[go: up one dir, main page]

JPS61250533A - Force measuring cell - Google Patents

Force measuring cell

Info

Publication number
JPS61250533A
JPS61250533A JP409986A JP409986A JPS61250533A JP S61250533 A JPS61250533 A JP S61250533A JP 409986 A JP409986 A JP 409986A JP 409986 A JP409986 A JP 409986A JP S61250533 A JPS61250533 A JP S61250533A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
force
bending
sensors
cell according
force sensors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP409986A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ルドレフ クブリ
ホルガー レーシユマン
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.)
Mettler Instrumente AG
Original Assignee
Mettler Instrumente AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mettler Instrumente AG filed Critical Mettler Instrumente AG
Publication of JPS61250533A publication Critical patent/JPS61250533A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/148Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors using semiconductive material, e.g. silicon
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G7/00Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups
    • G01G7/06Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electrostatic action
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/26Auxiliary measures taken, or devices used, in connection with the measurement of force, e.g. for preventing influence of transverse components of force, for preventing overload

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Optical Measuring Cells (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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、荷重によりたわむ測定機構と、測定機構の
荷重による弾性変形を容量で検出する機構とを備えた力
測定セルに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a force measuring cell that includes a measuring mechanism that deflects under load and a mechanism that capacitively detects elastic deformation of the measuring mechanism due to the load.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

この種の力測定セルはたとえばヨーロッパ特許出願第0
017581号により公知である。この場合の測定機構
は、2つの曲げ弾性の連結バーを介して互いに連結した
2つの曲げ剛性部材からなっており、この中一方の曲げ
剛性部材は固定であり、他方の曲げ剛性部材は荷重支持
体を形成している。両方の曲げ弾性の連結バーは測定部
材として働くとともに、二つの曲げ剛性部材の荷重によ
る相対的な運動の平行ガイドを形成している。曲げ剛性
部材には容量形変位測定器の電極の支持体を固定して、
電極が機械的な荷重を受けず、理想的な状態の下では各
測定位相において互いに平行になるようになっている。
Force-measuring cells of this type are known, for example, from European patent application no.
It is known from No. 017581. The measuring mechanism in this case consists of two bendingly rigid members connected to each other via two bendingly elastic connecting bars, of which one bendingly rigid member is fixed and the other bendingly rigid member is load-bearing. forming the body. The two bending-elastic connecting bars act as measuring elements and form a parallel guide for the relative movement due to the load of the two bending-rigid elements. The electrode support of the capacitive displacement measuring device is fixed to the bending rigid member,
The electrodes are not subjected to mechanical loading and under ideal conditions are parallel to each other in each measurement phase.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、たとえこの測定機構が相当安定性があるもので
あっても、特に曲げ剛性部材を曲げ弾性゛の連接バーと
一緒に一部材から製作した場合には、この安定性は、力
を偏心状に導入する時には、すなわち測定すべき力の作
用線が荷重支持体の重心の外側をのびる際には、不十分
であることが証明されている。このような場合は、たと
えば力測定セルの荷重支持体上にコーナーに負荷がかか
る荷重皿を直接載せた秤に認められる。このようにコー
ナーに負荷をかけると、荷重支持体上に回転モーメント
が作用し、これにより測定機構がさらに変形し、この結
果測定精度が悪影響を受ける。実験により、中心に力を
導入する際にわずがな偏差があると、相当の測定誤差が
生じることが判明している。このような事情で、容量形
変位測定万式自体で得ることができる高い測定精度が完
全に利用されていない。
However, even if this measuring mechanism is fairly stable, this stability is limited by the eccentricity of the force, especially if the flexurally rigid member is made from one piece together with the flexurally elastic connecting bar. This has proven to be unsatisfactory when the line of action of the force to be measured extends outside the center of gravity of the load carrier. Such cases are found, for example, in scales in which a corner-loaded load plate is placed directly on the load support of the force-measuring cell. Loading the corners in this way causes rotational moments to act on the load support, which further deforms the measuring mechanism and, as a result, the measurement accuracy is adversely affected. Experiments have shown that slight deviations in the introduction of force into the center can lead to considerable measurement errors. Under these circumstances, the high measurement precision that can be obtained with the capacitive displacement measurement system itself is not fully utilized.

たとえば容量形変位測定式力測定セルについては西ドイ
ツ特許公開公報第2921614号に示されているよう
に、コーナー負荷によって生じる回転モーメントを吸収
することができる可能な限り全面的に作用する荷重支持
体の平行ガイドを、測定機構の外側に組付けることによ
って、コーナー負荷の不都合な作用を補償することは公
知である。
For example, for capacitive displacement-measuring force-measuring cells, as is shown in DE 29 21 614 A1, a load support that acts as fully as possible can absorb the rotational moments caused by corner loads. It is known to compensate for the adverse effects of corner loads by installing parallel guides on the outside of the measuring arrangement.

しかしこの種の外方の平行ガイドが、たとえば温度変化
の影響で、力測定セルの測定精度を損なうごとも知られ
ている。したがってこのような理由および付随的な出費
のために、この種の外方の平行ガイドを断念することが
技術的な開発のねらいとなる。
However, it is also known that external parallel guides of this type impair the measurement accuracy of the force-measuring cell, for example due to temperature changes. For these reasons and the attendant expense, it has therefore become an aim of technical developments to abandon such external parallel guides.

