NO791775L

NO791775L - CAPACITIVE LOAD CELL AND PROCEDURE FOR ITS MANUFACTURE

Info

Publication number: NO791775L
Application number: NO791775A
Authority: NO
Inventors: Howard Bradbury Lewis
Original assignee: Nat Controls
Priority date: 1978-05-30
Filing date: 1979-05-29
Publication date: 1979-12-03
Also published as: ZA792588B; GB2023843A; AR216848A1; FR2427592A1; JPS5513894A; DK220879A; CA1112893A; AU4751379A; DE2921614A1; GB2023843B; SE7904630L; AU521893B2; BR7903277A

Description

Kapasitiv belastningscelle og fremgangsmåte for dens fremstilling. Capacitive load cell and method for its manufacture.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt krafttransduktorer og nærmere bestemt en belastningscelle av den type som har en elektrisk kapasitans avhengig av en påtrykket kraft, slik som vekten av en last. The present invention generally relates to force transducers and more specifically to a load cell of the type which has an electrical capacitance dependent on an applied force, such as the weight of a load.

Oppfinnelsen finner særlig anvendelse i forbindelse med elektroniske vekter, særlig vekter som tilveiebringer et digitalt utgangssignal eller en vektfremvisning. Belastningsceller som hittil er tilveiebragt for anvendelse i slike vekter har stort sett innbefattet bøye-elementer av materialer som oppviser hysterese og kryp og som kan bevirke unøyaktige avlesninger eller på annen måte begrense nøyak-tigheten og oppløsningen av vektene. The invention finds particular application in connection with electronic scales, especially scales which provide a digital output signal or a weight display. Load cells that have hitherto been provided for use in such scales have mostly included bending elements of materials that exhibit hysteresis and creep and which can cause inaccurate readings or otherwise limit the accuracy and resolution of the scales.

Det er funnet at et keramisk materiale, som hittil ble ansett å være for sprøtt for anvendelse i bøye-elementer, oppviser praktisk talt perfekt elastisitet ved romtemperatur og andre temperaturer innenfor området i hvilket vektene normalt anvendes. En belastni-ningscelle som har. et bøye-element av keramisk materiale,er blitt It has been found that a ceramic material, hitherto considered too brittle for use in bending elements, exhibits practically perfect elasticity at room temperature and other temperatures within the range in which the weights are normally used. A load cell which has a bending element made of ceramic material has become

■ funnet å være stort sett fritt for hysterese og kryp og tilveiebringe betydelig mer nøyaktige avlesninger og større oppløsning enn belastningsceller som anvender vanlige materialer. ■ found to be largely free of hysteresis and creep and to provide significantly more accurate readings and greater resolution than load cells using conventional materials.

Oppfinnelsen tilveiebringer en kapasitiv belastningscelle som har en første plate montert i en fast posisjon og en andre plate montert på en arm av keramisk materiale, i motvendende forhold med den første platen. Belastninger som påtrykkes belastningscellen vil bevirke den keramiske armen til å bøye seg, hvorved avstanden mellom platen endres for å tilveiebringe en kapasitans som korresponderer med belastningen. I en foretrukket utførelsesform, er et legeme dannet av en.blokk av keramisk materiale med et par stort jsett stive1 ytre armer og en relativt bøyelig sentral arm. Metalr liserings lag er dannet på de sentrale armer, og s tatorplater- - bæres av de ytre armene i et motvendende forhold med metalliserings-1 lagene på den sentrale armen. The invention provides a capacitive load cell having a first plate mounted in a fixed position and a second plate mounted on an arm of ceramic material, in opposing relationship with the first plate. Loads applied to the load cell will cause the ceramic arm to bend, thereby changing the distance between the plates to provide a capacitance corresponding to the load. In a preferred embodiment, a body is formed from a block of ceramic material with a pair of large jset rigid outer arms and a relatively flexible central arm. Metallization layers are formed on the central arms, and stator plates are carried by the outer arms in an opposing relationship with the metallization layers on the central arm.

Det er et hovedformål ved den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en ny og forbedret kapasitiv belastningscelle samt en fremgangsmåte for fremstilling av denne. It is a main purpose of the present invention to provide a new and improved capacitive load cell and a method for its manufacture.

Det er et annet formål ved den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en belastningscelle av den ovenfor nevnte type som over-vinner problemene med hysterese og kryp i tidligere kjente belastningsceller. It is another object of the present invention to provide a load cell of the above-mentioned type which overcomes the problems of hysteresis and creep in previously known load cells.

