DE102011000869A1 - Method and device for force measurement - Google Patents
Method and device for force measurement Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011000869A1 DE102011000869A1 DE102011000869A DE102011000869A DE102011000869A1 DE 102011000869 A1 DE102011000869 A1 DE 102011000869A1 DE 102011000869 A DE102011000869 A DE 102011000869A DE 102011000869 A DE102011000869 A DE 102011000869A DE 102011000869 A1 DE102011000869 A1 DE 102011000869A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- force
- lever arm
- determined
- lever
- hinge spring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 25
- 230000003716 rejuvenation Effects 0.000 claims description 6
- 238000004904 shortening Methods 0.000 claims description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 14
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 8
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000013208 measuring procedure Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G23/00—Auxiliary devices for weighing apparatus
- G01G23/01—Testing or calibrating of weighing apparatus
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G3/00—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
- G01G3/12—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
- G01G3/14—Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance
- G01G3/1414—Arrangements for correcting or for compensating for unwanted effects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2268—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Bei einem Verfahren zur Kraftmessung mit einer Kraftmessvorrichtung (1), die einen außermittig schwenkbar gelagerten zweiarmigen Hebel (2) aufweist, wobei an jedem Hebelarm (4, 8) jeweils ein Lastangriffsgelenk angeordnet ist, das als biegsame Gelenkfeder (3, 6, 9) ausgestaltet ist, deren Verformung mittels Verformungsmesseinrichtungen messbar ist, wobei auf einen ersten Hebelarm (4) eine vorgebbare Belastung einwirkt und durch Ausübung einer Zug- oder Druckkraft auf einen zweiten Hebelarm (8) der Hebel (2) in einen Kraftmesszustand gebracht und die hierfür erforderliche Zug- oder Druckkraft ermittelt wird, wird in mindestens einer Gelenkfeder (3, 6, 9) eine auf diese Gelenkfeder (3, 6, 9) einwirkende Axialkraft erfasst und ein vorgebbarer Anteil der ermittelten Axialkraft für eine Vorgabe des Kraftmesszustands berücksichtigt. In Abhängigkeit von der ermittelten Axialkraft wird eine Kompensationszug- oder -druckkraft ermittelt und bei einer elektronisch gesteuerten oder geregelten Vorgabe des Kraftmesszustands zusätzlich berücksichtigt. In einem vorausgehenden Verfahrensschritt wird eine Kalibration der Kraftmessvorrichtung (1) durchgeführt und dabei ermittelte Werte werden für eine zusätzlich erforderliche Kompensationszug- oder -druckkraft ermittelt und in einer Speichereinrichtung abrufbar gespeichert.In a method for force measurement with a force measuring device (1) which has a two-armed lever (2) which is pivotally mounted off-center, with a load application joint being arranged on each lever arm (4, 8), which acts as a flexible hinge spring (3, 6, 9) is configured, the deformation of which can be measured by means of deformation measuring devices, a predetermined load acting on a first lever arm (4) and bringing the lever (2) into a force measuring state by exerting a tensile or compressive force on a second lever arm (8) and the necessary for this If tensile or compressive force is determined, an axial force acting on this joint spring (3, 6, 9) is detected in at least one articulated spring (3, 6, 9) and a predeterminable proportion of the determined axial force is taken into account for specifying the force measurement state. Depending on the determined axial force, a compensation tensile or compressive force is determined and additionally taken into account in the case of an electronically controlled or regulated specification of the force measurement state. In a preceding method step, a calibration of the force measuring device (1) is carried out and the values determined are determined for an additionally required compensation tensile or compressive force and are stored in a memory device so that they can be called up.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraftmessung mit einer Kraftmessvorrichtung, die einen außermittig schwenkbar gelagerten zweiarmigen Hebel aufweist, wobei an jedem Hebelarm jeweils ein Lastangriffsgelenk angeordnet ist, das als biegsame Gelenkfeder ausgestaltet ist, deren Verformung mittels einer Verformungsmesseinrichtung messbar ist, wobei auf einen ersten Hebelarm eine vorgebbare Belastung einwirkt und durch Ausübung einer Zug- oder Druckkraft auf einen zweiten Hebelarm der Hebel in einen Kraftmesszustand gebracht und die hierfür erforderliche Zug- oder Druckkraft ermittelt wird.The invention relates to a method for measuring force with a force measuring device having an off-center pivotally mounted two-armed lever, wherein each arm is arranged in each case a Lastangriffsgelenk, which is designed as a flexible hinge spring whose deformation is measurable by means of a deformation measuring device, wherein a first lever arm acting a predetermined load and brought by exerting a tensile or compressive force on a second lever arm of the lever in a force measuring state and the required tensile or compressive force is determined.
