JPS6057528B2 - ひずみゲ−ジ荷重変換器 - Google Patents

ひずみゲ−ジ荷重変換器

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JPS6057528B2
JPS6057528B2 JP53006536A JP653678A JPS6057528B2 JP S6057528 B2 JPS6057528 B2 JP S6057528B2 JP 53006536 A JP53006536 A JP 53006536A JP 653678 A JP653678 A JP 653678A JP S6057528 B2 JPS6057528 B2 JP S6057528B2
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strain
rigid body
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strain gauge
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正安 河井
勝三 石川
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Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring 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
    • G01L1/22Measuring 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
    • G01L1/2206Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2243Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being parallelogram-shaped

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ひずみ荷重変換器に関し、より具体的には
、いわゆる平行四辺形型ビーム式のひずみゲージ荷重変
換器に関するものである。
従来、この種の荷重変換器は、一般に第1図に示すよ
うに構成されていた。
すなわち第1図a、bおよびcにおいて、1は荷重変
換器本体であり、長方形でかつ適宜な厚みを有する板状
の部材に、長手方向に沿つて所定距 離離間して配置さ
れた2個の門札を形成し、さらにこれらの間を切り離し
加工(例えば摺り割り加工)により連通させて孔部8を
形成してある。
これにより荷重変換器本体1は、適宜な間隔をもつて対
峙する1対の剛体部、すなわち基端側剛体部1aと先端
側剛体部lbおよびこれら基端側剛体部1a)先端側剛
体部lbより肉厚が薄く荷重により応力集中を起こして
変形する起歪部を有し、互いに平行でかつ長さの等しい
1対の第1、第2の起工ビームlc) ldをそれぞれ
各端部において相互に一体に結合した構成をなしている
。この荷重変換器本体1の第1、第2の起工ビーム1c
、ldの各両端部近傍の応力集中を起こす起歪部の外側
面4個所には、ひずみゲージ2、3、4、5が接着され
ている。これらひずみゲージ2〜5は、抵抗線6が絶縁
ベース7上に添着されて成るものであり、第3図に示す
ようにホイートストンブリツジ回路を形成している。こ
のホイートストンブリツジ回路において、e、nは入力
電圧を”示し、eo、iは出力電圧を示す。 このよう
に構成された荷重変換器は、基端側剛体部1aが例えば
取付台9にねじ10をもつて支持固定され、先端側剛体
部lbに該先端側剛体部lbに沿う方向に荷重W、が印
加されたときに第2図に誇張して示すように変形し、印
加荷重に応じた電気信号を得る。
すなわち、ひずみゲージ2、4は伸び、ひずみゲージ3
、5は縮む。最初、荷重が零の時、ブリッジ回路を平衡
させておけば、荷重W1により不平衡状態になり、この
不平衡分、すなわち電気的出力が荷重と比例するので、
この出力から荷重を測定することができる。ところで、
この種の荷重変換器にあつては、第1図のY−Y″、Z
−Z′(ひずみゲージを接着した点)における第1およ
び第2の起歪ビーム1cおよび1dの断面は、第4図に
示すように、正方形または矩形断面であつた。このよう
な荷重変換器では、次のような問題が生ずる。すなわち
荷重印加位置(荷重点)が平行二辺の第1、第2起歪ビ
ーム1c,1dに沿う主軸(X−X″)方向に移動して
も、ひずみゲージ2〜5のブリッジ出力には大きな変化
