JP2001264189A - Load cell - Google Patents

Load cell

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JP2001264189A
JP2001264189A JP2000074596A JP2000074596A JP2001264189A JP 2001264189 A JP2001264189 A JP 2001264189A JP 2000074596 A JP2000074596 A JP 2000074596A JP 2000074596 A JP2000074596 A JP 2000074596A JP 2001264189 A JP2001264189 A JP 2001264189A
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JP
Japan
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circuit
load cell
signal
circuit board
bridge circuit
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Application number
JP2000074596A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Nakamoto
昭 中本
Yoshiaki Shimada
好昭 島田
Koichi Segawa
浩一 瀬川
Keiichi Nariyama
桂一 成山
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Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a load cell which is made small-sized and can stably take a measurement in a short time even against abrupt variation in temperature. SOLUTION: An active element, a resistance, a capacitor, etc., which constitute at least an amplifying circuit 3 amplifying the analog output signal of a bridge circuit 2, a low-pass filter 4 limiting the band of the analog signal amplified by the amplifier 3, and an A/D converter 5 converting the band-limited analog signal into a digital signal are integrated into a monolithic integrated circuit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、起歪体に取り付け
られ又は起歪体の近傍に配設された回路基板にて、起歪
体に貼付されたブリッジ回路のアナログ出力信号の処理
を行うようにしたロードセルに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention processes an analog output signal of a bridge circuit affixed to a flexure element on a circuit board attached to or disposed near the flexure element. The load cell described above.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的に、デジタル表示機能を有する計
量器において、荷重検出部であるはかり台部に設けられ
ているロードセルの出力信号は、電気信号線によって表
示部まで導出され、表示部に設けられている信号処理回
路にてデジタル信号に変換されて、ロードセルの出力信
号、すなわち被計量物の荷重がデジタル値で表示され
る。
2. Description of the Related Art In general, in a weighing machine having a digital display function, an output signal of a load cell provided on a weighing stand portion serving as a load detecting portion is derived to an indicator portion by an electric signal line, and is output to the indicator portion. The signal is converted into a digital signal by a provided signal processing circuit, and the output signal of the load cell, that is, the load of the object to be weighed is displayed as a digital value.

【0003】しかし、ロードセルの出力信号は微弱であ
り、表示部へとアナログ信号で伝送される途中の経路で
ノイズの影響を受けやすく、よって、計量器として高い
精度が得られないという問題があった。
[0003] However, the output signal of the load cell is weak, and is susceptible to noise in the course of being transmitted as an analog signal to the display unit, so that there is a problem that high accuracy cannot be obtained as a measuring instrument. Was.

【0004】そこで、より高い精度を得られるものとし
て、信号処理回路を起歪体に直接取り付けるか、あるい
は近傍に配設して、起歪体とその信号処理回路を1つの
ユニットとして構成したデジタルロードセル(DLC;
Digital Load Cell )がある。例えば、特開平1−25
0028号。
[0004] In order to obtain higher accuracy, a digital signal processing system in which a signal processing circuit is directly attached to a distorter or is disposed in the vicinity thereof to constitute the distorter and its signal processing circuit as one unit. Load cell (DLC;
Digital Load Cell). For example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-25
No. 0028.

【0005】図6はデジタルロードセル20の側面図を
示す。図7に示す起歪体40に信号処理回路基板1が、
起歪体40に形成されたねじ孔41bにねじ41aを螺
着させることにより取り付けられデジタルロードセル2
0が構成される。起歪体40の中央部の小径部40cの
周面には4つのストレインゲージ(図示では2つ)42
が貼付されている。これらは電気的に接続されブリッジ
回路2を構成する。起歪体40の両端面40a、40b
に荷重が作用すると小径部40cはひずみ、このひずみ
はストレインゲージ42にて検出され、ひずみの大きさ
に応じた電圧がブリッジ回路2より出力される。
FIG. 6 shows a side view of the digital load cell 20. The signal processing circuit board 1 is attached to the flexure element 40 shown in FIG.
The digital load cell 2 is attached by screwing a screw 41 a into a screw hole 41 b formed in the strain body 40.
0 is configured. Four strain gauges (two in the figure) 42 are provided on the peripheral surface of the small diameter portion 40c at the center of the strain body 40.
Is affixed. These are electrically connected to form a bridge circuit 2. Both end faces 40a, 40b of the flexure element 40
When a load acts on the small-diameter portion 40c, the strain is detected by the strain gauge 42, and a voltage corresponding to the magnitude of the strain is output from the bridge circuit 2.

【0006】デジタルロードセル20においては、起歪
体40に貼付されたブリッジ回路2のアナログ出力信号
は回路基板1に形成された処理回路にて直ちにデジタル
信号に変換され、表示部までの経路をこのデジタル信号
にて伝送されるので外部からのノイズの影響を小さくで
きる。
In the digital load cell 20, an analog output signal of the bridge circuit 2 affixed to the strain body 40 is immediately converted into a digital signal by a processing circuit formed on the circuit board 1, and the path to the display section is changed. Since the signal is transmitted as a digital signal, the influence of external noise can be reduced.

