JP2013234949A - Weighing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、計量装置に関し、特にロードセルを使用した計量装置において、ロードセルが備えるストレインゲージに関する絶縁抵抗値の低下状態を推定評価するものに関する。 The present invention relates to a weighing device, and more particularly, to a weighing device that uses a load cell to estimate and evaluate a decrease in insulation resistance value related to a strain gauge included in the load cell.
ストレインゲージを構成する金属抵抗体は、通常、ポリイミドなどの絶縁性・耐水性を有する樹脂で周囲を被われているので、容易に水分を通さない。また、ストレインゲージを構成する金属抵抗線への配線接続用の端子や、ロードセルから外部へケーブルを取り出す中継端子も、全て樹脂製の絶縁板の上に設けられ、ストレインゲージと共にシリコンゴムやブチルゴム等のカバー用ゴムでカバーされるので、容易に水分を通さない。 Since the metal resistor constituting the strain gauge is usually covered with an insulating and water-resistant resin such as polyimide, moisture does not easily pass therethrough. In addition, the terminal for wiring connection to the metal resistance wire that constitutes the strain gauge and the relay terminal for taking the cable from the load cell to the outside are all provided on the insulating plate made of resin. Silicon rubber, butyl rubber, etc. Since it is covered with rubber for the cover, moisture does not pass easily.
しかし、耐水性を有する樹脂やカバー用ゴムは、多孔質であるので、基本的には水蒸気を通過させる。従って、ロードセルの長期使用や使用環境によっては、吸収した水蒸気が水分化し、ストレインゲージの金属抵抗体やストレインゲージの配線接続端子とストレインゲージが貼付されている金属起歪体との間の絶縁抵抗値であるストレインゲージに関する絶縁抵抗値が低下し、荷重信号の零点やスパンに測定誤差として影響を与えることがある。 However, since the water-resistant resin and the cover rubber are porous, water vapor is basically allowed to pass through. Therefore, depending on the long-term use and usage environment of the load cell, the absorbed water vapor becomes moisture, and the insulation resistance between the strain gauge metal resistor or the strain gauge wiring connection terminal and the metal strain generator to which the strain gauge is attached The insulation resistance value related to the strain gauge, which is the value, may drop, and may affect the zero point or span of the load signal as a measurement error.
気温差が大きい環境や、計量部を日々水洗する環境や、屋外設置される環境などの厳しい環境下で使用される計量装置は、上記のストレインゲージに関する絶縁抵抗値が、荷重信号に無視できない誤差を与える程、低下する可能性が高いので、ストレインゲージに関する絶縁抵抗値の大きさを測定し、その大きさを判定し、荷重信号の測定が所定の精度で行えなくなる前に警報する手段の装備が望ましい。 For weighing devices used in harsh environments such as an environment with a large temperature difference, an environment in which the measuring unit is washed daily, or an environment where it is installed outdoors, the insulation resistance value related to the strain gauge cannot be ignored in the load signal. Equipment is provided that measures the magnitude of the insulation resistance value related to the strain gauge, determines the magnitude, and gives an alarm before the load signal cannot be measured with the specified accuracy. Is desirable.
そのためのストレインゲージに関する絶縁抵抗値を測定する技術の一例が特許文献1の図5に開示されている。この技術では、ロードセルがストレインゲージからなるブリッジ回路を備えており、計量時には、ブリッジ回路の2つの電源励磁端間に測定用電源を接続し、ブリッジ回路の2つの出力端間の電圧を測定する。絶縁抵抗値を測定する場合、2つの電源励磁端の一方に、測定用電源と基準抵抗器との直列回路の一端を接続し、この直列回路の他端を延長ケーブルを介して大地に接続する。2つの電源励磁端の他方は、空き端子とする。ロードセルと大地との間には絶縁抵抗が存在するので、測定用電源からストレインゲージ、絶縁抵抗、大地、延長ケーブル、基準抵抗、測定用電源へ電流が流れ、基準抵抗に電圧が発生する。この電圧を増幅器で増幅し、A/D変換器でデジタル化し、演算及び判定回路に供給して、絶縁抵抗値を測定する。絶縁抵抗値の測定用電源は、ブリッジ回路での荷重測定用に使用する増幅器等の電源とは、コモンラインが異なるものを使用している。そのため、ブリッジ回路励磁用と増幅器等用の2つの電源が準備されている。また、ブリッジ回路の絶縁抵抗値の測定のために、ブリッジ回路用の励磁電源を、計量時と絶縁抵抗値の測定時とで、切り換える必要がある。 An example of a technique for measuring the insulation resistance value related to the strain gauge is disclosed in FIG. In this technique, the load cell is provided with a bridge circuit composed of a strain gauge, and at the time of weighing, a power supply for measurement is connected between two power source excitation ends of the bridge circuit, and a voltage between the two output ends of the bridge circuit is measured. . When measuring an insulation resistance value, one end of a series circuit of a power supply for measurement and a reference resistor is connected to one of two power source excitation ends, and the other end of the series circuit is connected to the ground via an extension cable. . The other of the two power source excitation ends is an empty terminal. Since an insulation resistance exists between the load cell and the ground, a current flows from the measurement power source to the strain gauge, insulation resistance, ground, extension cable, reference resistance, and measurement power source, and a voltage is generated in the reference resistance. This voltage is amplified by an amplifier, digitized by an A / D converter, supplied to an arithmetic and determination circuit, and an insulation resistance value is measured. The power source for measuring the insulation resistance value is a power source having a common line different from that of a power source such as an amplifier used for load measurement in the bridge circuit. For this reason, two power supplies for exciting the bridge circuit and for the amplifier are prepared. Further, in order to measure the insulation resistance value of the bridge circuit, it is necessary to switch the excitation power source for the bridge circuit between measurement and measurement of the insulation resistance value.
