JP2001242008A - 温度補正手段を用いてクリープ補正をする電子秤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子秤におけるクリープ補正を温度補正手段
を用いて実施する。 【解決手段】 演算手段５から出力される計量値デジタ
ル信号ＷＳ２を、計量値変化手段１１が時間をパラメー
タとする計量値の変化と判断し、この計量値の変化を等
価温度算出手段１２において、温度変化に起因する計量
値の変化における温度（等価温度）に換算する。この等
価温度を用いて温度補正手段において実際にはクリープ
補正を行う。また温度センサ７により実際に測定された
温度データによって温度補正を行う必要がある場合には
等価温度と実測温度データとを加味した温度データによ
り温度補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電磁平衡式秤量装
置、起歪体を用いたロードセル式秤量装置等の電子秤に
係り、特に時間をパラメータとする装置の感度変化を温
度補正手段を用いて補正できるようにした電子秤に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電磁平衡式秤量装置、或いは起歪体を用
いたロードセル式秤量装置等の所謂電子秤と称される高
感度の秤量装置においては、その高い感度故に外乱の影
響も大きい。特に温度は感度変化を起こす大きな要因と
なっている。

【０００３】図４は電子秤のうちでも、特に高い分解能
を有している電磁平衡式秤量装置（電子天秤）を示す。
この電子天秤ではマグネット２１、ポールピース２２、
ヨーク２３により磁気回路が形成され、秤量皿２４に荷
重ＷＮが負荷されると、この荷重ＷＮは支点２５を中心
としてビーム２６を揺動変位させようとし、この変位は
位置センサ２８により検出される。位置センサ２８の変
位信号に対応して電流制御部２９はフォースコイル２７
に電流を流し、これにより前記ビーム２６を平衡させ
る。こフォースコイル２７に出力される電流はＡ／Ｄ変
換部３１を経て演算手段３３にデジタル出力され、演算
手段においてこの電気量から荷重ＷＮの計量値が算出さ
れ、表示手段３４に表示される。なお図中ロバーバル機
構等は省略されている。

【０００４】この電子天秤において、前記マグネット２
１の磁界の強さの温度係数は−２００〜−３００ｐｐｍ
／℃とかなり大きいため、秤量装置としての感度を保持
する必要上マグネット２１近傍に温度センサ３０を設け
て温度を計測し、この温度センサ３０から出力された温
度データはＡ／Ｄ変換部３２を介して演算手段３３に出
力され、この温度データにより計量値を温度補正するよ
う構成されているものが多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】秤量皿に荷重を負荷し
計量値が安定したならばこれを読み取り、直ちに荷重を
除くといった使用方法の場合には正しい質量表示を行う
上記電子天秤も、試料を長時間負荷して、この試料の経
時的変化をみるような場合、試料により負荷された荷重
の計量値が、試料の経時的変化に起因する変化とは別な
変化を起こす場合がある。

【０００６】図５は電子天秤おける経時的な計量値の変
化を示す。時間ｔ１において荷重を負荷し、かつ時間ｔ
２において荷重を除いた場合、この間の時間Δｔにおけ
る荷重の計量値の変化を示している。線図Ｌ１、Ｌ２は
計量値の変化の例を、またＬ３は負荷された荷重の真値
それぞれ示している。図からも明らかなとおり時間をパ
ラメータとして計量値が変化するクリープ現象を生じて
いることがわかる。

【０００７】従来は、フォースコイル２７に電流を流す
ことによる発熱で、マグネット２１が温度変化し、かつ
このマグネット２１の温度変化によってマグネット２１
によ磁界が変化すること、即ちマグネット２１の温度の
みをパラメータとして温度補正することにより計量値を
補正しており、荷重負荷時にクリープが発生しないよう
温度センサ３０の位置を調整していた。しかしこのよう
に調整された温度センサの位置は、電子秤の周囲の温度
変化を検出する点からは最適な位置ではなく、現実には
温度補正のみでは電子秤の精度の確保に限界があった。
また電子秤に負荷された荷重によって機構部分に加わる
ストレスにより、フォースコイルの発熱よりも速い成分
のクリープが発生することもあり、温度センサの位置を
調整するだけではクリープの発生を防止しきれない場合
も生じている。

