KR890000578Y1 - Load cell - Google Patents
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Abstract
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Description
제1(a)도는 본 고안의 로드셀의 구조 단면도.1 (a) is a structural cross-sectional view of the load cell of the present invention.
제1(b)도는 본 고안의 로드셀의 A-A단면도.Figure 1 (b) is a cross-sectional view A-A of the load cell of the present invention.
제1-a도는 본 고안의 로드셀의 게이지의 결합도.Figure 1a is a coupling of the gauge of the load cell of the present invention.
제2도는 영점 변화 측정도.2 is a measurement of zero change.
제3도는 압축시의 영점 안정도.3 is the zero stability at the time of compression.
제4도는 인장시의 영점 안정도.4 is the zero stability at tension.
제5도는 압축시험시 로드셀의 출력특성.5 is the output characteristics of the load cell during the compression test.
제6도는 인장시험시 로드셀의 출력특성.6 is the output characteristics of the load cell during the tensile test.
본 고안은 로드셀을 제조함에 있어서 용접 결합방식을 배제하고 나사 체결하여 고장시 수리가능케 하고 감지부를 인장, 압축 겸용되게 하며 편심하중과 경사하중의 영향을 최소로 억제되게한 감지회로를 구성한 것이다.The present invention is to construct a sensing circuit that eliminates the welding coupling method in the manufacture of the load cell, screwed to allow repair in the event of failure, combined with the tension and compression of the sensing unit and to minimize the effects of eccentric load and inclined load.
스트레인 게이지를 이용한 로드셀은 중화학 공업체의 공정제어용센서, 혹은 힘의 정밀측정용 센서로 그 사용법위가 다양하여 다양한 종류의 로드셀이 사용되고 있고, 최근에는 산업이 고도화됨에따라 고정밀 로드셀이 개발되고 있다.Load cell using strain gauge is a process control sensor or force measurement sensor of heavy chemical industry, and its usage is various, and various kinds of load cell are used. Recently, high precision load cell is being developed as the industry is advanced.
그러나 종래 로드셀의 구조는 가혹한 환경에서도 사용할 수 있도록 스트레인 게이지 및 감지부를 보호 케이스로서 경납땜(BRAZING)과 같은 용접방법을 응용하여 체결하므로서 스트레인 게이지 및 감지부를 외부와 차단시키는 것이여서 용접기술수준에 따라 로드셀의 하중 이력, 크리이프 및 재현도가 크게 영향을 받을 수 있을뿐만 아니라 로드셀에 과부하나 충격이 가해져서 문제가 발생하였을 때 로드셀 수리가 불가능하므로 로드셀을 폐기처분하는 결점이 있다.However, the structure of the conventional load cell is to block the strain gauge and the sensing part from the outside by applying a welding method such as brazing to the strain gauge and the sensing part as a protective case so that the structure of the load cell can be used even in a harsh environment. Load cell load history, creep and reproducibility not only can be greatly affected, but also the load cell can not be repaired when a problem occurs due to an overload or impact on the load cell.
