DE2758986A1 - Kapazitiver druckgeber - Google Patents

Kapazitiver druckgeber

Info

Publication number
DE2758986A1
DE2758986A1 DE19772758986 DE2758986A DE2758986A1 DE 2758986 A1 DE2758986 A1 DE 2758986A1 DE 19772758986 DE19772758986 DE 19772758986 DE 2758986 A DE2758986 A DE 2758986A DE 2758986 A1 DE2758986 A1 DE 2758986A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrodes
force
cavity
measuring cavity
pressure transmitter
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
Application number
DE19772758986
Other languages
English (en)
Other versions
DE2758986C2 (de
Inventor
Nils Aage Juul Eilersen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of DE2758986A1 publication Critical patent/DE2758986A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2758986C2 publication Critical patent/DE2758986C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

LEINWEBER & ZIMMERMANN
PATENTANWÄLTE
Dipl.-Ing. H. Leinweber Dipl.-Ing. Heinz Zimmermann Dipl.-Ing. A. Gf. v. Wengersky
RoMntal 7 · D-MOO München
2. Aufgang (Kustermann-Passage) Telefon (089) 2603989 Telex 528191 lepat d Telegr.-Adr. Leinpat München
«•n 30. Dezember 1977'
Unser Zeichen
We/Z/Sm
Nils Aage Juul Eiler sen, ÜK-295Ü Vedbaek
Kapazitiver Druckgeber
Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Druckgeber, d.h. eine Vorrichtung zur Ermittlung einei mechanischen Kraft durch kapazitive Elektroden.
Aus der DE-AS 1 909 979 ist ein kapazitiver Druckgeber mit einem elastischen Körper bekannt, der einen Hohlraum aufweist, in dem zv/ei Sätze von kapazitiven Elektroden derart angeordnet sind, daß der Kapazitätswert unter dem Einfluß der Verformung des elastischen Körpers in itichtung der zu messenden Kraft in dem einen Satz zunimmt und in dem anderen Satz abnimmt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist ein Temperaturausgleich nur in einem sehr begrenzten Ausmaß möglich und bei größeren TemperatürSchwankungen sind deshalb Meßfehler unvermeidlich und können nur durch Verwendung von speziellen,
98 27/ 1008
teuren Materialien rait einem sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf einem annehmbaren Wert gehalten werden.
Der erfindungsgemäße kapazitive Druckgeber hat einen elastischen Körper zur Aufnahme einer zu messenden mechanischen Kraft. Der Meßhohlraum im Körper ist derart ausgebildet und angeordnet, daß seine Innenwand unter dem Einfluß der zu messenden Kraft in verschiedenen Dichtungen verformt wird. Im Inneren des Meßhohlrauras sind Sätze von Kapazitätselektroden derart vorgesehen, daß deren Kapazitätswerte von Größenänderungen der Innenwand in unterschiedlichen Dichtungen abhängen.
Auf diese Weise macht man sich die bekannte Tatsache zunutze, daß bei Beaufschlagung eines elastischen Körpers durch eine mechanische Kraft mechanische Belastungen in unterschiedlichen Dichtungen erzeugt werden, und daß deshalb bei geeigneter Anordnung eines Hohlraums im Körper die Innenwand entsprechend verformt wird. Wird beispielsweise ein Körper von einer Druckkraft beaufschlagt, so wird er in Dichtung der Kraft komprimiert und dehnt sich in allen senkrecht dazu verlaufenden Dichtungen aus. Enthält ein Körper einen derart angeordneten zylindrischen Hohlraum, daß die Kraft längs eines seiner Durchmesser wirkt, dann zieht sich die Hohlrauminnenwand entlang dieses Durchmessers zusammen und dehnt sich entlang eines senkrecht dazu verlaufenden Durchmessers aus. Bei einer Zugkraft ergibt sich das Gegenteil. Wird beispielsweise ein Freiträger von einer Last beaufschlagt, entstehen Druckbeanspruchungen über den einen Teil des Trägerquerschnitts und Zugbeanspruchungen über den anderen Teil des querschnitts. Außerdem ergeben sich sowohl in Längs- als auch in Querrichtung des Trägers Scherbeanspruchungen. Auch
- 3 80982 7/100β
in diesem Fall wird ein den Träger durchsetzender zylindrischer ^ Hohlraum derart verformt, daß er sich in einer üichtung zu- · sammenzieht und in der anderen erweitert. Diese iiichtungon ver-; laufen jedoch nicht parallel und senkrecht zur üichtung der jeweiligen Kraft, sondern sind vielmehr um ca. 4b° dazu verschoben, ja sie können sogar nicht einmal genau senkrecht in
bezug zueinander verlaufen. !
Hohlräume mit einer anderen als einer zylindrischen Form kontrahieren und expandieren ebenfalls in verschiedenen : dichtungen. So wird sich z.B. ein kugelförmiger Hohlraum der < einer entlang eines Hohlraumdurchmessers verlaufenden Druckkraft ausgesetzt ist, in liichtung dieses Durchmessers kontrahieren und in allen senkrecht dazu verlaufenden Dichtungen expandieren»
Werden nun Sätze von Kapazitätselektroden derart angeordnet, daß ihr Kapazitätswert durch diese Expansionen und Kontraktionen beeinflußt wird, dann ist der Unterschied ihrer Kapazitätswerte typisch für die von ihnen verursachten mechanische Kraft. Andererseits sind die Größenänderungen der Form der Hohlrauminnenwand aufgrund von Tempera tür Schwankungen proportional in allen itichtungen und tragen deshalb zu diesem Unterschied in den Kapazitätswerten nicht bei.
Die Erfindung hat deshalb den Vorteil, daß durch die Bestimmung des Unterschieds der Kapaaitätswerte oder allgemeiner bei Verwendung mehrerer Sätze von Kapazitätselektroden des numerischen Integralen der Kapazitätswerte vermittels einer bekannten elektronischen Schaltung die mechanische Kraft gemessen werden kann, die keinen Fehlern aufgrund von 'Temperaturänderungen unterworfen ist.
- 4 800827/ 1 008
-Jr-
üiin anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Messung von Verformungen großer Teile des elastischen Körpers abhängt, so daß Ungenauigkeiten in der Herstellung des elastischen Körpers ausgeglichen werden und die zentrale Beaufschlagung der Kraft auf den elastischen Körper nicht kritisch ist.
Die einfachste Art, die Elektrodensätze derart anzuordnen, daß ihre Kapazitätswerte also von der Form der Innenwand des Hohlraums abhängen, besteht darin, die Hohlrauminnenwand als eine allen Sätzen gemeinsame Elektrode zu verwenden und eine Anzahl von Gegenelektroden begrenzter Fläche an den erforderlichen Stellen auf einem im Hohlraum vorgesehenen üjlektrodenträger vorzusehen. Die Anordnung kann jedoch auch umgekehrt stattfinden, d.h. man kann Elektrodensätze, die aus der elektrisch leitenden Außenseite eines im Meßhohlraura vorgesehenen Kerns bestehen, in Kombination mit auf der Innenwand des Hohlraums angeordneten Elektroden begrenzter Fläche verwenden. Es ist darüberhinaus auch möglich, getrennte Elektroden sowohl auf die Innenwand des Hohlraums als auch auf einen darin vorgesehenen Kern zu montieren.
Weitere Einzelheiten, Vorteile, und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich aller nicht im Text beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Stirnansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgenäßen Druckgebers, wobei der elastische Körper die Form eines Rings hat,
- 5 809827/1008
Fig. 2 eine Ansicht des Druckgebers gemäß Fig. 1, der zusätzlich eine Halterung für den Elektrodenträger aufweist,
Fig. 3 eine getrennte Stirnansicht des Elektrodenträgers des Druckgebers gemäß Fig. 1,
Fig. 4 eine Seitenansicht des Elektrodenträgers gemäß Fig. 5,
Fig. b eine Stirnansicht eines erfindungsgemäßen Druckgebers, wobei der elastische Körper die Form eines rechteckigen Blocks hat,
Fig. 6 eine Ansicht eines dem Druckgeber gemäß Fig. b ähnlichen Druckgebers, der jedoch zwei üeßhohlräume aufweist,
Fig. 7 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Druckgebers, wobei der elastische Körper die Form eines im unbelasteten Zustand befindlichen Freiträgers hat,
Fig. 8 eine Ansicht des Druckgebers gemäß Fig. 7, wobei die Verformung des Freiträgers und des darin befindlichen Meßhohlraums übertrieben dargestellt ist,
Fig. y einen querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Druckgeber in Form einer Scheibe,
Fig. 10 eine Draufsicht auf den Druckgeber gemäß Fig. 9,
Fig. Π eine perspektivische Ansicht eines kugelförmigen Elektrodenträgers,
Fig. 12 eine Ansicht des Meßhohlrauras und der Elek-
809827/1008
275898S
troden eines etfindungsgealßen Durckgebers, wobei ein Elektrodensatz in eifieni Bereich maximaler Kontraktion und zWei zusätzliche Elektroden in neutralen Bereichen vorgesehen sind,
Fig. 13 eine Ansicht eines erfinduagsgeraäßen Druckgebers mit einem Meßhohlraum mit rechteckigem (iuerschnitt,
! Fig. 14 eine Stirnansicht eines dem Gegenstand von
Fig. 1 entsprechenden Druckgebers, wobei
j sich jedoch die Halterung für den Elektroden-
I träger von derjenigen gemäß Fig. 2 unter-
' scheidet,
Fig. Vj eine Längsschnittansicht durch den Druckgeber gemäß Fig. 14, und
Fig. 16 ein Diagramm zum Veranschaulichen der Schaltung der aus den Elektrodensätzen eines erfindungsgemäßen Druckgebers gebildeten Kondensatoren mit einer Kapazitätsmeßvörrichtung.
