專利名稱：測(cè)力計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)力計(jì)，該測(cè)力計(jì)包括由兩個(gè)平行臂和四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分構(gòu)成的Roberval機(jī)構(gòu)，按照使兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分在兩個(gè)臂中的每個(gè)上相互連接的方式設(shè)置該應(yīng)變產(chǎn)生部分。
背景技術(shù)：
在圖19中示出了在現(xiàn)有技術(shù)中已采用的由Roberval機(jī)構(gòu)構(gòu)成的典型測(cè)力計(jì)1。該測(cè)力計(jì)1包括一應(yīng)變產(chǎn)生體2和應(yīng)變片3a、3b、3c和3d。具體地說，應(yīng)變產(chǎn)生體2包括一固定端4和用作懸臂的一可動(dòng)端5。應(yīng)變產(chǎn)生體2在固定端4和可動(dòng)端5之間還包括用于應(yīng)變產(chǎn)生部分6a和6c的孔7、和用于應(yīng)變產(chǎn)生部分6b和6d的孔8，每個(gè)都用于通過貼在其上的應(yīng)變片來檢測(cè)應(yīng)變。在孔7和8之間連通的通道9這樣設(shè)置，使兩個(gè)臂h1和h2相互平行地布置，從而在應(yīng)變產(chǎn)生部分6a和6b之間以及在6c和6d之間形成連接。因此，提供了一種Roberval機(jī)構(gòu)，其中四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d中的每個(gè)都按照平行四邊形的四個(gè)角的每一個(gè)的軌跡運(yùn)動(dòng)。因此，通過由四個(gè)應(yīng)變片構(gòu)成的Wheatstone橋接電路來檢測(cè)應(yīng)變程度。假設(shè)應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d具有相同的厚度，并且臂h1和h2具有相同的厚度，從而該測(cè)力計(jì)形成為相對(duì)于其中心線垂直對(duì)稱。
但是，這種Roberval機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)在于，因?yàn)檫@些連接具有整體結(jié)構(gòu)從而相互產(chǎn)生負(fù)面影響的事實(shí)，所以不可能用作理想的機(jī)構(gòu)。具體地說，在向與測(cè)力計(jì)的中心偏離的任意位置施加載荷的偏置加載條件下，應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d可能受到由呈懸臂形式的應(yīng)變產(chǎn)生體2的彎曲所引起的任意力矩，由此降低了在載荷量和檢測(cè)到的應(yīng)變片的輸出之間的線性。
另外，輸出電路由Wheatstone橋形成，該Wheatstone橋由四個(gè)應(yīng)變片構(gòu)成，每個(gè)應(yīng)變片貼在四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分的每一個(gè)上。因此，如果試圖從在任一側(cè)貼在臂的兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分上的應(yīng)變片獲得輸出，則由在偏置加載條件下應(yīng)變產(chǎn)生體2的彎曲所引起的力矩作用更強(qiáng)烈地反應(yīng)在輸出上，由此進(jìn)一步降低了線性。
為了解決這些問題，已經(jīng)公開了以下技術(shù)第一種技術(shù)是一種使用包括Roberval機(jī)構(gòu)的應(yīng)變產(chǎn)生體的測(cè)力計(jì)，其與上述結(jié)構(gòu)類似，但是其改進(jìn)之處在于調(diào)節(jié)了應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d的厚度、或者構(gòu)成這些部分的體積，以控制應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d的剛性，以便使應(yīng)變產(chǎn)生體2作為理想的Roberval機(jī)構(gòu)而變形，由此提供改善的線性。例如，在專利文獻(xiàn)1中可以找到這種測(cè)力計(jì)，其中用于形成臂h1、h2和應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d的所有孔7、8和通道9的中軸(neutral axis)與測(cè)力計(jì)自身的中軸偏離，從而在上、下臂h1和h2之間以及在應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d之間存在厚度差。