特許文献1の技術では、上述したようにブリッジ回路励磁用と増幅器等用の2つの電源が必要であり、回路コストが上がるという問題がある。また、特許文献1の技術では、荷重信号を測定する場合及び絶縁抵抗値を測定する場合に、ブリッジ回路に供給する励磁電源を荷重信号測定用に切り換えねばならない。
As described above, the technique of
本発明は、荷重信号の測定の場合と絶縁抵抗値測定の場合とでブリッジ回路の電源を切り換えないようにして、絶縁抵抗値と荷重信号との測定を可能にすると共に、荷重信号の測定用と絶縁抵抗値の測定用とに用いる電源を共通にした計量装置を提供することを目的とする。 The present invention enables measurement of an insulation resistance value and a load signal by not switching the power supply of the bridge circuit between the case of measurement of a load signal and the case of measurement of an insulation resistance value. An object of the present invention is to provide a weighing device having a common power source used for measurement of insulation resistance.
本発明の一態様の計量装置は、金属製起歪体を有している。金属製起歪体には、種々のものを使用することができ、例えばロバーバル型のものやコラム型のものを使用することができる。この金属製起歪体の複数の起歪部それぞれに荷重測定用ストレインゲージが設けられている。これらストレインゲージがブリッジ回路に接続されて荷重測定手段を構成している。荷重測定手段では、そのブリッジ回路の対向する2つの励磁端が、片極性電源手段のコモンラインとノーマルラインとに接続されるか、或いは、両極性電源手段のそれぞれのノーマルライン間に接続されている。前記ブリッジ回路の別の2つの対向する出力端間の出力電圧が、前記金属製起歪体への荷重印加によって変化する。絶縁抵抗値測定手段は、前記起歪体に前記各荷重測定用ストレインゲージと同じ環境負荷が加わるように設けられた少なくとも1つの絶縁抵抗値測定素子を含んでいる。少なくとも1つの絶縁抵抗値測定素子は、例えば他のブリッジ構成手段と共にブリッジ回路を構成して、上記絶縁抵抗値測定手段を構成している。この絶縁抵抗値測定手段は、前記片極性電源手段の前記コモンラインと前記ノーマルラインとに接続されているか、前記両極性電源手段の前記それぞれのノーマルライン間に接続されている。この絶縁抵抗値測定手段の出力電圧が前記絶縁抵抗値測定素子の抵抗変化に従って変化する。 The weighing device of one embodiment of the present invention has a metal strain body. Various metal strain bodies can be used, and for example, a Robertal type or a column type can be used. A load measuring strain gauge is provided in each of the plurality of strain generating portions of the metal strain generating body. These strain gauges are connected to a bridge circuit to constitute a load measuring means. In the load measuring means, two opposing excitation ends of the bridge circuit are connected to the common line and the normal line of the unipolar power supply means or connected between the normal lines of the bipolar power supply means. Yes. The output voltage between the two other opposite output ends of the bridge circuit is changed by applying a load to the metal strain body. The insulation resistance value measuring means includes at least one insulation resistance value measuring element provided so that the same environmental load as the load measuring strain gauge is applied to the strain generating body. The at least one insulation resistance value measuring element constitutes a bridge circuit together with other bridge constituting means, for example, and constitutes the insulation resistance value measuring means. The insulation resistance value measuring means is connected to the common line and the normal line of the unipolar power supply means, or connected between the respective normal lines of the bipolar power supply means. The output voltage of the insulation resistance value measuring means changes according to the resistance change of the insulation resistance value measuring element.
このように構成された計量装置では、絶縁抵抗値測定手段と荷重測定手段とに、共通の片極性または両極性の電源手段が使用されている。従って、荷重測定の場合と、絶縁抵抗値測定の場合とで、別個の電源手段を切り換えて測定する必要が無いので、両方の測定を同時並行に実施することができる。また、絶縁抵抗値測定手段と荷重測定手段とで共通の電源を使用するので、別個の電源手段を準備する必要が無く、計量装置のコストを低減することができる。 In the weighing apparatus configured as described above, a common unipolar or bipolar power supply means is used for the insulation resistance value measuring means and the load measuring means. Therefore, since it is not necessary to switch between separate power supply means for the load measurement and the insulation resistance value measurement, both measurements can be performed simultaneously. Further, since a common power source is used by the insulation resistance value measuring means and the load measuring means, it is not necessary to prepare separate power means, and the cost of the weighing device can be reduced.
前記荷重測定手段の出力電圧が供給される荷重測定手段用電圧測定手段と、この荷重測定手段用電圧測定手段に前記荷重測定手段の出力電圧が供給されているとき同時に前記絶縁抵抗値測定手段の出力電圧が供給される絶縁抵抗値測定手段用電圧測定手段とを、設けることができる。この場合、前記荷重測定手段用電圧測定手段と前記絶縁抵抗値測定手段用電圧測定手段とは、前記片極性電源手段のコモンラインとノーマルラインとに接続されるか、または前記両極性電源手段のそれぞれのノーマルライン間に接続されている。 The voltage measuring means for the load measuring means to which the output voltage of the load measuring means is supplied, and at the same time when the output voltage of the load measuring means is supplied to the voltage measuring means for the load measuring means, An insulation resistance value measuring means voltage measuring means to which an output voltage is supplied can be provided. In this case, the voltage measuring means for the load measuring means and the voltage measuring means for the insulation resistance value measuring means are connected to a common line and a normal line of the unipolar power supply means, or of the bipolar power supply means. Connected between each normal line.
