SE512245C2 - Lastcell jämte användning av en lastcell för kraftmätning - Google Patents

Description

.512 245 2 En lastcell enligt uppfinningen innefattar en lastupptagande ramkonstruk- tion av balkar och förbindningar anordnade med en eller flera mätzoner.

Den lastupptagande ramkonstruktionen är utformad så att en belastning som påförs två parallella, yttre balkar i ramen överförs till mätzonerna via förbindande balkar. Åtminstone en av förbindningsbalkarna är anordnad under en vinkel oz relativt de två parallella ytterbalkarna. Belastningen som påförs den lastupptagande ramkonstruktionen överförs till mätzonen som en last vilken är större än den påförda belastningen i proportion till vinkeln Q.

En lastcell enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är utvändigt formad som ett solitt och väsentligen rätvinkligt block. I det hu- vudsakligen rätvinkliga blocket är lastcellen vidare utformad så att belast- ningen på två parallella ytterbalkar av lastcellen överförs till två mätbalkar, försedda med mätzoner formade i lastcellen och förenade medelst ett mem- bran. Var och en av de med mätzoner försedda mätbalkarna utsätts för en drag- eller tryckbelastning verkande i balkens längdaxelriktning. I en före- dragen utföringsform av lastcellen är mâtbalkarna belägna på vardera sidan av ett membran. Den till respektive mätbalk överförda belastningen är större än den yttre belastningen i den del av lastcellen där mätzonen är anordnad.

Genom en form av hävstångsverkan kan relativt små laster mätas. Häv- stångseffekten är proportionell mot vinkeln oc mellan lastcellens förbindande balkar och längdaxeln av de parallella ytterbalkar som ingår i ramkonstruk- tionen. Ett mätorgan är anbringat i respektive mätzon för att alstra en signal som är proportionell mot den mekaniska deformation som påläggs mätzo- nen. En föredragen utföringsforxn av uppfinningen innefattar två mätbalkar på vardera sidan av ett membran, vari en mätsignal mottages från en på re- spektive balk anordnad mätzon.

Fördelen med föreliggande uppfinning är att lastcellens form och geometri gör den känslig för små belastningar i en y-riktning. En annan fördel är att de två med mätzoner försedda balkarna är förbundna och anordnade under asymmetrisk geometri vilket gör lastcellen okänslig för temperaturgradienter _5l2 245 3 i två riktningar, varav den ena riktningen är parallell med balkens längd- riktning, x-riktningen, och den andra riktningen är vinkelrät mot den första riktningen. Temperaturdifferenser över lastcellen i rät linje iy~riktningen orsakar förändringar av signalen från mätzonema på de två balkama, vilka upphäver varandra. Detsamma gäller även för temperaturdifferenser över lastcellen i x-riktningen.

Ytterligare en fördel med uppfinningen är att formförändringen under be- lastning i en riktning som är vinkelrät mot längdaxeln av de parallella ytter- balkarna är ytterst liten. Ännu en fördel innebär att en uppfinningsenlig lastcell av viss storlek därför kan utnyttjas vid mätning inom ett bredara belastningsintervall. En tillkommande fördel med uppfinningen är dessutom att lastcellens form och geometri gör den okänslig för belastningar verkande parallellt med längdaxlarna av de parallella ytterbalkarna.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning beskrivs närmare nedan med hänvisning till bifo- gade ritningar.

Fig. 1 visar en isometrisk vy av en vertikal lastcell enligt känd teknik, Fig. 2 visar en vertikal lastcell enligt känd teknik, Fig. 3 visar en lastcell innefattande en ramkonstruktion enligt uppfinningen, Fig. 4 visar en lastcell innefattande en ramkonstruktion enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen, Fig.5 visar en isometrisk vy av en lastcell enligt uppfinningen, Fig. 6 visar en schematisk vy av en lastcell enligt uppfinningen, Fig. 7 visar en vidareutveckling av den uppfinningsenliga lastcellen, och iä aaian, alla: _512 245 Fig. 8 visar ytterligare en vidareutveckling av den uppfinningsenliga lastcel- len.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Ett exempel på en lastcell enligt teknikens ståndpunkt visas i fig. 1 och 2.

Såsom framgår av fig. 2 har lastcellen 1 formen av ett väsentligen rätvinkligt block och visas schematiskt innefatta två balkar 2, vilka är formade som membran för mätning av en belastning som påförs lastcellen i en y-riktning, angiven med pilen F. Belastningen F som påförs lastcellen via klackar 4, 5, 6 och 7 uppdelas på två mätzoner i lastcellen till två belastningar F/ 2 av samma storlek. Båda balkarna 2 uppvisar ett väsentligt tunnare tvärsnitt i z-riktningen, än lastcellen i övrigt. En magnetoelastisk givare 3 är anordnad på var och en av balkarna 2. En belastning som påförs i riktningen F alstrar en skjuvkraft i balkarna 2 på grund av F/ 2, som registreras av de magneto- elastiska givarna 3.

