具有双传感器的力测量系统技术方案

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，根据本发明专利技术提出，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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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，本专利技术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。
技术介绍
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。DD243985B5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。
技术实现思路
因此，本专利技术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，本专利技术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专利技术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。在根据本专利技术的力测量系统中，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，本专利技术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。根据本专利技术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，在根据本专利技术的力测量系统的优选的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
2015.04.17 DE 102015004937.21.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·戈伯，丹尼尔·尼德巴尔拉，奥利弗·约斯特，
申请(专利权)人：泰科思股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE