ELECTROMECHANICAL LOAD-CELL WITH DEVICE FOR FLEXION MEASUREMENT

Abstract: 1. Electromechanical weighing cell with fluent measuring element and, unilaterally disposed on this latter, strain gauges interconnected to form a bridge, and with balancing resistors, namely a first balancing resistor for adjusting the zero point of the bridge, a second balancing resistor maintaining the zero point constant in the event of fluctuating temperature and a third balancing resistor to compensate for the temperature of the measured signal from the bridge, the strain gauges and the first balancing resistor, together with their electrical connection points, being disposed on a common first carrier foil, characterized in that the second and third balancing resistors (19, 20 or 21, 22), together with their electrical connection points (A, B, C, D, E) are disposed on a second common carrier foil (28) and in that the connection points (A, B, C, D, E) on the first and second foils (26, 28) are so disposed geometrically that they can be connected to each other directly in electrically conductive manner and in that the connection of the two foils (26, 28) at the connection points is so made that the three balancing resistors (19 to 22) are freely accessible for the purpose of balancing.

Description: Beschreibung : Elektromechanische Wägezelle mit Biegemesskörper Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Wägezelle mit Biegemesskörper und einseitig auf diesem angeordneten, zu einer Brücke zusammengeschalteten Dehnungsmessstreifen sowie mit Abgleichwiderständen, nämlich einem ersten Abgleichwiderstand für die Einstellung des Nullpunktes der Brücke, einem zweiten Abgleichwiderstand für die Konstanthaltung des Nullpunktes bei sich ändernder Temperatur und einem dritten Abgleichwiderstand für die Temperaturkompensation des Messsignals der Brücke, wobei die Dehnungsmessstreifen und der erste Abgleichwiderstand zusammen mit ihren elektrischen Anschluss punkten an einer ersten gemeinsamen Trägerfolie angeordnet sind. Bei bekannten Wägezellen dieser Art bestehen die Dehnungsmessstreifen und der erste Abgleichwiderstand für die Einstellung des Nullpunkts der Brücke aus dem gleichen, elektrisch leitenden Material, das seinerseits eine möglichst geringe Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands zeigen soll. In Frage kommen hierfür beispielsweise die Legierungen Konstar,tan, Manganin oder Karma, die nach Art gedruckter Schaltungen auf einer Trägerfolie aus Polyimid angeordnet sein können. Bei den bekannten Wägezellen (Zeitschrift "Wägen T Dosieren" tod83, 42) sind lediglich die Dehnungsmessstreifen und ein oder mehrere Abgleichwiderstände für die Einstellung des Nullpunkts der Brücke auf einer Trägerfolie angeordnet, die auf dem Biegemesskörper aufgeklebt und mit einer ebenfalls aufgeklebten metallischen Schutzfolie abgedeckt ist. Die beiden anderen, der Temperaturkompensation dienenden Abgleichwiderstande müssen hingegen extern, also ausserhalb der Abdeckung, am Biegemesskörper nachträglich angebracht werden. Dabei liegen die Temperaturabgleichwiderstände naturgemäss in erheblicher Entfernung von den Dehnungsmessstreifen, so dass wegen örtlich unter schiedl icher Temperaturen die Temperaturkompensation nicht präzise ist. Ausserdem ist die in mehreren Schritten erfolgende Fertigung solcher Wägezellen mit externen Abgleichwiderständen kompliziert. Insbesondere können beim Anlöten der externen Temperaturabgleich- widerstände Kontaktwiderstände auftreten, die den