CN106404259A - 具有双传感器的力测量系统 - Google Patents

具有双传感器的力测量系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106404259A
CN106404259A CN201610204069.5A CN201610204069A CN106404259A CN 106404259 A CN106404259 A CN 106404259A CN 201610204069 A CN201610204069 A CN 201610204069A CN 106404259 A CN106404259 A CN 106404259A
Authority
CN
China
Prior art keywords
force measuring
measurement
load
measuring sensors
sensors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610204069.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106404259B (zh
Inventor
亚历山大·戈伯
丹尼尔·尼德巴尔拉
奥利弗·约斯特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weicayalishan And Weigande Europe Co ltd
Original Assignee
Tecsis GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tecsis GmbH filed Critical Tecsis GmbH
Publication of CN106404259A publication Critical patent/CN106404259A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106404259B publication Critical patent/CN106404259B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0061—Force sensors associated with industrial machines or actuators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2268—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0004—Force transducers adapted for mounting in a bore of the force receiving structure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

已知的用于测量结构的拉力负荷和/或压力负荷的力测量系统为了检测拉力负荷和/或压力负荷具有配设给该结构的第一力测量传感器和配设给该结构的第二力测量传感器。为了由此出发提供一种能够实现高测量精度的力测量系统，根据本发明提出，第一力测量传感器和第二力测量传感器这样彼此区别，即，第一力测量传感器设计用于检测额定负载范围，而第二力测量传感器设计用于检测该额定负载范围的子范围。

