JP2008064497A - Load cell unit, weight sorting machine, and electronic balance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被計量物の重量を荷重信号に基づいて計量するロードセルユニット、並びに、このロードセルユニットを利用した重量選別機および電子秤に関するもので、特に、ひずみゲージを使用したブリッジ回路の零点補償に関する。 The present invention relates to a load cell unit that measures the weight of an object to be weighed based on a load signal, and a weight sorter and an electronic balance using the load cell unit, and more particularly to zero compensation of a bridge circuit using a strain gauge. About.
従来より、ひずみゲージによって構成されたブリッジ回路を有するロードセルについて、温度センサで検出された温度に基づき零点の変化量を演算するとともに、演算された零点の変化量に基づいてブリッジ回路の出力を補正する技術が知られている(例えば、特許文献1)。ここで、零点とは、電源からの電圧が無負荷状態のロードセルユニットに印加された場合において、ロードセルユニットのブリッジ回路から出力される電圧(荷重信号)をいう。 Conventionally, for load cells that have a bridge circuit composed of strain gauges, the zero point change amount is calculated based on the temperature detected by the temperature sensor, and the bridge circuit output is corrected based on the calculated zero point change amount. The technique to do is known (for example, patent document 1). Here, the zero point means a voltage (load signal) output from the bridge circuit of the load cell unit when a voltage from the power source is applied to the load cell unit in an unloaded state.
また、従来より、ブリッジ回路の入力側に感温抵抗を接続することにより、周囲温度の変化に起因したブリッジ回路の出力変化量を低減させ、ロードセルユニットの感度を補償する技術(感度補正)が知られている(特許文献2)。さらに、この感度補正用の感温抵抗を温度センサとして流用することにより、ロードセルユニットの温度に基づいた零点の変化量を演算し、ブリッジ回路の出力を補正する技術も知られている(特許文献2)。 In addition, a technology (sensitivity correction) that reduces the amount of change in the output of the bridge circuit due to changes in the ambient temperature and compensates for the sensitivity of the load cell unit by connecting a temperature sensitive resistor to the input side of the bridge circuit. Known (Patent Document 2). Furthermore, there is also known a technique for calculating the change amount of the zero point based on the temperature of the load cell unit and correcting the output of the bridge circuit by diverting the temperature-sensitive resistor for sensitivity correction as a temperature sensor (Patent Document). 2).
ここで、温度変動による零点の変化量が大きい場合、ロードセルユニットの周囲温度が少し変化しただけでもブリッジ回路からの出力が大きく変動することが知られている。その結果、特許文献1の装置では、被計量物の重量を安定して検出できないという問題が生じていた。特に、計量処理が連続して実行される装置(例えば、重量選別機)では、計量処理毎に零点補正を実行することができないため、この零点変化量が問題となる。 Here, it is known that when the amount of change of the zero point due to temperature variation is large, the output from the bridge circuit varies greatly even if the ambient temperature of the load cell unit slightly changes. As a result, the apparatus of Patent Document 1 has a problem that the weight of the object to be weighed cannot be detected stably. In particular, in a device (for example, a weight sorter) in which weighing processing is executed continuously, zero point correction cannot be executed for each weighing processing, and this zero point variation becomes a problem.
また、静止した被計量物の重量を計量する計量機(例えば、電子秤)において、さらに最小目量の小さな計量モードを追加する場合、この零点変化量が問題となる。すなわち、定格容量(ロードセルユニットが仕様を保って測定可能な最大負荷)に対する最小目量をさらに小さくすると、場合によっては、ロードセルユニットが配置された周囲温度の影響を受けて、計量値が安定しないという問題が生じていた。 In addition, in a weighing machine (for example, an electronic scale) that measures the weight of a stationary object to be weighed, when a weighing mode with a smaller minimum scale is added, this zero point change amount becomes a problem. In other words, if the minimum scale for the rated capacity (the maximum load that can be measured with the load cell unit being kept in specification) is further reduced, the measured value may not be stable due to the influence of the ambient temperature where the load cell unit is placed. There was a problem.
そこで、本発明では、周囲温度が変化した場合であっても良好に被計量物の重量を計量することができるロードセルユニット、並びに、このロードセルユニットを利用した重量選別機および電子秤を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a load cell unit that can accurately weigh the object to be weighed even when the ambient temperature changes, and a weight sorter and an electronic balance using the load cell unit. With the goal.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、被計量物の重量を荷重信号に基づいて計量するロードセルユニットであって、貫通孔が設けられた金属ブロックであり、前記貫通孔の内壁面と前記金属ブロックの外周面とに挟まれた薄肉状の起歪部を複数有する起歪体と、複数の起歪部のうち対応する起歪部に配置されたひずみゲージと、前記ひずみゲージによって形成されたブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の一辺に配置されたひずみゲージと直列接続されており、温度変化によって変動する前記ブリッジ回路の零点を前記起歪体の温度に応じて補償することにより、前記ブリッジ回路の出力を粗補正する零点補償素子と、前記起歪体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサによる検出結果に基づいて前記粗補正後の前記零点の変化量を算出するとともに、前記粗補正されたブリッジ回路の出力を前記変化量に基づいて精補正する信号処理部とを備え、前記起歪体は、荷重が付与される自由端と固定端との間に設けられた複数の前記起歪部を介してロバーバル機構を構成し、前記零点補償素子および前記温度センサは、隣接する起歪部に挟まれた部分に設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is a load cell unit for measuring the weight of an object to be weighed based on a load signal, and is a metal block provided with a through hole, and an inner wall surface of the through hole. And a strain generating body having a plurality of thin strain generating portions sandwiched between the outer peripheral surface of the metal block, a strain gauge disposed in a corresponding strain generating portion among the plurality of strain generating portions, and the strain gauge. The formed bridge circuit is connected in series with a strain gauge disposed on one side of the bridge circuit, and compensates for the zero point of the bridge circuit, which fluctuates due to a temperature change, according to the temperature of the strain generating body, A zero compensation element that roughly corrects the output of the bridge circuit, a temperature sensor that detects the temperature of the strain generating body, and a change in the zero after the coarse correction based on a detection result by the temperature sensor A signal processing unit that calculates the amount and finely corrects the output of the coarsely corrected bridge circuit based on the amount of change, and the strain generating body includes a free end to which a load is applied and a fixed end. A Roverval mechanism is configured through a plurality of strain generating portions provided therebetween, and the zero compensation element and the temperature sensor are provided in a portion sandwiched between adjacent strain generating portions. .
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に記載のロードセルユニットにおいて、前記温度センサは、感温抵抗であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the load cell unit according to the first aspect of the present invention, the temperature sensor is a temperature sensitive resistor.
また、請求項3の発明は、請求項2の発明に記載のロードセルユニットにおいて、前記感温抵抗は、前記ブリッジ回路の入力側に直列接続されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the load cell unit according to the second aspect of the present invention, the temperature sensitive resistor is connected in series to the input side of the bridge circuit.
また、請求項4の発明は、請求項3の発明に記載のロードセルユニットにおいて、前記ひずみゲージは、温度変化に起因する前記起歪体の熱膨張を補償可能な自己温度補償型ひずみゲージであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the load cell unit according to the third aspect of the present invention, the strain gauge is a self-temperature compensated strain gauge capable of compensating for thermal expansion of the strain generating body due to temperature change. It is characterized by that.
また、請求項5の発明は、請求項1または請求項2の発明に記載のロードセルユニットにおいて、前記ひずみゲージは、温度変化に起因する起歪体の縦弾性係数の変化量を補償可能な温度感度補償型ひずみゲージであることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the load cell unit according to the first or second aspect of the present invention, the strain gauge is a temperature that can compensate for the amount of change in the longitudinal elastic modulus of the strain generating body caused by the temperature change. It is a sensitivity compensation type strain gauge.
また、請求項6の発明は、請求項1ないし請求項5のいずれかの発明に記載のロードセルユニットにおいて、前記起歪部のうち隣接する第1および第2起歪部は、前記外周面のうち、前記被計量物側から受ける荷重方向と略垂直であり、前記被計量物側からの荷重を受け持つ第1面側に設けられており、隣接する第3および第4起歪部は、前記荷重方向と略垂直であり、前記貫通孔を挟んで前記第1面と逆側の第2面側に設けられており、前記ひずみゲージは、第1ないし第4起歪部のそれぞれに配置されていることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the load cell unit according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, adjacent first and second strain generating portions of the strain generating portions are formed on the outer peripheral surface. Among them, it is substantially perpendicular to the load direction received from the object to be weighed, and is provided on the first surface side that bears the load from the object to be weighed. It is substantially perpendicular to the load direction and is provided on the second surface side opposite to the first surface across the through hole, and the strain gauges are disposed in the first to fourth strain generating portions, respectively. It is characterized by.
また、請求項7の発明は、請求項5の発明に記載のロードセルユニットにおいて、前記ブリッジ回路は、第1および第2ひずみゲージと、第1および第2固定抵抗と、によって形成されており、前記第1ひずみゲージは、第1入力端子と第1出力端子との間に、前記第2ひずみゲージは、第2入力端子と前記第1出力端子との間に、前記第1固定抵抗は、前記第1入力端子と、第2出力端子との間に、前記第2固定抵抗は、前記第2入力端子と、前記第2出力端子との間に、それぞれ接続されていることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the load cell unit according to claim 5, wherein the bridge circuit is formed by first and second strain gauges and first and second fixed resistors, The first strain gauge is between the first input terminal and the first output terminal, the second strain gauge is between the second input terminal and the first output terminal, and the first fixed resistance is The second fixed resistor is connected between the first input terminal and the second output terminal, and is connected between the second input terminal and the second output terminal. .
また、請求項8の発明は、請求項7の発明に記載のロードセルユニットにおいて、前記起歪部のうち隣接する第1および第2起歪部は、前記外周面のうち、前記被計量物側から受ける荷重方向と略垂直であり、前記被計量物側からの荷重を受け持つ第1面側に設けられており、隣接する第3および第4起歪部は、前記荷重方向と略垂直であり、前記貫通孔を挟んで前記第1面と逆側の第2面側に設けられており、前記第1および第2ひずみゲージは、前記第1面および前記第2面のいずれか一方の面につき、該一方の面に設けられた起歪部のそれぞれに配置されていることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the load cell unit according to claim 7, wherein the first and second strain generating portions adjacent to each other among the strain generating portions are on the object-to-be-measured side of the outer peripheral surface. Is substantially perpendicular to the load direction received from the first object, and is provided on the first surface side that handles the load from the object to be weighed, and the adjacent third and fourth strain generating portions are substantially perpendicular to the load direction. The first and second strain gauges are either one of the first surface and the second surface, and are provided on the second surface side opposite to the first surface across the through hole. Are arranged in each of the strain-generating portions provided on the one surface.
