JP2560604B2 - 測定器 - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/08—Measuring force or stress, in general by the use of counterbalancing forces
- G01L1/086—Measuring force or stress, in general by the use of counterbalancing forces using electrostatic or electromagnetic counterbalancing forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/004—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by the use of counterbalancing forces
- G01L11/008—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by the use of counterbalancing forces electrostatic or electromagnetic counterbalancing forces
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば電−空変換器や
電子天びん等の圧力または荷重の測定器に関し、更に詳
しくは、電磁力自動平衡型の測定器に関する。
電子天びん等の圧力または荷重の測定器に関し、更に詳
しくは、電磁力自動平衡型の測定器に関する。
【０００２】
【従来の技術】電−空変換器や電子天びんのような電磁
力自動平衡型の測定器では、一般に、静磁場中に置かれ
たフォースコイルに電流を流すことによって電磁力を発
生する電磁力発生装置により、被測定圧力または荷重に
対抗した電磁力を発生するとともに、その電磁力と被測
定圧力ないし荷重とのバランス状態を変位検出部で検出
して、その検出結果をＰＩＤ（比例、積分、微分）演算
した後にフォースコイルにフィードバックすることによ
り、被測定圧力ないしは荷重と電磁力とをバランスさせ
る。そして、このバランス状態におけるフィードバック
量から、被測定圧力ないしは荷重の測定値を得ている。
力自動平衡型の測定器では、一般に、静磁場中に置かれ
たフォースコイルに電流を流すことによって電磁力を発
生する電磁力発生装置により、被測定圧力または荷重に
対抗した電磁力を発生するとともに、その電磁力と被測
定圧力ないし荷重とのバランス状態を変位検出部で検出
して、その検出結果をＰＩＤ（比例、積分、微分）演算
した後にフォースコイルにフィードバックすることによ
り、被測定圧力ないしは荷重と電磁力とをバランスさせ
る。そして、このバランス状態におけるフィードバック
量から、被測定圧力ないしは荷重の測定値を得ている。
【０００３】このような電磁力自動平衡型の測定器で
は、通常、アナログ量である変位検出結果をアナログ演
算によってＰＩＤ演算し、その演算後の信号をフォース
コイルに流し、このフォースコイルに流れる電流を抵抗
を介してアナログ電圧信号に変換した後、Ａ−Ｄ変換器
でデジタル化してマイクロコンピュータに採り込み、平
均化処理等の演算の後に測定表示値を決定している。
は、通常、アナログ量である変位検出結果をアナログ演
算によってＰＩＤ演算し、その演算後の信号をフォース
コイルに流し、このフォースコイルに流れる電流を抵抗
を介してアナログ電圧信号に変換した後、Ａ−Ｄ変換器
でデジタル化してマイクロコンピュータに採り込み、平
均化処理等の演算の後に測定表示値を決定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
アナログサーボ方式の電磁力自動平衡型の測定器におい
ては、ダイナミックレンジを低下させることなく高精度
化をするためには、Ａ−Ｄ変換器のビット数を大きくす
る必要があるが、比較的ビット数が大きいＡ−Ｄ変換器
で、しかも表示の高応答性を実現すべく高速のＡ−Ｄ変
換器を使用した場合には、極めて高価なものとなるとい
う問題がある。
アナログサーボ方式の電磁力自動平衡型の測定器におい
ては、ダイナミックレンジを低下させることなく高精度
化をするためには、Ａ−Ｄ変換器のビット数を大きくす
る必要があるが、比較的ビット数が大きいＡ−Ｄ変換器
で、しかも表示の高応答性を実現すべく高速のＡ−Ｄ変
換器を使用した場合には、極めて高価なものとなるとい
う問題がある。
【０００５】また、フォースコイルに流れる電流を抵抗
を介してアナログ電圧信号に変換しているが、この抵抗
の発熱によってドリフトが生じるという問題もある。更
に、アナログサーボ制御において安定度を得るには、一
般に系の比例ゲインを下げる必要があるが、測定の分解
能を向上させるためには比例ゲインを上げる必要があっ
て、これらは互いに矛盾した対策を要求する結果とな
り、高分解能で安定した測定器を得ることは極めて困難
であった。
を介してアナログ電圧信号に変換しているが、この抵抗
の発熱によってドリフトが生じるという問題もある。更
に、アナログサーボ制御において安定度を得るには、一
般に系の比例ゲインを下げる必要があるが、測定の分解
能を向上させるためには比例ゲインを上げる必要があっ
て、これらは互いに矛盾した対策を要求する結果とな
り、高分解能で安定した測定器を得ることは極めて困難
であった。
【０００６】そこで、ＰＩＤ演算の全てをデジタル演算
により行うことも考えられるが、単に全てをデジタル化
する場合には、高速度で大ビットのＡ−Ｄ変換器の使用
は避けることができないことも併せて、コストアップと
なってしまう。
により行うことも考えられるが、単に全てをデジタル化
する場合には、高速度で大ビットのＡ−Ｄ変換器の使用
は避けることができないことも併せて、コストアップと
なってしまう。
【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、高速のＡ−Ｄ変換器を用いることなく、従って安
価に、系を高応答で外乱等に対して安定したものとする
ことができ、しかも広いダイナミックレンジと高い分解
能を得るための対策についても容易な電磁力自動平衡型
の測定器の提供を目的としている。
ので、高速のＡ−Ｄ変換器を用いることなく、従って安
価に、系を高応答で外乱等に対して安定したものとする
ことができ、しかも広いダイナミックレンジと高い分解
能を得るための対策についても容易な電磁力自動平衡型
の測定器の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、実施例図面である図１を参照しつつ説明す
ると、本発明の測定器は、電磁力と被測定圧力または荷
重とのバランス状態を検出する変位検出器３によるアナ
ログ検出結果を入力して比例および微分演算を行うアナ
ログ演算器８と、上記アナログ検出結果をその大きさに
応じた周波数を持つパルス信号に変換する変換手段（Ｖ
／Ｆ変換器）７と、その変換手段７からのパルス信号を
上記アナログ検出結果の極性に基づいてアップもしくは
ダウンカウント入力とするアップダウンカウンタ１１ａ
と、そのカウンタ１１ａによるデジタル計数結果をアナ
ログ信号に変換するＤ−Ａ変換手段（ＰＷＭ，ＬＰＦ）
１２ａとを備え、このＤ−Ａ変換手段１２ａの出力とア
ナログ演算器８の出力を加算した信号を、フォースコイ
ル５ａにフィードバックするとともに、カウンタ１１ａ
の計数結果を測定値の決定に供するよう構成したことに
よって特徴づけられる。
めの構成を、実施例図面である図１を参照しつつ説明す
ると、本発明の測定器は、電磁力と被測定圧力または荷
重とのバランス状態を検出する変位検出器３によるアナ
ログ検出結果を入力して比例および微分演算を行うアナ