Ytterligere formål og trekk ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse i hvilken foretrukne ut-førelsesformer er angitt i detalj i forbindelse med vedlagte tegninger. Fig. 1 er et side-vertikalriss av en utførelsesform av en belast-<;>ningscelle ifølge oppfinnelsen. Further objects and features of the present invention will be apparent from the following description in which preferred embodiments are indicated in detail in connection with the attached drawings. Fig. 1 is a side vertical view of an embodiment of a load cell according to the invention.

Fig. 2 er et front-vertikalriss av belastningscellen i fig. 1.Fig. 2 is a front vertical view of the load cell in Fig. 1.

Fig. 3 er et forstørret fragmentært tverrsnitt-riss langs en linje 3-3 i fig. 2. Fig. 4 er et bakre isometrisk riss av legemet for belastningscellen i fig.l. Fig. 5 er et isometrisk riss av en av statorplatene i belastningscellen i fig. 1. Fig. 6 er et bunnplan-riss av en av statorplatene i belastningscellen i fig. 1. Fig. 7 er et side-vertikalriss av belastningscellen i fig. 1 montert på en ryggplate med et vektarm-system for påtrykking av belastninger på belastningscellen. Fig. 3 is an enlarged fragmentary cross-sectional view along a line 3-3 in fig. 2. Fig. 4 is a rear isometric view of the body of the load cell of Fig. 1. Fig. 5 is an isometric view of one of the stator plates in the load cell in Fig. 1. Fig. 6 is a bottom plan view of one of the stator plates in the load cell in fig. 1. Fig. 7 is a side vertical view of the load cell in fig. 1 mounted on a back plate with a weight arm system for applying loads to the load cell.

Fig. 8 er et topp-plan-riss av apparatet i fig. 7.Fig. 8 is a top plan view of the apparatus in Fig. 7.

'Fig. 9 er et blokk diagram av en utførelsesform av en krets somj 'Fig. 9 is a block diagram of an embodiment of a circuit as

ji anvender belastningscellen i fig. 1. Fig. 10 er et utspilt isometrisk'riss, delvis brudt bort, av en andre utførelsesform av en belastningscelle ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 11 er et front-veritkalriss av ut førelsesformen i fig. 10. ji uses the load cell in fig. 1. Fig. 10 is an exploded isometric view, partially broken away, of a second embodiment of a load cell according to the present invention. Fig. 11 is a front vertical view of the embodiment in fig. 10.

Fig. 12 er et tverrsnittriss langs en linje 12-12 i fig. 11.Fig. 12 is a cross-sectional view along a line 12-12 in fig. 11.

Som vist i figurene 1-6, innbefatter belastningscellen et stort sett E-formet legeme 11 og en sentral arm 16 som forløper horisontalt fra dette. De øvre og nedre armer er stort sett stive, og den sentrale armen er relativt fleksibel, idet den er dannet med en region 17 med redusert tykkelse som forløper sideveis over armen nær basisen 12. En stort sett plan monteringsoverflate 18 er tilveiebragt ved basisens bakside og vertikalt forløpende påkjennings avlastningsslisser 19, 21 munner gjennom de øvre og nedre overflater av basisen i regionen mellom monteringsoverflaten og armene. En sylindrisk stender 22 rager utad fra den frie eller front enden av den sentrale armen 16 for mottagelse av belastninger som påtrykkes belastningscellen. Legemet 11 er fremstilt som en enhetlig konstruksjon av en blokk av keramisk materiale slik som alumina. Et særlig foretrukket materiale er AD-995 alumina fra Coors Porcelain Company, Golden, Colorado, USA. Dette materialet inneholder 9 9,5 vekt-prosent av A^O^og 0,5 % andre oksyder slik som silisiumoksyd, magnesia og kalsiumoksyd. Dette materialet oppviser praktisk talt perfekt elastisitet og andre keramiske materialer som har tilsvarende egenskaper kan også anvendes. As shown in Figures 1-6, the load cell includes a largely E-shaped body 11 and a central arm 16 extending horizontally from this. The upper and lower arms are generally rigid, and the central arm is relatively flexible, being formed with a region 17 of reduced thickness extending laterally across the arm near the base 12. A generally planar mounting surface 18 is provided at the rear of the base and vertically extending stress relief slots 19, 21 open through the upper and lower surfaces of the base in the region between the mounting surface and the arms. A cylindrical strut 22 projects outwards from the free or front end of the central arm 16 for receiving loads applied to the load cell. The body 11 is produced as a unitary construction of a block of ceramic material such as alumina. A particularly preferred material is AD-995 alumina from Coors Porcelain Company, Golden, Colorado, USA. This material contains 99.5% by weight of A^O^ and 0.5% other oxides such as silicon oxide, magnesia and calcium oxide. This material exhibits practically perfect elasticity and other ceramic materials that have similar properties can also be used.