また、請求項9の発明は、請求項1ないし請求項8のいずれかの発明に記載のロードセルユニットにおいて、前記信号処理部は、前記零点の変化量を2次以上の高次近似によって算出することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the load cell unit according to any one of the first to eighth aspects, the signal processing unit calculates the amount of change of the zero point by a second-order or higher order approximation. It is characterized by that.
また、請求項10の発明は、重量選別機であって、搬送される選別対象物の重量を計量する計量装置と、前記計量装置による選別対象物の計量結果に基づいて、各選別対象物を振り分ける振分装置とを備え、前記計量装置は、請求項1ないし請求項9のいずれかの発明に記載のロードセルユニットと、前記ロードセルユニットによって支持されており、各選別対象物を搬送する計量コンベアとを有することを特徴とする。
Further, the invention of
また、請求項11の発明は、請求項1ないし請求項9のいずれかの発明に記載のロードセルユニットと、前記ロードセルによって支持されており、計量対象物を載荷する上皿部とを備えることを特徴とする。 An eleventh aspect of the invention includes the load cell unit according to any one of the first to ninth aspects of the invention, and an upper plate part that is supported by the load cell and loads an object to be measured. Features.
請求項1ないし請求項9に記載の発明において、薄肉状の起歪部は起歪体の他の部分と比較して熱抵抗が大きく、隣接する起歪部に挟まれた部分は周囲の熱的な影響を受けにくい。すなわち、隣接する起歪部に挟まれた部分に設けられた温度センサは、起歪体の温度を正確かつ安定的に検出することができる。 In the invention of any one of claims 1 to 9, the thin-walled strain-generating portion has a larger thermal resistance than other portions of the strain-generating body, and the portion sandwiched between adjacent strain-generating portions is the surrounding heat. It is hard to be affected. That is, the temperature sensor provided in the portion sandwiched between adjacent strain-generating portions can accurately and stably detect the temperature of the strain-generating body.
これにより、零点補償素子は、起歪体の温度を正確に反映しつつブリッジ回路の零点を補償して粗補正することができる。また、信号処理部は、正確かつ安定的に検出された起歪体の温度に基づき粗補正された零点の変化量を算出するととともに、粗補正されたブリッジ回路の出力を該変化量に基づいて精補正することができる。すなわち、回路的(ハードウェア的)に零点補償されたブリッジ回路の出力について、さらにソフトウェア的な零点補償を施すことができる。そのため、ブリッジ回路の出力精度をさらに向上させることができ、ロードセルユニットによる計量処理の再現性をさらに向上させることができる。 As a result, the zero compensation element can perform rough correction by compensating the zero of the bridge circuit while accurately reflecting the temperature of the strain generating body. The signal processing unit calculates a change amount of the zero point that is coarsely corrected based on the temperature of the strain generating body that is accurately and stably detected, and outputs the output of the bridge circuit that is coarsely corrected based on the change amount. Fine correction can be made. That is, it is possible to further perform software zero compensation on the output of the bridge circuit that has been zero compensated in terms of circuitry (hardware). Therefore, the output accuracy of the bridge circuit can be further improved, and the reproducibility of the weighing process by the load cell unit can be further improved.
特に、請求項2に記載の発明によれば、感温抵抗の抵抗値の変化に基づいて起歪体の温度を検出することができる。 In particular, according to the second aspect of the present invention, the temperature of the strain generating body can be detected based on a change in the resistance value of the temperature sensitive resistor.
特に、請求項3に記載の発明によれば、感温抵抗は、ブリッジ回路の入力側に直列接続されている。これにより、感温抵抗を、温度変動による起歪体の縦弾性係数の変化を補償してブリッジ回路の出力を補正する感度補償部としてだけでなく、起歪体の温度センサとしても使用することができる。そのため、ロードセルユニットの部品点数を低減させ、ロードセルユニットの製造コストを低減させることができる。 In particular, according to the invention described in claim 3, the temperature sensitive resistor is connected in series to the input side of the bridge circuit. As a result, the temperature-sensitive resistor can be used not only as a sensitivity compensator that compensates for the change in the longitudinal elastic modulus of the strain generating body due to temperature fluctuations but also to correct the output of the bridge circuit, but also as a temperature sensor for the strain generating body Can do. Therefore, the number of parts of the load cell unit can be reduced, and the manufacturing cost of the load cell unit can be reduced.
特に、請求項5に記載の発明によれば、ひずみゲージとして温度感度補償型のものが使用されている。これにより、起歪体の縦弾性係数の変化に起因したブリッジ回路の出力変化を、感温抵抗等の感度補償用素子を使用することなく補償することができる。そのため、ブリッジ回路付近の回路構成を簡略化することができる。 In particular, according to the invention described in claim 5, a temperature-sensitive compensation type strain gauge is used. Thereby, the output change of the bridge circuit due to the change of the longitudinal elastic modulus of the strain generating body can be compensated without using a sensitivity compensating element such as a temperature sensitive resistor. Therefore, the circuit configuration near the bridge circuit can be simplified.
特に、請求項9に記載の発明によれば、粗補正後の零点の変化量を2次以上の高次近似によって容易に算出することができ、精補正に要する計算コストを低減させることができる。 In particular, according to the invention described in claim 9, the amount of change in the zero point after the coarse correction can be easily calculated by a second-order or higher order approximation, and the calculation cost required for fine correction can be reduced. .
請求項10に記載の発明によれば、ロードセルユニットのブリッジ回路には、回路的(ハードウェア的)およびソフトウェア的な零点補償が施されている。これにより、高精度に制御されたブリッジ回路の出力に基づいて、各選別対象物の重量を演算することができる。そのため、計量コンベアによって搬送される選別対象物の重量計量のように、計量間隔が短く、計量毎に零点補正を実行できない場合であっても、この選別対象物を再現性良く計量することができる。
According to the invention described in
また、請求項10に記載の発明によれば、高精度に制御されたブリッジ回路の出力に基づいて各選別対象物の重量を演算することができ、ロードセルユニットの定格容量に対する最小目量を小さく設定することが可能となる。そのため、選別対象物と比較して重量の大きな計量コンベア(風袋)の荷重がロードセルユニットにかかり、選別対象物と比較してロードセルの定格容量を大きく設定する必要がある場合であっても、この選別対象物の計量精度(計量分解能)を向上させることができる。
According to the invention described in
また、請求項11に記載の発明によれば、ロードセルユニットのブリッジ回路には、回路的およびソフトウェア的な零点補償が施されている。これにより、高精度に制御されたブリッジ回路の出力に基づいて、各計量対象物の重量を演算することができる。そのため、ロードセルユニットの定格容量に対する最小目量を小さく設定することが可能となり、その結果、計量対象物の計量精度(計量分解能)をさらに向上させることができる。 According to the eleventh aspect of the present invention, circuit and software zero compensation is performed on the bridge circuit of the load cell unit. Thereby, the weight of each measurement object can be calculated based on the output of the bridge circuit controlled with high accuracy. Therefore, it is possible to set the minimum scale for the rated capacity of the load cell unit small, and as a result, it is possible to further improve the measurement accuracy (measurement resolution) of the measurement object.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<1.第1の実施の形態>
<1.1.重量選別機の構成>
図1は、第1の実施の形態における重量選別機1の全体構成の一例を示す正面図である。重量選別機1は、例えば、袋詰め工程等の前工程から搬入された商品について、該商品の重量を計量するとともに、この計量結果に基づいて商品を振り分ける。図1に示すように、重量選別機1は、主として、取込装置10と、計量装置20と、振分装置60と、を備えている。なお、図1および以降の各図には、それらの方向関係を明確にすべく必要に応じて適宜、Z軸方向を鉛直方向とし、XY平面を水平面とするXYZ直交座標系を付している。
<1. First Embodiment>
<1.1. Configuration of weight sorter>