Derartige Kraftmessvorrichtungen, die beispielsweise in
Es ist aus der Praxis bereits bekannt, dass mit zunehmender Belastung der Hebelarme insbesondere der längere Hebelarm etwas verformt bzw. durchgebogen wird, so dass eine Verkürzung der effektiven Hebelarmlänge eintritt. Da die effektive Hebelarmlänge in die Ermittlung der zum Erreichen des Kraftmesszustands erforderlichen, bzw. erzeugten und aufgewendeten Zug- oder Druckkräfte eingeht, führt eine nicht in angemessener Weise berücksichtigte Durchbiegung des Hebelarms zu einem systematischen Messfehler, der die Genauigkeit der Messungen begrenzt. Um die durch eine Durchbiegung des Hebelarms verursachte Messunsicherheit zu verringern ist es aus der Praxis bekannt, dass beispielsweise die Drehpunkte der Gelenkfedern auf unterschiedliche Höhen justiert werden und eine Veränderung der Drehpunkte mechanisch kompensiert oder erfasst und für die Auswertung berücksichtigt wird. Der hierfür erforderliche Aufwand ist jedoch beachtlich.It is already known from practice that with increasing load on the lever arms, in particular the longer lever arm is slightly deformed or bent, so that a shortening of the effective Hebelarmlänge occurs. Since the effective lever arm length is used to determine the tensile or compressive forces required to achieve the force measurement condition, inadequate deflection of the lever arm results in a systematic measurement error that limits the accuracy of the measurements. In order to reduce the measurement uncertainty caused by a deflection of the lever arm, it is known from practice that, for example, the pivot points of the joint springs are adjusted to different heights and a change in the pivot points is mechanically compensated or detected and taken into account for the evaluation. The effort required for this, however, is considerable.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass mit zunehmender Belastung die auf die Gelenkfedern ausgeübte Axialkraft, die möglichst keinen Einfluss auf die Messergebnisse haben sollte, oftmals auf die Verformungsmesseinrichtungen überspricht bzw. deren Messergebnis beeinflusst, stört oder überlagert, so dass scheinbar Momente auf den Hebel ausgeübt werden, die wiederum das Messergebnis bzw. die bestmögliche Genauigkeit der Messergebnisse beeinträchtigt.It has also been shown that with increasing load the axial force exerted on the joint springs, which should have as little influence on the measurement results, often on the deformation measuring devices overstates or affects the measurement result disturbs or superimposed, so that seemingly exerted moments on the lever which in turn impairs the measurement result or the best possible accuracy of the measurement results.
Da die vorangehend beschriebenen Störeinflüsse oftmals eine nicht-lineare Abhängigkeit von der auf den Hebel ausgeübten Belastung aufweisen, ist ein erheblicher Aufwand erforderlich, um diesen störenden Einfluss zu minimieren und die Genauigkeit zu verbessern. In der Praxis wird auch mit großem Aufwand bei derartigen Kraftmessvorrichtungen eine Messunsicherheit in der Größenordnung von etwa 5 × 10–4 erreicht. Es wäre wünschenswert, wenn die Messunsicherheit weiter verringert werden könnte.Since the above-described disturbances often have a non-linear dependence on the load applied to the lever, a considerable effort is required to minimize this disturbing influence and to improve the accuracy. In practice, a measurement uncertainty in the order of about 5 × 10 -4 is achieved with great effort in such force measuring devices. It would be desirable if the measurement uncertainty could be further reduced.
Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, mit einem möglichst einfachen Verfahren die Messunsicherheit zu reduzieren und die Genauigkeit einer Kraftmessung zu verbessern.It is therefore regarded as an object of the present invention to reduce the measurement uncertainty and to improve the accuracy of a force measurement with the simplest possible method.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass in einer Gelenkfeder eine auf diese Gelenkfeder einwirkende Axialkraft ermittelt und ein vorgebbarer Anteil der ermittelten Axialkraft für die Vorgabe des Kraftmesszustands berücksichtigt wird.This object is achieved in a generic method in that determines a force acting on this hinge spring axial force in a hinge spring and a predetermined portion of the determined axial force for the specification of Kraftmesszustands is taken into account.
