专利名称：中心孔型称重传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种称重传感器，并针对该中心孔型称重传感器的中心部贯穿孔的穿设、与施加负重对应的电信号的获得进行了详细的说明。
背景技术：
这类称重传感器(也被称为load cell负重单元)，有圆筒状变形部分类型和圆板状变形部分类型两种。
如图21所示，圆筒状变形部分类型部件具有，纵剖面大致成I字形的圆筒状负重施加部分101，在其中央形成圆筒状变形部分102，变形部分102的外圆周面在大致中央部位，贴附测量压缩变形(或拉伸变形，以下相同)用的应变片103。
如图，称重传感器的外圆周面的上下部分延伸出环形凸缘104、105，其前端是密封板106。
这种结构的称重传感器在实际使用的时候，将负重施加部分101对面侧的底面，安置在固定底座107上，图中省略的被测物体则安置或固定在负重施加部分101的上侧面上。
被测物体向负重施加部分101的上面施加负重，变形部分102在负重施加方向产生压缩变形，负重施加方向的垂直方向产生拉伸变形。此时的压缩和拉伸变形由各个应变片103进行测量。
这种结构的圆筒状称重传感器(根据形状也被称为中心孔型称重传感器)根据负重施加面的状态，测量结果会产生巨大变化。除了这个缺点外，当向负重施加部分101施加偏向的负重时，桥电路得出的输出值会显示出很大的非线性，影响测量值的可信性。
为了改善这种非线性，在专利文件1(特开平9-33366号公报)提出了负重单元和负重单元秤。
即专利文件1中提到的，固定支撑部分和可动支持部分由一对上下相对的梁连接，而且在上述梁的上下对称有4处切削形成的较薄部分，产生一对第一变形体和第二变形体，这个第一变形体的可动支撑部分与第二变形体的固定支撑部分在水平面内连接形成近似于U字形的负重单元结构。
上述第一变形体的固定支撑部分固定在主体基座上，上述第二变形体的可动支撑部分与称量皿连接，上述负重单元构造体的上、下任一面的4个变形部位都贴附应变片。
先将这些应变片用电路连接，贴附在4处变形部位的应变片的变形输出值总和，通过桥电路输出。沿变形体的幅度方向，在4处变形部位的每一处贴附一对上述应变片。在第一变形体的2处变形部位的2对应变片组成第一桥电路、在第二变形体的2处变形部分的2对应变片组成第二桥电路，将第一桥电路的输出值、第二桥电路桥的输出值的累加值作为总变形量输出，构成提出的负重单元秤。
另外，负重单元输出的非线性负重信号的补偿后，输出线性负重信号的负重单元的线性补偿方法以及有线性补偿功能的负重单元，在专利文件2(特开平9-311083号公报)提出。
专利文件2中提到的是由变形柱上的应变片组成的桥电路和多段补偿计算电路组成，具有线性补偿功能的负重单元。其中的多段补偿计算电路，将贴附在变形体上的应变片组成的桥电路的输出端输出的，与上述变形体上加载的负重信号非线性关系的信号的输出范围分成多个输出范围段，并在这些输出范围段内分别设定，当输入上述输出范围段内的上述负重信号时，对负重信号进行线性补偿，并输出补偿后的线性信号。
专利文件1，特开平9-33366号公报专利文件2，特开平9-311083号公报发明内容但是在专利文件1中的负重单元，使用了类似罗伯威尔机构的第一变形体和第二变形体。因为这个第一变形体的可动支撑部分和第二变形体的固定支撑部分在水平面内连接，形成近似U字形结构的负重单元构造，第一、第二变形体的长的方向上施加偏向负重时不良影响可以抵消。第一、第二变形体垂直方向上施加偏向负重时则很难进行充分的线性补偿。另外，因为上述U字形结构的负重单元构造，加工麻烦、向被测物体的安放也麻烦、还有因为第一、第二变形体的连接，很难实现小型化，这些都是问题。
另一方面，专利文件2中的负重单元，并没有对负重单元本身进行改进，而是使用了多段补偿电路，使得电路结构复杂化，导致成本上升。