Metalliserings-lag 26, 27 er tilveiebragt på øvre og nedre overflater av den sentrale armen 16 mot den frie enden av denne. Som omtalt nærmere i det etterfølgende, danner disse lag plater i kondensatorer 31, 32 som endrer seg i verdi i overensstemmelse med den påtrykkede belastning. Metalliseringslagene er dannet ved påføring av pasta som inneholder sølv og glasspartikler suspendert i et hensiktsmessig væske-stoff på overflatene av armen. Materialet blir så brent ved en temperatur av størrelsesorden 900°C for å diffundere glasset og danne en binding med det keramiske mate-' j rialet. Metalliseringslagene påtrykkes også front, side, topp| Metallization layers 26, 27 are provided on the upper and lower surfaces of the central arm 16 towards the free end thereof. As discussed in more detail below, these layers form plates in capacitors 31, 32 which change in value in accordance with the applied load. The metallization layers are formed by applying a paste containing silver and glass particles suspended in a suitable liquid substance to the surfaces of the arm. The material is then fired at a temperature of the order of 900°C to diffuse the glass and form a bond with the ceramic material. The metallization layers are also printed on the front, side, top|

I og bunn overflatene av legemet, og disse lag sammenkobles elektrisk med hverandre og med lagene 26, 27. I den foretrukne ut-førelsesform, er disse lag koblet til kretsens jord og opprettholdt på jordpotensialet, I and bottom surfaces of the body, and these layers are electrically interconnected with each other and with the layers 26, 27. In the preferred embodiment, these layers are connected to the circuit ground and maintained at ground potential,

Kondensatorene 31, 32 har faste statorplater i form av metalliseringslag 33, 34 på ståtorstykkene eller innførte elementer 36, 37 montert på armer 13, 14. De innførte elementer er fremstilt av stort sett rektangulære blokker av keramisk materiale, slik som Coors AD-995 alumina. Metalliseringslagene 33, 34 er fremstilt av det samme materiale og på den samme måten som metalliseringslagene 26, 27. Metallisering påføres også front og side overflaten av de innførte elementer, og metalliseringen på disse overflater er sammenkoblet til å danne en kontinuerlig leder som er isolert fra metalliseringslagene 33, 34. De innførte elementer festes til armene 13, 14 ved hjelp av fastspenningsorganer 38, 39 og skruer 41, 42. Fastspenningsorganene er fremstilt av et elektrisk ledende materiale, slik som aluminium, som danner inngrep med de elektrisk ledende overflater av legemet og de innførte elementer og tilveiebringer elektrisk kontinuitet mellom disse. The capacitors 31, 32 have fixed stator plates in the form of metallization layers 33, 34 on the stator pieces or inserted elements 36, 37 mounted on arms 13, 14. The inserted elements are made of largely rectangular blocks of ceramic material, such as Coors AD-995 alumina . The metallization layers 33, 34 are produced from the same material and in the same way as the metallization layers 26, 27. Metallization is also applied to the front and side surfaces of the introduced elements, and the metallization on these surfaces is interconnected to form a continuous conductor that is isolated from the metallization layers 33, 34. The introduced elements are attached to the arms 13, 14 by means of clamping means 38, 39 and screws 41, 42. The clamping means are made of an electrically conductive material, such as aluminium, which forms an engagement with the electrically conductive surfaces of the body and the introduced elements and provides electrical continuity between them.

De øvre og nedre innførte elementer er identiske, selvom det øvre elementet 36 er montert i en omsnudd posisjon relativt det nedre elementet 37. Et av disse elementene er vist i detalj i fig. 5 og 6. Isoleringsslisser 46 -49 er dannet i overflaten av elementet som vender mot den sentrale armen av legemet, og et fordypet område 51 er dannet i den siden som vender mot armen på hvilken elementet er montert. Isoleringsslissene forløper stort sett parallelt med front, bak og side kantene av elementetbg definerer en øy 52 på hvilken metaliliiseringslaget dannes. Slissene tilveiebringer elektrisk isolering mellom platen og metalliseringen på de ytre overflatene av det innførte elementet og hindrer frynsing ved kantene av kondensatoren. Hjørnene 53 av det fordypede området 51 er forsynt med en radius og slissene 46 - 49 munner inn i det fordypede området mellom hjørnene. The upper and lower inserted elements are identical, although the upper element 36 is mounted in an inverted position relative to the lower element 37. One of these elements is shown in detail in fig. 5 and 6. Insulating slots 46-49 are formed in the surface of the element facing the central arm of the body, and a recessed area 51 is formed in the side facing the arm on which the element is mounted. The insulating slits extend largely parallel to the front, rear and side edges of the element bg defining an island 52 on which the metallization layer is formed. The slots provide electrical isolation between the plate and the metallization on the outer surfaces of the inserted element and prevent fraying at the edges of the capacitor. The corners 53 of the recessed area 51 are provided with a radius and the slots 46 - 49 open into the recessed area between the corners.

