JP2522294B2 - 電子天びん - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は電子天びんに関する。なお、本発明は、電磁
力平衡型等のいわゆる電子天びんのほか、ロードセル等
を荷重センサとするいわゆる電子はかりにも適用するこ
とができる。

＜従来の技術＞ 一般に、電子天びんは、試料に働く重力の加速度によ
る力を、電磁力等で平衡させる等によって検出し、その
検出値を質量に換算して表示するが、重力の加速度は地
域によって異なり、従って設置場所を変更するごとに上
述の換算のための係数（以下、スパン係数と称する）を
更新する、いわゆるスパン校正を行う必要がある。ま
た、天びん自体の経年変化や、使用している天びんのパ
ーツの温度依存性等により、同じ設置場所においても定
期的にあるいは随時にスパン校正を行う必要がある。こ
の点においては電子はかりも同様である。

電子天びんのスパン校正は、一般に、基準となる質量
の分銅を皿上に載せ、そのときの計量値がその分銅質量
と一致するよう、スパン係数を更新することによって行
われる。

このようなスパン校正において、軽い質量を基準質量
として校正を行うと、荷重データの量子化エラーがスパ
ン係数のエラーに及ぼす影響が大きくなってしまうこと
から、従来、可及的に重い質量、すなわちその電子天び
んのひょう量もしくはその近傍の質量の校正用分銅を用
いて校正を行っていた。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 上述した従来のスパン校正法では、ひょう量の小さい
電子天びん等において問題はないものの、大ひょう量の
電子天びんにおいては例えば数十kg乃至数百kgにも及ぶ
高価な分銅を校正用のために用意しなければならず、経
済的及び作業上の労力的な負担が問題となっている。ま
た、電子天びんの高機能化に伴い、校正用分銅を内蔵す
るものも実用化されているが、大ひょう量の場合には寸
法的にもコスト的にも校正用分銅の内蔵が困難になると
いう問題もある。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、
その構成を第１図に示す基本概念図を参照しつつ説明す
ると、本発明は、皿上荷重に応じた電気信号を発生する
荷重検出部ａと、基準電圧源ｂからの出力信号を基準電
圧信号として荷重検出部ａからの出力をデジタルデータ
Ｄに変換するデジタル化手段ｃと、スパン係数を記憶す
るメモリｄと、デジタルデータＤをメモリｄ内のスパン
係数を用いて質量値に換算する質量換算手段ｅと、荷重
検出部ａへの基準質量の負荷時におけるデジタルデータ
Ｄとその基準質量値とからスパン係数を算出してメモリ
ｄの内容を更新するスパン係数算出手段ｆを備えた天び
んにおいて、基準電圧源ｂからの出力信号をチョッピン
グすることによってパルス化し、そのパルスデューティ
比を変化させることによりその実効電圧を変化させ得る
基準電圧変更手段ｇを設け、スパン係数算出手段ｆによ
るスパン係数の算出時には、基準電圧変更手段ｇにより
実効電圧を所定の率に低下させた信号をデジタル化手段
ｃの基準電圧信号とするよう構成したことによって、特
徴づけられる。

＜作用＞ スパン係数の算出時に、基準電圧値を通常の測定時の
例えば1/10にすることにより、ひょう量の1/10の校正用
分銅を用いてスパン係数を算出しても、デジタル化手段
ｃからのデジタルデータＤは、通常の測定時におけるひ
ょう量質量負荷時と同等の値となる。従って、荷重デー
タの量子化エラーが算出されたスパン係数のエラーに及
ぼす影響度は、通常の測定時の基準電圧値を用いてひょ
う量と等しい質量の校正用分銅を使用してスパン係数を
算出する従来の手法と同等となる。

＜実施例＞ 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第２図は本発明実施例の構成を示すブロック図であ
る。

荷重検出部１は皿1a上の荷重に応じた信号、すなわち
荷重信号を出力し、その信号Ａ−Ｄは変換器２に入力さ
れている。Ａ−Ｄ変換器２は、その荷重信号を基準電圧
信号との比較によりデジタル化する。そのデジタルデー
タＤは演算部３に採り込まれ、スパン係数メモリ４内の
スパン係数を用いて質量値に換算される。換算された質
量値は表示器５に表示される。

