CH658909A5 - Device using electrical resistance extensometers which can be employed as a measuring cell, force transducer, load cell and for other applications - Google Patents

Abstract

The device in question makes it possible, among other things, to produce a balance in which the application of the weight to the platform (S) at any point is immaterial, without having to resort to mechanical compensating contrivances. The device comprises a fixed block (C) to which are fastened the ends of at least two parallel elastic laminae (A1, A2) of equal length (l) set at a specified distance apart (a). The other two ends are connected to a movable block (B) loaded by the force (F) whose value it is desired to measure. Two electrical resistance extensometers (D1, D2) are applied, one corresponding to a position in which the elastic lamina (A1) expands, and the other corresponding to a position in which the elastic lamina contracts. The electronically amplified algebraic sum of the variations in resistance gives the value proportional to the force (F) to be measured, independently of the position at which it is applied to the platform (S). The distance (a), the length (l), the width and the thickness of the laminae (A1, A2) are chosen as a function of the size of the platform (S) of the balance and of the applied force (F). <IMAGE>

Description

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo utilizzante estensimetri elettrici a resistenza per ottenere un segnale elettrico corrispondente ad una forza, impiegabile come cella di misura, trasduttore di forza, cella di carica e per altre applicazioni. The present invention relates to a device using electrical resistance strain gauges to obtain an electrical signal corresponding to a force, which can be used as a measuring cell, force transducer, charge cell and for other applications.

Il dispositivo utilizzante estensimetri elettrici a resistenza per ottenere un segnale elettrico corrispondente ad una forza impiegabile in particolare in una cella di misura, come trasduttore di forza, cella di carico, caratterizzato da un blocco fisso al quale sono solidali le estremità di almeno due lamine elastiche parallele poste ad una determinata distanza reciproca, le cui due altre estremità sono collegate ad un blocco mobile sollecitato dalla forza di cui si vuole misurare il valore; ad almeno una di dette lamine essendo fissati uno o più estensimetri elettrici a resistenza in posizioni tali da dare variazioni dei valori di resistenza durante la deformazione delle lamine; dette variazioni dei valori di resistenza, amplificate, servendo a dare il segnale elettrico corrispondente al valore complessivo della forza che ha sollecitato il blocco mobile. The device using electrical resistance strain gauges to obtain an electrical signal corresponding to a force that can be used in particular in a measuring cell, as a force transducer, load cell, characterized by a fixed block to which the ends of at least two elastic sheets are integral parallel placed at a given mutual distance, the two other ends of which are connected to a mobile block stressed by the force whose value is to be measured; one or more electrical resistance strain gauges are fixed to at least one of said plates in positions such as to give variations in the resistance values during the deformation of the plates; said variations of the resistance values, amplified, serving to give the electrical signal corresponding to the overall value of the force that urged the mobile block.

Gli estensimetri elettrici a resistenza (strain gages - Deh-nungsmessstreifen) sono ampiamente noti nella tecnica della misura e consistono in piccole lamine elastiche di un valore ben determinato di resistenza elettrica, le quali, sotto l'azione di una forza meccanica di trazione o compressione variano la loro resistenza in modo proporzionale alla forza che le ha sollecitate. The electrical strain gages - strain gages - Deh-nungsmessstreifen) are widely known in the measurement technique and consist of small elastic foils of a well-determined value of electrical resistance, which, under the action of a mechanical force of traction or compression they vary their resistance proportionally to the force that urged them.

Attualmente, si sono grandemente diffusi dei circuiti elettronici di bassissimo costo, data la loro fabbricazione in serie in numero enorme, per amplificare e segnalare in modo digitale o numerico il valore della variazione della resistenza di tali estensimetri. Currently, very low cost electronic circuits have spread widely, given their mass production in huge numbers, to amplify and digitally or numerically signal the value of the change in the resistance of these strain gauges.

Una delle utilizzazioni più importanti del dispositivo in oggetto, è quella permettente di realizzare una bilancia elettronica di alta precisione, alta sensibilità e praticamente senza isteresi, nella quale il corpo da pesare possa essere collocato in qualsiasi punto del piatto della bilancia stessa senza dover ricorrere necessariamente a dispositivi meccanici di compensazione della posizione in cui viene disposto detto corpo da pesare. One of the most important uses of the device in question is that which allows the creation of an electronic scale of high precision, high sensitivity and practically without hysteresis, in which the body to be weighed can be placed at any point on the pan of the scale itself without having to resort necessarily mechanical compensation devices for the position in which said body to be weighed is arranged.

In conformità all'utilizzazione del dispositivo dell'invenzione, il piatto è rigido e applicato direttamente al dispositivo in oggetto. In accordance with the use of the device of the invention, the plate is rigid and applied directly to the device in question.