Description

具有双传感器的力测量系统
技术领域
本发明涉及一种用于测量作用于结构上的拉力负荷和/或压力负荷的力测量系统，其中该结构配设有第一力测量传感器和第二力测量传感器。
此外，本发明涉及一种用于借助力测量系统测量结构的拉力负荷和/或压力负荷的方法，包括如下方法步骤：
(a)借助第一力测量传感器检测通过拉力负荷和/或压力负荷而作用于该结构的力，以获得第一测量信号，
(b)借助第二力测量传感器检测力，以获得第二测量信号，
(c)分析第一测量信号和第二测量信号。
背景技术
这种结构(以下也称作“测量结构”)例如作为独立的测量部件使用在承受负荷的设备和机器中，或其使这种设备和机器譬如起重机的组成部分。常见的测量结构作为弯曲棒、轴、螺栓、测量接片、钩、载体、支杆或液压缸存在。它们在此可以经受非常高的机械应力，例如拉伸应力、挤压应力、弯曲应力、剪切应力或扭曲应力。
为了检测和分析组件的机械应力，已知的是，使用具有一个或多个力测量传感器的力测量系统，所述力测量系统检测在测量结构上出现的力。力检测可以基于不同的测量原理，例如其可以以力测量技术或伸展测量技术来检测。力测量传感器提供电测量信号，其被分析以确定当前的力和拉力负荷和/或压力负荷。
测量信号的强度与所使用的力测量传感器有关。其测量范围针对最大预期的负荷而设计，并且在此也称作“额定负载范围”。
为了获得更为可靠的测量信号，设置具有多个力测量传感器的力测量系统。DD 243 985 B5描述了这种力测量系统，在该文献中也公开了开头所述类型的力测量传感器。该力测量系统具有多个呈应变传感器形式的力传感器，其相对于测量结构设置为使得获得在信号强度方面优化的测量信号。
如果力在大的测量范围之上被检测，则已知的力测量传感器展现出一定的测量精度。因此，传感器的测量精度不仅与其结构类型有关，而且也与其标称测量范围的大小有关。原则上，在测量技术上受制于分辨率对所有力测量结构和测力计适用的是，测量精度在相应的下负载测量范围中相比于在上负载测量范围中更差。
发明内容
因此，本发明所基于的任务是提出一种用于测量结构的拉力负荷和/或压力负荷的力测量系统，该力测量系统能够在大的测量范围之上实现力测量，并且同时允许高的测量精度。此外，该力测量系统要能够简单且成本有利地制造。
此外，本发明所基于的任务是提出一种用于测量结构的拉力负荷和/或压力负荷的方法，该方法能够实现可靠的测量，同时测量精度高。
所述任务利用如在独立权利要求中所描述的力测量系统来解决。
在力测量系统方面，该任务基于开头所述类型的力测量系统根据本发明通过如下方式来解决：第一力测量传感器和第二力测量传感器在这样的意义上彼此区别，即，第一力测量传感器设计用于检测拉力负荷和/或压力负荷的额定负载范围的第一范围，而第二力测量传感器设计用于检测该额定负载范围的第二子范围。
在此存在的是，这两个范围交叠，并且在下分辨范围中第二传感器与第一传感器相比提供质量上更好的测量值。
在根据本发明的力测量系统中，为此为该结构配设两个或更多个不同的力测量传感器。所述力测量传感器为此设计为测量在测量范围中出现的力；但其彼此间在其测量范围区间方面或在构造结构方面或在其额定负载类型方面不同。
在测量范围区间方面，这些传感器具有不同的测量灵敏度，从构造的结构来看具有分别不同的结构类型，例如常规的具有膜载体的应变传感器，借助薄膜技术产生的应变传感器或具有被溅镀的应变传感器的钢传感器。从负荷可以区分，使其中一个传感器伸展而使另一传感器压紧，或使其中一个传感器承受负荷，而使另一传感器去负荷。第一力测量传感器和至少一个另外的第二力测量传感器也可以分别构建为由结构相同的传感器构成的传感器单元，其中所述传感器至少在灵敏度方面不同。
在另一个实施例中，本发明的任务通过如下方式来解决：该力测量系统配备有两个传感器，并且其中第一力测量传感器和第二力测量传感器在这样的意义上彼此区别，即，第一力测量传感器设计用于检测拉力负荷和/或压力负荷的额定负载范围，而第二力测量传感器设计用于仅检测该额定负载范围的子范围。
为了确保能够由力测量系统检测在结构的测量范围中任何预期的负荷，在力测量传感器的优选的实施例中即第一力测量传感器设计为，其覆盖拉力负荷和/或压力负荷的整个额定负载范围。而至少一个第二力测量传感器设计为，只检测整个额定负载范围的一个子范围。因此，传感器系统展现出在测量范围中有一定的冗余性，该测量范围以下为了清楚也称作“专用子范围”。与此相反，在相关的子范围中的测量精度更高。相比于第一力测量传感器，第二力测量传感器因此为了测量力在专用子范围中具有更高的测量灵敏度、更有利的设置和/或对出现的力更敏感的负荷类型。由此，可以满足在该子范围中对测量精度的特别高的要求。根据本发明的具有两个互补的并且部分冗余的力测量传感器的力测量系统的这种构型以下也称作“双传感器装置”。
该力测量系统具有分析单元，其分析由力测量传感器提供的测量信号。原则上，在此，关于在专用子范围中的负荷的冗余信息可以任意地用于分析。
优选地，在专用子范围内的并且由第二力测量传感器针对其提供具有足够信号强度的测量信号的负荷只在分析时加以考虑，或其为了分析相比于第一力测量传感器的测量信号更高地被加权。
利用更高的测量灵敏度被检测的专用子范围例如与负荷的大小和类型协调，该负荷对于应用而言是特别关键的，或第一力测量传感器对于符合规定的分析只有不足够的测量精度。
这些情况常常在额定负载范围的边缘处存在。因此，在力测量系统的第一优选的实施形式中设计为，额定负载范围受拉力负荷和/或压力负荷的最小值和最大值限制，并且子范围分布在最小值与中间值之间或在中间值与最大值之间。
第二力测量传感器的测量范围在此情况下在额定负载范围的负载标度的上端部或下端部处。
可替选地，如下结构可以是可行的，在该结构中在确定的负荷范围中总是只有一个传感器被分析，并且其中在交叠范围中通过分析电子装置可以切换到另一传感器。