【0007】図4は、デジタルロードセル20の回路図
である。ブリッジ回路2の出力側にはプリアンプ3が接
続され、プリアンプ3の出力側にはローパスフィルタ4
が、ローパスフィルタ4の出力側にはA/Dコンバータ
5が接続されている。また、ブリッジ回路2及びA/D
コンバータ5には基準電圧発生回路8が接続され、基準
電圧発生回路8は、ブリッジ回路2に電圧を供給すると
ともにA/Dコンバータ5に基準電圧を与える。
FIG. 4 is a circuit diagram of the digital load cell 20. A preamplifier 3 is connected to the output side of the bridge circuit 2, and a low-pass filter 4 is connected to the output side of the preamplifier 3.
However, an A / D converter 5 is connected to the output side of the low-pass filter 4. Also, the bridge circuit 2 and the A / D
The reference voltage generating circuit 8 is connected to the converter 5. The reference voltage generating circuit 8 supplies a voltage to the bridge circuit 2 and a reference voltage to the A / D converter 5.

【0008】A/Dコンバータ5の出力側にはCPU
(Central Processing Unit )6が接続され、このCP
U6にてデジタル信号に変換されたブリッジ回路2の出
力値の温度に応じた補正などの各種補正を行う。また、
CPU6にはその温度補正を行うために用いられる温度
センサ10と補正データを記憶するメモリ11が接続さ
れている。温度センサ10は回路基板1に設けられてい
るので、その検出値とブリッジ回路2の温度とはわずか
な差が生じるが、予め相互に熱平衡状態にあるブリッジ
回路2と温度センサ10、それぞれの出力値と検出値と
の関係を求めておけば、温度センサ10の検出温度でブ
リッジ回路2の出力値を正確に温度補正できる。なお、
デジタルロードセル20の電源は、例えば電池などの電
源9で与えられる。
The output side of the A / D converter 5 has a CPU
(Central Processing Unit) 6 is connected and this CP
In U6, various corrections such as a correction according to the temperature of the output value of the bridge circuit 2 converted into the digital signal are performed. Also,
A temperature sensor 10 used for performing the temperature correction and a memory 11 for storing correction data are connected to the CPU 6. Since the temperature sensor 10 is provided on the circuit board 1, there is a slight difference between the detected value and the temperature of the bridge circuit 2. However, the output of each of the bridge circuit 2 and the temperature sensor 10, which are in thermal equilibrium with each other, is output. If the relationship between the value and the detected value is determined, the output value of the bridge circuit 2 can be accurately corrected with the detected temperature of the temperature sensor 10. In addition,
The power of the digital load cell 20 is provided by a power supply 9 such as a battery.

【0009】また、CPU6には発信回路及び受信回路
を備えた双方向通信制御回路7が接続され、指示計やデ
ジタルロードセル20の各種特性を測定し補正係数等を
決定する調整システムなどの外部の機器との間で信号の
送受信が行われる。
The CPU 6 is connected to a two-way communication control circuit 7 having a transmitting circuit and a receiving circuit, and is provided with an external system such as an adjusting system for measuring various characteristics of the indicator and the digital load cell 20 and determining correction coefficients and the like. Signal transmission and reception are performed with the device.

【0010】次に、以上のように構成されるデジタルロ
ードセル20の作用について説明する。
Next, the operation of the digital load cell 20 configured as described above will be described.

【0011】起歪体40に荷重がかかり、この起歪体4
0に貼付された抵抗体42の抵抗値が変化すると、ブリ
ッジ回路2の平衡がくずれ抵抗体42の抵抗値変化に比
例した電圧が出力される。この出力はプリアンプ3にて
増幅され、ローパスフィルタ4へと入力する。ローパス
フィルタ4にて、ノイズの原因となる入力アナログ信号
中の不要な高周波成分が取り除かれ、A/Dコンバータ
5にてデジタル信号に変換される。
A load is applied to the flexure element 40, and the flexure element 4
When the resistance value of the resistor 42 attached to 0 changes, the balance of the bridge circuit 2 is lost, and a voltage proportional to the change in the resistance value of the resistor 42 is output. This output is amplified by the preamplifier 3 and input to the low-pass filter 4. Unnecessary high-frequency components in the input analog signal that cause noise are removed by the low-pass filter 4, and are converted into digital signals by the A / D converter 5.

【0012】デジタルロードセル20の生産工程におい
ては、温度と出力値との関係である温度特性、既知の荷
重とその荷重をかけたときの出力値との関係であるリニ
ア特性などの各種特性が、予め双方向通信制御回路7を
介して調整システムによって測定される。調整システム
では、各種特性データに基づいて、デジタル信号に変換
されたブリッジ回路2の出力値を補正するための補正係
数(補正値)が求められ、これら補正係数は双方向通信
制御回路7を介してメモリ11に記憶される。
In the production process of the digital load cell 20, various characteristics such as a temperature characteristic, which is a relationship between a temperature and an output value, and a linear characteristic, which is a relationship between a known load and an output value when the load is applied, include: It is measured in advance by the adjustment system via the bidirectional communication control circuit 7. In the adjustment system, a correction coefficient (correction value) for correcting the output value of the bridge circuit 2 converted into a digital signal is obtained based on various characteristic data. These correction coefficients are transmitted via the bidirectional communication control circuit 7. Stored in the memory 11.

【0013】そして、A/Dコンバータ5より出力され
たデジタル出力値は、メモリ11に記憶された補正係数
に基づいてマイコン6にて、温度変動による出力値のば
らつきを補正する温度補正演算処理12、被計量物の荷
重と出力値との比例関係を補正するリニア補正演算処理
13、時間経過とともに生じる出力の変化を補正するク
リープ補正演算処理14、無負荷の状態で出力を0に調
整するゼロ調整及び定格負荷の状態で出力を定格値に調
整するスパン調整を行う出力感度調整演算処理15、計
量を行っている場所それぞれの重力加速度の違いに応じ
て出力値を補正する等のはかり演算処理16の各種補正
処理が行われる。
The digital output value output from the A / D converter 5 is subjected to temperature correction calculation processing 12 for correcting variation in output value due to temperature fluctuation in the microcomputer 6 based on the correction coefficient stored in the memory 11. A linear correction operation processing 13 for correcting the proportional relationship between the load of the object to be weighed and the output value, a creep correction operation processing 14 for correcting a change in output that occurs with the passage of time, and zero for adjusting the output to zero in a no-load state. Output sensitivity adjustment calculation processing 15 for performing span adjustment for adjusting the output to the rated value in the state of the adjustment and the rated load, and scale calculation processing for correcting the output value according to the difference in the gravitational acceleration of each weighing place. Sixteen various correction processes are performed.

【0014】以上のようにして各種補正されたデジタル
値は、双方向通信制御回路7を介して指示計へと伝送さ
れ表示される。
The digital values corrected as described above are transmitted to the indicator via the bidirectional communication control circuit 7 and displayed.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】デジタルロードセル2
0においては、信号処理回路を形成した回路基板1は起
歪体40に取り付けられて、あるいは近傍に配設され
て、起歪体40とともに荷重検出部(はかり台部)に収
納されるので、信号処理回路基板1の小型化が要求され
ている。
SUMMARY OF THE INVENTION Digital load cell 2
In the case of 0, the circuit board 1 on which the signal processing circuit is formed is attached to or disposed in the vicinity of the flexure element 40, and is housed in the load detection unit (scale platform section) together with the flexure element 40. It is required that the signal processing circuit board 1 be downsized.

【0016】小型化することによって、持ち運びに有
利、場所を取らない、部品点数を削減できコストを低下
できるという利点が生じるが、これ以外にも以下で説明
するように温度による影響を考慮した点からも小型化が
必要とされている。
The downsizing has the advantage of being easy to carry, taking up space, reducing the number of parts and reducing the cost. However, in addition to the above, the effect of temperature is taken into account as described below. Therefore, miniaturization is required.

【0017】図5に示されるように、例えば内部温度5
0℃の炉30内で被計量物として実験用試料等の計量を
行い、この後、引き続いて例えば10℃の大気中で計量
が行われる場合を考える。
As shown in FIG. 5, for example, the internal temperature 5
It is assumed that an experimental sample or the like is weighed as an object to be weighed in a furnace 30 at 0 ° C., and thereafter, weighing is performed in the atmosphere at 10 ° C., for example.

【0018】先ず、炉30内で被計量物とともにブリッ
ジ回路2を貼付した起歪体40及びその処理回路基板1
は50℃の恒温状態とされその安定した熱平衡状態で被
計量物の計量が行われる。そして、続けて大気中で同じ
被計量物の計量を行うためブリッジ回路2、起歪体40
及び処理回路基板1も炉30より取り出され温度10℃
の大気中に置かれる。このとき、金属で成る起歪体40
及びブリッジ回路2(抵抗体42)は大気中への熱伝達
率が良いため比較的早く放熱されて10℃の温度安定状
態(熱平衡状態)へと早く移行する。
First, in a furnace 30, a flexure element 40 to which a bridge circuit 2 is attached together with an object to be weighed and a processing circuit board 1
Is kept at a constant temperature of 50 ° C., and the objects to be weighed are measured in a stable thermal equilibrium state. Then, in order to continuously measure the same object to be measured in the atmosphere, the bridge circuit 2 and the flexure element 40
And the processing circuit board 1 is also taken out of the furnace 30 and the temperature is 10 ° C.
Placed in the atmosphere. At this time, the flexure element 40 made of metal is used.
Since the bridge circuit 2 (resistor 42) has a good heat transfer coefficient to the atmosphere, heat is radiated relatively quickly and quickly transitions to a temperature stable state (thermal equilibrium state) of 10 ° C.

