JPS6241339B2 - - Google Patents
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- JPS6241339B2 JPS6241339B2 JP4764582A JP4764582A JPS6241339B2 JP S6241339 B2 JPS6241339 B2 JP S6241339B2 JP 4764582 A JP4764582 A JP 4764582A JP 4764582 A JP4764582 A JP 4764582A JP S6241339 B2 JPS6241339 B2 JP S6241339B2
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- Japan
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 33
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 241000863929 Naxa Species 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
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- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Force In General (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、歪み検出装置に関するものであ
る。機械等の構成部材に作用する荷重の検出や変
位の検出をその部材の歪みの検出によつて行う場
合がある。従来の歪み検出装置は、例えば横荷重
を受ける梁に箔ゲージ等の歪みゲージを取付けて
その梁とともに歪ませ、歪みゲージの歪みを検出
することによつて、その梁の歪みを検出してい
る。しかるにこの場合の歪み量は比較的小さく、
検出が困難で、これを補うために、歪みゲージか
らの出力を増幅する増幅器の出力を大きくすると
ノイズも大きくなるという欠点があり、この様な
ことから、増幅器の出力を大きくしなくても、歪
みの検出を容易に行いうる歪み検出装置の開発が
望まれている。
る。機械等の構成部材に作用する荷重の検出や変
位の検出をその部材の歪みの検出によつて行う場
合がある。従来の歪み検出装置は、例えば横荷重
を受ける梁に箔ゲージ等の歪みゲージを取付けて
その梁とともに歪ませ、歪みゲージの歪みを検出
することによつて、その梁の歪みを検出してい
る。しかるにこの場合の歪み量は比較的小さく、
検出が困難で、これを補うために、歪みゲージか
らの出力を増幅する増幅器の出力を大きくすると
ノイズも大きくなるという欠点があり、この様な
ことから、増幅器の出力を大きくしなくても、歪
みの検出を容易に行いうる歪み検出装置の開発が
望まれている。
この発明は上記のごとき事情に鑑みてなされた
ものであつて、被測定体の小さな変形や変位等を
容易、かつ、確実に検出しうる歪み検出装置を提
供することを目的とするものである。
ものであつて、被測定体の小さな変形や変位等を
容易、かつ、確実に検出しうる歪み検出装置を提
供することを目的とするものである。
この目的を対応してこの発明の歪み検出装置
は、平行な３平面に含まれる３個の梁部材を備
え、中央に位置する第１の梁部材の一端を一方の
第２の梁部材の一端に剛結合し、前記第１の梁部
材の他端を他方の第３の梁部材の端部に剛結合
し、前記第１の梁部材に歪み検出部材を取付け、
かつ荷重を前記第３の梁部材に前記平面に平行な
方向に作用させるように構成したことを特徴とし
ている。以下、この発明の詳細を一実施例を示す
図面をもとに説明する。
は、平行な３平面に含まれる３個の梁部材を備
え、中央に位置する第１の梁部材の一端を一方の
第２の梁部材の一端に剛結合し、前記第１の梁部
材の他端を他方の第３の梁部材の端部に剛結合
し、前記第１の梁部材に歪み検出部材を取付け、
かつ荷重を前記第３の梁部材に前記平面に平行な
方向に作用させるように構成したことを特徴とし
ている。以下、この発明の詳細を一実施例を示す
図面をもとに説明する。
第１図において、１は歪み検出装置であり、歪
み検出装置１は、梁２を備えている。梁２は例え