然而在一些应用中可以由第一力测量传感器充分满足在额定负载范围的边界处对测量精度的要求，但在负荷标度的中间范围中存在对测量精度的提高的要求。鉴于此，证明有利的是，额定负载范围分布在拉力负荷和/或压力负荷的最小值与最大值之间，并且子范围分布在大于最小值的下中间值与小于最大值的上中间值之间。
在该实施形式中，第二力测量传感器的专用子范围覆盖整个额定负载范围的中间范围，而不包括其边界值。
与整个额定负载范围相比专用子范围越窄，则冗余信息的范围越小，但其也越精确。鉴于此，已验证的是，子范围覆盖额定负载范围的最大70％、优选最大50％和特别优选最大30％。
如上面已阐述的那样，专用子范围在额定负载范围的边缘处或在其中部。但小于额定负载范围的5％的大小通常说服力不足。
已证明有利的是，第一力测量传感器和第二力测量传感器设计为，在力作用于该结构时所述力测量传感器中的一个力测量传感器被压紧而另一个力测量传感器被伸展。
通过借助针对不同的负荷类型(压紧和伸展)设计的力测量传感器检测作用于测量结构的力得到在冗余测量范围中的附加信息。
如果第二力测量传感器仅针对潜在作用于测量结构的总负荷的子范围而设计，则出现如下问题：该第二力测量传感器在力超出其设计的情况下会损毁。为了避免这，在根据本发明的力测量系统的优选的实施形式中设计为，第二力测量传感器具有预紧的测量元件，该测量元件在力以与预紧相反的力方向作用于该结构上时被去负荷。在此意义下即使在并非安装结构相同的传感器时这里说的也是“双传感器装置”。
预紧和力具有相反的方向或方向分量。因此，作用于测量元件上的力减小了应力，更确切地说减小了测量元件所处的预紧。应力的降低与作用力成比例或以其他已知的方式与其关联。应力减小的程度因此最后提供了第二力测量传感器的关于作用于测量结构上的负荷的信息。一旦与预紧逆向的力分量与预紧一样高，则测量元件优选被完全去负荷。由此，可靠地避免了损毁，而第二力测量传感器于是也不能提供关于当前作用力的其他信息。
如下实施形式已特别验证，其中第一力测量传感器和/或第二力测量传感器是力测量销、应变测量螺丝、应变测量片或具有溅镀的应变传感器的钢传感器。
在关于力测量系统的可靠性和运行安全性方面优选的设计方案中，第一力测量传感器和/或第二力测量传感器可选地设置在结构的共同的钻孔中或按传感器分开的钻孔中。但可替选地，两个传感器也可以安置在负载测量部件之外、其外侧之上，例如为两个DMS测量条形式。
通过在结构的钻孔中的设置在很大程度上消除了由于磨损和其他污物以及不期望的对力测量传感器的机械和腐蚀性作用造成的损害。钻孔因此优选是密封的。
在此情况下，也已证明为有利的是，在钻孔中设置有硬化的成型体，第二力测量传感器的测量体为了产生预紧被压紧到该成型体上，其中测量体优选具有构成为球拱的接触区段，该接触区段容纳在硬化的成型体的凹进部中。
成型体的表面的硬度防止塑性变形，其可能由于预紧而出现并且会导致测量误差。在成型体与测量体之间的接触区段实施为球形拱顶和对应的凹进部防止由于预紧引起的移位。
在此情况下也已验证的是，硬化的成型体设计为弹性的，使得硬化的成型体在拉力负荷和/或压力负荷下不与成型体脱离。
优选地，力测量系统包括分析单元，该分析单元设计用于分析由第一力测量传感器产生的第一测量信号和由第二力测量传感器产生的第二测量信号，其中在分析单元的输出端上施加输出信号，该输出信号考虑第一测量信号和第二测量信号。
在输出信号中考虑第一测量信号和第二测量信号在最简单的情况下通过对第二测量信号的单独分析进行，只要第二力测量传感器提供在专用子范围内的测量信号，其信号强度在预设的边界值之上；并且其余通过对第一测量信号的单独分析进行。
对此可替选地或补充地，也已证明有利的是，分析单元可以预设边界值，并且根据第一测量信号是否超过边界值，第一测量信号或第二测量信号形成输出信号。
在方法方面，上述任务基于开头所述类型的用于测量结构的拉力负荷和/或压力负荷的方法根据本发明通过如下方式来解决：第一力测量传感器检测额定负载范围，并且第二力测量传感器检测额定负载范围的子范围。
在根据本发明的方法中，在测量结构的测量范围中出现的相同的力借助至少两个力测量传感器来检测，其在其测量范围区间方面或在构造结构上或在其标称负荷类型方面彼此不同。
第一力测量传感器在此检测任意由力测量系统预期的负荷，其覆盖拉力负荷和/或压力负荷的整个额定负载范围。而至少一个另外力测量传感器(第二力测量传感器)设计为，其只检测整个额定负载范围的一个子范围。相比于第一力测量传感器，第二力测量传感器因此为了测量力在专用子范围中以及在整个负载分辨率的下范围中具有更高的测量灵敏度、更有利的设置和/或对出现的力更敏感的负荷类型。通过“双传感器装置”可以满足在整个负载分辨率的子范围中对测量精度的特别高的要求。
利用更高的测量灵敏度被检测的专用子范围例如与负荷的大小和类型协调，该负荷对于应用而言是特别关键的，或第一力测量传感器对于符合规定的分析只有不足够的测量精度。
原则上，关于在专用子范围中的负荷的冗余信息可以用于分析在测量结构的测量范围中的负荷。
优选地，对由力测量传感器提供的测量信号进行分析，使得在处于专用子范围内的并且由第二力测量传感器提供的力作用于测量结构上时仅进行分析，并且与第一力测量传感器的测量信号相比、在测量信号的信号强度在预设的边界值(其也可以为零)之上的前提条件下，对于分析更高地加权。
附图说明
以下参照实施例和附图更为详细地阐述了本发明。
图1示出了例如用于起重机的具有两个传感器的拉伸测量接片。
图2示出了带有双传感器装置的挤压力传感器。
图3示出了在液压缸上具有双传感器装置的力测量系统。
图4示出了在轴上具有双传感器装置的力测量系统。
图5示出了在弯曲棒上具有双传感器装置的力测量系统。
图6示出了具有用于直接拉伸分辨的第一传感器A和更敏感的第二传感器B的拉伸测量接片，该第二传感器通过旋入来预紧。
图7A在图6中的拉伸测量接片中作为剖面示出了被旋入的传感器区段B的尖端贴靠在钻孔中。
图7B在图6中的拉伸测量接片中作为剖面示出了当传感器完全去负荷时所旋入的传感器区段B的尖端脱离。
图8在图6中的拉伸测量接片中作为剖面示出了被旋入的传感器区段B的尖端经由硬化的板贴靠在钻孔中。