본 고안의 로드셀은 구성부품중감지부란 측정하려는 힘과 선형적인 탄성변형을 일으키는 부분이므로 용접의 영향을 배제하고 문제발생시 수리하여 재사용이 가능하도록 감지부와 보호케이스를 나사 및 0-링을 이용하여 체결하고 감지부의 구조는 인장, 압축 겸용이 가능하도록 원통형으로 구성함으로서 종래의 일반 기둥형 감지부보다 실제 힘측정 환경에서 흔히 발생되는 편심하중과 경사하중의 영향을 0.01%Fs 이내로 억제할 수 있도록 감지회로를 구성함으로서 로드셀의 재현도, 하중이력, 영점안정도, 크리이프, 온도변화에 따른 출력변화, 온도변화에 따른 영점 변화의 특성이 각각 0.005%Fs, 0.03%Fs, 0.005%Fs,0.03Fs,±0.002%/℃Fs,±0.003%/℃Fs 인 고정 밀금 로드셀을 창출하였으며 스트레인 게이지의 수를 8개로 중가시켜 굽힘, 좌굴 등에 국부적인 스트레인 발생영향을 최대한 억제하였다.The load cell of the present invention is the sensing part of the component that causes the force to be measured and the linear elastic deformation. Therefore, the detection part and the protective case can be re-used by using the screw and the 0-ring to eliminate the effects of welding and repair them in case of problems. Fastener and sensing part is composed of cylindrical shape for both tension and compression, so that the effect of eccentric load and inclined load, which is more common in the actual force measurement environment, can be suppressed to within 0.01% Fs than conventional general column type sensing part. By constructing the circuit, the characteristics of load cell reproducibility, load history, zero stability, creep, output change according to temperature change, and zero change according to temperature change are 0.005% Fs, 0.03% Fs, 0.005% Fs, 0.03Fs, ± A fixed-tight load cell with 0.002% / ° C Fs and ± 0.003% / ° C Fs was created and the number of strain gages was increased to eight strain strains, local to bending and buckling. Bioeffects were suppressed as much as possible
이하 본 고안의 요지를 첨부 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.굽힘에 의한 영향 및 고정시 표준기와의 연결문제등을 고려하여 감지부는 원통형(1)으로 형성하고, 인장 어댑터(ADAPTER)와 압축 어댑터는 감지부와 별도로 나사부(2)(2')에서 체결되며, 충격, 습기 등에 의한 외부 환경의 영향을 최대한으로 줄이기 위하여 보호케이스(3)를 결합시키는 방법으로서 0-링(4)(4')(4")과 캡(5)로서 보울트(6)(6')체결한 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, the gist of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In consideration of the effects of bending and connection problems with a standard device during fixing, the sensing part is formed into a cylindrical shape (1), a tension adapter (ADAPTER) and a compression adapter. Is fastened separately from the sensing part (2) (2 '), and is a method of combining the protective case (3) to minimize the influence of the external environment due to impact, moisture, etc. 0-ring (4) (4') ) 4 "and the cap 5 are bolted 6 and 6 'fastened.
또 감지부의 제조에 있어서는 특수강으로 하고 감지부로서 필요한 인장강도와 경도를 갖게 하기 위하여 열처리 하는데 열처리 조건은 830℃에서 2시간 동안 유지시킨다음 기름에 급냉처리하여 그후 480℃ 에서 1시간동안 뜨임처리한다.In the manufacture of the sensing unit, it is made of special steel and heat treated to have the necessary tensile strength and hardness as the sensing unit. The heat treatment condition is maintained at 830 ℃ for 2 hours, and then quenched in oil and tempered at 480 ℃ for 1 hour. .
또 감지회로에서 사용하는 스트레인 게이지(S)는 게이지 상수 2.07±0.5%이고, 저항350.0±0.15%이며 재질은 콘스탄탄(CONSTANTAN)이고, 베이스(BASE)재질은 에폭시(EPOXY)이다.The strain gauge S used in the sensing circuit has a gauge constant of 2.07 ± 0.5%, a resistance of 350.0 ± 0.15%, a material of CONSTANTAN, and a base material of epoxy.
또한 접착제는 접착력과 내구성이 우수한 에폭시 수지를 사용한다.이와 같이된 본 고안은 나사부(2)(2')에 힘이 가해지면 감지부(1) 표면에는 축방향으로 인장스트레인ε(단위 : μ㎜ 1㎜)만큼 발생하고 축과 직각방향으로 압축 스트레인 " t-1 " 만큼 발생하여 제1(b)도의 감지부(1)와 같이 축방향으로 부착된 4개의 스트레인게이지(S1,S3,S5,S7)와 축과 직각방향으로 부착된 4개의 스트레인게이지(S2,S4,S6,S8)가 발생된 스트레인을 검출하게 되며 이 스트레인 게이지들로 제1-a도 같은 휘이트 스토운 브리지(WHEATSTONE BRIDGE)를 형성한다.In addition, the adhesive uses an epoxy resin having excellent adhesion and durability. In the present invention, when a force is applied to the threaded portion 2, 2 ', the surface of the sensing portion 1 has a tensile strain ε (unit: μ). 4 strain gauges (S1, S3, S5) generated by a compression strain "t-1" in the direction perpendicular to the axis and attached in the axial direction as the sensing unit 1 of FIG. S7) and four strain gauges (S2, S4, S6, S8) attached to the direction perpendicular to the axis are detected and these strain gauges are used as the first stoun bridge (WHEATSTONE). BRIDGE).
