JP2004212335A

JP2004212335A - Flat load cell and balance

Info

Publication number: JP2004212335A
Application number: JP2003002242A
Authority: JP
Inventors: Kazuharu Teraoka; 和治寺岡; Tetsuo Mori; 哲夫森
Original assignee: Teraoka Seiko Co Ltd
Current assignee: Teraoka Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2004-07-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flat load cell with good precision by solving the problem that the precision of flat load cell is inferior, and to provide a balance with good precision combining the flat load cells with good precision or the conventional flat load cells. <P>SOLUTION: An error in positive direction generated in strain gages Z1 and Z2 provided on the front face and an error in negative direction of strain gages Z3 and Z4 provided on the rear face are mutually canceled by mixing that the strain gages Z1 and Z2 are provided on the front face of a beam 12c and the strain gages Z3 and Z4 are provided on the rear face of a beam 12d, and the precision of the load cell is remarkably improved. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は起歪体のビームに歪みゲージを設け、該起歪体に加わる荷重により該歪みゲージに作用する圧縮力及び引っ張り力間を電気信号に変換する平板状ロードセルと、該平板状ロードセルを用いた秤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来このような平板状ロードセルとしては、特許文献１及び特許文献２に記載された平板状ロードセルがある。特許文献１に記載の平板状ロードセルは、所定の間隔を設けて２本のビームを平面に平行に配置した、各ビームの表面又は裏面の一方面に２個所に起歪部を設け、該起歪部の反対側に歪みゲージを貼り付けて構成している。このように構成することにより、上下に平行に配置したビームを有するロードセルに比べて高さ寸法が小さくできるという利点を有する。しかしながら、この平板状ロードセルはその精度が数百分の１から千分の１程度と低いという問題があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５４−１２４７６９号公報
【特許文献２】
特許第２９７７２７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、平板状ロードセルはその精度が悪いと言う問題を解決し精度の良い平板状ロードセル及び精度の良い平板状ロードセル又は従来の平板状ロードセルを組み合わせて精度の良い秤を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、ビームを具備し、該ビームの所定個所に歪みゲージを設けた構成の平板状ロードセルにおいて、ビームの表面に歪みゲージを設けることと、ビームの裏面に歪みゲージを設けることを混在させたことを特徴とする。
【０００６】
上記のように、ビームの表面に歪みゲージを設けることと、ビームの裏面に歪みゲージを設けることを混在させたことにより、歪みゲージに発生するプラス方向の誤差（例えば、表面に設けた歪みゲージの誤差）とマイナス方向の誤差（例えば、裏面に設けた歪みゲージの誤差）とが互いに相殺され、ロードセルの精度が大幅に向上する。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の平板状ロードセルにおいて、ビームは２本の所定の間隔を設けて配置したビームであり、一方のビームには表面に歪みゲージを２個所に設け、他方のビームには裏面に歪みゲージを２個所に設けたことを特徴とする。
【０００８】
上記のように一方のビームには表面に歪みゲージを２個所に設け、他方のビームには裏面に歪みゲージを２個所に設けたので、ビームの表面に設けた歪みゲージの誤差とビームの裏面に設けた歪みゲージの誤差が互いに相殺され、ロードセルの精度が大幅に向上する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、複数のロードセルを具備する秤において、ロードセルに請求項１又は２に記載の平板状ロードセルを用いたことを特徴とする。
【００１０】
上記のように請求項１又は請求項２に記載のロードセルは、精度が大幅に向上した平板状ロードセルであるから、この平板状ロードセルを用いた秤の精度も大幅に向上する。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、複数のロードセルを具備する秤において、表面又は裏面の一方面にのみ歪みゲージを設けた平板状ロードセルと、他方面にのみ歪みゲージを設けた平板状ロードセルを混在させたことを特徴とする。
【００１２】
上記のように表面又は裏面の一方面にのみ歪みゲージを設けた平板状ロードセルと、他方面にのみ歪みゲージを設けた平板状ロードセルを混在させたことにより、表面又は裏面の一方面にのみ歪みゲージを設けた平板状ロードセルはプラス又はマイナス方向の誤差を発生するが、他方面にのみ歪みゲージを設けた平板状ロードセルはその反対方向の誤差を発生するから、両ロードセルを混在させることにより、互いにその誤差を相殺し、精度の良い秤となる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の秤において、秤は四角形の秤量皿の対角線上にそれぞれ一対の平板状ロードセルを配置した構成の秤であり、同一対角線上に設けた平板状ロードセルは、歪みゲージを設けた面を同じくする平板状ロードセルであり、一方の対角線上に設けた平板状ロードセルと他方の対角線上に設けた平板状ロードセルは、歪みゲージを設けた面が逆であることを特徴とする。
【００１４】
