KR20240011022A - Load measuring device with parallel semiconductor strain gauge - Google Patents

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Abstract

하중 측정 장치에 있어서, 대상물의 하중에 따라 변형되는 탄성변형체; 상기 탄성변형체의 상하면 중 적어도 일면에 부착되고, 브릿지 회로의 형태로 연결되는 N(2 이상의 정수)개의 반도체스트레인 게이지; 상기 탄성변형체의 상.하면 중 적어도 일면에 부착되고, 상기 N개의 반도체스트레인게이지 각각과 병렬로 연결되는 N개의 또 다른 반도제스트레인 게이지가 구비되고 탄성변형체의 온도보상회로가 브릿지 회로와 병렬적으로 종일 전원이 공급되는 하중측정 장치가 제공된다. A load measuring device comprising: an elastic deformable body that deforms according to the load of an object; N (an integer of 2 or more) semiconductor strain gauges attached to at least one of the upper and lower surfaces of the elastic deformable body and connected in the form of a bridge circuit; N other semiconductor strain gauges are attached to at least one of the upper and lower surfaces of the elastic deformable body and connected in parallel with each of the N semiconductor strain gauges, and the temperature compensation circuit of the elastic deformable body is connected in parallel with the bridge circuit. A load measuring device is provided that is powered all day long.

Description

병렬 반도체 스트레인게이지를 구비한 하중측정 장치{Load measuring device with parallel semiconductor strain gauge}Load measuring device with parallel semiconductor strain gauge

본 발명의 실시예는 병렬로 연결된 반도체 스트레인 게이지(Strain Gauge)를 이용한 하중 측정장치에 관한 것으로서, 여기전압을 감소시켜 오차발생 요인을 최소화하고 및 변형탄성체의 온도보상을 할 수 있는 하중측정 장치에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a load measuring device using semiconductor strain gauges connected in parallel, which minimizes error factors by reducing the excitation voltage and provides temperature compensation for the deformable elastic body. It's about.

스트레인 게이지(Strain Gauge)는 금속포일, 금속박막 또는 반도체등으로 이루진 기계적인 미세한 변화(Strain)를 전기신호로 변환해서 검출하는 센서로서 의미한다. 즉, 스트레인 게이지를 변형탄성체 또는 기계나 구조물의 표면에 부착시키면, 그 표면에서 생기는 미세한 치수의 변화, 즉, 스트레인을 측정하는 것이 가능하고, 측정값으로부터 강도나 안전성을 확인을 하는데 중요한 응력을 알 수 있다. 이러한 스트레인 게이지를 이용해 전자저울 및 계측기 등과 같이 하중을 측정하는 로드셀이 활용되고 있다. Strain gauge refers to a sensor that detects minute mechanical changes (strain) made of metal foil, metal thin film, or semiconductor by converting them into electrical signals. In other words, if a strain gauge is attached to a deformable elastic body or the surface of a machine or structure, it is possible to measure the minute dimensional changes that occur on the surface, that is, strain, and from the measured values, the stress that is important for confirming strength or safety can be known. You can. These strain gauges are used as load cells to measure load, such as in electronic scales and measuring instruments.

도 1 및 도 2는 종래의 하중 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.1 and 2 are diagrams showing the configuration of a conventional load measuring device.

도 1에 나탄 종래 기술을 살펴보면 Looking at the prior art shown in Figure 1,

로드셀은 하중에 따라 변형량이 변화하는 탄성변형체와 브리지 회로 100 과 주변회로 100 P를 구비한다. 브리지 회로 100은 단자 102~105와 변형계G1~G4와 제로 균형 조정 회로 20과 제로점 온도 보상회로 30과 구비해 주변 회로 100 P는 탄성변형체의 변형량의 온도 보상을 하는 탄성변형체 온도보상회로 10을 구비한다. 탄성변형체의 온도보상회로 10에는 서미스터 TH1 및 저항체 R11~R13가 이용되고, 탄성변형체의 변형량의 온도 특성을 보상한다. 또한 제로 균형 조정 회로 20에는 칩 저항 R21가 이용되어 영점 온도보상 회로 30에는 서미스터 TH2 및 칩 저항 R31,R32가 이용되는 중량측정 장치이다. The load cell includes an elastic deformable body whose deformation changes depending on the load, a bridge circuit 100, and a peripheral circuit 100P. The bridge circuit 100 is provided with terminals 102 to 105, strain gauges G1 to G4, a zero balance adjustment circuit 20 and a zero point temperature compensation circuit 30, and the peripheral circuit 100P is an elastic deformable body temperature compensation circuit 10 that provides temperature compensation for the amount of deformation of the elastic deformable body. Equipped with The thermistor TH1 and resistors R11 to R13 are used in the temperature compensation circuit 10 of the elastic deformable body, and compensate for the temperature characteristics of the amount of deformation of the elastic deformable body. In addition, the zero balance adjustment circuit 20 uses a chip resistor R21, and the zero point temperature compensation circuit 30 uses the thermistor TH2 and chip resistors R31 and R32.