【０００８】このため、高分解能の秤量装置においてよ
り高い精度を得るには、特にクリープの補正に当たって
は、長期間の試験によりこの秤量装置のクリープ特性を
検出し、かつこの検出したデータにより温度補正とは別
な演算回路によりクリープ補正を行うようになってい
る。この結果、演算回路は複雑化しかつ装置全体は高価
なものとなる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
み構成したものであって、電磁平衡式秤量装置のように
荷重の負荷による電磁部の変位、或いはロードセル式秤
量装置のように起歪体の変形を電気量に変化して当該荷
重を計量し、かつ当該変位部或いは変形部の温度を計測
し、当該計測温度と当該変位部或いは変形部が有する温
度係数とによって計量荷重を補正するようにした温度補
正手段を有し、かつ当該変形或いは変位部に対する荷重
の継続的な負荷により計量値が時間をパラメータとして
変化する現象を有する電子秤であることを前提とし、時
間をパラメータとして変化した計量値の変化量と温度を
パラメータとしたときに変化する計量値の変化量とが等
価となる等価温度を算出する手段を有し、前記時間をパ
ラメータとした計量値の変化の補正を、当該算出した等
価温度を用いて温度をパラメータとした温度補正手段に
よって補正するよう構成したことを特徴とする電子秤で
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】例えば電子天秤において、温度補
正用の温度センサが電磁部、特に電磁部のマグネットに
設けられている。電子秤の調整時において秤量物の荷重
が負荷されると、この荷重の負荷時間が計測され、時間
をパラメータとしてこの荷重の計量値の変化を計測す
る。

【００１１】この計測の結果、荷重負荷後計量値が安定
した時の計量値を基準とし、経時的にこの計量値が変化
した場合にはクリープとして、この変化量を計測する。
この計量値の変化量は、この電子天秤が有している温度
特性、直接的には電子天秤電磁部のマグネットの温度係
数に基づいて、実際にマグネット温度が変化したときに
生じる計量値の変化量に対応する温度（以下「等価温
度」とする）に換算される。

【００１２】前記等価温度が算出されれば、この等価温
度データを温度補正手段に出力し、温度補正として計量
値を補正する。またこの場合、マグネットの実際の計測
温度も変化している場合にはこの実際の計測温度と等価
温度を含めて温度補正手段により温度補正として計量値
を補正する。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す電子天秤のブ
ロック図である。図において秤量物の荷重ＷＮが負荷さ
れると、この荷重によるビームの変位は位置センサ１が
検知し、その変位信号に対応して電流制御手段２が電磁
部３のフォースコイルに電流を流し、これにより前記ビ
ームを平衡させる。この電流制御手段２から出力された
電流はＡ／Ｄ変換部４を経て温度補正手段９に対し重量
デジタル信号ＷＳ１として出力される。

【００１４】一方電磁部３、特に電磁部３のマグネット
（図４も合わせて参照）には温度センサ７が配置されて
マグネットの温度を検知し、この温度データはＡ／Ｄ変
換部８を経て計測温度デジタル信号ＴＳ１として温度補
正手段９に至る。温度補正手段９においては、前記重量
デジタル信号ＷＳ１と計量温度デジタル信号ＴＳ１から
重量値の温度補正を行い、温度補正後の重量デジタル信
号ＡＷを演算手段５に出力する。この演算手段５におい
て重量デジタル信号ＷＳ１から秤量物の計量値が算出さ
れ、かつ表示手段６に対し計量値デジタル信号ＷＳ２と
して出力され、当該表示手段６において計量値が表示さ
れる。

【００１５】次に電子秤天秤の調整時において、符号１
０は時計手段であって、演算手段５から出力される計量
値デジタル信号ＷＳ２の出力時間を計測するものであ
る。１１は計量値変化測定手段であって、電子天秤に対
する秤量物の荷重の負荷時間が一定時間以上となった場
合に、真値に対する計量値の変化を測定する。また１２
は等価温度算出手段であって、時間をパラメータとして
変化した計量値の変化量と温度をパラメータとしたとき
に変化する計量値の変化量とが等価となるときの温度で
ある等価温度を算出する手段である。

【００１６】図２は上述した構成の作動状態の一例を示
すフロー図であるが、その作動の状態は前記図１の構成
と併せて説明する。調整時においては、既に設定されて
いる等価温度の影響を受けないようにするため、先ず等
価温度デジタル信号ＴＳ２の出力を停止する（Ｓａ
１）。この状態で前記温度センサ７が電磁部３のマグネ
ット温度を計測している状態で秤量物の荷重ＷＮが負荷
される（Ｓａ２）。荷重の負荷による重量デジタル信号
ＷＳ１は温度補正手段９及び演算手段５において秤量物
の荷重の計量値として算出され計量値デジタル信号ＷＳ
２が表示手段６に出力される。

