本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量作用于結(jié)構(gòu)上的拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷的力測(cè)量系統(tǒng)，其中該結(jié)構(gòu)配設(shè)有第一力測(cè)量傳感器和第二力測(cè)量傳感器。

此外，本發(fā)明涉及一種用于借助力測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量結(jié)構(gòu)的拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷的方法，包括如下方法步驟：

(a)借助第一力測(cè)量傳感器檢測(cè)通過(guò)拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷而作用于該結(jié)構(gòu)的力，以獲得第一測(cè)量信號(hào)，

(b)借助第二力測(cè)量傳感器檢測(cè)力，以獲得第二測(cè)量信號(hào)，

(c)分析第一測(cè)量信號(hào)和第二測(cè)量信號(hào)。

背景技術(shù)：

這種結(jié)構(gòu)(以下也稱作“測(cè)量結(jié)構(gòu)”)例如作為獨(dú)立的測(cè)量部件使用在承受負(fù)荷的設(shè)備和機(jī)器中，或其使這種設(shè)備和機(jī)器譬如起重機(jī)的組成部分。常見(jiàn)的測(cè)量結(jié)構(gòu)作為彎曲棒、軸、螺栓、測(cè)量接片、鉤、載體、支桿或液壓缸存在。它們?cè)诖丝梢越?jīng)受非常高的機(jī)械應(yīng)力，例如拉伸應(yīng)力、擠壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力或扭曲應(yīng)力。

為了檢測(cè)和分析組件的機(jī)械應(yīng)力，已知的是，使用具有一個(gè)或多個(gè)力測(cè)量傳感器的力測(cè)量系統(tǒng)，所述力測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)在測(cè)量結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的力。力檢測(cè)可以基于不同的測(cè)量原理，例如其可以以力測(cè)量技術(shù)或伸展測(cè)量技術(shù)來(lái)檢測(cè)。力測(cè)量傳感器提供電測(cè)量信號(hào)，其被分析以確定當(dāng)前的力和拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷。

測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度與所使用的力測(cè)量傳感器有關(guān)。其測(cè)量范圍針對(duì)最大預(yù)期的負(fù)荷而設(shè)計(jì)，并且在此也稱作“額定負(fù)載范圍”。

為了獲得更為可靠的測(cè)量信號(hào)，設(shè)置具有多個(gè)力測(cè)量傳感器的力測(cè)量系統(tǒng)。 DD 243 985 B5描述了這種力測(cè)量系統(tǒng)，在該文獻(xiàn)中也公開(kāi)了開(kāi)頭所述類型的力測(cè)量傳感器。該力測(cè)量系統(tǒng)具有多個(gè)呈應(yīng)變傳感器形式的力傳感器，其相對(duì)于測(cè)量結(jié)構(gòu)設(shè)置為使得獲得在信號(hào)強(qiáng)度方面優(yōu)化的測(cè)量信號(hào)。

如果力在大的測(cè)量范圍之上被檢測(cè)，則已知的力測(cè)量傳感器展現(xiàn)出一定的測(cè)量精度。因此，傳感器的測(cè)量精度不僅與其結(jié)構(gòu)類型有關(guān)，而且也與其標(biāo)稱測(cè)量范圍的大小有關(guān)。原則上，在測(cè)量技術(shù)上受制于分辨率對(duì)所有力測(cè)量結(jié)構(gòu)和測(cè)力計(jì)適用的是，測(cè)量精度在相應(yīng)的下負(fù)載測(cè)量范圍中相比于在上負(fù)載測(cè)量范圍中更差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明所基于的任務(wù)是提出一種用于測(cè)量結(jié)構(gòu)的拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷的力測(cè)量系統(tǒng)，該力測(cè)量系統(tǒng)能夠在大的測(cè)量范圍之上實(shí)現(xiàn)力測(cè)量，并且同時(shí)允許高的測(cè)量精度。此外，該力測(cè)量系統(tǒng)要能夠簡(jiǎn)單且成本有利地制造。

此外，本發(fā)明所基于的任務(wù)是提出一種用于測(cè)量結(jié)構(gòu)的拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷的方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的測(cè)量，同時(shí)測(cè)量精度高。

所述任務(wù)利用如在獨(dú)立權(quán)利要求中所描述的力測(cè)量系統(tǒng)來(lái)解決。

在力測(cè)量系統(tǒng)方面，該任務(wù)基于開(kāi)頭所述類型的力測(cè)量系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明通過(guò)如下方式來(lái)解決：第一力測(cè)量傳感器和第二力測(cè)量傳感器在這樣的意義上彼此區(qū)別，即，第一力測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)用于檢測(cè)拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷的額定負(fù)載范圍的第一范圍，而第二力測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)用于檢測(cè)該額定負(fù)載范圍的第二子范圍。