ログ演算器８と、上記アナログ検出結果をその大きさに
応じた周波数を持つパルス信号に変換する変換手段（Ｖ
／Ｆ変換器）７と、その変換手段７からのパルス信号を
上記アナログ検出結果の極性に基づいてアップもしくは
ダウンカウント入力とするアップダウンカウンタ１１ａ
と、そのカウンタ１１ａによるデジタル計数結果をアナ
ログ信号に変換するＤ−Ａ変換手段（ＰＷＭ，ＬＰＦ）
１２ａとを備え、このＤ−Ａ変換手段１２ａの出力とア
ナログ演算器８の出力を加算した信号を、フォースコイ
ル５ａにフィードバックするとともに、カウンタ１１ａ
の計数結果を測定値の決定に供するよう構成したことに
よって特徴づけられる。
【０００９】
【作用】変位検出器３の出力はアナログ演算器８に導か
れると同時に、変換手段７によって検出値の大きさに比
例した周波数のパルス信号に変換され、そのパルス信号
がアップダウンカウンタ１１ａによりアナログ変位検出
信号の極性に応じてアップまたはダウンカウントされ
る。従って、このアップダウンカウンタ１１ａのカウン
ト出力は、刻々のアナログ変位検出信号の積分結果と等
価となる。
れると同時に、変換手段７によって検出値の大きさに比
例した周波数のパルス信号に変換され、そのパルス信号
がアップダウンカウンタ１１ａによりアナログ変位検出
信号の極性に応じてアップまたはダウンカウントされ
る。従って、このアップダウンカウンタ１１ａのカウン
ト出力は、刻々のアナログ変位検出信号の積分結果と等
価となる。
【００１０】そして、このアップダウンカウンタ１１ａ
の出力をＤ−Ａ変換手段１２ａによってアナログ化した
信号と、アナログ演算器８によりアナログ変位検出値を
比例および微分演算した信号とを加算したした信号をフ
ォースコイル５ａにフィードバックすると、このフォー
スコイル５ａには変位検出値のＰＩＤ演算結果がフィー
ドバックされることになり、通常のアナログ制御と同等
の電磁力の自動平衡制御が行われる。
の出力をＤ−Ａ変換手段１２ａによってアナログ化した
信号と、アナログ演算器８によりアナログ変位検出値を
比例および微分演算した信号とを加算したした信号をフ
ォースコイル５ａにフィードバックすると、このフォー
スコイル５ａには変位検出値のＰＩＤ演算結果がフィー
ドバックされることになり、通常のアナログ制御と同等
の電磁力の自動平衡制御が行われる。
【００１１】ところで、このようなＰＩＤ制御を用いた
零位法に基づく測定器においては、外乱ないしは測定値
の変動時においてＰ（比例）およびＤ（微分）が必要で
あるが、測定表示値に必要なのはＩ（積分）演算であ
る。そこで、アナログ化する前のアップダウンカウンタ
１１ａの計数結果、つまりデジタル積分結果のみを測定
表示の決定に供することで、Ａ−Ｄ変換器を用いること
なく、従ってその変換時間を要することなく、安定した
測定表示値が得られ、所期の目的を達成できる。
零位法に基づく測定器においては、外乱ないしは測定値
の変動時においてＰ（比例）およびＤ（微分）が必要で
あるが、測定表示値に必要なのはＩ（積分）演算であ
る。そこで、アナログ化する前のアップダウンカウンタ
１１ａの計数結果、つまりデジタル積分結果のみを測定
表示の決定に供することで、Ａ−Ｄ変換器を用いること
なく、従ってその変換時間を要することなく、安定した
測定表示値が得られ、所期の目的を達成できる。
【００１２】
【実施例】図１は本発明実施例の構成を示すブロック図
で、本発明を粗・精２レンジを持つ電子天びんに適用し
た場合の例を示している。
で、本発明を粗・精２レンジを持つ電子天びんに適用し
た場合の例を示している。
【００１３】被測定荷重を載せるための測定皿１は天び
んビーム２に支承されており、この天びんビーム２の変
位は変位検出器３によって検出される。変位検出器３の
アナログ出力はプリアンプ４によって増幅された後、後
述する回路に導かれ、粗・精それぞれのフォースコイル
５ａおよび５ｂに流れる電流が制御されるようになって
いる。なお、この粗・精のフォースコイル５ａと５ｂを