Fig. 1 zeigt einen praktisch zylindrischen Hing 1 mit Hälsen 21 und 22 für die Beaufschlagung einer zu messenden Kraft P. Der Hing 1, der als elastischer Körper eines erfindungsgemäßen Kraftgebers dient, kann z.B. aus gehärtetem Federstahl bestehen. Die zylindrische Öffnung 23 des iüngs bildet einen Meßhohlraum, in den ein Elektrodenträger 2 mit Elektroden El, E2, E3 und Ü4 eingesetzt ist. Der Elektrodenträger, der in Fig. 3 in Stirnansicht und in Fig. 4 in Seitenansicht dargestellt ist, kann z.B. aus einem Keramikrohr bestehen. Die Elektroden können an die Überfläche des Keramikrohres angeklebte Metallstreifen sein oder Metallbeschich hingen, die auf der
- 7 809827/1000
Oberfläche des Keramikrohres abgelagert sind. Die Elektroden E1 und E3, die ineinander gegenüberliegenfen Bereichen maximaler Expansion des Meßhohlraums 23 unter dem Einfluß der zu messenden I Kraft angeordnet sind, sind miteinander verbunden. Das gleiche ! gilt für die Elektroden E2 und E4, die in einander gegenüber-I liegenden Bereichen maximaler Kontraktion liegen. Beide Elektrodenpaare sind voneinander isoliert.
Bei Komprimierung des Rings durch die Kraft P nimmt der Meßhohlraum eine ovale Form an und erzeugt eine maximale Expansion und Kontraktion in den Bereichen der Elektroden. Der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Meßhohlraums 23 und den Elektroden E2 - E4 nimmt ab, während der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Meßhohlraums und den Elektroden E1 - E3 zunimmt. Jede Elektrode bildet gemeinsam mit der Innenwand des Meßhohlraums 23 einen Kondensator, dessen Wert C durch die Fläche A der Elektrode und den Abstand a_ zur Innenwand des Meßhohlraums 23 wie folgt bestimmt ist:
a
wobei k eine Konstante ist.
Folglich nimmt die Kapazität der Elektroden E2 - E4 unter dem Einfluß der Kraft P zu, während die der Elektroden El - E3 : abnimmt.
j Bei einer Temperaturänderung behält der Meßhohlraum 23
j seine geometrische Form und ändert nur seine Abmessungen pro-
ί portional in allen Richtungen. Unter dem Einfluß einer Tem-
j peraturänderung ändern sich folglich die Kapazitätswerte von
E2 - E4 und E1 - E3 auf gleiche Weise und in gleicher Richtung.
- 8 809827/ 1008
Sind die Elektroden E2 - E4 und ET - E3 mit einer Vorrichtung zum Messen von Kapazitätsänderungen verbunden, bewirken die Kapazitätsänderungen aufgrund der Verformungen durch die Kraft F ein Meßsignal, während die Kapazitätsänderungen aufgrund von Temperaturänderungen kein Fehlersignal ergeben.
Die Länge des Elektrodenträgers 2 und die Dicke des · iiings 1 sind aufeinander abgestimmt und in Abhängigkeit von dem ! zu messenden Kräftebereich gewählt. Eine optimale Genauigkeit wird erzielt, wenn die Expansion des Meßhohlraums 23 senkrecht zur Kraftrichtung der Kontraktion fes Meßhohlraums in Kraftrichtung entspricht. Dies erreicht man durch Schwächung des Kings 1 in den Bereichen der Elektroden E1, E3, z.B. durch geringfügiges Abflachen des Hingäußeren oder dadurch, daß man an geeigneten Stellen Löcher durch den Hing bohrt. Dieser Ausgleich von maximaler Kontraktion und maximaler Expansion ist jedoch nicht kritisch.
Die Elektroden El, E4 oder E2, E3 könnten im Prinzip j
v/eggelassen werden. Durch die dargestellte symmetrische Elektro- [
denanordnung wird jedoch die Zentrierung des Elektrodenträgers \
2 im Meßhohlraum 23 weniger kritisch, weil eine Verringerung ; des Abstandes z.B. zwischen El und der Innenwand des Hohlraums
eine entsprechende Vergrößerung des Abstandes zwischen E3 und l der Innenwand zur Folge hat, und da El und E3 miteinander verbunden sind, ist die Gesamtkapazität von E1 - E3 praktisch
konstant, wenn nur kleine Abweichungen von der genaugen Zen- \
trierung des Elektrodenträgers auftreten. '
j Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Halterung zuo Montieren '
des Elektrodenträgers 2 mittig im Meßhohlraum 23, ungeachtet j von Verformungen des elastischen Körpers. Eine solche Halterung: ist an jedem Ringende vorgesehen und hat vier Arme 24, an j
- 9 809827M008
denen der Elektrodenträger 2 befestigt ist. Die Arme haben längliche Schlitze 2b, in die über die Stirnseite des Mngs 1 hinausragende Bolzen 2b eingreifen.