第二種技術(shù)是一種制造測(cè)力計(jì)的方法，例如，該方法可以在專利文獻(xiàn)2中找到，其包括以下步驟例如僅在應(yīng)變產(chǎn)生部分6a和6b上粘貼應(yīng)變片3a和3b；使臂h1和h2具有相同的厚度，并且使所有應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d具有相同的厚度，以便當(dāng)僅在一側(cè)檢測(cè)任何應(yīng)變時(shí)提高測(cè)力計(jì)的線性；推導(dǎo)出表示應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d的厚度與臂h1和h2的厚度之間的關(guān)系的關(guān)系式，以消除由形成懸臂結(jié)構(gòu)的應(yīng)變產(chǎn)生體2的彎曲所引起的力矩的任何影響；以及根據(jù)該關(guān)系式制造具有相同形狀的測(cè)力計(jì)。
專利文獻(xiàn)1日本特開2000-214008專利文獻(xiàn)2日本專利第2666209號(hào)但是，在如日本特開2000-214008所公開的測(cè)力計(jì)的情況下，其中調(diào)節(jié)了應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d的厚度，或者將應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d以及臂h1和h2的厚度兩者一起調(diào)節(jié)，本發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雖然對(duì)指向應(yīng)變產(chǎn)生體2自身的扭轉(zhuǎn)方向的載荷獲得了一些改善的線性，但是，在相對(duì)于測(cè)力計(jì)的測(cè)量方向左右偏置加載的情況中，仍然存在由于偏置加載而導(dǎo)致的任何量程誤差。
另外，在如日本專利第2666209號(hào)所公開的測(cè)力計(jì)的情況下，為了消除由于整個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生體2的彎曲而導(dǎo)致在應(yīng)變產(chǎn)生部分和臂中的任何應(yīng)變，使上下臂h1和h2以及應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d具有相同的厚度。然后，使上下臂h1和h2兩者的厚度相對(duì)于整個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生體2的厚度更薄，由此導(dǎo)致整個(gè)檢測(cè)器裝置的彎曲增大。因此，該測(cè)力計(jì)的固有頻率變得更低，因而在測(cè)量環(huán)境中的任意振動(dòng)容易被拾取而產(chǎn)生任何受干擾的輸出信號(hào)。另外，由于在載荷變得穩(wěn)定之前需要花更長(zhǎng)的時(shí)間，所以需要增加測(cè)量時(shí)間。另外，為了保持臂的厚度，需要具有更大尺寸的應(yīng)變產(chǎn)生體，這不利于提供更薄和小型化的測(cè)力計(jì)。
鑒于上面的情況，本發(fā)明的目的在于通過提供一種改進(jìn)的Roberval型測(cè)力計(jì)來解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，該測(cè)力計(jì)具有貼在位于兩個(gè)臂中的一個(gè)的應(yīng)變產(chǎn)生部分上的應(yīng)變片，其中，應(yīng)變產(chǎn)生部分全都具有相同的厚度，并且兩個(gè)臂具有不同的厚度，以消除應(yīng)變產(chǎn)生體的彎曲的任何影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)這種目的，本發(fā)明提供一種測(cè)力計(jì)，其包括由位于固定端和可動(dòng)端之間的兩個(gè)平行臂、和四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分所構(gòu)成的Roberval機(jī)構(gòu)，該應(yīng)變產(chǎn)生部分按照使兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分在所述兩個(gè)臂中的每一個(gè)上相互連接的方式設(shè)置，其中所述四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分全部具有相同的厚度；以及所述兩個(gè)臂包括第一臂和第二臂，該第一臂具有粘貼在相互連接的所述兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分的每一個(gè)上的應(yīng)變片，該第二臂具有小于第一臂的厚度的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該測(cè)力計(jì)以所述第一臂的應(yīng)變片粘貼表面垂直向上的方式固定，從第一臂的上面垂直向下地施加載荷。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述第二臂按照這樣的方式形成，在兩個(gè)臂具有相同厚度的測(cè)力計(jì)的基礎(chǔ)上，使兩個(gè)臂之間的通道的中軸從測(cè)力計(jì)自身的中軸偏離預(yù)定的距離，并且通道的寬度沒有任何變化。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述第二臂按照這樣的方式形成，在兩個(gè)臂具有相同厚度的測(cè)力計(jì)的基礎(chǔ)上，僅減小第二臂的厚度。