图9A在图6中的拉伸测量接片中所旋入的传感器区段B的尖端经由硬化的板贴靠在钻孔中的剖面，其中球体被插入并且板具有用于球体的容纳部。
图9B示出了可以置入拉伸测量接片中的在图9A中的板，其中板对于弯折和贴靠来优化。
图10示出了第一力测量传感器和第二力测量传感器根据在测量范围上作用的负载的信号曲线。
具体实施方式
图1示出了用于起重机的拉伸测量接片，其总体上配设有附图标记1。拉伸测量接片1设计为，其可以检测作用于其上的力F(F1、F2，优选F1＝F2)并且可以传输给起重机的分析单元(未示出)。
拉伸测量接片1包括力测量系统，该力测量系统包括第一力测量传感器A和第二力测量传感器B。第一力测量传感器A和第二力测量传感器B分别包括两个彼此垂直取向的应变测量条。应变测量条是膜应变测量条。第一力测量传感器A设计用于检测从0兆牛顿(MN)到一百兆牛顿(MN)的最大额定负载的标称范围；其可以检测相对于最大额定负载的0％到100％的范围。力测量传感器A在相对于额定负载范围的最大值的0％到110％的范围中具有例如终值的0.25％的测量精度。
相对于力传感器A的最大额定负载，第二力测量传感器B针对0％到30％的额定负载范围来设计。
图2示出了挤压力传感器，其总体上配设有附图标记20。挤压力传感器20具有用于圆柱形容纳部22的壳体21。容纳部22包括两个力测量传感器，其为具有溅镀的应变传感器的钢传感器，其用附图标记A、B表示。如果力F作用于容纳部22，则容纳部22弹性形变。容纳部22的形变通过应变传感器转换成电测量信号，所述应变传感器的电阻随着伸展改变。
第一力测量传感器A设计用于检测从0MN到100MN的最大额定负载的标称范围；其可以检测相对于最大额定负载的0％到100％的范围。力测量传感器A在相对于额定负载范围的最大值的0％到110％的范围中具有例如终值的0.25％的测量精度。
相对于力传感器A的最大额定负载，第二力测量传感器B针对0％-典型30％的额定负载范围来设计。第二力测量传感器具有终值的典型0.1％的测量精度。
在图3中示意性地示出了液压缸30。液压缸30包括缸体31和活塞杆32。活塞杆32以可运动的方式设置在缸体31中。缸体31设置有用于流体的入口33和出口34。活塞杆32相对于缸体31的运动方向可以通过将流体输送到缸体31中来调节。此外，活塞杆设置有两个力测量传感器A、B。
力测量传感器具有不同的结构类型。力测量传感器A是膜应变测量条，其设计用于检测0-100MN的额定负载范围。力测量传感器B是力测量销，其设计用于检测0-30％的负载范围。
图4示出了例如用于移动起重机的根据本发明的力测量系统40，其配设有轴42。轴42设置有滑轮41，绳索43通过滑轮来引导。拉伸力Fz通过绳索和滑轮作用于重物m。由此，轴42通过滑轮承受负荷。
为了检测轴42的负荷，轴配设有呈应变测量条形式的第一力测量传感器A和第二力测量传感器B，其同样为应变测量条形式。力测量传感器A检测0-1MN的额定负载范围。力测量传感器B设计用于检测0-15％的子范围。力测量传感器设置为，使得在力作用于轴42上时使力测量传感器A伸展而使力测量传感器B压紧。
在图5中示出了弯曲棒，如其例如可以使用在平台称重(Plattformverwiegung)中那样。弯曲棒，其总体上配设有附图标记50。弯曲棒50设置有根据本发明的力测量系统，其包括两个力测量传感器A和B。力测量传感器A是DMS传感器。力测量传感器B同样是DMS传感器或压电传感器。
如果在区域51中力F作用于弯曲棒51，则力测量传感器A被压紧而压力传感器B伸展。力测量传感器B与力测量传感器A相比具有更高的测量灵敏度；其设计用于检测0到10kN的范围。由此，确保在该范围中尽可能精确地检测力。
图6示出了拉伸测量接片或测量组件，如其例如使用在起重机中那样，或作为组件提升容器。拉伸测量接片总体上配设有附图标记60。通过使两个耦接点分离，其可以是旋锁的区段，该旋锁适于通过转动在角部闭锁地用于提升和称重容器。
拉伸测量接片或测量组件在纵向方向上延伸，其包括用于直接拉伸分辨的第一力测量传感器A和更为敏感的第二力测量传感器B。
第一力测量传感器A设置为使得当在纵向方向或轴向方向上将力F作用于拉伸测量接片60上时，使第一力测量传感器A伸展。第一力测量传感器设计用于检测额定负载范围，其从0MN延伸到100MN的最大值。
第二力测量传感器B是力测量销，其旋入测量组件60的拉伸测量接片的孔中。为此，孔设置有内螺纹。力测量销B具有头区段62，用于将工具、螺纹区段63与内螺纹接合，用以接合到孔的内螺纹中，以及具有传感器区段64和用于接触拉伸测量接片和用于将力引入传感器区段64中的区段65。
力测量销旋入拉伸测量接片、测量组件60的孔中，使得其被压紧并且由此被预紧。也就是说，区段65与孔的内螺纹接触并且在拉伸测量接片去负荷时将对应于预紧的力引入传感器区段64中。
如果在纵向方向上将力作用于测量组件60的拉伸测量接片上，第二力测量传感器B松弛，使得作用于其上的应力减小。借助应力的减小可以推断出在纵向方向上作用于拉伸测量接片的力。
预紧确定了力测量销的测量范围。利用这样的力测量销可以最大地检测力，其对应于销的预紧力和拉伸测量接片的伸展。设置有高预紧的力测量销因此可以检测较大的测量范围。当然，力测量销的测量精度随着预紧升高。就此而言，最佳设定的预紧对于相应的子区域的最佳的分辨是重要的。
如果在纵向方向上作用于测量组件的拉伸测量接片的力补偿预紧力，达到利用力测量销最大可检测的负载，其中预紧力在拉伸测量接片去负荷时作用于力传感器上。根据本发明，力测量销设计为使得其检测由力测量传感器A检测的额定负载范围的子范围，即范围从终值的0-30％的力。
力测量传感器A、B分别产生传感器信号S1、S2，其作为输入信号施加在分析单元AWE上。分析单元AWE在确定其输出总信号SA时考虑传感器信号S1、S2。
在最简单的情况下，为分析单元AWE预设传感器信号S1的边界值。该边界值确定，直至哪个传感器信号值，传感器信号S1与传感器信号S2相比具有更高的测量精度。
直到传感器信号S1达到边界值，传感器信号S1与传感器信号S2相比具有更高的测量精度。输出信号SA因此唯一地由传感器信号S1形成或根据传感器信号S1形成。
一旦传感器信号S1达到边界值，输出信号SA由传感器信号S2形成。以此方式，分析单元AWE分别确定更好的值并且由此形成输出总信号SA。明显的是，在根据两个不同的传感器信号进行分析(例如具有其传感器典型的范围的测量应力)内，统一的传感器输出信号转换成任意工业格式，并且可以输出，譬如HART、Profibus或也作为模拟4-20mA信号，其可以通过用户接口来参数化或配置。此外可能的是，信号可以通过无线电以无线方式输出。
在图7A中示出了图6中的测量组件60的拉伸测量接片的一部分。图7A还示出了力测量销B的传感器区段64和接触区段65的剖面。
在图7A中，力测量销B预紧并且拉伸测量接片60并未承受负荷。因此，接触区段65贴靠在钻孔的内壁上并且将由力测量销的预紧引起的力引导到传感器区段64中。
图7B示出了当力测量销B完全去负荷时图7A中的测量组件的拉伸测量接片。接触区段65在此状态下与钻孔的内壁脱离并且由此与力测量系统的负载穿过的结构去耦。这具有如下优点：力测量销B可以受在拉伸测量接片60上的其他力并不过载或损伤。至少负载测量销的传感器在额定负载范围内以及在额定负载范围之上过载时尤其从预定的负荷值或去负荷值起以简单的方式和方法在构造上受保护以免过载。
在图8中示出了测量组件80的拉伸测量接片的可替选的实施形式。其作为钻孔中的剖面示出了所旋入的力测量销B的尖端尤其是其传感器区段84和接触区段85。根据图8的实施形式与根据图7A、7B的实施形式不同在于，在钻孔中设置有硬化的板86，并且力测量消B的接触区段85贴靠在板86上。硬化的区段与用来制造拉伸测量接片的材料相比具有更大的硬度。板86示出了更小的磨损并且不倾向于持续形变，其会妨碍测量精度。
图9A示出了带有设置在钻孔中的硬化的板96的测量组件90的拉伸测量接片的可替选的设计方案，该板具有用于力测量销的构建为球形拱顶的接触区段95的凹进部97。接触区段95通过球体形成，其与传感器区段94作用连接。由此，确保了从拉伸测量接片到力测量销的优化的力传递。
硬化的板96由硬化的钢或硬金属材料或合金或陶瓷制成。其可以在大的力负荷下当然被偏转。通过虚线示出硬化的板96的这样的偏转。
图9B示出了可插入到测量组件90的拉伸测量接片的孔中的带有用于构成为球体拱顶的接触区段的凹进部97的板96的可替选的设计方案，其在其弯折和贴靠方面来优化。板96设计为弹性的，使得传感器并不脱离。
图10A示意性地示出了由第一力测量传感器产生的传感器信号S1和由敏感的第二力测量传感器产生的传感器信号S2的信号曲线的曲线图。
具体而言，在此存在，第一和第二力测量传感器彼此不同在于，第一力测量传感器设计用于检测拉力负荷和/或压力负荷的一个或更好地(所有)额定负载范围，并且第二力测量传感器设计用于检测额定负载范围的仅仅一个子范围。
信号S1在此情况下在该曲线图上覆盖额定负载范围，即在范围从0N到最大值“max.”的负载。由第二力测量传感器产生的传感器信号S2仅检测额定负载范围的子范围，即，例如0-30％的负载范围。
两个传感器信号S1、S2施加在分析单元AWE(未示出)上，该分析单元根据传感器信号S1、S2确定输出总信号SA，其例如以HART或Profibus或4-20mA标准输出。
尤其是分析单元配置为使得其始终使用在质量上更好的信号来生产输出信号。这样，这在图10中尤其是信号S2，其在低负载时与具有信号S1的第一传感器相比更精确地分辨。由于传感器更敏感，传感器也在此而言在构造上受保护以免在交点S之上的过载，例如如图7-9中所示。然而，这也可以在构造上不同地解决。
根据图10B，在此情况下也可考虑的是，两个传感器信号S1、S2仅覆盖额定负载范围的子范围，并且在中间值(交点S)之下得到共同的传递范围根据分析单元的配置，输出总信号SA可以在确定的点或范围中在传感器信号S1或S2的共同的范围内生成。
第一和第二力测量传感器于是不同在于，使得第一力测量传感器设计用于检测拉力负荷和/或压力负荷的额定负载范围的第一范围，而第二力测量传感器设计用于检测额定负载范围的第二子范围。优选地，一个传感器在下范围中的份额与另一传感器的份额更小，所述另一传感器分辨更高的范围。两个范围在一个区域中或在一个点中相交，其中在负荷升高时也可以存在用于传递的点或范围，并且在负荷下降时存在另一点或区域。此外，在传递时或决定从什么时刻起使用另一传感器信号时可以行经确定的路程或确定的范围，在其中比较两个信号并且检验可靠性。尤其，为此可以使用比较值或所存储的以前的来自存储器的测量数据。
此外可能的是，只要总是进入负载状态(在共同的范围内始终比较两个传感器信号并且分析、识别和补偿老化引起的漂移)，或在与标记的值偏差过大时输出故障信号。此外可考虑的是，传感器信号从确定的测量值起才接通或关断，使得单个传感器信号的信号曲线(S1或S2)阶梯形地伸展。尤其，也可能的是，传感器信号S1尤其在下范围中在点“S”之内曲线地伸展，或受强的噪声影响——通过第二传感器S2根据本发明尤其改进了该作用。
如在图10C中所示，也可考虑的是，两个传感器信号S1、S2相同形式地相对于拉伸或挤压定向地输出信号，其中根据负荷类型或应用在固定的点S处从传感器信号可以切换到另一传感器信号。同样，一个传感器可以响应于拉伸承受负荷而另一传感器响应于挤压去负荷，其中信号尽管在正的值中根据附着的负载输出和处理。尤其，信号输出S1/S2以直线行驶伸展，其中其逼近或最佳逼近传感器的值输出曲线。同样可能的是，传递点S或负载范围被配置来进行切换并且可在分析中存储，或可以手动地在传感器源之间任意地来回切换(例如来自控制室或操作站)。
双传感器装置的本发明并不限于前面详述的实施例。其可以在后续的权利要求中的范围内予以修改。同样，来自从属权利要求的各个方面可以彼此组合。

Claims (16)

1.一种用于测量作用于结构上的拉力负荷和/或压力负荷的力测量系统，其中该结构配设有第一力测量传感器和第二力测量传感器，
其特征在于，
第一力测量传感器和第二力测量传感器在这样的意义上彼此区别，即，第一力测量传感器设计用于检测拉力负荷和/或压力负荷的额定负载范围的第一范围，而第二力测量传感器设计用于检测该额定负载范围的第二子范围。
2.根据权利要求1所述的力测量系统，
其特征在于，
第一和第二力测量传感器在这样的意义上彼此区别，即，第一力测量传感器设计用于检测拉力负荷和/或压力负荷的额定负载范围，并且第二力测量传感器设计用于检测额定负载范围的仅仅一个子范围。
3.根据权利要求1或2所述的力测量系统，
其特征在于，
额定负载范围由拉力负荷和/或压力负荷的最小值和最大值限定，并且所述子范围分布在最小值与中间值之间或在中间值与最大值之间。
4.根据权利要求1所述的力测量系统，
其特征在于，
额定负载范围分布在拉力负荷和/压力负荷的最小值与最大值之间，并且子范围分布在大于最小值的下中间值与小于最大值的上中间值之间。
5.根据上述权利要求之一所述的力测量系统，
其特征在于，
子范围覆盖额定负载范围的最大70％、优选最大50％和特别优选最大30％。
6.根据上述权利要求之一所述的力测量系统，
其特征在于，
第一力测量传感器和第二力测量传感器在其结构类型、负荷类型和/或其测量灵敏度方面不同。
7.根据上述权利要求之一所述的力测量系统，
其特征在于，
第一力测量传感器和第二力测量传感器设计为，在力作用于该结构时所述力测量传感器中的一个力测量传感器被压紧而另一个力测量传感器被伸展。
8.根据上述权利要求之一所述的力测量系统，
其特征在于，
第二力测量传感器具有被预紧的测量元件，所述测量元件在力以与预紧相反的力方向作用于所述结构上时被去负荷。
9.根据上述权利要求之一所述的力测量系统，
其特征在于，
第一力测量传感器和/或第二力测量传感器是力测量销、应变测量螺丝、应变测量片或具有溅镀的应变传感器的钢传感器或压电传感器。
10.根据上述权利要求之一所述的力测量系统，
其特征在于，
第一力测量传感器和/或第二力测量传感器设置在所述结构的钻孔中。
11.根据权利要求10所述的力测量系统，
其特征在于，
在钻孔中设置有硬化的成型体，第二力测量传感器的测量体为了产生预紧被压紧到该成型体上，其中，测量体具有构成为球拱的接触区段，该接触区段容纳在硬化的成型体的凹进部中或者硬化的成型体设计为弹性的。
12.根据上述权利要求之一所述的力测量系统，
其特征在于，
力测量系统包括分析单元，该分析单元设计用于分析由第一力测量传感器产生的第一测量信号和由第二力测量传感器产生的第二测量信号，其中，在分析单元的输出端上施加输出信号，该输出信号考虑所述第一测量信号和所述第二测量信号，其中，为分析单元能够预设边界值，并且根据负荷使用第一测量信号或第二测量信号用以生产输出信号。
13.根据上述权利要求之一所述的力测量系统，
其特征在于，
至少一个传感器在标称范围内从确定的负荷值或去负荷值起在构造上受保护以免过载。
14.根据权利要求13所述的力测量系统，
其特征在于，
覆盖下测量范围的所述至少一个传感器在机械上被去负荷或从确定的值或值范围起与力测量系统的结构去耦。
15.一种用于借助根据权利要求1至13中任一项所述的力测量系统测量结构的拉力负荷和/或压力负荷的方法，包括如下方法步骤：
(a)借助第一力测量传感器检测通过拉力负荷和/或压力负荷引起的力，以获得第一测量信号，
(b)借助第二力测量传感器检测力，以获得第二测量信号，
(c)分析第一测量信号和第二测量信号，
其特征在于，
第一力测量传感器检测额定负载范围或额定负载范围的第一子范围，并且第二力测量传感器检测额定负载范围的第二子范围，
并且根据拉力负荷/压力负荷，分析单元在使用测量信号的情况下提供输出信号，所述输出信号对应于所施加的拉力负荷/压力负荷。
16.一种用于借助根据权利要求13所述的力测量系统测量结构的拉力负荷和/或压力负荷的方法,
其特征在于，
分析单元配置为，始终使用质量上更好的测量信号来生成输出信号。
CN201610204069.5A 2015-04-17 2016-04-01 具有双传感器的力测量系统 Active CN106404259B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015004937.2A DE102015004937A1 (de) 2015-04-17 2015-04-17 Kraftmesssystem mit Doppelsensor
DE102015004937.2 2015-04-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106404259A true CN106404259A (zh) 2017-02-15
CN106404259B CN106404259B (zh) 2021-07-09

Family

ID=57129761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610204069.5A Active CN106404259B (zh) 2015-04-17 2016-04-01 具有双传感器的力测量系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9816884B2 (zh)
CN (1) CN106404259B (zh)
DE (1) DE102015004937A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109990888A (zh) * 2019-03-25 2019-07-09 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种大量程力测量机构
CN111033197A (zh) * 2017-07-17 2020-04-17 普兰特Gdz股份公司 用于密封件的测试条

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10386254B2 (en) * 2016-04-25 2019-08-20 The Boeing Company Fastener Status Detection System
US11213284B2 (en) * 2017-01-13 2022-01-04 Tas Medical, Inc. Systems, devices, and methods for closing an abdominal wall defect
EP3910308B1 (en) 2020-05-14 2022-08-24 Sacmi Cooperativa Meccanici Imola Societa' Cooperativa Measuring apparatus and method for capsules

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3484732A (en) * 1967-12-07 1969-12-16 Robert W Postma Dual range pressure sensor
US4706507A (en) * 1986-02-21 1987-11-17 Horiba Instruments Incorporated Torque measuring device having dual range load cells
SU1631320A2 (ru) * 1989-03-15 1991-02-28 Предприятие П/Я Г-4725 Многопредельный динамометр
CN2086900U (zh) * 1990-12-24 1991-10-16 北京理工大学 双量程测力传感器
CN2177937Y (zh) * 1993-10-26 1994-09-21 范春起 一种复合测力传感器
CN102607763A (zh) * 2011-12-20 2012-07-25 沈阳仪表科学研究院 数字式大过载比的共接口复合压力传感器
CN102798498A (zh) * 2012-08-23 2012-11-28 沈阳工业大学 一种多量程集成压力传感器芯片
CN202693164U (zh) * 2010-05-27 2013-01-23 吉林市江机民科实业有限公司 数字式双量程标准测力仪
CN103017943A (zh) * 2012-12-10 2013-04-03 大连博控科技股份有限公司 双量程式压力传感机构
CN103743512A (zh) * 2013-10-26 2014-04-23 内蒙古工业大学 带预紧力压力传感器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB903941A (en) * 1959-07-14 1962-08-22 Vyzk A Zkusebni Letecky Ustav Improvements in or relating to strain measuring devices
US4375243A (en) * 1981-03-30 1983-03-01 Doll W Gary Wide range high accuracy weighing and counting scale
JPS6196422A (ja) * 1984-10-17 1986-05-15 Tokyo Electric Co Ltd マルチレンジロ−ドセル秤
DD243985B5 (de) 1985-12-04 1993-07-29 Takraf Iff Gmbh Inst F Foerder Kraftmessachse
CH665287A5 (fr) * 1985-12-17 1988-04-29 Scaime Capteur a jauge de contrainte pour la mesure de forces.
US6502860B1 (en) * 1999-10-08 2003-01-07 Delphi Technologies, Inc. Tension sensing switch assembly
DE10060201C2 (de) * 2000-11-27 2003-01-09 Erich Brosa Messgeraete Gmbh Kraftaufnehmer für Zug- und/oder Druckkräfte
US7334489B2 (en) * 2005-08-10 2008-02-26 Custom Sensors & Technologies, Inc. Dual rate force transducer
US7436169B2 (en) * 2005-09-06 2008-10-14 International Business Machines Corporation Mechanical stress characterization in semiconductor device
US8227551B2 (en) * 2008-11-10 2012-07-24 The University Of Massachusetts Polymeric compositions, methods of manufacture thereof and articles comprising the same
GB2474363B (en) * 2009-10-09 2013-09-25 Acute Innovations Llc System for tensioning a surgical wire
DE102010033143A1 (de) * 2010-08-03 2012-02-09 Soehnle Professional Gmbh & Co. Kg Kraftmessvorrichtung und Waage
DE102012100337A1 (de) * 2012-01-16 2013-07-18 Technische Universität Darmstadt - vertreten durch den Präsidenten Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von Kräften und zur Übertragung von Kraftinformationen in haptischen Systemen

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3484732A (en) * 1967-12-07 1969-12-16 Robert W Postma Dual range pressure sensor
US4706507A (en) * 1986-02-21 1987-11-17 Horiba Instruments Incorporated Torque measuring device having dual range load cells
SU1631320A2 (ru) * 1989-03-15 1991-02-28 Предприятие П/Я Г-4725 Многопредельный динамометр
CN2086900U (zh) * 1990-12-24 1991-10-16 北京理工大学 双量程测力传感器
CN2177937Y (zh) * 1993-10-26 1994-09-21 范春起 一种复合测力传感器
CN202693164U (zh) * 2010-05-27 2013-01-23 吉林市江机民科实业有限公司 数字式双量程标准测力仪
CN102607763A (zh) * 2011-12-20 2012-07-25 沈阳仪表科学研究院 数字式大过载比的共接口复合压力传感器
CN102798498A (zh) * 2012-08-23 2012-11-28 沈阳工业大学 一种多量程集成压力传感器芯片
CN103017943A (zh) * 2012-12-10 2013-04-03 大连博控科技股份有限公司 双量程式压力传感机构
CN103743512A (zh) * 2013-10-26 2014-04-23 内蒙古工业大学 带预紧力压力传感器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111033197A (zh) * 2017-07-17 2020-04-17 普兰特Gdz股份公司 用于密封件的测试条
CN109990888A (zh) * 2019-03-25 2019-07-09 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种大量程力测量机构

Also Published As

Publication number Publication date
US9816884B2 (en) 2017-11-14
CN106404259B (zh) 2021-07-09
DE102015004937A1 (de) 2016-11-03
US20160305834A1 (en) 2016-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106404259A (zh) 具有双传感器的力测量系统
US10001419B2 (en) Spring body for a force transducer, such as a torque-and/or tension/compression-force measuring cell
US7410299B2 (en) Linear rolling bearing
US6484582B2 (en) Rolling bearing with sensing unit which can be remotely interrogated
US9249820B2 (en) Sensor-containing connection element and manufacturing method
CN102692248B (zh) 在变送器中实现的劣化传感器检测
CN103016622B (zh) 卸扣组件
US20130283942A1 (en) Connecting rod for aeronautical mechanism and aeronautical mechanism comprising such a connecting rod
US11428248B2 (en) Monitoring device and method for determining operating health of pressure medium operated device
CN107436207A (zh) 负荷检测装置
EP3097396B1 (en) A modular load structure assembly having internal strain gaged sensing
US10295417B2 (en) Load cell for measuring load on a rod
US20080115590A1 (en) Measuring a Tensile Force
EP2133665A2 (en) System and method for objective self-diagnosis of measurement device calibration condition
KR101056473B1 (ko) 계측 기기
CN108225622A (zh) 一种三维力传感器
CN117189936A (zh) 一种阀芯高压变形检测系统及其补偿系统
CN207396187U (zh) 一种大载荷试验机加载与测量的装置
US20060162419A1 (en) Measuring device with plausibility check
KR102559348B1 (ko) 금형수명 예측 시스템 및 방법
KR101664654B1 (ko) 동력구동밸브용 센서감도 교정장치 및 그 교정방법
CN105716746B (zh) 一种将外力测量转化为内力测量的测力方法及其测力装置
DE202018103377U1 (de) Kraftsensor
CN107560933A (zh) 一种大载荷试验机加载与测量的装置及方法
CN107727019A (zh) 一种具有弹性保护结构的振弦式应变传感器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230724

Address after: German Klingenberg

Patentee after: Weicayalishan and weigande Europe Co.,Ltd.

Address before: Offenbach, Germany

Patentee before: TECSIS GmbH