FIG. 1 is a front view showing an example of the entire configuration of the weight sorter 1 according to the first embodiment. For example, the weight sorter 1 measures the weight of a product brought in from a previous process such as a bagging process, and distributes the product based on the measurement result. As shown in FIG. 1, the weight sorter 1 mainly includes an
取込装置10は、図1に示すように、取込コンベア11を有している。取込装置10は、選別対象物5の搬送方向AR1から見て上流側の装置から受け渡された選別対象物5を計量装置20に搬送する。
The take-in
計量装置20は、取込装置10から受け渡された選別対象物(被計量物)5を搬送しつつ、選別対象物5の重量を計量する。図1に示すように、計量装置20は、主として、計量コンベア21と、ロードセルユニット30と、を有している。
The weighing
計量コンベア21は、取込装置10から受け渡された各選別対象物5を振分装置60に搬送する搬送部である。また、図1に示すように、計量コンベア21は、取付部材25を介してロードセルユニット30の起歪体31に支持されている。したがって、起歪体31は、計量コンベア21、および計量コンベア21上を搬送される選別対象物5の荷重を受ける。
The weighing
ロードセルユニット30は、被計量物である選別対象物5の重量を荷重信号に基づいて計量するユニットである。なお、ロードセルユニット30の詳細な構成については、後述する。
The
振分装置60は、計量装置20による選別対象物5の計量結果に基づいて、各選別対象物5を振り分ける。図1に示すように、振分装置60は、主として、搬送コンベア61と、レバー62と、を有している。搬送コンベア61は、計量装置20から受け渡された計量後の選別対象物5を搬送方向AR1に沿って搬送する搬送部である。レバー62は、搬送方向AR1と略垂直な回動軸62aを中心に回動可能とされており、搬送コンベア61によって搬送される選別対象物5を振り分ける。
The sorting
例えば、計量装置20による計量結果が良品範囲内となる場合、レバー62は、その長さ方向が搬送方向AR1と略平行となり、かつ、搬送コンベア61の側方に位置するように回動させられる。これにより、選別対象物5は、搬送方向AR1の延長上に配置された良品ライン(図示省略)に受け渡される。
For example, when the measurement result by the weighing
一方、計量装置20による計量結果が良品範囲外となる場合、レバー62は、選別対象物5の搬送を遮るように回動させられる。これにより、レバー62まで到達した選別対象物5は、レバー62に沿って移動し、搬送コンベア61の側方に設けられた不良品ライン(図示省略)に受け渡される。
On the other hand, when the measurement result by the weighing
<1.2.ロードセルユニットの構成>
図2および図3は、それぞれロードセルユニット30のハードウェア構成の一例を示す正面図および平面図である。また、図4は、ひずみゲージ41の構成の一例を示す表面図である。さらに、図5は、ロードセルユニット30のブロック回路図である。図2ないし図5に示すように、ロードセルユニット30は、主として、起歪体31と、複数のひずみゲージ41(41a〜41d)と、零点補償素子42と、感温抵抗45と、信号処理部50と、を備えている。
<1.2. Configuration of load cell unit>
2 and 3 are a front view and a plan view showing an example of the hardware configuration of the
起歪体31は、図2に示すように、貫通孔32が設けられた金属ブロックであり、例えば、アルミ合金やステンレス等の金属によって形成された弾性体である。起歪体31は、貫通孔32の内壁面32aと外周面35(第1および第2面35a、35bを含む)とに挟まれた薄肉状の起歪部33(第1ないし第4起歪部33a〜33d)を複数(本実施の形態では4つ)有している。
As shown in FIG. 2, the
ここで、複数の起歪部33のうち隣接する2つの起歪部33a、33bは、選別対象物(被計量物)5から受ける荷重方向AR2と略垂直であり、選別対象物5側からの荷重を受け持つ第1面(上面)35a側に設けられている。また、複数の起歪部33のうち隣接する2つの起歪部33c、33dは、荷重方向AR2と略垂直であり、貫通孔32を挟んで第1面35aと逆側の第2面(下面)35bに設けられている。
Here, two adjacent
さらに、第1および第2起歪部33a、33bに挟まれた部分には、これら第1および第2起歪部33a、33bより肉厚の第1厚肉部34aが形成されている。また、第3および第4起歪部33c、33dに挟まれた部分には、これら第3および第4起歪部33c、33dより肉厚の第2厚肉部34bが形成されている。
Further, a first
これにより、起歪体31の固定端31aが計量装置20内に固定され、自由端31b側に荷重が付与されると、第1起歪部33aの第1面(上面)35a側、および第4起歪部33dの第2面(下面)35b側には圧縮応力が、第2起歪部33bの第1面35a側、および第3起歪部33cの第2面35b側には引張応力が発生する。そのため、各起歪部33a〜33dには機械的ひずみが生ずる。
Thus, when the
また、自由端側31bに荷重が付与されると、起歪体31は、略平行四辺形状に変形し、ロバーバル機構として機能する。そのため、起歪体31に働くモーメントはキャンセルされ、その結果、選別対象物5の重量は、計量コンベア21上の位置によらず、略同一の値として検出される。このように、起歪体31は、荷重が付与される自由端31bと固定端31aとの間に設けられた複数の起歪部33を介してロバーバル機構を構成する。
In addition, when a load is applied to the
複数の起歪部33のうち対応する起歪部の外周面35には、図2および図3に示すように、ひずみゲージ41(41a〜41d)が配置されている。すなわち、第1および第2起歪部33a、33bの第1面35aには第1および第2ひずみゲージ41a、41bが、第3および第4起歪部33c、33dには第3および第4ひずみゲージ41c、41dが、それぞれ接着されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, strain gauges 41 (41 a to 41 d) are arranged on the outer
ここで、各ひずみゲージ41(41a〜41d)は、図4に示すように、フォトエッチング加工した抵抗箔等の抵抗体40bを、薄い電気絶縁物(例えば、ポリイミド樹脂)のベース部材40a上に蛇行状に形成したものである。したがって、各起歪部33(33a〜33d)にひずみが発生し、そのひずみがベース部材40aを経由して抵抗体40bに伝わると、抵抗体40bには、ひずみ量に応じた抵抗変化が生ずる。
Here, as shown in FIG. 4, each strain gauge 41 (41 a to 41 d) places a
また、本実施の形態では、ひずみゲージ41として温度感度補償型のひずみゲージが使用されている。すなわち、本実施の形態において、起歪体31は、その線膨張係数に従い温度上昇にともなって熱膨張する。また、起歪体31の縦弾性係数(ヤング率)は、温度上昇にともなって低下し、同一応力におけるひずみ量が増大する。
In the present embodiment, a temperature sensitivity compensation type strain gauge is used as the
これに対して、本実施の形態のひずみゲージ41の抵抗体40bは、例えば、ニッケルクロム(Ni−Cr)合金等の金属によって構成されている。また、ひずみゲージ41の抵抗体40bについては、そのひずみ感度温度係数が負値となるように、かつ、その縦弾性係数が温度上昇にともなって増大するように、ニッケルとクロムの配合率が調整され、抵抗体40bに対して所定の熱処理が施されている。
On the other hand, the
したがって、温度上昇によって起歪体31が膨張し、かつ、温度上昇によって同一荷重に対する起歪体31のひずみ量が増大した場合であっても、起歪体31に接着されたひずみゲージ41の抵抗値は、所定の温度範囲内で略同一となる。このように、温度感度補償型のひずみゲージ41は、温度変化に起因して伸縮する起歪体31の熱膨張を補償してブリッジ回路40の零点変化を抑制するとともに、温度変化に起因した縦弾性係数の変化量を補償してブリッジ回路40の出力変化を抑制することができる。
Therefore, even if the
ブリッジ回路40は、被計量物である選別対象物5の重量を荷重信号として出力する。図5に示すように、ブリッジ回路40は、主として、第1ないし第4ひずみゲージ41a〜41dによって形成されている。すなわち、(1)プラス入力端子44aとプラス出力端子43aとの間には第1ひずみゲージ41aが、(2)プラス入力端子44aとマイナス出力端子43bとの間には第2ひずみゲージ41bが、(3)プラス出力端子43aとマイナス入力端子44bとの間には第3ひずみゲージ41cが、(4)マイナス出力端子43bとマイナス入力端子44bとの間には第4ひずみゲージ41dが、それぞれ配置されており、これらひずみゲージ41(41a〜41d)はフルブリッジを構成する。そして、出力端子43a、43b間電圧がブリッジ回路40の出力として検出される。
The
零点補償素子42(42a〜42d)は、抵抗温度係数の大きい抵抗体(銅線やニッケル線)を巻き線状にしたものであり、ブリッジ回路40のいずれか一辺に配置されている。すなわち、図5に示す零点補償素子42a〜42dのうちのいずれか1つが使用され、対応するひずみゲージ41(41a、41c、41b、41d)と直列接続されている。また、第1零点補償素子42aは第1面35a側の第1厚肉部34aに(図2参照)、第2零点補償素子42bは第2面35b側の第2厚肉部34bに(図示省略)、第3零点補償素子42cは第1面35a側の第1厚肉部34aに(図示省略)、第4零点補償素子42dは第2面35b側の第2厚肉部34bに(図2参照)、いずれか密着して取り付けられている。なお、零点補償素子42は、巻き線状の抵抗体に限定されず、例えば、この抵抗体と同様な抵抗値および抵抗温度係数を有するチップ抵抗であってもよい。
The zero point compensation element 42 (42a to 42d) is formed by winding a resistor (copper wire or nickel wire) having a large temperature coefficient of resistance, and is disposed on any one side of the
ここで、上述のように、ひずみゲージ41には、温度感度補償型のひずみゲージが使用されている。これにより、起歪体31に対して荷重が付与されていない場合(無負荷状態)における各ひずみゲージ41の抵抗値は、起歪体31の周囲温度が変化しても略同一の値となる。したがって、各ひずみゲージ41の物性(例えば、抵抗値および抵抗温度係数)が略同一な場合、ブリッジ回路40の零点は、周囲温度が変化しても略同一となる。
Here, as described above, the
しかし、各ひずみゲージ41が個体差を有する場合や、各ひずみゲージ41の接着状況が異なる場合、ブリッジ回路40の零点は、周囲温度の変化に応じて変動し、その結果、計量装置20による計量結果が周囲温度の影響を受けることになる。
However, when each
これに対して、本実施の形態では、温度変化による零点の変化量に応じた零点補償素子42が、ブリッジ回路40の一辺に配置されており、対応するひずみゲージ41と直列接続されている。そのため、温度変化によって変動する零点は起歪体31の温度に応じて補償され、ブリッジ回路40の出力は一定範囲内となるように粗補正される。
On the other hand, in the present embodiment, the zero
また、薄肉状の起歪部33は起歪体31の他の部分と比較して熱抵抗が大きく、隣接する起歪部33に挟まれた部分(厚肉部34)は周囲の熱的な影響を受けにくい。したがって、厚肉部34に設けられた零点補償素子42は、起歪体31の温度を正確に反映しつつブリッジ回路40の零点を補償することができる。
Further, the thin-walled strain-generating
なお、零点補償素子42の配置は、ブリッジ回路40のいずれか一辺に限定されない。例えば、零点補償素子42は、ブリッジ回路40の一辺と、当該一辺からみて対角の辺に配置されてもよい。すなわち、零点補償素子42として、第1および第4零点補償素子42a、42dが使用されてもよいし、第2および第3零点補償素子42b、42cが使用されてもよい。すなわち、零点補償素子42は、ブリッジ回路40の少なくとも一辺以上に配置されていればよい。
The arrangement of the zero
感温抵抗45は、零点補償素子42と同様に、抵抗温度係数の大きな抵抗体である。例えば、感温抵抗45にはニッケル(Ni)系、銅(Cu)系、または白金(Pt)系の材料が使用されている。図2に示すように、感温抵抗45は、第1面35a側の第1厚肉部34aに密着して取り付けられている。
Similar to the zero
また、図5に示すように、感温抵抗45の一端部は温度測定用端子43cと、他端部は温度測定用端子43dと、それぞれ電気的に接続されている。また、温度測定用端子43cは電源46のプラス側と、温度測定用端子43dは電源46のマイナス側と、それぞれ精密抵抗46a、46bを介して電気的に接続されている。さらに、感温抵抗45の抵抗温度係数は、精密抵抗46a、46bのものと比較して大きい。
As shown in FIG. 5, one end of the temperature
したがって、感温抵抗45への印加電圧(温度測定用端子43c、43d間電圧)と、感温抵抗45の抵抗値−温度特性と、に基づいて、起歪体31の温度を算出することができる。このように、本実施の形態において、起歪体31の温度は感温抵抗45の抵抗値の変化に基づいて検出され、感温抵抗45は温度センサとして使用される。