Ａ−Ｄ変換器２に供給される基準電圧信号の電圧値
は、以下に示すような回路によって、スパン校正時には
通常の測定時に比して後えば1/10に変更される。

すなわち、基準電圧源６は、荷重検出部１内に設けら
れた温度センサ７の出力に基づいて、この荷重検出部１
の温度変化によるスパン変化が補償された直流電圧信号
を出力する。そして、この基準電圧源６の出力端子とＡ
−Ｄ変換器２の基準電圧入力端子との間に電子スイッチ
８とローパスフィルタ９が介在している。電子スイッチ
８はパルス成形器10からのパルス信号によってON・OFF
駆動され、通常の測定時には例えばON状態を保ち、これ
によってＡ−Ｄ変換器２には基準電圧源６からの直流電
圧信号を第３図（ａ）に示すようにでデューティ比100
％でローパスフィルタ９を介してＡ−Ｄ変換器２に供給
するとともに、スパン校正時には、第３図（ｂ）に示す
ように、クロック発振器11からのクロックパルスに基づ
いてデューティ比10％のもとに直流電圧信号をチョッピ
ングしてパルス化し、ローパスフィルタ９で平滑化して
Ａ−Ｄ変換器２に供給するよう構成されている。従っ
て、Ａ−Ｄ変換器２の基準電圧信号の電圧値は、スパン
校正時には通常の測定時の電圧値V₁の1/10の電圧値V₂と
なる。

次に作用を述べる。この電子天びんのひょう量が例え
ば300gであるとき、校正用分銅は質量30.000gのものが
使用される。また、スパン係数算出時における基準質量
値Ｊは300.00gとされる。そして、基準電圧信号の電圧
値をV₂とした状態で上述の校正用分銅を皿1a上に載せる
と、Ａ−Ｄ変換器２からのデジタル値はフルスケール
値、つまり、測定時におけるひょう量相当値Ｐ、換言す
れば基準電圧信号の電圧値をV₁のままで300.00gの校正
用分銅を載せた場合と等しい値Ｐとなる。この値Ｐと基
準質量値Ｊとからスパン係数Ｋを、 Ｋ＝J/P により算出してスパン係数メモリ４の内容を更新すれ
ば、基準電圧信号の電圧値をV₁戻した測定時におけるデ
ジタルデータＤは、 Ｗ＝KD によって質量値Ｗに換算することができる。あるいは、
スパン係数Ｋを、 Ｋ＝J/P として、質量値Ｗを、 Ｗ＝D/K によって求めてもよい。

ここで、ひょう量の1/10の質量を用いてスパン係数Ｋ
を算出する場合、従来の電子天びんでは、Ａ−Ｄ変換器
２からのデジタル値がひょう量負荷時の1/10になって、
これに基づいて算出されたスパン係数には、ひょう量質
量を用いてスパン係数を算出した場合に比して、デジタ
ル化１カウント分のエラーのスパン係数のエラーへの影
響が10倍となるのに対し、本発明実施例では、測定時に
ひょう量質量を負荷した場合と等しいデジタル値が得ら
れる結果、上述の影響はひょう量質量を用いて算出され
たスパン係数と同等のものとなる。

なお、以上の実施例では、測定時において電子スイッ
チ８をONの状態に保ったが、測定時にも電子スイッチ８
を駆動してデューティ比の大きいパルス信号を形成する
よう構成することもでき、また、測定時とスパン校正時
におけるＡ−Ｄ変換器２の基準電圧値の比率は10:1のほ
か、任意の比率を用い得ることは勿論であって、測定時
とスパン校正時におけるデューティ比と、校正用基準質
量値（Ｊ）と実際の校正用分銅の質量値とは、次の関係
を有しておればよい。

また、Ａ−Ｄ変換器２の基準電圧値は、以上のように
２種類に限定されず、３種類以上とすることができ、こ
の場合、２以上の質量を有する校正用分銅のうち任意の
ものを用いてスパン校正を行うことができる。更に、こ
の基準電圧値の変更によって測定レンジを変更するよう
構成することもできる。すなわち、基準電圧値を例えば
1/10にしたとき、演算部３において、質量換算時に1/10
の係数を掛けて計量値を求めればよい。この場合、任意
のレンジでスパン校正を行うことにより、他の全てのレ
ンジにおいてもそのレンジと同等の精度のもとにスパン
校正がなされたことになる。

更に、本発明は電磁力平衡型の電子天びんはもとよ
り、ロードセル等を荷重センサとする、いわゆる電子は
かりにも適用し得ることは云うまでもなく、また、電磁
力平衡型の電子天びんにおいて、以上の実施例のように
荷重検出部１からの出力信号をＡ−Ｄ変換器２でデジタ
ル化する方式のもののほか、電磁力平衡機構のフォース
コイルにパルス状の電流を流して、そのデューティ比を
変化させることによって平衡動作を行わせ、平衡時にお
けるパルスデューティ比をクロックカウンタ等で測定す
ることによってデジタルデータＤを得る、いわゆるパル
ス幅変調方式のものにも適用できる。この場合、基準電
圧値とは、パルス電流の振幅値を決定する電圧値であっ
て、スパン校正時に先の例と同様にその値を1/10等に低
下させればよい。

＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば、荷重データの
デジタル化のための基準電圧値を、基準電圧源からの出
力電圧信号のデューティ比変化により変化させ得るよう
構成して、スパン校正時には通常の測定時よりも小さい
基準電圧値を選択し得るよう構成したから、電子天びん
のひょう量よりも大幅に軽い質量によってスパン校正を
行っても、量子化エラーやデジタル変換部のリニアリテ
ィエラーを考慮することなく、ひょう量質量によって校
正した場合と同等の精度のスパン係数を得ることができ
る。その結果、大ひょう量の電子天びんでも小さな分銅
を用いて正確なスパン校正を行うことができるととも
に、校正用分銅を内蔵する場合には寸法的およびコスト
的な効果が大きい。また、同様な理由により、様々なひ
ょう量の電子天びんを保有していても、１種類もしくは
わずかの種類の分銅によって全ての電子天びんを校正す
ることができる。

更に、マルチレンジの電子天びんに本発明を応用した
場合、任意の１レンジにおいて校正を行えば他の全レン
ジの校正を行う必要がなくなり、合理的である。すなわ
ち、従来のマルチレンジの電子天びんでは、例えばフォ
ースコイルに流れる電流を精密抵抗で電圧値に変換する
に当ってその精密抵抗を切換えることによってレンジを
変更し、あるいは基準電圧信号の大きさを精密抵抗の切
換えによって変化させてレンジを変更しているが、精密
抵抗でもわずかな温度変化や経年変化があり、高感度側
のレンジを選択して小分銅でスパン校正を行っても、他
の測定レンジでは信頼性が得られなかった。本発明で
は、パルスデューティ比の変化により基準電圧信号の実
効電圧を変化させているので、例え温度変化等によって
クロック発振周波数が変化したとしても、デューティ比
としては一定であるから実効電圧値は変化せず、１つの
レンジにおいてスパン校正を行うことによって他のレン
ジにおいても同様に信頼性の高い校正ができるわけであ
る。

また、本発明と、特開昭59−93360号や特開昭59−933
61号において提案されている、荷重検出部の出力曲線を
記憶してその傾きの補正によりスパン校正を行う技術と
を組み合わせることにより、より正確な校正を行うこと
ができ、ひいてはより小さい質量の分銅を校正用に供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の校正を示す基本概念図、 第２図は本発明実施例の構成を示すブロック図、 第３図はその作用説明図である。 １……荷重検出部 1a……皿 ２……Ａ−Ｄ変換器 ３……演算部 ４……スパン係数メモリ ６……基準電圧源 ８……電子スイッチ ９……ローパスフィルタ 10……パルス成形器

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】皿上荷重に応じた電気信号を発生する荷重
   検出部と、基準電圧源からの出力信号を基準電圧信号と
   して上記荷重検出部からの出力をデジタルデータに変換
   するデジタル化手段と、スパン係数を記憶するメモリ
   と、上記デジタルデータを上記メモリ内のスパン係数を
   用いて質量値に換算する質量換算手段と、上記荷重検出
   部への基準質量の負荷時における上記デジタルデータと
   その基準質量値とからスパン係数を算出して上記メモリ
   の内容を更新するスパン係数算出手段を備えた天びんに
   おいて、上記基準電圧源からの出力信号をチョッピング
   することによってパルス化し、そのパルスデューティ比
   を変化させることによりその実効電圧を変化させ得る基
   準電圧変更手段を設け、上記スパン係数算出手段による
   スパン係数の算出時には、上記基準電圧変更手段により
   実効電圧を所定の率に低下させた信号を上記デジタル化
   手段の基準電圧信号とするよう構成したことを特徴とす
   る電子天びん。
2. 【請求項２】複数の測定レンジを有し、そのレンジ切換
   えを上記基準電圧変更手段による実効電圧の変更によっ
   て行うよう構成するとともに、特定の測定レンジにおい
   て上記スパン係数を更新することによって他の全測定レ
   ンジのスパン係数が更新されるよう構成したことを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項記載の電子天びん。
3. 【請求項３】上記基準質量を有する校正用分銅を内蔵し
   たことを特徴とする、特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の電子天びん。