【００１７】前記秤量物ＷＮの負荷（Ｓａ２）の際に、
この計量値デジタル信号ＷＳ２は時計手段１０によって
計測され（Ｓａ３）、予め設定された一定時間の計測を
行い（Ｓａ４）、計量値変化測定手段１１に対して計量
値デジタル信号ＷＳ２が出力されると共に前記時計手段
１０から時間データｔＳが出力され、時間をパラメータ
とする計量値の変化が測定される（Ｓａ９）。これによ
り例えば図５の線図Ｌ１に示すような時間をパラメータ
とする計量値の変化のデータを得る。この場合秤量物の
荷重の真値に対する計量値の変化量を算出する。なお荷
重負荷後秤量物の計量値が安定した時点での計量値がこ
の真値にほぼ対応する。

【００１８】測定されたクリープ量により、前述のとお
り時間をパラメータとして変化した計量値の変化量と温
度をパラメータとしたときに変化する計量値の変化量と
が等価となるときの温度である等価温度、つまり温度に
起因しないと考えられる計量値の変化を、実際の温度変
化による計量値の変化としてとらえた場合のダミー温度
を算出（Ｓａ１１）する。この等価温度から補正用温度
データを作成し（Ｓａ１２）、等価温度デジタル信号Ｔ
Ｓ２として前記温度補正手段９に出力し（Ｓａ６）、実
際にはクリープ補正であるものを温度補正として補正
（Ｓａ７）し、補正値を計量値として表示する（Ｓａ
８）。

【００１９】なお、上記の説明では、クリープ補正の内
容を明瞭にするために温度センサ７から出力される温度
データの変化がないこと、つまり実際に計測した温度の
データを使用する必要がない場合を例に説明した。実際
に計測された温度データである計測温度デジタル信号Ｔ
Ｓ１による温度補正も併せて行う必要がある場合につい
ては後述する具体例を用いて説明する。

【００２０】次に、特定の数値を用いてフローをより具
体的に説明する。先ず電子天秤は秤量１００ｇ、最小表
示０．０００１ｇのものとする。また説明を分かりやす
くするため、電磁部のマグネットの温度係数は−２００
ｐｐｍ／℃、荷重なしの場合にフォースコイルの電流が
ゼロ、即ち重量データＷはゼロ、１００ｇ荷重負荷時の
重量データＷは１，０００，０００とする。なお発明者
等による試験の結果、フォースコイルに電流を流すこと
により生じる磁界がマグネットの磁界に与える影響は、
このフォースコイルの電流値と負荷された荷重の重量値
とされる値との関係において２次関数、或いはこれに近
似した関係をもつものが多いが、この点も説明を簡便化
するため前記マグネットの磁界に与える影響を、電流値
に比例するものとして以下説明する。

【００２１】電子天秤の調整時に１００ｇの荷重を加え
て１００．００００ｇ（重量データＷｓ＝１，０００，
０００）を表示し、かつ最終的に１００．００１０ｇ
（重量データＷｅ＝１，０００，０１０）で収束したと
する。この時の温度データもＴａとして記憶する。これ
らの計量値の変化からマグネットによる磁界は下記式の
とおり−１０ｐｐｍ減少したものと見なせる。 （Ｗｓ−Ｗｅ）／Ｗｓ＝−１０／１，０００，０００＝−１０ｐｐｍ・・（１） ここで、マグネットの温度係数は−２００ｐｐｍ／℃で
あるので、上記−１０ｐｐｍの温度変化は、下記式で示
される。 −１０ｐｐｍ／−２００ｐｐｍ／℃＝０．０５℃・・・・（２）

【００２２】即ち、上記式（２）により、重量データＷ
が１，０００，０００の場合、この変化を温度が０．５
℃変化したものと見なすことができ、この温度データ
（等価温度）を用いて温度補正としてクリープ補正可能
であることを示している。よって温度補正における温度
データを修正する最大値Δｔmax と重量データＷとの関
係は次の式（３）のようになる。 Δｔmax ＝０．０５×Ｗ／１，０００，０００・・・・（３）

【００２３】荷重の継続負荷時の変化量が温度に対して
影響を受ける場合には、上記式（３）に対して温度のパ
ラメータを加える。計量時の温度をｔとし、かつ調整時
の温度は前述のとおりＴａであるから、荷重継続負荷時
の変化量は、温度に対してリニアであるとして下記式
（４）により表される。ここでｋは荷重継続負荷時の計
量値の変化量が温度に対して有している感度を決定する
定数を示す。 Δｔmax ＝〔０．０５＋ｋ×（ｔ−Ｔａ）〕×Ｗ／１，０００，０００ ・・・（４）