上記のように一方の対角線上に設けた平板状ロードセルと他方の対角線上に設けた平板状ロードセルは、歪みゲージを設けた面が逆であることにより、偏荷重に対しても誤差が減少する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は従来の平板状ロードセルの構成例を示す図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。平板状ロードセル１２は、図示するように金属（高力アルミ等）製の矩形状の板体１２ａの中央部に矩形状の穴１２ｂを設けて、２本のビーム１２ｃ、１２ｄを形成している。そしてそれぞれビーム１２ｃ、１２ｄの裏面の２個所に起歪部（円弧状凹部）１２ｃ−１、１２ｃ−２、１２ｄ−１、１２ｄ−２を設け、そしてビーム１２ｃ、１２ｄの起歪部１２ｃ−１、１２ｃ−２、１２ｄ−１、１２ｄ−２の反対側に当る部分の面、即ち表面に歪みゲージＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４を設けている。
【００１６】
上記構成の平板状ロードセル１２において、支点側Ｓを支持し荷重点側Ｍに穴１２ｂの中心に位置する荷重を作用させると、歪みゲージＺ１、Ｚ３には圧縮力、歪みゲージＺ２、Ｚ４には引っ張り力が作用し、歪みゲージＺ１〜Ｚ４を図２に示すようにホイートストンブリッジ回路に組むことにより、平板状ロードセル１２に加わる荷重を測定することが可能となる。
【００１７】
図１に示すように、４個の歪みゲージＺ１〜Ｚ４が全て表面に貼り付けられた平板状ロードセル１２において、荷重を０ｋｇ、１０ｋｇ、２０ｋｇ、３０ｋｇ、４０ｋｇ、５０ｋｇと増加した場合と、荷重を５０ｋｇ、４０ｋｇ、３０ｋｇ、２０ｋｇ、１０ｋｇ、０ｋｇと減少した場合の荷重測定結果を図９に示す。ここでは計４回測定した結果を示す。図９において、ＩＮＣＡ／Ｄｃｏｕｎｔは荷重を増加していった場合のＡ／Ｄ変換したカウント値、ＤＥＣＡ／Ｄｃｏｕｎｔは荷重を減少していった場合のＡ／Ｄ変換したカウント値、ＩＮＣ．ＥＲＲ．０．０１×％は荷重を増加していった場合の理論値との差、ＤＥＣ．ＥＲＲ．０．０１×％は荷重を減少していった場合の理論値との差、ＤＥＦ．ＥＲＲ．はＤＥＣ．ＥＲＲ．０．０１×％とＩＮＣ．ＥＲＲ．０．０１×％との差（ＤＥＣ．ＥＲＲ．０．０１×％−ＩＮＣ．ＥＲＲ．０．０１×％）を示す。
【００１８】
上記実験結果で、もっとも誤差が大きい、３０ｋｇでの平均誤差は下記のようになる。
増加した場合０．０２１％
減少した場合０．０３５％
【００１９】
図３は本発明に係る平板状ロードセルの構成例を示す図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。平板状ロードセル１２は、図示するように金属（高力アルミ等）製の矩形状の板体１２ａの中央部に矩形状の穴１２ｂを設けて、２本のビーム１２ｃ、１２ｄを形成している。そしてビーム１２ｃの裏面の２個所に起歪部（円弧状凹部）１２ｃ−１、１２ｃ−２を設け、ビーム１２ｄの表面の２個所に起歪部（円弧状凹部）１２ｄ−１、１２ｄ−２を設けている。そしてビーム１２ｃの起歪部１２ｃ−１、１２ｃ−２の反対側に当る部分の面、即ち表面に歪みゲージＺ１、Ｚ２を設け、ビーム１２ｄの起歪部１２ｄ−１、１２ｄ−２の反対側、即ち裏面に歪みゲージＺ３、Ｚ４を設けている。
【００２０】
上記構成の平板状ロードセル１２において、支点側Ｓを支持し荷重点側Ｍに荷重を加えると、歪みゲージＺ１、Ｚ４には圧縮力、歪みゲージＺ２、Ｚ３には引っ張り力が作用し、歪みゲージＺ１〜Ｚ４を図４に示すようにホイートストンブリッジ回路に組むことにより、平板状ロードセル１２に加わる荷重を測定することが可能となる。この場合、一方のビーム１２ｃには表面に２個の歪みゲージＺ１、Ｚ２を設け、他方のビーム１２ｄには裏面に２個の歪みゲージＺ３、Ｚ４を設けるので、歪みゲージＺ１、Ｚ２の誤差がプラス方向となり、歪みゲージＺ３、Ｚ４の誤差がマイナス方向となり、両方の誤差が互いに相殺され、ロードセルの精度が大幅に向上する。
【００２１】
図３に示すように、一方のビーム１２ｃには表面に２個の歪みゲージＺ１、Ｚ２を、他方のビーム１２ｄには裏面に２個の歪みゲージＺ３、Ｚ４を貼り付けた平板状ロードセル１２において、荷重を０ｋｇ、１０ｋｇ、２０ｋｇ、３０ｋｇ、４０ｋｇ、５０ｋｇと増加した場合と、荷重を５０ｋｇ、４０ｋｇ、３０ｋｇ、２０ｋｇ、１０ｋｇ、０ｋｇと減少した場合の実験結果を図１０（ａ）、（ｂ）に示す。ここでは計４回測定した結果を示す。図において、ＩＮＣＡ／Ｄｃｏｕｎｔは荷重を増加していった場合のＡ／Ｄ変換したカウント値、ＤＥＣＡ／Ｄｃｏｕｎｔは荷重を減少していった場合のＡ／Ｄ変換したカウント値、ＩＮＣ．ＥＲＲ．０．０１×％は荷重を増加していった場合の理論値との差、ＤＥＣ．ＥＲＲ．０．０１×％は荷重を減少していった場合の理論値との差、ＤＥＦ．ＥＲＲ．はＤＥＣ．ＥＲＲ．０．０１×％とＩＮＣ．ＥＲＲ．０．０１×％との差（ＤＥＣ．ＥＲＲ．０．０１×％−ＩＮＣ．ＥＲＲ．０．０１×％）を示す。
【００２２】
上記実験結果で、もっとも誤差が大きい、３０ｋｇでの平均誤差は下記のようになる。
増加した場合０．０１１％
減少した場合０．００３％
【００２３】
上記のように図１に示す構成の平板状ロードセル１２と図３に示す構成の平板状ロードセル１２では、図３の平板状ロードセル１２の方が誤差が少ないことが実験的に確認できる。
【００２４】
なお、上記例では２本のビームを平行に配置した平板状ロードセルを示したが、平板状ロードセルは、これに限定されるものではなく、ビームの数は３本以上でもよく、また１本でもよい。要は、ビームの表面に歪みゲージを設けることと、ビームの裏面に歪みゲージを設けることを混在させた構成であればよい。
【００２５】
図５は本発明に係る秤の一部切欠平面図、図６は図５のＡ−Ａ断面図である。図示するようにこの秤１０は秤量皿１１の四隅にそれぞれ平板状ロードセル１２−１〜１２−４を配置した構成である。平板状ロードセル１２−１〜１２−４はそれぞれその支点側がブラケット１３を介して秤量皿１１の上板１１−１の四隅に固定され、荷重点側はブラケット１４を介して支柱１５に固定されている。更に各支柱１５の下端は支持台１６に枢着され、各支持台１６はベース１７に載置される。
【００２６】
秤量皿１１は上板１１−１と下板１１−２からなり、下板１１−２には厚さ方向にリブ１１−２ａが格子状に設けられ、上板１１−１は該下板１１−２のリブ１１−２ａに支持されるように覆い被さっている。このように下板１１−２の厚さ方向に格子状にリブ１１−２ａを設けることにより、秤量皿１１の剛性が向上する。支柱１５は下板１１−２の対角線上の所定位置に設けられた支柱貫通孔１１−２ｂを貫通して下方に延びている。
【００２７】
図７は平板状ロードセル１２−１の取付部の詳細を示す図である。平板状ロードセル１２−１の支点側は秤量皿１１の上板の角部近傍に固定されたボルト１３ａ付きのブラケット１３にナット１８で締付け固定されている。また、平板状ロードセル１２−１の荷重点側は、Ｌ字状のブラケット１４の垂直に配置されたアーム部１４ａの端部にビス１９で固定されている。このブラケット１４の水平に配置されたアーム１４ｂは平板状ロードセル１２−１の中心部に向かって延び、その端部が支柱１５の上端にビス２０で固定されている。図示は省略するが、平板状ロードセル１２−２〜１２−４のそれぞれの取付部も同様な構成となっている。
【００２８】
図８は支柱１５の下端を支持する支持台１６の構成を示す図で、図８（ａ）は側面図、図８（ｂ）は平面図、図８（ｃ）は側断面図である。支持台１６はスチール製の皿状のホルダー１６−１を具備し、該ホルダー１６−１に緩衝用ゴム材１６−２を貼り付けると共に、内側に緩衝用ゴム材１６−３を貼り付けた構成である。そして緩衝用ゴム材１６−３の中心部に設けた穴に鋼球２１を挿入し、該鋼球２１を介在させて支柱１５の下端を支えている。支柱１５の下端面には該鋼球２１が挿入され円錐状の凹部が形成されている。
【００２９】