【0019】ところが、処理回路基板1は、絶縁基板上
に配線及び回路部品が搭載されて成り、特に絶縁基板は
熱伝達率が小さく温度の安定化が遅い。従って、ブリッ
ジ回路2と回路基板1との温度が熱平衡状態になるまで
時間がかかり、その分炉30から出されて正確な計量を
行えるまでに時間がかかってしまう。例えば、炉30か
ら大気へと出されてその化学的あるいは物理的状態が時
間経過とともに変化してしまうような試料を計量してい
る場合、炉30から出された直後の状態における正確な
重量を計量するには、ロードセルすなわちブリッジ回路
2と回路基板1とを迅速に熱平衡状態にする必要があ
る。すなわち、温度センサ10の検出値がブリッジ回路
2の出力値を正確に表すための熱平衡状態が要求され
る。そうでない場合には不正確な温度補正が行われるた
め計量結果は不正確なものとなる。
However, the processing circuit board 1 is formed by mounting wiring and circuit components on an insulating substrate. In particular, the insulating substrate has a small heat transfer coefficient and the temperature stabilization is slow. Therefore, it takes time for the temperature of the bridge circuit 2 and the circuit board 1 to reach a thermal equilibrium state, and it takes time to be taken out of the furnace 30 for accurate measurement. For example, when weighing a sample that is discharged from the furnace 30 to the atmosphere and whose chemical or physical state changes over time, the exact weight in the state immediately after being discharged from the furnace 30 is determined. For weighing, the load cell, that is, the bridge circuit 2 and the circuit board 1 must be quickly brought into thermal equilibrium. That is, a thermal equilibrium state is required so that the detection value of the temperature sensor 10 accurately represents the output value of the bridge circuit 2. Otherwise, inaccurate temperature corrections will be made and the weighing results will be inaccurate.

【0020】そこで、処理回路基板1をより小型にする
ことができれば、その分処理回路基板1の熱容量が小さ
くなり、ロードセルの熱平衡化を早めることができる。
Therefore, if the processing circuit board 1 can be made smaller, the heat capacity of the processing circuit board 1 will be reduced accordingly, and the thermal equilibrium of the load cell can be accelerated.

【0021】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、小型
化を図り、また温度の急激な変化にも対応して短時間で
安定的な計量を行えるようにしたロードセルを提供する
ことを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a load cell which is reduced in size and capable of performing stable measurement in a short time in response to a rapid change in temperature. I do.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
あたり本発明では、少なくとも、ブリッジ回路のアナロ
グ出力信号を増幅する増幅器と、この増幅器により増幅
されたアナログ出力信号を帯域制限するローパスフィル
タと、帯域制限されたアナログ信号をデジタル信号に変
換するA/Dコンバータを構成する能動素子、抵抗、コ
ンデンサ等をモノリシック集積回路化している。これに
より、処理回路基板を小型化することができ、その熱容
量も小さくなり、周囲の温度が変化してもロードセルを
迅速に熱平衡化させる。
According to the present invention, at least an amplifier for amplifying an analog output signal of a bridge circuit and a low-pass filter for band-limiting the analog output signal amplified by the amplifier are provided. In addition, an active element, a resistor, a capacitor, and the like constituting an A / D converter for converting an analog signal whose band is limited into a digital signal are formed into a monolithic integrated circuit. As a result, the processing circuit board can be reduced in size, the heat capacity thereof can be reduced, and the load cell can be quickly thermally balanced even when the ambient temperature changes.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】図4において一点鎖線で囲まれる回路部分
25のより詳細な回路図を図1に示す。
FIG. 1 shows a more detailed circuit diagram of the circuit portion 25 enclosed by a chain line in FIG.

【0025】ブリッジ回路2の出力側はプリアンプ3の
入力側に接続され、プリアンプ3の出力側はサンプル・
ホールド回路17の入力側に接続され、サンプル・ホー
ルド回路17の出力側はローパスフィルタ4の入力側に
接続され、ローパスフィルタ4の出力側はA/Dコンバ
ータ5の入力側に接続されている。
The output side of the bridge circuit 2 is connected to the input side of the preamplifier 3, and the output side of the preamplifier 3 is
The output side of the sample-hold circuit 17 is connected to the input side of the low-pass filter 4, and the output side of the low-pass filter 4 is connected to the input side of the A / D converter 5.

【0026】ブリッジ回路2の入力側には、ロードセル
電圧印加回路8bの出力側が接続され、このロードセル
電圧印加回路8bの入力側にはロジック回路8aの出力
側が接続されている。更にロジック回路8aの入力側に
は、例えば512kHzのクロック信号発生器22が接
続されている。
The output side of the load cell voltage application circuit 8b is connected to the input side of the bridge circuit 2, and the output side of the logic circuit 8a is connected to the input side of the load cell voltage application circuit 8b. Further, a clock signal generator 22 of, for example, 512 kHz is connected to the input side of the logic circuit 8a.

【0027】また、ロジック回路8aの出力側にはCP
U6が接続されている。CPU6には、クロック信号発
生器21より例えば4.19MHzのクロック信号が与
えられる。
The output side of the logic circuit 8a has a CP.
U6 is connected. The CPU 6 is supplied with a clock signal of, for example, 4.19 MHz from the clock signal generator 21.

【0028】ロードセル電圧印加回路8bの出力側には
サンプル・ホールド回路8cの入力側が接続され、サン
プル・ホールド回路8cの出力側にはローパスフィルタ
8dの入力側が接続され、ローパスフィルタ8dの出力
側にA/Dコンバータ5の入力側が接続されている。ロ
ジック回路8a、ロードセル電圧印加回路8b、サンプ
ル・ホールド回路8c及びローパスフィルタ8dによっ
て、図4における基準電圧発生回路8が構成される。
The output side of the load cell voltage application circuit 8b is connected to the input side of the sample-hold circuit 8c, the output side of the sample-hold circuit 8c is connected to the input side of a low-pass filter 8d, and the output side of the low-pass filter 8d. The input side of the A / D converter 5 is connected. The logic circuit 8a, the load cell voltage application circuit 8b, the sample / hold circuit 8c, and the low-pass filter 8d form the reference voltage generation circuit 8 in FIG.