したがってこの発明の目的は、荷重支持体に作用する回
転モーメントに対する感性がほとんどない力測定セルを
提供することにある。
It is therefore an object of the invention to provide a force measuring cell that is substantially insensitive to rotational moments acting on a load support.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この目的は、機械的に連結した容量形力センサを設け、
各力センサは曲げ弾性の連接バーによって互いに連結し
た曲げ剛性部材と、容量形変位測定器とで構成し、一方
の曲げ剛性部材は固定に設置するとともに、容量形変位
測定器の固定の電極機構を備え、他方の可動の曲げ剛性
部材は、連結部材を介して共通の荷重支持体と連結する
とともに、容量形変位測定器の可動の電極機構を備え、
両力センサの容量の和を測定すべき力の測定値として用
いることを特徴とするこの発明の力測定セルによって達
成する。
This purpose is to provide a mechanically coupled capacitive force sensor,
Each force sensor consists of a bending rigid member connected to each other by a bending elastic connecting bar and a capacitive displacement measuring device.One of the bending rigid members is fixedly installed, and the capacitive displacement measuring device has a fixed electrode mechanism. , the other movable bending rigidity member is coupled to a common load support via a coupling member, and includes a movable electrode mechanism of a capacitive displacement measuring device;
This is achieved by the force measuring cell of the present invention, which is characterized in that the sum of the capacitances of both force sensors is used as the measurement value of the force to be measured.

〔作用〕[Effect]

力測定セルに荷重をかけると、2つの力センサの容置が
同じ形で変わる。カを中心に導入する場合には、容量の
変化の太きさも同一である。これに対して測定すべき力
の作用線が荷重支持体の中心カラスれ、荷重支持体に付
加的に回転モーメントが加わる場合には、付加的な容量
変化が生じる。
When the force-measuring cell is loaded, the positions of the two force sensors change in the same way. When introducing power mainly, the change in capacitance is also the same. If, on the other hand, the line of action of the force to be measured deviates from the center of the load carrier and additional rotational moments are applied to the load carrier, additional capacitance changes occur.

この作用線の変位が2つの力センサの共通の作用面内で
生じる場合には、両力センサの容量は同じように変わり
、この容量の和は測定範囲の全般にわたって一定である
。このように付加的な外方への平行ガイドによらずに、
実質的なコーナー負荷の補償が行われる。
If this displacement of the line of action occurs in a common plane of action of the two force sensors, the capacitances of both force sensors change in the same way, and the sum of these capacitances remains constant over the entire measurement range. In this way, without additional outward parallel guidance,
Substantial corner load compensation is provided.

測定すべき力の作用線が2つの力センサの共通の作用面
の外側をのびることによって生じる回転モーメントを吸
収するために、力センサはその作用面に直交する方向に
強化することができる。しかしこのような回転モーメン
トの補償を可能にするより良い解決方式は、2つ以上、
たとえば4つの機械的に連結した力センサを、力の作用
方向に直交する面内に均一に分散して設置することにあ
る。
In order to absorb rotational moments caused by the line of action of the force to be measured extending outside a common working surface of the two force sensors, the force sensors can be reinforced in a direction perpendicular to their working surface. However, there are two or more better solutions that allow compensation of such rotational moments:
For example, four mechanically coupled force sensors are arranged uniformly distributed in a plane perpendicular to the direction of force application.

この発明の好適な構成は、2つの力センサの曲げ剛性部
材、連接バー、連結部材および電極機構の支持体と荷重
支持体が一緒になって一構成ユニットを形成するととも
に一部材からなることを特徴とする。このような実施例
を製作するためには、全知のマイクロメカチック法が適
しており、特にこのことは、上記の構成ユニットが腐食
性材料、たとえば半導体板で形成し、この半導体板とし
て、良好な弾性の点から、単結晶シリコンを用いる場合
にいえる。このような実施例の利点は、特に2つの機械
的に接続した力センサの製作のための費用が単一の力セ
ンサの製作のためのそれと同等であるという点にある。
A preferred configuration of the invention provides that the bending rigidity members of the two force sensors, the connecting bar, the connecting member and the support and load support of the electrode arrangement together form one structural unit and consist of one piece. Features. Omniscient micromechanical methods are suitable for the production of such embodiments, especially if the above-mentioned component units are made of a corrosive material, for example a semiconductor plate, which has a good quality. From the point of view of elasticity, this applies when single crystal silicon is used. The advantage of such an embodiment is, in particular, that the outlay for the production of two mechanically connected force sensors is comparable to that for the production of a single force sensor.

力センサの測定すべき力の作用方向に関する配設につい
ては、基本的には2つの実施例が可能である。力センサ
は力の方向に平行な面内に配設するか、または該方向に
直交する面内に配設する。
As regards the arrangement of the force sensor with respect to the direction of action of the force to be measured, basically two embodiments are possible. The force sensor is arranged in a plane parallel to the direction of the force or in a plane perpendicular to the direction.

前者の場合には、各力センサの曲げ弾性の連結バーは、
2つの曲げ剛性部材の相対的な運動のための平行ガイド
の役目をする。後者の解決構成(こよると、力測定セル
の高さを特に低くすることがでキル。2つ以上の力セン
サを有するカ測定セルノ場合には、この力センサの測定
すべき力の作用方向における2つの異なった配設により
、企図した構成ユニット構造を考慮に入れても、種々の
点が解決される。力センサを力の方向に平行な面内に設
置する場合には、たとえばそれぞれ2つの力センサを有
する2つの同一の構成ユニットを十字状に組み合わせ、
この際各構成ユニットが共通の荷重支持体の半分を形成
するようにすることができる。もう一方の場合、すなわ
ち力センサを力の方向に直交する面に配設する場合には
、さらにすべての力センサを単一の構成ユニットに集約
するとともに一部材で製作することができる。
In the former case, the bending elastic connecting bar of each force sensor is
It serves as a parallel guide for the relative movement of the two bending rigid members. The latter solution (this can be achieved by making the height of the force measuring cell particularly low).In the case of a measuring cell with two or more force sensors, the direction of action of the force to be measured by this force sensor can be reduced. The two different arrangements at , which take into account the intended component structure, solve various problems.If the force sensor is installed in a plane parallel to the direction of the force, for example two Two identical structural units with two force sensors are combined in a cross shape,
In this case, each component unit can form one half of a common load carrier. In the other case, ie when the force sensors are arranged in a plane perpendicular to the direction of the force, it is also possible to combine all force sensors into a single component and to manufacture them in one piece.

上述した力測定セルのユニット構成方式には、特に容量
形変位測定器の2つの実施例が適している。
Two embodiments of capacitive displacement measuring instruments are particularly suitable for the unit construction of the force measuring cell described above.

第一の実施例では、電極機構の支持体として、それぞれ
力センサの曲げ剛性部材の1つと連結するとともに間隔
をおいて平行な面に設置した2つのプレート(板)を設
け、このうち少なくとも可動の曲げ剛性部材に付設する
プレートは、曲げ剛性部材と曲げ弾性の連接バーにより
囲まれているスペースに広がっている。さらに少なくと
も一万のプレートは付設の曲げ剛性部材とともに一部材
で構成することができる。電極機構は両プレートの互い
に対向する側に位置する。
In the first embodiment, two plates are provided as supports for the electrode mechanism, each of which is connected to one of the bending rigid members of the force sensor and installed in parallel planes with a distance between them, at least one of which is movable. The plate attached to the bendingly rigid member extends into a space surrounded by the bendingly rigid member and the bendingly elastic connecting bar. Furthermore, the at least 10,000 plates can be constructed in one piece with attached bending stiffness elements. Electrode arrangements are located on opposite sides of both plates.

力の方向に平行な面に設置した力センサを有する力測定
セルの場合には、測定すべき力が作用すると、2つのプ
レートは相互の間隔を一定に保持した状態で、その面内
を相対して変位し、この際電極機構の容量に対して作用
する電極面(の関係〕が変わる。これに対して力の方向
に直交する面に設置した力センサを有する力測定セルの
場合には、測定すべき力の作用下で、プレートの間隔ま
たは電極の間隔が変わる。
In the case of a force-measuring cell with a force sensor installed in a plane parallel to the direction of the force, when the force to be measured is applied, the two plates move relative to each other in the plane with a constant distance from each other. In this case, the electrode surface acting on the capacitance of the electrode mechanism changes.On the other hand, in the case of a force measuring cell with a force sensor installed in a plane perpendicular to the direction of the force, , under the action of the force to be measured, the spacing of the plates or the spacing of the electrodes changes.

容量形変位測定器の第二の実施方式は、電極機構の支持
体として、一面内に放置するとともに互いに櫛(歯〕状
に係合し、かつ交互に力センサの曲げ剛性部材と連結し
た多数の桿を、互いに間隔をおいて設け、さらに該桿の
互いに対向する側に電極を設けることからなる。
A second method of implementing a capacitive displacement measuring device is to use a large number of electrode mechanisms as supports for the electrode mechanism, which are left in one plane, engage each other in a comb (teeth) pattern, and are alternately connected to the bending rigid member of the force sensor. The method comprises providing rods spaced from each other and electrodes on opposite sides of the rods.

この解決構成においては、測定すべき力の函数で変化す
る容量の変量(電極の間隔、その表面積〕に関する関係
は、変位測定器の第一の実施方式とは全く逆になる。す
なわち力センサが力の方向に平行な面内にある時には、
電極の間隔は力の函数で変化し、力センサが力の方向に
直交する面内にある時には、有効な電極表面積が力の函
数で変化する。
In this solution, the relationship with respect to the capacitive variables (spacing of the electrodes, their surface area), which varies as a function of the force to be measured, is completely opposite to that of the first implementation of the displacement measuring device, i.e. the force sensor is When in a plane parallel to the direction of force,
The electrode spacing varies as a function of the force, and when the force sensor is in a plane perpendicular to the direction of the force, the effective electrode surface area varies as a function of the force.

測定すべき力に対して有効な電極表面積の変化が標準的
である各実施例においては、単位カ当りの容量の増大値
を高めるために、それ自体は周知のように電極が各プレ
ートまたは6桿において、力の方向に交叉してのびる直
線ラスタを形成するような電極機構を選定することが望
ましい。
In each embodiment in which a change in the effective electrode surface area with respect to the force to be measured is standard, in order to increase the increased value of the capacitance per unit force, the electrodes are arranged on each plate or six, as is known per se. In the rod, it is desirable to select an electrode arrangement that forms a linear raster extending across the direction of the force.

〔実施例〕〔Example〕

第1図の力測定セルは、2つの同等の力センサからなっ
ており、両者は共通の作用面に設置されているとともに
、共通の荷重支持体3によって機械的に連結されている
The force-measuring cell in FIG. 1 consists of two identical force sensors, both of which are mounted on a common working surface and mechanically connected by a common load support 3. The force-measuring cell of FIG.

各力センサは荷重によって弾性的にたわむ測定手段を備
えており、この手段は曲げ弾性の連接バー4,5を介し
て互いに連結した曲げ剛性部材6.7からなっている。
Each force sensor has a measuring means which deflects elastically under load and consists of bendingly rigid elements 6.7 connected to one another via bendingly elastic connecting bars 4,5.

一方の曲げ剛性部材6は固定設置しであるのに対し、他
方の曲げ剛性部材7は、連結部材8,9を介して荷重支
持体3に連結されている。すべての曲げ弾性の連接バー
と連結部材は、材料のくびれ10からなる局部曲げ部、
し・わゆる曲げ関節部を備えている。測定すべき力Fが
作用すると、測定手段は弾性的にひずみ、この際曲げ弾
性の連接バー4,5は、曲げ剛性部材7の動きの平行ガ
イドとして働く。この例では両方の力センサ1,2は、
力の作用方向に平行に、しかもこれら力センサの作用面
内に伸びている。
One bendingly rigid member 6 is fixedly installed, while the other bendingly rigid member 7 is connected to the load support 3 via connecting members 8 and 9. All bending-elastic connecting bars and connecting members have local bends consisting of waists 10 of the material;
It has a so-called bending joint. When the force F to be measured acts, the measuring means is elastically distorted, the bending-elastic connecting bars 4, 5 acting as parallel guides for the movement of the bending-rigid element 7. In this example, both force sensors 1 and 2 are
They extend parallel to the direction of action of the force and within the action plane of these force sensors.

各力センサ1,2はさらに、荷重に基づいた測定手段の
弾性変形(ひずみ〕を検出するための容量形変位測定器
を備えている。この変位測定器の電極機構の支持体とし
て、平行な面に間隔をおいて設置した2つのプレー)1
1.12が設けである。このうち一方のプレート11は
力センサの作用面の外側に固定設置されているとともに
固定の曲げ剛性部材6と連結されており、他方のプレー
ト12は可動の曲げ剛性部材7と連結されているととも
に、曲げ剛性部材6,7と曲げ弾性の連接バー4,5に
より囲まれているスペースに広がっている。プレー)1
1.12の互いに対向する側には、点線で示すように各
電極が線形ラスタを形成する電極機構13.14が設け
である。測定すべき力Fの作用で測定手段が弾性変形を
起すと、可動プレート12が固定プレート11に対して
相互の間隔が一定の状態で変位し、この際電極機構13
.14の容量に対して作用する電極面(の関係)が変わ
る。両方の力センサ1,2の容量の和が、測定すべき力
)′の測定値として用いられる。
Each force sensor 1, 2 is further provided with a capacitive displacement measuring device for detecting the elastic deformation (strain) of the measuring means based on the load.As a support for the electrode arrangement of this displacement measuring device, parallel Two plays set up at intervals on the surface) 1
1.12 is provided. One of the plates 11 is fixedly installed outside the working surface of the force sensor and is connected to the fixed bending rigidity member 6, and the other plate 12 is connected to the movable bending rigidity member 7. , extending into a space surrounded by bendingly rigid members 6, 7 and bendingly elastic connecting bars 4, 5. play) 1
1.12 are provided with electrode arrangements 13.14, each electrode forming a linear raster as shown in dotted lines. When the measuring means undergoes elastic deformation under the action of the force F to be measured, the movable plate 12 is displaced relative to the fixed plate 11 with a constant mutual spacing, and at this time the electrode mechanism 13
.. The electrode surface (relationship) that acts on the capacitance of 14 changes. The sum of the capacitances of both force sensors 1, 2 is used as the measured value of the force to be measured)'.

両方の力センサ1,2の曲げ剛性部材6,7゜連接バー
4,5.連結部材8.9および可動プレート12と、荷
重支持体3は一体になって一構成ユニットを形成してい
るとともに、一部材、特に腐食性材料製部材で形成され
ている。この構成ユニットの機械的な部分は一回の加工
工程で製作することができる。電極機構14は別の加工
工程において、両方の力センサのプレート12上に取付
ける。固定のプレート11は別に製作して、固定の曲げ
剛性部材6の側部に固定する。
Bending rigid members 6, 7° of both force sensors 1, 2 connecting bars 4, 5. The coupling element 8.9 and the movable plate 12 and the load carrier 3 together form a structural unit and are made of one piece, in particular of corrosive material. The mechanical part of this component can be produced in a single processing step. The electrode arrangement 14 is mounted on the plates 12 of both force sensors in a separate processing step. The fixed plate 11 is manufactured separately and fixed to the side of the fixed bending rigid member 6.