Therefore, the temperature of the
また、感温抵抗45は、周囲の熱的な影響を受けにくい厚肉部34に密着されており、感温抵抗45の抵抗値は、起歪体31の温度を正確に反映しつつ変動する。そのため、起歪体31の温度は、感温抵抗45の抵抗値の変化に基づいて、起歪体31の温度を正確かつ安定的に検出される。
Further, the temperature-
ここで、重量選別機1で使用されるロードセルユニット30には、選別対象物5の荷重と、計量コンベア21(風袋)の荷重とがかかる。また、通常、計量コンベア21の重量は、選別対象物5の重量と比較して大きな値となる。したがって、ブリッジ回路40から出力される荷重信号のS/N比を向上させて、選別対象物5の計量精度を向上させる手法として、電源46から供給される電圧を大きくする方法が考えられる。
Here, the
また、感温抵抗45は、供給電圧が高くなり、感温抵抗45での消費電力量が大きくなると、場合によっては感温抵抗45自体が発熱し、その結果、感温抵抗45に基づいて起歪体31の温度を正確に測定することが困難となる。
In addition, the
しかし、本実施の形態のようにひずみゲージとして温度感度補償型のものが使用される場合、精密抵抗46a、46b、および感温抵抗45と、ブリッジ回路40とは、電源46に対して並列に接続されている。これにより、電源46からの供給電圧は、精密抵抗46a、46b、および感温抵抗45によって分圧される。
However, when a temperature sensitivity compensation type strain gauge is used as in this embodiment, the
そのため、精密抵抗46a、46b、および感温抵抗45の抵抗値を調整することによって、感温抵抗45の発熱を低減させることが可能となる。その結果、感温抵抗45自体の発熱の問題を抑制しつつ、選別対象物5の計量精度を向上させることができる。
Therefore, by adjusting the resistance values of the
信号処理部50は、ブリッジ回路40からの信号(例えば、荷重信号)に基づく信号処理を実行する。図5に示すように、信号処理部50は、主として、増幅A/D変換部51と、メモリ53と、CPU54と、を有しており、これら各要素51、53、54は信号処理基板50a上に設けられている。
The
増幅A/D変換部51は、アナログ信号として検出されるブリッジ回路40の出力電圧(出力端子43a、43b間電圧)、およびブリッジ回路40への印加電圧(入力端子44a、44b間電圧)を、デジタル信号に変換する。そして、変換後のデジタル信号は、CPU54に入力される。
The amplification A / D converter 51 outputs the output voltage (voltage between the
メモリ53は、例えば不揮発性メモリによって構成された記憶部であり、プログラムや変数等を格納する。また、CPU54は、メモリ53に格納されたプログラムに従った制御を実行する。したがって、CPU54は、このプログラムに従って、増幅A/D変換部51による変換処理、零点補償演算処理、および重量演算処理等を所定のタイミングで実行することができる。
The
ここで、図5に示すように、信号処理部50のCPU54は、メモリ53に格納されたプログラムに基づき、主として、零点補償演算機能(零点補償演算部52が対応)と、重量演算処理機能(重量演算部55が対応)と、を実現する。
Here, as shown in FIG. 5, the
CPU54の零点補償演算部52は、感温抵抗45による検出結果に基づき起歪体31の温度を算出するとともに、この温度に基づいて粗補正後におけるブリッジ回路40の零点変化量を算出する。また、零点補償演算部52は、粗補正されたブリッジ回路40の出力を該変化量に基づいて精補正する。
The zero
CPU54の重量演算部55は、精補正されたブリッジ回路40の出力に基づいて、選別対象物5の重量を演算する。振分装置60は、重量演算部55の演算結果に基づいて振り分け処理を実行する。
The
図6は、ブリッジ回路40の零点値Vと起歪体31の温度Tとの関係を示す図である。図6の縦軸は、電源46からの励起電圧(供給電圧)が電圧値Vs(本実施の形態においてはVs=12V)に設定されている場合において、起歪体31が選別対象物5からの荷重を受けないときの零点値V(単位:μV/12V)を示す。また、図6の横軸は、起歪体31の温度T(単位:℃)を示す。さらに、図6中の曲線C1は零点補償素子42を接続しない場合における零点値Vと起歪体31の温度Tとの関係を、曲線C2は零点補償素子42を接続した場合における零点値Vと起歪体31の温度Tとの関係を、それぞれ示す。
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the zero value V of the
ここで、零点補償素子42は、温度変化による零点値の変化量が直線的(1次的)な場合に、零点を有効に補償可能なことが知られている。しかし、図6に示すように、所定の温度範囲Ra(例えば、−10≦T≦40)における零点値Vの温度特性が一定の曲率を有している場合、零点補償素子42による零点補償では、零点値の変動幅ΔVが、ΔV1からΔV2に改善されるだけで、ΔV2より小さくすることができない。その結果、零点補償素子42を使用するだけでは、信号処理部50による計量処理の再現性をさらに向上させることが困難となる。
Here, it is known that the zero
そこで、本実施の形態では、零点補償素子42によって粗補正されたブリッジ回路40の零点変化量を2次以上の高次近似によって算出し、該変化量に基づいてブリッジ回路40の出力を精補正する。具体的には、(1)ブリッジ回路40からの出力の精補正に必要となるパラメータを算出し、(2)このパラメータに基づいてブリッジ回路40の出力を精補正する。
Therefore, in the present embodiment, the zero point change amount of the
まず、パラメータの算出について、2次近似の場合を例にとって説明する。ロードセルユニット30を計量装置20に取り付けることに先立って、粗補正後における零点変化量の温度特性を求める。すなわち、零点補償素子42を使用したブリッジ回路40について、無負荷状態としつつ起歪体31の温度Tを温度T1、T2、T3(いずれも温度範囲Ra内)と変化させて、各温度T1、T2、T3におけるブリッジ回路40の出力V1、V2、V3を求める。
First, parameter calculation will be described by taking the case of quadratic approximation as an example. Prior to attaching the
続いて、(T、V)=(T1,V1)、(T2,V2)、(T3,V3)を数1に代入するとともに、これら3つの連立方程式を解くことにより、パラメータa、b、cを算出する。そして、求められたパラメータa、b、cをメモリ53に格納する。
Subsequently, by substituting (T, V) = (T1, V1), (T2, V2), (T3, V3) into Equation 1 and solving these three simultaneous equations, parameters a, b, c Is calculated. Then, the obtained parameters a, b, and c are stored in the
V = a・T・T + b・T + c ・・・ (数1) V = a * T * T + b * T + c ... (Formula 1)
なお、パラメータa〜cは、同種のひずみゲージ41を使用したロードセルユニット30同士であっても、ひずみゲージ41の個体差や、ひずみゲージ41の接着状況により、異なった値となる。すなわち、パラメータa〜cは、ロードセルユニット30毎に求める必要がある。
Note that the parameters a to c have different values depending on individual differences of the strain gauges 41 and the adhesion state of the strain gauges 41 even between the
次に、パラメータを使用した精補正について説明する。まず、選別対象物5の重量を計量することに先だって、選別対象物5が計量コンベア21に載荷されていないときのブリッジ回路40の出力、および起歪体31の温度を求める。続いて、求められた温度における零点を演算する。演算された零点は、メモリ53に記憶される。
Next, precise correction using parameters will be described. First, prior to weighing the weight of the sorting object 5, the output of the
続いて、零点補償演算部52は、可能な場合には計量毎に、前回零点を記憶した時点から所定時間経過後に、または前回零点を記憶した時点から所定回数の計量がなされたときに、零点の変化量を求める。すなわち、感温抵抗45に基づいて起歪体31の温度Tを検出するとともに、検出結果を数1を代入することによって、現時点における零点値を求める。そして、零点補償演算部52は、前回零点を記憶した時点からの零点の変化量に基づいて、ブリッジ回路40の出力を補償して精補正する。
Subsequently, when possible, the zero
<1.3.第1の実施の形態のロードセルユニットの利点>
このように、第1の実施の形態では、零点補償素子42によって回路的(ハードウェア的)に零点補償されたブリッジ回路40の出力に対して、さらに、ソフトウェア的な零点補償を施すことができる。また、このソフトウェア的な零点補償に使用される起歪体31の温度Tは、厚肉部34に密着された感温抵抗45により、正確かつ安定的に検出される。
<1.3. Advantages of Load Cell Unit of First Embodiment>
As described above, in the first embodiment, software-like zero compensation can be further applied to the output of the
これにより、ブリッジ回路40の出力精度をさらに向上させることができる。そのため、ブリッジ回路40による計量処理の再現性をさらに向上させることができる。その結果、搬送される選別対象物5の重量を計量する場合のように、計量間隔が短く、計量毎に零点補正を実行できない場合であっても、選別対象物5の重量を再現性良く計量することができる。
Thereby, the output accuracy of the
また、第1の実施の形態では、高精度に制御されたブリッジ回路40の出力に基づいて各選別対象物5の重量を演算でき、ロードセルユニット30の定格容量に対する最小目量をさらに小さく設定することが可能となる。そのため、選別対象物5と比較して重量の大きな計量コンベア21(風袋)の荷重がロードセルユニット30にかかり、選別対象物5と比較してロードセルの定格容量を大きく設定する必要がある場合であっても、この選別対象物5の計量精度(計量分解能)を向上させることができる。
In the first embodiment, the weight of each sorting object 5 can be calculated based on the output of the
さらに、第1の実施の形態では、ひずみゲージとして温度感度補償型のものが使用されており、精密抵抗46a、46b、および感温抵抗45と、ブリッジ回路40とは、電源46に対して並列に接続されている。そのため、精密抵抗46a、46b、および感温抵抗45の抵抗値を調整することによって、感温抵抗45の発熱を抑制することができる。その結果、正確な温度検出が可能となるとともに、電源投入時において感温抵抗45の両端電圧(すなわち、感温抵抗45からの出力)が安定するまでの時間を短縮することが可能となり、選別対象物5の計量精度を向上させることができる。
Further, in the first embodiment, a temperature sensitivity compensation type strain gauge is used, and the
<2.第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。ここで、第2の実施の形態の重量選別機100は、ロードセルユニット130におけるブリッジ回路140の構成が相違する点を除いては、第1の実施の形態の重量選別機1と同じである。そこで、以下では、この相違点を中心に説明する。
<2. Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Here, the weight sorter 100 of the second embodiment is the same as the weight sorter 1 of the first embodiment except that the configuration of the
なお、以下の説明において、第1の実施の形態の重量選別機1における構成要素と同様な構成要素については同一符号を付している。これら同一符号の構成要素は、第1の実施の形態において説明済みであるため、本実施形態では説明を省略する。 In addition, in the following description, the same code | symbol is attached | subjected about the component similar to the component in the weight sorter 1 of 1st Embodiment. Since the components with the same reference numerals have already been described in the first embodiment, description thereof will be omitted in the present embodiment.
<2.1.ロードセルユニットの構成>
図2および図3は、それぞれロードセルユニット130のハードウェア構成の一例を示す正面図および平面図である。また、図4は、ひずみゲージ141の構成の一例を示す表面図である。さらに、図7は、ロードセルユニット130のブロック回路図である。図2ないし図4、および図7に示すように、ロードセルユニット130は、主として、起歪体31と、複数のひずみゲージ141(141a〜141d)と、零点補償素子42と、感温抵抗145と、信号処理部50と、を備えている。
<2.1. Configuration of load cell unit>
2 and 3 are a front view and a plan view showing an example of the hardware configuration of the
複数の起歪部33のうち対応する起歪部の外周面35には、図2および図3に示すように、ひずみゲージ141(141a〜141d)が配置されている。すなわち、第1および第2起歪部33a、33bの第1面35aには第1および第2ひずみゲージ141a、141bが、第3および第4起歪部33c、33dには第3および第4ひずみゲージ141c、141dが、それぞれ接着されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, strain gauges 141 (141 a to 141 d) are arranged on the outer
ここで、各ひずみゲージ141(141a〜141d)は、図4に示すように、フォトエッチング加工した抵抗箔等の抵抗体140bを、薄い電気絶縁物(例えば、ポリイミド樹脂)のベース部材140a上に蛇行状に形成したものである。したがって、各起歪部33(33a〜33d)にひずみが発生し、そのひずみがベース部材140aを経由して抵抗体140bに伝わると、抵抗体140bには、ひずみ量に応じた抵抗変化が生ずる。
Here, as shown in FIG. 4, each strain gauge 141 (141 a to 141 d) places a
また、本実施の形態では、ひずみゲージ141として自己温度補償型のひずみゲージが使用されている。すなわち、ひずみゲージ141の抵抗体140bは、例えば、銅ニッケル(Cu−Ni)合金等の金属によって構成されている。また、ひずみゲージ141の抵抗体140bは、その抵抗温度係数が起歪体31の線膨張係数に応じた所定の負値となるように熱処理が施されている。
In the present embodiment, a self-temperature compensated strain gauge is used as the
したがって、起歪体31の温度が上昇すると、起歪体31が膨張して起歪体31に接着されたひずみゲージ41のゲージ長が伸張するとともに、抵抗体40bの抵抗温度係数が減少する。そのため、起歪体31に接着されたひずみゲージ141の抵抗値は、所定の温度範囲内で略同一となる。このように、自己温度補償型のひずみゲージ141は、温度変化に起因して伸縮する起歪体31の熱膨張を補償し、ブリッジ回路140の零点変化を抑制することができる。
Therefore, when the temperature of the
ブリッジ回路140は、被計量物である選別対象物5の重量を荷重信号として出力する。図7に示すように、ブリッジ回路140は、主として、第1ないし第4ひずみゲージ141a〜141dによって形成されている。すなわち、(1)プラス入力端子144aとプラス出力端子143aとの間には第1ひずみゲージ141aが、(2)プラス入力端子144aとマイナス出力端子143bとの間には第2ひずみゲージ141bが、(3)プラス出力端子143aとマイナス入力端子144bとの間には第3ひずみゲージ141cが、(4)マイナス出力端子143bとマイナス入力端子144bとの間には第4ひずみゲージ141dが、それぞれ配置されており、これらひずみゲージ141(141a〜141d)はフルブリッジを構成する。そして、出力端子143a、143b間電圧がブリッジ回路140の出力として検出される。
The
零点補償素子42(42a〜42d)は、抵抗温度係数の大きい抵抗体(銅線やニッケル線)を巻き線状にしたものであり、ブリッジ回路140のいずれか一辺に配置されている。すなわち、図7に示す零点補償素子42a〜42dのうちのいずれか1つが使用され、対応するひずみゲージ141(141a、141c、141b、141d)と直列接続されている。また、第1零点補償素子42aは第1面35a側の第1厚肉部34aに(図2参照)、第2零点補償素子42bは第2面35b側の第2厚肉部34bに(図示省略)、第3零点補償素子42cは第1面35a側の第1厚肉部34aに(図示省略)、第4零点補償素子42dは第2面35b側の第2厚肉部34bに(図2参照)、いずれか密着して取り付けられている。なお、零点補償素子42は、巻き線状の抵抗体に限定されず、例えば、この抵抗体と同様な抵抗値および抵抗温度係数を有するチップ抵抗であってもよい。
The zero point compensation element 42 (42a to 42d) is formed by winding a resistor (copper wire or nickel wire) having a large resistance temperature coefficient, and is disposed on any one side of the
ここで、ひずみゲージ141には、上述のように、自己温度補償型のひずみゲージが使用されている。これにより、起歪体31に対して荷重が付与されていない場合(無負荷状態)における各ひずみゲージ141の抵抗値は、起歪体31の周囲温度が変化しても略同一の値となる。したがって、各ひずみゲージ141の物性(例えば、抵抗体140bの抵抗値および抵抗温度係数)が略同一な場合、ブリッジ回路140の零点は、周囲温度が変化しても略同一となる。
Here, as described above, a self-temperature compensated strain gauge is used for the
しかし、各ひずみゲージ141が個体差を有する場合や、各ひずみゲージ141の接着状況が異なる場合、ブリッジ回路140の零点は、周囲温度の変化に応じて変動し、その結果、計量装置20による計量結果が周囲温度の影響を受けることになる。
However, when each
これに対して、本実施の形態では、温度変化による零点の変化量に応じた零点補償素子42が、ブリッジ回路140の一辺に配置されており、対応するひずみゲージ141と直列接続されている。そのため、温度変化によって変動する零点は起歪体31の温度に応じて補償され、ブリッジ回路140の出力は一定範囲内となるように粗補正される。
On the other hand, in the present embodiment, the zero
また、薄肉状の起歪部33は起歪体31の他の部分と比較して熱抵抗が大きく、隣接する起歪部33に挟まれた部分(厚肉部34)は周囲の熱的な影響を受けにくい。したがって、厚肉部34に設けられた零点補償素子42は、起歪体31の温度を正確に反映しつつブリッジ回路140の零点を補償することができる。
Further, the thin-walled strain-generating
なお、零点補償素子42の配置は、ブリッジ回路40のいずれか一辺に限定されない。例えば、零点補償素子42は、ブリッジ回路140の一辺と、当該一辺からみて対角の辺に配置されてもよい。すなわち、零点補償素子42として、第1および第4零点補償素子42a、42dが使用されてもよいし、第2および第3零点補償素子42b、42cが使用されてもよい。すなわち、零点補償素子42は、ブリッジ回路140の少なくとも一辺以上に配置されていればよい。
The arrangement of the zero
感温抵抗145(145a、145b)は、零点補償素子42と同様に、抵抗温度係数の大きな抵抗体である。例えば、第1感温抵抗145aにはニッケル(Ni)系の材料が、第2感温抵抗145bには銅(Cu)系の材料が、それぞれ使用されている。
Similar to the zero
図2に示すように、第1感温抵抗145aは第1面35a側の第1厚肉部34aに、第2感温抵抗145bは第2面35b側の第2厚肉部34bに、それぞれ密着して取り付けられている。また、図7に示すように、第1感温抵抗145aはブリッジ回路140のプラス入力側147の端子144aと、第2感温抵抗145bはブリッジ回路140のマイナス入力側148の端子144bと、それぞれ電気的に接続されている。
As shown in FIG. 2, the first
ここで、起歪体31に働く応力をσ、起歪体31の縦弾性係数をEとする場合、起歪部33に生ずるひずみ量ε1は、数2によって求めることができる。
Here, when the stress acting on the
ε1 = σ/E ・・・ (数2) ε1 = σ / E (Equation 2)
また、応力によるひずみゲージ141のひずみ量をε2、ひずみゲージ141の抵抗値をR、応力によるひずみゲージ141の抵抗値の変化量をΔRとする場合、ひずみゲージ141のゲージ率は、数3のように表すことができる。
When the strain amount of the
K = ΔR/(R・ε2) ・・・ (数3) K = ΔR / (R · ε2) (Equation 3)
そして、ひずみゲージ141は起歪部33の外周面35(35a、35b)に接着されており、起歪部33のε1とひずみゲージ141のひずみ量ε2とが略同一であるとすると、ゲージ141の抵抗値の変化量ΔRは数4のように表すことができる。
Then, the
ΔR = R・σ・K/E ・・・ (数4) ΔR = R · σ · K / E (Equation 4)
なお、縦弾性係数Eは、通常、周囲温度の上昇にともなって減少する。すなわち、起歪体31にかかる荷重が同一の場合であっても、各起歪部33に生ずるひずみは、温度上昇にともなって増加する。
The longitudinal elastic modulus E usually decreases as the ambient temperature increases. That is, even if the load applied to the
したがって、起歪体31の周囲温度が上昇することによって縦弾性係数Eが減少すると、ゲージ141の抵抗値の変化量ΔRは、数4から分かるように増加する。
Therefore, when the longitudinal elastic modulus E decreases as the ambient temperature of the
これに対して、感温抵抗145の抵抗値は、周囲温度の上昇にともなって増加し、ブリッジ回路140への印加電圧(入力端子144a、144b間電圧)は低下する。
On the other hand, the resistance value of the temperature-
このように、ブリッジ回路140のプラスおよびマイナス入力側147、148に感温抵抗145が接続されると、起歪体31の周囲温度に応じてブリッジ回路140の印加電圧が調整される。そのため、温度変化に起因したブリッジ回路140の出力変化が抑制され、ブリッジ回路40の出力感度は電気的に補正される。
As described above, when the temperature-
また、本実施の形態で使用される感温抵抗145の抵抗温度係数は、各ひずみゲージ141のものと比較して大きな値となる。これにより、感温抵抗145と比較した場合、各ひずみゲージ141は精密抵抗と見ることができる。したがって、ブリッジ回路140への印加電圧(入力端子144a、144b間電圧)と、電源46の励起電圧と、感温抵抗145の抵抗値−温度特性と、に基づいて、起歪体31の温度が算出される。すなわち、本実施の形態において、起歪体31の温度は、感温抵抗145の抵抗値の変化に基づいて検出される。
Further, the temperature coefficient of resistance of the temperature
このように、感温抵抗145は、温度変化に起因するブリッジ回路140の出力を補償する感度補正部としてだけでなく、起歪体31の温度センサとしても使用される。そのため、ロードセルユニット130の部品点数を低減させ、ロードセルユニット130の製造コストを低減させることができる。
As described above, the temperature-
さらに、感温抵抗145は、周囲の熱的な影響を受けにくい厚肉部34に密着されている。これにより、感温抵抗145の抵抗値は、起歪体31の温度を正確に反映しつつ変動する。そのため、起歪体31の温度は、感温抵抗145の抵抗値の変化に基づいて、起歪体31の温度を正確かつ安定的に検出される。
Further, the temperature
信号処理部50は、ブリッジ回路140からの信号(例えば、荷重信号)に基づく信号処理を実行する。図7に示すように、信号処理部50は、主として、増幅A/D変換部51と、メモリ53と、CPU54と、を有しており、これら各要素51、53、54は信号処理基板50a上に設けられている。
The
増幅A/D変換部51は、アナログ信号として検出されるブリッジ回路140の出力電圧(出力端子143a、143b間電圧)、およびブリッジ回路140への印加電圧(入力端子144a、144b間電圧)を、デジタル信号に変換する。そして、変換後のデジタル信号は、CPU54に入力される。