Als Axialkraft wird dabei diejenige Komponente einer auf die Gelenkfeder einwirkenden Kraft bezeichnet, die in der axialen Richtung der Gelenkfeder auf die Gelenkfeder einwirkt und keine seitliche Auslenkung der Gelenkfeder bewirkt, sondern lediglich eine Zugkraft auf die Gelenkfeder ausübt. Es hat sich gezeigt, dass durch eine Korrektur, die in Kenntnis bzw. in Abhängigkeit der tatsächlich an einem Hebelarm bzw. an der entsprechenden Gelenkfeder angreifenden Axialkraft durchgeführt wird, die Messgenauigkeit um etwa einen Faktor 10 verbessert und die Messunsicherheit auf einen Bereich von etwa 5 × 10–5 bis 7 × 10–5 reduziert werden kann.The axial force is that component of a force acting on the hinge spring force acting in the axial direction of the hinge spring on the hinge spring and causes no lateral deflection of the hinge spring, but only exerts a tensile force on the hinge spring. It has been found that by a correction, which is carried out in knowledge or in dependence of the actually acting on a lever arm or on the corresponding hinge spring axial force, the measurement accuracy improved by about a factor of 10 and the measurement uncertainty in a range of about 5 × 10 -5 to 7 × 10 -5 can be reduced.
Die Axialkraft kann in einer Gelenkfeder in einfacher Weise und ohne größeren konstruktiven Aufwand gemessen werden. Da nur ein Anteil, vorzugsweise ein kleiner Anteil der ermittelten Axialkraft für die Vorgabe des Kraftmesszustands berücksichtigt wird, geht die Messunsicherheit bei der Ermittlung der Axialkraft nur zu einem entsprechend geringen Anteil in die gesamte Messunsicherheit ein. Eine sehr große Genauigkeit ist deshalb für die Messung der Axialkraft nicht erforderlich, da deren Beitrag für die gesamte Messsunsicherheit sehr gering ist. The axial force can be measured in a joint spring in a simple manner and without major design effort. Since only a portion, preferably a small portion of the determined axial force for the specification of the force measurement state is taken into account, the measurement uncertainty is in the determination of the axial force only in a correspondingly small proportion in the entire measurement uncertainty. A very high accuracy is therefore not required for the measurement of the axial force, since their contribution to the overall measurement uncertainty is very low.
Durch die Ermittlung der auf den Hebel bzw. der jeweils auf die Hebelarme einwirkenden Axialkraft können in einfacher Weise die durch die Axialkraft verursachten Störeinflüsse, die auf eine Durchbiegung des Hebelarms sowie auf ein Übersprechen bei der Messung der durch die angreifenden Momente bedingten Verformung der Gelenkfedern zurückgeführt werden können, in einfacher Weise kompensiert bzw. korrigiert werden. Eine genaue Kenntnis der einzelnen Auswirkungen der angreifenden Axialkräfte, die ohne eine entsprechende Korrektur die Messunsicherheit vergrößern bzw. letztendlich dominieren würden, ist nicht erforderlich. Ebenso sind keine konstruktiv aufwändigen Kompensierungs- oder Korrekturverfahren erforderlich, bei denen beispielsweise die Durchbiegung eines Hebelarms oder eine Verlagerung der Drehpunkte der Gelenkfedern bzw. eine daraus resultierende Verkürzung der effektiven Hebelarmlänge erfasst und für die Auswertung berücksichtigt wird.By determining the axial force acting on the lever or on each of the lever arms, the disturbing influences caused by the axial force can be reduced in a simple manner, which leads to a bending of the lever arm as well as to a crosstalk in the measurement of the deformation of the joint springs caused by the attacking moments can be easily compensated or corrected. Exact knowledge of the individual effects of the attacking axial forces, which would increase or ultimately dominate the measurement uncertainty without a corresponding correction, is not necessary. Likewise, no structurally complex compensation or correction methods are required in which, for example, the deflection of a lever arm or a displacement of the pivot points of the joint springs or a resulting shortening of the effective lever arm length is recorded and taken into account for the evaluation.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Axialkraft die für die Vorgabe des Kraftmesszustands ausgeübte Zug- oder Druckkraft angepasst wird. Während ohne eine Berücksichtigung der Axialkraft der angestrebte Kraftmesszustand voraussetzt, dass alle auf den Hebel einwirkenden Momente in der Summe Null ergeben, kann in Kenntnis der Axialkraft die über den Kraftaufnehmer auf den zweiten Hebelarm ausgeübte Zug- oder Druckkraft verändert werden, um die durch die Axialkraft verursachte Verkürzung der effektiven Hebelarmlänge auf diese Weise zu kompensieren. Diese Kompensierung kann bereits während der Messung erfolgen, so dass nach Abschluss der Messungen keine umfangreiche Korrektur und Auswertung der Messdaten erforderlich ist.Preferably, it is provided that, depending on the determined axial force, the tensile or compressive force exerted for presetting the force measuring state is adjusted. While without taking into account the axial force of the desired force measurement state assumes that all forces acting on the lever moments in the sum of zero, the force exerted on the second lever arm tensile force or compressive force can be changed by the axial force in knowledge of the axial force caused shortening of the effective lever arm length to compensate in this way. This compensation can already take place during the measurement, so that after completion of the measurements no extensive correction and evaluation of the measured data is required.