Fig. 3 visar en lastcell innefattande en ramkonstruktion i enlighet med före- liggande uppfinning. Ramkonstruktionen symboliseras av balkar visade som kraftiga linjer, och förbindningar ritade som fyllda cirklar. Ramen innefattar balkar 10, ll, 12, 13, 17, 22 och 23, samt förbindningar 14, 15, 16, 24, 25 och 26. Två stycken parallella ytterbalkar 10, ll uppbär en påförd belast- ning. De två parallella ytterbalkarna 10, 1 1 är via förbindningsbalkar 12, 13, 22, 23 förbundna med en parallellt löpande mätbalk 17 innefattande mätzoner 20, 21. Förbindningsbalkama 12, 13, 22, 23 bildar en vinkel oc relativt de två parallella ytterbalkarna 10 ,l1. En belastning F som i y- riktningen påförs en yttre balk 10 ovanför en mâtzon 20 uppdelas i två på- förda belastningar F/ 2, men överförs till mätzonen som en belastning i x- riktningen som är proportionell mot och större än F/ 2. Vinkeln ot bestäm- mer förhållandet till vilket belastningen på mätzonen överstiger F/ 2.

Fig. 4 visar en föredragen utföringsforrn av en lastcell enligt uppfinningen, vari två stycken, imätbalkarna 18, 19 anordnade mätzoner 20, 21 är inbör- 512 245 5 des mekaniskt kopplade via ett membran 34. Jämfört med fig. 3 är ytterliga- re förbindningar 32, 33 och balkar 62, 63 infogade i ramkonstruktionen av fig. 4, varmed de två parallella ytterbalkarna 10, 11 kopplas till mätbalkarna 18, 19 och ramkonstruktionen stagas horisontellt. Balkarna 62, 63 är dess- utom placerade på sådant sätt att måtzonema 20, 21 på två mätbalkar 18 respektive 19 år inbördes asymmetriskt placerade med avseende på mem- branet 34 i fig. 4.

Fig. 5 visar en 'isometrisk vy av en lastcell enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen. Lastcellen i fig. 5 är ett väsentligen rätvinkligt block vilket motsvarar den föredragna utföringsformen av en lastcell innefattande en ramkonstmktion, visad i fig. 4. Lastcellen beskrivs närmare i fig. 6. Lastcel- len är invändigt utformad för att uppvisa två måtzoner 20, 21. Mätzonema 20, 21 bildas av skåror 35-42 och genomgående passager 43-54 upptagna i den i ett stycke formade lastcellen. Skåroma 35-42 löper i z-riktningen ge- nom ,det solida materialet av lastcellen. Passagema 43-54 är cylindriska hål borrade i z-riktningen genom det solida materialet av lastcellen, från dess ena sida till den andra. Vinkeln ot mellan en förbindningsbalk 12 och den yttre balken 10 i föreliggande uppfinning enligt fig. 3 bildas i den föredragna utföringsforrnen enligt fig. 6 av en tangent dragen mellan periferierna av två intill varandra liggande passager 43, 44 och centrumlinjen av mâtbalken 18.

I fig. 6 är två par klackar 5, 6 respektive 4, 7 anordnade på två parallellt lö- pande sidor av lastcellens mittsektion. En belastning F på lastcellen delas genom klackarna 4-7 i två belastningar F/ 2 av samma storlek, vilka överförs till mätzonerna 20, 21. Detta motsvarar belastningama F/ 2 som överförs till mätzonerna i den i fig. 1 och 2 visade kända anordningen . I utföringsex- emplen av föreliggande uppfinning enligt fig. 5 och 6 delas likaså den påför- da belastningen F i två belastningar F/ 2 som påförs lastcellen, dock med den mycket betydelsefulla skillnaden att den belastning som överförs till mätbalken med tillordnade mätzoner 20, 21 är större än och proportionell mot F/ 2, i enligt vinkeln oz. ma...- .- ...sin .512 245 6 Vid en närmare granskning av en av mätzonerna 20, under hänvisning till fig. 6, är de sex passagema 43-48 formade så att tunna sektioner av materi- al återstår mellan passagerna och lastcellens kanter, samt mellan två sepa- rata, intilliggande men ej förbundna passager såsom passagerna 43, 46 hos mätzonen 20. Dessa tunna sektioner bildar den mekaniska motsvarigheten _ till ovannämnda förbindningar, såsom förbindningen 15 i fig. 4. Sex stycken sådana förbindningar är formade mellan de passager som omger mätområ- det. I fig. 6 visas av åskådlighetsskäl endast en sådan förbindning 57.

Skårorna, såsom de i fig. 6 visade skårorna 35-58 och 39-42 som förbinder passagerna och skårorna 55, 56 vilka avgränsar mätzonerna 20, 21 och membranet 34, kan beskrivas som raka snitt motsvarande plana ytor i z- riktningen.

Fig. 7 visar en lastcell enligt en vidareutveckling av uppfinningen, formad för mätning av nominella belastningar av en storlek om ca. 2,5 gånger belast- ningarna för den i fig. 6 visade lastcellen. Fig. 8 visar ytterligare en vidareut- vecklad lastcell enligt uppfinningen, formad för mätning av nominella be- lastningar av en storlek om ca. 5 gånger belastningarna för den i fig. 6 visa- de lastcellen. Dessa skillnader i nominell belastning har uppnåtts genom ändring av vinkeln oz.