De innførte elementene innbefatter også ører 54 som rager ut fra sidene av disse for inngrep med fastspenningsorganene 38, 39. Monterings puter .56 er dannet mot hjørnene av dé innførte elementer i for inngrep med armene på hvilke elementene er montert. Tråder 57 er loddet til ' métallåseringslagene 33, 34 for- å tilveiebringe 'elektriske forbinde].ser med statorplatene. The inserted elements also include ears 54 which protrude from the sides thereof for engagement with the clamping members 38, 39. Mounting pads .56 are formed against the corners of the inserted elements for engagement with the arms on which the elements are mounted. Wires 57 are soldered to the metal locking layers 33, 34 to provide electrical connections with the stator plates.

I en nåværende foretrukket utførelsesform, er avstanden mellom platene ^kondensatorene 21, 32 av størrelsesorden 0,012 5 cm. , og def leksjonen som frembringes av en belastning påtrykket den sentrale armen 22 er av størrelsesorden 0,0005 cm. Bruken av' de innførte elementer muliggjør i stor grad fremstillingen av belastningscellen med disse dimensjoner og de snevnre toleranser som derved kreves. In a currently preferred embodiment, the distance between the plates ^capacitors 21, 32 is of the order of 0.0125 cm. , and the deflection produced by a load applied to the central arm 22 is of the order of 0.0005 cm. The use of the introduced elements greatly enables the production of the load cell with these dimensions and the tighter tolerances required thereby.

I den foretrukne fremstillings fremgangsmåte for belastningscellen» i figurene 1-6, er legemet 11 og de innførte elementer 36, 37 dannet av stort sett rektangulære blokker av keramisk materiale ved hjelp av en hensiktsmessig maskinerings prosess slik som sliping. Metall iseringslagene er dannet på de ønskede overflater av legemet og innføringselementene før innføringselementene monteres på legemet. Metalliseringen kan påføres ved en hvilken som helst hensiktsmessig prosess slik som pletering eller ved påføring av en pasta bestående av en sølv og glass partikler i et hensiktsmessig væske-stoff på overflatene, og så brenne stykkene ved en temperatur av størrelsesorden 900°C for å diffundere glasset og danne bindinger. Elektriske ledere blir så loddet på plass og innførings elementene monteres på de øvre og nedre armer av legemet og festes til disse ved hjelp av fastspenningsorganer 38, 39. In the preferred manufacturing method for the load cell" in Figures 1-6, the body 11 and the inserted elements 36, 37 are formed from generally rectangular blocks of ceramic material by means of an appropriate machining process such as grinding. The metallization layers are formed on the desired surfaces of the body and the insertion elements before the insertion elements are mounted on the body. The metallization can be applied by any suitable process such as plating or by applying a paste consisting of a silver and glass particles in a suitable liquid substance to the surfaces, and then firing the pieces at a temperature of the order of 900°C to diffuse the glass and form bonds. Electrical conductors are then soldered in place and the insertion elements are mounted on the upper and lower arms of the body and attached to these by means of clamping means 38, 39.

I utførelsesformen i figurene 7 - 8 er belastningscellen montert på en stiv ryggplate 61 ved hjelp av monterings brakketer 62 og In the embodiment in figures 7 - 8, the load cell is mounted on a rigid back plate 61 by means of mounting brackets 62 and

. skruer 63. Monterings brakkettene forløper inn i slissene 19,. screws 63. The mounting brackets extend into the slots 19,

21 og fastspenner monteringsoverflaten 18 av legemet fast til .frontoverflaten av ryggplaten. 21 and clamps the mounting surface 18 of the body firmly to the front surface of the back plate.

