JPS5988632A - ひずみゲ−ジ式荷重変換器 - Google Patents

ひずみゲ−ジ式荷重変換器

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Publication number
JPS5988632A
JPS5988632A JP19937882A JP19937882A JPS5988632A JP S5988632 A JPS5988632 A JP S5988632A JP 19937882 A JP19937882 A JP 19937882A JP 19937882 A JP19937882 A JP 19937882A JP S5988632 A JPS5988632 A JP S5988632A
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JP
Japan
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strain
load
strain gauge
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columnar
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Pending
Application number
JP19937882A
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English (en)
Inventor
Takao Yoshida
吉田 敬夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KYOWA DENGIYOU KK
Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Original Assignee
KYOWA DENGIYOU KK
Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
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Publication date
Application filed by KYOWA DENGIYOU KK, Kyowa Electronic Instruments Co Ltd filed Critical KYOWA DENGIYOU KK
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Publication of JPS5988632A publication Critical patent/JPS5988632A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring 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
    • G01L1/22—Measuring 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
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2231—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being disc- or ring-shaped, adapted for measuring a force along a single direction

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 状起歪体にひずみゲージを添着し、そのひずみゲ一・ジ
によって印加荷重に応じた電気信号を得るひずみゲージ
式荷重変換器に関するものである。
従来のこの種のひずみゲージ式変換器は、第1図(A)
および第2図(蜀に示すような角柱または円柱等の柱状
起歪体の側周面上に荷重印加方向に沿う方向とこれに直
交する方向に向けて、ひずみゲージを添着し、このひず
みゲージによりホイートストンブリッジ回路を構成して
、このホイートス1へンブリッジ回路より印加荷重に応
じた電気信号(出力)を得るように構成されていた。こ
の従来の荷重変換器について、第1図(A) 、 (I
3)および第2図(A) 、 (B)を参照して更に詳
細に説明する。第1図(A)は、円柱起歪体の正面図で
ある。
同図(A)において、円柱起歪体1の上面2に印加され
た荷重W(単位面積当りの荷重Wの総和)は、円柱起歪
体1の側周面3上に中心軸4と平行なひずみゲージ(圧
縮ひずみ検出用)5およびこれと直交するひずみゲージ
(引張ひすみ検出用)6により該荷重に比例した電気信
号として検出される。
尚ひずみゲージ5および6は、同図(A)において正面
側と背面側、つまり180°角間隔をずらせて添着され
、これらのひずみゲージ5,6により周知のポイー1−
ス1〜ンブリッジが構成される。ここで、■4は円柱起
歪体1の起歪部7の高さ、Dはその直径を示す。
第1図(B)は、第1図(Nのa −a断面およびb−
す断面における応力分布図を示す。第2図(A)は、第