本发明根据上述问题提出，第一目的，提供高精度负重测量的中心孔型称重传感器。应变片测量输出值与加载负重的变化对应成线性关系，特别是在偏向负重时，无灵敏度误差的同时很好的改善非线性问题。
第二目的，提供可以进行安全稳定测量的中心孔型称重传感器。被测物体与负重导入部接触良好。
第三目的，提供机械加工比较容易、可实现小型化的中心孔型称重传感器。
第四目的，提供容易确定应变片贴附位置的中心孔型称重传感器。因为改善非线性问题需确定贴附应变片的最佳位置。
第五目的，提供防潮措施简单又能切实防止应变片因潮湿老化的中心孔型称重传感器。
本发明的中心孔型称重传感器，其特征在于为达到上述第一～第三目的，中心设有贯穿孔的中心孔型称重传感器包括导入负重用的，有三个凸面的刚性较大的负重导入部；与上述负重导入部相对应，在对面间隔一定距离，在上述三个凸面对应部位的底座面上也有三个凸面的负重支撑部；与上述负重导入部和负重支撑部的三个凸面相对应角度位置，与上述负重导入部和负重支撑部连为一体的三根变形柱；在上述变形柱的圆周部分，沿负重施加方向贴附的第一应变片；在上述变形柱的侧面部分，沿负重施加方向的垂直方向贴附的第二应变片。
其特征为多个第一应变片、多个第二应变片在相邻位置相互连接组成惠斯通电桥电路，由该电路可得到线性补偿后的负重信号。
本发明的中心孔型称重传感器，其特征在于为达到上述第一到第三目的，在圆筒状变形柱轴方向中间部分，等角度间隔，从外圆周面向内圆周面穿设三个孔6，剩余在相邻的孔与孔之间的轴方向中间部分就形成了上述三个变形柱。
本发明的中心孔型称重传感器，其特征在于为达到上述第一到第三目的，上述三个孔的每个孔都是沿圆周方向设定间距穿设两个圆孔，以及连通在这两个圆孔中间的开口孔组成。
本发明的中心孔型称重传感器，其特征在于为达到上述第一到第三目的，上述三个孔的每个孔都是由沿圆周方向或轴方向为长轴方向，沿圆周方向设定间距穿设的两个长圆孔，已以及连通在这两个长圆孔中间的开口孔组成。
本发明的中心孔型称重传感器，其特征在于为达到上述第一到第三目的，上述三个孔的每个孔，都是以圆周方向或轴方向为长轴方向穿设的长圆孔。
本发明的中心孔型称重传感器，其特征在于为达到上述第一到第三目的，上述三个孔每个孔都是圆孔。
本发明的中心孔型称重传感器，其特征在于为达到上述第一到第三目的，上述三个孔的每个孔，都是以圆周方向或轴方向为长边方向穿设的矩形孔。
本发明的中心孔型称重传感器，其特征在于为达到上述第一到第三目的，在上述圆筒状的变形体的轴方向中间部分，从外圆周面侧向内圆周面侧、从内圆周面侧向外圆周面侧切削设定深度，形成厚度较薄的部分。
本发明的中心孔型称重传感器，其特征在于为达到上述第一到第三目的，在上述三根变形柱的内、外圆周面上，沿负重加载方向贴附的多个所述的第一应变片。
本发明的中心孔型称重传感器，其特征在于为达到上述第一到第四目的，当上述负重导入部承受内侧偏负重或外侧偏负重时，在内侧偏负重输出值和外侧偏负重输出值基本一致的上述各个变形柱的两侧位置，定位应变片单元中心，且与负重施加方向垂直，贴附第二应变片。
本发明的中心孔型称重传感器，其特征在于为达到上述第一到第三目的，在上述变形体的外圆周面和内圆周面，使用对负重测量没有影响的、柔性的外壳体部件和内壳体部件，与外部隔离呈密闭状。
在中心设有贯穿孔的中心孔型称重传感器具有有三个凸面的、刚性较大的负重导入部；与上述负重导入部相对应，间隔一定距离，在上述三个凸面对应的底座面侧位置是有三个凸面的、刚性较大的负重支撑部；在上述负重导入部和负重支撑部的三个凸面对应角度位置，将负重导入部和负重支撑部连接在一起的三根变形柱；上述三根变形柱的圆周部分沿负重施加方向贴附的第一应变片；上述三根变形柱的侧面部分，沿负重施加方向的垂直方向贴附的第二应变片。
将上述多个第一应变片和多个第二应变片，相邻位置相互连接，组成惠斯通电桥电路，就可以得到线性补偿后的负重信号。随着负重变化，变形量输出值的变化呈线性关系，特别是对偏向负重无灵敏度差的同时大幅削减非线性误差。可以进行高精度测量的同时，保证被测物体和负重导入部接触良好，测量稳定。而且机械加工容易，可以实现小型化。