Stort sett parallelle A-formede vektarmer 66, 67 er dreibart montert på ryggplaten over og under belastningscellen ved hjelp av bøye-plater 68. Disse plater er festet til ryggplaten og til vektarmene ved hjelp av fastspenningsplater 69 og skruer 71. ' En belastningsbro 72 forløper mellom vektarmene i fronten av belastningscellen og er dreibart forbundet med vektarmene ved hjelp av bøye-plater 73, 74. Et béslag 76 er montert på den øvre enden [av lastmottågel se elementet av en vekt, og en ende av bøye-platen 73 er fastspent mellom dette beslag og den øvre- enden av be- I las tningsbroen. Den andre enden av bøye-platen 73 er festet ti.. vektarmene 66 ved hjelp av en skrue 77 og en fastspenningsplate 78. Bøye-platen 74 er festet til vektarmen 67 og til den nedre enden av belastningsbroen 72 ved hjelp av skruer 79 og fastspenningsplater 81. Broadly parallel A-shaped weight arms 66, 67 are rotatably mounted on the back plate above and below the load cell by means of bending plates 68. These plates are attached to the back plate and to the weight arms by means of clamping plates 69 and screws 71. A load bridge 72 extends between the weight arms in the front of the load cell and is rotatably connected to the weight arms by means of bending plates 73, 74. A bélag 76 is mounted on the upper end [of the load receiving tong see the element of a weight, and one end of the bending plate 73 is clamped between this fitting and the upper end of the loading bridge. The other end of the bending plate 73 is attached to the weight arms 66 by means of a screw 77 and a clamping plate 78. The bending plate 74 is attached to the weight arm 67 and to the lower end of the loading bridge 72 by means of screws 79 and clamping plates 81.

En forbindelsesstang 82 forløper mellom den nedre enden av belastningsbroen 72 og den sentrale armen 16 av belastningscellen. Den nedre enden av strekkstangen er festet til den nedre enden av belastningsbroen ved hjelp av en skrue 83, og den øvre enden av forbindelsesstangen er festet til stenderen 22 og festet ved hjelp av en skrue 84. Deler av forbindelsesstangen er kuttet bort for å danne bøyninger 86, 87 orientert i vertikale plan som stort sett er perpendikulære på hverandre. A connecting rod 82 extends between the lower end of the load bridge 72 and the central arm 16 of the load cell. The lower end of the tension rod is attached to the lower end of the load bridge by means of a screw 83, and the upper end of the connecting rod is attached to the strut 22 and fixed by means of a screw 84. Parts of the connecting rod are cut away to form bends 86, 87 oriented in vertical planes which are largely perpendicular to each other.

Operasjon og bruk av belastningscellen er beskrevet under henvis-ning til figurene 7 og 8. Det antas at en plate eller annet hensiktsmessig lastmottagendeelement er montert på beslaget 76. På-føringen av en last på platen bevirker en nedad gående defleksjon av belastningsbroen 72, hvilken overføres til den sentrale armen 16 ved hjelp av forbindelsesstangen 82. Dette bevirker den sentrale armen til å bøye seg, hvorved avstanden mellom platene i kondensatoren 31 økes og avstanden mellom platene i kondensatoren 32 minskes. Ettersom størrelsen av defleksjonen er avhengig av stør-relsen av belastningen, vil kapasitansen for hver kondensator like-ledes korrespondere med belastningen. Det vil bemerkes at verdiene av de to kapasitansene endrer seg i motsatte retninger, med verdien av kondensatoren 31 avtagende og verdien av kondensatoren 32 økende med økende belastninger. De parallelle armene 66, 67 Operation and use of the load cell is described with reference to Figures 7 and 8. It is assumed that a plate or other suitable load receiving element is mounted on the bracket 76. The application of a load on the plate causes a downward deflection of the load bridge 72, which is transferred to the central arm 16 by means of the connecting rod 82. This causes the central arm to bend, whereby the distance between the plates in the capacitor 31 is increased and the distance between the plates in the capacitor 32 is reduced. As the size of the deflection depends on the size of the load, the capacitance of each capacitor will likewise correspond to the load. It will be noted that the values of the two capacitances change in opposite directions, with the value of capacitor 31 decreasing and the value of capacitor 32 increasing with increasing loads. The parallel arms 66, 67

og den bøyelige forbindelsesstangen 82' tjener til å isolere be-.: lastningscellen fra virkningene av side belastning, f .eks. ved påføring av laster.som ligger fra midtpunktet av plattformen. Påkjennings-avlastningsslisser 19, 21 tjener til ytterligere å av-koble belastningscellen fra forvregnings-frembringende belastninger . and the flexible connecting rod 82' serves to isolate the load cell from the effects of side loading, e.g. when applying loads.located from the midpoint of the platform. Stress relief slots 19, 21 serve to further disconnect the load cell from distortion-producing loads.

En foretrukket krets som anvender belastningscellen er vist i fig. A preferred circuit using the load cell is shown in fig.

9. Kondensatorene 31, 32 er koblet til osilatorer 91, 92 som frek-Ivens-bestemmende elementer. Utgangene fra osilatorene er koblejt til en blander 93, og utmatningen fra blanderen" er et signal som korresponderer med frekvensforskjellen mellom osilator signa-lene . 9. The capacitors 31, 32 are connected to oscillators 91, 92 as frek-Ivens determining elements. The outputs from the oscillators are connected to a mixer 93, and the output from the mixer is a signal that corresponds to the frequency difference between the oscillator signals.

I den foretrukne utførelsesform omfatter blanderen 9 3 en D-type flip-flop. Utmatningen fra osilatoren 91 påtrykkes D inngangen av flip-flop'en, og utmatningen fra osilatoren 9 2 påtrykkes klokke-inngangen C. En tellestyringspuls påtrykkes nullstillingsinngangen CLEAR på flip-flop1 en. For frekvenser i området definert av for-holdet In the preferred embodiment, the mixer 9 3 comprises a D-type flip-flop. The output from the oscillator 91 is applied to the D input of the flip-flop, and the output from the oscillator 9 2 is applied to the clock input C. A counter control pulse is applied to the reset input CLEAR on the flip-flop 1 one. For frequencies in the range defined by the ratio

av frekvensen av signalet på Q utgangen av flip-flop'en verdien f-^- hvor f^er frekvensen av signalet påtrykket klokkeinngan-gen og f2er frekvensen av signalet påtrykket D-inngangen. of the frequency of the signal on the Q output of the flip-flop the value f-^- where f^ is the frequency of the signal applied to the clock input and f2 is the frequency of the signal applied to the D input.

Frekvensen av signalet som frembringes av osilatorene er ikke-lineære funksjoner av defleksjonen av kondensatorplatene, og er proporsjo-nale med kvadratrøttene av kapasitansene. Imidlertid er differan-sen av disse to ulineære funksjoner en funksjon som er stort sett lineær. Utmatningen fra flip-flop'en er en firkantbølge selv når inngangssignalene som påtrykkes flip-flop'en ikke er firkantbølger. Således tilveiebringer belastningscellen og kretsen i fig., 9 en enkel og direkte fremgangsmåte for å generere et digitalisert signal som er en lineær funksjon av belastningen som påtrykkes en vekt. The frequency of the signal produced by the oscillators is non-linear functions of the deflection of the capacitor plates, and is proportional to the square roots of the capacitances. However, the difference of these two non-linear functions is a function that is largely linear. The output from the flip-flop is a square wave even when the input signals applied to the flip-flop are not square waves. Thus, the load cell and circuit of Fig. 9 provides a simple and direct method of generating a digitized signal which is a linear function of the load applied to a weight.

I utførelsesformen i figurene 10 - 12, innbefatter belastningscellen et stort sett T-formet legeme 101 som har en stort sett rek-tangulær oppstående basis 102 med en sentral arm 10 3 og sidearmer 104, 106 som forløper fra basisen i et stort sett horisontalt In the embodiment of Figures 10-12, the load cell includes a generally T-shaped body 101 having a generally rectangular upright base 102 with a central arm 103 and side arms 104, 106 extending from the base in a generally horizontal

plan. Armene 104, 106 er stort sett stive, og den sentral armenplan. The arms 104, 106 are largely rigid, and the central arm

10 3 er relativt fleksibel i den vertikale retning, idet den er forsynt med en region 107 av redusert tykkelse tilliggende basisen 102. Horisontalforløpende slisser 108, 109 forløper gjennom øvre og nedre overflater av basisen 102 og er tilpasset til å motta monterings brakketter tilsvarende brakkettene 62, 63. En sylind-, risk stender.111 rager ut fra den frie eller front enden av den 'sentrale armen 10 3 for å motta belastninger påtrykket belastnings cellen, og vertikalt forløpende påkjennings-avlastningsslisser 1112, 113 i front flaten av legemet 102 isolerer ytter armer 104 i 106 fra påkjenninger i basisen. 10 3 is relatively flexible in the vertical direction, as it is provided with a region 107 of reduced thickness adjacent to the base 102. Horizontally extending slots 108, 109 extend through the upper and lower surfaces of the base 102 and are adapted to receive mounting brackets corresponding to the brackets 62 , 63. A cylindrical, risk stud. 111 projects from the free or front end of the 'central arm 10 3 to receive loads applied to the load cell, and vertically extending stress-relief slots 1112, 113 in the front surface of the body 102 isolate outer arms 104 in 106 from stresses in the base.

Slik som i utførelsesformen i figurene 1-6, er legemet 101 fremstilt som en enhetlig konstruksjon av en blokk av keramisk materiale, slik som alumina. As in the embodiment in Figures 1-6, the body 101 is produced as a unitary construction of a block of ceramic material, such as alumina.