このように構成すると、荷重信号の測定時と絶縁抵抗値の測定時とで電源手段を切り換えることなく、荷重信号の測定と並行して、絶縁抵抗値も測定することができる。また、荷重測定手段、荷重測定手段用電圧測定手段、絶縁抵抗測定手段、絶縁抵抗値測定手段用電圧測定手段に、共通の電源手段を用いることができる。もし、絶縁抵抗値の測定状態から荷重信号の測定状態に電源手段を切り換えたなら、ブリッジ手段から出力される荷重信号が切換時に変動する。荷重信号測定手段が供給する出力電圧が供給される荷重測定手段用電圧測定手段やその後段の処理演算手段には、信号平滑のために遅れの大きいフィルタを設けることが多いので、絶縁抵抗値の測定から再び荷重信号の測定のために電源手段を切り換えたとき、フィルタの遅れ応答が収束するまでの待機時間が必要となり、コンベヤスケールのような常時連続的に荷重信号の測定が必要な計量装置では、絶縁抵抗値測定のために電源手段を切り換えると、荷重信号の安定待ちの間、荷重信号の測定ができない。こうしたタイミング遅れがあるので、常時連続的に荷重信号を測定しない通常の計量装置でも、任意のタイミングで荷重信号の測定から絶縁抵抗値の測定に、またはその逆に切り換えることができない。しかし、上述したように構成すると、電源手段を切り換える必要が無く、待機時間が不要となり、常時連続的に荷重信号の測定が必要が計量装置において、絶縁抵抗値を測定しても、荷重信号の測定のタイミング遅れは生じないし、通常の計量装置でも任意のタイミングで荷重信号の測定から絶縁抵抗値の測定に、またはその逆に切り換えることができる。また、荷重測定手段用電圧測定手段と絶縁抵抗値測定手段用電圧測定手段とを設けているので、荷重測定用絶縁抵抗値測定用とに切換手段によって1台の電圧測定手段を、電圧測定手段の前段の低レベル信号のラインで、切り換える必要が無く、切換手段に漏れ電流が流れることが無く、高精度に荷重信号や絶縁抵抗値を測定することができる。 If comprised in this way, an insulation resistance value can also be measured in parallel with the measurement of a load signal, without switching a power supply means at the time of the measurement of a load signal, and the measurement of an insulation resistance value. Moreover, a common power supply means can be used for the load measuring means, the voltage measuring means for the load measuring means, the insulation resistance measuring means, and the voltage measuring means for the insulation resistance value measuring means. If the power supply means is switched from the measurement state of the insulation resistance value to the measurement state of the load signal, the load signal output from the bridge means varies at the time of switching. In many cases, the load measuring means voltage measuring means to which the output voltage supplied by the load signal measuring means is supplied and the subsequent processing calculation means are provided with a filter having a large delay for signal smoothing. When the power supply is switched to measure the load signal again from measurement, a waiting time is required until the delayed response of the filter converges, and a weighing device such as a conveyor scale that requires continuous measurement of the load signal Then, when the power supply means is switched to measure the insulation resistance value, the load signal cannot be measured while waiting for the stability of the load signal. Because of such timing delay, even a normal weighing device that does not always measure the load signal continuously cannot switch from the load signal measurement to the insulation resistance value measurement or vice versa at any timing. However, with the configuration described above, there is no need to switch the power supply means, and no standby time is required, and it is necessary to constantly measure the load signal. There is no measurement timing delay, and even a normal weighing device can be switched from measurement of a load signal to measurement of an insulation resistance value or vice versa at an arbitrary timing. Further, since the load measuring means voltage measuring means and the insulation resistance value measuring means voltage measuring means are provided, one voltage measuring means is switched to the load measuring insulation resistance value measuring means by the switching means, and the voltage measuring means. It is not necessary to switch the low-level signal line in the previous stage, and no leakage current flows through the switching means, so that the load signal and the insulation resistance value can be measured with high accuracy.
或いは、前記荷重測定手段の出力電圧と、前記絶縁抵抗値測定手段用電圧測定手段の出力電圧とが、切換手段を介して切り換えて供給される1つの電圧測定手段を設けることもできる。この場合、この電圧測定手段は、前記片極性電源手段のコモンラインとノーマルラインとに接続されるか、または前記両極性電源手段のそれぞれのノーマルライン間に接続されている。このように構成すると、電圧測定手段を1台だけ準備すればよいので、コストの低減を図ることができる。 Alternatively, it is possible to provide one voltage measuring means for switching and supplying the output voltage of the load measuring means and the output voltage of the voltage measuring means for the insulation resistance value measuring means via the switching means. In this case, the voltage measuring means is connected to the common line and the normal line of the unipolar power supply means, or is connected between the normal lines of the bipolar power supply means. If comprised in this way, since only one voltage measuring means should be prepared, cost reduction can be aimed at.
前記少なくとも1つの絶縁抵抗値測定測定用素子は、前記荷重測定用ストレインゲージの近傍に、このストレインゲージと同一姿勢で貼着することができる。前記少なくとも1つの絶縁抵抗値測定素子は、前記荷重測定用ストレインゲージと同一性質を有するものとすることができる。このように構成すると、荷重測定用ストレインゲージに生じている絶縁抵抗値の変化と同様な絶縁抵抗値の変化が少なくとも1つの絶縁抵抗値測定素子に発生するので、正確に絶縁抵抗値を測定することができる。 The at least one element for measuring and measuring an insulation resistance value can be attached in the same posture as the strain gauge in the vicinity of the strain gauge for load measurement. The at least one insulation resistance value measuring element may have the same properties as the load measuring strain gauge. With this configuration, since a change in the insulation resistance value similar to the change in the insulation resistance value occurring in the strain gauge for load measurement occurs in at least one insulation resistance value measuring element, the insulation resistance value is accurately measured. be able to.