第2図の力測定セルは、基本的には第1図のそれと同等
の構成で、両方の力センサ21,22がその作用面内に
ある、または測定すべきカドの方向に直交する面内にあ
るという点で異なってGする。
The force measuring cell shown in FIG. 2 has basically the same configuration as that shown in FIG. G is different in that it is in .

固定及び可動の曲げ剛性部材23 、24 、曲げ関節
部27.28を有する曲げ弾性の連接/NJ  25゜
26、可動の曲げ剛性部材24に組込んだ、両刃センサ
の電極の支持板29と、共通の荷重支持体30は一部材
で製作されている。全体は両力センサ21.22に共通
の支持板31上に載っており、支持板31は対向電極を
備えている。この実施例では、図示していない電極は、
支持板29 、31の互いに対向する側に表面メッキで
形成されてI、sる。測定すべき力Fの作用で力センサ
21,22が弾性変形すると、第1図の実施例の場合と
は異なって、支持板29と31の間隔、またはこれらに
設けた電極の間隔が変わる。しかし2つの力センサ21
.22の容量の和は、同じように測定すべき力Fの測定
値として用いられる。
Fixed and movable bending stiffness members 23, 24, bending elastic articulation with bending joints 27, 28/NJ 25° 26, support plate 29 of the electrode of the double-edged sensor incorporated in the movable bending stiffness member 24; The common load support 30 is made of one piece. The whole rests on a support plate 31 common to both force sensors 21, 22, which support plate 31 is provided with counter electrodes. In this example, the electrodes not shown are
The supporting plates 29 and 31 are formed by surface plating on opposing sides. When the force sensors 21, 22 are elastically deformed under the action of the force F to be measured, the distance between the support plates 29 and 31 or the distance between the electrodes provided thereon changes, unlike in the embodiment of FIG. However, two force sensors 21
.. The sum of the 22 capacitances is likewise used as the measurement value of the force F to be measured.

互いに直交する二つの作用面を有する力測定セルを形成
するために、第2図の構造において4つの機械的に連結
した力センサを設け、これらを力の作用方向に直交する
面に均等に分散して配置することができる。このような
例として、第3図は共通の荷重支持体45に、暗示的に
示した4つの力センサ41.42,43.44を機械的
に連結した形態を示したものである。この連結は、荷重
支持体45と該当する力センサの可動の曲げ剛性部材と
の間で作用する曲げ関節部47.48を有する連結部材
46がその役目をする。この力センサの両件用面のコイ
ル49.50は点線で示したが、コイル49は力センサ
対41.43に、コイル50は力センサ対42.44に
付設しである。
In order to form a force-measuring cell with two acting surfaces perpendicular to each other, four mechanically coupled force sensors are provided in the structure of FIG. 2, which are evenly distributed in a plane perpendicular to the direction of force application and can be placed. As an example of this, FIG. 3 shows a mechanical connection of four implied force sensors 41 , 42 , 43 , 44 to a common load support 45 . This connection is provided by a coupling member 46 with a bending joint 47, 48 acting between the load support 45 and the movable bendingly rigid member of the corresponding force sensor. Coils 49.50 on the dual side of this force sensor are shown by dotted lines; coil 49 is attached to force sensor pair 41.43, and coil 50 is attached to force sensor pair 42.44.

四つのすべての力センサは、第3図に示すような形で、
一部材から一括して製作することができる。
All four force sensors are shaped as shown in Figure 3.
It can be manufactured in bulk from a single piece of material.

対向電極を有する共通の支持体だけは同じようにこれか
ら除外する。この場合にも四つのすべての力センサ41
〜44の容量の和が、測定すべき力の尺度となる。
Only common supports with counter electrodes are excluded from this as well. In this case as well, all four force sensors 41
The sum of the ~44 capacitances is the measure of the force to be measured.

同じ方式で、共通の荷重支持板に第3図に示した手段を
有する三つまたは四つ以上の力センサを連結することが
できる。これにより力センサまたは力センサ対の作用面
の数が増え、この結果力測定セルのコーナー負荷によっ
て生ずる副作用の補償性が改良される。
In the same way, three or more force sensors having the means shown in FIG. 3 can be connected to a common load support plate. This increases the number of active surfaces of the force sensor or force sensor pair and thus improves the compensation of side effects caused by corner loading of the force-measuring cell.

第4図の力測定セルは、測定機構については第1図と同
じように構成してあり、符合する部分には同一の参照符
号がつけである。違いは容量形変位測定器の構成にある
The force measuring cell in FIG. 4 has the same construction as in FIG. 1 with respect to the measuring mechanism, and corresponding parts are given the same reference numerals. The difference lies in the configuration of the capacitive displacement measuring device.