また、支柱１５の下端外周部にはフランジ１５ａが設けられ、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ホルダー１６−１の上端に蓋材１６−４を被せ、ナット２２で締め付けることにより、支持台は支柱１５より離脱しないようになっている。このように支持台は支柱１５を鋼球２１を介して支持することにより、鋼球２１と支柱１５が水平方向に移動可能となる。
【００３０】
上記構成の秤１０の秤量皿１１の一方の対角線に配置された平板状ロードセル１２−１、１２−３として、図１に示すような構成の平板状ロードセルを、歪みゲージＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４が貼り付けられている面を上方に向けて配置し、他方の対角線に配置された平板状ロードセル１２−２、１２−４として、図１に示すような構成の平板状ロードセルを、歪みゲージＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４が貼り付けられている面を下方に向けて配置する。そして４個のロードセル１２−１〜１２−４の出力（歪みゲージＺ１〜Ｚ４をホイートストンブリッジ回路に組み込んでその出力）をＯＲ接続し、出力する。
【００３１】
上記のように、秤量皿１１の一対角線上に設けた平板状ロードセル１２に歪みゲージを設けた面を同じく、一方の対角線上に設けた平板状ロードセル１２と他方の対角線上に設けた平板状ロードセル１２はその歪みゲージを設けた面を逆にすることにより、一方の対角線上に設けた歪みゲージによるプラス方向又はマイナス方向の誤差と他方の対角線上に設けた歪みゲージによるマイナス方向又はプラス方向の誤差とが互いに相殺されることになり、偏荷重に対して誤差を減少させることができる。
【００３２】
また、図３に示す構成の平板状ロードセル１２は、上記のように歪みゲージＺ１、Ｚ２のプラス方向又はマイナス方向の誤差と歪みゲージＺ３、Ｚ４のマイナス方向又はプラス方向の誤差が互いに相殺されているから、図５及び図６に示す秤の秤量皿１１の四隅に設ける平板状ロードセル１２−１〜１２−４の全てに用いることにより精度の良い秤が得られる。
【００３３】
図１１（ａ）、（ｂ）は図５及び図６に示す秤の４個の平板状ロードセル１２−１〜１２−４に、図１に示す平板状ロードセル１２をその歪みゲージＺ１〜Ｚ４が貼り付けられた面（表面）を上向きに配置した秤の出力値を示す図である。ここでは荷重を０ｋｇ、１０ｋｇ、２０ｋｇ、３０ｋｇと増加していった場合と、荷重を３０ｋｇ、２０ｋｇ、１０ｋｇ、０ｋｇと減少していった場合の計４回の測定結果を示す。
【００３４】
図１１において、ＩＮＣＡ／Ｄｃｏｕｎｔは荷重を増加していった場合のＡ／Ｄ変換したカウント値、ＤＥＣＡ／Ｄｃｏｕｎｔは荷重を減少していった場合のＡ／Ｄ変換したカウント値、ＩＮＣ．ＥＲＲ．０．０１×％は荷重を増加していった場合の理論値との差、ＤＥＣ．ＥＲＲ．０．０１×％は荷重を減少していった場合の理論値との差、ＤＥＦ．ＥＲＲ．はＤＥＣ．ＥＲＲ．０．０１×％−ＩＮＣ．ＥＲＲ．０．０１×％を示す。▲１▼特に、誤差の大きい２０ｋｇでの平均値のＩＮＣ．ＥＲＲ．０．０１×％は０．００１％であり、ＤＥＣ．ＥＲＲ．０．０１×％は０．００８％であった。
【００３５】
図１２は図５及び図６に示す秤の４個の平板状ロードセル１２−１〜１２−４に、図１に示す平板状ロードセル１２をその歪みゲージＺ１〜Ｚ４が貼り付けられた面（表面）を下向きに配置した秤の出力値を示す図である。ここでは荷重を０ｋｇ、１０ｋｇ、２０ｋｇ、３０ｋｇ、４０ｋｇ、５０ｋｇと増加していった場合と、荷重を５０ｋｇ、４０ｋｇ、３０ｋｇ、２０ｋｇ、１０ｋｇ、０ｋｇと減少していった場合の計４回の測定結果を示す。
【００３６】
図１２において、ＩＮＣＡ／Ｄｃｏｕｎｔは荷重を増加していった場合のＡ／Ｄ変換したカウント値、ＤＥＣＡ／Ｄｃｏｕｎｔは荷重を減少していった場合のＡ／Ｄ変換したカウント値、ＩＮＣ．ＥＲＲ．０．０１×％は荷重を増加していった場合の理論値との差、ＤＥＣ．ＥＲＲ．０．０１×％は荷重を減少していった場合の理論値との差、ＤＥＦ．ＥＲＲ．はＤＥＣ．ＥＲＲ．０．０１×％−ＩＮＣ．ＥＲＲ．０．０１×％を示す。▲２▼特に誤差の大きい２０ｋｇでの平均値のＩＮＣ．ＥＲＲ．０．０１×％は−０．００３％であり、ＤＥＣ．ＥＲＲ．０．０１×％は−０．００５％であった。
【００３７】
図５及び図６に示す秤のように、秤量皿１１の一対角線上に設けた平板状ロードセル１２に歪みゲージを貼り付けた面を同じく、一方の対角線上に設けた平板状ロードセル１２を貼り付けた面と、他方の対角線上に設けた平板状ロードセル１２はその歪みゲージを貼り付けた面を逆にすることにより、図１１及び図１２における２０ｋｇにおける平均値の結果（上記▲１▼及び▲２▼）より、理論上
ＩＮＣ．ＥＲＲ．０．０１×％＝（０．００１−０．００３）／２＝−０．００１％
ＤＥＣ．ＥＲＲ．０．０１×％＝（０．００８−０．００５）／２＝０．００１５％
となり、平板状ロードセル１２−１〜１２−４を歪みゲージＺ１〜Ｚ４の貼り付けた面を上向きとした場合より誤差が減少する。
【００３８】
なお、図１に示すように、一方の面にのみ歪みゲージを貼り付けた平板状ロードセルを複数個使用した秤では、歪みゲージを貼り付けた面を上向きにした平板状ロードセルと、歪みゲージを貼り付けた面を下向きにした平板状ロードセルとを混在させるものであればよく、歪みゲージを貼り付けた面を上向きにしたものを非対角線に配置することや、平板状ロードセルの数を２個、３個或いは５個としてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【００４０】
請求項１に記載の発明によれば、ビームの表面に歪みゲージを設けることと、ビームの裏面に歪みゲージを設けることを混在させたことにより、歪みゲージに発生するプラス方向の誤差（例えば、表面に設けた歪みゲージの誤差）とマイナス方向の誤差（例えば、裏面に設けた歪みゲージの誤差）とが互いに相殺され、ロードセルの精度が大幅に向上する平板状ロードセルが得られる。
【００４１】
請求項２に記載の発明によれば、一方のビームには表面に歪みゲージを２個所に設け、他方のビームには裏面に歪みゲージを２個所に設けたので、ビームの表面に設けた歪みゲージの誤差とビームの裏面に設けた歪みゲージの誤差が互いに相殺され、ロードセルの精度が大幅に向上する平板状ロードセルが得られる。
【００４２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の平板状ロードセルを使用することにより、このロードセルは、精度が大幅に向上した平板状ロードセルであるから、秤の精度も大幅に向上する。
【００４３】
請求項４に記載の発明によれば、表面又は裏面の一方面にのみ歪みゲージを設けた平板状ロードセルと、他方面にのみ歪みゲージを設けた平板状ロードセルを混在させたことにより、表面又は裏面の一方面にのみ歪みゲージを設けた平板状ロードセルはプラス又はマイナス方向の誤差を発生するが、他方面にのみ歪みゲージを設けた平板状ロードセルはその反対方向の誤差を発生するから、両ロードセルを混在させることにより、互いにその誤差を相殺し、精度の良い秤が得られる。
【００４４】
請求項５に記載の発明によれば、一方の対角線上に設けた平板状ロードセルと他方の対角線上に設けた平板状ロードセルは、歪みゲージを設けた面が逆であることにより、偏荷重に対しても誤差が減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の平板状ロードセルの構成例を示す図である。