1図(A)に示した円柱起歪体」の高さHに比べ、その
高さH’が非常に低い円柱起歪体1′の正面図であり、
同図FB)は同図FA)の円柱起歪体1′の中間部C−
C断面における応力分布図を示す。
第1図(S)において、円柱起歪体1の端部に近いa 
−’ a断面における応力分布は、前記円柱起歪体1内
の中心部と、周縁部とでは大きく異なっているが、円柱
起歪体1の端部から離れた中間部近傍のb−b断面にお
ける応力分布は、はぼ均等分布になっていることがわか
る。
第2図体)に示すように円柱起歪体1′の高さH’を第
1図(A)に示すものより短くすると、同図(■3)の
C−c断面における応力分布図に見られるように、円柱
起歪体1′d中間部における応力分布は一様ではなく、
複雑な分布状態を呈する。このように円柱起歪体がある
程度短い場合、および円柱起歪体が長い場合であっても
、ひずみゲージの添着位置が、円柱起歪体の端面よりあ
まり離れていない場合には、そのひずみゲージによって
は、印加荷重Wに正確に対応した電気信号を得ることが
できない。このため、円柱起歪体側周面上にひずみゲー
ジを添着する従来の荷重変換器においては、円柱起歪体
の高さをある程度長くとる必要があった。
しかしながら、円柱起歪体をあまり長くすると、印加さ
れる荷重によって、該起歪体に座屈現象が発生し、傾斜
荷重に対して影響を受は易くなり、荷重検出精度が低下
するという問題があった。また、荷重変換器を力の伝達
系中に介挿するような場合、円柱起歪体の長さを大きく
することができず、仮に太きくすれば、被測定対象物が
大型化するという問題があった。従って円柱起歪体の高
さriと直径りとは、例えば起歪体の材質、熱処理方法
、形状等によっても異なるが、所定の比率(x4/ I
)−i、、s〜25 程度)に設定している。
このように、上述した従来の荷重変換器においては、荷
重検出精度を上げるためには、柱状起歪体の高さを座屈
を生じない範囲である程度以上高くせざるを得す、その
ため、荷重変換器自体が大型化、高重量化してしまうば
かりでなく、その荷重変換器を用いて荷重測定゛を行な
う必要のある被測定対象物(例えば、鍛造機械、プレス
機械等)に適用できる範囲が制限されるという難点があ
った。
本発明は、上述した従来のひずみゲージ式荷重変換器の
欠点を解消すべくなされたもので、その目的とするとこ
ろは、小型、軽量で、座屈を生じる虞れがなく、高容量
に対応でき、測定精度の極めて高いひずみゲージ式荷重
変換器を提供することにある。
以下、本発明の実施例を図面をもとに説明する。
第3図(蜀は、本発明に係る円柱起歪体の起歪部の斜視
図、同図(■3)は、同図(A)のd−d線矢視方向。
断面図である。同図において、円柱起歪体の起歪体の起
歪部8は、その側周面より、円柱起歪体の荷重印加面(
図示せず)に垂直な中心軸9に向けて深さの異なる複数
個の穴01〜C8を穿設し、それぞれの穴01〜C8の
前記中心軸9に沿った底壁面10に、圧縮ひずみ検出用
ひずみゲージA1〜A8および引張りひずみ検出用ひず
みゲージDI〜D8をそれぞれ前記中心軸9に沿う方向
およびこれに直交する方向に向けて、例えば接着等の手
段にて添着する。この実施例の場合、深い穴C1,,0
3,05,07と浅い穴02 、04 。
06.08とを交互に穿設しである。
第4図(Δ)は、第3図に示したひずみゲージによリポ
イー1−ストンブリッジを構成した回路図である。同図
において、中心軸9を中心として、対称位置に添着され
た圧縮ひずみ検出用ひずみゲージA1とA5 、A2と
A6をそれぞれ直列接続し、これらの直列回路を並列接
続してブリッジの一辺とし、同様に中心軸9を中心とし
て対称位置に添着された圧縮ひずみ検出用のひずみゲー
ジA3とA7.A、4.A8をそれぞれ直列接続し、こ
れらの直列回路を並列接続してブリッジの前記−辺(A
I、A5.A−2,A6より構成された)の対辺に相当
するブリッジの一辺とし、また引張ひすみ検出用ひずみ
ゲージDI 、D2.D5.D6のグループとD3.D
4.D7,1)8のグループを同様にブリッジの残る2
辺(対辺)としてそれぞれ回路接続し、全体として二重
のホビー1−ス1−ンブリツジを構成したものである。
ここで、ei  ばブリッジ電源電圧、eo は出力電
圧を示す。
このように構成された上記実施例において、円柱起歪体
に中心軸9方向に沿って、圧縮荷重が印加されると、起
歪部8は中心軸9に沿う方向には、圧縮ひずみを生じ、
圧縮ひずみ検出用ひずみゲへジA1−八8の抵抗値は減
少し、起歪部8の中心軸9に直交する方向には引張ひず
みを生じ、引張ひすみ検出用ひずみゲージD1〜D8の
抵抗値は増加する。而して、これらのひずみゲージは、
第4図(Nに示した如く、二重のホイートストンブリッ
ジ回路に構成されているため、起歪体8内の中心部と周
縁部の8箇所のひずみを平均して検出すとも、全体とし
ては、印加荷重に比例したひずみ出力を検出することが
できる。すなわち、第2図([))に示したように、中
心軸からの距離によってひずみが異なっている場合であ
っても、第1図FA)のb−b断面のような応力分布が
等しい箇所におい℃、印加荷重を検出するのと実質的に
等しい結果を得ることができる。このことは、本実施例
の如く構成することにより円柱起歪体の起歪部8の高さ
を低くすることができることを意味し、従って、荷重変
