JPH10104097A - 荷重検出装置 - Google Patents
荷重検出装置Info
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- JPH10104097A JPH10104097A JP8278702A JP27870296A JPH10104097A JP H10104097 A JPH10104097 A JP H10104097A JP 8278702 A JP8278702 A JP 8278702A JP 27870296 A JP27870296 A JP 27870296A JP H10104097 A JPH10104097 A JP H10104097A
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Abstract
に行うとともに、荷重検出用の歪センサの耐環境性を改
善する。 【解決手段】 荷重負荷されるバー1の一端にダイアフ
ラム状円板2をこれの中央部にて一体に設け、バー1を
設けた側とは反対側の閉空間5によって囲まれた前記ダ
イアフラム状円板2の同一半径上にブリッジ接続された
少なくとも一組で四個の歪ゲージA,B,C,Dを配置
する。
Description
などにもとづく荷重変化を歪ゲージを用いて検出するの
に用いる荷重検出装置に関する。
びY軸の二軸を含め多軸の方向の荷重検出を行うものが
少ないが、これまでは多軸の方向に撓む起歪体としての
バーの歪発生部に形成した複数面に歪ゲージを貼付し、
これらの歪ゲージの電位変化の検出値から、その起歪体
に作用する荷重を演算によって求め、これを風速,風向
データとして利用するものが、例えば、特開昭56―6
111号公報などに示されている。
従来の荷重検出装置にあっては、歪ゲージによる荷重の
検出感度を向上させるためにバーを細くする必要があ
り、このバーを細くするときには軸方向荷重を受けてこ
れが曲折したり、二軸方向の測定値に影響を与えたりす
るほか、その二軸方向の荷重を正確に分離して測定でき
ないという課題があった。
ために、測定環境の雰囲気による汚染,腐食などによっ
て歪測定の精度劣化を招き、また、耐環境性に劣るとい
う課題があった。
ーの複数の面に対して行われるために、その歪ゲージの
バーに対する装着作業が繁雑となるほか、一方、複数の
面に対して薄膜技術やフォトリソグラフィ技術を用いて
歪ゲージを設ける技術の採用が困難であり、従って、人
力による貼付作業を避けられず、荷重検出装置の大量生
産化およびコストダウンに限界があるなどの課題があっ
た。
決するためになされたものであり、荷重負荷の一軸方
向,二軸方向および三軸方向のいずれかを独立に正確に
荷重検出できると共に歪ゲージの耐環境性を改善でき、
さらに大量生産かつローコストに提供できる荷重検出装
置を得ることを目的とする。
ために、請求項1の発明にかかる荷重検出装置は、荷重
負荷されるバーの一端にダイアフラム状円板をこれの中
央部にて一体に設け、バーを設けた側とは反対側の閉空
間によって囲まれたダイアフラム状円板の同一半径上に
ブリッジ接続された少なくとも一組で四個の歪ゲージを
配置したものである。
置は、荷重負荷されるバーの一端にダイアフラム状円板
をこれの中央部にて一体に設け、バーを設けた側とは反
対側の閉空間によって囲まれたダイアフラム状円板の同
一半径上にブリッジ接続された少なくとも一組で四個の
歪ゲージを互いに直交する方向に2組配置したものであ
る。
置は、荷重負荷されるバーの一端にダイアフラム状円板
をこれの中央部にて一体に設け、バーを設けた側とは反
対側の閉空間によって囲まれたダイアフラム状円板の異
った半径上にブリッジ接続された一組で四個の歪ゲージ
を配置したものである。
置は、荷重負荷されるバーの一端にダイアフラム状円板
をこれの中央部にて一体に設け、バーを設けた側とは反
対側の閉空間によって囲まれたダイアフラム状円板の同
一半径上にブリッジ接続された少なくとも一組で四個の
歪ゲージを配置するとともに、バーを設けた側とは反対
側の閉空間によって囲まれた前記ダイアフラム状円板の
異った半径上にブリッジ接続された一組で四個の歪ゲー
ジを前記歪ゲージとは直交する方向に配置するようにし
たものである。
置は、荷重負荷されるバーの他端には受風体を設けたも
のである。
置は、歪ゲージおよび該歪ゲージを接続するブリッジ回
路をダイアフラム状円板上に薄膜形成したものである。
を図について説明するが、図1は、この発明の荷重検出
装置の概略を示す断面図であり、同図において、1は、
荷重負荷されるバーであり、これの一端にはダイアフラ
ム状円板2がこれの中心部で一体に取り付けられてい
る。
アフラム状円板2の面には荷重センサ3が配置されてお
り、ダイアフラム状円板2の外周部には荷重センサ3を
囲む閉空間5を形成するケース4が取り付けられてい
る。
円板2上面の同一半径上には、図2に示すように、荷重
センサ3を構成するブリッジ接続された四個の歪ゲージ
A,B,C,Dが配置され、また、これらと同一半径上
であって、これらに対し直交する方向にブリッジ接続さ