도 2에 나탄 종래 기술을 살펴보면 로드셀의 변형 검출 수단 7은 변형체에 접착된 4개의 수직용 스트레인 게이지 SG 1~SG4를 포함해 구성되는 휘트스톤 브리지 회로를 구비하고, 휘트스톤 브리지 회로의 한 변에 변형체의 측면에 접착되는 수직용 스트레인 게이지 SG1와 수직용 스트레인 게이지 SG1가 접착된 측면에 인접하는 측면에 접착되는 수직용 스트레인 게이지 SG2가 포함되어 휘트스톤 브리지 회로의 한 변 대변에 수직용 스트레인 게이지 SG1가 접착된 측면의 배면인 측면에 접착되는 수직용 스트레인 게이지 SG3와 수직용 스트레인 게이지 SG2가 접착된 측면의 배면인 측면에 접착되는 수직용 스트레인 게이지 SG4를 포함해 구성되어 있는 로드셀이다.Looking at the prior art shown in FIG. 2, the strain detection means 7 of the load cell is provided with a Wheatstone bridge circuit including four vertical strain gauges SG 1 to SG4 attached to the deformable body, and a Wheatstone bridge circuit is provided on one side of the Wheatstone bridge circuit. A vertical strain gauge SG1 attached to the side of the deformable body and a vertical strain gauge SG2 attached to the side adjacent to the side to which the vertical strain gauge SG1 is attached are included, and a vertical strain gauge SG1 is attached to one side of the Wheatstone bridge circuit. It is a load cell consisting of a vertical strain gauge SG3, which is attached to the side that is the back of the side to which the vertical strain gauge SG2 is attached, and a vertical strain gauge, SG4, which is attached to the side that is the back of the side to which the vertical strain gauge SG2 is attached.

하나 상기 종래의 기술에 나타난 바와 같은 스트레인 게이지를 브리지 회로로 연결하여 브릿지 회로에서 출력되는 전압의 변화량으로 중량을 측정하는 브릿지 회로 기반 중량측정 장치에서는 브리지 회로에 전력을 공급하기 위해 지속적인 전압이 필요하다.However, in a bridge circuit-based weight measuring device that connects a strain gauge as shown in the prior art to a bridge circuit and measures weight by the change in voltage output from the bridge circuit, a continuous voltage is required to supply power to the bridge circuit. .

이를 여기전압이라 하며, 상기 도1에서는 Vdd단자에 공급되는 전압이며 도2에서는 “입력”에 공급되는 전압으로 통상 “여기전압” 이라한다 일반적으로는 여기전압은 3V~10V가 통용되고 있다. This is called the excitation voltage. In Figure 1, it is the voltage supplied to the Vdd terminal, and in Figure 2, it is the voltage supplied to the “input” and is usually referred to as “excitation voltage.” Generally, the excitation voltage is 3V to 10V.

높은 여기전압은 비례적으로 높은 출력 전압을 생성하지만, 발열로 인한 큰 에러를 초래하며 불안정한 여기 소스 때문에 발생하는 작은 변동은 측정의 정확성에 영향을 미칠 수 있다. A high excitation voltage produces a proportionally high output voltage, but it also introduces large errors due to heating, and small fluctuations due to unstable excitation sources can affect the accuracy of measurements.

따라서 여기전압은 안정적이고 3V~10V범위 내에서 분해능을 해치지 아니하는 범위에서 낮게 유지하는 것이 바름직하다.Therefore, it is advisable to keep the excitation voltage low enough to be stable and not impair resolution within the range of 3V to 10V.

하나 상기한 도1의 경우를 보면 브릿지회로의 각 변에는 스트레인게이지(G1~G4)와 이들과 직렬로 다수의 저항이 연결됨으로 인하여, 스트레인게이지(G1~G4)의 자체저항과 직렬로 연결된 저항들의 합성 저항값에 적합한 여기전압이 필요하게 되고 이로 인한 스트레인게이지(G1~G4)에서의 발열문제가 상존하고 있다. 또한 탄성변형체온도보상회로와 브릭지회로가 직렬로 연결됨으로 탄성변형체온도보상회로의 저항갑 변화가 브릿지에 공급되는 여기전압으로 적접 영향을 주게되어 여기전압 변동가능성이 상존 하고 있다.However, looking at the case of Figure 1 above, since strain gauges (G1 to G4) and a number of resistances are connected in series to each side of the bridge circuit, the resistance connected in series with the self-resistance of the strain gauges (G1 to G4) An excitation voltage suitable for the combined resistance value is required, and as a result, there is a problem of heat generation in the strain gauges (G1 to G4). In addition, since the elastic deformable body temperature compensation circuit and the bridge circuit are connected in series, the change in resistance of the elastic deformable body temperature compensation circuit directly affects the excitation voltage supplied to the bridge, so there is a possibility of excitation voltage fluctuation.