ばSK鋼やSCM鋼等の焼入れ鋼からなり、間隔を
おいて平行をなす３平面に含まれる３個の梁部
材、すなわち、第１の梁部材３、第２の梁部材
４、及び第３の梁部材５を備え、中央に位置する
第１の梁部材３の一端６を一方の第２の梁部材４
の一端７に連結材８を介して剛結合し、また、第
１の梁部材３の他端９を他方の第３の梁部材５の
一端１１に連結材１２を介して剛結合し、これに
よつて梁２は全体としてほぼＳ字状をなしてい
る。
み検出装置１は、梁２を備えている。梁２は例え
ばSK鋼やSCM鋼等の焼入れ鋼からなり、間隔を
おいて平行をなす３平面に含まれる３個の梁部
材、すなわち、第１の梁部材３、第２の梁部材
４、及び第３の梁部材５を備え、中央に位置する
第１の梁部材３の一端６を一方の第２の梁部材４
の一端７に連結材８を介して剛結合し、また、第
１の梁部材３の他端９を他方の第３の梁部材５の
一端１１に連結材１２を介して剛結合し、これに
よつて梁２は全体としてほぼＳ字状をなしてい
る。
第１の梁部材３の両端部近傍の上下面には中央
点１３を境にして対称に歪みゲージ１４ａ，１４
ｂ，１５ａ，１５ｂが取付けられている。第３の
梁部材５には前記平面と平行な方向に外力１７が
作用するように構成されている。
点１３を境にして対称に歪みゲージ１４ａ，１４
ｂ，１５ａ，１５ｂが取付けられている。第３の
梁部材５には前記平面と平行な方向に外力１７が
作用するように構成されている。
この様に構成された歪み検出装置１において
は、第３の梁部材５に外力１７が作用すると、そ
の大きさと連結材１２の長さの積によるモーメン
トが第１の梁部材３に作用することとなり、第２
図ａでしめす未変形の第１の梁部材３が、第２図
ｂで示すように変形し、特に端部６，９では単な
る横荷重による歪みよりも大きな歪みを呈する。
この大きな歪みを歪みゲージ１４ａ，１４ｂ，１
５ａ，１５ｂで検出するから、歪みゲージ１４
ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂからの出力は大き
く、増幅器の増幅度を大きくしなくても、第１の
梁部材の歪みを容易かつ確実に検出することがで
きる。したがつて、外力１７の大きさを被測定体
の変位等と相関を持つように構成すれば、この歪
み検出装置１によつてその被測定体の変位等を容
易に検出することができる。
は、第３の梁部材５に外力１７が作用すると、そ
の大きさと連結材１２の長さの積によるモーメン
トが第１の梁部材３に作用することとなり、第２
図ａでしめす未変形の第１の梁部材３が、第２図
ｂで示すように変形し、特に端部６，９では単な
る横荷重による歪みよりも大きな歪みを呈する。
この大きな歪みを歪みゲージ１４ａ，１４ｂ，１
５ａ，１５ｂで検出するから、歪みゲージ１４
ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂからの出力は大き
く、増幅器の増幅度を大きくしなくても、第１の
梁部材の歪みを容易かつ確実に検出することがで
きる。したがつて、外力１７の大きさを被測定体
の変位等と相関を持つように構成すれば、この歪
み検出装置１によつてその被測定体の変位等を容
易に検出することができる。
次に、この様に構成された歪み検出装置１を、
傾斜角の測定に適用した実施例について説明す
る。第３図において、２１は傾斜角を測定しよう
とする被測定体である。歪み検出装置１の第２の
梁部材をボルト２２で被測定体２１に取付け、か
つ、重錘２３を剛体からなる腕２４を介して第３
の梁部材５の下方に剛結合させる。この場合の中
央点１３から重錘２３までの長さをＬとし、か
つ、重錘の質量をＷとする。今、仮に被測定体２
１がだけ傾いたとすると、第３図の実線で示す
ように、歪み検出部材１が傾き、これにともな
つて重錘２３も傾く。この場合、を回転角と
する仮想円上では重錘の重力による接線方向の分
力が生じ、その結果として、第１の梁部材３にモ
ーメントが作用する。同図にゲージ張付け位置の
応力を示したが、ゲージ出力に関係する主歪みは
表面に生じるσnaxAとσnaxBによつて与えられ
る。（実際には上記の応力の発生位置ＡとＢ、及
びそれらとよく似た応力状態を示すA′とB′の４
箇所にゲージを張付ける）ただし σnaxA＝σp−（σb1＋σb2） σnaxB＝σp＋（σb1＋σb2） 上式中、各応力は詳細な形状の影響などを無視
すれば、σp、σb1、σb2は近似的には以下で与え
られる。
傾斜角の測定に適用した実施例について説明す
る。第３図において、２１は傾斜角を測定しよう
とする被測定体である。歪み検出装置１の第２の
梁部材をボルト２２で被測定体２１に取付け、か
つ、重錘２３を剛体からなる腕２４を介して第３
の梁部材５の下方に剛結合させる。この場合の中
央点１３から重錘２３までの長さをＬとし、か
つ、重錘の質量をＷとする。今、仮に被測定体２
１がだけ傾いたとすると、第３図の実線で示す
ように、歪み検出部材１が傾き、これにともな
つて重錘２３も傾く。この場合、を回転角と
する仮想円上では重錘の重力による接線方向の分
力が生じ、その結果として、第１の梁部材３にモ
ーメントが作用する。同図にゲージ張付け位置の
応力を示したが、ゲージ出力に関係する主歪みは
表面に生じるσnaxAとσnaxBによつて与えられ
る。（実際には上記の応力の発生位置ＡとＢ、及
びそれらとよく似た応力状態を示すA′とB′の４
箇所にゲージを張付ける）ただし σnaxA＝σp−（σb1＋σb2） σnaxB＝σp＋（σb1＋σb2） 上式中、各応力は詳細な形状の影響などを無視
すれば、σp、σb1、σb2は近似的には以下で与え
られる。
なお第３図に示すτは
τ≒（Ｗ／h1h2）cosθ
である。
結果として、第２図ｂに示したように大きい歪
みを呈する。このモーメント及び歪みは被測定体
２１の傾き角に比例し、かつ、長さＬ、質量Ｗ
に比例する。したがつて第１の梁部材３の大きい
歪みを、歪みゲージ１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１
５ｂで測定することによつて、被測定体２１の傾
きを検出することができる。第４図には測定結
果のグラフが示されているが、sin≒（但し
＜30゜以内の範囲で）として、傾き角とゲー
ジ出力が比例し、特に腕の長さＬが長いほどゲー
ジ出力が大きくなつて検出が容易になることが理
解される（この理由はσb2がＬが大となるとき大
きな応力値となるため）。傾斜面の傾斜角度の測
定において被測定体２１の最大傾斜角と及びその
方向を検出する場合には、被測定体２１の面上に
互いに直角なｘ軸及びｙ軸を設定しそれぞれの傾
斜角を検出する必要がある。この場合には第５図
に示すように、歪み検出装置１を２個ｘ軸及びｙ
軸に沿つて直角に取付ける。この場合は２個の歪
み検出装置によつてｘp軸（ｘ軸の水平面への投
影）を中心とする傾斜角度yzとｙp軸（ｙ軸の
水平面への投影）回りの傾斜角度xzとが検出さ
れ、第６図に示すように被測定体２１の最大傾斜
角maxとその方向x、yは max＝sin-1｛√（2 xz＋2 yz）｝x ＝tat-1（sinyz／sinxz）y ＝tan-1（sinxz／sinyz） で、求められる。（但し、ｘ、ｙ軸はxz、yz
が正になることを条件として設定） 上記の式は、第６図の作図を参考として得られ
る以下の式に基づいて得られる。
みを呈する。このモーメント及び歪みは被測定体
２１の傾き角に比例し、かつ、長さＬ、質量Ｗ
に比例する。したがつて第１の梁部材３の大きい
歪みを、歪みゲージ１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１
５ｂで測定することによつて、被測定体２１の傾
きを検出することができる。第４図には測定結
果のグラフが示されているが、sin≒（但し
＜30゜以内の範囲で）として、傾き角とゲー
ジ出力が比例し、特に腕の長さＬが長いほどゲー
ジ出力が大きくなつて検出が容易になることが理
解される（この理由はσb2がＬが大となるとき大
きな応力値となるため）。傾斜面の傾斜角度の測
定において被測定体２１の最大傾斜角と及びその
方向を検出する場合には、被測定体２１の面上に
互いに直角なｘ軸及びｙ軸を設定しそれぞれの傾
斜角を検出する必要がある。この場合には第５図
に示すように、歪み検出装置１を２個ｘ軸及びｙ
軸に沿つて直角に取付ける。この場合は２個の歪
み検出装置によつてｘp軸（ｘ軸の水平面への投
影）を中心とする傾斜角度yzとｙp軸（ｙ軸の
水平面への投影）回りの傾斜角度xzとが検出さ
れ、第６図に示すように被測定体２１の最大傾斜
角maxとその方向x、yは max＝sin-1｛√（2 xz＋2 yz）｝x ＝tat-1（sinyz／sinxz）y ＝tan-1（sinxz／sinyz） で、求められる。（但し、ｘ、ｙ軸はxz、yz