れた四個の歪ゲージa,b,c,dが配置されてなると
している。
Dは、ダイアフラム状円板2の、例えば、X軸方向の変
形を検出する荷重センサを構成し、歪ゲージa,b,
c,dは、ダイアフラム状円板2のY軸方向の変形を検
出する荷重センサ3を構成している。
A,B,C,Dは、図3に示すように、ブリッジ接続さ
れ、歪ゲージa,b,c,dは、図4に示すように、ブ
リッジ接続されて、各歪ゲージA,Dの接続点および
B,Cの接続点間と、歪ゲージa,dの接続点および
b,cの接続点間にそれぞれ定電圧電源Pが接続され、
各歪ゲージA,Cの接続点およびD,Bの接続点間と、
歪ゲージa,cの接続点およびd,bの接続点間にそれ
ぞれ電流計などが接続される。
は、バー1に荷重が負荷されて、これが、例えば、図5
に示すように、傾くことになると、ダイアフラム状円板
2は、その傾きに応じて変形する。
2組の荷重センサを構成する各歪ゲージA乃至Dおよび
a乃至dがそのX軸方向およびY軸方向の非対称な変形
に応じた歪を検出し、これらの歪によって各歪ゲージの
抵抗の平衡バランスが崩れることになる。
びD,Bの接続点間と、歪ゲージa,cの接続点および
d,bの接続点間とに出力電圧の変化が生じる。
向およびY軸方向の各荷重センサごとに検出すること
で、各方向への荷重の大きさをそれぞれ独立に、しかも
簡単に計測することができる。
形による電圧変化は互いに相殺される。
して、図6に示すように、Z軸方向の荷重を受けること
があるが、各歪ゲージA乃至Dおよびa乃至dは、同一
半径上にあるため、その各歪出力が相殺演算されて、そ
のZ軸方向の荷重の影響なしに、X軸方向およびY軸方
向の荷重を独立して検知できる。
は、耐食性のケース4によって閉空間5内に収められて
いるため、周辺の大気,酸性雨,塵埃や腐食性ガス(S
O2,NOX)などの化学物質などに直接晒されることが
ないため、これらを原因とする各歪ゲージA乃至D,a
乃至dの汚染,腐食などを生じることがなく、高温や低
温の雰囲気においても耐環境性にすぐれた荷重検出を長
期に亘って安全かつ確実に実施できることとなる。
置される位置は、ダイアフラム状円板2上の中心から等
しい半径上であればよく、各歪ゲージA乃至D,a乃至
dの形状やサイズなどに応じてその半径の大きさは任意
に選定すればよい。
重負荷を検出する場合について述べたが、X軸またはY
軸の一軸方向の荷重負荷を検出することも任意であるほ
か、Z軸方向の荷重負荷をX軸方向,Y軸方向の荷重負
荷検出と同時にまたは全く独立して検出することができ
る。
異った半径上に、図8に示すようにブリッジ接続される
四個の歪ゲージE,F,G,Hを、図7に示すように2
個ずつ分けて対向配置すればよい。
向,Y軸方向の荷重負荷の影響を受けずに、このブリッ
ジ回路の平衡バランスの変化を検出することで、バー1
に作用する軸方向(Z方向)の荷重検出を行うことがで
きる。
軸,Z軸の各方向の荷重検出を独立して行うことがで
き、必要に応じこれらの2以上を並行して実施すること
も任意である。
は、フラットな面を持つダイアフラム状円板2の一上面
に設けられるため、ICなどの製造で用いられる薄膜技
術やフォトリソグラフィ技術を用いて、高品質かつ小形
の歪ゲージA乃至D,a乃至dを大量に形成できるとい
う効果が得られる。
た実施の形態を示すもので、これは先端に受風体11を
有するバー12の下端に、ダイアフラム状円板13をこ
の中央部に一体に取り付けたものからなる。
側のダイアフラム状円板13の下面に荷重センサ14を
設けてあり、この荷重センサ14を包むように閉空間1
5を形成する耐食性のケース16が、ダイアフラム状円
板13の外周部に取り付けられている。
のと同様に、ダイアフラム状円板13上の同一半径上に
は、X軸方向の荷重検出を行う歪ゲージA乃至Dと、Y
軸方向の荷重検出を行う歪ゲージa乃至dとが、互いに
直交する向きに配置され、これらがそれぞれブリッジ接
続されている。
至dは、半導体素子の薄膜技術によって形成でき、これ
らを接続するブリッジ回路は、フォトリソグラフィ技術
を用いて前記のように形成することは任意であり、ま
た、受風体11は、バー12の中心軸に対して対称形状
および重量を持つ。
リッジ接続した図3および図4に示したものと同様の荷
重センサ14の出力端子(同図の説明では電流計が接続
されているとした)には、それぞれアンプ17を介して
荷重演算用の演算器18および表示器19が順に接続さ
れている。
は、受風体11が風を受けることによってバー12が傾
動し、このバー12の傾動に伴って、このバー12を支
持しているダイアフラム状円板13が撓む。
撓みによるこれのX軸方向およびY軸方向の変形成分の
歪が歪ゲージA乃至D,a乃至dからなる各荷重センサ
14により、ブリッジ回路の平衡バランスの変化にもと
づいて検出される。
は、図1,図5について説明した場合と同様である。
変形するダイアフラム状円板13の歪みを検出するもの
であるから、各荷重センサ14の出力にもとづき、演算
器18が風向θをtanθ=Y/Xから求め、風力Fを
F=(X2+Y2)1/2から求めることとなる。