換器自体の小型、軽量化が実現できる。また、荷重変換
器を鍛造機械、プレス機械等に組込んで、金型に負荷さ
れる荷重を測定する場合においては、作動ストロークが
制限されているので、荷重変換器の装着スペースがあま
りとれないことが多いが、本発明によれば荷重変換器を
薄型のものとすることができ、適用範囲を大幅に拡張す
ることができる。更にまた柱状起歪体の起歪部8の高さ
を低くできるから、座屈を生ずる虞れは全くない。
第4図(B)は、ひずみゲージの他の結線例を示づ回路
図である。この実施例の場合、第3図CB)に力した8
個のそれぞれの穴01〜C8に各4枚の乙ずみゲージ(
圧縮ひずみ検出用:2枚、引張ひづみ検出用:2枚)を
添着し、各穴毎にそれぞれ汀イードストンブリッジB1
〜B8を構成し、こオ′ら8個のポイートス1〜ンプリ
ツジB1〜B8を1列に接続することにより、1個のホ
イートスl−)ブリッジを構成する場合よりも検出精度
を高めブ2ものである。すなわち、1個のポイー)−ス
)−ンフリッジを用いたときよりも8個のホイー)−ス
トニブリッジを用いたときの方が二乗誤差を考慮すイと
、理論上ゲ倍精度を向上せしめることができイ尚、本発
明は、」二連し且つ実施例に示したもCに何ら限定され
るものではなく、本発明の要旨不逸脱しない範囲で種々
変形実施が可能である。
例えば、上記実施例においては、起歪部8に、中心軸9
に対して対称であるようにひずみゲージ添着用の穴01
〜08を穿設した例を示したが、必らずしも前記穴は対
称的でなくともよいし、袷数個の穴の深さが全部具なっ
ていてもよい。
また、起歪体8の形状は、円柱に限らず、円筒、ト  
 角柱、角筒等の形状であってもよい。
以上詳述したように、本発明によれば、高い荷重検出精
度を維持しながら、起歪体の高さを低くし   するこ
とができるので、座屈の虞れが皆無となり、≧   小
型、軽1;で高容量のものが得られ、適用範囲の極めて
広いひずみゲージ式荷重変換器を提供することができる
。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)および(I3)は、従来のひずみゲージ式
荷重変換器の円柱起歪体の正面図および同図(A)のa
−a断面とb−bVfT面における応力分布図、第2、
   図(A)は、第1図囚に示すものより高さの低い
円柱起歪体の正面図、第2図(B)は、同図(A)の円
柱起歪体中間部c−c断面における応力分布図、第3図
(A)および(Blは、本発明の一実施例の構成を示す
起歪部の斜視図および同図(A)のd−d線矢視方向断
面図、第4図(A)および(r+lは、本発明に係るひ
ずみゲージの2つの結線例を示すそれぞれ回路図である
。 8 ・・・起歪部、  9・・・・・円柱起歪体の中心
軸、】0・ ・穴の底面、 01〜C8・・・穴、Δ」
〜へ8 ・圧縮ひずみ検出用ひずみゲージ、D 1〜D
 8  ・・引張ひずみ検出用O・ずみゲージ、81〜
B8 ・・ブリッジ回路、 el・ ブリッジ電源電圧、 eo  ・・・・・ブリッジ出力電圧。 第  1   図 (A) \4 第  2   図 第  3 (A) 第   4 (A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. Fil  荷重が印加されると弾性変形する柱状起歪体
    にひずみゲージを添着し、そのひずみゲージによって印
    加荷重に応じた電気信号を得るひずみゲージ式荷重変換
    器において、前記柱状起歪体の側周面より前記柱状起歪
    体の荷重印加面に垂直な中心軸に向けて複数個の深さの
    異なる穴を穿設し、前記各穴の前記中心軸に沿った底壁
    面に、ひずみゲージを前記中心軸に沿う方向とこれと直
    交する方向に向けて添着し、前記ひずみゲージによりホ
    イートストンブリッジを構成し、前記ホイートストンブ
    リッジ回路より、前記印加荷重に応じた電気信号を得る
    ようにしたことを特徴とするひずみゲージ式荷重変換器
    。
JP19937882A 1982-11-13 1982-11-13 ひずみゲ−ジ式荷重変換器 Pending JPS5988632A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102338485A (zh) * 2011-06-10 2012-02-01 常州大学 槽式太阳能热发电聚光器驱动单元安全保护方法及装置
CN114370960A (zh) * 2021-12-29 2022-04-19 浙江清华柔性电子技术研究院 拉杆载荷测量方法、装置、系统及存储介质

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102338485A (zh) * 2011-06-10 2012-02-01 常州大学 槽式太阳能热发电聚光器驱动单元安全保护方法及装置
CN114370960A (zh) * 2021-12-29 2022-04-19 浙江清华柔性电子技术研究院 拉杆载荷测量方法、装置、系统及存储介质
CN114370960B (zh) * 2021-12-29 2024-01-26 浙江清华柔性电子技术研究院 拉杆载荷测量方法、装置、系统及存储介质

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