이때 발생된 스트레인 ε 과 브리지회로의 입출력 전압비V0/V1와의 관계를 식으로 나타내면If the relationship between the generated strain ε and the input / output voltage ratio V 0 / V 1 of the bridge circuit is expressed as
t-1t-1
을 얻을 수 있다.Can be obtained.
다시 힘표준기를 이용하여 로드셀의 입출력전압비( "t - 2 ")와 힘표준기에서 가해진 힘(kgf or N).과의 관계식을 얻게되면, 그 식으로부터 미지의 힘을 측정했을 때,나타나는 입출력 전압비 만으로 미지의 힘의 크기를 알 수 있고 로드셀을 높은 정밀도를유지하면서 가스, 습기, 분진 등이 있는 가혹한 조건하에서도 사용하기 위해서는 스트레인을 감지하는 스트레인 게이지를 가스, 습기, 분진등이 있는 대기에 노출되는 것을 막아야 한다.Using the force standard again, the relation between the load cell's input and output voltage ratio ("t-2") and the force applied to the force standard (kgf or N) is obtained.When the unknown force is measured from the equation, the input and output voltage ratio appears. To know the magnitude of the unknown force alone and to maintain the high accuracy of the load cell and to use it under severe conditions such as gas, moisture and dust, the strain gauge for detecting strain is exposed to the atmosphere with gas, moisture and dust. It must be prevented.
본 고안에서는 보호케이스(3)과 캡(5)를 나사로 조립하고 0-링(4))4')(4")로서 로드셀 내부와 로드셀 외부를 완전 차단하였다.In the present invention, the protective case (3) and the cap (5) were assembled with screws and completely blocked the inside of the load cell and the outside of the load cell as 0-rings (4)) 4 ') (4 ").
본 고안에서는 로드셀에 힘이 가해지면 감지부(1)만 변형되고, 감지부는 0-링에 의해 보호케이스에 대해 미끄럼 운동을 함으로 보호케이스에는 힘이 전혀 전달되지 않는 장점을 갖게된다.In the present invention, when a force is applied to the load cell, only the sensing unit 1 is deformed, and the sensing unit slides with respect to the protective case by the 0-ring, so that no force is transmitted to the protective case.
따라서 본 고안의 로드셀은 용접의 영향을 배제하고 문제발생시 수리하여 재사용이 가능하다.Therefore, the load cell of the present invention can be reused by eliminating the influence of welding and repairing when a problem occurs.
로드셀을 설계 제작하였을 때 선정된 스트레인 게이지나 감지부 재질의 특성, 기계가공정도 및 기타 여러가지 요인들의 복합작용의 결과로 이상적인 조건하에서 기대하였던 로드셀특성과 벗어나는 결과를 얻게되어 로드셀의 정확도가 떨어진다.When the load cell is designed and manufactured, the accuracy of the load cell is inferior from the expected load cell characteristics under ideal conditions as a result of the combined action of the selected strain gage or sensing material, mechanical process diagram, and other factors.
본 고안에서는 제1(a)도의 a,b,c,d의 보상게이지들을 사용하여 이러한 오차요인들을 제거함으로써 고정밀로드셀특성을 얻었다.(a는 휘스톤 브리지의 초기출력을 영으로 맞추는 보조저항이고, b는 브리지의 정격출력을 맞추는 보조저항이다, c는 온도변화에 따른 영점변화를, d는 온도변화에 따른 로드셀의 감도변화에 억제해주는 기능을 갖고 있다.) 이 보상 게이지들은 스트레인의 거의 발생하지 않는제1(b)도감지부(1)에 부착함으로써 그것들의 특성이 향상되어 제1-a도와 같이 브리지회로와 연결된다.In the present invention, high precision load cell characteristics are obtained by eliminating these error factors using the compensation gages of a, b, c, and d of FIG. 1 (a). (A is an auxiliary resistor that sets the initial output of the Wheatstone bridge to zero. b is an auxiliary resistor to match the rated output of the bridge, c is a function of suppressing the zero point change with temperature change, and d with the sensitivity change of load cell with temperature change.) By attaching to the non-first (b) diagram detecting unit 1, their characteristics are improved and connected with the bridge circuit as shown in FIG. 1-a.