重センサ14が閉空間15内にあって大気に晒されるこ
とがないため、大気汚染の著しい環境下でも高性能,高
耐久性能を維持でき、また、動作,性能の信頼性を長期
に亘って維持できる。
2,ダイアフラム状円板13に耐食性合金を用いること
で、一段と耐食性にすぐれた荷重検出装置をローコスト
に提供できるとともに、構造上摺動部や回動部がないた
め、メンテナンスフリーの風向・風速計とすることがで
きる。
バー1,12の動きに対して敏感にかつ大きく変形し、
これを半導体などの薄膜化した高感度の歪ゲージで検出
することで、前記各バー1,12を短くしても所期の荷
重検出を高精度に行えるとともに、全体として形状の小
形化を実現でき、また、共振周波数を上げて計測応答を
高めることも可能となる。
他の形態を示し、これが図1に示すものと基本的に異な
るところは、バー1の下端に、風による荷重検出感度を
上げるための球状のターゲット21を設け、閉空間5を
形成するケース4Aに取り付けたダイアフラム状円板2
の中心に対してこれの同一半径上に一組で4個の流量検
出のための歪ゲージA,B,C,Dを、2個ずつが前記
中心に対して反対側に位置するように設け、さらに前記
中心に対して異った半径上に、前記歪ゲージA,B,
C,Dとは直交する向きに、一組で4個の圧力検出のた
めの歪ゲージE,F,G,Hを、2個ずつが前記中心に
対して反対側に位置するように設けた点である。
よびE,F,G,Hは、薄膜半導体にて形成され、これ
らをブリッジ接続するブリッジ回路はフォトリソグラフ
ィ技術などの薄膜技術を用いて前記ダイアフラム状円板
2上に形成されている。
の歪ゲージA,B,C,Dと圧力検出用の歪ゲージE,
F,G,Hとが相互に直交する方向に配置され、かつそ
れぞれ同一半径上および異った半径上に設けるようにし
たことで、流量と圧力の各検出出力の干渉が回避され
る。
E,F,G,Hを薄膜半導体にて形成することで、ダイ
アフラム状円板2の歪検出感度を向上でき、従って、前
記バー1の短縮化が図れる。
共振周波数を高めることができ、歪に対する応答感度,
応答速度が一段と向上するという効果が得られる。
の発明によれば、荷重負荷されるバーの一端にダイアフ
ラム状円板をこれの中央部にて一体に設け、前記バーを
設けた側とは反対側の閉空間によって囲まれた前記ダイ
アフラム状円板の同一半径上にブリッジ接続された少な
くとも一組で四個の歪ゲージを配置するように構成した
ので、一軸方向または二軸方向の荷重検出を高精度に行
えるとともに、荷重検出用の歪センサの耐環境性を確保
可能にし、しかも、かかる効果が得られる荷重検出装置
を大量生産にてローコストに提供できるという効果が得
られる。
されるバーの一端にダイアフラム状円板をこれの中央部
にて一体に設け、前記バーを設けた側とは反対側の閉空
間によって囲まれた前記ダイアフラム状円板の異った半
径上にブリッジ接続された一組で四個の歪ゲージを配置
するように構成したので、三軸方向の荷重検出を簡単な
構成にしながら他の二軸方向の荷重検出とは独立して高
精度に、かつ、耐環境性を維持しながら行うことができ
るという効果が得られる。
されるバーの一端にダイアフラム状円板をこれの中央部
にて一体に設け、バーを設けた側とは反対側の閉空間に
よって囲まれたダイアフラム状円板の同一半径上にブリ
ッジ接続された少なくとも一組で四個の歪ゲージを配置
するとともに、バーを設けた側とは反対側の閉空間によ
って囲まれた前記ダイアフラム状円板の異った半径上に
ブリッジ接続された一組で四個の歪ゲージを前記歪ゲー
ジとは直交する方向に配置するように構成したので、流
量と圧力の検出データの干渉を回避できるという効果が
得られる。
されるバーの他端には受風体を設けるように構成したの
で、風向,風速を高感度に検出できる風向,風速計を簡
単な構成にて安価に提供できるという効果が得られる。
に構成する場合には、共振周波数を高めることができ、
これにより歪に対する応答速度を向上できるという効果
が得られる。
および該歪ゲージを接続するブリッジ回路をダイアフラ
ム状円板上に薄膜形成するように構成したので、歪ゲー
ジを持った小形,軽量の荷重センサを大量かつ安価に製
造できるという効果が得られる。
示す断面図である。
である。
る。
る。
示す要部の断面図である。
態を示す要部の断面図である。
す平面図である。
る。
を示す断面図である。
置を示す断面図である。
面図である。
ゲージ
Claims (6)
- 【請求項1】 荷重負荷されるバーの一端にダイアフラ
ム状円板をこれの中央部にて一体に設け、バーを設けた
側とは反対側の閉空間によって囲まれたダイアフラム状
円板の同一半径上にブリッジ接続された少なくとも一組
で四個の歪ゲージを配置したことを特徴とする荷重検出
装置。 - 【請求項2】 荷重負荷されるバーの一端にダイアフラ
ム状円板をこれの中央部にて一体に設け、バーを設けた
側とは反対側の閉空間によって囲まれたダイアフラム状
円板の同一半径上にブリッジ接続された少なくとも一組
で四個の歪ゲージを互いに直交する方向に2組配置した
ことを特徴とする荷重検出装置。 - 【請求項3】 荷重負荷されるバーの一端にダイアフラ
ム状円板をこれの中央部にて一体に設け、バーを設けた
側とは反対側の閉空間によって囲まれた前記ダイアフラ
ム状円板の異った半径上にブリッジ接続された一組で四
個の歪ゲージを配置したことを特徴とする荷重検出装
置。 - 【請求項4】 荷重負荷されるバーの一端にダイアフラ
ム状円板をこれの中央部にて一体に設け、バーを設けた
側とは反対側の閉空間によって囲まれたダイアフラム状
円板の同一半径上にブリッジ接続された少なくとも一組
で四個の歪ゲージを配置するとともに、バーを設けた側
とは反対側の閉空間によって囲まれたダイアフラム状円
板の異った半径上にブリッジ接続された一組で四個の歪
ゲージを前記歪ゲージとは直交する方向に配置したこと
を特徴とする荷重検出装置。 - 【請求項5】 荷重負荷されるバーの他端には受風体が
設けられていることを特徴とする請求項1,2,3およ
び4のいずれかに記載の荷重検出装置。 - 【請求項6】 歪ゲージおよび該歪ゲージを接続するブ
リッジ回路がダイアフラム状円板上に薄膜形成されてい
ることを特徴とする請求項1,2,3,4,5および6
のいずれかに記載の荷重検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27870296A JP3666622B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 荷重検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27870296A JP3666622B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 荷重検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10104097A true JPH10104097A (ja) | 1998-04-24 |
JP3666622B2 JP3666622B2 (ja) | 2005-06-29 |
Family
ID=17601004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27870296A Expired - Fee Related JP3666622B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 荷重検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3666622B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008116319A (ja) * | 2006-11-03 | 2008-05-22 | Minebea Co Ltd | 3軸力センサ |
JP2008533481A (ja) * | 2005-03-17 | 2008-08-21 | コミサリヤ・ア・レネルジ・アトミク | ダブルホイートストンブリッジによる抵抗検知によって力を測定するためのデバイス |
CN103018477A (zh) * | 2012-12-12 | 2013-04-03 | 中南大学 | 一种测量风速风向的装置 |
CN109030929A (zh) * | 2018-07-06 | 2018-12-18 | 杰华特微电子(杭州)有限公司 | 负载***检测电路和方法 |
JP2019045205A (ja) * | 2017-08-30 | 2019-03-22 | アイシン精機株式会社 | 荷重検出装置 |
-
1996
- 1996-09-30 JP JP27870296A patent/JP3666622B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008533481A (ja) * | 2005-03-17 | 2008-08-21 | コミサリヤ・ア・レネルジ・アトミク | ダブルホイートストンブリッジによる抵抗検知によって力を測定するためのデバイス |
JP2008116319A (ja) * | 2006-11-03 | 2008-05-22 | Minebea Co Ltd | 3軸力センサ |
CN103018477A (zh) * | 2012-12-12 | 2013-04-03 | 中南大学 | 一种测量风速风向的装置 |
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CN109030929A (zh) * | 2018-07-06 | 2018-12-18 | 杰华特微电子(杭州)有限公司 | 负载***检测电路和方法 |
CN109030929B (zh) * | 2018-07-06 | 2024-05-24 | 杰华特微电子股份有限公司 | 负载***检测电路和方法 |
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