(57)【要約】  弾性体を備えるロードセルであって、弾性体は、第１のビーム（３）および第１のビームと反対に配置される第２のビーム（５）と、ベース端部（１）およびベース端部の反対側に配置されるロード受容端部（２）であって、第１および第２のビームは、弾性変形のためのセクションを提供する曲げポイント（６）を介してベース端部とロード受容端部とに接続される、ベース端部（１）およびロード受容端部（２）と、可とう性壁、および測定されるべきロードに応答して弾性体の弾性変形を測定するためのセンサー手段を備える密閉されたキャビティ（４）とを備え、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第１のビームおよび／または第２のビームに入れられ、ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有するレバー（７）をさらに備え、第１の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第２の端部は、測定されるべきロードに応答してレバーの第２の端部の何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、反対側のビーム、ベース端部、またはロード受容端部のうちの１つまたは複数に接続される、ロードセル。【選択図】図４
2017506737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体を備える高精度ロードセルであって、前記弾性体は、第１のビームおよび前記第１のビームと反対に配置される第２のビームと、ベース端部および前記ベース端部の反対側に配置されるロード受容端部であって、前記第１および第２のビームは、弾性変形のためのセクションを提供する曲げポイントを介して前記ベース端部と前記ロード受容端部とに接続される、ベース端部およびロード受容端部と、可とう性壁、および測定されるべき前記ロードに応答して前記弾性体の前記弾性変形を測定するためのセンサー手段を備える密閉されたキャビティとを備え、前記密閉されたキャビティは、前記ビームの前記曲げポイント間の前記ビームの本体に入れられる前記可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第１のビームおよび／または前記第２のビームに入れられ、前記高精度ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有するレバーをさらに備え、前記第１の端部は、前記密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、前記第２の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記レバーの前記第２の端部の何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、前記反対側のビーム、前記ベース端部、または前記ロード受容端部のうちの１つまたは複数に接続されることを特徴とする、高精度ロードセル。
【請求項２】
前記密閉されたキャビティは、前記ビームの前記本体におよび前記ビームの前記曲げポイント間に入れられる前記可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第１のビームに入れられ、前記ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有する第１のレバーをさらに備え、前記第１の端部は、前記密閉されたキャビティの前記可とう性壁に接続され、前記第２の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記反対側のビームの何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、前記反対側のビームに接続されることを特徴とする、請求項１に記載の高精度ロードセル。
【請求項３】
前記密閉されたキャビティは、前記ビームの前記本体におよび前記ビームの前記曲げポイント間に入れられる前記可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第１のビームに入れられ、前記ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有する第１のレバーをさらに備え、前記第１の端部は、前記密閉されたキャビティの前記可とう性壁に接続され、前記第２の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記反対側のビームの何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、曲げポイント、および前記反対側のビームに接続される第２のレバーを通して前記反対側のビームに接続されることを特徴とする、請求項１に記載の高精度ロードセル。
【請求項４】
前記密閉されたキャビティは、前記ビームの前記曲げポイント間の前記ビームの前記本体に入れられる前記可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第１のビームに入れられ、前記ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有するレバーをさらに備え、前記第１の端部は、前記密閉されたキャビティの前記可とう性壁に接続され、前記第２の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記ロード受容端部の何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、前記ロード受容端部のビームに接続されることを特徴とする、請求項１に記載の高精度ロードセル。
【請求項５】
前記密閉されたキャビティは、前記ビームの前記曲げポイント間の前記ビームの前記本体に入れられる前記可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第１のビームに入れられ、前記ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有するレバーをさらに備え、前記第１の端部は、前記密閉されたキャビティの前記可とう性壁に接続され、前記第２の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記ベース端部の何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、前記ベース端部に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の高精度ロードセル。
【請求項６】
密閉されたキャビティは、前記ビームの前記曲げポイント間の前記ビームの前記本体に入れられる前記可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第１のビームに入れられ、前記ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有するレバーをさらに備え、前記第１の端部は、前記密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、前記第２の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記レバーの前記第２の端部の何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、前記反対側のビームにおよび／または前記ロード受容端部におよび／または前記ベース端部に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の高精度ロードセル。
【請求項７】
密閉されたキャビティは、前記ビームの前記曲げポイント間の前記ビームの前記本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、前記第１のビームにおよび前記第２のビームに入れられ、前記ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有するレバーをさらに備え、前記第１の端部は、前記密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、前記第２の端部は、測定されるべき前記ロードに応答して前記レバーの前記第２の端部の何らかの相対移動を前記可とう性壁の変形に変換するために、前記反対側のビーム中の前記可とう性壁におよび／または前記反対側のビームにおよび／または前記ロード受容端部におよび／または前記ベース端部に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の高精度ロードセル。
【請求項８】
可とう性壁に接続される前記第１のレバーは、センサー手段のアクティブ化のために前記可とう性壁を通って前記密閉されたキャビティ中に突出することを特徴とする、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の高精度ロードセル。
【請求項９】
密閉されたキャビティの可とう性壁に接続される第１のレバーは、前記可とう性壁を変形することによって前記密閉されたキャビティ中でセンサー手段をアクティブ化することを特徴とする、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の高精度ロードセル。
【請求項１０】
前記センサー手段は、容量性および／また誘導性および／または抵抗性および／または光学式であることを特徴とする、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の高精度ロードセル。
【請求項１１】
電子信号処理回路は、前記密閉されたキャビティ中に取り付けられ、および／または前記ロードセルの前記ベース端部および／または前記ロード受容端部中に取り付けられることを特徴とする、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の高精度ロードセル。
【請求項１２】
前記密閉されたキャビティ中に取り付けられる電子信号処理回路は、前記ロードセルの前記ビームの曲げポイントにおいて適応される接続を通して前記ロードセルの前記ベース端部および／または前記ロード受容端部中の電子信号処理回路に接続されることを特徴とする、請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の高精度ロードセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定されるべきロードに応答して、弾性体のひずみまたは変形を検出するためのセンサー手段に取り付けられる弾性体を含む、ロードを測定するためのロードセルに関する。