が正になることを条件として設定） 上記の式は、第６図の作図を参考として得られ
る以下の式に基づいて得られる。
第７図に示すものはこの発明の歪み検出装置２
１をトルク計に適用した実施例であり、このトル
ク計３１では入力軸３２と出力軸３３を連絡する
トルク伝達部材として歪み検出装置１が用いられ
ている。この場合に、歪み検出装置１の第３の梁
部材５を入力軸３２に取付け、第２の梁部材４を
出力軸３３に取付ける。また、トルクの検出を容
易にするために、梁部材３，４，５を回転軸を中
心とした円弧状に形成してある。
１をトルク計に適用した実施例であり、このトル
ク計３１では入力軸３２と出力軸３３を連絡する
トルク伝達部材として歪み検出装置１が用いられ
ている。この場合に、歪み検出装置１の第３の梁
部材５を入力軸３２に取付け、第２の梁部材４を
出力軸３３に取付ける。また、トルクの検出を容
易にするために、梁部材３，４，５を回転軸を中
心とした円弧状に形成してある。
この様な構成のトルク計においては入力トルク
の変化によつて第３の梁部材５に平行な力が作用
し、これによつて生じるモーメントが第１の梁部
材３を歪ませる。したがつて歪みゲージ１４ａ，
１４ｂ，１５ａ，１５ｂによりこの歪みを測定す
ることによつてトルクの変位を検出することが出
来る。なお第７図中、符号３４は回転中の遠心力
によつて歪み検出装置２１が半径方向に変形する
事を防止するため、スリーブ３５（スリーブは入
力軸に固定され、トルクを伴つた運転では出力軸
とは位相を異にする。第７図における２ケの軸受
けはスリーブの保持、位置決めの役割をもつ。）
に固定したピンである。このトルク計に適用する
場合には第７図及び第８図に示すように、中央部
に鋼球３６をおしこむ事によつて、歪み検出装置
２１は左右に押し拡げられ、実線で示す状態から
鎖線で示す状態へ変形する（第８図）。この結
果、軸方向の力関係はＳ字の検出部に鋼球を挾み
つける応力を生じる事で、軸方向の振動を最小限
にし、かつ、雑音の少ない状態でトルクの検出が
可能となる。
の変化によつて第３の梁部材５に平行な力が作用
し、これによつて生じるモーメントが第１の梁部
材３を歪ませる。したがつて歪みゲージ１４ａ，
１４ｂ，１５ａ，１５ｂによりこの歪みを測定す
ることによつてトルクの変位を検出することが出
来る。なお第７図中、符号３４は回転中の遠心力
によつて歪み検出装置２１が半径方向に変形する
事を防止するため、スリーブ３５（スリーブは入
力軸に固定され、トルクを伴つた運転では出力軸
とは位相を異にする。第７図における２ケの軸受
けはスリーブの保持、位置決めの役割をもつ。）
に固定したピンである。このトルク計に適用する
場合には第７図及び第８図に示すように、中央部
に鋼球３６をおしこむ事によつて、歪み検出装置
２１は左右に押し拡げられ、実線で示す状態から
鎖線で示す状態へ変形する（第８図）。この結
果、軸方向の力関係はＳ字の検出部に鋼球を挾み
つける応力を生じる事で、軸方向の振動を最小限
にし、かつ、雑音の少ない状態でトルクの検出が
可能となる。
以上の説明から明らかなように、この発明の歪
み測定装置においては、梁部材にモーメントによ
る大きな歪みを効果的に発生させ、その大きな歪
みを測定して被測定体の変位や作用する力の変化
を検出することになるから、歪みゲージの出力は
大きく、したがつてノイズ発生の原因となる増幅
器の増幅度を大きくしなくても、その変位等を容
易、かつ、確実に検出することができる。
み測定装置においては、梁部材にモーメントによ
る大きな歪みを効果的に発生させ、その大きな歪
みを測定して被測定体の変位や作用する力の変化
を検出することになるから、歪みゲージの出力は
大きく、したがつてノイズ発生の原因となる増幅
器の増幅度を大きくしなくても、その変位等を容
易、かつ、確実に検出することができる。
第１図はこの発明の一実施例に係わる歪み検出
装置を示す正面図、第２図は歪み検出装置の第１
の梁部材の歪みを示す斜視説明図、第３図は歪み
検出装置を傾斜角の測定に適用した例を示す斜視
説明図、第４図はゲージ出力を示すグラフ、第５
図は歪み検出装置を傾斜角の測定に適用した他の
例を示す斜視説明図、第６図は被測定体の傾斜の
状態を示す斜視説明図、第７図は歪み検出装置を
トルク計に適用した例を示す斜視説明図、及び第