本發(fā)明涉及一種測(cè)力計(jì)，其包括由位于固定端和可動(dòng)端之間的兩個(gè)平行臂、和四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分所構(gòu)成的Roberval機(jī)構(gòu)，該應(yīng)變產(chǎn)生部分按照使兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分在所述兩個(gè)臂中的每一個(gè)上相互連接的方式設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明，所述四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分全部具有相同的厚度，并且所述兩個(gè)臂包括第一臂和第二臂，該第一臂具有粘貼在相互連接的所述兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分的每一個(gè)上的應(yīng)變片，該第二臂具有小于第一臂的厚度的厚度。因此，在偏置加載條件下，由于整個(gè)懸臂的彎曲而導(dǎo)致的壓縮力、張力和扭轉(zhuǎn)力中的至少一個(gè)會(huì)施加在兩個(gè)臂上，因而破壞了Roberval機(jī)構(gòu)。但是，由整個(gè)懸臂的彎曲而導(dǎo)致的這種力主要由第二臂而不是第一臂支撐，從而在第一臂的應(yīng)變產(chǎn)生部分中產(chǎn)生出的任意應(yīng)變被平衡，以便保持線性和量程特性。與根據(jù)應(yīng)變產(chǎn)生部分的厚度將兩個(gè)臂做得更薄的情況相比，本發(fā)明不可能在測(cè)力計(jì)的固有頻率上產(chǎn)生明顯變化，這基本上防止了出現(xiàn)這些的問題，例如在測(cè)量環(huán)境中的任意振動(dòng)容易被拾取，以及在載荷變得穩(wěn)定之前需要花更長(zhǎng)的時(shí)間等。另外，因?yàn)榕c小型應(yīng)變產(chǎn)生體的兼容性，以及應(yīng)變片只粘貼在第一臂上的兩個(gè)位置處，本發(fā)明以更低的制造成本提供測(cè)力計(jì)更薄的結(jié)構(gòu)和小型化。
另外，本發(fā)明的測(cè)力計(jì)以第一臂的應(yīng)變片粘貼表面垂直向上的方式固定，從第一臂的上面垂直向下地施加載荷。因此，本發(fā)明的測(cè)力計(jì)可以按照與以前的測(cè)力計(jì)相同的方式使用，而不需要任何專門的測(cè)量和安裝程序。
而且，第二臂按照這樣的方式形成，在兩個(gè)臂具有相同厚度的測(cè)力計(jì)的基礎(chǔ)上，使兩個(gè)臂之間的通道的中軸從測(cè)力計(jì)自身的中軸偏離預(yù)定的距離，并且通道的寬度沒有任何變化。因此，本發(fā)明適用于第二臂不具有足夠厚度的小型或更薄類型的測(cè)力計(jì)。
此外，第二臂按照這樣的方式形成，在兩個(gè)臂具有相同厚度的測(cè)力計(jì)的基礎(chǔ)上，僅減小第二臂的厚度。因此，本發(fā)明可通過這樣的方式適用于任意現(xiàn)有的測(cè)力計(jì)，即使用任意合適的加工工具切割其第二臂，以將厚度減小至預(yù)定值。


現(xiàn)在，將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地說明，在附圖中
圖1為根據(jù)實(shí)施例1的測(cè)力計(jì)的外部示意圖；圖2為一放大圖，示出了根據(jù)實(shí)施例1的測(cè)力計(jì)的主要變形部分；圖3為一示意圖，示出了根據(jù)實(shí)施例1的測(cè)力計(jì)的應(yīng)變片粘貼表面；圖4為一放大圖，示出了現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)的主要變形部分，其中，應(yīng)變產(chǎn)生部分和臂的厚度對(duì)稱；圖5為一示意圖，示出了在測(cè)力計(jì)上的偏置加載位置；圖6為測(cè)力計(jì)沿圖5中的“A”-“A”線的剖視圖；圖7為一曲線圖，示出了在圖4中的現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)的非線性；圖8為一曲線圖，示出了根據(jù)實(shí)施例1的測(cè)力計(jì)的非線性；圖9為一放大圖，示出了現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)的主要變形部分，其中，改變了應(yīng)變產(chǎn)生部分和臂的厚度；圖10為一曲線圖，示出了在圖9中的測(cè)力計(jì)的偏置加載誤差；圖11為一曲線圖，示出了根據(jù)實(shí)施例1的測(cè)力計(jì)的偏置加載誤差；圖12為在測(cè)力計(jì)的應(yīng)變片粘貼表面上的主要部件的放大圖；圖13為一曲線圖，示出了當(dāng)向偏置加載位置施加載荷時(shí)，在圖9中的測(cè)力計(jì)的應(yīng)變產(chǎn)生部分上的應(yīng)力分布的分析結(jié)果；圖14與圖13類似，但是示出了本發(fā)明實(shí)施例1的測(cè)力計(jì)的情況；圖15為現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)的側(cè)視圖，其中，應(yīng)變產(chǎn)生部分和臂的厚度是對(duì)稱的；圖16為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的測(cè)力計(jì)的側(cè)視圖；
圖17為一曲線圖，示出了在圖15中的現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)的非線性；圖18為一曲線圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的測(cè)力計(jì)的非線性；以及圖19為已在現(xiàn)有技術(shù)中使用的典型Roberval型測(cè)力計(jì)的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
一種測(cè)力計(jì)，其包括由位于固定端和可動(dòng)端之間的兩個(gè)平行臂、和四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分所構(gòu)成的Roberval機(jī)構(gòu)，該應(yīng)變產(chǎn)生部分按照使兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分在所述兩個(gè)臂中的每一個(gè)上相互連接的方式設(shè)置，其中所述四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分全部具有相同的厚度；以及所述兩個(gè)臂包括第一臂和第二臂，該第一臂具有粘貼在相互連接的所述兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分的每一個(gè)上的應(yīng)變片，該第二臂具有小于第一臂的厚度的厚度。
該測(cè)力計(jì)以所述第一臂的應(yīng)變片粘貼表面垂直向上的方式固定，從第一臂的上面垂直向下地施加載荷。
而且，第二臂按照這樣的方式形成，在兩個(gè)臂具有相同厚度的測(cè)力計(jì)的基礎(chǔ)上，使兩個(gè)臂之間的通道的中軸從測(cè)力計(jì)自身的中軸偏離預(yù)定的距離，并且通道的寬度沒有任何變化。
而且，第二臂按照這樣的方式形成，在兩個(gè)臂具有相同厚度的測(cè)力計(jì)的基礎(chǔ)上，僅減小第二臂的厚度。
實(shí)施例1本發(fā)明人已經(jīng)注意到這樣的事實(shí)，即在具有粘貼在兩個(gè)臂中的一個(gè)的應(yīng)變產(chǎn)生部分上的應(yīng)變片的Roberval型測(cè)力計(jì)中，以懸臂形式的整個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生體的任意彎曲影響上下臂和應(yīng)變產(chǎn)生部分，從而降低了線性性能。然后，本發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過使應(yīng)變產(chǎn)生部分具有相同的厚度、但是使上下臂具有不同的厚度，具有更大厚度的臂在其應(yīng)變產(chǎn)生部分中產(chǎn)生應(yīng)變的線性。
更具體地說，優(yōu)選地按照這樣的方式在上下臂之間提供適當(dāng)?shù)暮穸炔睿瑥亩ㄟ^使下臂比上臂薄，使得由于整個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生體的彎曲而施加在上下臂中的壓縮力和張力主要由下臂支撐，從而平衡在上臂的應(yīng)變產(chǎn)生部分中的應(yīng)變。
現(xiàn)在參照附圖，根據(jù)在本發(fā)明的測(cè)力計(jì)和現(xiàn)有技術(shù)的典型測(cè)力計(jì)之間的比較數(shù)據(jù)，對(duì)本發(fā)明的測(cè)力計(jì)進(jìn)行更詳細(xì)地說明。