본 고안에 의한 로드셀의 효과를 실험하기 위하여 브릿지회로에 입력전압으로 Hp파워 서플라이에 의하여 일정전압 10V가 0.1mV의 정확도를 갖고 가해지며 출력전압은 데트론 디지탈 전압계(DATRON DIGITAL VOLTMETER)로 검출하고 이때의 디지탈 전압계는 "t - 3" 의 분해능을 갖고 있다.In order to test the effect of the load cell according to the present invention, a constant voltage of 10V is applied with an accuracy of 0.1mV by the H p power supply as an input voltage to the bridge circuit. The digital voltmeter at this time has the resolution of "t-3".
온도 변화에 따른 로드셀의 출력변화를 보상하기 위한 밸코(BALCO)게이지의 저항값은 가해준 하중값이 0.002%/℃이내로 억제하기 위하여 29.70Ω으로 한다.The BALCO gauge's resistance value to compensate for load cell output change due to temperature change is 29.70Ω in order to suppress the applied load value within 0.002% / ℃.
또 영점 보상을 위한 카퍼로더(COPPER LOADER)게이지는 온도 변화에 따른 영점의 변화를 억제할 목적으로 사용한다.Also, the COPPER LOADER gauge for zero compensation is used for the purpose of suppressing the change of the zero point according to the temperature change.
보상에 필요한 저항값을 결정하기 위해서 제2도와 같이 로드셀의 온도를 변화시켜 가면서 영점의 변화를 측정한 후 그 결과에 의하여 계산한다.To determine the resistance required for compensation, change the zero point while changing the temperature of the load cell as shown in Fig. 2, and then calculate the result based on the result.
제2 (b)도는 보상후의 영점 이동을 보여주는데 50℃ 에서 보상전과 비교하여 영점이동이 1/3정도인 " t-4 "에 불과하다.Figure 2 (b) shows the zero shift after compensation, which is only "t-4" with one-third zero shift compared to before compensation at 50 ℃.
이는 전체출력의 0.003%/℃로서 고정밀 계기급에 속함을 나타내는 것이다.This indicates that it belongs to high precision instrument class as 0.003% / ℃ of total output.
브릿지 회로의 초기 비평형(INTIAL BRIDGE UNBALANCE)은 제1a도의 a와 같은 콘스탄탄 게이지(CONSTANTAN GAGE)를 사용하여 조정한다.The initial BRIDGE UNBALANCE of the bridge circuit is adjusted using a constant gauge such as a in FIG. 1a.
보상후 영점 값은-0.136mV 로서 최대출력의 0.74%이다. 온도변화에 따른 출력과 영점 변화를 억제하기 위한 보상게이지들의 저항값을 조정하고, 브릿지의 영점을 최대한으로 조정한 후 로드셀의 출력구간(SPAN)을 제1a도의 b와 같은 콘스탄탄 게이지를 이용하여 18.5mV 로 조정한다.The zero point after compensation is -1363V, which is 0.74% of maximum output. Adjust the resistance value of compensation gauges to suppress the output and zero change according to the temperature change, adjust the zero point of the bridge to the maximum, and use the constantan gauge as shown in b of Figure 1a to adjust the output section (SPAN) of the load cell. Adjust to 18.5mV.
본 고안에 의한 로드셀의 영점 안정도를 시험하기 위하여 로드셀을 실하중 표준기에 인장 혹은 압축 모우드(MODE)로 설치한 후 각 모우드에서 영점을 조사한다. 두 압축의 경우는 제3도와 같고 인장의 경우는 제4도와 같다.In order to test the zero stability of the load cell according to the present invention, the load cell is installed as a tension or compression mode (MODE) in the actual load standard and the zero point is examined at each mode. The two compressions are the same as in FIG. 3 and the tension is the same as in FIG.