Il dispositivo dell'invenzione risolve vantaggiosamente il problema dei dispositivi meccanici di compensazione nelle bilance, in quanto il corpo da pesare può essere disposto in qualsiasi punto del piatto senza ricorrere ad essi. The device of the invention advantageously solves the problem of the mechanical compensation devices in the scales, since the body to be weighed can be arranged at any point on the pan without resorting to them.

Ciò permette di eliminare nella cella di misura i dispositivi di compensazione per forze laterali eccentriche e non perpendicolari al punto di appoggio centrale. This allows to eliminate in the measuring cell the compensation devices for eccentric lateral forces and not perpendicular to the central support point.

Sino ad ora infatti per quanto a conoscenza della richiedente tutte le bilance attuali richiedono dispositivi di compensazione per forze eccentriche. Up to now, in fact, as far as the applicant is aware, all current scales require compensation devices for eccentric forces.

Ne risulta così una bilancia di altissima precisione e sensibilità e di un costo largamente inferiore alle bilance di tipo noto. The result is a scale of very high precision and sensitivity and of a cost much lower than the scales of the known type.

Il disegno allegato rappresenta una preferita forma non limitativa di realizzazione del dispositivo secondo la presente invenzione, applicato alla realizzazione di una bilancia elettronica. The attached drawing represents a preferred non-limiting embodiment of the device according to the present invention, applied to the realization of an electronic scale.

La fig. 1 lo rappresenta in vista prospettica frontale; Fig. 1 represents it in a front perspective view;

la fig. 2 ne rappresenta lo schema elettrico a blocchi. fig. 2 represents the block electrical diagram.

Con riferimento alla figura 1 : il dispositivo comprende il blocco fisso C solidale all'incastellatura della macchina, al quale sono fissate le estremità delle due lamine elastiche Al A2 di uguale lunghezza «/» e poste alla distanza «a» l'una dall'altra. With reference to figure 1: the device comprises the fixed block C integral with the frame of the machine, to which the ends of the two elastic sheets Al A2 of equal length «/» are fixed and placed at the distance «a» from each other.

Le estremità opposte delle due lamine sono fissate al blocco mobile «B», il quale a sua volta, mediante il montante rigido «G», è solidale al piatto «S» su cui viene disposto il corpo da pesare che può essere posto in qualsiasi posizione sul piatto, esercitando la forza «F». The opposite ends of the two sheets are fixed to the movable block «B», which in turn, by means of the rigid upright «G», is integral with the plate «S» on which the body to be weighed is placed which can be placed in any position on the plate, exerting the force «F».

Su una delle lamine, sono applicati in questo esempio due estensimetri elettronici DI e D2 in posizioni tali che uno si contragga durante la deformazione della lamina Al mentre l'altro si dilati. Nel risultano cosi due variazioni opposte della resistenza degli estensimetri DI e D2. On one of the foils, in this example two electronic strain gauges DI and D2 are applied in positions such that one contracts during the deformation of the foil Al while the other expands. Thus, two opposite variations of the resistance of the strain gauges DI and D2 result.

Ciò è dovuto al fatto che essendo due lamine, rigidamente collegate al blocco mobile B e preferibilmente di uguale lunghezza «/», la linea di inflessione di ciascuna di esse risulta quella indicata con linea punteggiata Al e A2 durante il loro abbassamento dell'intervallo «d». This is due to the fact that being two sheets, rigidly connected to the movable block B and preferably of equal length "/", the deflection line of each of them is that indicated with dotted line A1 and A2 during their lowering of the interval " d. "

Durante l'abbassamento le lamine restano sempre parallele e così pure i blocchi B e C. During the lowering the foils always remain parallel and so are the blocks B and C.

Le variazioni di resistenza opposte degli estensimetri Die D2 vengono applicate a due lati del ponte di Wheatstone illustrato in fig. 2, in modo che la somma algebrica dei loro valori, debitamente amplificata tramite l'amplificatore «K», dia in The opposite resistance variations of the Die D2 strain gauges are applied to two sides of the Wheatstone bridge shown in fig. 2, so that the algebraic sum of their values, duly amplified by the amplifier "K", gives

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«L» o in «M» il valore digitale o analogico corrispondente alla forza «F» applicata sul piatto «S». «L» or in «M» the digital or analog value corresponding to the force «F» applied on the plate «S».

La misura e precisione richiesta non risultano pertanto influenzate, per una determinata superficie, dal punto di appoggio della forza «F» sul piatto «S». 5 The required measurement and precision are therefore not influenced, for a given surface, by the point of support of the force «F» on the plate «S». 5

Come accennato, il dispositivo in oggetto, è applicabile non solo a bilance elettroniche ma a misuratori qualsiasi di forze, a trasduttori di forze, a celle di carico e a svariatissime altre apparecchiature semplificandole notevolmente. As mentioned, the device in question is applicable not only to electronic scales but to any force meter, to force transducers, to load cells and to various other equipment, simplifying them considerably.