【０００２】
本発明は、より詳細には、弾性体を備える高精度ロードセルに関し、弾性体は、第１のビームおよび第１のビームと反対に配置される第２のビームと、ベース端部およびベース端部の反対側に配置されるロード受容端部であって、第１および第２のビームは、弾性変形のためのセクションを提供する曲げポイントを介してベース端部とロード受容端部とに接続される、ベース端部およびロード受容端部とを備え、可とう性壁、および測定されるべきロードに応答して弾性体の弾性変形を測定するためのセンサー手段を備える密閉されたキャビティとをさらに備える。
【背景技術】
【０００３】
多数のセンサータイプは、密閉されたキャビティ中に適応されるセンサー手段を用いて設計され、センサー手段は、密閉されたキャビティ中の可とう性壁を通ってもたらされるレバーによってアクティブ化される。可とう性壁は、センサー手段を湿度および腐食から保護する。例はジョイスティックおよび単純な力センサーであるが、高高精度測定は、従来技術では、平行四辺形とともに提供される高高精度ロードセルのみによって達成される。
【０００４】
欧州特許第１４５１５３８号明細書は、ロードセルのベース端部に入れられる密閉されたキャビティ中に取り付けられるセンサー手段を用いた高精度ロードセルを記載している。
【０００５】
ロードセルは、欧州特許第１４５１５３８号明細書によれば、実際にはいくつかの問題を示す。
【０００６】
１つの問題は、例えば、密閉されたキャビティの壁のうちの１つを太陽光線が照らすとき、それらの壁の温度誘発されるひずみから発生し、それにより、この壁の寸法は増加し、これによって、密閉されたキャビティはひずみ、センサー手段に影響を及ぼし、これが０の過渡シフトを与える。壁との間にかなりの距離をもつキャビティの同等に拡大された幾何学的形状のために、温度等化は完全でなくなり、一定の時間を要し、したがって、ゼロ信号は、部分的に、そして緩やかにのみ正しい値に戻ることになる。
【０００７】
さらなる問題は、センサー手段の近くにあるロードセルのベース端部に通常取り付けられる電子信号処理回路によって生成される電力によって引き起こされる、センサー手段の周囲温度を上回る温度上昇である。この温度上昇は、ロードセルの信号のゼロおよびスロープでは補償することが困難であり、なぜならば、それが環境の温度に加算されるからである。
【０００８】
別の問題は、平行四辺形の２つのビームにおける力を変化させる、ロードセルに印加されるロードの偏心の変化を介した、キャビティおよびセンサー手段のひずみの変化である。ビームは、密閉されたキャビティ上に直接ヒンジ結合されるので、ビームにおける力の変化は、密閉されたキャビティの壁の変形の変動をもたらし、これにより、センサー手段に影響を及ぼすことになる。密閉されたキャビティの壁の変形のこの変化は、印加されるロードの偏心の変化とともに、ロードセルの利用可能な精度を低減する。
【０００９】
さらに別の問題は、ロードセルを取り付けるためにベース端部における取付ねじが締められるときの、密閉されたキャビティおよびセンサー手段のひずみである。
【００１０】
米国特許出願公開第２００３／０１１１２７７号明細書は、ロードセルのベース端部中の密閉されたキャビティに入れられるセンサー手段をもち、ベース端部中の密閉されたキャビティの可とう性壁をロード受容部分に接続するレバーをもつ、いくつかの高精度ロードセルを記載している。
【００１１】
米国特許出願公開第２００３／０１１１２７７号明細書によるロードセルは、欧州特許第１４５１５３８号明細書によるロードセルと同じ問題を示す。
【００１２】
米国特許第５，０５２，５０５号明細書および米国特許出願公開第２０／０２３２３９３号明細書はどちらも、センサー手段を取り付けるための密閉されたキャビティが、平行四辺形のビームのうちの１つにおけるリセスをミリングし、カバーでキャビティを閉じることによって作成されるロードセルを記載している。
【００１３】
これらの特許によるロードセルはどちらも、ひずみゲージが平行四辺形の曲げポイントに印加される、このタイプのロードセルに共通の問題を示す。この設計のロードセルが装荷されたとき、ビームの１つの曲げポイントにおけるひずみゲージは、この曲げポイントの曲げから正のひずみを経験するが、同じビームの他の曲げポイントにおけるひずみゲージは負のひずみを経験することになる。しかしながら、曲げひずみのほかに、ビームの方向において縦力からの曲げポイントにもひずみが現れる。これらの力およびひずみは、ビームの両方の曲げポイントにおいて同じサインを有し、ロードセルの信号がひずみゲージの通常のホイートストンブリッジ結合において測定されたとき、理想的には互いに打ち消すはずである。しかしながら、ひずみゲージ自体と、ひずみゲージの接合との不正確さが、ロードセルに印加されるロードの偏心の変化とともに、測定誤差を生じることになり、これらの誤りは、曲げポイントのやすり仕上げまたは研削で補正するのが退屈であり、時間がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】欧州特許第１４５１５３８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／０１１１２７７号明細書
【特許文献３】米国特許第５，０５２，５０５号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０／０２３２３９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、ロードセルの他の部分から熱絶縁され、ロードセルに印加されるロードの偏心を変動させるときにビームにおける力の変動による影響を受けず、ロードセルの取付ねじを締めることによる影響を受けない、センサー手段をもつ密閉されたキャビティをもつロードセルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、この目的は、弾性体を備える高精度ロードセルを提供することよって達成され、弾性体は、第１のビームおよび第１のビームと反対に配置される第２のビームと、ベース端部およびベース端部の反対側に配置されるロード受容端部であって、第１および第２のビームは、弾性変形のためのセクションを提供する曲げポイントを介してベース端部とロード受容端部とに接続される、ベース端部およびロード受容端部と、可とう性壁、および測定されるべきロードに応答して弾性体の弾性変形を測定するためのセンサー手段を備える密閉されたキャビティとを備え、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第１のビームおよび／または第２のビームに入れられる。高精度ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有するレバーをさらに備え、第１の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第２の端部は、測定されるべきロードに応答してレバーの第２の端部の何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、反対側のビーム、ベース端部、またはロード受容端部のうちの１つまたは複数に接続される。
【００１７】
このようにして、本発明によれば、測定されるべきロードは、密閉されたキャビティに入れられる様々なタイプのセンサー手段によって測定され得、それにより、壁の限られた幾何学的形状および密接した熱的結合のために、密閉されたキャビティの周りの弾性体の高速でほぼ完全な温度等化が提供される。さらに、ビームと、ビームの曲げポイントによって提供されるベース端部およびロード受容端部との間の熱絶縁は、密閉されたキャビティおよびセンサー手段への熱の流入を制限する。密閉されたキャビティの各側がビームに入れられる、固体壁における低いひずみは、ロードの偏心が変動する下で、密閉されたキャビティの可とう性壁の変形の極めて低い変化を提供する。
【００１８】
密閉されたキャビティおよびセンサー手段は曲げポイント間のビームに入れられるので、ロードセルの印加において固体ベース端部および固体ロード受容端部を取り付けるためのねじを締めるとき、測定への影響が見られない。
【００１９】
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第１のビームに入れられる。ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有するレバーをさらに備え、第１の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第２の端部は、測定されるべきロードに応答して反対側のビームの何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、反対側のビームに接続される。
【００２０】
この実施形態によって得られる利点は、湿度、熱的および漂遊機械的応力から絶縁されるセンサー手段をもつ密閉されたキャビティ、ならびにレバーによって搬送されるビームの相対変位を介するセンサー手段の単純なアクティブ化である。
【００２１】
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティは、ビームの本体におよびビームの曲げポイント間に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第１のビームに入れられる。ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有する第１のレバーをさらに備え、第１の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第２の端部は、測定されるべきロードに応答して反対側のビームの何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、曲げポイント、および反対側のビームに接続される第２のレバーを通して反対側のビームに接続される。
【００２２】
この実施形態によって得られるさらなる利点は、レバーの長さを変化させることによってロードセルの特定の印加による可とう性壁の変形を調整する可能性である。
【００２３】
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第１のビームに入れられる。ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有するレバーをさらに備え、第１の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第２の端部は、測定されるべきロードに応答してロード受容端部の何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、ロード受容端部のビームに接続される。
【００２４】
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第１のビームに入れられる。ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有するレバーをさらに備え、第１の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第２の端部は、測定されるべきロードに応答してベース端部の何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、ベース端部に接続される。
【００２５】
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第１のビームに入れられる。ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有するレバーをさらに備え、第１の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第２の端部は、測定されるべきロードに応答してレバーの第２の端部の何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、反対側のビームにおよび／またはロード受容端部におよび／またはベース端部に接続される。
【００２６】
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティは、ビームの曲げポイント間のビームの本体に入れられる可とう性壁およびセンサー手段とともに、第１のビームにおよび第２のビームに入れられる。ロードセルは、第１の端部と第２の端部とを有するレバーをさらに備え、第１の端部は、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、第２の端部は、測定されるべきロードに応答してレバーの第２の端部の何らかの相対移動を可とう性壁の変形に変換するために、反対側のビーム中の可とう性壁におよび／または反対側のビームにおよび／またはロード受容端部におよび／またはベース端部に接続される。
【００２７】
この実施形態によって得られる利点は、ロードの臨界印加のために二重の独立した測定システムを有する可能性である。
【００２８】
本発明によるロードセルの実施形態では、可とう性壁に接続される第１のレバーは、センサー手段のアクティブ化のために可とう性壁を通って密閉されたキャビティ中に突出する。
【００２９】
本発明によるロードセルの実施形態では、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続される第１のレバーは、可とう性壁を変形することによって密閉されたキャビティ中でセンサー手段をアクティブ化する。
【００３０】
本発明によるロードセルの実施形態では、センサー手段は、容量性および／また誘導性および／または抵抗性および／または光学式である。
【００３１】
本発明の実施形態では、曲げポイントは、測定されるべきロードに応答して可とう性壁の変形を調整するためにレバーのどこにでも挿入され得る。
【００３２】
本発明の実施形態では、可とう性壁は、測定されるべきロードに応答して可とう性壁の変形を可能にするために、いくつかのエリアにおいて異なる厚さを有し得る。
【００３３】
本発明の実施形態では、可とう性壁は、測定されるべきロードに応答して可とう性壁におけるひずみの測定を可能にするために、いくつかのエリアにおいて異なる厚さを有し得る。
【００３４】
本発明によるロードセルの一実施形態では、電子信号処理回路は、密閉されたキャビティ中に、および／またはロードセルのベース端部および／またはロード受容端部中に取り付けられる。
【００３５】
この実施形態によって得られる利点は、信号処理回路のほんのいくつかの、したがって低電力にすぎない構成要素が、密閉されたキャビティ中に取り付けられるが、信号処理回路の熱を生成するより高電力の部分がベース端部に取り付けられることである。
【００３６】
ベース端部からの熱は、環境へと極めて容易に消失され得、ビームの曲げポイントによって提供される熱絶縁のために、密閉されたキャビティおよびセンサー手段には達することがない。
【００３７】
本発明によるロードセルの一実施形態では、密閉されたキャビティ中に取り付けられる電子信号処理回路は、ロードセルのビームの曲げポイントにおいて適応される接続を通してロードセルのベース端部中の電子信号処理回路に接続される。
【００３８】
接続と、好ましくはレーザー溶接されたカバーとを、曲げポイントの約１／２の厚さである、曲げポイントの材料における中立層にできる限り近いく配置することによって、接続およびカバーは、ロードセルが装荷されたときに曲げポイントが変形を受けるとき、ただ曲げられはするが、伸張または圧縮されはせず、これは、有意でないサイズへの測定への影響を低減する。
【００３９】