두 경우 보두 초기 시작점을 기준으로하여 기준점과의 차이를 로드셀 최대 출력의 백분율로 나타낸 것이다.In both cases, the difference from the reference point is expressed as a percentage of the maximum output of the load cell.
측정시간 90분 동안 설치 모우드에 관계없이 0.005%Fs이내의 영점안정도를 얻을수 있다.다음 출력특성을 시험하기 위하여 압축 시험시 로드셀의 출력특성은 제5도와 같다. 50tf용량을 기준으로 할 때 재현도는 0.003%Fs,비선형도는 0.18%Fs이고, 하중 이력은 0.03%Fs이다. 이때 비선형도는 최대하중에서의 출력(정격 출력)만을 알고 있을 때는 중요한 오차 요인이 되나 로드셀을 고정하여 얻은 제5도의 로드셀 특성곡선을 설계 힘 측정시 이용하면 그 오차를 0.02%Fs이내로 제어가능하다. 또한 인장 시험의 경우 출력특성은 제6도와 같고. 30tf용량을 기준으로 할 때 재현도는 0.005%Fs,비선형도는 0.06%Fs, 그리고 하중 이력은 0.1%로 나타나고 있다.The zero point stability within 0.005% Fs can be obtained regardless of the installation mode for 90 minutes. The output characteristics of the load cell during the compression test are shown in Fig. 5 to test the following output characteristics. Based on the 50tf capacity, the reproducibility is 0.003% Fs, the nonlinearity is 0.18% Fs, and the load history is 0.03% Fs. At this time, the nonlinearity is an important error factor when only the output at the maximum load (rated output) is known, but if the load cell characteristic curve of FIG. 5 obtained by fixing the load cell is used for measuring the design force, the error can be controlled within 0.02% Fs. . In addition, in the tensile test, the output characteristics are the same as those in FIG. Based on the 30tf capacity, the reproducibility is 0.005% Fs, the nonlinearity is 0.06% Fs, and the load history is 0.1%.
인장, 압축 겸용 로드셀의 경우 제5도와 제6도에서 보듯이 하중 이력이 다르게 나타나는데 그 이유는 인장 혹은 압축 ADAPTER를 체결하는 과정에서 SCREW를 사용했기 때문이다. 다음 크리이프(CREEP)특성은 최대 용량인 50tf에서 0.03%Fs로 나타난다.In the case of the tension and compression load cell, the load history is different as shown in FIG. 5 and FIG. 6 because the SCREW is used in the process of tightening the tension or compression adapter. The next creep characteristic is 0.03% Fs at 50tf, the maximum capacity.
앞에서 살펴본 바와 같이 고안된 로드셀의 재특성이 고정밀급 수준이므로 본 고안에 사용된 감지부 재질, 열처리 방법, 스트레인 게이지, 접착제, 보호케이스 등으로 고정밀 로드셀 제작이 가능하다.As the re-characteristic of the load cell designed as described above is a high precision level, it is possible to manufacture a high precision load cell using the sensing material, heat treatment method, strain gauge, adhesive, protective case, etc. used in the present invention.
그러므로 본 고안에 의한 인장, 압축식 로드셀을 산업현장에서 응용함으로서 국내 각종 제품의 생산라인의 자동화나 자동물량 제어에 활용할 수 있고 대용량 힘측정 시스템 개발에 이용하므로서 산업체에서의 대용량 힘 측정의 정확도를 향상시킬 수 있는 것이다.Therefore, by applying the tension and compression load cell according to the present invention in the industrial field, it can be used for automation or automatic quantity control of production lines of various domestic products, and it is used for developing large-capacity force measurement system to improve the accuracy of large-capacity force measurement in the industry. It can be done.
Claims (1)
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| KR2019850010001U KR890000578Y1 (en) | 1985-08-03 | 1985-08-03 | Load cell |
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