Es hat sich gezeigt, dass auf Grund des größeren Einflusses des längeren Hebelarms es zweckmäßig sein kann, dass diejenige Axialkraft ermittelt und für die Vorgabe des Kraftmesszustands berücksichtigt wird, die auf die Gelenkfeder an dem längeren Hebelarm einwirkt.It has been shown that due to the greater influence of the longer lever arm, it may be expedient that the axial force is determined and taken into account for the specification of the Kraftmesszustands acting on the hinge spring on the longer lever arm.
Da bei einem Kraftmesszustand, bei dem die an dem Hebel angreifenden Momente sich möglichst ausgleichen sollen, die an dem kurzen Hebelarm angreifende Axialkraft entsprechend dem umgekehrten Längenverhältnis der beiden Hebelarme größer als an dem langen Hebelarm ist, kann in diesem Fall an dem kurzen Hebelarm eine größere Axialkraft mit einer geringeren Messunsicherheit gemessen werden. Aus diesem Grund kann es auch vorteilhaft sein, dass diejenige Axialkraft ermittelt und für die Vorgabe des Kraftmesszustands berücksichtigt wird, die auf die Gelenkfeder an dem kürzeren Hebelarm einwirkt.Since in a force measurement state in which the forces acting on the lever moments should balance as possible, the force acting on the short lever arm axial force corresponding to the inverse aspect ratio of the two lever arms is greater than on the long lever arm, in this case, at the short lever arm a larger Axialkraft be measured with a lower measurement uncertainty. For this reason, it may also be advantageous that the axial force is determined and taken into account for the specification of the force measurement state, which acts on the hinge spring on the shorter lever arm.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Axialkraft eine Kompensationszug- oder -druckkraft ermittelt und bei einer elektronisch gesteuerten oder geregelten Vorgabe des Kraftmesszustands zusätzlich berücksichtigt wird. Da die Vorgabe des Kraftmesszustands während eines Messvorgangs regelmäßig elektronisch gesteuert bzw. geregelt wird und die Axialkraft in einfacher Weise und kostengünstig elektronisch bzw. digital erfasst oder in entsprechende elektronische Signale umgewandelt werden kann, lässt sich eine in Abhängigkeit von der gemessenen Axialkraft durchgeführte Korrektur der Kraftmessung in sehr einfacher Weise realisieren. Insbesondere können bereits in Betrieb befindliche Kraftmessvorrichtungen mit einem äußerst geringen konstruktiven Aufwand nachgerüstet werden, so dass durch die Ermittlung der Axialkraft und die Durchführung einer in Abhängigkeit von der ermittelten Axialkraft erforderlich werdenden Korrektur die Messunsicherheit erheblich bzw. bis etwa um einen Faktor 10 verringert werden kann.According to an advantageous embodiment of the inventive concept, it is provided that a compensation tension or pressure force is determined as a function of the determined axial force and additionally taken into account in an electronically controlled or regulated specification of the force measurement state. Since the specification of the force measurement state is regularly electronically controlled during a measurement process and the axial force can be detected electronically or digitally in a simple and cost-effective manner or converted into corresponding electronic signals, a correction of the force measurement carried out as a function of the measured axial force can be performed realize in a very simple way. In particular, already in operation force measuring devices can be retrofitted with an extremely low design effort, so that the determination of the axial force and the implementation of a required depending on the determined axial force correction the measurement uncertainty can be significantly reduced or reduced by about a factor of 10 ,