が起きないが、主軸(X−X″)と直角の方向に荷重点
を移動すると大きな出力変化をきたす。
例えば第5図に示すように、この種の荷重変換器本体1
に受皿固定部材11を介して受皿12を直接取り付けて
成る電子はかり等においては、被測定物13が主軸(X
−X″)に沿つて移動した位置に載置されても誤差を生
じないが、被測定物13が主軸(X−X″)からこれと
直交する方向にe″離れた位置に載置されると、曲げモ
ーメントにより平行二辺の起歪ビーム1c,1dにねじ
れ変形および曲げ変形を生じる結果、大きな測定誤差を
生じ、従つて精度のよい測定ができないという欠点があ
つた。
このような欠点を解消するには、荷重変換器に前記曲げ
モーメントが加わらないように複数個の荷重変換器を用
いたり、ロバーバル機構と称され.る機構を介して荷重
変換器に荷重を作用させるように構成すればよいと考え
られる。
しかしながら、このような構成にすると、複雑で故障を
生じ易く、コストの上昇をもたらすという新たな問題を
生ずる。本発明の目的とするところは、簡単な構成で、
荷重印加位置のずれによる測定誤差をほとんどなくし得
るひすみゲージ荷重変換器を提供することにある。
すなわち本発明は、支持固定される基端側剛体一部と、
この基端側剛体部に離間して設けられ荷重が印加される
先端側剛体部と、これら基端側剛体部および先端側剛体
部に、両端部がそれぞれ一体に結合されて互いに平行に
、かつ前記荷重方向に交差する主軸方向に沿つて設けら
れ、これら両剛体部間を連結し前記荷重により変形する
起歪部を有する長さの等しい第1および第2の起歪ビー
ムとから成る平行四辺形型ビーム式のひずみゲージ荷重
変換器であつて、前記基端側剛体部と第1の起歪ビーム
と先端側剛体部の荷重が印加される面の側、および前記
基端側剛体部と前記第2の起歪ビームと前記先端側剛体
部の荷重方向とは反対面の側に、前記主軸方向に沿つて
断面円弧状をなす・凹状溝をそれぞれ形成し、前記第1
および第2の起歪ビームの前記起歪部に対応する前記凹
状溝の底部にひずみゲージを添着した構成とすることに
より、前記目的を達成している。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
第6図は本発明の一実施例の構造を示すもので、同図a
は平面図、同図bは正面図、同図cは右側面図である。
同図において、第1図a−cに示すものと同一または対
応する部材もしくは部分″には同一の符号を付してある
。この実施例における荷重変換器本体1は、第1図a−
cに示した従来例のものと同様、取付台9等に取り付け
固定される基端側剛体部1aと、荷重Wが印加される先
端側剛体部1bと、これら両剛体部1a,1bを連結す
る平行二辺の第1の起歪ビーム1c,第2の起歪ビーム
1dとから成る平行四辺形型のビームとして構成されて
いる。
そしてこの荷重変換器本体1の荷重Wが印加される面(
図においては上面)および荷重方向と反対の面(図にお
いては下面)、すなわち基端側剛体部1aと第1の起歪
ビーム1cと先端側剛体部1bの荷重が印加される面の
側、および基端側剛体部1aと第2の起歪ビーム1dと
先端側剛体部1bの荷重方向とは反対面の側には、主軸
(X−X″)方向に沿つて断面円弧状をなす凹状溝1e
および1fが形成されている。この荷重変換器本体1の
中間部に荷重印加方向と直交する方向に所定量離間され
て穿設された2個の円孔に対応する第1の起歪ビーム1
cの凹状溝1eの底部には、それぞれひずみゲージ2お
よび5が接着(添着)され、同様に2個の円孔に対応す
る第2の起歪ビーム1dの凹状溝1fの底部には、それ
ぞれひずみゲージ3および4が接着(添着)されている
。これらひずみゲージ2〜5は、第3図に示すようにブ
リッジ結線される。このように構成された荷重変換器は
、基端側剛体部1aがねじ10によつて取付台9に支持
固定され、先端側剛体部1bに、該先端側剛体部1bに
沿う方向の荷重Wが印加されたときに、第2図aに誇張
して示すような変形をし、印加荷重に応じた電気信号を
得る。
この場合、荷重変換器本体1の荷重印加面側およびこれ
とは反対側面には、主軸(X−X″)方向に沿つて断面
円弧状の凹状溝1eおよび1fが形成されているので、
主軸(X−X″)に直交する方向に沿つて荷重点が移動
しても荷重変換器本体1はねじれ変形をほとんど生せず
、第1および第2の起歪ビーム1cおよび1dは、曲げ
モーメントの影響による変形を生じることがないから、
荷重点の移動による測定誤差は極めて小さく、ほとんど
無視できる。一方、主軸(X−X″)に沿つて荷重点が
移動しても従来例と同様、第1のおよび第2の起歪ビー
ム1cおよび1dのひずみゲージ2〜5の接着されてい
る部位には、総合してw−eのモーメントのみが与えら