１つのコイルにして、その１つのフォースコイルに各信
号を合成して流すように構成してもよい。
んビーム２に支承されており、この天びんビーム２の変
位は変位検出器３によって検出される。変位検出器３の
アナログ出力はプリアンプ４によって増幅された後、後
述する回路に導かれ、粗・精それぞれのフォースコイル
５ａおよび５ｂに流れる電流が制御されるようになって
いる。なお、この粗・精のフォースコイル５ａと５ｂを
１つのコイルにして、その１つのフォースコイルに各信
号を合成して流すように構成してもよい。
【００１４】フォースコイル５ａおよび５ｂはそれぞれ
静磁場中に置かれており、それぞれに電流が流れると、
その電流の大きさに応じた電磁力が発生し、その電磁力
は被測定荷重に対抗する向きに天びんビーム２に作用す
る。
静磁場中に置かれており、それぞれに電流が流れると、
その電流の大きさに応じた電磁力が発生し、その電磁力
は被測定荷重に対抗する向きに天びんビーム２に作用す
る。
【００１５】さて、プリアンプ４によって増幅された変
位検出値は、絶対値回路６、アナログＰＤ演算器８およ
びゼロクロッシングデテクタ９に入力される。絶対値回
路６の出力はＶ／Ｆ変換器７とコンパレータ１０に導か
れ、Ｖ／Ｆ変換器７によって変位検出値の絶対値に比例
した周波数を持つパルス信号が生成される。
位検出値は、絶対値回路６、アナログＰＤ演算器８およ
びゼロクロッシングデテクタ９に入力される。絶対値回
路６の出力はＶ／Ｆ変換器７とコンパレータ１０に導か
れ、Ｖ／Ｆ変換器７によって変位検出値の絶対値に比例
した周波数を持つパルス信号が生成される。
【００１６】Ｖ／Ｆ変換器７からのパルス信号は、粗用
のアップダウンカウンタ１１ａと精用のアップダウンカ
ウンタ１１ｂに導かれているが、これらのアップダウン
カウンタ１１ａおよび１１ｂは、上述したゼロクロッシ
ングデテクタ９による変位検出値の極性変化検出信号を
アップ／ダウンコントロール信号として、検出値が正で
あればパルス信号を加算し、負であればパルス信号を減
算するようになっている。なお、コンパレータ１０につ
いては後述する。
のアップダウンカウンタ１１ａと精用のアップダウンカ
ウンタ１１ｂに導かれているが、これらのアップダウン
カウンタ１１ａおよび１１ｂは、上述したゼロクロッシ
ングデテクタ９による変位検出値の極性変化検出信号を
アップ／ダウンコントロール信号として、検出値が正で
あればパルス信号を加算し、負であればパルス信号を減
算するようになっている。なお、コンパレータ１０につ
いては後述する。
【００１７】粗および精用のアップダウンカウンタ１１
ａおよび１１ｂからのカウント出力は、それぞれＰＷＭ
（パルス幅変調）回路およびローパスフィルタを用いた
Ｄ−Ａ変換器１２ａおよび１２ｂに導入される。このＤ
−Ａ変換器１２ａおよび１２ｂは、アップダウンカウン
タ１１ａ，１１ｂの出力をＰＷＭ変調して、カウント値
に応じたデューティを持つ方形波信号、つまりＰＷＭ信
号を作り、そのＰＷＭ信号をローパスフィルタで平滑化
してアナログ直流信号を得るように構成されている。こ
こで、各Ａ−Ｄ変換器１２ａおよび１２ｂにおいては、
ＰＷＭ変調回路への入力を一時的にラッチする回路１２
０ａおよび１２０ｂを用いて、カウンタ１１ａ，１１ｂ
とＰＷＭ変調回路の同期をとっている。このラッチ回路
１２０ａないしは１２０ｂがなければ、各カウンタ１１
ａ，１１ｂは常時カウント動作を行っている関係上、変
換のＯＮ／ＯＦＦサイクルが異なり、忠実な変換が期待
できない。
ａおよび１１ｂからのカウント出力は、それぞれＰＷＭ
（パルス幅変調）回路およびローパスフィルタを用いた
Ｄ−Ａ変換器１２ａおよび１２ｂに導入される。このＤ
−Ａ変換器１２ａおよび１２ｂは、アップダウンカウン
タ１１ａ，１１ｂの出力をＰＷＭ変調して、カウント値
に応じたデューティを持つ方形波信号、つまりＰＷＭ信
号を作り、そのＰＷＭ信号をローパスフィルタで平滑化