根据本发明所述的中心孔型称重传感器，圆筒状变形柱的轴方向中间部位，等角度间隔，从外圆周面向内圆周面穿设三个孔，这三个孔之间的剩余的部分就形成上述三根变形柱。因此该变形体是一个完整的整体。如果是多个零件焊接而成的情况，焊接部位的热应力残留会对负重测量产生不良影响。
根据本发明所述的中心孔型称重传感器，上述三个孔的每一个孔都是由沿圆周方向穿设的两个圆孔，和连通在这两个圆孔中间穿设的开口孔组成。这两个圆孔和连通在中间的开口孔使得机械加工容易，中心孔型称重传感器可以小型化。
根据本发明所述的中心孔型称重传感器，上述三个孔的每一个孔都是由沿圆周方向或轴方向为长圆形的长轴方向，在圆周方向间隔一定距离，穿设的两个长圆形孔，和连通在这两个长圆形孔中间穿设的开口孔组成。这两个长圆形孔和连通在中间的开口孔使得机械加工容易，中心孔型称重传感器可以小型化。
根据本发明所述的中心孔型称重传感器，上述三个孔的每一个孔都是沿圆周方向或轴方向为长圆形的长轴方向，穿设的长圆形孔。圆周方向为长圆形的长轴方向的长圆形孔使得机械加工容易，中心孔型称重传感器可以小型化。
根据本发明所述的中心孔型称重传感器，上述三个孔每一个孔都是为圆孔。圆孔的机械加工最容易，中心孔型称重传感器可以小型化。
根据本发明所述的中心孔型称重传感器，上述三个孔的每一个孔都是圆周方向为长方向的矩形孔。矩形孔的机械加工比较容易，中心孔型称重传感器可以小型化。
根据本发明所述的中心孔型称重传感器，上述圆筒状变形体的轴方向中间部位，从外圆周面侧向内圆周面侧、从内圆周面侧向外圆周面侧切削设定深度，形成厚度较薄的部分。圆筒状变形体的轴方向中间部位的较薄部分，能提供很好的对应负重而产生变形的变形部分。
根据本发明所述的中心孔型称重传感器，在上述各变形柱外圆周面和内圆周面沿负重加载方向，各个贴附着的多个第一应变片。即使在内侧或外侧施加偏向负重，变形体歪曲变形产生的压缩变形和拉伸变形在惠斯通电桥电路内得以平均化，中心孔型称重传感器的内侧偏负重输出值与外侧偏负重输出值基本相同。
根据本发明所述的中心孔型称重传感器，上述第二应变片，在变形柱的侧面沿负重施加方向的垂直方向贴附。这个第二应变片测量出的信号，与第一应变片测量出的信号的非线性的极性方向相反。两个测量出的信号在桥电路中可削减非线性误差。
根据本发明所述的中心孔型称重传感器，在上述变形体的外圆周面和内圆周面，使用对负重测量没有影响的、柔性的外壳体部件和内壳体部件，与外部隔离呈密闭状。第一、第二应变片的贴附部位由外壳体部件和内壳体部件与外部隔离，可以防止应变片因为潮湿或氧化导致的老化问题。
图1是表示在本发明中作为中心孔型称重传感器的第一实施方式的图，是表示其外观结构的斜视图。
图2是表示在图1所示的中心孔型称重传感器的第一实施方式的横断面剖视图。
图3是表示在图2上C箭头所指示的圆圈内部分剖面的放大图。
图4是表示在图3部分剖面图的内侧方向看到的部分剖面图。
图5是表示图1所示中心孔型称重传感器的正面图。
图6是表示在图2所示B-B方向的剖视图。
图7是表示在图1所示中心孔型称重传感器上贴附的第一应变片和第二应变片组成的惠斯通电桥电路的电路图。
图8是表示本发明所有实施形态共有的，用内壳体部件和外壳体部件将变形体的外圆周侧和内圆周侧密封后的完整体的斜视图。
图9是表示第一实施形态，中心孔型称重传感器的中心轴左侧构成部分的剖视图。
图10是表示在图1所示中心孔型称重传感器上施加正向负重时的非线性曲线图。
图11是表示第一实施形态，中心孔型称重传感器施加内侧偏负重时的部分剖视图。
图12是表示根据施加内侧偏负重时的非线性描绘的曲线图。
图13是表示在图1所示中心孔型称重传感器施加外侧偏负重时的部分剖视图。
图14是表示在图1所示中心孔型称重传感器施加外侧偏负重时的非线性曲线图。
图15是表示第二实施形态，中心孔型称重传感器外观构成斜视图。
图16是表示第三实施形态，中心孔型称重传感器外观构成斜视图。
图17是表示第四实施形态，中心孔型称重传感器外观构成斜视图。
图18是表示第五实施形态，中心孔型称重传感器外观构成斜视图。
图19是表示第六实施形态，中心孔型称重传感器外观构成斜视图。
图20是表示第一实施形态中心孔型称重传感器，变形柱5的侧面贴附着第二应变片。设变形柱内圆周面为位置0，外圆周面为位置20，逐渐移动第二应变片贴附位置时，变形输出值变化的测定结果曲线图。
图21是表示已有的中心孔型称重传感器的部分剖视图。
符号说明1中心孔型负重部分2、12、22、32、42、52变形体
3负重导入部4负重支撑部3a、4a凸面5、15、25、35、45、55变形柱6、16、26、36、46、56孔6a圆孔6b开口孔7桥电路8a、8b输入端9a、9b输出端，10内壳体部件11外壳体部件13电线14固定部分16a、26a长圆形孔16b、26b开口孔17作用物体18内侧偏负重连接物19外侧偏负重连接物20接地端子。
具体实施例方式
下面，参照附图对中心孔型称重传感器的具体实施方式
进行说明。
图1是本发明第一实施形态，从中心孔型称重传感器的背侧上方看到的斜视图。图2是本发明第一实施形态，中心孔型称重传感器沿图6中X-X方向的剖视图。图3是图2中C箭头所指示的圆圈内部分剖面的放大图。图4是图3部分剖面图的内侧方向看到的部分剖面图。图5是图1所示中心孔型称重传感器的正面图。图6是图2中B-B方向的剖视图。图7是图1所示中心孔型称重传感器上贴附的第一应变片和第二应变片组成的惠斯通电桥电路(以下简称为“桥电路”)的电路图。图8是发明所有实施形态共有的，用内壳体部件和外壳体部件将变形体的外侧和内侧密封后的完整体的斜视图。
图1～图6中1是中心孔型称重传感器，由整体形状呈短圆筒状的变形体2和应变片构成。变形体2由承受负重的负重导入部3、负重支撑部4、连接在这负重导入部3和负重支撑部4之间的变形柱5组成。
负重导入部3的一面(图1中的上侧面)承受负重的三个凸面3a等角度间隔(即120°间隔)。
另外，虽然没有在图中明确表现，在负重支撑部4的底侧面(图1中的下侧面)，与上述负重导入部3的三个凸面相对应的角度位置，也有同样的三个凸面4a。
负重导入部3和负重支撑部4都是大直径、刚性较大。与之相对，在圆筒状的变形体2的轴方向(图1中的上下方向)中间部分，从外圆周侧向内，削(切削)设定深度，同时从内圆周侧向外，削设定深度，结果产生与负重导入部3和负重支撑部4的厚度相比，其厚度较薄的部分。
而在变形体2的轴方向中间部分，在负重导入部3和负重支撑部4各自的三个凸面3a和凸面4a的对应的角度位置上，三根变形柱5与负重导入部3和负重支撑部4间隔设定距离，又是一体化连接。
这个变形体2的成形方法是首先将(加工前的)原材料中空圆筒状变形柱2轴方向中间部分，等角度(在这里是120°)间隔，从外圆周面向内圆周面穿设三个孔6，在相邻的孔6与孔6间，剩余的轴方向中间部分就形成上述三根变形柱5、5、5。
关于上述孔6的成形方法，例举4种方法。
第一种方法是图1～图7所示的第一实施形态所采用方法。三个孔6、6、6各自沿圆周方向间隔设定距离，从外圆周面向内圆周面穿设两个圆孔6a，再分别在两个圆孔6a、6a中间穿设窄幅开口孔6b、6b、6b，形成各个所谓的圆眼镜形状孔6。
这样形成的三个孔6、6、6中相邻两个孔6，具体说应该是相邻孔6、6中的彼此最接近的中心孔6a、6a之间剩余的轴方向中间部分形成各个变形柱5。
以上是图1～图6所示变形柱5的成形方法的简单说明，其他的成形方法在下面参照图15～图21进行简单说明。
其中图15是本发明第二实施形态，中心孔型称重传感器的外观构成斜视图。
图15所示中心孔型称重传感器的变形体15的构成基本与第一实施形态相同，只有三个孔16的形状有所不同。
即根据第二实施形态，三个孔16是由以下这些孔形成的。沿圆周方向，间隔设定距离，将纵方向(图15中的上下方向)作为长圆形的长轴方向，穿设的两个长圆形孔16a、16a，以及连通在这两个长圆形孔16a、16a之间的开口孔16b。
这样的孔16的成形过程中，为了成形16a，要比第一实施形态多一次穿孔作业，长圆形孔16a的直径较小即可。
图16是本发明第三实施形态，中心孔型称重传感器的外观构成斜视图。
图16所示中心孔型称重传感器的变形体22的构成基本与第二实施形态相同，只有三个孔26的形状有所不同。
即根据第三实施形态，三个孔26每一个都是由以下这些孔形成。沿圆周方向，间隔设定距离，将圆周方向(图16中的左右方向)作为长圆形的长轴方向，穿设的两个长圆形孔26a、26a，以及连通这两个长圆形孔26a、26a之间的开口孔26b。
图17是本发明第四实施形态，中心孔型称重传感器的外观构成斜视图。
图17所示中心孔型称重传感器的变形体32的构成也是基本与第一实施形态相同，只有三个孔36的形状有所不同。
即根据第四实施形态，三个孔36每一个都是沿圆周方向作为长圆形的长轴方向，穿设的长圆形孔。
图18是本发明第五实施形态，中心孔型称重传感器的外观构成斜视18所示中心孔型称重传感器的变形体42的构成基本与第一实施形态相同，只有三个孔46的形状有所不同。
即根据第五实施形态，三个孔46每一个都是圆形孔。
图19是本发明第六实施形态，中心孔型称重传感器的外观构成斜视19所示中心孔型称重传感器的变形体52的构成基本与第一实施形态相同，只有三个孔56的形状有所不同。
即根据第五实施形态，三个孔56每一个都是沿圆周方向作为矩形的长边的方向，穿设的矩形孔，并在四个角做小圆弧角。
另外还省略了部分图示，上述变形体的三个孔的形状并不仅限于图示的实施形态。例如，正方形的孔也是可以的，图17和图19的长圆孔和矩形孔的长方向沿轴方向也是可以的。
上述的第一～第六实施形态的变形体2、12、22、32、42、52根据以上描述，在变形体2、12、22、32、42、52的轴方向中间部分，等角度(120°)间隔从外圆周面向内圆周面穿三个孔6、16、26、36、46、56，相邻两个孔，孔6和6、孔16和16、孔26和26、孔36和36、孔46和46、孔56和56之间剩余的轴方向中间部分，就形成变形柱5、15、25、35、45、55。
对以上6种实施形态的变形体2、12、22、32、42、52的构成说明之后，接下来以第一实施形态为例，对本发明中心孔型称重传感器的负重测量的构成和功能进行说明。
上述变形体2的三个变形柱5、5、5，如图4所示，在内圆周面上通过胶合、蒸发、溅射或其他的工艺方式贴附应变片G1、G2、G3，其感应轴(主轴)沿(即平行于)负重施加方向贴附。
另外，在三个各个变形柱5、5、5上，如图5所示，在外圆周面上通过上述的胶合或其他的工艺方式贴附应变片G4、G5、G6，其感应轴如图3所示，沿负重施加方向，在与上述内圆周面上贴附的应变片G1、G2、G3相同角度的位置，相对应配合贴附。
下面参照图2和图3详细说明。图3是图2中圆圈围着的C部分放大后的详细表示。各变形柱5、5、5，每个都如图3所示，在孔6的中间角度位置的内圆周面和外圆周面上分别贴附应变片G1和G4，以此为中心，偏+13°角位置的内圆周面和外圆周面上分别贴附应变片G2和G5，偏-13°角位置的内圆周面和外圆周面上分别贴附应变片G3和G6。应变片的贴附数目并不仅限于图示实施方式的6枚，各个变形柱5的内外圆周面也可以各只贴附一枚，或者与各个孔6的中间角度位置对应，等角度间隔，对称的贴附，增加到十枚或十二枚等等都是可以的。
这里还要说明，各个变形柱5的外圆周面和内圆周面上，感应轴沿负重施加方向，配合贴附的多枚应变片，例如应变片G1～G6(这些应变片在每根变形柱5上都有)统称为“第一应变片”。
接下来，就变形柱5的侧面上，感应轴沿负重施加方向垂直方向贴附的应变片(这里称为“第二应变片”)进行说明。
如图1、图3、图6所示，在变形柱5的轴方向中间部分的两侧面部分，感应轴沿负重垂直方向，用胶合或其他工艺方式，贴附应变片G7和G8。
应变片G7和G8在变形柱5半径方向上的位置，换言之，就是以变形柱5外圆周面为基准，距中心方向如何定位距离，如后面要叙述的，紧靠变形柱5的中立轴外侧贴附。
由变形柱5上贴附的第一应变片G1～G6和第二应变片G7、G8，如图7所示，连接组成桥电路7。
即这个桥电路7的一边是由变形柱5内圆周面上贴附的第一应变片G1～G3连接而成，与之对应的对边是由在变形柱5外圆周面上贴附的同为第一应变片的G4～G6连接而成。
这个桥电路7中与上述第一应变片G1～G3边和第一应变片G4～G6边连接的邻边是由第二应变片G7和第二应变片G8连接而成。
这个桥电路7输入端8a、8b之间，从桥电源(未图示)输入桥电压ein，从输出端9a、9b输出与施加负重对应的测量输出电压eout。将输出端9a、9b用电线连接到图示中省略的变形测量装置(静态变形测量装置、动态变形测量装置等)就组成了负重测量系统。
上述各实施形态的中心孔型称重传感器如图8所示，用薄的，对负重测量不会有影响的、柔性的、内壳体部件10和外壳体部件11，将变形柱5和贴附的应变片G1～G8密封起来，与外部隔离。
使用溶接和钎焊接或其他固定方式，将这内壳体部件10的上端边缘和下端边缘与变形体2的负重导入部3内圆周边缘和负重支撑部4内圆周边缘固定连接在一起密封起来。
另外，使用溶接和钎焊或其他固定方式，将外壳体部件11的上端边缘和下端边缘与变形体2的负重导入部3外圆周边缘和负重支撑部4外圆周边缘固定连接在一起密封起来。
将外壳体11侧面的接地端子20作密封安装后，从接地端子20引出电线13。
下面就上述负重测量系统，对第一实施形态下的中心孔型称重传感器测量实例进行说明。
首先，第一实施形态下的中心孔型称重传感器的负重导入部3的三个凸面3a、3a、3a上施加均等分布负重(以下称为“施加正向负重”)的情况，参照图10和下表1进行说明。
表1
图9是第一实施形态下的中心孔型称重传感器，以轴为中心左半部分构成的剖视图，变形体2的负重支撑部4安置在固定部分14上，三个凸面4a与固定部分14接触。
负重导入部3的三个凸面3a与作用物体17接触。由作用物体17施加均等分布负重。
如图9所示条件下，从作用物体17向负重导入部3施加从0到100％额定量程的负重，每次增大20％，变形柱5的圆周部分(内圆周面和外圆周面)贴附的第一应变片G1～G6的输出值(×10-6变形)和非线性(％RO)、变形柱5的侧面贴附的第二应变片G7、G8的输出值和非线性、这些应变片G1～G8组合成的桥电路7的输出值和非线性，实际测量结果，数值如表1所示。基于这些数值绘制非线性表，如图10所示。
如表1和图10所示，第一应变片G1～G6测量出的变形柱5的内、外圆周面非线性值显示为负0.83，第二应变片G7、G8测量出的变形柱5的侧面非线性值显示为正1.91，可以认为，第一应变片G1～G6和第二应变片G7、G8组成的桥电路7输出值eout的直线性(％RO)大幅改善达到正0.06。
在输入输出曲线上，将基点与最大测量值连接一条直线，与这条直线的最大差值除以最大测量值并以百分率表示，就是这里所说的“非线性”。
其次，第一实施形态下的中心孔型称重传感器的负重导入部3的三个凸面3a、3a、3a内半侧施加负重(以下称为“施加内侧偏负重”)的测量实例，参照图11、图12和下表2进行说明。
表2
图11是第一实施形态下的中心孔型称重传感器，以轴为中心左半部分构成的剖视图，变形体2安置在固定部分14上，三个凸面4a与固定部分14接触。
负重导入部3的三个凸面3a的内半侧，与内侧偏负重连接物18接触，这个内侧偏负重连接物18与上面的作用物体17接触。由于作用物体17和内侧偏负重连接物18的介入，产生了偏向三个凸面3a内侧的负重。
如图11所示条件下，从作用物体17向负重导入部3施加从0到100％额定量程的负重，每次增大20％，变形柱5的圆周部分(内圆周面和外圆周面)贴附的第一应变片G1～G6的输出值和非线性、变形柱5的侧面贴附的第二应变片G7、G8的输出值和非线性、这些应变片G1～G8组合成的桥电路7的输出值和非线性，实际测量结果，数值如表2所示。基于这些数值绘制非线性表，如图12所示。
如表2和图12所示第一应变片G1～G6测量出的变形柱5的内、外圆周面非线性值显示为负1.27，第二应变片G7、G8测量出的变形柱5的侧面非线性值显示为正2.46，两者相抵消，第一应变片G1～G6和第二应变片G7、G8组成的桥电路7输出值eout的直线性(％RO)是负0.03，可以认为非直线性得到大幅改善。
再次，第一实施形态下的中心孔型称重传感器的负重导入部3的三个凸面3a、3a、3a外半侧施加负重(以下称为“施加外侧偏负重”)的测量实例，参照图13、图14和下表3进行说明。
表3
图13是第一实施形态下的中心孔型称重传感器，以轴为中心左半部分构成的剖视图，变形体2安置在固定部分14上，三个凸面4a与固定部分14接触。
负重导入部3的三个凸面3a的外半侧，与外侧偏负重连接物19接触，这个外侧偏负重连接物19与上面的作用物体17接触。由于作用物体17和外侧偏负重连接物19的介入，产生了偏向三个凸面3a外侧的负重。
如图13所示条件下，从作用物体17向负重导入部3施加从0到100％额定量程的负重，每次增大20％，变形柱5的圆周部分(内圆周面和外圆周面)贴附的第一应变片G1～G6的输出值和非线性、变形柱5的侧面贴附的第二应变片G7、G8的输出值和非线性、这些应变片G1～G8组合成的桥电路7的输出值和非线性，实际测量结果，数值如表3所示。基于这些数值绘制非线性表，如图14所示。
如表3和图14所示第一应变片G1～G6测量出的变形柱5的内、外圆周面非线性值显示为负0.42，第二应变片G7、G8测量出的变形柱5的侧面非线性值显示为正1.23，两者相抵消，第一应变片G1～G6和第二应变片G7、G8组成的桥电路7输出值eout的直线性(％RO)是正0.16，可以认为非直线性得到大幅改善。
本发明第一实施形态下的中心孔型称重传感器(本发明产品)，已有的中心孔型称重传感器(已有产品No.1和No.2)的实际测量值如下表4所示。
表4
※()内是正向负重与额定输出值的百分比从表4中可以看出，施加正向负重的非直线性，已有产品No.1和本发明产品都变化不大。施加内侧偏负重的非直线性，与已有产品No.1的0.08、已有产品No.2的0.30相比，本发明产品的-0.03是极小的。
施加外侧偏负重的非直线性，与已有产品No.1的0.72、已有产品No.2的0.45相比，本发明产品的0.16是很小的。
这是因为变形柱5的内、外圆周面的非直线性与侧面非直线性极性相反，这种相反的极性在桥电路7中可以相互抵消。
施加内侧偏负重时的额定输出值比正向负重时的额定输出值，用百分比表示，与已有产品No.1的102.5％、已有产品No.2的104.4％相比，本发明产品的100.1％是很小的。
施加外侧偏负重时的额定输出值比正向负重时的额定输出值，用百分比表示，与已有产品No.1的95.4％、已有产品No.2的95.1％相比，本发明产品的100.4％是很小的。
而且，本发明的各个实施形态，变形体可以通过比较简单的机械加工来制作，与已有中心孔型称重传感器产品相比，制作成本没有大幅度上升。
图20是表示第一实施形态的中心孔型称重传感器，变形柱5的侧面部分贴附着第二应变片G7、G8，如图6所示，设变形柱内圆周面为位置0，外圆周面为位置20，逐渐移动第二应变片贴附位置时，变形输出值变化的测定结果曲线图。
如图20所示，正向负重、内侧偏负重和外侧偏负重在上述主要点的负重的显示在同一图中，施加内侧偏负重时和施加外侧偏负重时变形输出值基本一致的变形柱侧面位置就是第二应变片G7、G8的应变片单元中心配合贴附的最理想位置。