れるだけであるので、荷重点の移動による測定誤差はも
ち輪生じない。因に、第7図に前記実施例と従来例の荷
重点のすれ(主軸と直交する方向へのすれ)に対する測
定誤差特性を示す。
すなわち第7図中、符号Aをもつて示される特性は、第
6図に示す実施例の荷重変換器に受皿12を取り付け、
この受皿12に被測定物13の荷重が加わつた場合の特
性を示し、符号Bをもつて示される特性は、従来の平行
四辺形型ビーム式のひずみゲージ荷重変換器の場合の特
性を示し、符号Cをもつて示される特性は、第1の起歪
ビームの荷重印加面と第2の起歪ビームの荷重方向とは
反対面を、主軸(X−X″)に沿つて凸面状に形成し、
その凸面部にひずみゲージを接着した場合の特性を示す
。この特性図かられかるように、前記実施例の荷重変換
器は、特に従来致命的な欠点であつた主軸に直交する方
向の荷重点のすれによる測定誤差は、ほとんど無視し得
る程度に抑えることができ、従つてこれに直接受皿13
を取り付けるだけで、非常に精度のよい電子はかりを得
ることができる。そして前記実施例のものは、ロバーバ
ル機構のように複雑で、高価格でしかも故障の生じ易い
ものに比べ、その構成は極めて簡素であり、従つて故障
するおそれは極めて少なく、生産コストも低廉である。
なおこの種の荷重変換器を製作するに当つては、荷重変
換器本体1におけるひずみゲージを接着すべき面の形状
を前述のように円弧状凹面としたが、その凹面の両先端
鋭角部に応力が集中するのを和らげるため、第6図のc
に示すように、その鋭角部の面取りを行うことがより望
ましい。
以上詳しく説明したように、本発明のひずみゲージ荷重
変換器は、極めて簡素な構成で、コストの上昇を来たす
ことなく、荷重印加位置のずれによる測定誤差をほとん
ど無視し得る程度に減少させることができ、これを例え
ば電子はかりに適用した場合には、極めて精度のよいも
のが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の平行四辺形型ビーム式のひずみゲージ荷
重変換器の構造を示し、aはその平面図、bは正面図、
Cは右側面図、第2図A,bは第1図の荷重変換器に荷
重が加えられ、荷重変換器本体に接着されたひずみゲー
ジに伸びまたは縮みが生じた状態を示す原理図、第3図
は平行四辺形型ビーム式のひずみゲージ荷重変換器の測
定基本回路図、第4図は第1図のY−Y″またはZ−Z
″における断面図、第5図は第1図のひずみゲー・ジ荷
重変換器に受皿を配設した構成図、第6図は本発明の一
実施例の構造を示し、aはその平面図、bは正面図、c
は右側面図、第7図は本発明によるひずみゲージ荷重変
換器と従来例等における荷重点のすれに対する測定誤差
の関係を対比し・て示した特性図である。 1・・・荷重変換器本体、1a・・・基端側剛体部、1
b・・・先端側剛体部、1c・・・第1の起歪ビーム、
1d・・・第2の起歪ビーム、2〜5・・・ひずみゲー
ジ、8・・・孔部、9・・・取付台、12・・・受皿、
13・・・被測)定物。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 支持固定される基端側剛体部と、この基端側剛体部
    に離間して設けられ荷重が印加される先端側剛体部と、
    これら基端側および先端側剛体部に両端部がそれぞれ一
    体に結合されて互いに平行にかつ前記荷重方向に交差す
    る主軸方向に沿つて設けられこれら両剛体部間を連結し
    前記荷重により変形する起歪部を有する長さの等しい第
    1および第2の起歪ビームとから成る平行四辺形型ビー
    ム式のひずみゲージ荷重変換器であつて、前記基端側剛
    体部と第1の起歪ビームと先端側剛体部の荷重が印加さ
    れる面の側、および前記基端側剛体部と前記第2の起歪
    ビームと前記先端側剛体部の荷重方向とは反対面の側に
    、それぞれ前記主軸方向に沿つて断面円弧状をなす凹状
    溝を形成し、前記第1および第2の起歪ビームの前記起
    歪部に対応する前記凹状溝の底部にひずみゲージを添着
    したことを特徴とするひずみゲージ荷重変換器。
JP53006536A 1978-01-24 1978-01-24 ひずみゲ−ジ荷重変換器 Expired JPS6057528B2 (ja)

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FR (1) FR2415292A1 (ja)
GB (1) GB2016715B (ja)
SE (1) SE433884B (ja)

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