或いは、前記少なくとも1つの絶縁抵抗値測定素子を、前記起歪体への荷重印加時に歪み非発生である前記起歪体の部位に、前記荷重測定用ストレインゲージと共通の防湿または防水対策を施して設けることができる。このように構成すると、印加されている荷重の影響を受けずに、荷重測定用ストレインゲージと同様な絶縁抵抗値の変化が少なくと1つの絶縁抵抗値測定素子に生じるので、正確に絶縁抵抗値を測定することができる。 Alternatively, the at least one insulation resistance value measuring element is subjected to a moisture proof or waterproof measure common to the strain gauge for load measurement on a portion of the strain generating body that is not distorted when a load is applied to the strain generating body. Can be provided. With this configuration, since the change in the insulation resistance value similar to that of the strain gauge for load measurement occurs at least in one insulation resistance measurement element without being affected by the applied load, the insulation resistance value can be accurately determined. Can be measured.
前記絶縁抵抗値測定手段は、前記少なくとも1つの絶縁抵抗値測定素子と複数の抵抗手段とによって構成することができる。この場合、これらを接続する配線の抵抗の温度変化に無関係に、前記少なくとも1つの絶縁抵抗素子の抵抗値変化を測定できるように構成されている。例えば上記特許文献1の技術で入力抵抗値の絶縁抵抗値の低下による変化量を検出電圧として検出することが開示されているが、この検出電圧を表す数式中には、ロードセルと電圧測定回路との間の配線抵抗の値が含まれており、電圧測定回路とロードセルとの間の距離が長く、配線抵抗の値が大きくなる場合、気温変化で配線抵抗の値が変動し、検出誤差を生じる。しかし、この態様では、配線の抵抗の温度変化に無関係に絶縁抵抗値を測定することができ、電圧測定回路とブリッジ回路との間の配線が長くても、配線抵抗の温度変化の影響を受けず、正確に絶縁抵抗値を測定することができる。
The insulation resistance value measuring means may be constituted by the at least one insulation resistance value measuring element and a plurality of resistance means. In this case, the change in the resistance value of the at least one insulation resistance element can be measured regardless of the temperature change in the resistance of the wiring connecting them. For example, the technique disclosed in
以上のように、本発明によれば、荷重信号の測定用にも絶縁抵抗値の測定用にも共通の電源手段を使用でき、計量装置のコストを低減することができる。また、本発明の1つの態様によれば、さらに絶縁抵抗値測定状態から荷重信号測定状態への切り換える必要が無く待機時間が不要となる。また、別の態様では、電圧測定手段を1台だけ設ければよいので、さらにコストの低減を図ることができる。また、別の態様によれば、高精度に絶縁抵抗値を測定することができるし、配線抵抗の影響を除去することもできる。 As described above, according to the present invention, it is possible to use a common power supply means for measuring a load signal and for measuring an insulation resistance value, thereby reducing the cost of the weighing device. Further, according to one aspect of the present invention, there is no need to switch from the insulation resistance value measurement state to the load signal measurement state, and the standby time is unnecessary. Moreover, in another aspect, since only one voltage measuring means needs to be provided, the cost can be further reduced. According to another aspect, the insulation resistance value can be measured with high accuracy, and the influence of the wiring resistance can be removed.
本発明の第1の実施形態の計量装置は、図2(a)、(b)に示すように、ロードセル1を備えている。このロードセル1は、金属製起歪体2を有している。この金属製起歪体2は、平行四辺形式のロバーバル型のもので、上下方向に間隔を隔てて互いに平行に位置する2つの梁部4それぞれに複数、例えば2箇所の起歪部6が形成されている。上側の起歪部6に、複数、例えば4つの荷重測定用ストレインゲージ8が貼り付けられている。2つの梁部4の一端側に跨って固定部10が形成され、他端側に跨って荷重印加部12が形成されている。固定部10は支持部14に固定され、荷重印加部12には載台16が取り付けられている。
The weighing device according to the first embodiment of the present invention includes a
図1に示すように、4つの荷重測定用ストレインゲージ8は、ブリッジ回路、例えばホイーストンブリッジ回路18を構成するように接続されている。このホイーストンブリッジ回路18は、互いに対向する電源励磁端20a、20bと、互いに対向する出力端20c、20dを有し、これらは、図2(b)に示すように固定部10に設けた配線板22の端子22a乃至22dにそれぞれ接続されている。即ち、図1に示すように電源励磁端20aは端子22aに、電源励磁端20bは端子22bに、出力端20cは端子22cに、出力端子20dは端子22dに、それぞれ接続されている。
As shown in FIG. 1, the four load measuring