【図２】図１に示す平板状ロードセルの回路構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る平板状ロードセルの構成例を示す図である。
【図４】図３に示す平板状ロードセルの回路構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る秤の一部切欠平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】本発明に係る秤の平板状ロードセルの取付部の構成を示す図である。
【図８】本発明に係る秤の支持台の構成を示す図である。
【図９】図１に示す構成の平板状ロードセルの荷重測定結果を示す図である。
【図１０】図３に示す構成の平板状ロードセルの荷重測定結果を示す図である。
【図１１】歪みゲージをビーム表面に貼り付けた平板状ロードセルを用いた秤の荷重測定結果を示す図である。
【図１２】歪みゲージをビーム裏面に貼り付けた平板状ロードセルを用いた秤の荷重測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１０秤
１１秤量皿
１２平板状ロードセル
１３ブラケット
１４ブラケット
１５支柱
１６支持台
１７ベース
１８ナット
１９ビス
２０ビス
２１鋼球
２２ナット
Ｚ１〜Ｚ４歪みゲージ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a strain gauge for a beam of a strain body, a flat load cell that converts between a compressive force and a tensile force acting on the strain gauge by a load applied to the strain body into an electric signal, and the flat load cell. It relates to the scale used.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as such a flat load cell, there is a flat load cell described in Patent Document 1 and Patent Document 2. The flat plate load cell described in Patent Literature 1 has two beams arranged in parallel with a plane at a predetermined interval. Distortion portions are provided at two places on one surface of the front surface or the back surface of each beam. A strain gauge is attached to the opposite side of the strain portion. With such a configuration, there is an advantage that the height can be reduced as compared with a load cell having beams arranged vertically in parallel. However, this flat plate load cell has a problem that its accuracy is as low as several hundredth to one thousandth.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-124767 [Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2977278 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above points, and the flat plate load cell solves the problem that its accuracy is poor, and combines a high accuracy flat plate load cell and a high accuracy flat plate load cell or a conventional flat plate load cell. An object is to provide a highly accurate scale.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 provides a flat load cell having a beam and a strain gauge provided at a predetermined position of the beam, wherein a strain gauge is provided on a surface of the beam, The provision of a strain gauge on the back surface is mixed.
[0006]
As described above, by providing a strain gauge on the front surface of the beam and providing a strain gauge on the back surface of the beam, errors in the plus direction generated in the strain gauge (for example, a strain gauge provided on the front surface) ) And an error in the negative direction (for example, an error of the strain gauge provided on the back surface) cancel each other, and the accuracy of the load cell is greatly improved.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, in the flat plate load cell according to the first aspect, the beam is a beam arranged at two predetermined intervals, and one of the beams has strain gauges on its surface at two places. And the other beam is provided with two strain gauges on the back surface.
[0008]
