CN1749709A - 重量测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种重量测量装置，包括：荷重检测部件，用于不断检测置于测量盘上的样品的荷重值(W)；移动平均处理部件，用于计算检测出的荷重值(W)的移动平均值(Wa)；荷重改变率计算部件，用于计算检测出的荷重值(W)的每单位时间的荷重改变率(Wb)；存储部件，用于存储第一荷重改变阈值(Wr1)、比第一荷重改变阈值(Wr1)小的第二荷重改变阈值(Wr2)、以及每单位时间的荷重改变率阈值(Wt)；确定部件，用于确定是否应当执行移动平均处理；以及重量转换处理部件，用于根据荷重值(W)或移动平均值(Wa)而计算样品的重量。
Description
本申请要求基于2004年9月14日提交的日本专利申请第2004-266579号的外国优先权，通过引用而将其内容全部合并于此。
技术领域
本发明涉及重量测量装置，如电子天平或电子秤，并特别涉及能够通过将样品逐渐地添加到测量盘直到样品重量达到了期望重量为止，而称出期望重量的样品的电子天平或电子秤。
顺便提及，这里提到的电子天平或电子秤包括用于通过检测样品的重量或荷重作为电信号而测量样品的一般重量测量装置。例如，其包括提供有电磁平衡机构的电子天平，以及使用测压元件(load cell)、音叉(tuning fork)、静电电容(capacity)等的电子秤。
背景技术
电子天平或电子秤(下文中代表性地称为电子天平)在将样品置于测量盘上时出现的测量盘振动逐渐减弱并且测量盘变得稳定之后，执行读取显示在指示器上的测量值的操作。
在读取电子天平的显示值时，如果测量盘在周围环境等的影响下继续振动，则显示在指示器上的测量值改变，由此导致难以读取测量值。由此原因，为了使显示的测量值稳定并便于读取测量值，一些电子天平利用移动平均处理，用于通过将刚得到的当前测量数据与在先前的预定周期期间得到的规定数目的过去测量数据取平均值，而使指示稳定(参照JP-A-11-311566)。
当为了使测量值的指示稳定而采用移动平均处理时，确实提高了指示的稳定性，但同时恶化了对荷重改变的随动(follow-up)能力和响应。当测量盘发生急剧的荷重改变时，并且如果移动平均处理起作用(active)，则移动平均处理起到既抑制作为噪声的振动分量又抑制实际的荷重改变的作用。这延迟了对荷重改变的响应。
为了避免这种不便，在执行移动平均处理时，预先设置用作标准的荷重改变范围的阈值。随后，基于实际出现的荷重改变和预先设置的荷重改变范围的阈值之间的比较结果，而执行对解除和开始移动平均处理进行切换的确定。也就是说，当施加到测量盘的荷重改变时，在产生比预置的阈值大的荷重改变范围的周期期间，解除移动平均处理。而当荷重改变范围变为小于此阈值时，开始移动平均处理。
另一方面，在使用其中为反馈控制而对平衡杆(balance beam)的位移检测数据进行PID操作的“PID控制系统”的电子天平中，预先存储多组P、I和D值，以便能够通过软件而在任意时刻可选地改变这些设置参数。随后，从平衡杆的位移检测数据的时序信息中估计放置天平的测量环境、以及如何使用该天平。根据估计出的结果，从先前存储的多组PID值中选择性地设置最佳的一组PID值(参照JP-A-10-19642)。
例如，尽管用于使天平平衡的伺服机构起作用，但当数据的时序改变为单调递增时，这是样品被逐渐添加到测量盘的状态。由此，估计出现在正在进行称重操作。
因此，在此情况中，选择有关比稳定性更重要的高速响应的PID值的组合，以便执行适合于称重操作的PID控制。此外，如果时序改变不是单调递增的，则计算时序数据的标准偏差，并选择具有用于较大标准偏差的PID值中的较大I值、以及用于较短的振动周期的较大I值和较小P值的PID值的组合，来执行PID控制。此外，如果振动周期是最长的，则选择具有较大D值的PID值的组合，来执行PID控制。如上所述，根据位移检测数据的时序信息，选择PID值的最佳组合。