図2(a)、(b)に示すように、金属製起歪体2における荷重の印加によって起歪しない位置であって、可能な限り荷重測定用ストレインゲージ8に近い位置、例えば上側の梁部4の長さ方向の中央に、絶縁抵抗値測定素子、例えば絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24が貼着されている。この絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24は、荷重測定用ストレインゲージ8と同一性質を有するものである。即ち、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24は、荷重測定用ストレインゲージ8の環境条件とほぼ同一の環境条件にあり、かつ絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24の仕様は、荷重測定用ストレインゲージ8の仕様と同一である。図1に示すように、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24の一端は、配線板22の端子22e、22fに接続され、他端は、ホイーストンブリッジ回路18の電源励磁端20bが接続されている端子22bに接続されている。なお、図示していないが、荷重信号測定用ストレインゲージ8、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24及び端子盤22は、ブチルゴム等の有機材料でコーティングされ、共通の防水、防湿対策が施されている。
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), a position in the
配線板22の各端子22a乃至22fは、図示していないケーブルを介して図3に示す指示計26に接続されている。指示計26は、電圧測定回路28と、演算回路30と、操作設定スイッチ32と、表示部34とを有している。演算回路30は、CPUや入出力回路及びメモリを含むものであり、操作設定スイッチ32は、演算回路30において使用するデータ等を設定したり、演算開始等の操作指示を与え、表示部34は重量表示値や絶縁抵抗値の低下の警報文字を表示する。この実施形態では、電圧測定回路28の一部と演算回路30とが、荷重測定手段用電圧測定手段と絶縁抵抗測定手段用電圧測定手段を構成する。この他に音声によって絶縁抵抗値の低下を報知するために警報ブザーも設けられている(図示せず)。
Each terminal 22a thru | or 22f of the
図1に示すように、電圧測定回路28も、配線板36を有している。配線板36は、配線板22の各端子22a乃至22fにそれぞれケーブルによって接続されている端子36a乃至36fを有している。即ち、端子36aは端子22aに、端子36bは端子22bに、端子36cは端子22cに、端子36dは端子22dに、端子36eは端子22eに、端子36fは端子22fに、それぞれ接続されている。なお、図1において符号rで示すのは、各端子間を接続するケーブルの抵抗分である。
As shown in FIG. 1, the
端子36aは、片極性電源手段、例えば電源38のノーマルラインNに接続され、端子36bは電源38のコモンラインCに接続されている。従って、電源38のノーマルラインNは、端子36a、22aを介してホイーストンブリッジ回路18の電源励磁端20aに接続され、電源38のコモンラインCは端子36b、22bを介してホイーストンブリッジ回路18の励磁電源端20bに接続されている。その結果、電源38の電圧がホイーストンブリッジ回路18の励磁電源端20a、20b間に供給されている。
The terminal 36 a is connected to a unipolar power supply means, for example, the normal line N of the
端子36c、36dは演算増幅器40の2つの入力端子に図示していない入力回路を介して接続されている。従って、演算増幅器40の両入力端子には、端子36c、22c、36d、22dを介してホイーストンブリッジ回路18の出力端20c、20d間の出力電圧が供給され、これが荷重信号測定手段用電圧測定手段の一部をなす演算増幅器40で増幅される。なお、演算増幅器40はの一方の電源端子には電源38のノーマルラインNが接続され、他方の電源端子には電源38のコモンラインCが接続されている。その結果、電源38から演算増幅器40には動作電圧が供給されている。演算増幅器40の出力電圧は、A/D変換手段、例えばA/D変換器42によってデジタル化されて、図3に示す演算回路30に供給される。なお、A/D変換器42の正電源端子は電源38のノーマルラインNに接続され、負電源端子は電源38のコモンラインCに接続されて、電源38から動作電圧が供給されている。従って、金属起歪体2の荷重印加部12に荷重が印加されると、出力端20c、20d間の出力電圧が変化し、その変化した出力電圧が演算増幅器40で増幅され、A/D変換器42でデジタル化され、演算回路30に供給され、演算処理されて、荷重値が表示部34に表示される。
The
電圧測定回路28内で端子36a、36b間、即ち電源38のノーマルラインNとコモンラインCとの間に基準抵抗器44、46が直列に相互接続点37aにおいて接続されている。基準抵抗器44、46は、抵抗値がほぼ等しく、温度変化に対して安定なものである。端子36aと端子36eとの間にも基準抵抗器48が接続されている。基準抵抗器48は、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24とほぼ抵抗値が等しく、温度変化に対して安定なものである。基準抵抗器44、46、48及び絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24によって、絶縁抵抗値測定手段、例えばブリッジ回路、具体的にはホイーストンブリッジ回路49が構成されている。このブリッジ回路49では、端子36aと端子36bとが励磁電源端となり、これらは電源38のノーマルラインNとコモンラインCとに接続されている。従って、絶縁抵抗測定手段であるブリッジ回路49の電源は、荷重信号測定手段であるホイーストンブリッジ回路18と共通である。
In the
基準抵抗器44、46の相互接続点37aが、絶縁抵抗測定手段用電圧測定手段の一部をなす演算増幅器50の一方の入力端子に図示しない入力回路を介して接続され、他方の入力端子は図示しない入力回路を介して端子36fに接続されている。この端子36fは端子22fに接続されているので、演算増幅器50の両入力端子間には、ブリッジ回路49の出力端である端子22fと、基準抵抗器44、46の相互接続点37aとの間の出力電圧が供給される。演算増幅器50の正電源端子には電源38のノーマルラインNが接続され、負電源端子には電源38のコモンラインCが接続されて、電源38から演算増幅器50には動作電圧が供給されている。演算増幅器50の出力電圧は、A/D変換手段、例えばA/D変換器52によってデジタル化されて、図3に示す演算回路30に供給される。なお、A/D変換器52の一方の電源端子は電源38のノーマルラインNに接続され、他方の電源端子は電源38のコモンラインCに接続されて、電源38から動作電圧が供給されている。
An
図4は、図1におけるブリッジ回路49の等価回路図で、端子36e、22e間のケーブルの抵抗分r、端子36b、端子22b間のケーブルの抵抗分rがそれぞれ基準抵抗器48と絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24に直列に接続されている。端子22fと端子36fとの間のケーブルの抵抗分が演算増幅器50の他方の入力端子に接続されているが、他方の入力端子における入力抵抗値は、抵抗分rの変化を無視できる大きな値になるように図示していない入力回路が構成されている。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the