En mätzon 20, 21 i lastcellen enligt uppfinningen är vidare formad för att vara jämförelsevis tunn i z-riktningen. Detta framgår av den isometriska vyn av lastcelleni fig. 5. Formningen av lastcellen utförs genom fräsning eller vattenskärning eller annat förfarande lämpat för noggrann avskiljning av material från ett solitt, rätvinkligt block av en lämplig metall, t. ex. något slag av rostfritt stål. Ett mätorgan för töjningsmätning är anordnat i den tunna del av lastcellen som bildar mätzonema 20 och 21. Mätorganet är fö- reträdesvis en magnetoelastisk givare av Pressductor-typ, såsom antyds i fig. 3-8.

Jl 512 245 7 Verkningssättet hos en magnetoelastisk givare av Pressductor-typ grundar sig på vetskapen att ett magnetiskt materials magnetiska permeabilitet för- ändras vid mekanisk päkänníng. Denna typ av givare tillverkas i samma material som lastcellen. Primär- och sekundärlindningar är lindade genom fyra hål i lastcellsmaterialet så att de korsar varandra under räta vinklar.

Två av hålen, t.ex. i lägena 58 och 59, är avsedda för en primärlindning för magnetisering av materialet med en växelström. De övriga två hålen, t.ex. i lägena 60 och 61, är avsedda för en sekundärlindning för mätning av spän- ningar som uppstår på. grund av en påförd belastning. Av äskådlighetsskäl är endast en magnetoelastisk givare av Pressductor-typ visad med hänvis- ningsiffror i fig. 6.

Ett mätorgan för töjningsmätning kan även vara anordnat i mätzonen i form av trådtöjningsgivare eller piezo-elektriska organ.

Inom uppfinningstanken ryms även att de cylindriska passagerna 43-54 som är borrade genom den solida lastcellen alternativt kan uppvisa andra tvärsnitt än runda cirklar, eller att vissa av passagerna kan uppvisa tvär- snitt av annan form.

Claims (9)

512 245 PATENTKRAV

1. Lastcell innefattande en lastupptagande ramkonstruktion av huvudsakli- gen styva balkar och vinklade, flexibla förbindningar samt två mätzoner (20,21) med organ för töjningsmätning. kännetecknad av att ramkonstruk- tionen uppvisar en mittsektion med två parallellt löpande, väsentligen raka yttre balkar (10,1 1) som är orienterade huvudsakligen vinkelrätt mot en påförd belastning, två sidosektioner vilka båda uppvisar två eller flera vä- sentligen raka förbindande balkar (12, 13,22,23) som lutar vid en vinkel ot relativt de två parallella, väsentligen raka yttre balkama (10,1 1), att de styva balkarna förblir huvudsakligen raka vid en förändring i den mot lastcellen påförda belastningen, att storleken av den belastning som överförs till re- spektive mätzon (20,21) står i proportion till vinkeln ot, att mätzonerna (20,21) är lämpligen anordnade och mätorganen lämpligen anpassade för att alstra en utsignal som är representativ för den påförda belastningen eller för den registrerade belastningsförändringen.

2. Lastcell enligt krav 1, kännetecknad av att ramkonstruktionen innefattar en mätbalk (17) anordnad med mätzoner (20,21).

H3. Lastcell enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att ramkonstruktionen in- nefattar ett membran (34), vilket sträcker sig väsentligen parallellt med de yttre balkarna (10,11) av mittsektionen och förenar de två mätzonerna (20,21) som är anordnade i två mätbalkar (18, 19), vilka mätbalkar sträcker sig inbördes parallellt och var för sig är förbundna med en av de parallella yttre balkarna (10, 1 1) via en balk (62,63) på sådant sätt att mätzonerna (20,21) är symmetnskt belägna relativt en mittpunkt hos membranet (34) och är anordnade i diagonalt motstående kvadranter av lastcellen.

4. Lastcell enligt något av föregående krav, kännetecknad av att ramkon- struktionen och mätzonema är integrerade i en i ett stycke formad kropp innefattande mätzoner (20,21), genomgående passager (43-54) och skåror (35-4255-56), lämplign anordnade för att bilda en ramkonstruktion. ll 512 245

5. Lastcell enligt krav 1, kännetecknad av att mâtzonerna (20,21) runt ett centrumparti därav vidare innefattar ett område av reducerad tjocklek i z- riktningen.

6. Lastcell enligt krav 1-5, kännetecknad av att de i måtzonerna [20,21) an- ordnade mätorganen utgörs av en eller flera magnetoelastiska givare.

7. Lastcell enligt krav 1-5, kännetecknad av att mâtorganen utgörs av en eller flera trådtöjriingsgivare.

8. Lastcell enligt krav 1-5, kärmetecknad av att mätorganen utgörs av en eller flera piezo-elektriska anordningar.

9. Användning av en anordning enligt något av kraven 1-8 för kraftmätning. í