【００２４】計量値は荷重が負荷された後時間の経過と
共に徐々に変化していくので、前記Δｔmax に時間要素
加味して温度データを修正する。これは、回路的にはΔ
ｔmax を入力として、これをローパスフィルタを通過さ
せることにより実現可能であり、その変化の度合いはロ
ーパスフィルタの強さを調整することにより実施でき
る。ローパスフィルタとして機能させる単純な方法は移
動平均処理であり、平均化を行うデータ数を変更するこ
とによりローパスフィルタの強さの調整が可能である。
以上の例において、Δｔmax に対して時間要素を加味し
たデータΔｔを求め、温度補正手段においてこのデータ
Δｔを温度データに対して加算或いは減算して荷重継続
負荷による変化を補正する。

【００２５】図３は上記具体例と関連して図２に示すフ
ローのうち、特に等価温度の算出（Ｓａ１１）から表示
（Ｓａ８）までを具体的に示すフロー図である。先ずＡ
／Ｄ変換部８を介して出力される計測温度デジタル信号
ＴＳ１として温度データｔを採取し、記憶する（Ｓｂ
１）。また同様にＡ／Ｄ変換部４を介して出力される重
量デジタル信号ＷＳ１により重量データＷを採取し，記
憶する（Ｓｂ２）。これら重量データＷ及び温度データ
ｔを変数とした計算式により、重量データＷでかつ温度
データｔのときの温度データ修正値の最大値Δｔmax を
算出する（Ｓｂ３）。ステップＳｂ３として示される式
のうち、ａ、Ｗｂ、ｋ及びＴａは電子天秤調整時のデー
タや、電子天秤の機種毎に設定される固有の定数を意味
する。なお、前述のように、試験の結果、ステップＳｂ
３の式はＷの二次式とする方が実際の変化に則するもの
が多いが、この場合は個々の試験に基づいた特定の二次
式がステップＳｂ３に示されることになる。

【００２６】次に前記Δｔmax に対して時間要素を加味
するため、前述の如くローパスフィルタを通してその出
力信号ＴＳ２として等価温度Δｔをえる（Ｓｂ４）。な
おローパスフィルタの強さは継続負荷されている荷重の
計量値の変化速度に合わせて、電子天秤の機種毎に調整
することになる。

【００２７】続いて温度データｔと温度データの修正値
Δｔから温度補正で使用する温度データｔ_c を求め（Ｓ
ｂ５）、重量データＷをこの温度データｔ_c で 温度補
正してＤｔ_c を得る（Ｓｂ６）。このＤｔ_c は荷重の継
続負荷による誤差を補正した重量データとなり、この重
量データＤｔ_c を更にリニアリティーやキャリブレーシ
ョン等、必要とする各種補正を行って（Ｓｂ７）、最終
的な計量値Ｄを表示する（Ｓｂ８）。

【００２８】上述のように温度データを用いたクリープ
補正は、継続的な荷重負荷がある場合に、その計量誤差
が生じない位置に温度センサを配置したことと等価であ
り、かつ実際の温度を検出する温度センサは予め温度計
測対象の温度を正確に計測できる位置に配置されている
ので、当然ながら温度補正そのものも正確に実行するこ
とができる。

【００２９】以上本発明を主として電磁平行式秤量装置
である電子天秤を例に説明したが、例えば起歪体を用い
たロードセル式秤量装置においても起歪体固有のクリー
プ特性を有しており、温度補正を行っているロードセル
式秤量装置であれば当然本発明の実施が可能である。ま
た従来温度補正を行っていなくとも、ロードセル式秤量
装置の分解能の向上により、温度の影響が無視出来なく
なくなっている現状において、温度補正システムと平行
して、この温度補正システムにクリープ補正システムを
組み込んだ補正システムを搭載することは可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上本発明を各実施例により説明した如
く、本発明はクリープによる計量値の変化を、温度が変
化したときの計量値の変化に対応する等価温度として算
出し、この等価温度を用いて温度補正手段によりクリー
プ補正するよう構成したので、クリープ補正をするため
の特別の演算手段を必要とせず、従って演算回路が複雑
化することなくクリープ補正が可能となる。

【００３１】また、温度データを用いてクリープ補正を
行うものであるため、荷重の継続的負荷による計量値の
変化に対しても、実際の温度の変化に対しても、温度デ
ータを変更するだけで簡単に対応することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すプロック図である。