The amplification A / D converter 51 outputs the output voltage of the bridge circuit 140 (voltage between the
メモリ53は、例えば不揮発性メモリによって構成された記憶部であり、プログラムや変数等を格納する。また、CPU54は、メモリ53に格納されたプログラムに従った制御を実行する。したがって、CPU54は、このプログラムに従って、増幅A/D変換部51による変換処理、零点補償演算処理、および重量演算処理等を所定のタイミングで実行することができる。
The
ここで、図7に示すように、信号処理部50のCPU54は、メモリ53に格納されたプログラムに基づき、主として、零点補償演算機能(零点補償演算部52が対応)と、重量演算処理機能(重量演算部55が対応)と、を実現する。
Here, as shown in FIG. 7, the
CPU54の零点補償演算部52は、感温抵抗145による検出結果に基づき起歪体31の温度を算出するとともに、この温度に基づいて粗補正後におけるブリッジ回路140の零点変化量を算出する。また、零点補償演算部52は、粗補正されたブリッジ回路140の出力を該変化量に基づいて精補正する。
The zero
すなわち、本実施の形態では、零点補償素子42によって粗補正されたブリッジ回路140の零点変化量を2次以上の高次近似によって算出し、該変化量に基づいてブリッジ回路140の出力を精補正する。例えば、(1)ブリッジ回路140からの出力の精補正に必要となるパラメータa〜c(数1参照)を算出し、(2)このパラメータa〜cに基づいてブリッジ回路140の出力を精補正する。
That is, in the present embodiment, the zero point change amount of the
CPU54の重量演算部55は、精補正されたブリッジ回路140の出力に基づいて、選別対象物5の重量を演算する。振分装置60は、重量演算部55の演算結果に基づいて振り分け処理を実行する。
The
<2.2.第2の実施の形態のロードセルユニットの利点>
このように、第2の実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、零点補償素子42によって回路的(ハードウェア的)に零点補償されたブリッジ回路140の出力に対して、さらに、ソフトウェア的な零点補償を施すことができる。また、このソフトウェア的な零点補償に使用される起歪体31の温度Tは、厚肉部34に密着された感温抵抗145により、正確かつ安定的に検出される。
<2.2. Advantages of Load Cell Unit of Second Embodiment>
As described above, in the second embodiment, as in the first embodiment, the output of the
これにより、ブリッジ回路140の出力精度をさらに向上させることができる。そのため、ブリッジ回路140による計量処理の再現性をさらに向上させることができる。その結果、搬送される選別対象物5の重量を計量する場合のように、計量間隔が短く、計量毎に零点補正を実行できない場合であっても、選別対象物5の重量を再現性良く計量することができる。
Thereby, the output accuracy of the
また、第2の実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、高精度に制御されたブリッジ回路140の出力に基づいて各選別対象物5の重量を演算でき、ロードセルユニット30の定格容量に対する最小目量をさらに小さく設定することが可能となる。そのため、選別対象物5と比較して重量の大きな計量コンベア21(風袋)の荷重がロードセルユニット30にかかり、選別対象物5と比較してロードセルの定格容量を大きく設定する必要がある場合であっても、この選別対象物5の計量精度(計量分解能)を向上させることができる。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the weight of each sorting object 5 can be calculated based on the output of the
さらに、第2の実施の形態において、感温抵抗145(145a、145b)は、ブリッジ回路140のプラスおよびマイナス入力側147、148に直列接続されている。これにより、感温抵抗145を、温度変動による起歪体の縦弾性係数の変化を補償してブリッジ回路140の出力を補正する感度補償部としてだけでなく、起歪体31の温度センサとしても使用することができる。そのため、ロードセルユニット130の部品点数を低減させ、ロードセルユニットの製造コストを低減させることができる。
Furthermore, in the second embodiment, the temperature sensitive resistor 145 (145a, 145b) is connected in series to the plus and minus input sides 147, 148 of the
<3.第3の実施の形態>
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。ここで、第3の実施の形態の重量選別機200は、ロードセルユニット230におけるブリッジ回路240の構成が相違する点を除いては、第1の実施の形態の重量選別機1と同じである。そこで、以下では、この相違点を中心に説明する。
<3. Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Here, the weight sorter 200 of the third embodiment is the same as the weight sorter 1 of the first embodiment except that the configuration of the
なお、以下の説明において、第1の実施の形態の重量選別機1における構成要素と同様な構成要素については同一符号を付している。これら同一符号の構成要素は、第1の実施の形態において説明済みであるため、本実施形態では説明を省略する。 In addition, in the following description, the same code | symbol is attached | subjected about the component similar to the component in the weight sorter 1 of 1st Embodiment. Since the components with the same reference numerals have already been described in the first embodiment, description thereof will be omitted in the present embodiment.
<3.1.ロードセルユニットの構成>
図2および図3は、それぞれロードセルユニット230のハードウェア構成の一例を示す正面図および平面図である。また、図4は、ひずみゲージ241の構成の一例を示す表面図である。さらに、図8は、ロードセルユニット230のブロック回路図である。図2ないし図4、および図8に示すように、ロードセルユニット230は、主として、起歪体31と、複数のひずみゲージ241(241a〜241b)と、零点補償素子242と、感温抵抗45と、信号処理部50と、を備えている。
<3.1. Configuration of load cell unit>
2 and 3 are a front view and a plan view showing an example of the hardware configuration of the
複数の起歪部33のうち対応する起歪部の外周面35には、図2および図3に示すように、ひずみゲージ241(241a〜241b)が配置されている。すなわち、第1および第2起歪部33a、33bの第1面35aには第1および第2ひずみゲージ241a、241bが接着されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, strain gauges 241 (241 a to 241 b) are arranged on the outer
なお、ひずみゲージ241の配置はこれに限定されない。例えば、第3および第4起歪部33c、33dの第2面35bには第2および第1ひずみゲージ241b、241aが接着されてもよい。すなわち、第1および第2ひずみゲージ241a、241bは、第1面35a(上面)および第2面35b(下面)のいずれか一方の面につき、該一方の面に設けられた起歪部のそれぞれに配置されていればよい。
Note that the arrangement of the strain gauges 241 is not limited to this. For example, the second and
ここで、各ひずみゲージ241(241a、241b)には、第1の実施の形態のひずみゲージ41と同様な温度感度補償型のものが使用されている。したがって、ひずみゲージ241は、温度変化に起因して伸縮する起歪体31の熱膨張を補償してブリッジ回路240の零点変化を抑制するとともに、温度変化に起因した縦弾性係数の変化量を補償してブリッジ回路240の出力変化を抑制することができる。
Here, as each strain gauge 241 (241a, 241b), a temperature sensitivity compensation type similar to that of the
ブリッジ回路240は、被計量物である選別対象物5の重量を荷重信号として出力する。図8に示すように、ブリッジ回路240は、主として、第1および第2ひずみゲージ241a、241bと、第1および第2固定抵抗246c、246dとによって形成されている。すなわち、(1)プラス入力端子44aとプラス出力端子243aとの間には第1ひずみゲージ241aが、(2)プラス出力端子243aとマイナス入力端子44bとの間には第2ひずみゲージ241bが、(3)プラス入力端子44aとマイナス出力端子243bとの間には第1固定抵抗246cが、(4)マイナス出力端子243bとマイナス入力端子44bとの間には第2固定抵抗246dが、それぞれ配置されており、これらひずみゲージ241(241a、241b)はハーフブリッジを構成する。そして、出力端子243a、243b間電圧がブリッジ回路240の出力として検出される。
The
零点補償素子242(242a、242b)は、第1の実施の形態零点補償素子42と同様に、抵抗温度係数の大きい抵抗体(銅線やニッケル線)を巻き線状にしたものである。図2に示すように、第1および第2零点補償抵抗体242aのいずれかは、第1面35a側の第1厚肉部34aに密着して取り付けられている。また、図8に示すように、零点補償素子242(242a、242b)は、ブリッジ回路240の一辺に配置されたひずみゲージ241(241a、241b)と、いずれか直列接続されている。なお、零点補償素子242は、巻き線状の抵抗体に限定されず、例えば、この抵抗体と同様な抵抗値および抵抗温度係数を有するチップ抵抗であってもよい。
The zero point compensation element 242 (242a, 242b) is formed by winding a resistor (copper wire or nickel wire) having a large resistance temperature coefficient, like the zero
ここで、上述のように、ひずみゲージ241には、温度感度補償型のひずみゲージが使用されている。しかし、各ひずみゲージ241が個体差を有する場合や、各ひずみゲージ241の接着状況が異なる場合、ブリッジ回路240の零点は、周囲温度の変化に応じて変動し、その結果、計量装置20による計量結果が周囲温度の影響を受けることになる。
Here, as described above, the
これに対して、本実施の形態では、温度変化による零点の変化量に応じた零点補償素子242が、ブリッジ回路240の一辺に配置されており、対応するひずみゲージ241と直列接続されている。そのため、温度変化によって変動する零点は起歪体31の温度に応じて補償され、ブリッジ回路240の出力は一定範囲内となるように粗補正される。
On the other hand, in the present embodiment, the zero
また、薄肉状の起歪部33は起歪体31の他の部分と比較して熱抵抗が大きく、隣接する起歪部33に挟まれた部分(厚肉部34)は周囲の熱的な影響を受けにくい。したがって、厚肉部34に設けられた零点補償素子242は、起歪体31の温度を正確に反映しつつブリッジ回路240の零点を補償することができる。
Further, the thin-walled strain-generating
感温抵抗45は、零点補償素子242と同様に、抵抗温度係数の大きな抵抗体である。図2に示すように、感温抵抗45は、第1面35a側の第1厚肉部34aに密着して取り付けられている。また、感温抵抗45の抵抗温度係数は、精密抵抗46a、46bのものと比較して大きい。
The temperature