präzisen Abgleich weiterhin erschweren. Schliesslich ergeben sich lange Leiterwege innerhalb der Brückenschaltung, die das Messverhalten der Brücke beeinflussen können, wobei insbesondere sich kreuzende oder an den Dehnungsmessstreifen am Biegemesskörper vorbei geführte Leitungsabschnitte stören. Es ist Aufgabe der Erfindung, die bei bekannten Wägezellen mit der externen Anordnung der Temperaturabgleichwiderstände verbundenen Mängel zu beseitigen und hierdurch eine Messanordnung zu schaffen, die bei höchster Genauigkeit leicht zu fertigen und einfach sowie präzise abzugleichen ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die zweiten und dritten Abgleichwiderstände zusammen mit ihren elektrischen Anschluss punkten auf einer zweiten gemeinsamen Trägerfolie angeordnet sind, dass die Anschlusspunkte auf den ersten und zweiten Folien geometrisch so angeordnet sind, dass sie direkt elektrisch leitend miteinander verbindbar sind, und dass die Verbindung der beiden Folien an den Anschluss punkten derart vorgenommen ist, dass die drei Abgleichwiderstände zum Zwecke des Abgleichs frei zugänglich sind. Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen: Fig. 1 halbschematisch eine aufgebrochene Seitenansicht einer elektromechanischen Wägezelle; Fig. 2 eine Brückenschaltung der Wägezelle aus Fig. 1; Fig 3 eine erste Trägerfolie mit Dehnungs mess streifen und Abgleichwiderständen für die Einstellung des Nullpunktes der Brücke; Fig. 4 eine zweite Trägerfolie mit Temperatur abgleichwider ständen und Fig. 5 die miteinander verbundenen Träger folien aus Fig. 3 und 4. Fig. 1 zeigt halbschematisch eine herkömmliche elektromechanische Wägezelle 1 mit Biegemesskörper 2, an dessen sogenanntem "Rücksprungarm" 3 die zu messende Wägekraft P angreift. Durch die Wägekraft wird der unterhalb des Rücksprungsarms 3 gelegene Bereich des Biegemesskörpers 2 in an sich bekannter Weise an der Stelle 4 gedehnt und an der Stelle 5 gestaucht. Diese Deformationen werden durch Dehnungsmessstreifen 6, 7, welche an den Stellen 4 bzw. 5 z. B. durch Klebung befestigt sind, aufgenommen. Die Dehnungsmessstreifen sind zu einer Messbrücke zusammengeschaltet, die in Fig. 2 dargestellt ist. Die Brücke enthält ausser den erwähnten Dehnungsmessstreifen 6 und 7 noch zwei weitere Dehnungsmessstreifen 8, 9, die in Fig. 1 nicht sichtbar sind. Die Speiseleitungen 11, 12 der Brücke sowie die Messleitungen 73, 14 sind über eine Glasdurchführung 15 aus dem Biegekörper 2 herausgeführt und zu einem gemeinsamen Speise- und Messkabel 16 zusammengefasst. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind in den die Dehnungsmessstreifen 7, 9 enthaltenden Brückenzweigen Abgleichwiderstände 17, 18 für die Einstellung des Nullpunktes der Brücke angeordnet. Die Brückenzweige mit den Dehnungsmessstreifen 6 und 8 enthalten Abgleichwider- stände 19, 20 für die Konstanthaltung des Nullpunktes bei sich ändernder Temperatur. Schliesslich liegen in den beiden Speiseleitungen 11, 12 weitere Abgleichwiderstände 21, 22 für die Temperaturkompensation des Messsignals der Brücke. Wie Fig. 1 zeigt, sind die Dehnungsmessstreifen 6, 7 in einer Aussparung 23 an der Unterseite des Biegemesskörpers 2, und zwar am Boden dieser Aussparung angeordnet. Dasselbe gilt auch für die in Fig. 7 nicht sichtbaren Dehnungsmessstreifen 8, 9. Weiterhin enthält die längliche Aussparung 23 in noch zu er- läuternder Weise auch die erwahnten Abgleichwiderstände 17 bis 22. Die Dehnungsmessstreifen und Abgleichwiderstände sind in der Aussparung 23 dadurch hermetisch dicht eingekapselt, dass die Aussparung durch eine Metallfolie 24 verschlossen ist. Die Metallfolie 24 ist dabei an einer die Aussparung 23 rings umgebenden Schulter 25 abdichtend befestigt. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, bestehen die Abgleichwiderstande 17, 18 in an sich bekannter Weise aus mäanderartig geführten Leitungsbahnen, welche durch auf trennbare Verbindungsleitungen kurzgeschlossen sind. Durch Auftrennen bestimmter Verbindungsleitungen werden die Kurzschlüsse aufgehoben, so dass in an sich bekar;nter Weise der Abgleichwiderstand auf einen be stimmten Wert eingestellt und hierdurch der Abgleich durchgeführt werden kann. Die Leiterbahnen der Abgleichwiderstände 17, 18, die aus einem Metall mit möglichst geringer Temperaturabhängigkeit seines Widerstands bestehen, z. B. aus Konstantan, sind nach Art einer gedruckten Schaltung auf eine isolierende Trägerfolie 26 aus Kunststoff, vorzugsweise aus Poly imid, aufgebracht. Die Trägerfolie 26 weist weiterhin insgesamt acht Anschluss stellen für die Dehnungsmessstreifen 6, 7, 8 und 9 auf. An diesen Anschlussstellen sind die Dehnungsmessstreifen angelötet oder ange schweisst. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind die Dehnungsmessstreifen nicht auf der Trägerfolie 26 angeordnet, sondern mit dieser lediglich über die Verlötung an den Anschluss stellen verbunden. Somit können die Dehnungsmessstreifen direkt am Boden der Aussparung 23 (Fig. 1) befestigt werden. Bei einer anderen Ausführungsform können die Dehnungsmessstreifen 6, 7, 8, 9 ebenfalls auf der Trägerfolie 26 ausgebildet sein. Die Trägerfolie 26 trägt weiterhin elektrische Anschlusspunkte A, B, C, D und E, die auch in das Schaltbild der Fig. 2 eingezeichnet sind. Schliesslich trägt die Trägerfolie 26 in der aus Fig. 2 und 3 ersichtlichen Weise Leiterbahnen, welche die einzelnen Schaltelemente der Brücke miteinander verbinden. Wie in Fig. 3 dargestellt, liegen die fünf Anschluss- punkte A, B, C, D, E auf der Trägerfolie 26 nebeneinander auf einer geraden Linie 27. Auf einer weiteren Trägerfolie 28 - vgl. Fig. 4 -, z. B. ebenfalls aus Polyimid, sind die Temperaturabgleichwiderstände 19, 20 sowie 21, 22 angeordnet, die ebenso wie die Abgleichwiderstände 17, 18 in Fig. 3 ausgebildet sind, also durchtrennbare Kurzschlussbahnen aufweisen, so dass sie zum Zwecke des Abgleichs'auf bestimmte Widerstandswerte eingestellt werden können, sobald bestimmte Kurzschlussbahnen durchtrennt sind. Die Temperaturabgleichwiderstände 19 20, 21 und 22 bestehen im Gegensatz zu den Abgleichwiderständen 17, 18 auf der Trägerfolie 26 (Fig. 3) aus einem elektrisch leitenden Material mit möglichst ausgeprägtem Temperaturgang des elektrischen Widerstandes, beispielsweise aus reine Nickel oder Balco. Die mit den Temperaturabgleichwiderständen 19, 20, 21, 22 verbundenen Leiterbahnen führen zu ringförmigen Anschlussstellen 29, an welche - vgl. Fig. 1 - die Leitungen 11, 12, 13 und 14 angelötet werden. Schliesslich weist auch die Trägerfolie 28 mit entsprechenden Leiterbahnen verbundene Anschlusspunkte A, B, C, D, E auf, die ebenfalls nebeneinander auf einer geraden Linie liegen und den gleichen Abstand voneinander wie die Anschlusspunkte A, B, C, D, E haben. Somit können diese Anschlusspunkte auf den jeweiligen Trägerfolien 26 bzw. 28 z. B. durch Verlöten leicht miteinander verbunden werden. Dieser Zustand ist in Fig. 5 dargestellt. Die Trägerfolie 28 überdeckt dabei teilweise die Trägerfolie 26 und die Dehnungsmessstreifen 6, 9, wobei die Temperaturabgleichwiderstände 19, 20 auf der Trägerfolie 28 über einen im wesentlichen freien Flächenbereich der Trägerfolie 26 liegen, der keine Abgleichwiderstände oder Dehnungsmessstreifen trägt. Dieser Flächenbereich ist in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 30 versehen. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, verläuft die Trägerfolie 28 in geringem Abstand oberhalb der Trägerfolie 26 und der Dehnungsmessstreifen 6 (und 9). Zu diesem Zwecke weist die Aussparung 23 in dem in Fig. 1 links gelegenen Bereich eine Stufe 31 auf, auf welcher der zu den ringförmigen Anschlussstellen 29 hin führende Teil der Trägerfolie 28 aufliegt. Die Folie 28 ist dabei gespannt, so dass sie die Folie 26 und ins¯- sondere die Dehnungsmessstreifen 6 und 9 berührungsfrei überdeckt. Auf diese Weise gibt es in der gesamten am Biegemesskörper 2 realisierten Schaltung der Mess- brücke keinerlei einander kreuzende oder im Bereich der Dehnungsmessstreifen vorbeigeführte Leitungsbahnen, welche das Messergebnis stören könnten. Weiterhin liegen alle Abgleichwiderstände 17 bis 22 in der Aussparung 23 des Biegemesskörpers 2 frei zutage, so dass sie in der üblichen Weise abgeglichen werden können. Nach erfolgtem Abgleich wird die ganze Brückenschaltung einschliesslich der Abgleichwiderstände mit Hilfe der Metallfolie 24 hermetisch dicht gekapselt. Bei alledem liegen die Abgleichwiderstände 19, 20 für die Konstanthaltung des Nullpunktes bei sich ändernder Temperatur ausreichend nahe an den Dehnungsmessstreifen 6, 7, 8 und 9, so dass sie im wesentlichen die gleiche Temperatur wie diese annehmen und Temperaturschwan kungen kompensieren. Wie weiterhin aus Fig. 4 und 5 hervorgeht, liegt zwischen den Temperaturabgleichwiderständen 19, 20 einerseits und 21, 22 andererseits ebenfalls ein freier Flächenbereich 31, der nach der Verbindung der TrAgerfolien 26, 28 an den Anschlusspunkten A bis E über den Dehnungsmessstreifen 6, 9 zu liegen kommt. Auf diese Weise können wegen der freien Flächenbe reiche 30, 31 auf den Trägerfolien 26 bzw. 28 beim Durchtrennen der Kurzschlussleiterbahnen der Abgleich widerstände 19, 20 und 21, 22 keine Dehnungsmessstreifen beschädigt werden. Die den Abgleichwiderstand für die Temperaturko=pensationdes Messsignals der Brücke bildenden Teilwiderstände 21, 22 liegen zueinander symmetrisch in den Speiseleitungen 11, 12 (Fig. 4 und 5). Es ist zu beachten, dass die Anordnung gemäss Fig. 3 noch keine voll funktionsfähige Brückenschaltung dar stellt. Erst durch die Verbindung der Trägerfolie 28 mit der Trägerfolie 26 an den Anschluss punkten A bis E entsteht die voll funktionsfähige Messbrücke, deren Schaltbild in Fig. 2 dargestellt ist. Die als Tempe raturabgleichselement dienende Trägerfolie 28 ist somit gleichzeitig Verbindungselement zwischen der Brückenschaltung und dem anderen, durch das Kabel 16 (Fig. 1) vermittelten Aussenanschluss, Die Abgleichwiderstände 17 bis 22 sind zum Zwecke ihrer optimalen Ausnutzung vorzugsweise dual abgestuft, wobei nach dem Durchtrennen der Kurzschluss- leitungen jeweils duale Stufen zugeschaltet werden können. Auf der Unterseite der Trägerfolie 26 kann eine dünne Kupferbeschichtung oder Kupferfolie aufgebracht sein, die direkt am Biegemesskörper 2 anliegt. Uber diese Kupferschicht erfolgt durch Wärmeleitung ein Temperaturausgleich zwischen denjenigen Stellen, an denen die Dehnungsmessstreifen 7, 8 bzw 6, 9 angeordnet sind, so dass diese immer bei derselben Temperatur sind.