本發(fā)明的實(shí)施例1按照這樣的方式實(shí)施，即測(cè)力計(jì)制造有偏移的用于形成臂的通道。具體地說，圖1為根據(jù)實(shí)施例1的測(cè)力計(jì)的外部示意圖；圖2為一放大圖，示出了測(cè)力計(jì)的主要變形部分；圖3為一示意圖，示出了測(cè)力計(jì)的上表面即應(yīng)變片粘貼表面。
參照?qǐng)D1，該薄型(low profiled)測(cè)力計(jì)包括一應(yīng)變產(chǎn)生體，該應(yīng)變產(chǎn)生體沿縱向方向具有一固定端和一可動(dòng)端，該構(gòu)件長(zhǎng)度為80mm、厚度為5mm、應(yīng)變產(chǎn)生部分之間的距離為10.3mm、應(yīng)變片粘貼表面的寬度為12.6mm。
參照?qǐng)D2，四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分中的每個(gè)通過設(shè)置Φ3.9mm的孔而形成為具有0.55mm的厚度，兩個(gè)臂通過設(shè)置一系列3個(gè)Φ2.6mm的孔而形成為具有1.85mm和0.55mm的厚度。具有更大厚度的更厚的臂稱為“第一臂”，而具有更小厚度的更薄的臂稱為“第二臂”。參照?qǐng)D3，通過第一臂相互連接的兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分中的每一個(gè)設(shè)有兩個(gè)并排設(shè)置在測(cè)力計(jì)的中心線附近位置處的應(yīng)變片。從電路(未示出)的觀點(diǎn)看，可以利用構(gòu)成包括四個(gè)應(yīng)變片的橋接電路的現(xiàn)有技術(shù)來檢測(cè)應(yīng)變片的輸出。
根據(jù)本發(fā)明，用于形成第一和第二臂的該系列三個(gè)孔可以這樣設(shè)置如圖4所示，使在現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)的中心形成的孔向下移動(dòng)，以便提供臂的厚度差。然后，這樣移動(dòng)的孔的中心設(shè)置在離測(cè)力計(jì)的下表面1.85mm的位置處。
如圖4所示，測(cè)力計(jì)為垂直對(duì)稱類型的現(xiàn)有技術(shù)測(cè)力計(jì)，如已經(jīng)描述的那樣，其包括具有相同厚度的臂h1和h2、以及具有相同厚度的應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d。具體地說，用于形成第一和第二臂的該系列三個(gè)孔的中心與測(cè)力計(jì)的中心線一致，從而兩個(gè)臂具有1.2mm的相同厚度。另外，現(xiàn)有技術(shù)測(cè)力計(jì)的其余部分具有與本發(fā)明的測(cè)力計(jì)相同的結(jié)構(gòu)。
將參照?qǐng)D5～圖8對(duì)在本發(fā)明的測(cè)力計(jì)和現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)之間由于偏置加載而導(dǎo)致的非線性的比較進(jìn)行說明。具體地說，圖5和圖6示出了測(cè)量條件，例如在偏置加載中施加載荷的加載位置；圖7為一曲線圖，示出了現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)的非線性；圖8為一曲線圖，示出了本發(fā)明的測(cè)力計(jì)的非線性。
圖5為測(cè)力計(jì)的俯視圖，示出了施加載荷的加載位置。在該實(shí)施例中，測(cè)力計(jì)固定為使第一臂的應(yīng)變片粘貼表面垂直向上，從第一臂上面垂直向下地施加載荷。在圖5中用符號(hào)“?！憋@示在載荷傳遞板上相對(duì)于測(cè)力計(jì)的加載位置。在測(cè)力計(jì)的中心的加載位置被稱為“P1”，沿測(cè)力計(jì)的縱向方向與“P1”偏移45mm的加載位置被稱為“P2”和“P3”，沿垂直方向與“P1”偏移45mm的加載位置被稱為“P4”和“P5”。具體地說，“P2”為在測(cè)力計(jì)的可動(dòng)端處的偏置加載位置，“P3”為在測(cè)力計(jì)的固定端處的偏置加載位置。圖6為測(cè)力計(jì)沿圖5中的“A”-“A”線的剖視圖，示出了測(cè)量條件。
在測(cè)量?jī)蓚€(gè)測(cè)力計(jì)的非線性中，以500g的遞增量將2000g的重量加載到偏置加載位置“P1”、“P2”和“P3”。
參照示出了現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)的非線性的圖7，中心加載位置“P1”呈現(xiàn)出不大于0.02％的更高的線性，而偏置加載位置“P2”和“P3”呈現(xiàn)出0.1％RO的非線性。換句話說，由臂和應(yīng)變產(chǎn)生部分構(gòu)成的現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)不足以用作Roberval機(jī)構(gòu)。