電子処理回路間の接続が配置される曲げポイントの厚さを増加させることによって、曲げポイントにおける溝の機械加工、およびカバーのレーザー溶接を実施するのがより容易になる。
【００４０】
本発明について、図面を参照しながら以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来技術として、センサー手段をアクティブ化するために、可とう性壁を通ってセンサー本体中の密閉されたキャビティ中に突出するレバーをもつ単純なセンサーを示す。
【図２】従来技術として、密閉されたキャビティをもつベース端部と、ロード受容部分と、ベース端部およびロード受容部分を接続する２つのビームからなる平行四辺形と、ベース端部中の密閉されたキャビティ中に適応される、センサー手段をアクティブ化するための、ロード受容部分を密閉されたキャビティの可とう性壁に接続するレバーとを備える、弾性体をもつ高精度ロードセルを示す。
【図３】従来技術として、ビームの曲げポイントに適用されるひずみゲージをもつビームのうちの１つ中の密閉されたキャビティとともに、ベース端部と、ロード受容部分と、ベース端部およびロード受容部分を接続する２つのビームからなる平行四辺形とを備える、弾性体をもつ高精度ロードセルを示す。
【図４】ベース端部と、ロード受容部分と、可とう性壁をもつ密閉されたキャビティをもつ第１のビームと、密閉されたキャビティの可とう性壁を通って突出し、曲げポイントおよび第２のレバーを通って第２のビームに接続される第１のレバーによってアクティブ化されるセンサー手段とを備える、弾性体をもつ本発明の基本的実施形態である。
【図５】容量性センサー手段の一例である。
【図６】ベース端部と、ロード受容部分と、可とう性壁をもつ密閉されたキャビティをもつ第１のビームと、密閉されたキャビティの可とう性壁に接続され、曲げポイントおよび第２のレバーを通って第２のビームに接続される第１のレバーによってアクティブ化されるセンサー手段とを備える、弾性体をもつ本発明の基本的実施形態である。
【図７】弾性体が装荷される状況における本発明の基本的実施形態である。
【図８】弾性体が装荷され曲げポイントが閉じられる別の状況における本発明の基本的実施形態である。
【図９】電子信号処理回路がロードセルの密閉されたキャビティとベース端部との間で分割される本発明の一実施形態である。
【図１０Ａ】ロードセルの密閉されたキャビティ中の電子信号処理回路と、ベース端部中の信号処理回路とが、ビームの曲げポイントにおいて適応される接続を通して接続される、本発明の一実施形態である。
【図１０Ｂ】密閉されたキャビティのためのカバーを示す図１０Ａの本発明の実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１のセンサーは、従来技術として、単純なセンサーを示し、ここでは、レバー１がアクティブ化されたときにキャパシタンスセンサー６および７に関して、固定された羽根５を移動することによって、容量性センサー手段をアクティブ化するために、レバー１は、可とう性弾性壁４を通って、センサー本体３に入れられる、密閉されたキャビティ２中に突出している。キャパシタンスセンサー６および７はキャパシタンス測定回路８に接続される。
【００４３】
このタイプのセンサーは、異なるセンサー手段とともに、機械類を制御するためのジョイスティックとして広く使用され、可とう性壁は、過酷な環境において機械類における湿度および腐食からセンサー手段を保護する。
【００４４】
図１によるセンサーは、センサー手段をアクティブ化するための力がレバー１の長さに依存するので、ロードセルとして極めて不適当であることが容易にわかる。
【００４５】
図２のロードセルは、従来技術として、密閉されたキャビティ２をもつベース端部１と、ロード受容部分３と、ベース端部１およびロード受容部分３を接続する２つのビーム４および５からなる平行四辺形と、信号処理回路９をも含んでいるキャビティ２中に適応される、センサー手段８をアクティブ化するための、ロード受容部分３を密閉されたキャビティ２の可とう性壁７に接続するレバー６とを備える、弾性体をもつ高精度ロードセルを示す。
【００４６】
信号処理回路９によって生成される熱は、密閉されたキャビティ２の温度上昇を引き起こし、この温度上昇は環境の温度に加算され、これによって、温度補償が困難になる。
【００４７】
ロード受容部分３上の偏心が変化して印加されるロードは、ビーム４および５において力の変化を与え、それは、これによって、密閉されたキャビティ２の寸法変化を与え、これによって、測定値に影響を及ぼす。
【００４８】
同等に薄い壁で密閉されたキャビティでは、印加においてロードセルのベース端部を取り付けるためのねじを締めるとき、密閉されたキャビティのひずみおよびゼロ信号のシフトを回避することが実際には困難でもある。
【００４９】
図３のロードセルは、従来技術として、ベース端部１と、ロード受容部分２と、ベース端部１およびロード受容部分２を接続する２つのビーム３および４からなる平行四辺形と、ビームの曲げポイント８および９において適用されるひずみゲージ６および７をもつビーム３中の密閉されたキャビティ５とを備える、弾性体をもつ高精度ロードセルを示す。カバー１０は、環境からキャビティ５ならびにひずみゲージ６および７を密閉する。
【００５０】