È previsto che il numero delle lamine elastiche e quello degli estensimetri elettrici, come pure la loro posizione sulle lamine, tenuto conto delle dimensioni della superficie S e del valore della forza F, possano variare, sempre nell'ambito di protezione del brevetto. It is envisaged that the number of elastic sheets and that of electric strain gages, as well as their position on the sheets, taking into account the dimensions of the surface S and the value of the force F, may vary, always within the scope of protection of the patent.

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1 foglio disegni 1 sheet of drawings

Claims (5)

658 909658 909 1. Dispositivo utilizzante estensimetri elettrici a resistenza per ottenere un segnale elettrico corrispondente ad una forza impiegabile in particolare in una cella di misura, come trasduttore di forza, cella di carico, caratterizzato da un blocco fisso (C) al quale sono solidali le estremità di almeno due lamine elastiche parallele (Al, A2) poste ad una determinata distanza reciproca (a), le cui due altre estremità sono collegate ad un blocco mobile (B) sollecitato dalla forza (F) di cui si vuole misurare il valore; ad almeno una di dette lamine (Al) essendo fissati uno o più estensimetri elettrici a resistenza (Dl, D2) in posizioni tali da dare variazioni dei valori di resistenza durante la deformazione delle lamine; dette variazioni dei valori di resistenza, amplificate, servendo a dare il segnale elettrico corrispondente al valore complessivo della forza (F) che ha sollecitato il blocco mobile (B). 1. Device using electrical resistance strain gauges to obtain an electrical signal corresponding to a force that can be used in particular in a measuring cell, as a force transducer, load cell, characterized by a fixed block (C) to which the ends of at least two parallel elastic sheets (Al, A2) placed at a given mutual distance (a), the two other ends of which are connected to a mobile block (B) stressed by the force (F) whose value is to be measured; one or more electrical resistance strain gauges (Dl, D2) are fixed to at least one of said plates (Al) in positions such as to give variations in the resistance values during the deformation of the plates; said variations of the resistance values, amplified, serving to give the electrical signal corresponding to the overall value of the force (F) which solicited the mobile block (B). 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da ciò che detti estensimetri (Dl, D2) sono due, per ottenere la compensazione automatica della temperatura e sono disposti in modo da dare valori opposti di variazione della resistenza durante la deformazione delle lamine, e da ciò che sono inseriti in modo da costituire i due lati (Dl, D2) di un ponte di Wheat-stone, le correnti all'uscita di detto ponte di Wheatstone venendo amplificate tramite un amplificatore (K) e tradotte in valori numerici o analogici (L, M). 2. Device according to claim 1, characterized in that said strain gauges (Dl, D2) are two, to obtain automatic temperature compensation and are arranged so as to give opposite values of variation of the resistance during the deformation of the foils, and what are inserted so as to constitute the two sides (Dl, D2) of a Wheat-stone bridge, the currents at the output of said Wheatstone bridge being amplified through an amplifier (K) and translated into numerical or analog values ( L, M). 2 2 RIVENDICAZIONI 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le lamine elastiche parallele (Al, A2) sono di uguale lunghezza (/). Device according to claim 1, characterized in that the parallel elastic sheets (A1, A2) are of equal length (/). 4. Bilancia elettronica di alta sensibilità e praticamente senza isteresi, comprendente il dispositivo secondo le rivendicazioni 1, 2 nella quale il corpo da pesare possa essere collocato in qualsiasi punto del piatto, caratterizzato da ciò che il piatto è rigido cioè non provvisto di dispositivi meccanici di compensazione della posizione in cui viene disposto il corpo da pesare, ed è rigidamente collegato al blocco mobile (B) del dispositivo. Electronic scale of high sensitivity and practically without hysteresis, comprising the device according to claims 1, 2 in which the body to be weighed can be placed in any point of the pan, characterized by what the pan is rigid, that is, without mechanical devices to compensate for the position in which the body to be weighed is arranged, and is rigidly connected to the mobile block (B) of the device. 5. Bilancia elettronica secondo la rivendicazione 4, caratterizzato da ciò che la distanza (a), la lunghezza (/), la larghezza il numero e lo spessore delle lamine (Al, A2) variano in grandezza proporzionalmente alla grandezza del piatto (S) della bilancia e della forza (F) applicata al piatto. Electronic scale according to claim 4, characterized in that the distance (a), length (/), width, number and thickness of the sheets (Al, A2) vary in size proportionally to the size of the plate (S) the scale and force (F) applied to the pan.