８図はトルク計の中央部に鋼球を挟みこんだ時の
歪み検出装置の変形を示す斜視説明図である。 １……歪み検出装置、２……梁、３……第１の
梁部材、４……第２の梁部材、５……第３の梁部
材、８，１２……連結材、１４ａ，１４ｂ，１５
ａ，１５ｂ……歪みゲージ、１７……外力、２１
……被測定体、２３……重錘、２４……腕、３１
……トルク計。
装置を示す正面図、第２図は歪み検出装置の第１
の梁部材の歪みを示す斜視説明図、第３図は歪み
検出装置を傾斜角の測定に適用した例を示す斜視
説明図、第４図はゲージ出力を示すグラフ、第５
図は歪み検出装置を傾斜角の測定に適用した他の
例を示す斜視説明図、第６図は被測定体の傾斜の
状態を示す斜視説明図、第７図は歪み検出装置を
トルク計に適用した例を示す斜視説明図、及び第
８図はトルク計の中央部に鋼球を挟みこんだ時の
歪み検出装置の変形を示す斜視説明図である。 １……歪み検出装置、２……梁、３……第１の
梁部材、４……第２の梁部材、５……第３の梁部
材、８，１２……連結材、１４ａ，１４ｂ，１５
ａ，１５ｂ……歪みゲージ、１７……外力、２１
……被測定体、２３……重錘、２４……腕、３１
……トルク計。
Claims (1)
- １ 平行な３平面に含まれる３個の梁部材を備
え、中央に位置する第１の梁部材の一端を一方の
第２の梁部材の一端に剛結合し、前記第１の梁部
材の他端を他方の第３の梁部材の端部に剛結合
し、前記第１の梁部材に歪み検出部材を取付け、
かつ荷重を前記第３の梁部材に前記平面に平行な
方向に作用させるように構成したことを特徴とす
る歪み検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4764582A JPS58165027A (ja) | 1982-03-25 | 1982-03-25 | 歪み検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4764582A JPS58165027A (ja) | 1982-03-25 | 1982-03-25 | 歪み検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58165027A JPS58165027A (ja) | 1983-09-30 |
| JPS6241339B2 true JPS6241339B2 (ja) | 1987-09-02 |
Family
ID=12780978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4764582A Granted JPS58165027A (ja) | 1982-03-25 | 1982-03-25 | 歪み検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58165027A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01264534A (ja) * | 1988-04-11 | 1989-10-20 | Toshiba Corp | 事故検出装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61189396U (ja) * | 1985-05-17 | 1986-11-26 | ||
| US7784363B2 (en) * | 2008-09-30 | 2010-08-31 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Phalange tactile load cell |
-
1982
- 1982-03-25 JP JP4764582A patent/JPS58165027A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01264534A (ja) * | 1988-04-11 | 1989-10-20 | Toshiba Corp | 事故検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58165027A (ja) | 1983-09-30 |
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