上述したように、荷重信号測定用ストレインゲージ8、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24及び端子盤22は、ブチルゴム等の有機材料でコーティングされ、共通の防水、防湿対策が施されているので、ロードセル1が水蒸気の含まれた気温変化の激しい環境下に配置されると、多孔質である有機材料に吸収された水蒸気が水分化して、ブリッジ回路18の各荷重信号測定用ストレインゲージ8の抵抗値が変化し、かつ各荷重信号測定用ストレインゲージ8と金属起歪体2との間の絶縁抵抗値が低下する。このとき、荷重信号測定用ストレインゲージ8と同じ環境下におかれ、同じ材質、同じコーティング剤を使用した絶縁抵抗測定用ストレインゲージ24にも、荷重信号測定用ストレインゲージ8と同じ抵抗変化が生じる。この点を利用して、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24の絶縁抵抗値の低下を測定することによって、荷重信号測定用ストレインゲージ8での絶縁抵抗値の低下状態を演算回路30によって推定評価する。
As described above, the load signal measuring
即ち、図1における基準抵抗器44、46、48は、上述したように温度変化に対して安定な性能を持っており、ケーブルの抵抗分rが温度変化しても、図4の等価回路に示すようにケーブルの抵抗分rは基準抵抗器48と絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24とにそれぞれ直列に接続されている。なお、基準抵抗器48を、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24と同種で、電圧測定回路28が収容されている側において、金属起歪体2と同じ材質の板状に貼着された状態とするのが適切である。このような状態において、荷重信号測定用ストレインゲージ8と絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24の起歪体2に対する絶縁抵抗値が高く、各ストレインゲージ8、24の端子間の絶縁抵抗値も高いならば、周囲温度が変化しても、端子22e、22fに接続されている絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24の一端の電位も、基準抵抗器44、46の相互接続点37aの電位も、即ちブリッジ回路49の出力端それぞれの電位は変化しない。絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24と金属製起歪体2との間には、図1に示すように絶縁抵抗値re1が発生し、配線板22上の端子と金属製起歪体2との間には絶縁抵抗値re2が発生し、絶縁抵抗値re1と直列に、絶縁抵抗測定用ストレインゲージ24の両端間に接続されている。同様に、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24と配線板22の端子間には絶縁抵抗値re3が発生し、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24の両端間に接続されている。これらの値が極めて高い場合でも、演算増幅器50の出力電圧の極性が正となるように、基準抵抗器44、48側に、これらが持つ抵抗値よりも充分小さく、温度に対して安定な抵抗器を直列に接続するなどして、基準抵抗器44、46、48の値が設定される。上述した絶縁抵抗値re1、re2、re3が揃って高い状態から、上述したような水分等の影響によって、絶縁抵抗値re1、re2、re3のいずれかが低下すると、等価的に絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24の抵抗値が下がり、演算増幅器50の出力電圧が変動する。この変動を基に荷重信号測定用ストレインゲージ8の絶縁抵抗値の低下状態を演算回路30が推定評価する。なお、演算増幅器50の出力電圧が絶縁抵抗値の変化によって減少する場合でも増加する場合でも、評価可能とする範囲では常に演算増幅器50の出力電圧は正極性となるようにしてある。
That is, the
ロードセル1の絶縁抵抗値が高く、正常であるとしてロードセル1が使用されている時点、例えばロードセル1の調整時点で演算増幅器50の出力電圧のデジタル値E0を演算回路30に初期値として読み込み、操作・設定スイッチ32の操作によって演算回路30内のメモリに記憶させる。ロードセル1の使用状態において、演算増幅器50の出力電圧のデジタル値Exを演算回路30に読み込み、初期値からの変動値EdxをEx−E0として演算回路30が求める。
The digital value E0 of the output voltage of the
荷重信号に誤差を与えるレベルのEdxを許容値Eeとして予め定めて演算回路30に記憶させておき、Edx>Eeが成立したと演算回路30が判定すると、荷重信号測定用ストレインゲージに関する絶縁抵抗値も許容値以上に低下しているものと推定評価して、警報となる文字を表示部30に表示したり、特別に設けた電子ブザーを作動させたりして、絶縁抵抗値の低下を報知する。
Edx at a level that gives an error to the load signal is determined in advance as an allowable value Ee and stored in the
第1の実施形態の計量装置では、荷重信号の測定用のストレインゲージ8も、絶縁抵抗値測定用のストレインゲージ24も共通の電源38によって励磁されているので、回路構成が簡単になる。また、荷重信号測定と、絶縁抵抗値の測定とが同時に並列的に実施できるので、待機時間なく、荷重信号を継続して測定できる。即ち、絶縁抵抗値の測定と荷重信号の測定とで1台の電圧測定回路を使用する場合には、ブリッジ回路18の出力電圧と、ブリッジ回路49の出力電圧とを、1台の電圧測定用の演算増幅器に切換供給しなければならず、特にブリッジ回路49の出力電圧を供給していた状態からブリッジ回路18の出力電圧を供給する状態に切り換えた場合、演算増幅器の出力電圧が安定する待機時間の経過まで荷重を測定することができないが、この実施形態では、荷重信号測定と、絶縁抵抗値測定とが同時に並列的に実施できるので、待機時間がない。また、ブリッジ回路18の出力電圧と、ブリッジ回路49の出力電圧とを、1台の電圧測定用の演算増幅器に切換供給する場合、切換手段としてアナログスイッチを使用すれば漏れ電流がアナログスイッチに流れ、誤差要因となり、また、リレースイッチを使用すると、リレーの接点部に発生する熱起電力が誤差要因となるが、この実施形態では、切換が不要であるので、上述したような誤差は発生しない。また、荷重信号測定用ストレインゲージ8の両端子間の絶縁抵抗値及びストレインゲージ8の両端子と金属製起歪体2との間の絶縁抵抗値についての評価を、演算増幅器へ供給するブリッジ回路を切り換えることなく、行うことができる。また、ブリッジ回路49は、図4に等価回路で示すように構成されているので、ロードセル1と電圧測定回路28との距離が長くても、両者を繋ぐケーブルの抵抗値の温度変化が、絶縁抵抗値の測定に影響しない。
In the weighing device according to the first embodiment, since the
本発明の第2の実施形態の計量装置を図5に示す。この実施形態は、起歪体2と指示計26とが近距離に配置され、ケーブルの抵抗値の大きさやその温度変化が無視できる場合のもので、端子22e、36eを除去し、端子36a、36f間に基準抵抗器48を接続し、端子36f側の基準抵抗器48の端が演算増幅器50の他方の入力端子に接続されている。他の構成は、第1の実施形態と同一であるので、詳細な説明は省略する。