Zweckmäßigerweise werden in einem vorausgehenden Verfahrensschritt eine Kalibration der Kraftmessvorrichtung durchgeführt und dabei ermittelte Werte für eine zusätzlich erforderliche Kompensationszug- oder -druckkraft ermittelt und in einer Speichereinrichtung abrufbar gespeichert. Wenn nach Abschluss dieser Kalibration Kraftmessungen mit der Kraftmessvorrichtung durchgeführt werden, so kann in Kenntnis der auf einen Hebelarm wirkenden Axialkraft ein zugeordneter Wert für die Kompensationszug- oder -druckkraft abgerufen und für die Vorgabe des Kraftmesszustands berücksichtigt werden. Eine zeitliche Verzögerung bei der Auswertung der Messergebniss kann dadurch ausgeschlossen werden. Es wird auch kein zusätzlicher Aufwand während der Durchführung einer Kraftmessung erforderlich.Appropriately, in a preceding method step, a calibration of the force-measuring device is carried out and thereby determined values for an additionally required Kompensationszug- or -druckkraft determined and stored in a memory device retrievable. When force measurements are taken with the force measuring device after completion of this calibration, an associated value for the compensation tension or pressure force can be called up and taken into account for presetting the force measurement state, knowing the axial force acting on a lever arm. A time delay in the evaluation of the measurement result can be excluded. There is also no additional effort while performing a force measurement required.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Kalibration einer Kraftmessvorrichtung mit einem außermittig schwenkbar gelagerten zweiarmigen Hebel. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Kompensation einer belastungsbedingten Verkürzung der Hebelarmlänge mehrere Kraftaufnehmer in einem Belastungsbereich mit einer möglichst geringen Messunsicherheit der Kraftmessvorrichtung nacheinander kalibriert werden und anschließend mehrfach jeweils eine unterschiedliche Anzahl von kalibrierten Kraftaufnehmern parallel zueinander an dem zweiten Hebelarm angeordnet und durch Vorgabe des zugeordneten Kraftmesszustands vermessen werden, um für unterschiedliche Belastungen jeweils einen für die Kompensation erforderlichen Korrekturwert zu ermitteln. Dieses Verfahren kann auch als „Selbstkalibration” bezeichnet werden, da die Messunsicherheit der Kraftmessvorrichtung, die mit zunehmender Belastung bzw. Axialkraft ansteigen würde, über einen großen Messbereich verbessert werden kann, ohne dass ein aufwändiger Fremdvergleich mit bereits kalibrierten Kraftmessvorrichtungen oder mit Kraftaufnehmern erforderlich wird, die über den gesamten Messbereich bereits kalibriert wurden. The invention also relates to a method for calibrating a force measuring device with a two-armed lever mounted eccentrically pivotable. According to the invention, to compensate for a load-related shortening of the lever arm length, a plurality of force transducers are calibrated successively in a load range with the lowest possible measurement uncertainty of the force measuring device and then repeatedly arranged a different number of calibrated force transducers parallel to each other on the second lever arm and by specifying the associated Kraftmesszustands be measured in order to determine a correction value required for the compensation for different loads. This method can also be referred to as "self-calibration", since the measuring uncertainty of the force measuring device, which would increase with increasing load or axial force, can be improved over a large measuring range, without the need for complex comparison with already calibrated force measuring devices or force transducers. which have already been calibrated over the entire measuring range.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens zur Kraftmessung, die einen außermittig schwenkbar gelagerten zweiarmigen Hebel aufweist, wobei an jedem Hebelarm jeweils ein Lastangriffsgelenk angeordnet ist, das als biegsame Gelenkfeder ausgestaltet ist, deren Verformung mittels einer Verformungsmesseinrichtung messbar ist. Um die Messgenauigkeit einer derartigen Kraftmessvorrichtung zu verbessern ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Gelenkfeder einen Federstab mit einem horizontal und senkrecht zum Hebelarm ausgerichteten ersten Verjüngungsbereich aufweist, in dem eine Verformungsmesseinrichtung angeordnet ist, und beabstandet hierzu eine Axialkraftmesseinrichtung an der Gelenkfeder angeordnet ist. Durch den senkrecht zum Hebelarm ausgerichteten Verjüngungsbereich wird der Drehpunkt in der Gelenkfeder auf den Verjüngungsbereich beschränkt, wodurch die Auswirkung der belastungsbedingen Verkürzung der effektiven Hebelarmlänge und der damit einhergehenden Verlagerung des Drehpunkts besser bekannt sind und dem zu Folge auch eine geringe Auswirkung auf die Messunsicherheit haben können. Durch