してアナログ直流信号を得るように構成されている。こ
こで、各Ａ−Ｄ変換器１２ａおよび１２ｂにおいては、
ＰＷＭ変調回路への入力を一時的にラッチする回路１２
０ａおよび１２０ｂを用いて、カウンタ１１ａ，１１ｂ
とＰＷＭ変調回路の同期をとっている。このラッチ回路
１２０ａないしは１２０ｂがなければ、各カウンタ１１
ａ，１１ｂは常時カウント動作を行っている関係上、変
換のＯＮ／ＯＦＦサイクルが異なり、忠実な変換が期待
できない。
【００１８】各Ｄ−Ａ変換器１２ａおよび１２ｂのアナ
ログ出力信号は、それぞれパワーアンプ１３ａおよび１
３ｂによって電圧−電流変換された後、それぞれ粗用お
よび精用のフォースコイル５ａおよび５ｂに流される
が、粗用のフォースコイル５ａには、パワーアンプ１３
ａからの信号に、アナログＰＤ演算器８の出力をパワー
アンプ１３ｃによって電流変換した信号を加算した信号
が流される。
ログ出力信号は、それぞれパワーアンプ１３ａおよび１
３ｂによって電圧−電流変換された後、それぞれ粗用お
よび精用のフォースコイル５ａおよび５ｂに流される
が、粗用のフォースコイル５ａには、パワーアンプ１３
ａからの信号に、アナログＰＤ演算器８の出力をパワー
アンプ１３ｃによって電流変換した信号を加算した信号
が流される。
【００１９】前述したコンパレータ１０は、変位検出値
の絶対値を予め設定された微小なしきい値と比較し、そ
の比較結果はレンジ切り換えモニタ信号として用いられ
る。すなわち、絶対値回路６の出力がしきい値よりも大
きい場合には、Ｖ／Ｆ変換器７からのパルス信号は粗用
のアップダウンカウンタ１１ａにのみ供給され、そのカ
ウント出力をＤ−Ａ変換器１２ａおよびパワーアンプ１
３ａを介して電流変換した信号と、アナログＰＤ演算器
８の出力をパワーアンプ１３ｃで電流変換した信号との
合計の電流が、粗用のフォースコイル５ａにのみ電流が
流され、これによって発生する電磁力と被測定荷重との
バランス状態に基づく天びんビーム２の変位検出値を絶
対値回路６に戻してなる、粗用のフィードバックループ
のみが形成される。この状態で系が安定していくと、変
位検出値が次第に零に近づくことになるが、このとき、
変位検出値の絶対値がコンパレータ１０のしきい値以下
に収まると、その比較出力により絶対値回路６の出力が
精用のアップダウンカウンタ１１ｂに供給され、それ以
降、この精用のアップダウンカウンタ１１ｂ、Ａ−Ｄ変
換器１２ｂおよびパワーアンプ１３ｂを含む精用のフィ
ードバックループも動作し、前記した粗用のフィードバ
ックループと併せて粗・精２つのループによる制御が行
われる。
の絶対値を予め設定された微小なしきい値と比較し、そ
の比較結果はレンジ切り換えモニタ信号として用いられ
る。すなわち、絶対値回路６の出力がしきい値よりも大
きい場合には、Ｖ／Ｆ変換器７からのパルス信号は粗用
のアップダウンカウンタ１１ａにのみ供給され、そのカ
ウント出力をＤ−Ａ変換器１２ａおよびパワーアンプ１
３ａを介して電流変換した信号と、アナログＰＤ演算器
８の出力をパワーアンプ１３ｃで電流変換した信号との
合計の電流が、粗用のフォースコイル５ａにのみ電流が
流され、これによって発生する電磁力と被測定荷重との
バランス状態に基づく天びんビーム２の変位検出値を絶
対値回路６に戻してなる、粗用のフィードバックループ
のみが形成される。この状態で系が安定していくと、変
位検出値が次第に零に近づくことになるが、このとき、
変位検出値の絶対値がコンパレータ１０のしきい値以下
に収まると、その比較出力により絶対値回路６の出力が
精用のアップダウンカウンタ１１ｂに供給され、それ以
降、この精用のアップダウンカウンタ１１ｂ、Ａ−Ｄ変
換器１２ｂおよびパワーアンプ１３ｂを含む精用のフィ
ードバックループも動作し、前記した粗用のフィードバ
ックループと併せて粗・精２つのループによる制御が行
われる。
【００２０】この粗・精２つのループが動作している状
態では、精用のアップダウンカウンタ１１ｂがオーバー