【0029】次に、以上のように構成される回路の作用
について図1及び図4を参照して説明する。
Next, the operation of the circuit configured as described above will be described with reference to FIGS.

【0030】ロードセルの電源9としては、例えば6V
の電池が使用され、これからレギュレータ18によって
3Vと5Vの2つの電源電圧が形成される。このうち、
3VはCPU6の電源電圧として用いられる。5Vはロ
ードセル電圧印加回路(スイッチ回路)8bに供給さ
れ、ここで更に例えば3.8Vの電圧が形成される。こ
の3.8Vの電圧は、ロジック回路8aによってタイミ
ングを合わせられて、512kHzの周波数で間欠的な
パルス状でブリッジ回路2に印加される。ロードセルの
ブリッジ回路に間欠的に電圧を印加する技術は、例えば
特開昭62−266469号公報に示されており、これ
により、ブリッジ回路にて消費される電力を小さくする
ことができる。
The power source 9 of the load cell is, for example, 6 V
Are used, from which two power supply voltages of 3 V and 5 V are formed by the regulator 18. this house,
3 V is used as a power supply voltage of the CPU 6. 5V is supplied to a load cell voltage application circuit (switch circuit) 8b, where a voltage of, for example, 3.8V is further formed. The voltage of 3.8 V is adjusted in timing by the logic circuit 8a and applied to the bridge circuit 2 in the form of intermittent pulses at a frequency of 512 kHz. A technique for intermittently applying a voltage to a bridge circuit of a load cell is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-266469, whereby power consumed by the bridge circuit can be reduced.

【0031】荷重が加わることによりブリッジ回路2の
平衡はくずれ、その荷重に比例した電圧がプリアンプ3
へと出力される。このアナログ出力信号は、ブリッジ回
路2に印加される電圧と同様、512kHzの周波数で
パルス状に出力され、プリアンプ3にて増幅され、サン
プル・ホールド回路17へと入力する。
When a load is applied, the balance of the bridge circuit 2 is lost, and a voltage proportional to the load is applied to the preamplifier 3.
Is output to. This analog output signal is output in the form of a pulse at a frequency of 512 kHz, amplified by the preamplifier 3, and input to the sample and hold circuit 17, similarly to the voltage applied to the bridge circuit 2.

【0032】サンプル・ホールド回路17においては、
パルス状の信号の出力レベルを次のパルスの立ち上がり
まで保持して連続的な信号にする。
In the sample and hold circuit 17,
The output level of the pulse-like signal is maintained until the next pulse rises to make it a continuous signal.

【0033】そして、この連続的なアナログ信号はロー
パスフィルタ4にて帯域制限される。すなわち、ノイズ
の原因となる高周波成分が取り除かれる。そしてA/D
コンバータ5へと入力される。
The continuous analog signal is band-limited by the low-pass filter 4. That is, high-frequency components that cause noise are removed. And A / D
Input to converter 5.

【0034】A/Dコンバータ5では、入力した連続的
なアナログ信号からある一定の時間間隔(標本周期)ご
とにデータが取り出され標本化される。標本化された信
号は適当な桁の数字に変換され(量子化)及び量子化に
よって得られた数字を2進化(符号化)する符号化が行
われてデジタル信号へと変換される。
In the A / D converter 5, data is taken out from the continuous analog signal input at a certain time interval (sampling period) and sampled. The sampled signal is converted into a digit of an appropriate digit (quantization), and a code obtained by binarizing (encoding) the digit obtained by the quantization is performed to be converted into a digital signal.

【0035】ロードセル電圧印加回路8bからの3.8
Vの間欠的な電圧は、サンプル・ホールド回路8cにも
印加されており、上述したサンプル・ホールド回路17
での作用と同様に連続的なアナログ信号とされ、ローパ
スフィルタ8dにて平滑化され、A/Dコンバータ5へ
と供給される。これにより、ロードセル電圧印加回路8
bにおいて形成される電圧の変動が生じてもA/Dコン
バータ5では、ブリッジ回路2の出力側のローパスフィ
ルタ4から入力する信号と、基準電圧発生回路のローパ
スフィルタ8dから入力する信号とにより変動分が打ち
消され、電圧変動の影響を相殺できる。
3.8 from load cell voltage application circuit 8b
The intermittent voltage of V is also applied to the sample-and-hold circuit 8c,
The analog signal is converted into a continuous analog signal, smoothed by the low-pass filter 8 d, and supplied to the A / D converter 5. Thereby, the load cell voltage application circuit 8
In the A / D converter 5, even if the voltage formed at the point b varies, the signal varies from the signal input from the low-pass filter 4 on the output side of the bridge circuit 2 and the signal input from the low-pass filter 8d of the reference voltage generating circuit. The minutes are canceled out, and the effects of voltage fluctuations can be offset.