ここで設けた容量形変位測定器は、電極機構の支持体と
して、それぞれ力センサの作用面に設置した複数の桿6
0.,61を備えており、これらの桿は、互いに間隔を
おいて櫛(歯)状に係合しているとともに、交互に曲げ
剛性部材6,7に連結されている。図示してない電極は
、桿60.61の互いに対向する側に位置している。桿
60,61は第4図に示すように、曲げ剛性部材6,7
とともに一部材から形成することができ、また別に製作
した櫛の形でこの部材に固定することができる。
The capacitive displacement measuring device provided here consists of a plurality of rods 6 each installed on the working surface of the force sensor as a support for the electrode mechanism.
0. , 61, and these rods are engaged with each other in a comb (teeth) shape at intervals, and are alternately connected to the bending rigidity members 6, 7. Electrodes, not shown, are located on opposite sides of the rods 60, 61. As shown in FIG. 4, the rods 60 and 61 have bending rigidity members 6 and 7.
It can also be formed from one piece and can be fixed to this piece in the form of a separately manufactured comb.

この力測定セルに荷重がかかると、測定すべき力Fに応
じて両方の変位測定器の電極の間隔が変わる。変位測定
器の全容量は、多数の単写量の並列接続により、たとえ
ばヨーロッパ特許出願第0017581号の簡単な変位
測定器の場合よりも相当高い。
When a load is applied to this force-measuring cell, the spacing between the electrodes of both displacement measuring devices changes depending on the force F to be measured. Due to the parallel connection of a large number of single exposures, the total capacity of the displacement measuring device is considerably higher than for example in the case of the simple displacement measuring device of European Patent Application No. 0017581.

第4図に示した機械的に連結する4つの力センサを、力
の方向に直交する面内に均等に分散配置する力測定セル
を構成するために、第4図の構成ユニットの荷重支持体
に、荷重支持体の長さの半分にわたって伸びるとともに
この構成ユニットの製図面に直交する方向に測った材料
の厚さと同一の幅を有するスリット62(点線で示す〕
を設けることができる。この僅かな変形により、それぞ
れ2つの力センサを有する2つの同一の構成ユニットを
十字状に組付けることができる。この場合各構成ユニッ
トは共通の荷重支持体の半分を形成する。これにより2
つの作用面に4つの力センサを有する力測定セルの製作
がきわめて簡単になる。
In order to configure a force measurement cell in which four mechanically coupled force sensors shown in FIG. 4 are evenly distributed in a plane perpendicular to the direction of force, the load support of the structural unit shown in FIG. , a slit 62 (shown in dotted lines) extending over half the length of the load support and having a width equal to the thickness of the material measured perpendicular to the drawing of this component.
can be provided. This slight modification allows two identical components, each with two force sensors, to be assembled in a cross-shape. In this case each component unit forms one half of a common load carrier. This results in 2
The production of a force-measuring cell with four force sensors on one working surface becomes very simple.

もちろん第4図の変位測定器の機械的な構成と容量の多
重区分の点は、第2図の力測定セルの場合にも適用する
ことができる。この適用例では、櫛状の電極支持体(桿
)は相互に橋面に直向する方向に移動するので、電極の
間隔は(第4図と同じように)変わらず、有効な電極表
面積が変わる。
Of course, the mechanical configuration of the displacement measuring device of FIG. 4 and the multiple division of capacities can also be applied to the case of the force measuring cell of FIG. 2. In this application, the comb-shaped electrode supports (rods) move relative to each other in a direction perpendicular to the bridge surface, so the electrode spacing remains the same (as in Figure 4) and the effective electrode surface area increases. change.