如上所述，在采用JP-A-11-311566中公开的移动平均处理的相关技术的电子天平中，通过在预置的固定荷重改变范围阈值和实际荷重改变范围之间进行比较，来确定应当解除还是执行移动平均处理。因此，在测量非常少量的荷重的称重操作中，只要由一个附加荷重产生的改变未达到固定的阈值，便维持移动平均处理。由此，延迟了对由非常少量的附加荷重而造成的改变的响应。
经常地，在称重操作中，每次随着荷重接近目标测量值，则附加荷重减小。因此，如果以相对大的值设置阈值，则移动平均处理在较早的阶段变为起作用。由此，随着延迟的响应而使非常小量的荷重添加被重复多次。这为测量而花费了很长的时间，恶化了工作效率，并很可能导致过度测量或不足测量。
另一方面，如果以足够小的值设置固定荷重改变范围的阈值，则在称重操作中，荷重改变在每个添加操作中的附加荷重变得相对小之前不超过该阈值。由此，可以良好的响应来测量荷重，但仅通过小振动便容易地解除移动平均处理，由此使指示不稳定。
此外，像在JP-A-10-19642中公开的使用PID控制系统的电子天平一样，可通过根据使用环境而选择PID控制的最佳PID值的方法，来根据周围环境而将高速响应和指示的稳定性优化到一定程度。
然而，在此方法中，需要通过实际测量等来根据使用环境而准备适合的PID值的组。此操作需要有关PID值的知识、以及劳动力和时间。
此外，电子天平有时会产生蠕变(creeping)现象，其中，如图3所示，即使在荷重改变后振动变得平缓之后，缓慢的改变也会持续一会儿。例如，蠕变现象有时可归咎于在荷重检测部件中使用的“Roverbal”机构的变形、或测压元件自身或用于在使用测压元件系统的电子天平中固定测压元件的附件(粘合层等)的变形。
在JP-A-10-19642中公开的电子天平中，当用于使天平平衡的伺服机构起作用时，并且，如果数据的时序改变是单调递增的，则一律确定正在执行称重操作。因此，即使数据的时序改变的单调递增是由蠕变现象所造成的，也确定正在执行称重操作，由此造成不适当的控制。
特别地，由于在不区分数据改变的原因的情况下控制电子天平，所以，在需要高速响应的称重操作中，可能执行利用移动平均处理的指示稳定化。反之，在需要稳定性的称重操作中，可能不执行移动平均处理。由此，上述电子天平不会根据情形而产生适当的响应，并且，可用性是不足的。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种重量测量装置，如电子天平或电子秤，其能够通过称重操作期间的迅速响应来提高工作效率，并在非称重操作期间保持稳定的指示。
本发明的另一个目的在于，提供一种电子天平或电子秤，其通过适当地确定天平是否正在执行称重操作而具有改进的可用性。
为了解决上面的问题，根据本发明的重量测量装置包括：荷重检测部件，用于不断检测置于测量盘上的样品的荷重值(W)；移动平均处理部件，用于执行移动平均处理，以计算检测出的荷重值(W)的移动平均值(Wa)；荷重改变率计算部件，用于计算检测出的荷重值(W)的每单位时间的荷重改变率(Wb)；存储部件，用于存储第一荷重改变阈值(Wr1)、比第一荷重改变阈值(Wr1)小的第二荷重改变阈值(Wr2)、以及每单位时间的荷重改变率阈值(Wt)；确定部件，用于基于第一荷重改变阈值(Wr1)和检测出的荷重值(W)之间的比较、或基于第二荷重改变阈值(Wr2)和检测出的荷重值(W)之间的比较以及荷重改变率阈值(Wt)和计算出的荷重改变率(Wb)之间的比较，而确定是否应当执行移动平均处理；以及重量转换处理部件，用于根据荷重值(W)或移动平均值(Wa)而计算样品的重量。
根据本发明，荷重检测部件以预定的时间间隔来获得置于测量盘上的样品的荷重，并收集荷重值(W)的时序改变。将测量盘上的样品的荷重改变与作为用于确定是否应当执行移动平均处理的标准的荷重改变阈值作比较。首先，将荷重改变与设置为初始值的第一荷重改变阈值(Wr1)作比较。当样品的荷重改变大于第一荷重改变阈值(Wr1)时，解除计算移动平均值的操作，以基于此时的荷重值而获取重量转换的值。这增强了对荷重改变的随动能力，而以良好的响应来执行测量。此后，重复相同的处理。