【0036】A/Dコンバータ5のデジタル出力信号
は、CPU6へと入力され、従来と同様に各種補正が行
われて指示計19へと伝送されデジタル表示される。
The digital output signal of the A / D converter 5 is input to the CPU 6, subjected to various corrections as in the prior art, transmitted to the indicator 19, and digitally displayed.

【0037】本実施の形態では、図1及び図4において
一点鎖線で囲まれる回路部分25(プリアンプ3、サン
プル・ホールド回路17、ローパスフィルタ4、A/D
コンバータ5、ロジック回路8a、ロードセル電圧印加
回路8b、サンプル・ホールド回路8c及びローパスフ
ィルタ8d)を1個の半導体チップ内に集積化して形成
した。すなわち、モノリシック集積回路化した。
In this embodiment, a circuit portion 25 (a preamplifier 3, a sample-and-hold circuit 17, a low-pass filter 4, an A / D
The converter 5, the logic circuit 8a, the load cell voltage application circuit 8b, the sample-and-hold circuit 8c, and the low-pass filter 8d) were integrated and formed in one semiconductor chip. That is, a monolithic integrated circuit was formed.

【0038】そして、モノリシック集積回路化された回
路25では、能動素子であるトランジスタはC−MOS
トランジスタであり、回路25はそのC−MOSトラン
ジスタと受動素子(抵抗素子やコンデンサ)及びそれら
の配線とから成るC−MOS型集積回路である。抵抗や
コンデンサもC−MOS構造としてモノリシック集積化
されているが、コンデンサにおいては百pFを越えるよ
うな容量のコンデンサではC−MOSトランジスタとと
もにモノリシック集積化すると回路規模が大きくなりす
ぎて実用的ではないので、プリント配線基板上に個別部
品として実装され、モノリシック集積化したチップとプ
リント配線基板上に形成された配線を介して接続されて
いる。
In the circuit 25 formed as a monolithic integrated circuit, the active element transistor is a C-MOS transistor.
The circuit 25 is a C-MOS type integrated circuit including the C-MOS transistor, passive elements (resistance elements and capacitors), and their wirings. Resistors and capacitors are also monolithically integrated as a C-MOS structure. However, if a capacitor having a capacity exceeding 100 pF is monolithically integrated with a C-MOS transistor, the circuit scale becomes too large to be practical. Therefore, they are mounted as individual components on the printed wiring board, and are connected to the monolithically integrated chip via the wiring formed on the printed wiring board.

【0039】例えば、ローパスフィルタ4、8dとし
て、オペアンプ(トランジスタと抵抗及びコンデンサに
よって構成される)と、抵抗と、コンデンサとによって
構成されるアクティブフィルタを用いた場合、それらの
各素子をC−MOS構造で作成し1つの半導体チップ内
に集積化している。
For example, when the low-pass filters 4 and 8d include an operational amplifier (constituted by a transistor, a resistor and a capacitor) and an active filter composed of a resistor and a capacitor, these elements are replaced by C-MOS. It is created with a structure and integrated in one semiconductor chip.

【0040】図3は従来の処理回路基板1’の概略的な
平面図を示し、図中25a〜25uで示されるチップ、
更に図示とは反対側の裏面にも実装されている多数のチ
ップによって回路25部分が構成されている。
FIG. 3 is a schematic plan view of a conventional processing circuit board 1 ', in which chips indicated by reference numerals 25a to 25u,
Further, a circuit 25 portion is constituted by a number of chips mounted on the back surface on the opposite side of the drawing.

【0041】図2は、本実施の形態による処理回路基板
1の概略的平面図であり、基板1の中央部に実装されて
いるのがC−MOS構造でモノリシック集積化された回
路25部分のチップである。すなわち、図3において多
数のチップ25a〜25u(及び裏面のチップ)で構成
されていたものを1個の半導体チップ内にC−MOS構
造でモノリシック集積化した。なお、裏面には、処理回
路におけるその他の回路部品、CPU6、メモリ11、
温度センサ10等のチップが実装されている。
FIG. 2 is a schematic plan view of the processing circuit board 1 according to the present embodiment, and the central portion of the processing circuit board 1 is a monolithically integrated circuit 25 having a C-MOS structure. Chip. That is, in FIG. 3, what was constituted by a large number of chips 25a to 25u (and a chip on the back surface) was monolithically integrated in one semiconductor chip by a C-MOS structure. The other circuit components in the processing circuit, the CPU 6, the memory 11,
A chip such as the temperature sensor 10 is mounted.

【0042】以上のことにより本実施の形態では、処理
回路の部品点数を約半減させることができ、よって処理
回路基板1の長さ(図中横方向の長さ)が約1/2にな
り、また基板面積も約1/2の大きさとなっている。
As described above, in the present embodiment, the number of components of the processing circuit can be reduced by about half, and the length of the processing circuit board 1 (length in the horizontal direction in the drawing) is reduced to about 1/2. Also, the substrate area is about half the size.

