부하를 제거하고 측정관의 영점을 조절해야 한다. 이때 가해진 과부하로 인해 측정관(10)에 작은 소성변형이 일어날 수 있는데, 이것은 후속단계인 영점조절 단계에서 참작되어야 한다. 따라서, 최초의 과부하를 크게 초과하지 않는 차후에 발생하는 과부하로 인해 추가적 소성변형이 일어나지 않게 되어 압력센서의 기능변화가 일어나지 않는다.

외부 장애요인들로부터 측정관(10)과 저항선(21, 31)을 보호하기 위해 밀폐형 보호관(도시되지 않음)이 설치될 수 있다. 보호관이 예를 들어 금속과 같은 전기도체로 이루어질 경우 이것은 패러데이 차폐관과 같은 기능을 한다. 이 경우 밀폐형 보호관으로 인해 측정관은 습기나 먼지 등 전자기적 장애와 같은 외부 장애요인으로부터 보호된다. 본 발명의 실시 예에서는 상기 보호관이 측정관(10)과 동일한 금속재질로 이루어진다. 보호관이 하중을 흡수할 경우 측정결과에 오차가 발생될 수 있는데, 이를 방지하기 위해 보호관의 측벽두께를 측정관(10)의 약 10분의 1로 설계해야 한다. 또한 보호관의 단면은 원형이 아니라 타원형이어야 하며 타원형의 단축과 가해지는 하중의 방향이 서로 일치해야 한다. 측정관 제작 시 단면이 원형이고 내경이 측정관(10)의 외경(d1)보다 큰 보호관을 우선 전 구간에 걸쳐 압착해 타원형 단면의 단축이 측정관(10)의 외경(d1)보다 조금 더 크게 될 수 있도록 조절하는 방식으로 보호관을 제작하는 것이 바람직하다. 그 다음 측정관(10)을 보호관 내로 삽입하고 보호관의 단축이 압력센서에 가해지는 하중의 방향과 일치하도록 조정한다. 측정관(10)의 삽입 시 보호관을 약간 확장시켜 보호관과 측정관 사이에 안정되고 균일한 접촉이 보장될 수 있도록 한다.

보호관의 두께는 측정관 두께의 1/10 정도로 얇고, 단면이 타원형임으로 보호관의 강성은 측정관 강성의 1%미만이다. 따라서 보호관에 의해 야기되는 측정값의 오차가 최소화될 수 있다.

도 1 내지 도 3에 표시된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력센서는 외부장애에 대해 매우 안정적이라는 장점을 갖는다. 예를 들어 관의 축방향 또는 횡방향으로 가해지는 인장력이나 압축력 또는 전단력과 같은 외부영향들과 온도변화는 양측 연신측정기에 동일하게 영향을 미치고 측정결과에는 큰 영향을 주지 않는데, 그 이유는 양측 연신측정기의 절대값이 아니라 이것들 사이의 측정값의 편차가 하중의 측정에 이용되기 때문이다. 측정관(10)과 저항선(21, 31)을 밀봉형 보호관을 통해 보호할 수 있음으로 압력센서를 먼지나 습기 또는 다른 외부영향으로부터 효과적으로 보호할 수 있고 압력센서의 기능을 장기적으로 양호하게 유지할 수 있다.

도 4에는 본 발명에 따른 압력센서의 다른 실시 예에 대한 일부분을 보인 사시도이다. 이 실시 예에서의 압력센서에는 하중을 수용할 수 있도록 탄성적으로 변형 가능한 캐리어(110)가 포함되어 있는데, 이 캐리어에는 제 1연신측정기(121) 및 제 2연신측정기(131)가 설치되어 있다. 캐리어(110)의 재질로는 금속을 사용하는 것이 바람직하지만, 탄성을 갖는 또 다른 재료를 사용하는 것도 가능하다. 각각의 연신측정기(121, 131)는 저항선 또는 예를 들어 변형게이지(strain gauge)와 같은 연신측정기를 사용할 수 있다. 본 발명에 따르면, 각각의 연신측정기(121, 131)는 콘스탄탄 재질의 저항선으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이 콘스탄탄 저항선은 절연피복으로 절연되는 것이 바람직하다.

캐리어(110)는 단면이 직사각형인 긴 각봉과 같은 형태로서 여기에는 상단면(112)과 하단면(116), 우측면(114)과 좌측면(116)이 포함되어 있다. 도 4에는 캐리어(110)의 양단이 생략되어 있다.

캐리어(110)의 상단면(112)에는 위쪽으로 제 1리브(141, 142)가 설치되어 있는데, 이것들은 캐리어 축방향에 대해 횡단하는 방향으로 서로 평행하게 일정간격을 두고 배열되어 있다. 캐리어(10)의 하단면(116)에는 제 2리브(151, 152)가 제 1리브(141, 142)에 대해 서로 엇갈리게 배열되어 있고, 이때 각각의 제 2리브(151)는 2개의 제 1리브(141, 142)사이의 중앙지점에 위치하게 된다.

제 1저항선은 캐리어(110)의 우측면(114)에 형성된 제 1홈(120)에 설치된다. 이 제 1홈(120)은 지그재그형태로 상단면(112)과 하단면(116)사이를 왕복하는데, 여기에서 이 제 1홈(120)은 상단면(112)의 제 1리브(141)에서 하단면(116)의 제 2리브(151)로, 여기에서 다시 상단면(112)의 제 1리브(142)로, 다시 여기에서 하단면(116)의 제 2리브(152)로 진행하는 형태로 상단면과 하단면 사이에서 지그재그로 진행된다.

제 2저항선(131)은 캐리어(110)의 좌측면(118)에 형성된 제 2홈(130)에 설치된다. 이 제 2홈(130)은 지그재그형태로 상단면(112)과 하단면(116) 사이를 왕복하는데, 여기에서 이 제 2홈(130)은 상단면(112)의 두 개의 제 1리브(141, 142)의 중앙지점에서 하단면(116)의 다음 두 개의 제 2리브(151, 152)의 중앙지점으로, 여기에서 다시 상단면(112)의 다음 두 개의 제 1리브의 중심으로 진행한다. 우측면에서는 이 두 개의 홈(120, 130)이 서로 교차하는 지그재그선으로 나타난다.

캐리어(110)는 제 2리브(151, 152)가 굽힘이 발생되지 않도록 받침대(도시되지 않음)에 의해 견고하게 접촉 지지되어 있다. 측정하고자 하는 하중은 주로 상단에서 수직으로, 즉, 캐리어(110)의 상단면(112)에 대해 수직으로 캐리어(110)의 상단면(112)의 제 1리브(141, 142)에 가해진다.

따라서, 캐리어(110)는 파형으로 변형되어 제 1홈(120)과 제 1저항선(121)이 수축되고 제 2홈(130)과 제 2저항선(131)은 신장된다. 이 양측 저항선(121, 131)에서 발생하는 저항 시그널의 평가는 도 1내지 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시 예와 동일한 방식으로 이루어진다.

도 4에 도시된 본 발명의 실시 예와 유사한 변형의 경우 캐리어는 이중의 T자형 캐리어 형태로서 여기에는 상단붐(upper boom)과 하단붐 그리고 이 상단붐과 하단붐을 연결하는 바(bar)가 설치되어 있다. 도 4에 도시된 실시 예에서와 유사하게 상단붐과 하단붐에는 서로 엇갈리게 배열된 횡단 리브가 장착되어 있다. 저항선은 이 상단붐과 하단붐 사이에서 현수 형태로 지그재그로 진행된다. 따라서 저항선의 수축 시에도 긴장될 수 있도록 초기인장응력이 저항선에 형성되어 있어야 한다.

주행 또는 정지중인 차량의 바퀴하중측정에 적합한 본 발명에 따른 압력측정장치 또는 저울(여기에서는 도시되지 않음)에는 본 발명에 따른 압력센서가 복수개 장착되어 있다. 파이프 형태의 압력센서는, 압력센서의 받침대를 형성하는 거의 수평인 기초판과 측정면을 형성하는 거의 수직인 커버플레이트 사이에서 서로 평행하게 배열되어 있음으로 바퀴하중측정기를 통해 측정면에 수직으로 가해지는 모든 하중의 합을 측정할 수 있다. 각 압력센서의 수평 및 수직 권선 형태의 저항선은 다른 압력센서의 상응하는 코일 와이어와 직렬로 연결되어 있음으로 단 1개의 미터브리지 회로를 통해 측정면에 수직으로 가해지는 모든 하중을 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 바퀴하중측정기의 다른 실시 예에 압력센서의 모든 측정관이 서로 평행하게 차량의 주행방향으로 배열되어 있으며, 이외에도 이 바퀴하중측정기를 다른 연결가능한 바퀴하중측정기와 주행방향에 대해 횡단방향으로 서로 연결하기 위해 연결장치가 제공된다. 따라서 예를 들어, 측정결과의 오차나 측정되지 않는 사각지대 없이 전체 도로 폭을 커버하기 위해 여러 개의 이런 바퀴하중측정기를 서로 연결할 수 있다. 전체 도로 폭에 배열된 이런 바퀴하중측정기를 이용하면 차량이 도로 폭의 어떠한 지점을 통과하든지 관계없이 통과차량의 바퀴하중을 정확하게 측정할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 온도변화, 진동, 전자기적 장애나 먼지 등과 같은 외부 장애요인에 거의 영향을 받지 않으며 측정시간이 짧은, 특히 주행중인 차량의 바퀴하중측정에 적합한 압력센서와 이런 압력센서가 장착된 압력측정장치를 제공할 수 있다.

이상에서 기술된 발명에 대한 상세한 설명은 발명에 대한 이해를 돕기 위한 실례일 뿐이며, 특허의 보호범위의 제한으로 이해되지 않아야 한다. 당업계에서 통상의 지식을 가진자라면 이하의 특허청구범위를 통해 본 발명의 범위에 속하는 다른 바람직한 실시 예와 특징의 조합을 인식할 수 있을 것이다.