As described above, one beam has two strain gauges on the front surface and the other beam has two strain gauges on the back surface. Therefore, the error of the strain gauge provided on the front surface of the beam and the back surface of the beam The errors of the strain gauges provided in the cells cancel each other, and the accuracy of the load cell is greatly improved.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a balance including a plurality of load cells, wherein the flat load cell according to the first or second aspect is used as the load cell.
[0010]
As described above, the load cell according to claim 1 or 2 is a plate-shaped load cell with greatly improved accuracy, and thus the accuracy of a weigher using this plate-shaped load cell is also greatly improved.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in a balance having a plurality of load cells, a flat load cell having a strain gauge provided only on one surface of the front surface or the back surface and a flat load cell having a strain gauge provided only on the other surface are mixed. It is characterized by having made it.
[0012]
As described above, the plate-shaped load cell provided with the strain gauge only on one surface of the front surface or the back surface and the plate-shaped load cell provided with the strain gauge only on the other surface are mixed, so that only one surface of the front surface or the back surface is distorted. A flat load cell provided with a gauge generates an error in the plus or minus direction, but a flat load cell provided with a strain gauge only on the other surface generates an error in the opposite direction, so by mixing both load cells, The errors cancel each other out, resulting in an accurate balance.
[0013]
The invention according to claim 5 is the balance according to claim 4, wherein the balance is a balance having a configuration in which a pair of flat plate-shaped load cells are arranged on diagonals of a square weighing dish, and the flat plates provided on the same diagonal line. The load cell is a flat load cell having the same surface on which the strain gauge is provided, and the flat load cell provided on one diagonal and the flat load cell provided on the other diagonal are opposite in surface on which the strain gauge is provided. It is characterized by being.
[0014]
As described above, the flat load cell provided on one diagonal line and the flat load cell provided on the other diagonal line have the opposite surface on which the strain gauges are provided, so that the error is reduced even for an uneven load. .
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a conventional flat load cell. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a side view. The plate-like load cell 12 is provided with a rectangular hole 12b at the center of a rectangular plate 12a made of metal (high-strength aluminum or the like) as shown in the figure to form two beams 12c and 12d. . Then, strain generating portions (arc-shaped concave portions) 12c-1, 12c-2, 12d-1, and 12d-2 are provided at two places on the back surface of the beams 12c and 12d, respectively, and the strain generating portions 12c-1 of the beams 12c and 12d are provided. , 12c-2, 12d-1, and 12d-2, the strain gauges Z1, Z2, Z3, and Z4 are provided on the surface opposite to the other side, that is, the surface.