Gemäß einer anderen Art der Montierung des Elektrodenträgers 2 im Meßhohlraum 23 v/erden verhältnismäßig weiche, elastische Dichtungsringe, beispielsweise O-riinge, um den Elektrodenträger 2 herum derart angeordnet, daß sie in Nuten in der Innenwand des Meßhohlraums 23 eingreifen. Diese Ringe halten den Elektrodenträger im Hohlraum reibschlüssig fest, und da sie leicht komprimier- und expandierbar sind, sichern sie den Elektrodenträger auch bei Verformung des Hohlraums in einer mittigen Stellung.
In der Ausführungsform gemäß Fig. lj besteht der elastische Körper aus einem rechteckigen Block b mit einem zylindrischen Ileßhohlraum 23, der demjenigen gemäß Fig. 1 entspricht. Der Block b hat darüber hinaus eine oder mehrere Keihen von Löchern 4 mit einer derartigen Anordnung, daß die Verformung des Meßhohlraums 23 unter der Kraft P den Verformungen des Meßhohlraums 23 gemäß Fig. 1 entspricht. Durch Änderung des Durchmessers und der Anzahl von Löchern 4 ist die Verformung des Blockes 6 leicht einstellbar. Der in Fig. 5 dargestellte Druckmesser ist sehr einfach und billig herstellbar, denn es sind nur einfache Verfahrensschritte notwendig im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Fig. 1, bei der ein Schmiede- oder Formfräsarbeitsgang notwendig ist. Darüber hinaus ist der Druckmesser gemäß Fig. b bedeutend stabiler gegenüber seitlichen Kräften als der Druckmesser gemäß Fig. 1.
Ist der Block 6 mit Haken oder dergleichen für den Angriff der Kraft P versehen, dann kann der Druckmesser gemäß
- 10 8t)P8?7/100 8
275898S
der Erfindung auch zum Messen von Zugkräften verwendet werden.
Wenn die Wand zwischen den Löchern 4 und dem Meßhohlraum 23 zu dünn wird, dann können in Material große Beanspruchungen auftreten und es kann deshalb vorteilhaft sein, an solchen Stellen die Wand ahzubrechen.
Falls sehr hohe seitliche Kräfte auftreten, erhält der Druckmesser vorteilhafterweise den Aufbau gemäß Fig. 6. Bei dieser Ausführungsform hat ein rechteckiger Block 7 zwei Meßhohlräume 23 mit Elektrodenträgern 2 und Elektroden E1-E4 sowie zwei iteihen von Löchern 4 zum Einstellen der Verformungen. Um im Material zwischen den beiden Meßhohlräumen Verformungen zu ermöglichen, hat der Block ein längliches Loch Wenn die beiden Hälften des Blockes 7 annähernd identisch sind, kann der Druckmesser gemäß Fig. 6 hohe seitliche Kräfte und Drehmomente ohne Heßfehler aufnehmen. Sind, wie im Fall der Fig. 6, mehr als ein Meßhohlraum vorgesehen, dann sind alle Elektroden gleicher Bezeichnung parallelgeschaltet.
Fig. 7 zeigt einen erfindungsgemäßen Druckmesser in Form eines Freiträgers 0, dessen freies Ende von der Kraft P beaufschlagt wird. An einer geeigneten Stelle zwischen den Enden ist der Frei träger 8 von einem Querloch durchsetzt, das einen Meßhohlraum 23 zur Aufnahme des Elektrodenträgers 2 bildet. Die Verformungen des Freiträgers und des Meßhohlraums sind in Fig. 8 übertrieben dargestellt. Auch in diesem Fall nimmt das Loch unter dem Einfluß der Kraft P eine ovale Form ein, jedoch verlaufen hier die maximale Kontraktion und die maximale Expansion nicht parallel bzw. senkrecht zur Hichtung der Kraft P, sondern sind in bezug zu dieser Hichtung geneigt, so daß die Elektroden E1 - E4 entsprechend des gekippten Ovals
- Il 809 R 27/10 08
des neßhohlraums 23 montiert v/erden müssen.
Fig. 9 und 10 zeigen einen eriindungsgemäßeri Druckmesser, dessen elastischer Körper die Form einer Scheibe 9 mit vier radialen Bohrungen 10 hat, die als Meßhohlräume zur Aufnahme von Elektrodenträgern 2 dienen. Die Anzahl Löcher 10 kann ebenfalls mehr oder weniger groß sein. Die Kraft P wird verhältnismäßig gleichförmig über die gesamte Scheibenoberfläche verteilt, so daß die Löcher IO gemeinsam ein Oval bilden. Bei Parallelschaltung der Elektrodensätze der einzelnen Elektrodenträger 2 mit einer Kapazitätsmeßvorrichtung ist der erhaltene Meßwert proportional zu der die ganze Scheibe 9 beaufschlagenden Kraft. Die Scheibe 9 hat ein mittiges Loch 11, so daß dieser Druckmesser als Unterlagscheibe zum Messen von Bolzenspannungen u.dgl. verwendbar ist. Uie in allen anderen Ausführungsformen können auch hier zusätzliche Löcher eingebohrt werden, um die Verformung unter dem Einfluß der ivraft einstellen zu können.
Bei allen bisher beschriebenen Druckmessern hat der Meßhohlraum im unbelasteten Zustand einen zylindrischen querschnitt.
Fig. 11 zeigt einen Elektrodenträger in Form einer Kugel 14, die mit elektrisch leitenden Kapazitätselektrodenbeschichhingen El und E3 in entgegengesetzten Polbereichen und einer Beschichtung E2 entlang eines um die Kugel herum verlaufenden Gürtels verseilen ist. Bei Montierung des LLektrodenträgers 14 in einem kugelförmigen HeßhohLraum, der durch die zu messende Kraft derart verformt wird, daß die Kapazitäten El und E 3 zunehmen, nimmt aufgrund der Expansion des kugelförmigen Meßhohlrautiis in allen senkrecht zur Kraft ver lauf enden dichtungen die Kapazität von E2 gleichzeitig ab. Sind
80Πίί?7/1008
EI und E3 ait der einen Seite und E2 mit der anderen Seite einei Differentialkapazitätsmeßvorrichtung parallelgeschaltet, dann erhält man ein Signal, das für die zu messende Kraft typisch ist.
Fig. 12 zeigt einen Elektrodenhalter 2 mit nur drei Elektroden El, E2 und E3, der in einen zylindrischen Meßhohlraum 23 eingesetzt ist. Die Elektrode E2 befindet sich in einem Bereich maximaler Kontraktion des Meßhohlraums, während die Elektroden El und E3 in neutralen Bereichen montiert und halb so groß wie die Elektrode E 2 sind. Die neutralen Bereiche liegen um ca. 45° vom Bereich maximaler Kontraktion entfernt. Wenn die Elektroden E 1 und E3 mit der einen Seite und die Elektrode E2 mit der anderen Seite einer Differentialkapazitätsmeßvorrichtung parallelgeschaltet sind, dann ist das erhaltene Signal typisch für die zu messende Kraft, wobei nur die Elektrode E2 als aktive Elektrode wirkt, während El und E3 passive, dem Temperaturausgleich dienende Bezugselektroden sind.
Fig. 13 zeigt einen elastischen Körper 15 mit einem rechteckigen Meßhohlraura 33 und einem rechteckigen Elektrodenträger 16 mit den Elektroden El, E2, E3 und E4. Die Funktion entspricht derjenigen des Druckgebers gemäß Fig. 1. Durch Veränderung der Beziehung der Seiten des Hechtecks und der Elektrodenbereiche sowie der Zwischenräume zwischen den Elektroden E1 - E4 und der Innenwand des Hohlraums 33 sind spezielle Belastung/Kraft-Funktionen erzielbar.
Der Druckgeber gemäß Fig. 14 und 15 entspricht demjenigen gemäß Fig. 1, hat jedoch einen anderen Elektrodenträger als der in Fig. 2 dargestellte.
- 13 809827M008
In diesen Fig. 14 und 15 ist der Elektrodenträger 2 auf einen Bolzen 27 mit vorragenden Enden 28 montiert, die beispielsweise durch ein Haftmittel an Klammern 29 befestigt sind. Letztere sind z.B. ebenfalls durch ein Haftmittel an der Innenwand des Meßhohlraums im 'Winkelbereich der Elektrode El befestigt. Die aus den Elektroden E2 und E4 bestehenden Kondensatoren werden auf vorstehend beschriebene V/eise durch die kraft beeinflußt. Der aus der Elektrode E1 bestehende Kondensator wird durch die Kraft nicht teeinflußt, dagegen ändert sich der durch die Elektrode E3 gebildete Kondensator ungefähr doppelt so oft wie in der Äusführungsform gemäß den Fig. 1 und 2. Alle vier Kondensatoren ändern sich proportional durch TemperaturSchwankungen. Wenn die Kondensatoren also entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit einer Differentialkapazitätsmeßvorrichtung verbunden sind, bleibt das Endergebnis ungefähr das gleiche wie in Fig. 1, d.h. der durch die Differentialkapazitätsmeßvorrichtung bestimmte Kapazitätswert ist typisch für die Kraft, ohne daß aufgrund von Temperaturschwankungen ein Fehler auftritt.
Fig. 16 zeigt schematisch den Anschluß der Kondensatoren C1, C3, G2, C4 an eine Differentialkapazitätsmeßvorrichtung 30, beispielsweise von der in der GB-PS 1 298 689 beschriebenen Art. Bei Verwendung der Terminologie dieses Patentes sind die Kondensatoren C1 und C3 als Hauptkondensator und die Kondensatoren C2 und C4 als Bezugskondensator des Meßkreises parallelgeschaltet. Der Meßkreis bestimmt die Kapazitätsdifferenz zwischen dem Hauptkondensator und dem Bezugskondensator in Form einer Gleichspannung "U", die im vorliegenden Fall durch die Gleichung
U = k [(Cl + C3) - (G2 + C4)J
ausgedrückt werden kann.