또한 도2에 나타난 바와 같이 하중의 크기와 휘스톤 브리지 회로의 출력값의 관계에서 하중 증가 시 출력 값의 증가곡선과 하중감소 시 출력값의 하강곡선의 최대한 일치되도록 하는 것이 바람직하나 스트레인게이지 특성 일치하지 아니하는 문제점이 상존하고 있다.In addition, as shown in Figure 2, in the relationship between the magnitude of the load and the output value of the Wheatstone bridge circuit, it is desirable to match the increasing curve of the output value when the load increases and the decreasing curve of the output value when the load decreases as much as possible, but the strain gauge characteristics do not match. Problems still exist.

도2의 종래 기술에서는 하중이 작용하는 방향이 다른 피측정 대상물의 수직방향과 수평방향의 변형율을 감지하는 스트레인게이지를 직렬로 연결한 로드셀이 제시되어 있다. 이 역시 상기한 도1에 나타난 종래의 기술처럼 스트레인게이지가 직렬로 연결됨으로 인하여 저항 증가에 따른 여기전압이 커지는 문제점을 가지고 있다. In the prior art of Figure 2, a load cell is presented in which strain gauges connected in series to detect strain rates in the vertical and horizontal directions of an object to be measured in different directions of load application are presented. This also has the problem that the excitation voltage increases due to an increase in resistance due to the strain gauges being connected in series, like the conventional technology shown in Figure 1 above.

1. 선행특허 문헌1: 일본 공개 특허 공보 특개 2008-151596(2008.07.03.)1. Prior Patent Document 1: Japanese Patent Publication No. 2008-151596 (July 3, 2008)

2. 선행특허 문헌2: 일본공개특허공보 특개2013-108792(2013.06.106)2. Prior patent document 2: Japanese Patent Publication No. 2013-108792 (2013.06.106)

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 하중 측정의 스트레인게이지에 인가되는 여기전압을 최소화 하면서 출력 특성을 보상할 수 있는 스트레인 게이지를 이용한 하중 측정 장치를 제안하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention proposes a load measurement device using a strain gauge that can compensate for output characteristics while minimizing the excitation voltage applied to the strain gauge for load measurement.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따르면, 하중 측정 장치에 있어서, 대상물의 하중에 따라 변형되는 탄성변형체; 상기 변형탄성체의 상하면 중 적어도 일면에 부착되고, 브릿지 회로의 형태로 연결되는 N(2 이상 의 정수)개의 제1 반도체 스트레인게이지; 상기 탄성변형체의 상하면 중 적어도 일면에 부착되고, 상기 N개의 제1스트레인게이지 각각과 병렬로 연결되는 N개의 제2 반도체스트레인 게이지가 구비되며, 여기전압을 감소시키기 위하여 브릿지 회로와 병렬적으로 동일전압이 인가되는 탄성변형체온도보상회로가 구비된 것을 특징으로 하는 하중 측정 장치가 제공된다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, a load measuring device includes: an elastic deformable body that deforms according to the load of an object; N (an integer of 2 or more) first semiconductor strain gauges attached to at least one of the upper and lower surfaces of the deformable elastic body and connected in the form of a bridge circuit; N second semiconductor strain gauges are attached to at least one of the upper and lower surfaces of the elastic deformable body and connected in parallel with each of the N first strain gauges, and are connected to the same voltage in parallel with the bridge circuit to reduce the excitation voltage. A load measuring device is provided, characterized in that it is provided with an applied elastic deformable body temperature compensation circuit.

본 발명에 따른 하중 측정 장치는 하중 측정의 출력 특성을 보상 할 수 있고 탄성변형체의 온도 변형에 따른 보상 및 스트레인게이지의 온도 특성 보상 뿐 만 아니라 반도체 스트레인게이지가 병렬로 연결됨으로 인하여 스트레인게이지가 포함된 브릿지부의 공급전압이 감소된다.The load measuring device according to the present invention is capable of compensating the output characteristics of the load measurement and not only compensates for the temperature deformation of the elastic deformable body and the temperature characteristics of the strain gauge, but also includes a strain gauge due to the semiconductor strain gauge being connected in parallel. The supply voltage of the bridge section is reduced.

브릿지회로에 인가되는 전압감소로 인한 하중측정 장치의 측정값에 대한 신뢰성을 향상 및 정밀 측정이 가능 하다. 또한 탄성변형체온도보상회로에 의한 브릿지 회로를 구동하는 여기전압의 영향을 배제 할 수 있다.By reducing the voltage applied to the bridge circuit, the reliability of the measured values of the load measurement device is improved and precise measurement is possible. Additionally, the influence of the excitation voltage driving the bridge circuit by the elastic deformable body temperature compensation circuit can be excluded.

도 1 및 도 2는 종래의 하중 측정 장치의 스트레인 게이지의 연결 상태를 회로적으로 표시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 하중 측정 장치의 스트레인 게이지 및 온도보상회로들 간의 연결 상태를 회로적으로 표시한 도면이다.
도4는 본 발명의 스트레인게이지들을 탄성변형체에 부착한 전면도(4a),평면도(4b) 저면도(4c)이다.1 and 2 are circuit diagrams showing the connection state of a strain gauge of a conventional load measuring device.
Figure 3 is a circuit diagram showing the connection state between the strain gauge and temperature compensation circuits of the load measuring device of the present invention.
Figure 4 is a front view (4a), top view (4b), and bottom view (4c) showing the strain gauges of the present invention attached to an elastic deformable body.

발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 종래의 기술과 중복되는 유사한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였으며 그 기능과 작용면에서 동일한 구성 요소에 대하여는 종래의 기술의 설명을 활용하였다. Since the invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In explaining each drawing, the same reference numerals are used for similar components that overlap with those of the prior art, and descriptions of the prior art are used for components that are identical in function and operation.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

여기서, 본 발명에서 설명하는 하중 측정 장치는 일례로 브릿지 회로의 네변에 스트레인게이지가 있는 것을 중심으로 설명하고, 2개인 것 또는 1개 것에서도 적용 할 수 있으며, 각각의 브릿지 회로의 입력전압과 스트레인게이지의 변형에 다른 저항값의 변화 등에 의하여 출력되는 전압의 크기를 연산하여 하중측정값을 추출하는 과정 및 수학적 수식은 종래의 기술과 동일 거나 본 분야에 관용적으로 사용되는 휘스톤 브릿지 원리와 동일함으로 그 설명을 생략 하였을 뿐이다. \\ Here, the load measuring device described in the present invention is explained with a focus on having strain gauges on the four sides of the bridge circuit as an example, and can be applied to two or one gauge, and the input voltage and strain of each bridge circuit. The process and mathematical formula for extracting the load measurement value by calculating the magnitude of the voltage output due to the change in resistance value due to the deformation of the gauge is the same as the conventional technology or the Wheatstone bridge principle commonly used in this field. The explanation was simply omitted. \\

또한 본 발명에서 도3에 나타난 바와 같은 탄성변형체의 상면과 하면에 스트레인게이지를 부착하는 구조를 제시하여 설명하고 있으나 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 본 분야에서 활용되는 탄성변형체라며 어떠한 형상에도 부착 될 수 있으며, 그 부착 위치 및 부착방법 역시 하중측정 장치의 특성에 따라 변경 적용 될 수 있고 종래의 공지된 기술이 사용 될 수 있는 것임을 밝혀둔다. In addition, in the present invention, a structure for attaching strain gauges to the upper and lower surfaces of the elastic deformable body as shown in Figure 3 is presented and explained, but this is for convenience of explanation. It is an elastic deformable body used in this field and can be attached to any shape. It should be noted that the attachment location and attachment method can also be changed depending on the characteristics of the load measuring device, and conventionally known techniques can be used.

이하에서는 도3에 나타난 본 발명의 하중 측정 장치의 스트레인 게이지 및 온도보상회로들 간의 연결 상태가 나타난 회로도의 각 구성요소에 대하여 설명한다.Hereinafter, each component of the circuit diagram showing the connection state between the strain gauge and temperature compensation circuits of the load measuring device of the present invention shown in Figure 3 will be described.