即如图20所示，将第二应变片G7、G8的应变片单元中心贴附在从变形柱5的外圆周面起5.5mm的位置，感应轴沿负重施加方向的垂直方向，这就是第二应变片G7、G8的理想贴附位置。
权利要求
1.一种中心部分为贯穿孔的中心孔型称重传感器，其特征在于，包括负重导入部，其刚性较大且具有导入负重用的三个凸面；负重支撑部，其刚性较大，且与上述负重导入部相对应，并在对面间隔一定距离，在上述三个凸面对应部位的底座面上也有三个凸面；三根变形柱，其在上述负重导入部和上述负重支撑部的三个凸面相对应角度位置，与上述负重导入部和上述负重支撑部连为一体；第一应变片，其在上述三根变形柱的圆周部分，沿负重施加方向贴附；第二应变片，其在上述三根变形柱的侧面部分，沿负重施加方向的垂直方向贴附；多个所述第一应变片、多个所述第二应变片在相邻位置相互连接组成惠斯通电桥电路，由该电路可得到线性补偿后的负重信号。
2.如权利要求1所述的中心孔型称重传感器，其特征在于在圆筒状变形柱轴方向中间部分，以等角度间隔，从外圆周面向内圆周面穿设三个孔，剩余在相邻的孔与孔之间的轴方向中间部分就形成了上述三个变形柱。
3.如权利要求1或2所述的中心孔型称重传感器，其特征在于上述三个孔的每个孔都是由沿圆周方向设定间距穿设的两个圆孔、以及连通在这两个圆孔中间的开口孔组成。
4.如权利要求1或2所述的中心孔型称重传感器，其特征在于上述三个孔的每个孔都是由沿圆周方向或轴方向为长轴方向，设定间距穿设的两个长圆孔、以及连通在这两个长圆孔中间的开口孔组成。
5.如权利要求1或2所述的中心孔型称重传感器，其特征在于上述三个孔的每个孔，都是沿圆周方向或轴方向为长轴方向穿设的长圆孔。
6.如权利要求1或2所述的中心孔型称重传感器，其特征在于上述三个孔的每个孔都是圆孔。
7.如权利要求1或2所述的中心孔型称重传感器，其特征在于上述三个孔的每个孔，都是以圆周方向或轴方向为长边方向穿设的矩形孔。
8.如权利要求1～7中的任一项所述的中心孔型称重传感器，其特征在于在上述圆筒状的变形体的轴方向中间部分，从外圆周面向内侧、同时从内圆周面向外侧切削设定深度，形成厚度较薄的部分。
9.如权利要求1～8中的任一项所述的中心孔型称重传感器，其特征在于在上述三根变形柱的内、外圆周面上，沿负重加载方向分别贴附有多个所述第一应变片。
10.如权利要求1～9中的任一项所述的中心孔型称重传感器，其特征在于当上述负重导入部承受内侧偏负重或外侧偏负重时，在内侧偏负重输出值和外侧偏负重输出值基本一致的上述各个变形柱的两侧位置，定位应变片单元中心，且与负重施加方向垂直，贴附有第二应变片。
11.如权利要求1～10中的任一项所述的中心孔型称重传感器，其特征在于上述变形体的外圆周面和内圆周面，通过使用对负重测量没有影响的、柔性的外壳体部件和内壳体部件，与外部隔离呈密闭状。
全文摘要
本发明提供一种称重传感器，其可在偏向负重的测量情况下保证无灵敏度差的同时大幅削减非线性误差，还具有被测物体安放稳定、机械加工简单、小型化的特点。本发明的变形体2包括上部负重导入部3、下部负重支撑部4和中间部分的三根变形柱5。每根变形柱5的内圆周面和外圆周面沿负重施加方向分别贴附三枚第一应变片，每根变形柱5的侧面垂直负重施加方向贴附两枚第二应变片G7和G8。由这些第一应变片和第二应变片组成桥电路。在上部负重导入部3的顶面和下部负重支撑部4的底面分别有三个凸面3a和4a。即使是在上部负重导入部3施加偏向负重，由于上述桥电路的存在，仍可保证系统无灵敏度误差的同时大幅削减非线性误差，改善测量的非线性。
文档编号G01L1/22GK101078645SQ20071010488
公开日2007年11月28日 申请日期2007年5月24日 优先权日2006年5月25日
发明者山崎徹, 铃木芳博, 施村伟 申请人:株式会社共和电业