[0016]
In the flat plate load cell 12 having the above-described configuration, when a load positioned at the center of the hole 12b is applied to the supporting point side S and the load point side M is applied to the load point side M, a compressive force is applied to the strain gauges Z1 and Z3, and By applying a tensile force and assembling the strain gauges Z1 to Z4 in a Wheatstone bridge circuit as shown in FIG. 2, the load applied to the flat load cell 12 can be measured.
[0017]
As shown in FIG. 1, in the flat load cell 12 on which all four strain gauges Z1 to Z4 are attached, the load is increased to 0 kg, 10 kg, 20 kg, 30 kg, 30 kg, 40 kg, and 50 kg. FIG. 9 shows load measurement results when the load is reduced to 50 kg, 40 kg, 30 kg, 20 kg, 10 kg, and 0 kg. Here, the results of a total of four measurements are shown. In FIG. 9, INC A / D count is an A / D converted count value when the load is increasing, DEC A / D count is an A / D converted count value when the load is decreasing, INC. ERR. 0.01 ×% is the difference from the theoretical value when the load is increased, DEC. ERR. 0.01 ×% is the difference from the theoretical value when the load is reduced, DEF. ERR. Is DEC. ERR. 0.01 ×% and INC. ERR. The difference from 0.01 ×% (DEC.ERR.0.01 ×% −INC.ERR.0.01 ×%) is shown.
[0018]
In the above experimental results, the average error at 30 kg having the largest error is as follows.
0.021% if increased
0.035% when reduced
[0019]
3A and 3B are diagrams showing a configuration example of a flat load cell according to the present invention. FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a side view. The plate-like load cell 12 is provided with a rectangular hole 12b at the center of a rectangular plate 12a made of metal (high-strength aluminum or the like) as shown in the figure to form two beams 12c and 12d. . Then, strain generating portions (arc-shaped concave portions) 12c-1 and 12c-2 are provided at two places on the back surface of the beam 12c, and strain generating portions (arc-shaped concave portions) 12d-1 and 12d-2 are formed at two places on the front surface of the beam 12d. Is provided. Then, strain gauges Z1 and Z2 are provided on the surface of the beam 12c on the side opposite to the strain generating portions 12c-1 and 12c-2, that is, on the surface, and the beam 12d is opposite to the strain generating portions 12d-1 and 12d-2. That is, the strain gauges Z3 and Z4 are provided on the back surface.
[0020]
In the flat load cell 12 having the above structure, when the fulcrum side S is supported and a load is applied to the load point side M, a compressive force acts on the strain gauges Z1 and Z4, and a tensile force acts on the strain gauges Z2 and Z3. By incorporating Z1 to Z4 into a Wheatstone bridge circuit as shown in FIG. 4, it is possible to measure the load applied to the flat load cell 12. In this case, one beam 12c is provided with two strain gauges Z1 and Z2 on the front surface, and the other beam 12d is provided with two strain gauges Z3 and Z4 on the back surface. In the plus direction, the errors of the strain gauges Z3, Z4 become in the minus direction, and both errors cancel each other, so that the accuracy of the load cell is greatly improved.
[0021]
As shown in FIG. 3, in a flat load cell 12 in which two strain gauges Z1 and Z2 are attached to one surface of a beam 12c and two strain gauges Z3 and Z4 are attached to the other surface of a beam 12d. The experimental results when the load was increased to 0 kg, 10 kg, 20 kg, 30 kg, 40 kg, and 50 kg, and when the load was reduced to 50 kg, 40 kg, 30 kg, 20 kg, 10 kg, and 0 kg, are shown in FIGS. Shown in Here, the results of a total of four measurements are shown. In the figure, INC A / D count is an A / D converted count value when the load is increasing, DEC A / D count is an A / D converted count value when the load is decreasing, INC . ERR. 0.01 ×% is the difference from the theoretical value when the load is increased, DEC. ERR. 0.01 ×% is the difference from the theoretical value when the load is reduced, DEF. ERR. Is DEC. ERR. 0.01 ×% and INC. ERR. The difference from 0.01 ×% (DEC.ERR.0.01 ×% −INC.ERR.0.01 ×%) is shown.
[0022]
In the above experimental results, the average error at 30 kg having the largest error is as follows.
0.011% when increased
0.003% when reduced
[0023]
As described above, it can be experimentally confirmed that the flat load cell 12 of FIG. 3 has less error between the flat load cell 12 having the configuration shown in FIG. 1 and the flat load cell 12 having the configuration shown in FIG.
[0024]
In the above example, a plate-like load cell in which two beams are arranged in parallel is shown, but the plate-like load cell is not limited to this, and the number of beams may be three or more, or even one. Good. In short, any structure may be used as long as the strain gauge is provided on the front surface of the beam and the strain gauge is provided on the back surface of the beam.
[0025]
FIG. 5 is a partially cutaway plan view of the scale according to the present invention, and FIG. 6 is a sectional view taken along line AA of FIG. As shown in the figure, the balance 10 has a configuration in which flat load cells 12-1 to 12-4 are arranged at four corners of a weighing dish 11, respectively. Each of the flat load cells 12-1 to 12-4 has its fulcrum side fixed to the four corners of the upper plate 11-1 of the weighing dish 11 via the bracket 13, and its load point side fixed to the support column 15 via the bracket 14. I have. Further, the lower end of each support 15 is pivotally attached to a support 16, and each support 16 is placed on a base 17.