Claims: Patentansprüche: 1. Elektromechanische Wägezelle mit Biegemesskörper und einseitig auf diesem angeordneten, zu einer Brücke zusammengeschalteten Dehnungsmessstreifen sowie mit Abgleichwiderständen, nämlich einem ersten Abgleichwiderstand für die Einstellung des Nullpunkts der Brücke, einem zweiten Abgleich widerstand für die Konstanthaltung des Nullpunktes bei sich ändernder Temperatur und einem dritten Abgleichwiderstand für die Temperaturkompensation des Messsignals der Brücke, wobei die Dehnungsmess streifen und der erste Abgleichwiderstand zusammen mit ihren elektrischen Anschluss punkten an einer ersten gemeinsunen Trägerfolie angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite und dritten Abgleichwiderstände (19,20 bzw. 21,22) zusammen mit ihren elektrischen Anschlusspunktei (A,B,C,D,E) auf einer zweiten gemeinsamen Trägerfolie (28) angeordnet sind, dass die Anschlusspul;te (A,B,C,D,E) auf den ersten und zweiten Folien (26 bzw. 28) geometrisch so angeordnet sind;, dass sie direkt elektrisch leitend miteinander verbindbar sind, und dass die Verbindung der beiden Folien (26,28) an den Anschlusspunkten derart vorgenommen ist, dass die drei Abgleichwider stände (17 bis 22) zum Zwecke des Abgleichs frei zugänglich sind. 2. Wägezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Trägerfolien (26,28) mit darauf angeordneten Dehnungsmessstreifen (6,7,8,9) und Abgleichwiderständen (17 bis 22) in einer gemein samen Kapselung (Metallfolie 24) auf dem Biegemess körper (2) angeordnet sind. 3. Wägezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die AnschluBpunXte (A,B,C,D,E) der Trägerfolien (26,28) nebeneinander auf einer Linie (27' liegen. 4. Wägezelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Trägerfolie (28) einen Teil der ersten Trägerfolie (26) und die auf diesem Teil der Folie angeordneten Dehnungs messstreifen (6,9) berührungsfrei überdeckt. 5. Wägezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten und dritten Ab gleichwiderstände (19,20 bzw. 27,22) auf der zweiten Trägerfolie (28) durch einen freien Flächenbereich (31) voneinander getrennt sind, der bei verbundenen Trägerfolien über Dehnungs messstreifen (6,9) der ersten Trägerfolie (26) liegt, so dass beim Abgleichen der Widerstände (19, 20,21,22) die Dehnungsmessstreifen (6,9) nicht beschädigt werden. 6. Wägezelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Abgleich widerstand aus zwei symmetrisch zueinander in den beiden Speiseleitungen (11,12) der Brücke-ange ordneten Teilwiderständen (21,22) besteht. 7. Wägezelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolien (26, 28) mit den Dehnungsmessstreifen (6,7,8,9) und den Abgleichwiderständen (17,18,19,20,21,22) in einer länglichen Aussparung (23) des Biegemesskörpers (2) angeordnet sind, die durch eine Metallfolie (24) hermetisch abgedichtet ist. 8. Wägezelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Trägerfolie (28) gleichzeitig elektrisches Verbindungselement zwischen der Brücke und deren Aussenanschluss (15,16) ist.

Inventors: JETTER, HANS, DR.-ING.
Applicants: BIZERBA-WERKE WILHELM KRAUT GMBH & CO. KG.
Application year: 1985
Main classification: G01G3
IPC codes: G01G3