したがって、感温抵抗45への印加電圧(温度測定用端子43c、43d間電圧)と、感温抵抗45の抵抗値−温度特性と、に基づいて、起歪体31の温度を算出することができる。このように、本実施の形態において、起歪体31の温度は感温抵抗45の抵抗値の変化に基づいて検出され、感温抵抗45は温度センサとして使用される。
Therefore, the temperature of the
また、感温抵抗45は、周囲の熱的な影響を受けにくい厚肉部34に密着されており、感温抵抗45の抵抗値は、起歪体31の温度を正確に反映しつつ変動する。そのため、起歪体31の温度は、感温抵抗45の抵抗値の変化に基づいて、起歪体31の温度を正確かつ安定的に検出される。
Further, the temperature-
ここで、本実施の形態のブリッジ回路240と、ひずみゲージ241に代えて第2の実施の形態で使用したひずみゲージ141によって形成されるブリッジ回路と、について比較および検討する。上述のように、ひずみゲージ141は自己補償型のひずみゲージであり、ブリッジ回路の入力側には、感度補正用の感温抵抗145(145a、145b)を接続することが必要となる(図7参照)。
Here, the
しかし、ひずみゲージ141の抵抗温度特性は、3(ppm/℃)程度であり、固定抵抗246c、246dの抵抗温度係数は25(ppm/℃)で相対抵抗温度係数は5(ppm/℃)程度である。そのため、ブリッジ回路に印加される電圧(すなわち、入力端子間電圧)は、温度変化による感温抵抗145の抵抗値変動の影響だけでなく、固定抵抗246c、246dの抵抗値変動の影響をも受けることになる。
However, the resistance temperature characteristic of the
したがって、2つの自己温度補償型のひずみゲージ141と固定抵抗246c、246dとによって形成されるハーフブリッジ型のブリッジ回路では、直列接続された感温抵抗145を使用しても、出力感度を良好に補正できない場合がある。
Therefore, in the half-bridge type bridge circuit formed by the two self-temperature compensation
これに対して、本実施の形態では、ひずみゲージとして温度感度補償型のひずみゲージ241が使用されており、感度補正用の感温抵抗をブリッジ回路240の入力側47、48に設ける必要がない。そのため、ハーフブリッジ型のブリッジ回路240を形成する場合であっても、出力感度を良好に補正することができる。
On the other hand, in the present embodiment, a temperature sensitivity compensation
また、本実施の形態では、精密抵抗46a、46b、および感温抵抗45と、ブリッジ回路240とは、電源46に対して並列に接続されている。これにより、電源46からの供給電圧は、精密抵抗46a、46b、および感温抵抗45によって分圧される。そのため、精密抵抗46a、46b、および感温抵抗45の抵抗値を調整することによって、感温抵抗45の発熱を抑制することができる。その結果、正確な温度検出が可能となるとともに、電源投入時において感温抵抗45の両端電圧(すなわち、感温抵抗45からの出力)が安定するまでの時間を短縮することが可能となり、選別対象物5の計量精度を向上させることができる。
In the present embodiment, the
信号処理部50は、ブリッジ回路240からの信号(例えば、荷重信号)に基づく信号処理を実行する。図8に示すように、信号処理部50は、主として、増幅A/D変換部51と、メモリ53と、CPU54と、を有しており、これら各要素51、53、54は信号処理基板50a上に設けられている。
The
メモリ53は、例えば不揮発性メモリによって構成された記憶部であり、プログラムや変数等を格納する。また、CPU54は、メモリ53に格納されたプログラムに従った制御を実行する。したがって、CPU54は、このプログラムに従って、増幅A/D変換部51による変換処理、零点補償演算処理、および重量演算処理等を所定のタイミングで実行することができる。
The
ここで、図8に示すように、信号処理部50のCPU54は、メモリ53に格納されたプログラムに基づき、主として、零点補償演算機能(零点補償演算部52が対応)と、重量演算処理機能(重量演算部55が対応)と、を実現する。
Here, as shown in FIG. 8, the
増幅A/D変換部51は、アナログ信号として検出されるブリッジ回路240の出力電圧、(出力端子243a、243b間電圧)およびブリッジ回路240への印加電圧(入力端子44a、44b間電圧)を、デジタル信号に変換する。そして、変換後のデジタル信号は、CPU54に入力される。
The amplification A / D converter 51 outputs the output voltage of the
CPU54の零点補償演算部52は、感温抵抗45による検出結果に基づき起歪体31の温度を算出するとともに、この温度に基づいて粗補正後におけるブリッジ回路240の零点変化量を算出する。また、零点補償演算部52は、粗補正されたブリッジ回路240の出力を該変化量に基づいて精補正する。
The zero
すなわち、本実施の形態では、零点補償素子242によって粗補正されたブリッジ回路240の零点変化量を2次以上の高次近似によって算出し、該変化量に基づいてブリッジ回路240の出力を精補正する。例えば、(1)ブリッジ回路240からの出力の精補正に必要となるパラメータを算出し、(2)このパラメータに基づいてブリッジ回路240の出力を精補正する。
That is, in the present embodiment, the zero point change amount of the
CPU54の重量演算部55は、精補正されたブリッジ回路240の出力に基づいて、選別対象物5の重量を演算する。振分装置60は、重量演算部55の演算結果に基づいて振り分け処理を実行する。
The
<3.2.第3の実施の形態のロードセルユニットの利点>
このように、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、零点補償素子242によって回路的(ハードウェア的)に零点補償されたブリッジ回路240の出力に対して、さらに、ソフトウェア的な零点補償を施すことができる。また、このソフトウェア的な零点補償に使用される起歪体31の温度Tは、厚肉部34に密着された感温抵抗45により、正確かつ安定的に検出される。
<3.2. Advantages of Load Cell Unit of Third Embodiment>
As described above, in the present embodiment, as in the first embodiment, the output of the
これにより、ブリッジ回路240の出力精度をさらに向上させることができる。そのため、ブリッジ回路240による計量処理の再現性をさらに向上させることができる。その結果、計量コンベア21によって搬送される選別対象物5の重量を計量する場合のように、計量間隔が短く、計量毎に零点補正を実行できない場合であっても、選別対象物5の重量を再現性良く計量することができる。
Thereby, the output accuracy of the
また、本実施の形態では、高精度に制御されたブリッジ回路240の出力に基づいて各選別対象物5の重量を演算でき、ロードセルユニット230の定格容量に対する最小目量をさらに小さく設定することが可能となる。そのため、選別対象物5と比較して重量の大きな計量コンベア21(風袋)の荷重がロードセルユニット230にかかり、選別対象物5と比較してロードセルの定格容量を大きく設定する必要がある場合であっても、この選別対象物5の計量精度(計量分解能)を向上させることができる。
In the present embodiment, the weight of each sorting object 5 can be calculated based on the output of the
さらに、本実施の形態では、ひずみゲージとして温度感度補償型のものが使用されており、精密抵抗46a、46b、および感温抵抗45とブリッジ回路240とは、電源46に対して並列に接続されている。そのため、精密抵抗46a、46b、および感温抵抗45の抵抗値を調整することによって、感温抵抗45の発熱を抑制することができる。その結果、正確な温度検出が可能となるとともに、電源投入時において感温抵抗45の両端電圧(すなわち、感温抵抗45からの出力)が安定するまでの時間を短縮することが可能となり、選別対象物5の計量精度を向上させることができる。
Furthermore, in this embodiment, a temperature sensitivity compensation type strain gauge is used, and the
<4.変形例>
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
<4. Modification>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.
(1)第2の実施の形態において、感温抵抗145(145a、145b)は、ブリッジ回路140のプラスおよびマイナス入力側147、148のいずれにも直列接続されているものとして説明したが、これに限定されるものでない。
(1) In the second embodiment, the temperature-sensitive resistor 145 (145a, 145b) has been described as being connected in series to both the positive and
感温抵抗145は、例えば、ブリッジ回路140のプラス入力側147にのみ接続されてもよいし、ブリッジ回路140のマイナス入力側148にのみ接続されてもよい。これにより、部品点数を低減することができ、ロードセルユニット30の製造コストを低減させることができる。このように、感温抵抗145は、ブリッジ回路140のプラスおよびマイナス入力側147、148の少なくとも一方に直列接続されていればよい。
For example, the temperature-
(2)また、第1ないし第3の実施の形態において、ロードセルユニット30、130、230は、重量選別機1、100、200での計量処理に使用されるものとして説明したが、ロードセルユニット130の適用対象は、これに限定されるものでない。これらロードセルユニット30、130、230のいずれかを利用した装置であればよく、例えば、電子秤であってもよい。
(2) In the first to third embodiments, the
図9は、ロードセルユニット30(130、230)を適用した装置(電子秤300)の他の例を示す正面図である。電子秤300は、静止状態とされた計量対象物305の重量を計量する装置である。図9に示すように、電子秤300は、主として、ロードセルユニット30(130、230)と、上皿部310と、を備えている。なお、以下では、主として、第1の実施の形態のロードセルユニット30を使用する場合について説明する。
FIG. 9 is a front view showing another example of an apparatus (electronic balance 300) to which the load cell unit 30 (130, 230) is applied. The
上皿部310は、計量対象物305を載荷する載荷部として使用される。図9に示すように、上皿部310は、取付部材325を介して起歪体31の自由端31b側で支持されている。また、起歪体31の固定端31aは、本体部320内の固定部321に取り付けられている。したがって、起歪体31は、荷重方向AR3(略Z軸方向)の荷重を受け持つ。そして、信号処理部50は、ブリッジ回路40(図5参照)から出力された荷重信号に基づいて、計量対象物305の重量を演算する。
The
このように、電子秤300においても、信号処理部50は、計量対象物305の重量を高精度に演算することができる。これにより、ロードセルユニットの定格容量に対する最小目量をさらに小さく設定することが可能となる。そのため、計量対象物の計量分解能をさらに向上させることができ、同一の定格容量で、さらに小さな最小目量の計量モードを電子秤300に実装することが可能となる。
Thus, also in the
例えば、最大計量が600グラムで最小目量が0.2グラムの計量モードと、最大計量が300グラムで最小目量が0.1グラムの計量モードと、を実装していた電子秤に、さらに、最大計量が300グラムで最小目量が0.05グラムの計量モードを実装することが可能となる。 For example, an electronic scale that has implemented a weighing mode with a maximum weighing of 600 grams and a minimum graduation of 0.2 grams, and a weighing mode with a maximum weighing of 300 grams and a minimum graduation of 0.1 grams, It is possible to implement a weighing mode in which the maximum weighing is 300 grams and the minimum scale is 0.05 grams.