본 발명에 따른 하중 측정 장치는 하중에 따라 변형되는 탄성변형체(300)와 상기 탄성변형체(300)의 온도 특성을 보상하는 탄성변형체온도보상회로(10)와 상기 탄성변형체온도 보상회로(10)를 통해 소정의 전압이 공급되고 상기 탄성변형체(300)의 변형량에 따른 전위차를 출력하는 브리지 회로(100)를 구비하고,상기 탄성변형체온도 보상회로(10)는 서미스터(TH1)과 직열 또는 병렬로 연결된 저항들(R13,R12,R11,R14)이며, 브릿지회로(100)와는 도시하지 아니하는 전원장치에 의하여 동일 전압이 공급되는 병렬접속된 것이다.The load measuring device according to the present invention includes an elastic deformable body 300 that is deformed according to a load, an elastic deformable body temperature compensation circuit 10 that compensates for the temperature characteristics of the elastic deformable body 300, and the elastic deformable body temperature compensation circuit 10. A bridge circuit 100 is provided through which a predetermined voltage is supplied and outputs a potential difference according to the amount of deformation of the elastic deformable body 300, and the elastic deformable body temperature compensation circuit 10 is connected in series or parallel to the thermistor TH1. Resistors R13, R12, R11, and R14 are connected in parallel with the bridge circuit 100 to supply the same voltage by a power supply not shown.

또한 탄성변형체온도보상회로(10)는 저항인 R11과 써미스터(TH1)은 병렬로 접속되며 일단은 저항 R12와 직렬접속 되며, 저항 R12의 일단은 전원장치의 + 단자와 저항 R13과 연결 된다. In addition, in the elastic deformable body temperature compensation circuit 10, the resistor R11 and the thermistor (TH1) are connected in parallel, one end is connected in series with the resistor R12, and one end of the resistor R12 is connected to the + terminal of the power supply and the resistor R13.

또한 저항 R13의 타단은 병렬 접속된 저항인 R11과 써미스터(TH1)의 타단과 연결되고 저항 R14를 통하여 전원장치의 - 단자에 연결 된다.타단에 연결된다.Additionally, the other end of resistor R13 is connected to the other end of the parallel-connected resistor R11 and the thermistor (TH1), and is connected to the - terminal of the power supply through resistor R14. It is connected to the other end.

또한 탄성변형체온도 보상회로(10)의 R13과 R14의 사이에서 인출된 탄성변형체온도보상회로(10)의 출력은 후술하는 A/D 변환기(200)의 Vref로 입력되어 브릿지회로(100) 출력과 연산되어 탄성변형체(300)의 온도보상이 이루어지게 된다.In addition, the output of the elastomeric body temperature compensation circuit 10 drawn between R13 and R14 of the elastomeric body temperature compensation circuit 10 is input to the Vref of the A/D converter 200, which will be described later, and is connected to the output of the bridge circuit 100 and The calculation is performed to achieve temperature compensation of the elastic deformable body 300.

이들의 저항 R12, R13 및 R14는 미세 조정용 저항체로서 기능한다. R11~R14도 양의 온도 계수를 가진다. 즉 온도가 상승하면 저항값이 증가한다. These resistors R12, R13 and R14 function as resistors for fine adjustment. R11 to R14 also have positive temperature coefficients. In other words, as the temperature rises, the resistance value increases.

다음은 본 발명에서의 브릿지회로(100)는 여기전압을 공급받는 제1전원입력단자(102)와 제3전원입력단자(103) 그리고 스트레인게이지들의 변형량에 대응하여 입력된 여기전압의 변화량을 출력하는 제1출력단자(104)와 제2출력단자(105)를 구비한다.Next, the bridge circuit 100 in the present invention outputs the amount of change in the input excitation voltage in response to the amount of deformation of the first power input terminal 102 and the third power input terminal 103 and the strain gauges that receive the excitation voltage. It is provided with a first output terminal 104 and a second output terminal 105.

브릿지회로(100)는 도시하지 아니하는 전원장치에서 제1전원입력단자(102)와 제3전원입력단자(103)를 통하여 여기전압을 공급받게 된다.The bridge circuit 100 receives an excitation voltage from a power device (not shown) through the first power input terminal 102 and the third power input terminal 103.

브릿지회로(100)의 제1전원입력단자(102)와 제2출력단자(105) 사이에는 탄성변형체에 하중이 가하여지지 아니하는 상태의 특정온도에서 브릿지 출력이 영(Zero) 되도록 하는 온도특성을 보상하는 제1게이지온도보상부(30A)가 직렬로 연결된 제1스트레인게이지(G1)는 제1반도체스트레인게이지(Gf1)와 제2반도체스트레인게이지(Gs1)가 병렬로 연결된다.Between the first power input terminal 102 and the second output terminal 105 of the bridge circuit 100, there is a temperature characteristic that allows the bridge output to be zero at a specific temperature when no load is applied to the elastic deformable body. The first strain gauge (G1) to which the first gauge temperature compensation unit (30A) is connected in series is connected in parallel to the first semiconductor strain gauge (Gf1) and the second semiconductor strain gauge (Gs1).

제1스트레인게이지(G1)가 제1반도체스트레인게이지(Gf1)와 반도체스트레인게이지(Gs1)가 병렬로 연결됨으로 인하여, 제1반도체스트레인게이지(Gf1)와 제2도체스트레인게이지(Gs1)에 공급되는 전압을 직렬접속 일 때보다도 낮게 유지함으로 소비되는 전력이 감소됨으로 저항들에서 발생하는 열을 억제하는 효과가 있다. Since the first strain gauge (G1) is connected in parallel with the first semiconductor strain gauge (Gf1) and the semiconductor strain gauge (Gs1), the first strain gauge (G1) is supplied to the first semiconductor strain gauge (Gf1) and the second conductor strain gauge (Gs1). By keeping the voltage lower than when connected in series, the power consumed is reduced, which has the effect of suppressing the heat generated from resistors.

다음은 본 발명에서 제1게이지온도보상부(30A)는 탄성변형체(300)에 하중이 가하여지지 아니 하였을 경우 특정온도(통상 20 ℃)에서의 브릿지 회로(100)에서의 제1출력단자(104)와 제2출력단자(105)에서 출력이 영(Zero)이 될 수 있도록 하는 회로이다.Next, in the present invention, the first gauge temperature compensation unit (30A) is the first output terminal (104) of the bridge circuit (100) at a specific temperature (usually 20°C) when no load is applied to the elastic deformable body (300). ) and a circuit that allows the output from the second output terminal 105 to be zero.

제1게이지온도보상부(30A)는 서미스터 TH2a와 각 서미스터 TH2a에 직렬로 접속된 저저항의 칩 저항R31a와 서미스터 TH2a와 칩 저항 R31a의 합성 저항에 병렬로 저항 R32a가 연결된다. 서미스터 TH2a는 음의 온도 계수를 가지는 NTC서미스터이며 칩 저항 R31a~R32a는 양의 온도 계수를 가진다. 칩 저항으로서는 카본 피막 저항기, 금속 피막 저항기 및 산화금속피막 저항기 중 하나를 이용할 수 있다.The first gauge temperature compensation unit 30A includes the thermistor TH2a, a low-resistance chip resistor R31a connected in series to each thermistor TH2a, and a resistor R32a connected in parallel to the composite resistance of the thermistor TH2a and the chip resistor R31a. The thermistor TH2a is an NTC thermistor with a negative temperature coefficient, and the chip resistors R31a~R32a have a positive temperature coefficient. As the chip resistor, one of a carbon film resistor, a metal film resistor, and a metal oxide film resistor can be used.

또한 서미스터 TH2a와 직렬로 접속되는 저항 R3a1는 서미스터 TH2a로 흐르는 전류를 제어하는 기능을 가진다. 저항 R32a의 저항값을 고정하고 저항 R31a의 저항값을 크게 하면 서미스터 TH2a로 흐르는 전류가 감소하는 한편, 이 저항값을 작게 하면 서미스터 TH2a로 흐르는 전류가 증가한다. 또한 저항 R31a는 서미스터 TH2a로 흐르는 전류를 제한해 미세 조정하는 기능을 가진다. Additionally, resistor R3a1 connected in series with the thermistor TH2a has the function of controlling the current flowing into the thermistor TH2a. If the resistance value of resistor R32a is fixed and the resistance value of resistor R31a is increased, the current flowing into the thermistor TH2a decreases, while if this resistance value is decreased, the current flowing into the thermistor TH2a increases. Additionally, resistor R31a has the function of limiting and fine-tuning the current flowing to the thermistor TH2a.

제1게이지온도보상부(30A)는 전체적으로 음의 온도 계수를 가지는 감온 저The first gauge temperature compensation unit (30A) has an overall negative temperature coefficient.

항체로서 기능하고, 이것에 의해 변형계 G1~G4의 온도특성을 보상함과 동시에, 후술하는 제1균형조정저항(20A), 제2균형형조정회로(20B) 내의 각 저항 R21a,R21b의 온도 특성을 보상한다. 즉 스트레인게이들(G1,G2,G3,G4) 및 저항 R21a,R21b의 각 온도 특성은 양의 온도 계수를 가지기 때문에, 제1게이지온도보상부(30A)와 제2게이지온도보상부(30B)이 전체적으로 음의 온도 계수를 가지도록 제1게이지온도보상부(30A)와 제2게이지온도보상부(30B)의 서미스터 및 각 저항의 저항값을 조정함가능 하다. 즉 온도가 변화했을 경우에도 탕성변형체가 무하중 상태에서 단자 102와 단자 105 간,단자 105와 단자 103 간, 단자 103과 단자 104 간, 단자 104와 단자 102간을 연결하는 브리지 회로를 평형상태로 유지하는 것이 가능해진다.It functions as an antibody, thereby compensating the temperature characteristics of the strain systems G1 to G4, and at the same time, the temperature of each resistor R21a and R21b in the first balance adjustment resistor 20A and the second balance adjustment circuit 20B, which will be described later. Compensating characteristics. That is, since each temperature characteristic of the strain gauges (G1, G2, G3, G4) and resistors R21a and R21b has a positive temperature coefficient, the first gauge temperature compensation unit 30A and the second gauge temperature compensation unit 30B It is possible to adjust the resistance values of the thermistors and each resistor of the first gauge temperature compensation unit 30A and the second gauge temperature compensation unit 30B to have a negative temperature coefficient overall. In other words, even when the temperature changes, the bridge circuit connecting terminals 102 and 105, between terminals 105 and 103, between terminals 103 and 104, and between terminals 104 and 102 is maintained in an equilibrium state when the tangential deformable body is unloaded. It becomes possible to maintain