die beabstandete Anordnung der Axialkraftmesseinrichtung von diesem Verjüngungsbereich wird ein wechselseitiger Einfluss zwischen der Verformungsmesseinrichtung in dem ersten Verjüngungsbereich und der Axialkraftmesseinrichtung, die beabstandet hierzu angeordnet ist, weitgehend ausgeschlossen.The invention also relates to a device for carrying out the above-described method for force measurement, which has an eccentrically pivotally mounted two-armed lever, wherein on each lever arm in each case a load engagement joint is arranged, which is designed as a flexible hinge spring, the deformation of which is measurable by means of a deformation measuring device. In order to improve the measurement accuracy of such a force measuring device, the invention provides that the hinge spring has a spring bar with a horizontal and perpendicular to the lever arm oriented first tapering region in which a deformation measuring device is arranged, and spaced therefrom an axial force measuring device is arranged on the hinge spring. By aligned perpendicular to the lever arm taper area of the pivot point in the hinge spring is limited to the tapering, whereby the effect of the load-related shortening of the effective Hebelarmlänge and the associated displacement of the pivot point are better known and consequently can also have a small effect on the measurement uncertainty , The spaced arrangement of the Axialkraftmesseinrichtung of this tapering a mutual influence between the deformation measuring device in the first tapering region and the Axialkraftmesseinrichtung, which is arranged spaced therefrom, largely excluded.
Um die Genauigkeit der Axialkraftmessung zu verbessern ist vorgesehen, dass die Gelenkfeder einen horizontal und parallel zum Hebelarm ausgerichteten zweiten Verjüngungsbereich aufweist, in dem die Axialkraftmesseinrichtung angeordnet ist. Durch eine geeignete Ausgestaltung der jeweiligen Verjüngungsbereiche kann erreicht werden, dass sowohl die durch die jeweilige Belastung erzeugten Drehmomente als auch die in der Gelenkfeder angreifende Axialkraft weitgehend unabhängig voneinander und mit großer Genauigkeit gemessen werden können. Eine aufwändige Auswertung der jeweiligen Messsignale und insbesondere aufwändige Korrekturen oder Kompensationsauswertungen sind nicht erforderlich. Derartige Gelenkfedern lassen sich kostengünstig und mit geringem Aufwand aus einem Federstab herstellen.In order to improve the accuracy of Axialkraftmessung is provided that the hinge spring has a horizontally and parallel to the lever arm aligned second tapering region in which the Axialkraftmesseinrichtung is arranged. By a suitable embodiment of the respective tapering regions, it is possible to achieve that both the torques generated by the respective load and the axial force acting in the hinge spring can be measured largely independently of one another and with great accuracy. A complex evaluation of the respective measurement signals and in particular costly corrections or compensation evaluations are not required. Such hinge springs can be produced inexpensively and with little effort from a spring bar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einer elektronischen Steuereinrichtung und eine Speichereinrichtung zur Speicherung von Kompensationszug- und -druckkraftwerten aufweist. Die in Abhängigkeit von der jeweils gemessenen Axialkraft erforderliche Korrektur kann über die elektronische Steuereinrichtung in Echtzeit und ohne merkliche Verzögerung bei der Durchführung eines Kraftmessvorgangs erfolgen. Bei einer Benutzung einer derartigen Kraftmessvorrichtung und für die Durchführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens sind keine besonderen Kenntnisse und keine zusätzlichen Maßnahmen notwendig.According to an advantageous embodiment of the inventive idea it is provided that the device has an electronic control device and a memory device for storing Kompensationszug- and -druckkraftwerten. The correction required as a function of the respectively measured axial force can take place via the electronic control device in real time and without appreciable delay in the performance of a force measuring procedure. When using such a force measuring device and for carrying out the method described above, no special knowledge and no additional measures are necessary.
Nachfolgend werden Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:Embodiments of the inventive concept will be explained in more detail on the basis of exemplary embodiments, which are illustrated in the drawing. It shows:
Eine in
An einem kürzeren zweiten Hebelarm
Durch eine geeignete Verlagerung der Traverse
Um den Drehpunkt der Gelenkfedern
Um die Genauigkeit bei der Durchführung derartiger Kraftmessungen zu verbessern ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an mindestens einer der drei Gelenkfedern
Um die Axialkraft messen zu können weist die an dem zweiten Hebelarm
Um die Axialkraft abhängige Korrektur vorzunehmen, wird während eines Messvorgangs die auf die dritte Gelenkfeder
Anhand der nachfolgenden Gleichungen und Überlegungen soll ein Ansatz veranschaulicht werden, der der erfindungsgemäßen Axialkraftkorrektur zu Grunde gelegt werden kann. Sofern sich die Messvorrichtung im Gleichgewicht befindet und bewegungslos verharrt und weiterhin als geschlossenes System betrachtet werden kann, stehen alle angreifenden Momente im Gleichgewicht und summieren sich zu einem Gesamtmoment von Null: wobei m die Masse der Gewichtsstücke
Wird diese Gleichung umgestellt und nach der interessierenden Kraft F aufgelöst, ergibt sich der nachfolgende Zusammenhang: If this equation is rearranged and resolved according to the force F of interest, the following relationship arises:
Die mit der Kraftmesseinrichtung
Mit dem erfindungsgemäßen Ansatz wird statt dessen elektronisch eine Korrekturkraft Fkorr ermittelt und in die Ausgleichsregelung der Biegemomente derart eingekoppelt, so dass eine geänderte Gesamtsumme der Biegemomente M'b, die das durch die Korrekturkraft Fkorr erzeugte Korrekturmoment
Wenn die Korrekturkraft Fkorr so gewählt wird, dass die Korrekturkraft Fkorr näherungsweise dem systematischen Fehler ΔF entspricht, gleichen sich die mit der eingekoppelten Korrekturkraft eingeregelte geänderte Gesamtsumme der Biegemomente M'b und der systematische Fehler ΔF weitgehend aus, so dass gilt:
In praktischer Hinsicht wird in dem Korrekturverfahren genau eine solche Verformung der Gelenkfedern verursacht, dass das Moment zur Verformung der Gelenkfedern dem festgestellten systematischen Kraftfehler entspricht. Daraus resultiert, dass das Verfahren nur bei Verwendung von Gelenkfedern, deren Biegemomente erfasst werden, und nicht z. B. bei Verwendung von Pfannen und Schneiden anwendbar ist.In practical terms, in the correction method, precisely such a deformation of the hinge springs is caused that the moment for deformation of the hinge springs corresponds to the detected systematic force error. As a result, the method only when using joint springs, the bending moments are detected, and not z. B. is applicable when using pans and cutting.
Der elektronische Korrekturwert Fkorr lässt sich mittels einem Polynom höherer Ordnung darstellen und aus der gemessenen Axialkraft berechnen. Dabei geht der Messfehler der Axialkraft nur mit einem sehr geringen Anteil als Beitrag zur Messunsicherheit ein.The electronic correction value F korr can be represented by a polynomial of higher order and calculated from the measured axial force. The measuring error of the axial force is only a very small contribution to the measurement uncertainty.
In
Um die in Abhängigkeit von der jeweils angreifenden Axialkraft erforderliche Axialkraftkorrektur zu bestimmen, kann eine Selbstkalibrierung der Messvorrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 3927475 C2 [0002] DE 3927475 C2 [0002]
Claims (9)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201110000869 DE102011000869B4 (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Method and device for force measurement |
PCT/EP2012/052998 WO2012113822A1 (en) | 2011-02-22 | 2012-02-22 | Method and apparatus for measuring force |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201110000869 DE102011000869B4 (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Method and device for force measurement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102011000869A1 true DE102011000869A1 (en) | 2012-08-23 |
DE102011000869B4 DE102011000869B4 (en) | 2015-04-16 |
Family
ID=45808789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201110000869 Active DE102011000869B4 (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Method and device for force measurement |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102011000869B4 (en) |
WO (1) | WO2012113822A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103234694A (en) * | 2013-05-09 | 2013-08-07 | 昆山市创新科技检测仪器有限公司 | Dual-purpose sensor standard device |
CN108760297A (en) * | 2018-08-22 | 2018-11-06 | 大连交通大学 | A kind of Proportional valve load equipment |