[0026]
The weighing dish 11 includes an upper plate 11-1 and a lower plate 11-2, and ribs 11-2a are provided on the lower plate 11-2 in a grid shape in the thickness direction. -2 so as to be supported by the rib 11-2a. By providing the ribs 11-2a in a grid pattern in the thickness direction of the lower plate 11-2, the rigidity of the weighing dish 11 is improved. The column 15 extends downward through a column through hole 11-2b provided at a predetermined position on the diagonal line of the lower plate 11-2.
[0027]
FIG. 7 is a diagram showing details of the mounting portion of the flat load cell 12-1. The fulcrum side of the flat load cell 12-1 is fastened and fixed by a nut 18 to a bracket 13 with a bolt 13a fixed near a corner of an upper plate of the weighing dish 11. The load point side of the flat load cell 12-1 is fixed to the end of the vertically arranged arm portion 14a of the L-shaped bracket 14 with a screw 19. The arm 14b of the bracket 14 disposed horizontally extends toward the center of the flat load cell 12-1, and its end is fixed to the upper end of the support 15 with a screw 20. Although not shown, the mounting portions of the flat load cells 12-2 to 12-4 have the same configuration.
[0028]
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing a configuration of a support base 16 for supporting the lower end of the column 15, FIG. 8A is a side view, FIG. 8B is a plan view, and FIG. 8C is a side sectional view. The support base 16 is provided with a steel dish-shaped holder 16-1, a rubber material 16-2 for buffering is adhered to the holder 16-1, and a rubber material 16-3 for buffering is adhered inside. It is. Then, a steel ball 21 is inserted into a hole provided at the center of the cushioning rubber material 16-3, and the lower end of the column 15 is supported with the steel ball 21 interposed. The steel ball 21 is inserted into the lower end surface of the column 15 to form a conical concave portion.
[0029]
Further, a flange 15a is provided on the outer periphery of the lower end of the support column 15, and as shown in FIGS. 8A and 8B, the upper end of the holder 16-1 is covered with a lid member 16-4, and tightened with the nut 22. Thereby, the support stand is not detached from the support 15. As described above, the support base supports the support 15 via the steel ball 21, so that the steel ball 21 and the support 15 can be moved in the horizontal direction.
[0030]
As the flat load cells 12-1 and 12-3 arranged on one diagonal of the weighing dish 11 of the scale 10 having the above configuration, the flat load cells having the configuration shown in FIG. 1 are replaced with strain gauges Z1, Z2, Z3, A plate-like load cell having a configuration as shown in FIG. 1 is arranged as a plate-like load cell 12-2, 12-4 arranged on the other diagonal line with the surface on which Z4 is attached facing upward. The surface to which Z1, Z2, Z3, and Z4 are attached is arranged facing downward. The outputs of the four load cells 12-1 to 12-4 (the outputs of the strain gauges Z1 to Z4 incorporated in a Wheatstone bridge circuit) are OR-connected and output.
[0031]
As described above, the plate-like load cell 12 provided on the diagonal line of the weighing dish 11 has the same surface on which the strain gauge is provided, and the plate-like load cell 12 provided on one diagonal line and the plate-like load cell 12 provided on the other diagonal line. The load cell 12 reverses the surface on which the strain gauges are provided, so that the error in the plus or minus direction due to the strain gauge provided on one diagonal and the minus or plus direction due to the strain gauge provided on the other diagonal. Are offset each other, and the error can be reduced with respect to the unbalanced load.
[0032]
Further, in the flat plate load cell 12 having the configuration shown in FIG. 3, the errors in the plus or minus direction of the strain gauges Z1 and Z2 and the errors in the minus or plus direction of the strain gauges Z3 and Z4 cancel each other as described above. Therefore, an accurate balance can be obtained by using the plate-shaped load cells 12-1 to 12-4 provided at the four corners of the weighing dish 11 of the weighing scale shown in FIGS.
[0033]
FIGS. 11A and 11B show four flat load cells 12-1 to 12-4 of the scale shown in FIGS. 5 and 6, and strain gauges Z1 to Z4 of the flat load cell 12 shown in FIG. It is a figure which shows the output value of the balance which arrange | positioned the attached surface (front surface) upward. Here, a total of four measurement results are shown when the load increases to 0 kg, 10 kg, 20 kg, and 30 kg, and when the load decreases to 30 kg, 20 kg, 10 kg, and 0 kg.
[0034]
In FIG. 11, INC A / D count is an A / D converted count value when the load is increasing, DEC A / D count is an A / D converted count value when the load is decreasing, INC. ERR. 0.01 ×% is the difference from the theoretical value when the load is increased, DEC. ERR. 0.01 ×% is the difference from the theoretical value when the load is reduced, DEF. ERR. Is DEC. ERR. 0.01 ×% -INC. ERR. Indicates 0.01 ×%. {Circle around (1)} In particular, the average value of INC. ERR. 0.01 ×% is 0.001%, and DEC. ERR. 0.01 ×% was 0.008%.
[0035]
FIG. 12 shows a plane (surface) in which the strain gauges Z1 to Z4 of the flat load cell 12 shown in FIG. 1 are attached to the four flat load cells 12-1 to 12-4 of the scale shown in FIGS. FIG. 7 is a diagram showing output values of a balance in which the parentheses are arranged downward. Here, a total of four measurements are performed when the load increases to 0 kg, 10 kg, 20 kg, 30 kg, 40 kg, and 50 kg, and when the load decreases to 50 kg, 40 kg, 30 kg, 20 kg, 10 kg, and 0 kg. The results are shown.