Metalliseringslag 11-6, 117 er tilveiebragt på de stort sett plane øvre og nedre overflater av den sentrale armen 103. Disse lag danner plater i kondensatorer 118, 119 som endrer seg i verdi i overensstemmelse med den vertikale belastningen som påtrykkes den sentrale armen. Plater 116, 117 er koblet sammen ved hjelp av metallisering 121 på front siden av armen 123 og ved ytterligere metallisering 122 på front flaten av basisen, med strimler 123 som sammenføyer platene og 'jietalliseringen 122. Som i utf ørelsesf ormen i figurene 1 - 6, er metalliseringslagene koblet til kretsens jord og opprettholdt på jordpotensialet. Metallization layers 11-6, 117 are provided on the generally planar upper and lower surfaces of the central arm 103. These layers form plates in capacitors 118, 119 which change in value in accordance with the vertical load applied to the central arm. Plates 116, 117 are connected together by means of metallization 121 on the front side of the arm 123 and by further metallization 122 on the front surface of the base, with strips 123 joining the plates and the metallization 122. As in the embodiment in Figures 1 - 6 , the metallization layers are connected to the circuit ground and maintained at ground potential.

Kondensatorene 118, 119 har faste statorplater i form av metalliseringslag 126, 127 på innføringselementer eller statorstykker 128, 129 montert på ytre armer 104, 106. Statorstykkene er fremstilt av stort sett rektangulære blokker av keramisk materiale, slik som alumina, og de to statorstykkene er identiske, selvom øvre statorstykke 128 er montert i en omsnudd posisjon relativt det nedre statorstykket 129. Isolasjonsslisser 131 er dannet i overflaten av statorstykket som vender mot den sentrale armen av legemet 101, og et fordypet område 132 er dannet i siden som vender bort fra den sentrale armen. Isolasjonsslissene forløper stort sett parallelle med sidekantene av statorstykket og definerer en øy 133 på hvilken metalliseringslaget dannes. Hjørnene 134 av The capacitors 118, 119 have fixed stator plates in the form of metallization layers 126, 127 on lead-in elements or stator pieces 128, 129 mounted on outer arms 104, 106. The stator pieces are made from largely rectangular blocks of ceramic material, such as alumina, and the two stator pieces are identical, although the upper stator piece 128 is mounted in an inverted position relative to the lower stator piece 129. Insulation slots 131 are formed in the surface of the stator piece facing the central arm of the body 101, and a recessed area 132 is formed in the side facing away from it central arm. The insulation slits run largely parallel to the side edges of the stator piece and define an island 133 on which the metallization layer is formed. The corners 134 of

det fordypede området 132 er avrundet og slissene 133 munner innthe recessed area 132 is rounded and the slots 133 open in

i det fordypede området mellom hjørnene.in the recessed area between the corners.

Statorstykkene innbefatter også puter eller føtter 136 som danner inngrep med de ytre armene for å etablere den ønskede avstand mellom .metalliseringslagene på den sentrale armen og statorstykkene. Statorstykkene festes til de ytre armene ved hjelp av hensikts-messige midler slik som bindemiddel. I en nåværende foretrukket oitførelsesform, plasseres statorplatene med putene i kontakt med armene, og en dråpe av bindemiddel påføres kanten av forbindelsen imellom hver pute og arm. Bindemidlet trekkes inn i .forbindelsen med kapilar virkning. Trådene 138 loddes på metaliseringslagene 126, 127 for å tilveiebringe elektriske forbindelser med statorplatene . The stator pieces also include pads or feet 136 that engage the outer arms to establish the desired distance between the metallization layers on the central arm and the stator pieces. The stator pieces are attached to the outer arms using suitable means such as adhesive. In a currently preferred embodiment, the stator plates are placed with the pads in contact with the arms, and a drop of bonding agent is applied to the edge of the connection between each pad and arm. The binder is drawn into the compound by capillary action. The wires 138 are soldered to the metallization layers 126, 127 to provide electrical connections with the stator plates.

Slik som i utførelsesformen av figurene 1-6, opprettholdes platene i kondensatorene 118, 119 i et adskilt parallelt forhold, med As in the embodiment of Figures 1-6, the plates of the capacitors 118, 119 are maintained in a separate parallel relationship, with

avstand av størrelsesorden 0,25cm. Defleksjonen som frembringes av en belastning som påtrykkes den sentrale armen 10 3 er av stør-relsesorden 0,0005 cm. distance of the order of 0.25 cm. The deflection produced by a load applied to the central arm 10 3 is of the order of 0.0005 cm.