当荷重改变小于第一荷重改变阈值(Wr1)时，将此时的每单位时间的荷重改变率(Wb)与预置的荷重改变率阈值(Wt)作比较。当产生蠕变时，如图3所示，由蠕变而造成的每单位时间的荷重改变率随着时间流逝而单调减小，并最终变为0。因此，如图4A所示，通过适当地设置荷重改变率(Wt)，由蠕变而造成的荷重改变率不会变为大于荷重改变率(Wt)。另一方面，在称重操作期间，在每次将样品添加到测量盘、并施加附加荷重时，每单位时间的荷重改变率暂时增加，并超过预置的荷重改变率阈值(Wt)。由此，在每单位时间的荷重改变率(Wb)与预置的荷重改变率阈值(Wt)的比较中，如图4B所示，当荷重改变率(Wb)(荷重值数据的每点上的切线的梯度)暂时超过了荷重改变率阈值(Wt)时，确定该荷重改变是由称重操作所引起的。当荷重改变率(Wb)一直小于荷重改变率阈值(Wt)时，确定未执行称重操作，或该荷重改变是由蠕变现象所引起的。
当确定荷重改变是由称重操作所引起的时候，不执行移动平均处理；但是，为了增强响应，将荷重改变阈值从第一荷重改变阈值(Wr1)改变为比第一荷重改变阈值(Wr1)小的第二荷重改变阈值(Wr2)，并解除计算移动平均值的操作。随后，基于此时的荷重值而获取重量转换的值，由此以良好的响应来执行测量。在将荷重改变阈值改变为第二荷重改变阈值(Wr2)之后，即使在具有小附加荷重的称重操作中，也解除移动平均处理，由此以良好的响应来执行测量。
另一方面，当荷重改变率(Wb)小于荷重改变率阈值(Wt)时，并且当确定未施加用于称重操作的附加荷重、或荷重改变是由蠕变现象所引起的时候，将荷重改变阈值向回设置为第一荷重改变阈值(Wr1)。随后，进行计算移动平均值的操作。此外，通过基于计算出的移动平均值的转换来计算重量值。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例的电子天平的方框图。
图2为图1中示出的电子天平的荷重测量的流程图。
图3为示出在稳定化之后的蠕变现象的图。
图4A和4B为示出在产生蠕变现象时、以及正在执行称重操作时的荷重的时序改变的图。
具体实施方式
现在将通过参照附图来说明本发明的实施例。顺便提及，下面描述的实施例为示例，并且，可在不背离本发明的精神的范围内修改本发明。
图1为根据本发明的一个实施例的电子天平的方框图。图2为用于说明图1中示出的电子天平的操作的流程图。电子天平10包括：荷重检测部件11；存储部件；控制部件13；以及指示器14。荷重检测部件11不断检测被置于测量盘11a上的样品的荷重。存储部件12存储用于确定是否应当执行移动平均处理的阈值参数。该阈值参数包括第一荷重改变阈值(Wr1)、比第一荷重改变阈值(Wr1)小的第二荷重改变阈值(Wr2)、以及每单位时间的荷重改变率阈值(Wt)，所述阈值参数用于确定是否应当执行移动平均处理。控制部件13基于阈值参数和检测出的荷重，而执行对电子天平的控制以及重量测量操作。指示器14显示测量结果。
荷重检测部件11可为具有通过在几毫秒的时标上不断重复测量而输出测量盘上的样品荷重作为信号的机构的任意检测装置。例如，荷重检测部件11可为电磁平衡型或使用测压元件的平衡机构和定标机构(scale mechanism)。A/D转换器21对作为在荷重检测部件11中检测出的信号的荷重值数据(W)进行数字化，并将其传送到控制部件13。
通过诸如ROM和RAM的存储装置来配置存储部件12。如上所述，存储部件12存储第一荷重改变阈值(Wr1)、比第一荷重改变阈值小的第二荷重改变阈值(Wr2)、以及每单位时间的荷重改变率阈值(Wt)，所述阈值用于确定是否应当执行移动平均处理。当电子天平被激活时，将这些参数读入控制部件13中作为特征数据，并将其与检测出的荷重值数据作比较。
控制部件13通过计算机(CPU)来配置，并执行各种控制操作。通过在控制部件13的控制操作之中更详细地说明与本发明相关的功能，而将控制操作划分为确定部件16、移动平均处理部件17、以及重量转换处理部件18。
确定部件16将以规则时间间隔不断测量的荷重值数据(W)、以及使用等式1而根据荷重值数据(W)计算出的每单位时间的荷重改变率(Wb)与从存储部件12读入的第一荷重改变阈值(Wr1)、第二荷重改变阈值(Wr2)、以及每单位时间的荷重改变率阈值(Wt)作比较，由此确定是否应当计算移动平均值(Wa)。
[等式1]
Wb＝(Wn-Wn-1)/t
其中，Wn为第n荷重值数据，而t为荷重值数据的采样时间间隔。
在确定部件16确定是否应当执行移动平均处理时，移动平均处理部件17计算荷重值数据(W)的移动平均值(Wa)。也就是说，移动平均处理部件17根据按照时序测量出的荷重值数据而计算当前规定数目的荷重值数据的算术平均值，以提供移动平均值(Wa)。
顺便提及，通过等式2来给出移动平均值。假定当前采样数据为n，且规定数目为m，
[等式2]
Wa＝(Wn-m+Wn-m+1+Wn-m+2+…+Wn)/m
重量转换处理部件18将在执行移动平均处理时来自荷重检测部件的荷重值数据(W)、或在未执行移动平均处理时计算出的移动平均值(Wa)乘以跨度(span)系数(灵敏度系数)，由此获取置于测量盘上的样品的重量值。顺便提及，通过使用测试重量等而预先获取该跨度系数。
指示器14即刻显示由重量转换处理部件18转换的重量值。
将通过参照图2的流程图来说明电子天平10的测量操作。
(s101)
首先，当激活电子天平时，从存储部件12读入第一荷重改变阈值(Wr1)、第二荷重改变阈值(Wr2)和每单位时间的荷重改变率阈值(Wt)。
(s102)
接下来，读入由荷重检测部件11检测并由A/D转换器21进行了数字化的荷重值数据(W)。
(s103)
接下来，将从荷重检测部件11读取的荷重值数据(W)与从存储部件12读取的第一荷重改变阈值(Wr1)作比较。如果荷重值数据(W)较大，则确定添加了大荷重。在此情况中，为了解除移动平均处理，测量操作前进到s104。另一方面，如果荷重改变数据(W)小于或等于该阈值，则由于没有大荷重改变，所以，测量操作前进到s105，以确定是否正在执行称重操作。
(s104)
当测量操作前进到s104时，确定添加了大荷重或正在执行称重操作。由此，在任一情况中，为了迅速地测量荷重改变，而解除移动平均处理。随后，测量操作前进到s110。
(s105)
在s105中，为了确定是否正在执行称重操作，根据荷重值数据(W)而计算每单位时间的荷重改变率(Wb)。随后，测量操作前进到s106。
(s106)
将由此计算出的每单位时间的荷重改变率(Wb)与从存储部件12读取的荷重改变率阈值(Wt)作比较。将荷重改变率阈值(Wt)设置为这样的值，使得即使出现了蠕变，但只要未施加附加荷重，该值便不会超过荷重改变率(Wb)。由此，如果荷重改变率(Wb)大于荷重改变率阈值(Wt)，则确定暂时施加了由于称重操作而造成的附加荷重。随后，测量操作前进到s107。如果荷重改变率(Wb)小于荷重改变率阈值(Wt)，那么，即使荷重改变率不为0，也确定未施加附加荷重，并确定这是由于蠕变现象所造成的。随后，测量操作前进到s108。
(s107)
在s107中，由于确定了正在执行称重操作，所以，为了即使在施加小附加荷重时也确定是否正在执行称重操作，将用于解除移动平均处理的阈值(s103中的标准)从第一荷重改变阈值(Wr1)改变为第二荷重改变阈值(Wr2)。随后，测量操作前进到s104，并解除移动平均处理。
(s108)
在s108中，由于确定了并非正在执行称重操作，所以，将用于解除移动平均处理的阈值(s103中的标准)从第二荷重改变阈值(Wr2)设置回第一荷重改变阈值(Wr1)。如果用于解除移动平均处理的阈值为第一荷重改变阈值(Wr1)，则保持它。为了执行移动平均处理，测量操作前进到s109。