Claims

측정하고자하는 하중을 수용할 수 있도록 탄성적으로 변형 가능한 캐리어(10, 110)가 포함되고, 이 변형 가능한 캐리어에는 하중에 의해 야기되는 캐리어(10, 110)의 변형에 따라 제 1과 제 2연신측정기(21, 31, 121, 131)의 서로 다른 길이팽창이 이루어질 수 있도록 제 1과 제 2연신측정기(21, 31, 121, 131)가 배열된 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 1항에 있어서, 상기 캐리어(10)는 막대 형태를 가지며, 일면이 거의 전체길이에 걸쳐 받침대에 의해 견고하게 지지되어 휘어지지 않도록 구성되는 것이 바람직하며, 측정하고자 하는 하중이 캐리어 축방향에 대해 주로 수직방향, 즉 받침대에 대해 수직방향으로 작용하게 되며, 캐리어(10)는 하중의 작용방향으로 수축하고, 하중의 작용방향에 대해 수직, 즉 캐리어의 횡방향으로 팽창하게 되고, 상기 각각의 연신측정기는 제 1연신측정기(21)에서는 수축량이 측정되고, 제 2의 연신측정기(31)에 의해 팽창량이 측정될 수 있도록 배열 연신측정기가 배열된 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 2항에 있어서, 상기 캐리어에는 중공의 원형단면을 갖는 측정관(10)을 포함하며, 이 측정관의 중공에는 과부하보호장치로서 고체로 이루어진 원형단면을 갖는 막대가 설치되고, 이 원형막대의 직경은 과부하 시 측정관(10)이 탄성한계에 도달하기 전에 측정관의 내면중 적어도 일부분이 막대의 표면에 접촉할 수 있는 크기를 가는 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 2항 또는 제 3항에 있어서, 제 1연신측정기(21)는 측정관(10)과 동축을 갖는 제 1나사선(20)의 형태를 가지며, 제 2연신측정기(31)는 동축성의 제 2나사선(30)의 형태로서 캐리어의 축둘레를 감싸고 진행하도록 배열되며, 이때 축방향에서 볼 때 나사선(20, 30)의 형태는 각각 긴 지름부분과 짧은 지름부분이 나타나며, 제 1나사선(20)의 긴 지름부분 및 짧은 지름부분은 제 2나사선(30)의 긴 지름부분과 짧은 지름부분에 대해 일정한 각도의 경사를 갖는 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 4항에 있어서, 상기 제 1및 제 2나사선(20, 30)은 이중나사선의 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 제 1연신측정기는 측정관의 축방향으로 사행(蛇行)하는 제 1점선에 따라 배열되며, 여기에서 이 제 1점선은 주로 실린더형 측정관의 제 1사분면(quadrant segment)의 외측면 상에서 주로 진행되고, 상기 제 2연신측정기는 측정관의 축을 따라 사행하는 제 2점선에 따라 배열되며, 여기에서 이 제 2점선은 실린더형 측정관의 제 1사분면과 접하는 제 2사분면의 외측면 상에서 주로 진행되는 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 1항에 있어서, 상기 캐리어(110)는 제 1리브(141, 142)가 장착된 상단면(112), 상단면(112)에 대해 거의 평행하고 제 2리브(151, 152)가 장착된 하단면(116), 좌측면(118) 그리고 우측면(116)을 가지며, 이때 제 2리브(151, 152)를 통해 받침대와 접촉하는 캐리어(110)의 상단면(112)에 대해 거의 수직으로 제 1리브(141, 142)에 가해지는 하중에 의해 파형으로 변형되도록 제 2리브(151, 152)가 제 1리브(141, 142)에 대해 거의 평행하고 엇갈리게 배열되고, 우측면(114)에서 지그재그형태로 제 1리브(141, 142)에서 제 2리브(151, 152)로 진행되는 제 1연신측정기(121)는 수축되고, 좌측면(118)에서 지그재그 형태로 제 1리브(141, 142) 사이의 중앙지점에서 제 2리브(151, 152) 사이의 중앙지점으로 진행하는 제 2연신측정기(131)는 팽창되는 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항 또는 복수항에 있어서, 상기 연신측정기(21, 31, 121, 131)가 캐리어(10, 110)의 표면에 형성된 홈(20, 30, 120, 130)에 배열되는 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 8항에 있어서, 상기 연신측정기(21, 31, 121, 131)가 설치된 홈(20, 30, 120, 130)이 전기적 절연재로 채워지는 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항 또는 복수항에 있어서, 상기 연신측정기(21, 31, 121, 131)에는 길이변화에 따라 전기적 저항이 변하는 전기 도체(21, 31, 121, 131)인 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 10항에 있어서, 상기 전기 도체인 연신측정기(21, 31, 121, 131)는 주로 콘스탄탄 재질로 이루어지는 저항선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 10항 또는 제 11항에 있어서, 가해지는 하중을 측정하는 수단으로서, 제 1연신측정기(21, 121)와 제 2연신측정기(31, 131)에 전기 도체사이의 저항 비율을 측정하기 위해 미터 브리지 회로를 설치하는 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항 또는 복수항에 있어서, 상기 캐리어(10, 110)와 각각의 연신측정기(21, 31, 121, 131)가 밀폐형 보호관에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 압력센서.
제 1항 내지 제 13항에 따른 압력센서가 최소한 1개 이상 장착된 압력측정장치, 특히 저울에 있어서, 압력센서에는 하중을 수용하는 탄성적으로 변형이 가능한 캐리어(10, 110)가 포함되어 있고, 이 캐리어에는 가해지는 하중에 의한 탄성 변형이 연신측정기(21, 31, 121, 131)간의 길이차이로 전환될 수 있도록 제 1연신측정기(21, 121)와 제 2연신측정기(31, 131)가 배열되는 것을 특징으로 하는 압력측정장치.
제 14항에 있어서, 상기 압력측정장치에 적어도 2개의 압력센서가 장착되며, 이 2개의 압력센서는 각각 제 1연신측정기(21, 121)와 제 2연신측정기(31, 131)로 구성되는데, 이들은 길이신장에 따라 전기적 저항이 변하는 전기적 도체로 형성되고, 적어도 1개의 미터브리지가 설치되는데, 이 미터브리지를 이용해 압력센서가 가해지는 모든 하중을 측정하기 위해 첫 번째 직렬회로에서 제 1연신측정기의 전기적 도체와 두 번째 직렬회로에서 제 2연신측정기가 전기적 도체로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력측정장치.
제 14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 캐리어(10, 110)는 거의 직선형태이며 측정하고자 하는 바퀴의 주행방향과 일치하게 배열되는 것을 특징으로 하는 바퀴하중측정기.
제 16항에 있어서, 상기 바퀴하중측정기는 다른 연결가능한 바퀴하중측정기와의 연결을 위한 연결장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 바퀴하중측정기.