I den foretrukne fremstillingsfremgangsmåte for belastningscellen i figurene 10 - 12, dannes legemet 101 og statorstykkene 128, 129 av stort sett rektangulære blokker av keramisk materiale ved hjelp av en hensiktsmessig maskinerings prosess slik som sliping. Metalliseringslagene dannes på de ønskede overflater av legemet og statorstykkene før statorstykkene monteres på legemet. Slik som i In the preferred manufacturing method for the load cell in Figures 10-12, the body 101 and stator pieces 128, 129 are formed from generally rectangular blocks of ceramic material by a suitable machining process such as grinding. The metallization layers are formed on the desired surfaces of the body and the stator pieces before the stator pieces are mounted on the body. Such as in

utførelsesformen i figurene 1-6, kan metalliseringen påføres the embodiment in Figures 1-6, the metallization can be applied

ved hjelp av hvilken som helst hensiktsmessig prosess, slik som pletering eller ved påføring av en pasta bestående av sølv og glass partikler i et hensiktsmessig væske-stoff på overflatene, og så brenne stykkene ved en temperatur av størrelsesorden 9.00°C for å diffundere glasset og danne bindinger. by any suitable process, such as plating or by applying a paste consisting of silver and glass particles in a suitable liquid substance to the surfaces, and then firing the pieces at a temperature of the order of 9.00°C to diffuse the glass and form bonds.

De elektriske ledere loddes så på på plass, og statorstykkene monteres på armene 104, 106. The electrical conductors are then soldered in place, and the stator pieces are mounted on the arms 104, 106.

Belastningscellen* i figurene 10 - 12 kan monteres i en ramme av den type som er vist i figurene 7 - 8 og kan anvendes på en måte tilsvarende den for belastningscellen ' i figurene 1-6. The load cell* in Figures 10 - 12 can be mounted in a frame of the type shown in Figures 7 - 8 and can be used in a manner corresponding to that of the load cell ' in Figures 1-6.

Det er klart fra det foregående at en ny og forbedret belastningscelle samt fremgangsmåte for fremstilling av denne er blitt tilveiebragt. Selvom kun visse nuværende foretrukne utførelsesformer er blitt beskrevet, slik det vil være klart for de som har kjenn-skap til teknikken, kan visse endringer og modifikasjoner fore-tas uten å avvike fra omfanget av oppfinnelsen som definert ved de etterfølgende krav. It is clear from the foregoing that a new and improved load cell and method for its manufacture have been provided. Although only certain currently preferred embodiments have been described, as will be clear to those skilled in the art, certain changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention as defined by the following claims.

Claims

1. ' Load cell, characterized by a first plate of electrically conductive material mounted in a fixed position, an arm of ceramic material rigidly mounted at one end of the cell, and a second plate of electrically conductive material carried by the ceramic arm in an opposing relation to the first plate, and means for applying a load to the ceramic arm to bend the arm and change the distance between the plates to provide a capacitance corresponding to the load, or a body of ceramic material having generally rigid outer arms and a relatively flexible central arm, electrically conductive plates carried of the outer arms in opposing relationship with the central arm, electrically conductive plates carried by the central arm separate from and facing the plates of the outer arms, and means for applying a load to the central arm to bend it and there by changing the distance between the plates to provide capacitances corresponding to the load.

2. Load cell as specified in claim 1, characterized in that the body includes a base from which the arms extend, said base having a mounting surface on the side of this opposite arm and stress-relief slots that open through the outer surfaces of the base between mounting surfaces the songs and the arms.

3. Load cell as specified in claim 1, characterized in that the plates carried by the outer arms comprise metallization layers on ceramic stator pieces mounted on said arms.

4. Load cell as stated in claim 3, characterized in that the stator pieces comprise insertion elements which have insulation channels opening through their surfaces, facing the central arm and defining islands on which the metallization layer is formed, where the peripheral side edges of the insertion elements are metallized '; and connected electrically to the plate on the central arm. I 'I

5. Load cell as stated in claim 4, characterized in that the sides of the insertion elements facing the outer arms have recessed areas formed in them underlying the islands, where the insulation channels open into the recessed areas over largely the main part of their extent.

6. Load cell as specified in claim 4, characterized in that the insertion elements are attached to the outer arms by means of clamping means.

7. Method for producing a load cell from a block of ceramic material, as stated in claim 1, kar a' k- terized by machining the block to form a body having a base with generally rigid outer arms and a relatively flexible central arm extending therefrom, forming electrically conductive metallization layers on portions of the central arm facing the outer arms; forming electrically conductive metallization layers on the surfaces of ceramic stator pieces, then placing the stator pieces on the outer arms with the metallization layers on the central arm, and attaching the stator pieces on the outer arms with the metallization layers on these separated from the metallization layers on the central arm to form capacitors that change in value when a load is applied to the central arm to bend the arm and thereby change the distance between the metallization layers.