【0043】すなわち、処理回路基板1を小型化するこ
とができ、よって熱容量も従来より小として、炉のよう
な高温部から取り出されたときに処理回路基板1の温度
を短時間で安定させることができ、よってロードセル全
体の温度もより短時間で熱平衡化させて安定的で正確な
計量が行える。
That is, it is possible to reduce the size of the processing circuit board 1 and also to make the heat capacity smaller than before, and to stabilize the temperature of the processing circuit board 1 in a short time when it is taken out from a high temperature part such as a furnace. Therefore, the temperature of the entire load cell can be thermally equilibrated in a shorter time, and stable and accurate measurement can be performed.

【0044】また、部品点数の減少によりコストを低減
させることができ、かつ品質確保も容易になる。
Further, the cost can be reduced by reducing the number of parts, and the quality can be easily secured.

【0045】また、C−MOS集積回路は、例えばバイ
ポーラ集積回路に比べると消費電力がきわめて小さく、
よって回路からの発熱量も小さい。このこともロードセ
ルの温度をより短時間で安定化させる。
The power consumption of a C-MOS integrated circuit is extremely small as compared with, for example, a bipolar integrated circuit.
Therefore, the amount of heat generated from the circuit is also small. This also stabilizes the load cell temperature in a shorter time.

【0046】また、バイポーラトランジスタで構成され
るアンプは正負の2つの電源(例えば±6V)を必要と
するが、C−MOS構造のアンプは1つの電源(例えば
+5V)で良いので、このこともコスト低減になる。
An amplifier composed of bipolar transistors requires two positive and negative power supplies (for example, ± 6 V). An amplifier having a C-MOS structure requires only one power supply (for example, +5 V). Cost reduction.

【0047】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is, of course, not limited thereto, and various modifications can be made based on the technical concept of the present invention.

【0048】以上の実施の形態では、処理回路におい
て、ブリッジ回路2のアナログ出力信号をデジタル信号
に変換して出力するまでの回路部分25をモノリシック
集積化している。処理回路基板1の小型化にはこの回路
部分25のみのモノリシック集積化だけでも十分効果が
ある。しかし、CPU6、メモリ11、温度センサ10
等も一緒にモノリシック集積化すればより小型にするこ
とができる。
In the above embodiment, in the processing circuit, the circuit portion 25 from converting the analog output signal of the bridge circuit 2 to a digital signal and outputting the digital signal is monolithically integrated. In order to reduce the size of the processing circuit board 1, a monolithic integration of only the circuit portion 25 is sufficiently effective. However, the CPU 6, the memory 11, the temperature sensor 10
And the like can be made more compact if they are monolithically integrated together.

【0049】また、以上の実施の形態ではブリッジ回路
2への電圧の印加は間欠的に行ったが、連続的な電圧を
印加するようにしてもよい。この場合、図1において、
サンプル・ホールド回路17及び8cは設ける必要がな
い。
In the above embodiment, the application of the voltage to the bridge circuit 2 is performed intermittently. However, a continuous voltage may be applied. In this case, in FIG.
It is not necessary to provide the sample and hold circuits 17 and 8c.

【0050】また、以上の実施の形態では基準電圧発生
回路8a〜8dもモノリシック集積化しているが、この
部分は含めずにプリアンプ3、サンプルホールド回路1
7(連続的にブリッジ回路に電圧を印加する場合には不
要)、ローパスフィルタ4、A/Dコンバータ5の部分
のみのモノリシック集積化でも十分小型化の効果は得ら
れる。
In the above embodiment, the reference voltage generation circuits 8a to 8d are also monolithically integrated, but the preamplifier 3, the sample and hold circuit 1
7 (unnecessary when a voltage is continuously applied to the bridge circuit), monolithic integration of only the low-pass filter 4 and the A / D converter 5 can provide a sufficiently small size.

【0051】また、上記実施の形態では、モノリシック
集積回路をC−MOS構造の集積回路としたが、バイポ
ーラ集積回路や1つのチップ上にC−MOS回路とバイ
ポーラ回路の両方を集積化したBi−C−MOS構造と
してもよい。しかし、C−MOS構造は消費電力が少な
く、よって回路から発生する熱が少ない、熱による誤動
作が起こりにくいという利点があり、更にそのことによ
り熱の影響をそれほど考慮せずより高密度に回路を集積
することができるので小型化が容易である。
In the above embodiment, the monolithic integrated circuit is an integrated circuit having a C-MOS structure. However, a bipolar integrated circuit or a Bi-type integrated circuit in which both a C-MOS circuit and a bipolar circuit are integrated on one chip. A C-MOS structure may be used. However, the C-MOS structure has the advantages that the power consumption is small, the heat generated from the circuit is small, and the malfunction due to the heat is unlikely to occur. Further, the circuit has a higher density without considering the influence of the heat much. Since they can be integrated, miniaturization is easy.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ブリ
ッジ回路の出力信号を処理する回路を形成した回路基板
を小型化することができ、これにより回路基板の熱容量
も小とすることができる。よって、ロードセルの温度を
短時間で熱平衡化させて正確な計量が行える。更に、モ
ノリシック集積化により部品点数を削減できコストも低
減される。
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the size of the circuit board on which the circuit for processing the output signal of the bridge circuit is formed, thereby reducing the heat capacity of the circuit board. it can. Therefore, the temperature of the load cell is thermally equilibrated in a short time, and accurate measurement can be performed. Further, the number of components can be reduced by monolithic integration, and the cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態による信号処理回路の要部
の回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a main part of a signal processing circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態による信号処理回路基板の
概略平面図である。
FIG. 2 is a schematic plan view of a signal processing circuit board according to the embodiment of the present invention.

【図3】従来の信号処理回路基板の概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view of a conventional signal processing circuit board.

【図4】デジタルロードセルの回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a digital load cell.

【図5】ロードセルの温度変化による影響を説明する模
式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an influence of a temperature change of a load cell.

【図6】デジタルロードセルの側面図である。FIG. 6 is a side view of a digital load cell.

【図7】抵抗体が貼付された起歪体の側面図である。FIG. 7 is a side view of a strain body to which a resistor is attached.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 信号処理回路 2 ブリッジ回路 3 プリアンプ 4 ローパスフィルタ 5 A/Dコンバータ 6 CPU 7 双方向通信制御回路 8 基準電圧発生回路 9 電源 10 温度センサ 11 メモリ 17 サンプル・ホールド回路 25 モノリシック集積回路チップ 20 デジタルロードセル 40 起歪体 42 抵抗体(ストレインゲージ) Reference Signs List 1 signal processing circuit 2 bridge circuit 3 preamplifier 4 low-pass filter 5 A / D converter 6 CPU 7 bidirectional communication control circuit 8 reference voltage generation circuit 9 power supply 10 temperature sensor 11 memory 17 sample / hold circuit 25 monolithic integrated circuit chip 20 digital load cell 40 Flexure element 42 Resistor (strain gauge)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬川 浩一 大阪府八尾市神武町2番35号 株式会社ク ボタ久宝寺工場内 (72)発明者 成山 桂一 大阪府八尾市神武町2番35号 株式会社ク ボタ久宝寺工場内 Fターム(参考) 2F049 AA12 BA01 CA11  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Koichi Segawa 2-35 Jinbucho, Yao-shi, Osaka Inside Kubota Kuhoji Temple Plant (72) Inventor Keiichi Nariyama 2-35 Jinmucho, Yao-shi, Osaka Stock 2F049 AA12 BA01 CA11 in the Kubota Kupoji Temple

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 起歪体に取り付けられ又は起歪体の近傍
に配設され、該起歪体に貼付されたブリッジ回路のアナ
ログ出力信号の処理をモノリシック集積回路にて行う回
路基板を有することを特徴とするロードセル。
1. A circuit board which is attached to or disposed near a flexure element and performs processing of an analog output signal of a bridge circuit attached to the flexure element by a monolithic integrated circuit. A load cell.
【請求項2】 起歪体に取り付けられ又は起歪体の近傍
に配設され、該起歪体に貼付されたブリッジ回路のアナ
ログ出力信号をデジタル信号に変換して出力する信号処
理回路の少なくとも一部分をモノリシック集積回路とし
て信号処理を行う回路基板を有し、該回路基板に、前記
出力されたデジタル信号に対し少なくとも1つの補正の
ための演算処理を行うCPUを設けたことを特徴とする
ロードセル。
2. A signal processing circuit, which is attached to or disposed near a flexure element and converts an analog output signal of a bridge circuit attached to the flexure element into a digital signal and outputs the digital signal. A load cell, comprising: a circuit board for performing signal processing with a part as a monolithic integrated circuit; and a CPU for performing at least one arithmetic processing for correction on the output digital signal on the circuit board. .
【請求項3】 起歪体に取り付けられ又は起歪体の近傍
に配設され、該起歪体に貼付されたブリッジ回路のアナ
ログ出力信号の処理をモノリシック集積回路にて行う回
路基板を有し、前記モノリシック集積回路は、少なくと
も前記ブリッジ回路のアナログ出力信号を増幅する増幅
器と、該増幅器のアナログ出力信号を帯域制限するロー
パスフィルタと、該ローパスフィルタのアナログ出力信
号をデジタル信号に変換して出力するA/Dコンバータ
を構成する能動素子を含んで成ることを特徴とするロー
ドセル。
3. A circuit board mounted on or near the flexure element and configured to process analog output signals of a bridge circuit attached to the flexure element by a monolithic integrated circuit. An amplifier for amplifying at least the analog output signal of the bridge circuit, a low-pass filter for band-limiting the analog output signal of the amplifier, and converting the analog output signal of the low-pass filter into a digital signal for output. A load cell comprising an active element constituting an A / D converter.
【請求項4】 前記能動素子はC−MOS構造で形成さ
れていることを特徴とする請求項3に記載のロードセ
ル。
4. The load cell according to claim 3, wherein said active element has a C-MOS structure.
【請求項5】 前記A/Dコンバータより出力されたデ
ジタル信号に対し、少なくとも1つの補正のための演算
処理を行うCPUを前記回路基板に設けたことを特徴と
する請求項3又は請求項4に記載のロードセル。
5. The circuit board according to claim 3, wherein a CPU for performing at least one arithmetic operation for correction on the digital signal output from the A / D converter is provided on the circuit board. The load cell according to 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007318126A (en) 2006-05-11 2007-12-06 Micronas Gmbh Monolithic sensor assembly, and method of controlling it
CN110998498A (en) * 2017-08-03 2020-04-10 株式会社东海理化电机制作所 Operation detection device

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