【図２】本発明の作動状態の一例を示すフロー図であ
る。

【図３】図２に示すフローのうち特に補正用温度データ
の作成から表示までを具体的に示したフロー図である。

【図４】従来の温度補正システムを示す電磁平行式電子
秤の概念図である。

【図５】電磁平行式電子秤のクリープを示す線図であ
る。

【符号の説明】

３ 電磁部 ５ 演算手段 ６ 表示手段 ７ 温度センサ ９ 温度補正手段 １０ 時計手段 １１ 計量値変化測定手段 １２ 等価温度算出手段 ＡＷ 温度補正後デジタル信号 ｔＳ 時間信号 ＴＳ１ 計測温度デジタル信号 ＴＳ２ 等価温度デジタル信号 ＷＮ 荷重 ＷＳ１ 重量デジタル信号 ＷＳ２ 計量値デジタル信号

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷重による変位或いは変形を電気量に変
   換して当該荷重を計量し、かつ当該変位部或いは変形部
   の温度を計測し、当該計測温度と当該変位部或いは変形
   部が有する温度係数とによって計量荷重を補正するよう
   にした温度補正手段を有し、かつ当該変形或いは変位部
   に対する荷重の継続的な負荷により計量値が時間をパラ
   メータとして変化する現象を有する電子秤において、時
   間をパラメータとして変化した計量値の変化量と温度を
   パラメータとしたときに変化する計量値の変化量とが等
   価となる等価温度を算出する手段を有し、前記時間をパ
   ラメータとした計量値の変化の補正を、当該算出した等
   価温度を用いて温度をパラメータとした温度補正手段に
   よって補正するよう構成したことを特徴とする温度補正
   手段を用いてクリープ補正をする電子秤。
2. 【請求項２】 荷重による電磁部の変位を平衡させる電
   気量を出力して当該電気量から当該荷重を計量し、かつ
   当該電磁部温度を計測し、当該計測温度と当該電磁部が
   有する温度係数とによって計量値を補正するようにした
   温度補正手段を有し、かつ当該電磁部に対する荷重の継
   続的な負荷により計量値が時間をパラメータとして変化
   する現象を有する電磁平衡式の電子秤において、時間を
   パラメータとして変化した計量値の変化量と温度をパラ
   メータとしたときに変化する計量値の変化量とが等価と
   なる等価温度を算出する手段を有し、前記時間をパラメ
   ータとした変化量の補正を、当該算出した等価温度を用
   いて温度をパラメータとした温度補正手段によって補正
   するよう構成したことを特徴とする温度補正手段を用い
   てクリープ補正をする電子秤。
3. 【請求項３】 電磁部温度を計測する手段のうち少なく
   とも一つは電磁部のマグネットに配置されていることを
   特徴とする請求項２記載の温度補正手段を用いてクリー
   プ補正をする電子秤。
4. 【請求項４】 荷重により起歪体が変形し、この変形を
   電気量に変化して当該荷重を計量し、かつ変形部の温度
   を計測し、当該計測温度と当該変形部が有する温度係数
   とによって計量荷重を補正するようにした温度補正手段
   を有し、かつ当該変形部に対する荷重の継続的な負荷に
   より計量値が時間をパラメータとして変化する現象を有
   するロードセル式の電子秤において、時間をパラメータ
   として変化した計量値の変化量と温度をパラメータとし
   たときに変化する計量値の変化量とが等価となる等価温
   度を算出する手段を有し、前記時間をパラメータとした
   計量値の変化の補正を、当該算出した等価温度を用いて
   温度をパラメータとした温度補正手段によって補正する
   よう構成したことを特徴とする温度補正手段を用いてク
   リープ補正をする電子秤。
5. 【請求項５】 秤量物の荷重の負荷時間を計測する手段
   と、時間をパラメータとする計量値の変化を測定する手
   段と、当該計量値の変化量に対応する等価温度を算出す
   る手段とを有し、電子秤の調整時において、秤量物の荷
   重の負荷時間を計測する手段により計測された荷重の負
   荷時間と、時間をパラメータとする計量値の変化を判定
   する手段とにより当該計量値の変化を測定し、かつ当該
   変化量に対応する等価温度を算出し、電子秤の通常使用
   時においては算出された等価温度により温度補正手段に
   おいて温度補正として当該時間をパラメータとする計量
   値の変化を補正することを特徴とする請求項１乃至４の
   何れかに記載の温度補正手段を用いてクリープ補正をす
   る電子秤。
6. 【請求項６】 秤量物の荷重の負荷時間を計測する手段
   により当該負荷時間が予め設定された時間になったと判
   定されたときに、計量値データと時間データが計量値変
   化測定手段に出力されるよう構成したことを特徴とする
   請求項５記載の温度補正手段を用いてクリープ補正をす
   る電子秤。