フローしたとき、キャリーオーバー信号を発生して粗用
のアップダウンカウンタ１１ａに供給し、そのアップダ
ウンカウンタ１１ａのカウントアップを行うようになっ
ている。この動作は、ＣＰＵを通して制御するように構
成してもよい。
態では、精用のアップダウンカウンタ１１ｂがオーバー
フローしたとき、キャリーオーバー信号を発生して粗用
のアップダウンカウンタ１１ａに供給し、そのアップダ
ウンカウンタ１１ａのカウントアップを行うようになっ
ている。この動作は、ＣＰＵを通して制御するように構
成してもよい。
【００２１】ここで、粗用のアップダウンカウンタ１１
ａのＬＳＢ（最下位ビット）と精用のアップダウンカウ
ンタ１１ｂのＭＳＢ（最上位ビット）との関係は、これ
ら両者によってそれぞれのフォースコイル５ａおよび５
ｂにおける発生電磁力が一致したものとしてもよいし、
あるいは、数ビット分をオーバーラップしたものとして
もよく、この場合、前述したキャリーオーバー信号によ
ってそのオーバーラップ量に相当する分をキャリーする
ようにすればよい。
ａのＬＳＢ（最下位ビット）と精用のアップダウンカウ
ンタ１１ｂのＭＳＢ（最上位ビット）との関係は、これ
ら両者によってそれぞれのフォースコイル５ａおよび５
ｂにおける発生電磁力が一致したものとしてもよいし、
あるいは、数ビット分をオーバーラップしたものとして
もよく、この場合、前述したキャリーオーバー信号によ
ってそのオーバーラップ量に相当する分をキャリーする
ようにすればよい。
【００２２】粗用および精用のアップダウンカウンタ１
１ａおよび１１ｂの各カウント出力は、マイクロコンピ
ュータ１４に採り込まれ、両出力が上記した関係のもと
に相互に重み付け加算され、その加算結果を例えば平均
化処理等の適当な演算処理を施すことによって表示器１
５に表示すべき測定値が決定される。
１ａおよび１１ｂの各カウント出力は、マイクロコンピ
ュータ１４に採り込まれ、両出力が上記した関係のもと
に相互に重み付け加算され、その加算結果を例えば平均
化処理等の適当な演算処理を施すことによって表示器１
５に表示すべき測定値が決定される。
【００２３】また、アナログＰＤ演算器８は、天びんビ
ーム２が基準位置（変位零の位置）の近傍で定常状態に
達するまでの過渡状態において、系を最適誘導する外乱
制御の役割を果たし、系が安定するとその出力は０とな
るから、測定値の決定に関与させていない。
ーム２が基準位置（変位零の位置）の近傍で定常状態に
達するまでの過渡状態において、系を最適誘導する外乱
制御の役割を果たし、系が安定するとその出力は０とな
るから、測定値の決定に関与させていない。
【００２４】ここで、マイクロコンピュータ１４におけ
る、重み付け加算結果を用いた演算処理において、前述
したコンパレータ１０による比較結果を、周囲環境、特
に周辺振動のモニタ結果として用い、それに応じて演算
処理の内容を変更することが望ましい。すなわち、天び
んの設置場所に外乱振動がある場合、測定皿１に静荷重
が作用しているにも係わらず変位検出器３の出力は変動
する。この場合、粗用のフィードバックループが定常状
態となっても、変位検出値は変動してその絶対値は安定
してしきい値内に収まらないことになる。この状態はコ
ンパレータ１０の出力から知ることができるため、この
ような場合、外乱振動を除去して安定した表示値が得ら
れるよう、例えば平均化処理に供するデータ数を増大さ
せる等、測定表示値の決定のための演算処理を変更する
ことにより、常に安定した測定表示値を得ることが可能
となる。
る、重み付け加算結果を用いた演算処理において、前述
したコンパレータ１０による比較結果を、周囲環境、特
に周辺振動のモニタ結果として用い、それに応じて演算
処理の内容を変更することが望ましい。すなわち、天び
んの設置場所に外乱振動がある場合、測定皿１に静荷重
が作用しているにも係わらず変位検出器３の出力は変動
する。この場合、粗用のフィードバックループが定常状