브릿지회로(100)의 제2전원입력단자(103)와 제2출력단자(105) 사이에는 탄성변형체에 하중이 가하여지지 아니하는 상태의 특정온도에서 브릿지 출력이 영(Zero) 되도록 하는 온도특성을 보상하는 제2게이지온도보상부(30B)와 직렬로 연결된 제2스트레인게이지(G2)는 제1반도체스트레인게이지(Gf2)와 제2반도체스트레인게이지(Gs2)가 병렬로 연결된다.Between the second power input terminal 103 and the second output terminal 105 of the bridge circuit 100, there is a temperature characteristic that allows the bridge output to be zero at a specific temperature when no load is applied to the elastic deformable body. The second strain gauge (G2), which is connected in series with the second gauge temperature compensation unit (30B), is connected in parallel with the first semiconductor strain gauge (Gf2) and the second semiconductor strain gauge (Gs2).

제2게이지온도보상부(30B)와 제2스트레인게이지(G2)는 모든 기능과 이들을 구성하는 부품의 사양 등이 상기한 제1게이지온도보상부(30A)와 제1스트레인게이지(G1)동일 함으로 그 설명을 생략한다.The second gauge temperature compensation unit (30B) and the second strain gauge (G2) have all the functions and specifications of their constituent parts the same as the first gauge temperature compensation unit (30A) and the first strain gauge (G1). The explanation is omitted.

브릿지회로(100)의 제1전원입력단자(102)와 제2출력단자(104) 사이에는 Between the first power input terminal 102 and the second output terminal 104 of the bridge circuit 100,

제4스트레인게이지(G4)는 제1반도체스트레인게이지(Gf4)와 제2반도체스트레인게이지(Gs4)가 병렬로 연결되어 일단이 제1전원입력단자(102)접속되며, 타단은 브릿지회로의 제1출력단자(105)와 제2출력단자(104)의 출력을“0”으로 조정하는 저항인 제1균형조정저항 (20A)와 연결되고 제1균형조정저항 (20A)의 타단은 제2출력단자(104)에 연결된다. The fourth strain gauge (G4) is a first semiconductor strain gauge (Gf4) and a second semiconductor strain gauge (Gs4) connected in parallel, one end is connected to the first power input terminal 102, and the other end is connected to the first power input terminal 102 of the bridge circuit. The output terminal 105 and the second output terminal 104 are connected to the first balance adjustment resistor (20A), which is a resistor that adjusts the output to “0”, and the other end of the first balance adjustment resistor (20A) is the second output terminal. Connected to (104).

브릿지회로(100)의 제2전원입력단자(103)와 제2출력단자(104) 사이에는 Between the second power input terminal 103 and the second output terminal 104 of the bridge circuit 100,

제3스트레인게이지(G3)는 제1반도체스트레인게이지(Gf3)와 제2반도체스트레인게이지(Gs3)가 병렬로 연결되어 일단이 제2전원입력단자(103)접속되며, 타단은 브릿지회로의 제1출력단자(105)와 제2출력단자(104)의 출력을“0”으로 조정하는 저항인 제2균형조정저항(20B)와 연결되고 제2균형조정저항 (20B)의 타단은 제2출력단자(104)에 연결된다. The third strain gauge (G3) is a first semiconductor strain gauge (Gf3) and a second semiconductor strain gauge (Gs3) connected in parallel, one end is connected to the second power input terminal 103, and the other end is connected to the first semiconductor strain gauge (Gs3) of the bridge circuit. The output terminal 105 and the second output terminal 104 are connected to a second balance adjustment resistor (20B), which is a resistor that adjusts the output of the second output terminal (104) to “0”, and the other end of the second balance adjustment resistor (20B) is the second output terminal. Connected to (104).

상기한 제2출력단자(105)는 A/D변환기(200)의 Vin- 단자로 연결되며 제2출력단자(104)는 A/D변환기의 Vin+ 단자에 연결된다. The above-described second output terminal 105 is connected to the Vin- terminal of the A/D converter 200, and the second output terminal 104 is connected to the Vin+ terminal of the A/D converter.