- 14 -
809827/1008
2758386
Die endgültigen Einstellungen auf den O-Wert im unbelasteten Zustand des Druckgebers, auf Meßproportionalität und irgendeinen noch verbleibenden Temperatureinfluß können durch bekannte elektronische Schaltanordnungen vorgenommen werden.
809827/1008

Claims (12)

  1. 2758B86
    Pa tent a ns pr it c h e
    Ty Kapazitiver Druckgeber mit einem elastischen Körper zur Aufnahme einer zu messenden mechanischen Kraft mit einem Meßhohlraum, gekennzeichnet durch eine derartige Form und Anordnung des Meßhohlraums im elastischen Körper, daß sich die Form der Innenwand des Meßhohlraums unter der zu messenden Kraft in verschiedenen Richtungen verformt, und durch eine derartige Anordnung von Kapazitätselektrodensätzen im Meßhohlraum, daß deren Kapazitätswerte von den Größenänderungen der Innenwand in verschiedenen Richtungen abhängen.
  2. 2. Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elektrodensatz aus der elektrisch leitenden Innenwand des Meßhohlraums in Kombination mit einer Elektrode begrenzten Bereiches besteht, die auf einen gemeinsamen Elektrodenträger im Hohlraum montiert sind.
  3. 3. Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elektrodensatz aus einer elektrisch leitenden Außenseite eines in den Meßhohlraum eingesetzten Kerns in Kombination mit einer auf die Innenwand des Hohlraums montierten Elektrode begrenzten Bereiches besteht.
  4. 4. Druckgeber nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrodensatz in einem Bereich maximaler Kontraktion der Innenwand des Meßhohlraums unter dem Einfluß der zu messenden Kraft und ein anderer Elektrodensatz in einem Bereich maximaler Expansion der Innenwand des Meßhohlraums unter dem Einfluß der zu messenden Kraft angeordnet sind.
  5. 5. Druckgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
    - 16 -
    809827/1008
    ORtGHdAL INSPECTED
    χ-
    ί daß ein zusätzlicher Elektrodensatz in jedem der Bereiche , maximaler Kontraktion und Expansion der Innenwand gegenüber den anderen Elektrodensätzen angeordnet ist.
    :
  6. 6. Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, . daß der elastische Korper die Form eines zylindrischen kings hat.
  7. 7. Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Körper die Form eines rechteckigen.Blocks hat und daß der Hohlraum aus einem den Block in einer seiner Dimensionsrichtungen durchsetzenden Loch besteht.
  8. ;umindest8. Druckgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dai/ein zusätzlicher gleicher Meßhohlraum mit Elektrodensätzen im Block vorgesehen ist.
  9. 9. Druckgeber nach Anspruch 7 oder ü, dadurch gekennzeichnet, daß im Block zusätzliche Löcher zum Einstellen der Blockverforraung unter dem Einfluß der zu messenden Kraft vorgesehen sind.
  10. 10. Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Körper aus einem Freiträger besteht, der durch die an seinem freien Ende zu messende Kraft belastbar ist und in einem zwischen seinen Enden liegenden Bereich ein den Meßhohlraum bildendes v;uerloch aufweist.
  11. 11. Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßhohlraum aus einer Scheibe mit einer Vielzahl von Meßhohlräumen bildenden radialen Bohrungen besteht.
    - 17 -
    Θ0ΠΠ27/100Θ
  12. 12. Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Körper zusätzlich zum Meßhohlraum weitere hohlräume zum üiinstellen der Verformung des Körpers unter dem üiinfluß der zu messenden Kraft aufweist.