DE102017111795B4 (en) | 2017-05-30 | 2019-09-05 | Gtm Testing And Metrology Gmbh | Method for calibrating a measuring device of a gondola test bench and gondola test bench |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102980719B (en) * | 2012-11-19 | 2015-04-22 | 浙江工业大学 | Direct loading type force sensor dynamic calibration device |
CN105890824B (en) * | 2014-10-22 | 2018-08-24 | 中国石油大学(北京) | A kind of small floating material wind load measurement method |
CN109060241B (en) * | 2018-10-08 | 2020-07-07 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | Sensor equivalent inertia force correction method for pulse force calibration |
CN110763384B (en) * | 2019-11-05 | 2023-11-24 | 中信戴卡股份有限公司 | Spring pretightening force detection device and method |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3927475C2 (en) | 1989-08-19 | 1991-10-02 | Gtm Gassmann Theiss Messtechnik Gmbh, 6104 Seeheim-Jugenheim, De |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1171638B (en) * | 1962-05-24 | 1964-06-04 | Siemens Ag | Device for the simultaneous testing of several load cells |
-
2011
- 2011-02-22 DE DE201110000869 patent/DE102011000869B4/en active Active
-
2012
- 2012-02-22 WO PCT/EP2012/052998 patent/WO2012113822A1/en active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3927475C2 (en) | 1989-08-19 | 1991-10-02 | Gtm Gassmann Theiss Messtechnik Gmbh, 6104 Seeheim-Jugenheim, De |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103234694A (en) * | 2013-05-09 | 2013-08-07 | 昆山市创新科技检测仪器有限公司 | Dual-purpose sensor standard device |
DE102017111795B4 (en) | 2017-05-30 | 2019-09-05 | Gtm Testing And Metrology Gmbh | Method for calibrating a measuring device of a gondola test bench and gondola test bench |
CN108760297A (en) * | 2018-08-22 | 2018-11-06 | 大连交通大学 | A kind of Proportional valve load equipment |
CN108760297B (en) * | 2018-08-22 | 2024-05-14 | 大连交通大学 | Proportional loading device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012113822A1 (en) | 2012-08-30 |
DE102011000869B4 (en) | 2015-04-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011000869B4 (en) | Method and device for force measurement | |
EP2153183B1 (en) | Adjustable parallelogram guide, in particular for a gravimetric measuring instrument | |
EP2860501B1 (en) | Weighing cell with a device for correcting eccentric load errors and method for correcting eccentric load errors | |
DE102018209594A1 (en) | Method and system for load estimation and gravity compensation on a robotic arm | |
DE1958976A1 (en) | Electric mass and force meter | |
EP2336736A1 (en) | Power transmission device with attachable calibration weight | |
DE2917169A1 (en) | FORCE CELL AND METHOD OF MANUFACTURING IT | |
WO1989003023A1 (en) | Balance and process for calibrating and operating the balance | |
EP2673602B1 (en) | Load cell and method for adjusting a load cell | |
EP1347274A1 (en) | Modular force-measuring transducer for a weighing device and weighing device | |
EP2274587A1 (en) | Calibration device and calibration method for a test bench | |
DE69516965T2 (en) | Upper pan scales | |
DE102018110814B3 (en) | DEVICE AND METHOD FOR CALIBRATING MEASURING DEVICES | |
EP2615433B1 (en) | Device and method for adjusting the corner load error of a parallel guide | |
DE2040987B2 (en) | DEVICE FOR LOAD DISPLAY | |
DE2926213A1 (en) | Wind tunnel force and torque measurement - using pyramid balance with torque measurement frame object support and force cells | |
CH712509A2 (en) | Comparator balance and method of operation. | |
DE3716786A1 (en) | SCALE WITH A FORCE FREQUENCY CONVERTER AS A LOAD SENSOR | |
DE102008064163A1 (en) | Weighing cell, has temperature compensating device including digital temperature sensor arranged on bending bar and connected with digital evaluation device via separate line, where bending bar is connected with substrate | |
EP2720021B1 (en) | Force measuring device | |
DE2215620B2 (en) | Device for determining the load on a beam, a support or the like. Using load cells | |
EP0487546B1 (en) | Dynamometer | |
DE10053667A1 (en) | Method and device for hysteresis correction of measured values in sensors with strain gauges | |
DE3226386A1 (en) | Device for three-dimensional force measurement | |
DE102014008557A1 (en) | Device for measuring a body length and a body weight |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE KATSCHER HABERMANN, DE |
|
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: GTM TESTING AND METROLOGY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: GTM GASSMANN TESTING AND METROLOGY GMBH, 64404 BICKENBACH, DE Effective date: 20141208 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE KATSCHER HABERMANN, DE Effective date: 20141208 |
|
R020 | Patent grant now final |