また、計量対象物305の計量分解能をさらに向上させることができるため、電源46から印加される電圧値を小さく設定しても、高精度に計量対象物305を計量することが可能となる。その結果、乾電池駆動の場合であっても、計量精度の高い電子秤300を提供することが可能となる。
In addition, since the measurement resolution of the
なお、電子秤300を電池駆動とするためには、電子秤300で消費される電力量を抑制することが必要となる。例えば、第2の実施の形態のロードセルユニット130の場合、感温抵抗145とブリッジ回路40とは電源46に対して直列に接続されており、ブリッジ回路40の抵抗値が1kΩ以上となるように感温抵抗145およびひずみゲージ141が選択される。しかし、感温抵抗145は、上述のように、Cu系やNi系の材料が使用されており、感温抵抗145の抵抗値をさらに大きく設定することが困難な場合も生じ得る。
In order to drive the
これに対して、第1および第3の実施の形態のロードセルユニット30、230の場合、精密抵抗46a、46b、および感温抵抗45と、ブリッジ回路40、240とは、電源46に対して並列に接続されている。これにより、感温抵抗45の値に関わらず電子秤300で消費される電力量を抑制することができる。そのため、ブリッジ回路の入力側47、48に感温抵抗を直列接続しないロードセルユニット30、230は、電池駆動可能な電子秤300を容易に構成することができる。
On the other hand, in the case of the
1、100、200 重量選別機
5 選別対象物
10 取込装置
20 計量装置
21 計量コンベア
30、130、230 ロードセルユニット
31 起歪体
31a 固定端
31b 自由端
32 貫通孔
32a 内壁面
33 起歪部
34 厚肉部
35 外周面
35a 第1面
35b 第2面
40、140、240 ブリッジ回路
40a ベース部材
40b 抵抗体
41、141、241 ひずみゲージ
42、242 零点補償素子
45、145 感温抵抗
50 信号処理部
50a 信号処理基板
60 振分装置
300 電子秤
305 計量対象物
310 上皿部
AR2、AR3 荷重方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100,200 Weight sorter 5
Claims (11)
(a) 貫通孔が設けられた金属ブロックであり、前記貫通孔の内壁面と前記金属ブロックの外周面とに挟まれた薄肉状の起歪部を複数有する起歪体と、
(b) 複数の起歪部のうち対応する起歪部に配置されたひずみゲージと、
(c) 前記ひずみゲージによって形成されたブリッジ回路と、
(d) 前記ブリッジ回路の一辺に配置されたひずみゲージと直列接続されており、温度変化によって変動する前記ブリッジ回路の零点を前記起歪体の温度に応じて補償することにより、前記ブリッジ回路の出力を粗補正する零点補償素子と、
(e) 前記起歪体の温度を検出する温度センサと、
(f) 前記温度センサによる検出結果に基づいて前記粗補正後の前記零点の変化量を算出するとともに、前記粗補正されたブリッジ回路の出力を前記変化量に基づいて精補正する信号処理部と、
を備え、
前記起歪体は、荷重が付与される自由端と固定端との間に設けられた複数の前記起歪部を介してロバーバル機構を構成し、
前記零点補償素子および前記温度センサは、隣接する起歪部に挟まれた部分に設けられていることを特徴とするロードセルユニット。 A load cell unit that measures the weight of an object to be weighed based on a load signal,
(a) a metal block provided with a through hole, a strain generating body having a plurality of thin strain generating portions sandwiched between an inner wall surface of the through hole and an outer peripheral surface of the metal block;
(b) a strain gauge disposed in a corresponding strain generating portion among the plurality of strain generating portions;
(c) a bridge circuit formed by the strain gauge;
(d) It is connected in series with a strain gauge arranged on one side of the bridge circuit, and compensates for the zero point of the bridge circuit that fluctuates due to a temperature change according to the temperature of the strain generating body. A zero compensation element for coarse correction of the output;
(e) a temperature sensor that detects the temperature of the strain body;
(f) a signal processing unit that calculates a change amount of the zero point after the coarse correction based on a detection result by the temperature sensor and finely corrects the output of the coarsely corrected bridge circuit based on the change amount; ,
With
The strain body constitutes a Roverval mechanism via a plurality of the strain portions provided between a free end to which a load is applied and a fixed end,
The load cell unit, wherein the zero compensation element and the temperature sensor are provided in a portion sandwiched between adjacent strain generating portions.
前記温度センサは、感温抵抗であることを特徴とするロードセルユニット。 In the load cell unit according to claim 1,
The load cell unit, wherein the temperature sensor is a temperature sensitive resistor.
前記感温抵抗は、前記ブリッジ回路の入力側に直列接続されていることを特徴とするロードセルユニット。 The load cell unit according to claim 2,
The load cell unit, wherein the temperature sensitive resistor is connected in series to the input side of the bridge circuit.
前記ひずみゲージは、温度変化に起因する前記起歪体の熱膨張を補償可能な自己温度補償型ひずみゲージであることを特徴とするロードセルユニット。 In the load cell unit according to claim 3,
The load cell unit according to claim 1, wherein the strain gauge is a self-temperature compensated strain gauge capable of compensating for thermal expansion of the strain generating body due to temperature change.
前記ひずみゲージは、温度変化に起因する起歪体の縦弾性係数の変化量を補償可能な温度感度補償型ひずみゲージであることを特徴とするロードセルユニット。 In the load cell unit according to claim 1 or 2,
The load cell unit according to claim 1, wherein the strain gauge is a temperature sensitivity compensation type strain gauge capable of compensating for a change amount of a longitudinal elastic modulus of a strain generating body caused by a temperature change.
前記起歪部のうち隣接する第1および第2起歪部は、前記外周面のうち、前記被計量物側から受ける荷重方向と略垂直であり、前記被計量物側からの荷重を受け持つ第1面側に設けられており、
隣接する第3および第4起歪部は、前記荷重方向と略垂直であり、前記貫通孔を挟んで前記第1面と逆側の第2面側に設けられており、
前記ひずみゲージは、第1ないし第4起歪部のそれぞれに配置されていることを特徴とするロードセルユニット。 In the load cell unit according to any one of claims 1 to 5,
The first and second strain generating portions adjacent to each other among the strain generating portions are substantially perpendicular to the load direction received from the object to be weighed in the outer peripheral surface, and are responsible for the load from the object to be weighed. It is provided on one side,
Adjacent third and fourth strain generating portions are substantially perpendicular to the load direction, and are provided on the second surface side opposite to the first surface across the through hole,
The load cell unit, wherein the strain gauge is disposed in each of the first to fourth strain generating portions.
前記ブリッジ回路は、第1および第2ひずみゲージと、第1および第2固定抵抗と、によって形成されており、
前記第1ひずみゲージは、第1入力端子と第1出力端子との間に、
前記第2ひずみゲージは、第2入力端子と前記第1出力端子との間に、
前記第1固定抵抗は、前記第1入力端子と、第2出力端子との間に、
前記第2固定抵抗は、前記第2入力端子と、前記第2出力端子との間に、
それぞれ接続されていることを特徴とするロードセルユニット。 The load cell unit according to claim 5,
The bridge circuit is formed by first and second strain gauges and first and second fixed resistors,
The first strain gauge is between the first input terminal and the first output terminal,
The second strain gauge is between a second input terminal and the first output terminal,
The first fixed resistor is between the first input terminal and the second output terminal,
The second fixed resistor is between the second input terminal and the second output terminal,
Each load cell unit is connected to each other.
前記起歪部のうち隣接する第1および第2起歪部は、前記外周面のうち、前記被計量物側から受ける荷重方向と略垂直であり、前記被計量物側からの荷重を受け持つ第1面側に設けられており、
隣接する第3および第4起歪部は、前記荷重方向と略垂直であり、前記貫通孔を挟んで前記第1面と逆側の第2面側に設けられており、
前記第1および第2ひずみゲージは、前記第1面および前記第2面のいずれか一方の面につき、該一方の面に設けられた起歪部のそれぞれに配置されていることを特徴とするロードセルユニット。 The load cell unit according to claim 7,
The first and second strain generating portions adjacent to each other among the strain generating portions are substantially perpendicular to the load direction received from the object to be weighed in the outer peripheral surface, and are responsible for the load from the object to be weighed. It is provided on one side,
Adjacent third and fourth strain generating portions are substantially perpendicular to the load direction, and are provided on the second surface side opposite to the first surface across the through hole,
The first and second strain gauges are arranged on either one of the first surface and the second surface in each of the strain-generating portions provided on the one surface. Load cell unit.
前記信号処理部は、前記零点の変化量を2次以上の高次近似によって算出することを特徴とするロードセルユニット。 The load cell unit according to any one of claims 1 to 8,
The load cell unit, wherein the signal processing unit calculates the amount of change of the zero by a second-order or higher-order approximation.
搬送される選別対象物の重量を計量する計量装置と、
前記計量装置による選別対象物の計量結果に基づいて、各選別対象物を振り分ける振分装置と、
を備え、
前記計量装置は、
請求項1ないし請求項9のいずれかに記載のロードセルユニットと、
前記ロードセルユニットによって支持されており、各選別対象物を搬送する計量コンベアと、
を有することを特徴とする重量選別機。 A weight sorter,
A weighing device for weighing the object to be sorted,
A sorting device that sorts each sorting object based on the weighing result of the sorting object by the weighing device;
With
The weighing device is
The load cell unit according to any one of claims 1 to 9,
Supported by the load cell unit, a weighing conveyor for conveying each sorting object,
A weight sorter characterized by comprising:
前記ロードセルによって支持されており、計量対象物を載荷する上皿部と、
を備えることを特徴とする電子秤。 The load cell unit according to any one of claims 1 to 9,
Supported by the load cell, and an upper platen portion on which a weighing object is loaded;
An electronic balance comprising:
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