在此存在的是，這兩個(gè)范圍交疊，并且在下分辨范圍中第二傳感器與第一傳感器相比提供質(zhì)量上更好的測(cè)量值。

在根據(jù)本發(fā)明的力測(cè)量系統(tǒng)中，為此為該結(jié)構(gòu)配設(shè)兩個(gè)或更多個(gè)不同的力測(cè)量傳感器。所述力測(cè)量傳感器為此設(shè)計(jì)為測(cè)量在測(cè)量范圍中出現(xiàn)的力；但其彼此間在其測(cè)量范圍區(qū)間方面或在構(gòu)造結(jié)構(gòu)方面或在其額定負(fù)載類型方面不同。

在測(cè)量范圍區(qū)間方面，這些傳感器具有不同的測(cè)量靈敏度，從構(gòu)造的結(jié)構(gòu) 來(lái)看具有分別不同的結(jié)構(gòu)類型，例如常規(guī)的具有膜載體的應(yīng)變傳感器，借助薄膜技術(shù)產(chǎn)生的應(yīng)變傳感器或具有被濺鍍的應(yīng)變傳感器的鋼傳感器。從負(fù)荷可以區(qū)分，使其中一個(gè)傳感器伸展而使另一傳感器壓緊，或使其中一個(gè)傳感器承受負(fù)荷，而使另一傳感器去負(fù)荷。第一力測(cè)量傳感器和至少一個(gè)另外的第二力測(cè)量傳感器也可以分別構(gòu)建為由結(jié)構(gòu)相同的傳感器構(gòu)成的傳感器單元，其中所述傳感器至少在靈敏度方面不同。

在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的任務(wù)通過(guò)如下方式來(lái)解決：該力測(cè)量系統(tǒng)配備有兩個(gè)傳感器，并且其中第一力測(cè)量傳感器和第二力測(cè)量傳感器在這樣的意義上彼此區(qū)別，即，第一力測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)用于檢測(cè)拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷的額定負(fù)載范圍，而第二力測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)用于僅檢測(cè)該額定負(fù)載范圍的子范圍。

為了確保能夠由力測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)在結(jié)構(gòu)的測(cè)量范圍中任何預(yù)期的負(fù)荷，在力測(cè)量傳感器的優(yōu)選的實(shí)施例中即第一力測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)為，其覆蓋拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷的整個(gè)額定負(fù)載范圍。而至少一個(gè)第二力測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)為，只檢測(cè)整個(gè)額定負(fù)載范圍的一個(gè)子范圍。因此，傳感器系統(tǒng)展現(xiàn)出在測(cè)量范圍中有一定的冗余性，該測(cè)量范圍以下為了清楚也稱作“專用子范圍”。與此相反，在相關(guān)的子范圍中的測(cè)量精度更高。相比于第一力測(cè)量傳感器，第二力測(cè)量傳感器因此為了測(cè)量力在專用子范圍中具有更高的測(cè)量靈敏度、更有利的設(shè)置和/或?qū)Τ霈F(xiàn)的力更敏感的負(fù)荷類型。由此，可以滿足在該子范圍中對(duì)測(cè)量精度的特別高的要求。根據(jù)本發(fā)明的具有兩個(gè)互補(bǔ)的并且部分冗余的力測(cè)量傳感器的力測(cè)量系統(tǒng)的這種構(gòu)型以下也稱作“雙傳感器裝置”。

該力測(cè)量系統(tǒng)具有分析單元，其分析由力測(cè)量傳感器提供的測(cè)量信號(hào)。原則上，在此，關(guān)于在專用子范圍中的負(fù)荷的冗余信息可以任意地用于分析。

優(yōu)選地，在專用子范圍內(nèi)的并且由第二力測(cè)量傳感器針對(duì)其提供具有足夠信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量信號(hào)的負(fù)荷只在分析時(shí)加以考慮，或其為了分析相比于第一力測(cè)量傳感器的測(cè)量信號(hào)更高地被加權(quán)。

利用更高的測(cè)量靈敏度被檢測(cè)的專用子范圍例如與負(fù)荷的大小和類型協(xié)調(diào)，該負(fù)荷對(duì)于應(yīng)用而言是特別關(guān)鍵的，或第一力測(cè)量傳感器對(duì)于符合規(guī)定的分析只有不足夠的測(cè)量精度。

這些情況常常在額定負(fù)載范圍的邊緣處存在。因此，在力測(cè)量系統(tǒng)的第一優(yōu)選的實(shí)施形式中設(shè)計(jì)為，額定負(fù)載范圍受拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷的最小值和最大值限制，并且子范圍分布在最小值與中間值之間或在中間值與最大值之間。

第二力測(cè)量傳感器的測(cè)量范圍在此情況下在額定負(fù)載范圍的負(fù)載標(biāo)度的上端部或下端部處。

可替選地，如下結(jié)構(gòu)可以是可行的，在該結(jié)構(gòu)中在確定的負(fù)荷范圍中總是只有一個(gè)傳感器被分析，并且其中在交疊范圍中通過(guò)分析電子裝置可以切換到另一傳感器。

然而在一些應(yīng)用中可以由第一力測(cè)量傳感器充分滿足在額定負(fù)載范圍的邊界處對(duì)測(cè)量精度的要求，但在負(fù)荷標(biāo)度的中間范圍中存在對(duì)測(cè)量精度的提高的要求。鑒于此，證明有利的是，額定負(fù)載范圍分布在拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷的最小值與最大值之間，并且子范圍分布在大于最小值的下中間值與小于最大值的上中間值之間。

在該實(shí)施形式中，第二力測(cè)量傳感器的專用子范圍覆蓋整個(gè)額定負(fù)載范圍的中間范圍，而不包括其邊界值。

與整個(gè)額定負(fù)載范圍相比專用子范圍越窄，則冗余信息的范圍越小，但其也越精確。鑒于此，已驗(yàn)證的是，子范圍覆蓋額定負(fù)載范圍的最大70％、優(yōu)選最大50％和特別優(yōu)選最大30％。

如上面已闡述的那樣，專用子范圍在額定負(fù)載范圍的邊緣處或在其中部。但小于額定負(fù)載范圍的5％的大小通常說(shuō)服力不足。

已證明有利的是，第一力測(cè)量傳感器和第二力測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)為，在力作用于該結(jié)構(gòu)時(shí)所述力測(cè)量傳感器中的一個(gè)力測(cè)量傳感器被壓緊而另一個(gè)力測(cè)量傳感器被伸展。

通過(guò)借助針對(duì)不同的負(fù)荷類型(壓緊和伸展)設(shè)計(jì)的力測(cè)量傳感器檢測(cè)作用于測(cè)量結(jié)構(gòu)的力得到在冗余測(cè)量范圍中的附加信息。

如果第二力測(cè)量傳感器僅針對(duì)潛在作用于測(cè)量結(jié)構(gòu)的總負(fù)荷的子范圍而設(shè)計(jì)，則出現(xiàn)如下問(wèn)題：該第二力測(cè)量傳感器在力超出其設(shè)計(jì)的情況下會(huì)損毀。為了避免這，在根據(jù)本發(fā)明的力測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)選的實(shí)施形式中設(shè)計(jì)為，第二力 測(cè)量傳感器具有預(yù)緊的測(cè)量元件，該測(cè)量元件在力以與預(yù)緊相反的力方向作用于該結(jié)構(gòu)上時(shí)被去負(fù)荷。在此意義下即使在并非安裝結(jié)構(gòu)相同的傳感器時(shí)這里說(shuō)的也是“雙傳感器裝置”。

預(yù)緊和力具有相反的方向或方向分量。因此，作用于測(cè)量元件上的力減小了應(yīng)力，更確切地說(shuō)減小了測(cè)量元件所處的預(yù)緊。應(yīng)力的降低與作用力成比例或以其他已知的方式與其關(guān)聯(lián)。應(yīng)力減小的程度因此最后提供了第二力測(cè)量傳感器的關(guān)于作用于測(cè)量結(jié)構(gòu)上的負(fù)荷的信息。一旦與預(yù)緊逆向的力分量與預(yù)緊一樣高，則測(cè)量元件優(yōu)選被完全去負(fù)荷。由此，可靠地避免了損毀，而第二力測(cè)量傳感器于是也不能提供關(guān)于當(dāng)前作用力的其他信息。

如下實(shí)施形式已特別驗(yàn)證，其中第一力測(cè)量傳感器和/或第二力測(cè)量傳感器是力測(cè)量銷、應(yīng)變測(cè)量螺絲、應(yīng)變測(cè)量片或具有濺鍍的應(yīng)變傳感器的鋼傳感器。

在關(guān)于力測(cè)量系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行安全性方面優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，第一力測(cè)量傳感器和/或第二力測(cè)量傳感器可選地設(shè)置在結(jié)構(gòu)的共同的鉆孔中或按傳感器分開(kāi)的鉆孔中。但可替選地，兩個(gè)傳感器也可以安置在負(fù)載測(cè)量部件之外、其外側(cè)之上，例如為兩個(gè)DMS測(cè)量條形式。

通過(guò)在結(jié)構(gòu)的鉆孔中的設(shè)置在很大程度上消除了由于磨損和其他污物以及不期望的對(duì)力測(cè)量傳感器的機(jī)械和腐蝕性作用造成的損害。鉆孔因此優(yōu)選是密封的。

在此情況下，也已證明為有利的是，在鉆孔中設(shè)置有硬化的成型體，第二力測(cè)量傳感器的測(cè)量體為了產(chǎn)生預(yù)緊被壓緊到該成型體上，其中測(cè)量體優(yōu)選具有構(gòu)成為球拱的接觸區(qū)段，該接觸區(qū)段容納在硬化的成型體的凹進(jìn)部中。

成型體的表面的硬度防止塑性變形，其可能由于預(yù)緊而出現(xiàn)并且會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。在成型體與測(cè)量體之間的接觸區(qū)段實(shí)施為球形拱頂和對(duì)應(yīng)的凹進(jìn)部防止由于預(yù)緊引起的移位。

在此情況下也已驗(yàn)證的是，硬化的成型體設(shè)計(jì)為彈性的，使得硬化的成型體在拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷下不與成型體脫離。

優(yōu)選地，力測(cè)量系統(tǒng)包括分析單元，該分析單元設(shè)計(jì)用于分析由第一力測(cè)量傳感器產(chǎn)生的第一測(cè)量信號(hào)和由第二力測(cè)量傳感器產(chǎn)生的第二測(cè)量信號(hào)，其 中在分析單元的輸出端上施加輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)考慮第一測(cè)量信號(hào)和第二測(cè)量信號(hào)。

在輸出信號(hào)中考慮第一測(cè)量信號(hào)和第二測(cè)量信號(hào)在最簡(jiǎn)單的情況下通過(guò)對(duì)第二測(cè)量信號(hào)的單獨(dú)分析進(jìn)行，只要第二力測(cè)量傳感器提供在專用子范圍內(nèi)的測(cè)量信號(hào)，其信號(hào)強(qiáng)度在預(yù)設(shè)的邊界值之上；并且其余通過(guò)對(duì)第一測(cè)量信號(hào)的單獨(dú)分析進(jìn)行。

對(duì)此可替選地或補(bǔ)充地，也已證明有利的是，分析單元可以預(yù)設(shè)邊界值，并且根據(jù)第一測(cè)量信號(hào)是否超過(guò)邊界值，第一測(cè)量信號(hào)或第二測(cè)量信號(hào)形成輸出信號(hào)。

在方法方面，上述任務(wù)基于開(kāi)頭所述類型的用于測(cè)量結(jié)構(gòu)的拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷的方法根據(jù)本發(fā)明通過(guò)如下方式來(lái)解決：第一力測(cè)量傳感器檢測(cè)額定負(fù)載范圍，并且第二力測(cè)量傳感器檢測(cè)額定負(fù)載范圍的子范圍。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在測(cè)量結(jié)構(gòu)的測(cè)量范圍中出現(xiàn)的相同的力借助至少兩個(gè)力測(cè)量傳感器來(lái)檢測(cè)，其在其測(cè)量范圍區(qū)間方面或在構(gòu)造結(jié)構(gòu)上或在其標(biāo)稱負(fù)荷類型方面彼此不同。

第一力測(cè)量傳感器在此檢測(cè)任意由力測(cè)量系統(tǒng)預(yù)期的負(fù)荷，其覆蓋拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷的整個(gè)額定負(fù)載范圍。而至少一個(gè)另外力測(cè)量傳感器(第二力測(cè)量傳感器)設(shè)計(jì)為，其只檢測(cè)整個(gè)額定負(fù)載范圍的一個(gè)子范圍。相比于第一力測(cè)量傳感器，第二力測(cè)量傳感器因此為了測(cè)量力在專用子范圍中以及在整個(gè)負(fù)載分辨率的下范圍中具有更高的測(cè)量靈敏度、更有利的設(shè)置和/或?qū)Τ霈F(xiàn)的力更敏感的負(fù)荷類型。通過(guò)“雙傳感器裝置”可以滿足在整個(gè)負(fù)載分辨率的子范圍中對(duì)測(cè)量精度的特別高的要求。

利用更高的測(cè)量靈敏度被檢測(cè)的專用子范圍例如與負(fù)荷的大小和類型協(xié)調(diào)，該負(fù)荷對(duì)于應(yīng)用而言是特別關(guān)鍵的，或第一力測(cè)量傳感器對(duì)于符合規(guī)定的分析只有不足夠的測(cè)量精度。

原則上，關(guān)于在專用子范圍中的負(fù)荷的冗余信息可以用于分析在測(cè)量結(jié)構(gòu)的測(cè)量范圍中的負(fù)荷。

優(yōu)選地，對(duì)由力測(cè)量傳感器提供的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行分析，使得在處于專用子 范圍內(nèi)的并且由第二力測(cè)量傳感器提供的力作用于測(cè)量結(jié)構(gòu)上時(shí)僅進(jìn)行分析，并且與第一力測(cè)量傳感器的測(cè)量信號(hào)相比、在測(cè)量信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度在預(yù)設(shè)的邊界值(其也可以為零)之上的前提條件下，對(duì)于分析更高地加權(quán)。

附圖說(shuō)明

以下參照實(shí)施例和附圖更為詳細(xì)地闡述了本發(fā)明。

圖1示出了例如用于起重機(jī)的具有兩個(gè)傳感器的拉伸測(cè)量接片。

圖2示出了帶有雙傳感器裝置的擠壓力傳感器。

圖3示出了在液壓缸上具有雙傳感器裝置的力測(cè)量系統(tǒng)。

圖4示出了在軸上具有雙傳感器裝置的力測(cè)量系統(tǒng)。

圖5示出了在彎曲棒上具有雙傳感器裝置的力測(cè)量系統(tǒng)。

圖6示出了具有用于直接拉伸分辨的第一傳感器A和更敏感的第二傳感器B的拉伸測(cè)量接片，該第二傳感器通過(guò)旋入來(lái)預(yù)緊。

圖7A在圖6中的拉伸測(cè)量接片中作為剖面示出了被旋入的傳感器區(qū)段B的尖端貼靠在鉆孔中。

圖7B在圖6中的拉伸測(cè)量接片中作為剖面示出了當(dāng)傳感器完全去負(fù)荷時(shí)所旋入的傳感器區(qū)段B的尖端脫離。

圖8在圖6中的拉伸測(cè)量接片中作為剖面示出了被旋入的傳感器區(qū)段B的尖端經(jīng)由硬化的板貼靠在鉆孔中。

圖9A在圖6中的拉伸測(cè)量接片中所旋入的傳感器區(qū)段B的尖端經(jīng)由硬化的板貼靠在鉆孔中的剖面，其中球體被插入并且板具有用于球體的容納部。

圖9B示出了可以置入拉伸測(cè)量接片中的在圖9A中的板，其中板對(duì)于彎折和貼靠來(lái)優(yōu)化。

圖10示出了第一力測(cè)量傳感器和第二力測(cè)量傳感器根據(jù)在測(cè)量范圍上作用的負(fù)載的信號(hào)曲線。

具體實(shí)施方式

圖1示出了用于起重機(jī)的拉伸測(cè)量接片，其總體上配設(shè)有附圖標(biāo)記1。拉伸測(cè)量接片1設(shè)計(jì)為，其可以檢測(cè)作用于其上的力F(F1、F2，優(yōu)選F1＝F2)并且可以傳輸給起重機(jī)的分析單元(未示出)。

拉伸測(cè)量接片1包括力測(cè)量系統(tǒng)，該力測(cè)量系統(tǒng)包括第一力測(cè)量傳感器A和第二力測(cè)量傳感器B。第一力測(cè)量傳感器A和第二力測(cè)量傳感器B分別包括兩個(gè)彼此垂直取向的應(yīng)變測(cè)量條。應(yīng)變測(cè)量條是膜應(yīng)變測(cè)量條。第一力測(cè)量傳感器A設(shè)計(jì)用于檢測(cè)從0兆牛頓(MN)到一百兆牛頓(MN)的最大額定負(fù)載的標(biāo)稱范圍；其可以檢測(cè)相對(duì)于最大額定負(fù)載的0％到100％的范圍。力測(cè)量傳感器A在相對(duì)于額定負(fù)載范圍的最大值的0％到110％的范圍中具有例如終值的0.25％的測(cè)量精度。

相對(duì)于力傳感器A的最大額定負(fù)載，第二力測(cè)量傳感器B針對(duì)0％到30％的額定負(fù)載范圍來(lái)設(shè)計(jì)。

圖2示出了擠壓力傳感器，其總體上配設(shè)有附圖標(biāo)記20。擠壓力傳感器20具有用于圓柱形容納部22的殼體21。容納部22包括兩個(gè)力測(cè)量傳感器，其為具有濺鍍的應(yīng)變傳感器的鋼傳感器，其用附圖標(biāo)記A、B表示。如果力F作用于容納部22，則容納部22彈性形變。容納部22的形變通過(guò)應(yīng)變傳感器轉(zhuǎn)換成電測(cè)量信號(hào)，所述應(yīng)變傳感器的電阻隨著伸展改變。

第一力測(cè)量傳感器A設(shè)計(jì)用于檢測(cè)從0MN到100MN的最大額定負(fù)載的標(biāo)稱范圍；其可以檢測(cè)相對(duì)于最大額定負(fù)載的0％到100％的范圍。力測(cè)量傳感器A在相對(duì)于額定負(fù)載范圍的最大值的0％到110％的范圍中具有例如終值的0.25％的測(cè)量精度。

相對(duì)于力傳感器A的最大額定負(fù)載，第二力測(cè)量傳感器B針對(duì)0％-典型30％的額定負(fù)載范圍來(lái)設(shè)計(jì)。第二力測(cè)量傳感器具有終值的典型0.1％的測(cè)量精度。

在圖3中示意性地示出了液壓缸30。液壓缸30包括缸體31和活塞桿32。活塞桿32以可運(yùn)動(dòng)的方式設(shè)置在缸體31中。缸體31設(shè)置有用于流體的入口33和出口34。活塞桿32相對(duì)于缸體31的運(yùn)動(dòng)方向可以通過(guò)將流體輸送到缸體31中來(lái)調(diào)節(jié)。此外，活塞桿設(shè)置有兩個(gè)力測(cè)量傳感器A、B。

力測(cè)量傳感器具有不同的結(jié)構(gòu)類型。力測(cè)量傳感器A是膜應(yīng)變測(cè)量條，其設(shè)計(jì)用于檢測(cè)0-100MN的額定負(fù)載范圍。力測(cè)量傳感器B是力測(cè)量銷，其設(shè)計(jì)用于檢測(cè)0-30％的負(fù)載范圍。

圖4示出了例如用于移動(dòng)起重機(jī)的根據(jù)本發(fā)明的力測(cè)量系統(tǒng)40，其配設(shè)有軸42。軸42設(shè)置有滑輪41，繩索43通過(guò)滑輪來(lái)引導(dǎo)。拉伸力F_z通過(guò)繩索和滑輪作用于重物m。由此，軸42通過(guò)滑輪承受負(fù)荷。

為了檢測(cè)軸42的負(fù)荷，軸配設(shè)有呈應(yīng)變測(cè)量條形式的第一力測(cè)量傳感器A和第二力測(cè)量傳感器B，其同樣為應(yīng)變測(cè)量條形式。力測(cè)量傳感器A檢測(cè)0-1MN的額定負(fù)載范圍。力測(cè)量傳感器B設(shè)計(jì)用于檢測(cè)0-15％的子范圍。力測(cè)量傳感器設(shè)置為，使得在力作用于軸42上時(shí)使力測(cè)量傳感器A伸展而使力測(cè)量傳感器B壓緊。

在圖5中示出了彎曲棒，如其例如可以使用在平臺(tái)稱重(Plattformverwiegung)中那樣。彎曲棒，其總體上配設(shè)有附圖標(biāo)記50。彎曲棒50設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的力測(cè)量系統(tǒng)，其包括兩個(gè)力測(cè)量傳感器A和B。力測(cè)量傳感器A是DMS傳感器。力測(cè)量傳感器B同樣是DMS傳感器或壓電傳感器。

如果在區(qū)域51中力F作用于彎曲棒51，則力測(cè)量傳感器A被壓緊而壓力傳感器B伸展。力測(cè)量傳感器B與力測(cè)量傳感器A相比具有更高的測(cè)量靈敏度；其設(shè)計(jì)用于檢測(cè)0到10kN的范圍。由此，確保在該范圍中盡可能精確地檢測(cè)力。

圖6示出了拉伸測(cè)量接片或測(cè)量組件，如其例如使用在起重機(jī)中那樣，或作為組件提升容器。拉伸測(cè)量接片總體上配設(shè)有附圖標(biāo)記60。通過(guò)使兩個(gè)耦接點(diǎn)分離，其可以是旋鎖的區(qū)段，該旋鎖適于通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)在角部閉鎖地用于提升和稱重容器。

拉伸測(cè)量接片或測(cè)量組件在縱向方向上延伸，其包括用于直接拉伸分辨的第一力測(cè)量傳感器A和更為敏感的第二力測(cè)量傳感器B。

第一力測(cè)量傳感器A設(shè)置為使得當(dāng)在縱向方向或軸向方向上將力F作用于拉伸測(cè)量接片60上時(shí)，使第一力測(cè)量傳感器A伸展。第一力測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)用于檢測(cè)額定負(fù)載范圍，其從0MN延伸到100MN的最大值。

第二力測(cè)量傳感器B是力測(cè)量銷，其旋入測(cè)量組件60的拉伸測(cè)量接片的孔 中。為此，孔設(shè)置有內(nèi)螺紋。力測(cè)量銷B具有頭區(qū)段62，用于將工具、螺紋區(qū)段63與內(nèi)螺紋接合，用以接合到孔的內(nèi)螺紋中，以及具有傳感器區(qū)段64和用于接觸拉伸測(cè)量接片和用于將力引入傳感器區(qū)段64中的區(qū)段65。

力測(cè)量銷旋入拉伸測(cè)量接片、測(cè)量組件60的孔中，使得其被壓緊并且由此被預(yù)緊。也就是說(shuō)，區(qū)段65與孔的內(nèi)螺紋接觸并且在拉伸測(cè)量接片去負(fù)荷時(shí)將對(duì)應(yīng)于預(yù)緊的力引入傳感器區(qū)段64中。

如果在縱向方向上將力作用于測(cè)量組件60的拉伸測(cè)量接片上，第二力測(cè)量傳感器B松弛，使得作用于其上的應(yīng)力減小。借助應(yīng)力的減小可以推斷出在縱向方向上作用于拉伸測(cè)量接片的力。

預(yù)緊確定了力測(cè)量銷的測(cè)量范圍。利用這樣的力測(cè)量銷可以最大地檢測(cè)力，其對(duì)應(yīng)于銷的預(yù)緊力和拉伸測(cè)量接片的伸展。設(shè)置有高預(yù)緊的力測(cè)量銷因此可以檢測(cè)較大的測(cè)量范圍。當(dāng)然，力測(cè)量銷的測(cè)量精度隨著預(yù)緊升高。就此而言，最佳設(shè)定的預(yù)緊對(duì)于相應(yīng)的子區(qū)域的最佳的分辨是重要的。

如果在縱向方向上作用于測(cè)量組件的拉伸測(cè)量接片的力補(bǔ)償預(yù)緊力，達(dá)到利用力測(cè)量銷最大可檢測(cè)的負(fù)載，其中預(yù)緊力在拉伸測(cè)量接片去負(fù)荷時(shí)作用于力傳感器上。根據(jù)本發(fā)明，力測(cè)量銷設(shè)計(jì)為使得其檢測(cè)由力測(cè)量傳感器A檢測(cè)的額定負(fù)載范圍的子范圍，即范圍從終值的0-30％的力。

力測(cè)量傳感器A、B分別產(chǎn)生傳感器信號(hào)S₁、S₂，其作為輸入信號(hào)施加在分析單元AWE上。分析單元AWE在確定其輸出總信號(hào)S_A時(shí)考慮傳感器信號(hào)S₁、S₂。

在最簡(jiǎn)單的情況下，為分析單元AWE預(yù)設(shè)傳感器信號(hào)S₁的邊界值。該邊界值確定，直至哪個(gè)傳感器信號(hào)值，傳感器信號(hào)S₁與傳感器信號(hào)S₂相比具有更高的測(cè)量精度。

直到傳感器信號(hào)S₁達(dá)到邊界值，傳感器信號(hào)S₁與傳感器信號(hào)S₂相比具有更高的測(cè)量精度。輸出信號(hào)S_A因此唯一地由傳感器信號(hào)S₁形成或根據(jù)傳感器信號(hào)S₁形成。

一旦傳感器信號(hào)S₁達(dá)到邊界值，輸出信號(hào)S_A由傳感器信號(hào)S₂形成。以此方式，分析單元AWE分別確定更好的值并且由此形成輸出總信號(hào)S_A。明顯的 是，在根據(jù)兩個(gè)不同的傳感器信號(hào)進(jìn)行分析(例如具有其傳感器典型的范圍的測(cè)量應(yīng)力)內(nèi)，統(tǒng)一的傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成任意工業(yè)格式，并且可以輸出，譬如HART、Profibus或也作為模擬4-20mA信號(hào)，其可以通過(guò)用戶接口來(lái)參數(shù)化或配置。此外可能的是，信號(hào)可以通過(guò)無(wú)線電以無(wú)線方式輸出。

在圖7A中示出了圖6中的測(cè)量組件60的拉伸測(cè)量接片的一部分。圖7A還示出了力測(cè)量銷B的傳感器區(qū)段64和接觸區(qū)段65的剖面。

在圖7A中，力測(cè)量銷B預(yù)緊并且拉伸測(cè)量接片60并未承受負(fù)荷。因此，接觸區(qū)段65貼靠在鉆孔的內(nèi)壁上并且將由力測(cè)量銷的預(yù)緊引起的力引導(dǎo)到傳感器區(qū)段64中。

圖7B示出了當(dāng)力測(cè)量銷B完全去負(fù)荷時(shí)圖7A中的測(cè)量組件的拉伸測(cè)量接片。接觸區(qū)段65在此狀態(tài)下與鉆孔的內(nèi)壁脫離并且由此與力測(cè)量系統(tǒng)的負(fù)載穿過(guò)的結(jié)構(gòu)去耦。這具有如下優(yōu)點(diǎn)：力測(cè)量銷B可以受在拉伸測(cè)量接片60上的其他力并不過(guò)載或損傷。至少負(fù)載測(cè)量銷的傳感器在額定負(fù)載范圍內(nèi)以及在額定負(fù)載范圍之上過(guò)載時(shí)尤其從預(yù)定的負(fù)荷值或去負(fù)荷值起以簡(jiǎn)單的方式和方法在構(gòu)造上受保護(hù)以免過(guò)載。

在圖8中示出了測(cè)量組件80的拉伸測(cè)量接片的可替選的實(shí)施形式。其作為鉆孔中的剖面示出了所旋入的力測(cè)量銷B的尖端尤其是其傳感器區(qū)段84和接觸區(qū)段85。根據(jù)圖8的實(shí)施形式與根據(jù)圖7A、7B的實(shí)施形式不同在于，在鉆孔中設(shè)置有硬化的板86，并且力測(cè)量消B的接觸區(qū)段85貼靠在板86上。硬化的區(qū)段與用來(lái)制造拉伸測(cè)量接片的材料相比具有更大的硬度。板86示出了更小的磨損并且不傾向于持續(xù)形變，其會(huì)妨礙測(cè)量精度。

圖9A示出了帶有設(shè)置在鉆孔中的硬化的板96的測(cè)量組件90的拉伸測(cè)量接片的可替選的設(shè)計(jì)方案，該板具有用于力測(cè)量銷的構(gòu)建為球形拱頂?shù)慕佑|區(qū)段95的凹進(jìn)部97。接觸區(qū)段95通過(guò)球體形成，其與傳感器區(qū)段94作用連接。由此，確保了從拉伸測(cè)量接片到力測(cè)量銷的優(yōu)化的力傳遞。

硬化的板96由硬化的鋼或硬金屬材料或合金或陶瓷制成。其可以在大的力負(fù)荷下當(dāng)然被偏轉(zhuǎn)。通過(guò)虛線示出硬化的板96的這樣的偏轉(zhuǎn)。

圖9B示出了可插入到測(cè)量組件90的拉伸測(cè)量接片的孔中的帶有用于構(gòu)成 為球體拱頂?shù)慕佑|區(qū)段的凹進(jìn)部97的板96的可替選的設(shè)計(jì)方案，其在其彎折和貼靠方面來(lái)優(yōu)化。板96設(shè)計(jì)為彈性的，使得傳感器并不脫離。

圖10A示意性地示出了由第一力測(cè)量傳感器產(chǎn)生的傳感器信號(hào)S₁和由敏感的第二力測(cè)量傳感器產(chǎn)生的傳感器信號(hào)S₂的信號(hào)曲線的曲線圖。

具體而言，在此存在，第一和第二力測(cè)量傳感器彼此不同在于，第一力測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)用于檢測(cè)拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷的一個(gè)或更好地(所有)額定負(fù)載范圍，并且第二力測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)用于檢測(cè)額定負(fù)載范圍的僅僅一個(gè)子范圍。

信號(hào)S₁在此情況下在該曲線圖上覆蓋額定負(fù)載范圍，即在范圍從0N到最大值“max.”的負(fù)載。由第二力測(cè)量傳感器產(chǎn)生的傳感器信號(hào)S₂僅檢測(cè)額定負(fù)載范圍的子范圍，即，例如0-30％的負(fù)載范圍。

兩個(gè)傳感器信號(hào)S₁、S₂施加在分析單元AWE(未示出)上，該分析單元根據(jù)傳感器信號(hào)S₁、S₂確定輸出總信號(hào)S_A，其例如以HART或Profibus或4-20mA標(biāo)準(zhǔn)輸出。

尤其是分析單元配置為使得其始終使用在質(zhì)量上更好的信號(hào)來(lái)生產(chǎn)輸出信號(hào)。這樣，這在圖10中尤其是信號(hào)S₂，其在低負(fù)載時(shí)與具有信號(hào)S₁的第一傳感器相比更精確地分辨。由于傳感器更敏感，傳感器也在此而言在構(gòu)造上受保護(hù)以免在交點(diǎn)S之上的過(guò)載，例如如圖7-9中所示。然而，這也可以在構(gòu)造上不同地解決。

根據(jù)圖10B，在此情況下也可考慮的是，兩個(gè)傳感器信號(hào)S₁、S₂僅覆蓋額定負(fù)載范圍的子范圍，并且在中間值(交點(diǎn)S)之下得到共同的傳遞范圍根據(jù)分析單元的配置，輸出總信號(hào)S_A可以在確定的點(diǎn)或范圍中在傳感器信號(hào)S₁或S₂的共同的范圍內(nèi)生成。

第一和第二力測(cè)量傳感器于是不同在于，使得第一力測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)用于檢測(cè)拉力負(fù)荷和/或壓力負(fù)荷的額定負(fù)載范圍的第一范圍，而第二力測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)用于檢測(cè)額定負(fù)載范圍的第二子范圍。優(yōu)選地，一個(gè)傳感器在下范圍中的份額與另一傳感器的份額更小，所述另一傳感器分辨更高的范圍。兩個(gè)范圍在一個(gè)區(qū)域中或在一個(gè)點(diǎn)中相交，其中在負(fù)荷升高時(shí)也可以存在用于傳遞的點(diǎn)或范圍，并且在負(fù)荷下降時(shí)存在另一點(diǎn)或區(qū)域。此外，在傳遞時(shí)或決定從什么時(shí) 刻起使用另一傳感器信號(hào)時(shí)可以行經(jīng)確定的路程或確定的范圍，在其中比較兩個(gè)信號(hào)并且檢驗(yàn)可靠性。尤其，為此可以使用比較值或所存儲(chǔ)的以前的來(lái)自存儲(chǔ)器的測(cè)量數(shù)據(jù)。

此外可能的是，只要總是進(jìn)入負(fù)載狀態(tài)(在共同的范圍內(nèi)始終比較兩個(gè)傳感器信號(hào)并且分析、識(shí)別和補(bǔ)償老化引起的漂移)，或在與標(biāo)記的值偏差過(guò)大時(shí)輸出故障信號(hào)。此外可考慮的是，傳感器信號(hào)從確定的測(cè)量值起才接通或關(guān)斷，使得單個(gè)傳感器信號(hào)的信號(hào)曲線(S₁或S₂)階梯形地伸展。尤其，也可能的是，傳感器信號(hào)S₁尤其在下范圍中在點(diǎn)“S”之內(nèi)曲線地伸展，或受強(qiáng)的噪聲影響——通過(guò)第二傳感器S₂根據(jù)本發(fā)明尤其改進(jìn)了該作用。

如在圖10C中所示，也可考慮的是，兩個(gè)傳感器信號(hào)S₁、S₂相同形式地相對(duì)于拉伸或擠壓定向地輸出信號(hào)，其中根據(jù)負(fù)荷類型或應(yīng)用在固定的點(diǎn)S處從傳感器信號(hào)可以切換到另一傳感器信號(hào)。同樣，一個(gè)傳感器可以響應(yīng)于拉伸承受負(fù)荷而另一傳感器響應(yīng)于擠壓去負(fù)荷，其中信號(hào)盡管在正的值中根據(jù)附著的負(fù)載輸出和處理。尤其，信號(hào)輸出S₁/S₂以直線行駛伸展，其中其逼近或最佳逼近傳感器的值輸出曲線。同樣可能的是，傳遞點(diǎn)S或負(fù)載范圍被配置來(lái)進(jìn)行切換并且可在分析中存儲(chǔ)，或可以手動(dòng)地在傳感器源之間任意地來(lái)回切換(例如來(lái)自控制室或操作站)。

雙傳感器裝置的本發(fā)明并不限于前面詳述的實(shí)施例。其可以在后續(xù)的權(quán)利要求中的范圍內(nèi)予以修改。同樣，來(lái)自從屬權(quán)利要求的各個(gè)方面可以彼此組合。