然后，參照示出了本發(fā)明的測(cè)力計(jì)的非線性的圖8，所有加載位置“P1”、“P2”和“P3”均呈現(xiàn)出在0.02％RO范圍內(nèi)的數(shù)值，這表示極高的線性，從中可以看出，第二臂起平衡在第一臂中的任何應(yīng)變的作用。
另一方面，當(dāng)向偏置加載位置“P4”和“P5”施加載荷時(shí)，測(cè)力計(jì)額外受到扭轉(zhuǎn)作用，這不能由Roberval機(jī)構(gòu)解決。因此，在現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)中，如上所述，會(huì)出現(xiàn)線性變差，以及在偏置加載位置處的載荷值相對(duì)于在中心加載位置“P1”處的載荷值具有更大的量程誤差。因此，在對(duì)偏置加載誤差進(jìn)行比較時(shí)，使用如圖9所示的測(cè)力計(jì)作為示例性的測(cè)力計(jì)，該測(cè)力計(jì)在上下臂h1和h2之間以及在上下應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d之間都具有厚度差，這已在前面作為一種現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了描述。按照這樣的方式根據(jù)在圖4中的現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)來準(zhǔn)備圖9中的測(cè)力計(jì)，以使用于形成臂和應(yīng)變產(chǎn)生部分的通道從測(cè)力計(jì)的中心線向下偏移0.1mm的距離，以獲得與圖1和圖2所示的本發(fā)明的測(cè)力計(jì)基本相同的線性。
圖10和11為曲線圖，每個(gè)示出了偏置加載誤差，即在偏置加載位置“P2”、“P3”、“P4”和“P5”中的每一個(gè)的載荷值相對(duì)于在測(cè)力計(jì)的中心加載位置“P1”處的載荷值的％誤差。具體地說，圖10示出了如圖9所示的、在臂之間以及在應(yīng)變產(chǎn)生部分之間具有厚度差的測(cè)力計(jì)的偏置加載誤差，圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)力計(jì)的偏置加載誤差。
參照?qǐng)D10，載荷值2000g在偏置加載位置“P2”和“P3”處相對(duì)于在中心加載位置“P1”處的％誤差顯示出在±0.2％RO的范圍內(nèi)，這表示極好的結(jié)果。但是，在測(cè)力計(jì)受到扭轉(zhuǎn)力的偏置加載位置“P4”和“P5”處，顯示出％誤差分別增大至+0.8％RO和-0.8％RO。
然后，參照示出了本發(fā)明的測(cè)力計(jì)的測(cè)量結(jié)果的圖11，不僅在偏置加載位置“P2”和“P3”處，而且在現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)呈現(xiàn)出明顯誤差的偏置加載位置“P4”和“P5”處，均獲得了在0.2％RO范圍內(nèi)的極好的結(jié)果。
因此，可以認(rèn)為本發(fā)明的測(cè)力計(jì)解決了測(cè)力計(jì)的扭轉(zhuǎn)作用的問題。然后，參照?qǐng)D12～14，每個(gè)圖示出了當(dāng)向偏置加載位置“P5”施加載荷時(shí)，對(duì)兩個(gè)測(cè)力計(jì)中的扭轉(zhuǎn)作用作為應(yīng)力進(jìn)行分析的分析結(jié)果。具體地說，圖12為兩個(gè)測(cè)力計(jì)的應(yīng)變片粘貼表面的放大圖；圖13為一曲線圖，示出了當(dāng)向偏置加載位置“P5”施加載荷時(shí)，對(duì)在圖9中的測(cè)力計(jì)的可動(dòng)端側(cè)和固定端側(cè)應(yīng)變產(chǎn)生部分的應(yīng)變片粘貼表面上的應(yīng)力分布的分析；圖14與圖13類似，但是示出了本發(fā)明的測(cè)力計(jì)的情況。
更具體地說，按照這樣的方式進(jìn)行應(yīng)力分析，即在圖12中的應(yīng)變片粘貼表面上，在可動(dòng)端側(cè)和固定端側(cè)應(yīng)變產(chǎn)生部分的每一個(gè)處，假設(shè)測(cè)力計(jì)的左邊緣處于0mm、而假設(shè)測(cè)力計(jì)的右邊緣處于12.6mm，并且它們之間的間隔以1mm的步長(zhǎng)進(jìn)行分割。然后，計(jì)算出當(dāng)向位置“P5”施加2000g的載荷時(shí)在每點(diǎn)的應(yīng)力，從而產(chǎn)生如圖13所示的每條近似曲線。