ロードがロード受容部分２に印加されたとき、ひずみゲージ６は曲げポイント８の曲げによって伸張されるが、ひずみゲージ７は曲げポイント９の曲げによって圧縮され、ホイートストンブリッジ構成で通常接続されるひずみゲージからの信号を生じるのは、これらのひずみである。しかしながら、ビーム中に縦力も存在することになるが、それらは、ビームの両方の端部において同じになり、ゲージにおいて同じサインのひずみを与え、これらのひずみは、理想的にはホイートストンブリッジ構成で打ち消される。しかしながら、ひずみゲージの特性および接合の比較的小さい差でさえ、ロードの偏心の変化が曲げポイントにおいて縦力の変化を与えるときは、誤差を与えることになる。
【００５１】
次に本発明について、図４に関してさらに詳細で説明し、図４は、ベース端部１と、ロード受容部分２と、密閉されたキャビティ４をもつビーム３、およびビーム５であって、各ビームが各端部において曲げポイント６をもつ、ビーム３およびビーム５と、密閉されたキャビティ４において適応される、容量性センサー手段９をアクティブ化するために可とう性壁８を通って密閉されたキャビティ４中に突出するレバー７であって、レバー７が、曲げポイント１０およびレバー１１を通ってビーム５に接続される、レバー７とを備える、弾性体をもつ本発明の基本的実施形態である。
【００５２】
図４によるロードセルは、密閉されたキャビティのかなり限られたサイズおよび同等に厚い壁のために、環境の過渡温度シフトからの小さい測定誤差を示すものにすぎない。
【００５３】
図９に示されているようにベース端部に取り付けられる電子回路から消失する熱からの誤差は、曲げポイントの小さい断面によって提供される熱絶縁のために、有意ではなくなる。
【００５４】
ロードセルに印加されるロードの偏心の変化からの誤差は、可とう性壁およびセンサー手段が影響を受けずに、密閉されたキャビティの固体側壁がビームにおける縦力を吸収するので、著しく低減される。
【００５５】
取０１付ねじを締めることによって生じる誤差は、固体ベース端部と、固体ロード受容端部と、ビームの本体中の密閉されたキャビティに入れられるセンサー手段との間の曲げポイントによって提供される機械的分離のために、強く低減される。
【００５６】
図５は、平坦なＵ字形のばね１と、好適なキャパシタンス測定回路に接続するための導電性エリア３および４、ならびにアンカーポイント５および６をもつ絶縁本体２とをもつ容量性センサー手段の一例であり、アンカーポイント５および６は、例えば、図４のレバー７の端部に、および密閉されたキャビティ３中の好適なポイントに溶接されるべきである。
【００５７】
図６は、ベース端部１と、ロード受容部分２と、密閉されたキャビティ４をもつビーム３、およびビーム５であって、各ビームが、各端部において曲げポイント６をもつ、ビーム３およびビーム５とを備える、弾性体をもつ本発明の別の基本的実施形態である。密閉されたキャビティ４の可とう性壁８に接続されたレバー７は、レバー７が曲げポイント１０およびレバー１を通ってビーム５に接続されたとき、可とう性壁の変形を測定するためのひずみセンサー手段９をアクティブ化する。
【００５８】
図６によるロードセルは、望ましくない漂遊影響に対して、図４によるロードセルと同じロバストネスを示す。
【００５９】
図７は、曲げポイント１０が開かれている間に弾性体が装荷される、図４の本発明の一実施形態である。ビーム３および５の偏向は、レバー７および１１がどのように互いに対してシフトされるかを示すために誇張して示されているが、曲げポイント１０が開いても可とう性壁８が変形を受けないことをも示している。
【００６０】
図８は、図４の本発明の基本的実施形態であり、ここでは、弾性体は装荷され、曲げポイント１０は閉じられ、ビーム３および５の偏向は、レバー７が曲げポイント１０を通ってビーム３に接続されたとき、可とう性壁８がレバー７の角度偏向を介してどのように変形を受けるかを示すために誇張して示されている。
【００６１】
図７および図８から、レバー７の角度偏向は、安定した測定のための必須条件である、ビーム３および５のみの角度偏向の単純な関数であることがわかる。
【００６２】
図９は、電子信号処理回路が、密閉されたキャビティ４中に取り付けられる回路１３と、ロードセルのベース端部１において取り付けられる回路１４と分割される、本発明の基本的実施形態である。
【００６３】
この実施形態によって、密閉されたキャビティ４中の回路１３の構成要素は、温度の上昇を本質的に生成しない、好ましくはほんのいくつかの低電力構成要素である場合、環境の温度シフトのみが補償される必要がある。
【００６４】
ベース端部１において取り付けられる、信号処理回路１４の場合によってはより高電力の部分によって生成される熱は、環境へと極めて容易に消失され得、ビームの曲げポイント６によって提供される熱絶縁のために、密閉されたキャビティには達することがない。
【００６５】
図１０Ａは、密閉されたキャビティ４中の回路１３と、ベース端部１における信号処理回路１４との間の接続１５がビームの曲げポイントにおいて適応される、本発明の別の基本的実施形態である。
【００６６】
接続１５は、好ましくは、曲げポイント６においてミリングされる溝に入れられ、溝は、好ましくはレーザー溶接されたカバー１６によって密閉されたキャビティ４と一緒に好ましくは密閉される。
【００６７】
図１０Ｂは、図１０Ａのロードセルのカバー１６を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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