    n > 0 8
DE2758986A 1976-12-30 1977-12-30 Kapazitive Kraftmessvorrichtung Expired DE2758986C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK589176AA DK139644B (da) 1976-12-30 1976-12-30 Kapacitiv kraftmåler.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2758986A1 true DE2758986A1 (de) 1978-07-06
DE2758986C2 DE2758986C2 (de) 1987-04-16

Family

ID=8145970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2758986A Expired DE2758986C2 (de) 1976-12-30 1977-12-30 Kapazitive Kraftmessvorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4175428A (de)
DE (1) DE2758986C2 (de)
DK (1) DK139644B (de)
GB (1) GB1585400A (de)
SE (1) SE7714894L (de)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0017581A1 (de) * 1979-04-02 1980-10-15 Testut-Aequitas Parallelogrammartig aus einem Stück ausgebildeter Lastaufnahmekörper mit kapazitivem Wandler
FR2477707A1 (fr) * 1980-03-07 1981-09-11 Fiat Ricerche Transducteur a six degres de liberte pour convertir des forces et des couples en signaux electriques
EP0480471A2 (de) * 1990-10-12 1992-04-15 OKADA, Kazuhiro Kraftdetektor und Beschleunigungsdetektor und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0534270A1 (de) * 1991-09-26 1993-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Kraftsensor
WO1996002814A1 (en) * 1994-07-15 1996-02-01 Adrian March Limited Force measuring device
US6282956B1 (en) 1994-12-29 2001-09-04 Kazuhiro Okada Multi-axial angular velocity sensor
US6314823B1 (en) 1991-09-20 2001-11-13 Kazuhiro Okada Force detector and acceleration detector and method of manufacturing the same
WO2009062573A1 (de) * 2007-11-13 2009-05-22 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Vorrichtung und verfahren zur kapazitiven kraftmessung

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4384496A (en) * 1980-04-24 1983-05-24 Gladwin Michael T Capacitive load measuring device
US4422335A (en) * 1981-03-25 1983-12-27 The Bendix Corporation Pressure transducer
US4453422A (en) * 1982-01-22 1984-06-12 Alexander Yorgiadis Strain gage load cell having improved sensitivity
US4498231A (en) * 1982-02-26 1985-02-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Thin film strain transducer
US4445386A (en) * 1982-03-08 1984-05-01 The Babcock & Wilcox Company Hermetically sealed high temperature strain gage
US4420790A (en) * 1982-04-02 1983-12-13 Honeywell Inc. High sensitivity variable capacitance transducer
GB2123157B (en) * 1982-06-22 1986-10-15 Peter Caleb Frederi Wolfendale Load cells
US4535623A (en) * 1983-02-11 1985-08-20 Paul Gilberto Material hardness testing apparatus
FR2645259B1 (fr) * 1989-04-04 1994-02-11 Thomson Csf Capteur capacitif de deplacements et capteur d'angle de torsion comportant au moins un tel capteur capacitif
US5569866A (en) * 1994-11-02 1996-10-29 Allison; Malcolm M. Force measuring device
WO2002077593A1 (en) * 2001-03-27 2002-10-03 Nils Aage Juul Eilersen Capacitive dynamometer
WO2003076918A1 (fr) * 2002-03-08 2003-09-18 Arkray, Inc. Analyseur dote d'une fonction de reconnaissance d'informations, outil analytique utilise dans cet analyseur et ensemble constitue de cet analyseur et de cet outil analytique
US6768958B2 (en) * 2002-11-26 2004-07-27 Lsi Logic Corporation Automatic calibration of a masking process simulator
US7353713B2 (en) 2003-04-09 2008-04-08 Loadstar Sensors, Inc. Flexible apparatus and method to enhance capacitive force sensing
US7570065B2 (en) * 2006-03-01 2009-08-04 Loadstar Sensors Inc Cylindrical capacitive force sensing device and method
WO2006039236A2 (en) * 2004-09-29 2006-04-13 Loadstar Sensors, Inc. Gap-change sensing through capacitive techniques
US20060267321A1 (en) * 2005-05-27 2006-11-30 Loadstar Sensors, Inc. On-board vehicle seat capacitive force sensing device and method
US7770461B2 (en) * 2006-03-29 2010-08-10 Vibro-Meter Sa Brake-force-sensing device for vehicle running gears
ES2566046T3 (es) * 2006-03-29 2016-04-08 Meggitt Sa Dispositivo de medición de fuerza para chasis de vehículo
US7343814B2 (en) * 2006-04-03 2008-03-18 Loadstar Sensors, Inc. Multi-zone capacitive force sensing device and methods
US9500540B2 (en) * 2013-03-15 2016-11-22 University Of Connecticut Methods and apparatus for monitoring microrolling processes using embedded sensing
TWI716239B (zh) 2019-12-26 2021-01-11 財團法人工業技術研究院 一種可感測低頻力與高頻力的力感測裝置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3471758A (en) * 1967-09-20 1969-10-07 Rosemount Eng Co Ltd Capacitive strain sensor
US3602866A (en) * 1968-12-18 1971-08-31 Erwin J Saxl Force transducer
US3952234A (en) * 1973-12-31 1976-04-20 Donald Jack Birchall Pressure transducers

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3109984A (en) * 1958-05-28 1963-11-05 Perkin Elmer Corp Servomechanism hand control