このような変位測定器の場合には、6桿の電極が力の方
向に交叉してのびる直線ラスタを形成するようにすると
好適である。
In the case of such a displacement measuring device, it is preferable that the six rod electrodes form a straight line raster extending across the direction of force.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面はこの発明の実施例を示したもので、第1図は、力
の作用方向に平行な面内に設置した二つの力センサと、
電極機構の支持体としての平行なプレートを有する力測
定セルを示す図、第2図は、力の作用方向に直交する面
内に設置した二つの力センサと、電極機構の支持体とし
ての平行なプレートを有する力測定セルを示す図、第3
図は、第2図の構成の力測定セルの4つの力センサの機
械的な連結手段の詳細図、第4図は、力の作用方向に平
行な面内に設置した2つの力センサと、電極機構の支持
体としての互いに櫛状に係合する桿列とを有する力測定
セルを示す図である。 1.2,21.22・・・力センサ、3,30.45・
・・荷重支持体、4,5,25.26・・・連接バー、
6.7,23.24・・・曲げ剛性部材、8,9,32
.46・・・連結部材、1’ 3 、14・・・電極機
構。
The drawings show an embodiment of the present invention, and FIG. 1 shows two force sensors installed in a plane parallel to the direction of force application;
Figure 2 shows a force-measuring cell with parallel plates as supports for the electrode arrangement; FIG. Figure 3 showing a force-measuring cell with a plate of
The figure is a detailed view of the mechanical connection means of the four force sensors of the force measurement cell configured as shown in FIG. 2, and FIG. 1 shows a force-measuring cell with rows of rods engaging each other in a comb-like manner as a support for the electrode arrangement; FIG. 1.2, 21.22... force sensor, 3, 30.45.
...Load support, 4,5,25.26...Connection bar,
6.7, 23.24... Bending rigidity member, 8, 9, 32
.. 46...Connecting member, 1' 3, 14... Electrode mechanism.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)荷重により弾性的にたわむ測定機構と、測定機構
の荷重による弾性変形を容量で検出するための機構を備
えた力測定セルにおいて、機械的に連結した少なくとも
2つの容量形力センサ1、2:21、22を設け、各力
センサは、曲げ弾性の連接バー4、5;25、26によ
つて互いに連結した曲げ剛性部材6、7;23、24と
、容量形変位測定器とで構成し、一方の曲げ剛性部材6
;23は固定の状態に設置するとともに、容量形変位測
定器の固定の電極機構13を備え、他方の可動の曲げ剛
性部材7;24は、連結部材8、9;32、46を介し
て共通の荷重支持体3;30;45と連結するとともに
、容量形変位測定器の可動の電極機構14を備え、かつ
両方の力センサの容量の和を測定すべき力Fの測定値と
することを特徴とする力測定セル。
(1) At least two capacitive force sensors 1 mechanically connected in a force measuring cell equipped with a measuring mechanism that elastically deflects due to a load and a mechanism for capacitively detecting the elastic deformation of the measuring mechanism due to the load; 2:21, 22, and each force sensor consists of bending rigid members 6, 7; 23, 24 connected to each other by bending elastic connecting bars 4, 5; 25, 26, and a capacitive displacement measuring device. One bending rigid member 6
23 is installed in a fixed state and is provided with the fixed electrode mechanism 13 of the capacitive displacement measuring device, and the other movable bending rigidity member 7; is connected to the load support 3; 30; Features a force measurement cell.
(2)4つの機械的に連結した力センサ41〜44を設
け、かつこれらの力センサは力の方向に直交する面内に
均一に分散配置してなることを特徴とする特許請求の範
囲第1項に記載の力測定セル。
(2) Four mechanically connected force sensors 41 to 44 are provided, and these force sensors are uniformly distributed in a plane perpendicular to the direction of the force. Force measuring cell according to item 1.
(3)二つのセンサ1、2;21、22の曲げ剛性部材
6、7;23、24、曲げ弾性の連接バー4、5;25
、26、連接部材8、9;32;46および電極機構1
3、14の支持体11、12;29、31;60、61
と荷重支持体3;30;45が一体になつて一構成ユニ
ットを形成し、かつ少なくとも一部が一部材からなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項に記
載の力測定セル。
(3) Bending rigid members 6, 7; 23, 24 of two sensors 1, 2; 21, 22, bending elastic connecting bars 4, 5; 25
, 26, connecting members 8, 9; 32; 46 and electrode mechanism 1
3, 14 supports 11, 12; 29, 31; 60, 61
and the load support 3; 30; 45 together form a structural unit and consist at least in part of one piece. measurement cell.
(4)前記構成ユニットを、半導体板などの腐食性材料
製部材で形成することを特徴とする特許請求の範囲第3
項に記載の力測定セル。
(4) The third aspect of the present invention is characterized in that the structural unit is formed of a member made of a corrosive material such as a semiconductor board.
Force measuring cell as described in section.
(5)力センサ1、2を力の方向に平行な面内に設置し
、これにより各力センサの曲げ弾性の連接バー4、5が
、両曲げ剛性部材6、7の相対的な運動のための平行ガ
イドの役目をすることを特徴とする特許請求の範囲第1
項乃至第4項のいずれかに記載の力測定セル。
(5) The force sensors 1 and 2 are installed in a plane parallel to the direction of the force, so that the bending elastic connecting bars 4 and 5 of each force sensor are controlled by the relative movement of both bending rigid members 6 and 7. Claim 1, characterized in that it serves as a parallel guide for
The force measurement cell according to any one of items 1 to 4.
(6)力センサ21、22を力の方向に直交する面内に
設置することを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第
5項のいずれかに記載の力測定セル。
(6) The force measurement cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the force sensors 21 and 22 are installed in a plane perpendicular to the direction of force.
(7)それぞれ二つの力センサ1、2を有する二つの同
一の構成ユニットを十字状に組み付け、かつ各構成ユニ
ットが共通の荷重支持体3の半分を形成するようにする
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項、第3項又は第
5項のいずれかに記載の力測定セル。
(7) A patent characterized in that two identical structural units, each having two force sensors 1, 2, are assembled in a cross-shape, and each structural unit forms one half of a common load support 3. A force measuring cell according to any one of claims 2, 3, or 5.
(8)電極機構の支持体として、間隔をおいて平行な面
に設置するとともにそれぞれ力センサ1、2の曲げ剛性
部材6、7と連結した二つのプレート11、12を設け
、このうち少なくとも可動の曲げ剛性部材7に付設のプ
レート12は、曲げ剛性部材6、7と曲げ弾性の連接バ
ー4、5により囲まれているスペースに広がつているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第7項のいず
れかに記載の力測定セル。
(8) As supports for the electrode mechanism, two plates 11 and 12 are provided, which are installed on parallel surfaces with a space between each other and are connected to the bending rigid members 6 and 7 of the force sensors 1 and 2, respectively, and at least one of these plates is movable. Claim 1, characterized in that the plate 12 attached to the bendingly rigid member 7 extends into the space surrounded by the bendingly rigid member 6, 7 and the bendingly elastic connecting bar 4, 5. The force measurement cell according to any one of items 7 to 7.
(9)電極機構の支持体として、一面内に設置するとと
もに互いに櫛状に係合しかつ交互に力センサ1、2の両
曲げ剛性部材6、7と連結した複数の桿60、61を、
互いに間隔をおいて設け、さらに桿の互いに対向する側
に電極を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
乃至第8項のいずれかに記載の力測定セル。
(9) As supports for the electrode mechanism, a plurality of rods 60 and 61 are installed in one plane, engage each other in a comb-like manner, and are alternately connected to both the bending rigid members 6 and 7 of the force sensors 1 and 2;
9. The force measuring cell according to claim 1, further comprising electrodes arranged at intervals from each other and on opposite sides of the rod.
(10)各力センサの両電極機構の電極が、各プレート
11、12または各桿において、力の方向に交叉しての
びる直線ラスタを形成することを特徴とする特許請求の
範囲第5項、第8項、第6項、又は第9項のいずれかに
記載の力測定セル。
(10) Claim 5, characterized in that the electrodes of both electrode mechanisms of each force sensor form a straight line raster extending across the direction of force in each plate 11, 12 or each rod, The force measurement cell according to any one of paragraphs 8, 6, or 9.
JP409986A 1985-04-26 1986-01-10 Force measuring cell Pending JPS61250533A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH1792/85-5 1985-04-26
CH179285A CH668643A5 (en) 1985-04-26 1985-04-26 Force measuring cell with capacitive distance measuring.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS61250533A true JPS61250533A (en) 1986-11-07

Family

ID=4218705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP409986A Pending JPS61250533A (en) 1985-04-26 1986-01-10 Force measuring cell

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPS61250533A (en)
CH (1) CH668643A5 (en)
DE (1) DE3605315A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006064503A (en) * 2004-08-26 2006-03-09 A & D Co Ltd Load measuring mechanism for capacitance type weighing device

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4799558A (en) * 1987-06-12 1989-01-24 Toledo Scale Corporation Digital load shift compensation
US5064165A (en) * 1989-04-07 1991-11-12 Ic Sensors, Inc. Semiconductor transducer or actuator utilizing corrugated supports
DE4132108A1 (en) * 1991-09-26 1993-04-01 Siemens Ag FORCE SENSOR
US20160138729A1 (en) * 2013-05-22 2016-05-19 Mohamed Sirajudeen Mohamed ISMAIL A mechanism for effecting a displacement output

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4923915A (en) * 1972-07-03 1974-03-02
JPS55134330A (en) * 1979-04-02 1980-10-20 Testut Aequitas Load receiving apparatus and condenser type converter with single piece of parallelogram

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4923915A (en) * 1972-07-03 1974-03-02
JPS55134330A (en) * 1979-04-02 1980-10-20 Testut Aequitas Load receiving apparatus and condenser type converter with single piece of parallelogram

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006064503A (en) * 2004-08-26 2006-03-09 A & D Co Ltd Load measuring mechanism for capacitance type weighing device

Also Published As

Publication number Publication date
DE3605315A1 (en) 1986-10-30
CH668643A5 (en) 1989-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5510581A (en) Mass-produced flat multiple-beam load cell and scales incorporating it
EP0738882B1 (en) Load cell with a plate with an opening and bridging strain sensor
EP0295067B2 (en) Digital load shift compensation
US4064744A (en) Strain sensorextensiometer
US7429705B2 (en) Parallel-guiding mechanism for compact weighing system
EP1840581B1 (en) Capacitive sensor
US5512713A (en) Load cell having a hollow and a strain gauge formed on a substrate attached inside the hollow
JPH0749969B2 (en) Capacitive measuring transducer
JP2010513888A (en) Accelerometer with comb-like electrode
US4181011A (en) Load cell
US5756943A (en) Load cell
KR0170768B1 (en) Stress gauge weighing device
EP3759449B1 (en) Tripedal flexure member and load/torque measurement systems using same
IT202000003868A1 (en) MEMS INCLINOMETER HAVING REDUCED VIBRATION ADJUSTMENT ERROR
US9335226B2 (en) Force transducer forming a capacitive load cell
US4655305A (en) Strain gage type platform sensor
EP0114530B1 (en) Weighing scale with a load cell
JPS61250533A (en) Force measuring cell
JPH032824Y2 (en)
CN108593059B (en) Multi-beam structure elastic element
JPS6342338Y2 (en)
US20030209089A1 (en) Weighing cell
JP3586696B2 (en) Thin load cell
JPH0624742Y2 (en) Eccentric load error adjustment mechanism of electrostatic capacity type weighing scale
JPH03144317A (en) Load cell