JPS5856100B2

JPS5856100B2 - 力変換器

Info

Publication number: JPS5856100B2
Application number: JP1377778A
Authority: JP
Inventors: 洋一大高; 明大手
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1978-02-09
Filing date: 1978-02-09
Publication date: 1983-12-13
Also published as: JPS54107372A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は圧力、流量、浮力等に対応する力を歪検出素子
を用いて電気信号に変換する力測定器に関するものであ
る。

第１図は従来公知の力変換器の一例を示す構成説明図で
ある。

この装置は、感知ダイヤフラム１が受けた圧力を伝達棒
２を介してレバー３の一端に伝え、このレバー３によっ
てたわみ基板４をたわますように構成したものである。

そして、たわみ基板４上であって、歪が互いに反対極性
で働く２ケ所に歪検出素子５Ｌ５２を配置させている。

このような構成にかかわる従来装置においては、たわみ
基板４上において、一部分において引張りが、他の部分
において圧縮が均等に生ずるようにするために、たわみ
基板４を１枚の平らな基板で構成することができず、構
成が複雑となる欠点があった。

ここにおいて、本発明の目的は、構成が簡単でしかも精
度の良い力変換器を実現しようとするものである。

第２図は本発明の主要部をなすたわみ基板の一例を示す
構成説明図で、Ａはその平面図、Ｂは側面図である。

このたわみ基板４は５字形をなしており、一端が固定さ
れた第１の板４１、この第１の板の他端にその一端が結
合された第２の板４２で構成され、１枚の板で作られて
いる。

４１１゜４１２は第１の板４１の長手方向に直角に設け
られた溝で、一定距離へだてて平行に設けられている。

歪検出素子５１，５２は板４１の溝４１１゜４１２とは
反対側の表面に２個ずつそれぞれ配置されている。

而して、検出すべき荷重は第２の板４２に垂直に、歪検
出素子５１．５２よりほぼ等距離の個所４２１に加えら
れる。

以上のような構成のたわみ基板４において、いま第２図
Ｂに示すように、個所４２１に矢印方向に荷重Ｐが与え
られるものとすれば、第２の板４２に加わる曲げモーメ
ント線図は第３図Ａに示すように、また、第１の板４１
に加わる曲げモーメント線図は第３図Ｂに示すようにな
る。

すなわち、第１の板の溝４１Ｌ４１２の設けられている
個所には大きさがほぼ等しく、符号（極性）が反対の曲
げモーメントが作用する。

したがって、第１の板４１の溝４１Ｌ４１２の設けられ
ている個所の断面係数を等しくしておけば、第１の板４
１の溝４１１，４１２とは反対側の表面に生じる歪は、
符号が反対で大きさがほぼ等しいものとなる。

よって、この場合、歪検出素子５１には引張歪が、歪検
出素子５２には圧縮歪がそれぞれ生ずる。

これらの歪検出素子５Ｌ５２からの電気信号は、例えば
、ブリッジ回路等により差動的に検出され、与えられた
荷重に対応する電気信号を得ることができる。

一般に、たとえば、第４図に示すような単一片持ちビー
ム６において、ビーム６に垂直に加えられた直線力Ｐは
ビーム６の変形と共に、ビーム６に対して垂直よりθ角
度ズレを生ずる。

これによる誤差を避けるためにビーム６に常に垂直に力
が作用するようにするには、モーメント入力になるよう
に変換する機構を附加すればよいが、この機構の誤差が
加わり、いずれにしても力→電気出力の関係が非線形に
なる。

本発明においては、荷重Ｐが第２の板４２に加えられた
場合に、第１の板４１の溝４１１，４１２の設けられて
いる部分の板厚が薄くなっているので、この部分に応力
が集中し、この部分が伸縮を起し、第２図Ｂに示すごと
く、第２の板４２は荷重Ｐに対応して平行移動するのみ
である。