應(yīng)該注意的因素是在施加到其上粘貼有應(yīng)變片的應(yīng)變產(chǎn)生部分的每一個(gè)上的最大和最小應(yīng)力之間的差異?？梢哉f，差異越大，則施加在測(cè)力計(jì)上的扭轉(zhuǎn)力就越強(qiáng)。參照?qǐng)D13，尤其參照對(duì)于固定端側(cè)應(yīng)變產(chǎn)生部分的應(yīng)力分析結(jié)果，在離測(cè)力計(jì)的左邊緣大約1.5mm的位置處最小應(yīng)力約為3.5kgf/mm2，而在離測(cè)力計(jì)的左邊緣大約11.5mm的位置處最大應(yīng)力約為11.5kgf/mm2。因此，它們之間的應(yīng)力差大約為3倍。同樣，對(duì)于可動(dòng)端側(cè)應(yīng)變產(chǎn)生部分而言，在離測(cè)力計(jì)的左邊緣大約1.5mm的位置處最小應(yīng)力約為-3.5kgf/mm2，而在離測(cè)力計(jì)的左邊緣大約12mm的位置處最大應(yīng)力約為-10kgf/mm2，因此，它們之間的應(yīng)力差大約為2.8倍。
然后，參照示出了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)力計(jì)的應(yīng)力分析結(jié)果的圖14。首先，對(duì)于固定端側(cè)應(yīng)變產(chǎn)生部分而言，在離測(cè)力計(jì)的左邊緣大約1.5mm的位置處最小應(yīng)力約為5kgf/mm2，而在離測(cè)力計(jì)的左邊緣大約12.6mm的位置處，即在測(cè)力計(jì)的右邊緣的位置處最大應(yīng)力約為10kgf/mm2。因此，它們之間的應(yīng)力差大約為2倍。同樣，對(duì)于可動(dòng)端側(cè)應(yīng)變產(chǎn)生部分而言，在離測(cè)力計(jì)的左邊緣大約1.5mm的位置處最小應(yīng)力約為-5.5kgf/mm2，而在離測(cè)力計(jì)的左邊緣大約10mm的位置處最大應(yīng)力約為-9.5kgf/mm2，因此，它們之間的應(yīng)力差大約為1.7倍。
從上面可以看出，調(diào)節(jié)了應(yīng)變產(chǎn)生部分的厚度的現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)提供大約為3倍的應(yīng)力差。與之相對(duì)，本發(fā)明提供大約為2倍的減小了的應(yīng)力差，從中可以看出，已經(jīng)消除了應(yīng)變產(chǎn)生體的扭轉(zhuǎn)作用在其上粘貼有應(yīng)變片的應(yīng)變產(chǎn)生部分的任何影響。
實(shí)施例2本發(fā)明還提供了實(shí)施例2，在該實(shí)施例2中，僅通過調(diào)節(jié)第二臂的厚度來實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)力計(jì)。在實(shí)施例1中，如上所述，根據(jù)其中用于形成應(yīng)變產(chǎn)生部分和臂的通道由在應(yīng)變產(chǎn)生體中的多個(gè)圓孔來形成的測(cè)力計(jì)，在保持通道的寬度的同時(shí)偏移通道的軸線，以對(duì)上下臂提供不同的厚度。與之相對(duì)，本發(fā)明的實(shí)施例2提供了另一種測(cè)力計(jì)，其中，僅使第二臂更薄，以加寬通道，從而為第一和第二臂提供不同的厚度。實(shí)施例2尤其適用于測(cè)力計(jì)的兩個(gè)臂具有足夠的厚度的相對(duì)較大的測(cè)力計(jì)。
圖15示出了現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)，其中，臂h1和h2具有相同的厚度，并且應(yīng)變產(chǎn)生部分6a、6b、6c和6d具有相同的厚度。具體地說，長(zhǎng)度為1300mm、高度為22mm的應(yīng)變產(chǎn)生體，在其中心部分設(shè)有兩個(gè)相互間隔50mm的Φ12mm的孔，以形成可動(dòng)端側(cè)和固定端側(cè)應(yīng)變產(chǎn)生部分，并且設(shè)有用于將這些孔連接起來、且用于使臂具有4.8mm的厚度的通道。圖16示出了根據(jù)在圖15中的測(cè)力計(jì)制造的本發(fā)明的測(cè)力計(jì)，其改進(jìn)之處在于，將第二臂切割成具有1.8mm的減小了的厚度，以便提供穩(wěn)定的線性，并使在第一和第二臂之間的通道比現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)的通道更寬。應(yīng)變片按照與實(shí)施例1相同的方式設(shè)置，以構(gòu)成橋接電路。
按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)量在圖15和16中的測(cè)力計(jì)的非線性，產(chǎn)生分別如圖17和18所示的結(jié)果。從圖17中可以看出，現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)力計(jì)在加載位置“P1”處提供了大約為0.01％RO的非線性，但分別在加載位置“P2”和“P3”處提供了大約為0.02％RO和0.04％RO的更大的非線性。
與之相對(duì)，如圖18所示，本發(fā)明的測(cè)力計(jì)在所有加載位置“P1”、“P2”和“P3”處提供了大約為0.01％RO的非線性，即提供了基本一致的、極佳的結(jié)果。這清楚地表明，僅需要簡(jiǎn)單地通過減小第二臂的厚度使第二臂具有適當(dāng)?shù)暮穸炔?，以平衡在其上粘貼有應(yīng)變片的應(yīng)變產(chǎn)生部分中的任何應(yīng)變。
在實(shí)施例1和實(shí)施例2中，已將測(cè)力計(jì)描述為具有這種的結(jié)構(gòu)測(cè)力計(jì)以第一臂的應(yīng)變片粘貼表面垂直向上的方式固定，并且從第一臂的上面垂直向下施加載荷?？蛇x地，可以以顛倒的結(jié)構(gòu)來實(shí)施測(cè)力計(jì)，即測(cè)力計(jì)以第一臂的應(yīng)變片粘貼表面垂直向下的方式固定，并且從現(xiàn)在處于上側(cè)的第二臂的上面施加載荷。
另外，上面已將應(yīng)變片描述為按照這樣的方式來設(shè)置，即兩個(gè)應(yīng)變片粘貼在通過第一臂連接的兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分的每一個(gè)上，從而總共四個(gè)應(yīng)變片連接起來，以形成橋接電路?？蛇x地，可以將單個(gè)應(yīng)變片粘貼在兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分的每一個(gè)上，從而總共兩個(gè)應(yīng)變片與兩個(gè)偽(dummy)應(yīng)變片電連接，以形成仍可提供相同特性的橋接電路。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)力計(jì)，其包括由位于固定端和可動(dòng)端之間的兩個(gè)平行臂、和四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分所構(gòu)成的Roberval機(jī)構(gòu)，該應(yīng)變產(chǎn)生部分按照使兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分在所述兩個(gè)臂中的每一個(gè)上相互連接的方式設(shè)置，其中所述四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分全部具有相同的厚度；以及所述兩個(gè)臂包括第一臂和第二臂，該第一臂具有粘貼在相互連接的所述兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分的每一個(gè)上的應(yīng)變片，該第二臂具有小于第一臂的厚度的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)力計(jì)，其特征在于該測(cè)力計(jì)以所述第一臂的應(yīng)變片粘貼表面垂直向上的方式固定，從第一臂的上面垂直向下地施加載荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)力計(jì)，其特征在于所述第二臂按照這樣的方式形成，在兩個(gè)臂具有相同厚度的測(cè)力計(jì)的基礎(chǔ)上，使兩個(gè)臂之間的通道的中軸從測(cè)力計(jì)自身的中軸偏離預(yù)定的距離，并且通道的寬度沒有任何變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)力計(jì)，其特征在于所述第二臂按照這樣的方式形成，在兩個(gè)臂具有相同厚度的測(cè)力計(jì)的基礎(chǔ)上，僅減小第二臂的厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)力計(jì)，該測(cè)力計(jì)包括由位于固定端和可動(dòng)端之間的兩個(gè)平行臂、和四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分所構(gòu)成的Roberval機(jī)構(gòu)，該應(yīng)變產(chǎn)生部分按照使兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分在所述兩個(gè)臂中的每一個(gè)上相互連接的方式設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明，所述四個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分全部具有相同的厚度；并且所述兩個(gè)臂包括第一臂和第二臂，該第一臂具有粘貼在相互連接的所述兩個(gè)應(yīng)變產(chǎn)生部分的每一個(gè)上的應(yīng)變片，該第二臂具有小于第一臂的厚度的厚度。
文檔編號(hào)G01L1/22GK1731114SQ20051008771
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月5日
發(fā)明者蔦谷孝夫, 矢部有三 申請(qǐng)人:株式會(huì)社百利達(dá)