(s109)
通过执行移动平均处理，计算出移动平均值(Wa)。随后，测量操作前进到s110。
(s110)
如果解除了移动平均处理，则基于荷重值数据(W)而执行重量值转换，而如果执行了移动平均处理，则基于移动平均值(Wa)而执行重量值转换。随后，测量操作前进到s111。
(s111)
将由重量值转换计算出的数据显示在指示器14上，并且，测量操作前进到s112。
(s112)
如果为了终止测量而按下了结束按钮(未示出)，则测量操作前进到s113。如果通过测量下一个荷重值数据而继续测量，则测量操作返回到s102。
(s113)
在终止测量的情况中，将设置恢复到初始值(Wr1，Wt)，由此结束测量操作。
通过按照上述流程而执行控制操作，可执行测量操作，在产生荷重改变时，确定荷重改变是否由称重操作和蠕变现象所引起。
根据依照本发明的电子天平，通过使用荷重改变阈值和荷重改变率阈值，来确定是否正在执行称重操作。此外，在称重操作期间，通过使用另外两个大和小的荷重改变阈值，使得即使添加小荷重，也可解除移动平均处理。由此，在称重操作期间，可以良好的响应来执行测量，由此增强电子天平的可用性。在称重操作之外的周期期间，可通过使用移动平均，而以良好的稳定性来执行测量。
此外，可将由称重操作而造成的荷重的时序改变与由蠕变现象而造成的荷重的时序改变相区别，由此仅在称重操作中增强响应。
可将本发明应用于能够根据情况而适当地使用高速响应和指示稳定性的电子天平的制造。
对于本领域的技术人员来说，显然可对所描述的本发明的优选实施例作出各种修改和变化，而不背离本发明的精神或范围。由此，本发明意欲涵盖与所附权利要求及其等价物的范围相一致的本发明的所有修改和变化。
Claims (4)
1、一种重量测量装置，包括：
荷重检测部件，用于不断检测置于测量盘上的样品的荷重值(W)；
移动平均处理部件，用于执行移动平均处理，以计算检测出的荷重值(W)的移动平均值(Wa)；
荷重改变率计算部件，用于计算检测出的荷重值(W)的每单位时间的荷重改变率(Wb)；
存储部件，用于存储第一荷重改变阈值(Wr1)、比第一荷重改变阈值(Wr1)小的第二荷重改变阈值(Wr2)、以及每单位时间的荷重改变率阈值(Wt)；
确定部件，用于基于第一荷重改变阈值(Wr1)和检测出的荷重值(W)之间的比较、或基于第二荷重改变阈值(Wr2)和检测出的荷重值(W)之间的比较以及荷重改变率阈值(Wt)和计算出的荷重改变率(Wb)之间的比较，而确定是否应当执行移动平均处理；以及
重量转换处理部件，用于根据荷重值(W)或移动平均值(Wa)而计算样品的重量。
2、一种用于测量置于重量测量装置的测量盘上的样品的方法，所述方法包括：
不断检测置于测量盘上的样品的荷重值(W)；
执行移动平均处理，以计算检测出的荷重值(W)的移动平均值(Wa)；
计算检测出的荷重值(W)的每单位时间的荷重改变率(Wb)；
存储第一荷重改变阈值(Wr1)、比第一荷重改变阈值(Wr1)小的第二荷重改变阈值(Wr2)、以及每单位时间的荷重改变率阈值(Wt)；
基于第一荷重改变阈值(Wr1)和检测出的荷重值(W)之间的比较、或基于第二荷重改变阈值(Wr2)和检测出的荷重值(W)之间的比较以及荷重改变率阈值(Wt)和计算出的荷重改变率(Wb)之间的比较，而确定是否应当执行移动平均处理；以及
根据荷重值(W)或移动平均值(Wa)而计算样品的重量。
3、如权利要求2所述的用于测量置于重量测量装置的测量盘上的样品的方法，其中，该确定步骤包括：当检测出的荷重值(W)大于第一荷重改变阈值(Wr1)时，确定不执行移动平均处理。
4、如权利要求2所述的用于测量置于重量测量装置的测量盘上的样品的方法，其中，该确定步骤包括：当检测出的荷重值(W)大于第二荷重改变阈值(Wr2)时，确定不执行移动平均处理。
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