この結果、荷重量の変化に伴って、荷重条件が変化する
ことはなく、力→電気出力の関係が線形なものが得られ
る。

本願発明者の実験によれば、１８００マイクロスドレン
で、歪ゲージを貼付けるようにしたもので±０．１５％
、蒸着歪ゲージでは±０．０３％以内の直線性が得られ
た。

また、平板構造なので、成形時の機械加工等が容易であ
り、特に溝４１１，４１２は外部に開いた凹状であるの
で加工が容易である。

また、歪検出素子の取付は面の研磨時の固定方法等も容
易である。

また、本発明装置において、構造寸法を適切に選定すれ
ば、ねじり歪の影響は主歪に対して１０数％〜数％以下
となり、はぼ無視し得ることが実験的にも確認された。

なお、前述の実施例では、第１の板４１に溝４１１．４
１２が設けられたが、溝４１１，４１２の替りに穴等を
設けてもよく、要するに、第１の板４１の歪検出素子の
取付けられている部分の歪が大きく生ずるようなもので
あればよい。

なお、感度を高める必要がなければ、溝４１１，４１２
等はなくてもよいことは勿論である。

なお、第１の板４１上に蒸着あるいは、スパッタリング
等により、薄膜形歪検出素子５１．５２を直接形成する
ようにすれば、（１）複数の歪検出素子を同時に、同一条件で成形でき
るので、それぞれの抵抗値、あるいは抵抗温度係数等、
特性のそろったものが得られる。

（２）歪検出素子とたわみ基板との接合は分子間結合で
あり、接着剤が不要であるため、接着剤等に起因するク
リープ現象等がなく、感度の低下もなく、高温の被測定
体の影響により接着剤が変形したり、接着機能が低下す
るような恐れもない。

（３）薄膜形歪検出素子は極めて物性的に安定なもので
、経年変化等、特性上の信頼性が高い。

（４）貼付は形歪検出素子は接着作業が必要であるが、
薄膜形歪検出素子は装置により基板上に直接作り込むも
ので、量産性に優れ、同時に多数のものを同−一条性で
作り込むことができる。

（５）薄膜パターン形成時にブリッジ回路結線用のリー
ドを作り込むことができるので、ブリッジ結線工数が低
減できる。

（６）ブリッジ回路の零調理用補正抵抗もあらかじめ同
時に作り込んでおくかあるいは、各歪検出素子の抵抗値
をトリミングにより修正して補正することもできる。

以上説明したように、本発明によれば、たわみ基板を１
枚の平板で構成できるもので、構造が簡単なうえに、次
のような種々の特長を有する、精度の良い力変換器が実
現できる。

（１）歪検出素子として蒸着ストレインゲージを使用す
る場合、同一表面上に同時製作することができるので、
抵抗値、温度係数のそろった素子が得られる。

（２）伸び歪と縮み歪を各々２個所検出してフルブリッ
ジ回路を構成する場合に、同種類の歪の検出個所は各々
１個所にまとまり、たわみ基板の厚さのバラツキ、蒸着
のバラツキ等による影響が少い。

（３）カー歪特性が線形なものが得られる。

（４）直線的な力をそのまま直接的に変換することがで
きる。

（５）平板的構造なので成形加工が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知の力変換器の一例を示す構成説明図、
第２図は本発明の主要部をなすたわみ基、板の一例を示
す構成説明図で、Ａは平面図、Ｂは側面図、第３図Ａ、
Ｂは第２図のたわみ基板の曲げモーメント線図、第４図
は本発明を説明するための説明図である。４・・・・・・たわみ基板、４１・・・・・・第１の板
、４１１゜４１２・・・・・・溝、４２・・・・・・第
２の板、５１．５２・・・・・・歪検出素子。

Claims

【特許請求の範囲】１一端が固定された第１の板と該第１の板の他端に一
端が接続され第１の板の片側に平行に設けられた第２の
板とを具えた平板状のたわみ基板、前記第１の板の一方
の表面上に所要距離へだてて設けられた少くとも２個の
歪検出素子を具備し、前記歪検出素子間に曲げモーメン
ト零の個所が生ずるように前記第２の板に変換すべき荷
重が加えられるようにされた力変換器。２たわみ基板の歪検出素子の設けられた個所を可撓部
とし、該可撓部に応力を集中させるようにした特許請求
の範囲第１項記載の力変換器。３可撓部として、たわみ基板に溝または穴加工の施さ
れた特許請求の範囲第２項記載の力変換器。４歪検出素子として、たわみ基板の表面に形成された
絶縁層と、該絶縁層上に形成された抵抗パターン層と、
該抵抗パターン層上の一部に形成された電極層とにより
構成された特許請求の範囲第１項又は第２項又は第３項
記載の力変換器。