A weighing device according to a second embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, the
本発明の第3の実施形態の計量装置を図6に示す。この実施形態の計量装置は、電圧測定手段の前段の低レベル信号ラインにアナログスイッチを挿入しても、アナログスイッチの漏れ電流などが測定精度に影響を与えない場合に、回路構成を簡略化するために、演算増幅器を演算増幅器50のみとして、切換手段、例えばアナログスイッチ54、56を設けてある。演算増幅器50の一方の入力端子にアナログスイッチ54を介してブリッジ回路18の出力端20cと、ブリッジ回路49の一方の出力端である基準抵抗器44、46の相互接続点とのうち、一方を接続し、演算増幅器50の他方の入力端子に、ブリッジ回路18の出力端20dと、ブリッジ回路49の他方の出力端である端子36とのうち、一方を接続するように構成してある。アナログスイッチ54、56は、演算回路30によって制御される。その制御は、演算増幅器50の一方の入力端子にブリッジ回路18の出力端20cが接続されているとき、他方の入力端子にブリッジ回路18の出力端20dが接続される状態と、演算増幅器50の一方の入力端子にブリッジ回路49のブリッジ回路49の一方の出力端である基準抵抗器44、46の相互接続点が接続されているとき、他方の入力端子にブリッジ回路49の他方の出力端である端子36fが接続される状態とのいずれか選択されたものとなるように、行われる。他の構成は、第1の実施形態と同一であるので、詳細な説明は省略する。
A weighing device according to a third embodiment of the present invention is shown in FIG. The weighing device according to this embodiment simplifies the circuit configuration when an analog switch is inserted in the low-level signal line in the previous stage of the voltage measuring means and the leakage current of the analog switch does not affect the measurement accuracy. Therefore, the operational amplifier is only the
本発明の第4の実施形態の計量装置を図7及び図8に示す。この実施形態の計量装置では、2つの絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24a、24bを使用している。これらストレインゲージ24a、24bは、金属製起歪体2に第1の実施形態のストレインゲージ24と同様に設けられている。配線板22、36の端子は、第1の実施形態よりもそれぞれ2つ多く、端子22a乃至22h、36a乃至36hまで設けられている。端子36a、36bは、第1の実施形態と同様に電源38のノーマルラインNとコモンラインCとに接続され、端子36a、36bは端子22a、22bにケーブルを介して接続されている。これによってブリッジ回路18の電源励磁端18a、18bに接続されている。また、ブリッジ回路18の出力端20c、20dは第1の実施形態と同様に端子22c、22dにケーブルを介して接続され、端子36c、36dに接続されている。
A weighing device according to a fourth embodiment of the present invention is shown in FIGS. In the weighing device of this embodiment, two insulation resistance value measuring
端子36aと端子36eとの間に基準抵抗器44が接続され、端子36eはケーブルを介して端子22eに接続され、端子22eは絶縁抵抗測定用ストレインゲージ24bを介して端子22bに接続されている。絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24aの一端が端子22aに接続され、他端は、端子22f、22gに接続されている。端子22f、22gは、ケーブルを介して端子36f、36gに接続され、端子36gは基準抵抗器46を介して端子36bに接続されている。従って、基準抵抗器44、46、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24a、24bによってブリッジ回路49aが構成されている。このブリッジ回路49aの2つの出力端の一方である端子22fがケーブルを介して端子36fに接続され、端子36fは演算増幅器50の一方の入力端子に接続されている。また、ブリッジ回路49aの2他方の出力端である端子22hがケーブルを介して端子36hに接続され、端子36hは演算増幅器50の他方の入力端子に接続されている。従って、ブリッジ回路49aの出力電圧が演算増幅器50に供給される。図8は、図7の等価回路で、基準抵抗器44、46、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24a、24bに直列にケーブルの抵抗分が接続され、第1の実施形態と同様にケーブルの抵抗分の温度変化の影響を受けない。なお、演算増幅器50の両入力端子の入力抵抗値は、接続されているケーブルの抵抗分の変化を無視できるように大きい値とされているのは第1の実施形態と同様である。他の構成は、第1の実施形態と同一であるので、詳細な説明は省略する。
A
この構成では、第1の実施形態と同様な効果を奏する上に、2つの絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24a、24bを使用しているので、これらの絶縁抵抗値が低下したとき、第1の実施形態よりも高い感度で絶縁抵抗値の変化を検出することができる。
In this configuration, the same effects as those of the first embodiment are obtained, and the two insulation resistance value measuring
本発明の第5の実施形態の計量装置を図9に示す。この実施形態の計量装置は、第1の実施形態の計量装置の片極性電源38に代えて、両極性電源手段、例えば正極電源38pと負極電源38nとを使用したものである。ブリッジ回路18、演算増幅器50、A/D変換器52は、これら正負極電源38p、38nによる電圧+VのノーマルラインNpと、電圧−VのノーマルラインNnに接続されている。基準抵抗器48と絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24とを第1の実施形態と同様に選択すると、端子22fの電圧は、ほぼコモンラインCの電圧に等しくなるので、演算増幅器50の片側の入力は、コモンラインCに接続されている。他の構成は、第1の実施形態と同一であるので、詳細な説明は省略する。この計量装置においても、第1の実施形態と同様に、絶縁抵抗値re1、re2、re3が発生する。絶縁抵抗値re1、re2、re3が揃って高い状態から、水分等の影響によって、絶縁抵抗値re1、re2、re3のいずれかが低下すると、等価的に絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24の抵抗値が下がり、演算増幅器50の出力電圧が変動する。この変動を基に荷重信号測定用ストレインゲージ8の絶縁抵抗値の低下状態を演算回路30が推定評価する。