[0036]
In FIG. 12, INC A / D count is an A / D converted count value when the load is increasing, DEC A / D count is an A / D converted count value when the load is decreasing, INC. ERR. 0.01 ×% is the difference from the theoretical value when the load is increased, DEC. ERR. 0.01 ×% is the difference from the theoretical value when the load is reduced, DEF. ERR. Is DEC. ERR. 0.01 ×% -INC. ERR. Indicates 0.01 ×%. {Circle around (2)} The average value of INC. ERR. 0.01 ×% is −0.003%, and DEC. ERR. 0.01 ×% was −0.005%.
[0037]
Like the scale shown in FIGS. 5 and 6, the surface on which the strain gauge is attached to the flat load cell 12 provided on the diagonal line of the weighing dish 11 is attached, and the flat load cell 12 provided on one diagonal line is attached. The surface on which the strain gauges were attached and the flat load cell 12 provided on the other diagonal line were reversed so that the average value at 20 kg in FIGS. 11 and 12 (the above (1) and (2)) was obtained. (2)), theoretically, INC. ERR. 0.01 ×% = (0.001-0.003) /2=−0.001%
DEC. ERR. 0.01 ×% = (0.008−0.005) /2=0.015%
The error is reduced as compared with the case where the flat load cells 12-1 to 12-4 face upward on the surfaces to which the strain gauges Z1 to Z4 are attached.
[0038]
As shown in FIG. 1, in a weigher using a plurality of flat load cells having strain gauges attached only to one surface, a flat load cell having the strain gauges attached face upward, and a strain gauge What is necessary is just to mix a flat load cell with the pasted surface facing downward, and arrange the non-diagonal one with the strain gauge pasted surface facing upward, or use two flat load cells. The number may be three or five.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention described in each claim, the following excellent effects can be obtained.
[0040]
According to the first aspect of the present invention, the provision of the strain gauge on the front surface of the beam and the provision of the strain gauge on the back surface of the beam are mixed, so that a positive error (for example, The error of the strain gauge provided on the front surface and the error in the minus direction (for example, the error of the strain gauge provided on the back surface) cancel each other out, and a flat load cell in which the accuracy of the load cell is greatly improved is obtained.
[0041]
According to the second aspect of the present invention, one beam is provided with two strain gauges on the front surface, and the other beam is provided with two strain gauges on the back surface. The error of the gauge and the error of the strain gauge provided on the back surface of the beam cancel each other out, and a flat load cell in which the accuracy of the load cell is greatly improved can be obtained.
[0042]
According to the third aspect of the present invention, by using the flat load cell according to the first or second aspect, the load cell is a flat load cell having significantly improved accuracy. Also greatly improved.
[0043]
According to the invention as set forth in claim 4, a plate-shaped load cell provided with a strain gauge only on one surface of the front surface or the back surface, and a plate-shaped load cell provided with a strain gauge only on the other surface are mixed, so that A flat load cell provided with a strain gauge only on one side of the back surface generates an error in the plus or minus direction, whereas a flat load cell provided with a strain gauge only on the other surface generates an error in the opposite direction. By mixing the load cells, the errors are offset from each other, and a highly accurate balance can be obtained.
[0044]
According to the fifth aspect of the present invention, the flat load cell provided on one diagonal and the flat load cell provided on the other diagonal have the opposite faces on which the strain gauges are provided, so that the load is applied to an uneven load. Again, the error is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a conventional flat load cell.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the flat load cell illustrated in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a flat load cell according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration example of the flat load cell shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a partially cutaway plan view of the scale according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view taken along line AA of FIG. 5;
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a mounting portion of the flat load cell of the balance according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a support for a balance according to the present invention.
9 is a diagram showing a load measurement result of the flat load cell having the configuration shown in FIG. 1;
10 is a diagram showing a load measurement result of the flat load cell having the configuration shown in FIG. 3;
FIG. 11 is a diagram showing a load measurement result of a balance using a flat load cell in which a strain gauge is attached to a beam surface.
FIG. 12 is a diagram showing a load measurement result of a balance using a flat load cell in which a strain gauge is attached to the back surface of a beam.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 10 scale 11 weighing dish 12 flat load cell 13 bracket 14 bracket 15 support 16 support 17 base 18 nut 19 screw 20 screw 21 steel ball 22 nut Z1 to Z4 strain gauge

Claims

A flat load cell comprising a beam and having a strain gauge at a predetermined position of the beam,
A flat plate-shaped load cell, wherein a strain gauge is provided on the surface of the beam and a strain gauge is provided on the back surface of the beam.

The flat load cell according to claim 1,
The beam is a beam arranged at two predetermined intervals,
A flat load cell, wherein one of the beams is provided with two strain gauges on the front surface, and the other beam is provided with two strain gauges on the back surface.

In a scale having a plurality of load cells,
A scale using the load cell according to claim 1 or 2 as the load cell.

In a scale having a plurality of load cells,
A balance characterized by mixing a plate-shaped load cell provided with a strain gauge only on one surface of the front surface or the back surface and a plate-shaped load cell provided with a strain gauge only on the other surface.

The scale according to claim 4,
The scale is a scale having a configuration in which a pair of flat load cells are arranged on diagonal lines of a square weighing dish,
The flat load cell provided on the same diagonal is a flat load cell having the same surface on which the strain gauge is provided, and the flat load cell provided on one diagonal and the flat load cell provided on the other diagonal are strain gauges. A scale characterized in that the surface provided is opposite.