상기와 같이 하중측정 장치의 브릿지 회로에서 브릿지 회로에서 반도체스트레인게이지를 병렬로 접속함으로서, 브릿지회로에 공급되는 여기전압을 감소시킬 수 있고, 탄성변형체온도보상회로(10)와 브릿지회로(100)에 공급되는 전원을 병렬화 시킴으로서 탄성변형체온도보상회로(10)에서 야기 될 수 있는 여기전압의 변화를 최소화 시킬 수 있다.By connecting a semiconductor strain gauge in parallel in the bridge circuit of the load measuring device as described above, the excitation voltage supplied to the bridge circuit can be reduced, and the elastic deformable body temperature compensation circuit 10 and the bridge circuit 100 By paralleling the supplied power, the change in excitation voltage that may occur in the elastic deformable body temperature compensation circuit 10 can be minimized.

본 발명에서 A/D변환기(200)에서 브릿지회로 출력전압과 탄성변형체온도보상회로의 연산을 통하여 최종적으로 탄성변형체 가하여 지는 중량을 연산하는 것은 일본등록특허 제3352006호(2002.09.20.), 일본특허공개공보2013-108792호(2013.06.06.)등에 공지된 바와 같은 본 분야의 관용화 된 공지기술을 활용하는 것이어서 그 설명을 생략 한다. In the present invention, the final weight applied to the elastic deformable body is calculated through calculation of the bridge circuit output voltage and the elastic deformable body temperature compensation circuit in the A/D converter 200, Japanese Patent No. 3352006 (2002.09.20.), Japan. Since it utilizes known technologies that have become common in this field, such as those disclosed in Patent Publication No. 2013-108792 (2013.06.06.), the description thereof will be omitted.

10 : 탄성변형체온도보상회로
20A: 제1균형조정저항 20B: 제1균형조정저항
30A : 제1게이지온도보상부 30B : 제21게이지온도보상부
30C : 제3게이지온도보상부 30D : 제4게이지온도보상부
100 : 브리지 회로 200 : A/D변환기
300 : 탄성 변형체 101: 전원 입력단
G1:제1스트레인게이지 G2: 제2스트레인게이지 G3 :제3스트레인게이지 G4: 제4스트레인게이지10: Elastic deformable body temperature compensation circuit
20A: First balance adjustment resistor 20B: First balance adjustment resistor
30A: 1st gauge temperature compensation unit 30B: 21st gauge temperature compensation unit
30C: 3rd gauge temperature compensation unit 30D: 4th gauge temperature compensation unit
100: bridge circuit 200: A/D converter
300: elastic deformable body 101: power input terminal
G1: 1st strain gauge G2: 2nd strain gauge G3: 3rd strain gauge G4: 4th strain gauge

Claims (3)

하중측정 장치에 있어서,
대상물의 하중에 따라 변형되는 탄성변형체;
상기 탄성변형체에 부착되고, 브릿지 회로의 형태로 연결되는 N(2 이상의 정수)개의 출력용 스트레인 게이지; 및
상기 탄성변형체에 부착되고, 상기 N개의 출력용 스트레인 게이지 각각은 반도체 스트레인게이지 2개가 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는
병렬 반도체 스트레인게이지를 구비한 하중측정 장치.In the load measuring device,
An elastic deformable body that deforms according to the load of an object;
N (an integer number of 2 or more) output strain gauges attached to the elastic deformable body and connected in the form of a bridge circuit; and
It is attached to the elastic deformable body, and each of the N output strain gauges is characterized in that two semiconductor strain gauges are connected in parallel.
A load measuring device equipped with a parallel semiconductor strain gauge. 제1항에 있어서,
브릿지 회로에 공급되는 여기전압은 탄성 변형체온도 보상회로와 브릿지회로에 병렬적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 병렬 반도체 스트레인게이지를 구비한 하중측정 장치.According to paragraph 1,
A load measuring device equipped with a parallel semiconductor strain gauge, characterized in that the excitation voltage supplied to the bridge circuit is supplied in parallel to the elastic deformable body temperature compensation circuit and the bridge circuit. 제2항에 있어서,
탄성변형체온도 보상회로는 하중에 의하여 변형되지 탄성변형체 부위에 부착되는 것을 특징으로 하는 병렬 반도체 스트레인게이지를 구비한 하중측정 장치.
According to paragraph 2,
The elastic deformable body temperature compensation circuit is a load measuring device equipped with a parallel semiconductor strain gauge, characterized in that it is attached to the part of the elastic deformable body that is not deformed by the load.
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