A metering device according to a fifth embodiment of the present invention is shown in FIG. The weighing device of this embodiment uses bipolar power supply means, for example, a
なお、正負両電源38p、38nを有する場合であっても、第1の実施形態と同様に、正の電源38pのノーマルラインNpとコモンラインCとの間に、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24、基準抵抗器44、46、48、演算増幅器50、A/D変換器52を接続することもできる。
Even in the case where both the positive and
上記の各実施形態では、金属製起歪体2には、平行四辺形型のものを使用したが、これに限ったものではなく、コラム型のものを使用することもできる。また、第1の実施形態において消費電力を節減するために、基準抵抗器48、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24それぞれに直列に抵抗器を接続することもできる。但し、絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ24に直列に接続する抵抗器は、金属製起歪体2上で接続する。
In each of the above embodiments, the
第2乃至第4の実施形態の計量装置においても、第5の実施形態の計量装置と同様に、両極性電源手段、例えば正極電源38pと負極電源38nとを使用することができ、第2乃至第4の実施形態のいずれにおいても、ブリッジ回路18、演算増幅器50、A/D変換器52が、正負極電源38p、38nによる電圧+VのノーマルラインNpと、電圧−VのノーマルラインNnに接続される。第2の実施形態では、第5の実施形態と同様に演算増幅器50の一方の端子は、端子36fを介して端子22fに接続され、他方の端子は、コモンラインCに接続され、基準抵抗器44、46が除去される。第3の実施形態では、演算増幅器50の一方の入力端子はアナログスイッチ56、端子36fを介して端子22fと、ブリッジ回路18の出力端20dとの一方に接続され、演算増幅器50の他方の端子は、アナログスイッチ56と同期して切り換えられるアナログスイッチ54を介してコモンラインCとブリッジ回路18の出力端20cとの一方に接続される。基準抵抗器44、46は除去される。第4の実施形態では、演算増幅器50の2つの入力端子への接続の変更はない。
In the weighing devices of the second to fourth embodiments, as in the weighing device of the fifth embodiment, bipolar power supply means, for example, the
2 金属製起歪体
8 荷重測定用ストレインゲージ
18 ホイーストンブリッジ回路
22a乃至22f 端子
24 絶縁抵抗値測定用ストレインゲージ
28 電圧測定回路(荷重信号測定手段用電圧測定手段、絶縁抵抗値測定手段用電圧測定手段)
30 演算回路(荷重信号測定手段用電圧測定手段、絶縁抵抗値測定手段用電圧測定手段)
38 片極性電源(片極性電源手段)
38p 38n 正負極電源(両極性電源手段)
2
30 arithmetic circuit (voltage measurement means for load signal measurement means, voltage measurement means for insulation resistance value measurement means)
38 Unipolar power supply (Unipolar power supply means)
Claims (6)
この金属製起歪体の起歪部に設けられた複数の荷重測定用ストレインゲージによって構成されたブリッジ回路であって、そのブリッジ回路の対向する2つの励磁端が、片極性電源手段のコモンラインとノーマルラインとに接続されるか、または両極性電源手段のそれぞれのノーマルライン間に接続され、前記ブリッジ回路の別の2つの対向する出力端間の出力電圧が、前記金属製起歪体への荷重印加によって変化する荷重測定手段と、
前記起歪体に前記各荷重測定用ストレインゲージと同じ環境負荷が加わるように設けられた少なくとも1つの絶縁抵抗値測定素子を含み、前記片極性電源手段の前記コモンラインと前記ノーマルラインとに接続されるか、または前記両極性電源手段のそれぞれのノーマルライン間に接続され、出力電圧が前記絶縁抵抗値測定素子の抵抗変化に従って変化する絶縁抵抗値測定手段とを、
具備する計量装置。 A metal strain body,
A bridge circuit composed of a plurality of load measuring strain gauges provided in a strain generating portion of the metal strain generating body, and two exciting ends facing each other are connected to a common line of a unipolar power source means Are connected between the normal lines of the bipolar power supply means, and an output voltage between two other opposite output terminals of the bridge circuit is supplied to the metal strain body. Load measuring means that changes by applying the load,
Including at least one insulation resistance value measuring element provided so that the same environmental load as the strain gauge for each load measurement is applied to the strain generating body, and connected to the common line and the normal line of the unipolar power supply means Or insulation resistance value measuring means connected between the respective normal lines of the bipolar power supply means, wherein the output voltage changes according to the resistance change of the insulation resistance value measuring element,
Weighing device to have.
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