US3142981A (en) * 1960-11-22 1964-08-04 Performance Measurements Compa Digital force transducer
US3141327A (en) * 1962-02-13 1964-07-21 Donald Z Hartranft Force measuring instruments
US3132319A (en) * 1963-08-30 1964-05-05 Budd Co Transducer arrangement
US3365689A (en) * 1966-04-26 1968-01-23 Kutsay Ali Umit Strain gage apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3471758A (en) * 1967-09-20 1969-10-07 Rosemount Eng Co Ltd Capacitive strain sensor
US3602866A (en) * 1968-12-18 1971-08-31 Erwin J Saxl Force transducer
US3952234A (en) * 1973-12-31 1976-04-20 Donald Jack Birchall Pressure transducers

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0017581A1 (de) * 1979-04-02 1980-10-15 Testut-Aequitas Parallelogrammartig aus einem Stück ausgebildeter Lastaufnahmekörper mit kapazitivem Wandler
FR2477707A1 (fr) * 1980-03-07 1981-09-11 Fiat Ricerche Transducteur a six degres de liberte pour convertir des forces et des couples en signaux electriques
US5811693A (en) * 1990-10-12 1998-09-22 Okada; Kazuhiro Force detector and acceleration detector and method of manufacturing the same
US6053057A (en) * 1990-10-12 2000-04-25 Okada; Kazuhiro Force detector
EP0480471A3 (en) * 1990-10-12 1993-12-29 Kazuhiro Okada Force detector and acceleration detector and method of manufacturing the same
US5421213A (en) * 1990-10-12 1995-06-06 Okada; Kazuhiro Multi-dimensional force detector
US7533582B2 (en) 1990-10-12 2009-05-19 Kazuhiro Okada Force detector and acceleration detector and method of manufacturing the same
US5639973A (en) * 1990-10-12 1997-06-17 Okada; Kazuhiro Force detector
EP0480471A2 (de) * 1990-10-12 1992-04-15 OKADA, Kazuhiro Kraftdetektor und Beschleunigungsdetektor und Verfahren zu seiner Herstellung
US7152485B2 (en) 1990-10-12 2006-12-26 Kazuhiro Okada Acceleration detector
US6158291A (en) * 1990-10-12 2000-12-12 Okada; Kazuhiro Force detector and acceleration detector
US7360455B2 (en) 1990-10-12 2008-04-22 Kazuhiro Okada Force detector and acceleration detector and method of manufacturing the same
US6779408B2 (en) 1990-10-12 2004-08-24 Kazuhiro Okada Force detector
US6477903B2 (en) 1990-10-12 2002-11-12 Kazuhiro Okada Force detector and acceleration detector and method of manufacturing the same
US6716253B2 (en) 1990-10-12 2004-04-06 Kazuhiro Okada Force detector
US6314823B1 (en) 1991-09-20 2001-11-13 Kazuhiro Okada Force detector and acceleration detector and method of manufacturing the same
EP0534270A1 (de) * 1991-09-26 1993-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Kraftsensor
US7059188B2 (en) 1993-03-30 2006-06-13 Kazuhiro Okada Angular velocity sensor
US6941810B2 (en) 1993-03-30 2005-09-13 Kazuhiro Okada Angular velocity sensor
US7363814B2 (en) 1993-03-30 2008-04-29 Kazuhiro Okada Multi-axial angular velocity sensor
WO1996002814A1 (en) * 1994-07-15 1996-02-01 Adrian March Limited Force measuring device
US6865943B2 (en) 1994-12-29 2005-03-15 Kazuhiro Okada Angular velocity sensor
US6282956B1 (en) 1994-12-29 2001-09-04 Kazuhiro Okada Multi-axial angular velocity sensor
WO2009062573A1 (de) * 2007-11-13 2009-05-22 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Vorrichtung und verfahren zur kapazitiven kraftmessung

Also Published As

Publication number Publication date
GB1585400A (en) 1981-03-04
DK589176A (de) 1978-07-01
DE2758986C2 (de) 1987-04-16
DK139644C (de) 1979-09-03
US4175428A (en) 1979-11-27
SE7714894L (sv) 1978-07-01
DK139644B (da) 1979-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2758986A1 (de) Kapazitiver druckgeber
DE2735171C2 (de) Meßwandler
DE2404011A1 (de) Bodensonde
DE4011734A1 (de) Kapazitiver differenzdruckdetektor
CH673897A5 (de)
DE3414809A1 (de) Verfahren zur herstellung von halteringen als abstuetzelemente an zylindrischen teilen
DE102013012506A1 (de) Stabförmiger Kraftaufnehmer mit verbessertem Verformungsverhalten
DE1473689C3 (de) Elektrischer Druckaufnehmer
DE4231072C2 (de) Kraftmeßgerät
DE102013012507B4 (de) Stabförmiger Kraftaufnehmer mit vereinfachtem Abgleich
DE2946868A1 (de) Druckkraftmesseinrichtung mit ringfoermigem verformungskoerper
DE4416978C2 (de) Drucksensor
EP0288985B1 (de) Biegering-Wägezelle
DE3427573A1 (de) Kraftaufnehmer
DE2200211B2 (de) Kraftmeßdose
DE3812860A1 (de) Ringtorsions-kraftmessvorrichtung
DE2263901B2 (de) Meßumformer
DE7325857U (de) Beschleunigungsmesser
DE10260577B4 (de) Dehnungsmessstreifen mit veränderbarem Nennwiderstand
DE202016008911U1 (de) Ein- oder mehrachsige Kraftmesseinrichtung mit kurzer Verformungszone
DE3713105C2 (de)
EP1033561B1 (de) Dehnungsmessstreifen für Messgrössenaufnehmer
DE3730702A1 (de) Kraftaufnehmer
DE3730703A1 (de) Kraftaufnehmer
DE60309277T2 (de) Gekapselter Hochspannungskondensator mit hoher Temperaturstabilität

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition