In this paper, the usability of a compact silicon strain gauge load cell in a weighting disdrometer for measuring the impact load of a falling raindrop is introduced for application in a multi-meteorological sensor. The silicon strain gauge load cell is based on the piezoresistive effect, which has a high linearity output from the momentum of the raindrop and the simplicity of signal processing. The weighting disdrometer shows a high sensitivity of 7.8 mV/g in static load measurement when the diaphragm thickness of the load cell is $250{\mu}m$.
In this paper, we propose a sensor with a C-shaped load cell to detect force change when a person sitting on the chair in an electrical transport-convenience vehicle is pushing ground by both heels. The load cell built in the vehicle is mechanically deformed by the vertical force owing to the human weight and the horizontal force by ground-pushing feet. The deformation rate of the load cell and its distribution are simulated using finite element analysis. In the simulation, the applied loads are preset in the range of 10 kg - 100 kg with a step size of 10 kg, and the ground-pushing force by feet is increased to 40 N with a step size of 5 N with respect to each applied load level. The resistance change of the load cell was observed to be linear in simulation as well as in measurement. the maximum difference between simulation and measurement was 0.89 % when the strain gauge constant was 2.243. The constant has a large influence on the difference. The proposed sensor was fabricated by connecting an instrument amplifier and a microcontroller to a load cell and used to detect the force by ground-pushing feet. To detect foot driving, the reference signal was set to 130% of the load, and the duration of the sensor output signal exceeding the reference signal was set to 0.6 s. In a test of a vehicle built with the proposed sensor, the footpushing force by the worker could be successfully detected even when the worker was working.
A new hydraulic tube structure for WIM sensor of a new generation is presented in this paper. The double-tube structure has been developed in order to improve the performance of the hydraulic load cell. The double-tube structure hydraulic element could be reduced by 46% in pressure changes according to temperature compared to a single-tube structure. In addition to the nonlinearity can be reduced by 67.19% at the same load condition. The hydraulic load cell shows an excellent linearity and measurement accuracy as the result of the static load test.
The FEM technique was applied to simulate the change of stress characteristics for various structural parameters and loading positions of the load cell. The output voltage of the load cell was then computed to compare with the manufactured load cell. The tendency of the stress variations of the load cell was well agreed with the basic formula of the single fixed. beam. Also, the stress characteristics according to the change of loading positions showed respective featured results as different structure. The calculated output voltages of the load cell were very close to those of the real manufactured ones.
The load cell is a force sensor and a transducer that is used to convert a physical force into a electrical signal for weighing equipment. Most conventional load cells are widely used a metal foil strain gauge for sensing element when force being applied spring element in order to converts the deformation to electrical signals. The sensitivity of a load cell is limited by its low gauge factor, hysteresis and creep. But silicon-based sensors perform with higher reliability. This paper presents the basic design and development of the silicon type load cell with an SUS630 diaphragm. The load cell consists of two parts the silicon strain gauge and the SUS630 structure with diaphragm. Structure analysis of load cell was researched by theory to optimize the load cell diaphragm design and to determine the position of peizoresistors on a silicon strain gauge. The piezo-resistors are integrated in the four points of silicon strain gauge processed by ion implantation. The thickness of the silicon strain gauge was polished by CMP under 100 ${\mu}M$. The 10 mm diameter SUS630 diaphragm was designed for loads up to 10 kg with 300 ${\mu}M$ of diaphragm thickness. The load cell was successfully tested, the variation of ${\Delta}$R(%) of four points on the silicon strain gauge is good linearity properties and sensitivity.
Seo, Jun-Pyo;Lee, Ki-Hwan;Kim, Dong-Yeob;Woo, Choong-Shik;Lee, Chang-Woo;Lee, Heon-Ho
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.1
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pp.644-653
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2018
Landslides occur frequently due to the effects of heavy rainfall and typhoons caused by climate change. Erosion control measures are needed to effectively prevent landslide damage. In order to improve their efficiency, it is necessary to quantitatively measure the sediment discharge from the mountain stream. In this study, a load cell sensor was installed in a mountain stream and the measured values were compared according to the applicability and load test type in the mountain stream. The result of the load test showed that the effect of the loading type (load test 1, 2) was low at average (loadings) of 0.4kgf and 0.6kgf at sites 1 and 2, respectively. The load factor was also derived by regression analysis to increase the accuracy of the measured values. According to the results of the load factor (normalized) to the load-cell measurement value, the output value increased by 14.8% and 24.6% in sites 1 and 2, respectively, and was calculated to be similar to the reference value. The load cell sensor enabled us to quantitatively estimate the amount of sediment discharge in the mountain stream through time series analysis with the water level and rainfall information. If the monitoring is carried out for a long time, it can be used to find the sediment discharge mechanism for the mountain stream. In addition, applying sensors such as load-cells to a mountain stream is expected to contribute to the development of related industries, such as the manufacturing of measurement sensors.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.3
s.96
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pp.222-232
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1999
This paper describes the development of a precision 3-component load cell with plate beams which may be used for measuring forces Fx, Fy and moment Mz simultaneously in industry. We have derived equations to predict the bending strains on the surface of the beams under forces or moment. We have also determined the attachment location of strain gages of each sensor and fabricated 3-component load cell. To evaluate the rated strain and interference error of each sensor, we have carried out characteristic test of precision 3-component load cell. It reveals that the rated strain calculated from the derived equations are good agreement with the results from Finite Element Method analysis.
A force sensor of 30 MN capacity using build-up technique in which three load cells of 10 MN capacity are arranged in parallel was fabricated. A column spring element was adopted as a shape of a strain gage type load cell. Temperature compensation circuits were used to reduce the error of a load cell. It was estimated that the total error of the fabricated force sensor is less than 0.1 %. The force sensor may be used to calibrate or test material testing machines above 4.5 MN capacity in industries.
Kim, Young-Sang;Sung, Hyun-Jong;Kim, Hyun-Woo;Kim, Jae-Min
Smart Structures and Systems
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v.7
no.4
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pp.303-317
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2011
A specially designed tendon, which is proposed by embedding an FBG sensor into the center king cable of a 7-wire strand tendon, was applied to monitor the prestress force and load transfer of ground anchor. A series of tensile tests and a model pullout test were performed to verify the feasibility of the proposed smart tendon as a measuring sensor of tension force and load transfer along the tendon. The smart tendon has proven to be very effective for monitoring prestress force and load transfer by measuring the strain change of the tendon at the free part and the fixed part of ground anchor, respectively. Two 11.5 m long proto-type ground anchors were made simply by replacing a tendon with the proposed smart tendon and prestress forces of each anchor were monitored during the loading-unloading step using both FBG sensor embedded in the smart tendon and the conventional load cell. By comparing the prestress forces measured by the smart tendon and load cell, it was found that the prestress force monitored from the FBG sensor located at the free part is comparable to that measured from the conventional load cell. Furthermore, the load transfer of prestressing force at the tendon-grout interface was clearly measured from the FBGs distributed along the fixed part. From these pullout tests, the proposed smart tendon is not only expected to be an alternative monitoring tool for measuring prestress force from the introducing stage to the long-term period for health monitoring of the ground anchor but also can be used to improve design practice through determining the economic fixed length by practically measuring the load transfer depth.
This paper is concerned with the nonlinear hyperelastic problem fur the incompressible characteristics of the rubber. Tension sensor is a strain gage type load cell element for a fence intrusion detection system and consists of the sensing part and the rubber housing. The analysis includes an elastic analysis and a hyperelastic analysis of a tension sensor for the deformed shape and variation of the maximum strain on the sensing part with respect to the vertical load. Numerical results show that the hyperelastic model is stiffer and less deformed than the elastic model. Comparing with the experimental test data, we know the hyperelastic model is the better approximation than the elastic model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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