態となっても、変位検出値は変動してその絶対値は安定
してしきい値内に収まらないことになる。この状態はコ
ンパレータ１０の出力から知ることができるため、この
ような場合、外乱振動を除去して安定した表示値が得ら
れるよう、例えば平均化処理に供するデータ数を増大さ
せる等、測定表示値の決定のための演算処理を変更する
ことにより、常に安定した測定表示値を得ることが可能
となる。
【００２５】以上の実施例において特に注目すべき点
は、変位検出器３の出力のＰＩＤ演算のうち、Ｉのみが
デジタル演算によって行われ、ＰおよびＤはアナログ演
算で行われて、これらの各演算結果の合計がフィードバ
ック信号に供され、デジタルによるＩ演算結果が測定表
示値の決定に供されている点であり、しかも、Ｉ演算を
行うための信号のデジタル化に際してはＡ−Ｄ変換器を
使用することなく、Ｖ／Ｆ変換器とアップダウンカウン
タによって行い、そのＩ演算の結果のアナログ化に際し
ては、アップダウンカウンタとの同期をとるべくサイク
ルラッチ回路を用いたＰＷＭ変調回路とＬＰＦとの組み
合わせ回路を用いている点である。
は、変位検出器３の出力のＰＩＤ演算のうち、Ｉのみが
デジタル演算によって行われ、ＰおよびＤはアナログ演
算で行われて、これらの各演算結果の合計がフィードバ
ック信号に供され、デジタルによるＩ演算結果が測定表
示値の決定に供されている点であり、しかも、Ｉ演算を
行うための信号のデジタル化に際してはＡ−Ｄ変換器を
使用することなく、Ｖ／Ｆ変換器とアップダウンカウン
タによって行い、そのＩ演算の結果のアナログ化に際し
ては、アップダウンカウンタとの同期をとるべくサイク
ルラッチ回路を用いたＰＷＭ変調回路とＬＰＦとの組み
合わせ回路を用いている点である。
【００２６】これにより、高速のＡ−Ｄ変換器を用いる
ことなく、Ｉ演算のデジタル化が可能となり、従来のア
ナログサーボを用いる場合に比して高速Ａ−Ｄ変換器が
不要となってコストダウンを達成できると同時にＡ−Ｄ
変換時間を不要とし、ＰＤ演算をアナログ演算で行うこ
とによる過渡状態における安定化と高応答の実現とを併
せて、高安定で高応答の測定表示を行うことができる。
ことなく、Ｉ演算のデジタル化が可能となり、従来のア
ナログサーボを用いる場合に比して高速Ａ−Ｄ変換器が
不要となってコストダウンを達成できると同時にＡ−Ｄ
変換時間を不要とし、ＰＤ演算をアナログ演算で行うこ
とによる過渡状態における安定化と高応答の実現とを併
せて、高安定で高応答の測定表示を行うことができる。
【００２７】また、粗および精の２ループを採用してい
ることにより、ダイナミックレンジを分割化することが
でき、粗用のループについてはループゲインを大に、精
用のループについてはループゲインを小とすることで、
広いダイナミックレンジでしかも高分解能の測定器を得
ることができる。
ることにより、ダイナミックレンジを分割化することが
でき、粗用のループについてはループゲインを大に、精
用のループについてはループゲインを小とすることで、
広いダイナミックレンジでしかも高分解能の測定器を得
ることができる。
【００２８】なお、本発明は以上の実施例のように粗お
よび精の２ループを設ける点に限定されるものではな
く、デジタルＩ演算を行う１つのループと、アナログＰ
Ｄ演算を行うループとの組み合わせでもよいことは勿論
である。
よび精の２ループを設ける点に限定されるものではな
く、デジタルＩ演算を行う１つのループと、アナログＰ
Ｄ演算を行うループとの組み合わせでもよいことは勿論
である。
【００２９】また、本発明は電子天びんのほか、電−空
変換器等の電磁力自動平衡型の測定器に対して広く応用
できることは言うまでもない。
変換器等の電磁力自動平衡型の測定器に対して広く応用
できることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子天びんや電−空変換器等の電磁力自動平衡型の測定
器において、変位検出器によるアナログ検出結果を入力
して比例および微分演算を行うアナログ演算器と、アナ
ログ検出結果をその大きさに応じた周波数を持つパルス
信号に変換する変換手段と、その変換手段からのパルス
信号をアナログ検出結果の極性に基づいてアップもしく
はダウンカウント入力とするアップダウンカウンタと、
そのカウンタによるデジタル計数結果をアナログ信号に
変換するＤ−Ａ変換手段とを備え、このＤ−Ａ変換手段
の出力とアナログ演算器の出力を加算した信号を、電磁
力を発生するためのフォースコイルにフィードバックす
るとともに、上記カウンタの計数結果を測定値の決定に
供するよう構成したので、高速のＡ−Ｄ変換器を用いる
ことなく、従ってＡ−Ｄ変換時間を要することなく高速
度のもとに積分演算のみを抽出してデジタル演算で行う
ことができるとともに、アナログ演算による比例および
微分演算で過渡状態での安定化および高応答化を実現で
き、高安定でしかも高応答の測定器を低コストのもとに
得ることができる。
電子天びんや電−空変換器等の電磁力自動平衡型の測定
器において、変位検出器によるアナログ検出結果を入力
して比例および微分演算を行うアナログ演算器と、アナ
ログ検出結果をその大きさに応じた周波数を持つパルス
信号に変換する変換手段と、その変換手段からのパルス
信号をアナログ検出結果の極性に基づいてアップもしく
はダウンカウント入力とするアップダウンカウンタと、
そのカウンタによるデジタル計数結果をアナログ信号に
変換するＤ−Ａ変換手段とを備え、このＤ−Ａ変換手段
の出力とアナログ演算器の出力を加算した信号を、電磁
力を発生するためのフォースコイルにフィードバックす
るとともに、上記カウンタの計数結果を測定値の決定に
供するよう構成したので、高速のＡ−Ｄ変換器を用いる
ことなく、従ってＡ−Ｄ変換時間を要することなく高速
度のもとに積分演算のみを抽出してデジタル演算で行う
ことができるとともに、アナログ演算による比例および
微分演算で過渡状態での安定化および高応答化を実現で
き、高安定でしかも高応答の測定器を低コストのもとに
得ることができる。
【００３１】また、広いダイナミックレンジと高分解能
の両者を実現するための対策についても、デジタルによ
る積分演算のみを粗・精の２ループにするだけでよく、
従来のアナログサーボに比してより簡単に高安定で広い
ダイナミックレンジを持ち、しかも高分解能の測定器を
実現することが可能となる。
の両者を実現するための対策についても、デジタルによ
る積分演算のみを粗・精の２ループにするだけでよく、
従来のアナログサーボに比してより簡単に高安定で広い
ダイナミックレンジを持ち、しかも高分解能の測定器を
実現することが可能となる。
【図１】本発明実施例の構成を示すブロック図
１ 測定皿 ２ 天びんビーム ３ 変位検出器 ５ａ 粗用のフォースコイル ５ｂ 精用のフォースコイル ６ 絶対値回路 ７ Ｖ／Ｆ変換器 ８ アナログＰＤ演算器 ９ ゼロクロッシングデテクタ １０ コンパレータ １１ａ 粗用のアップダウンカウンタ １１ｂ 精用のアップダウンカウンタ １２ａ 粗用のＤ−Ａ変換器 １２ｂ 精用のＤ−Ａ変換器 １３ａ 粗用のパワーアンプ １３ｂ 精用のパワーアンプ １３ｃ ＰＤ演算結果用のパワーアンプ １４ マイクロコンピュータ １５ 表示器
Claims (1)
- 【請求項１】 被測定圧力または被測定荷重に抗して電
磁力を発生するとともに、この電磁力と被測定圧力また
は荷重とのバランス状態を変位検出器で検出し、そのア
ナログ検出結果を比例、積分および微分演算した後、上
記電磁力を発生するための電磁力発生装置のフォースコ
イルにフィードバックし、そのフィードバック量の大き
さから被測定圧力または荷重の大きさを決定する測定器
において、上記変位検出器によるアナログ検出結果を入
力して比例および微分演算を行うアナログ演算器と、上
記アナログ検出結果をその大きさに応じた周波数を持つ
パルス信号に変換する変換手段と、その変換手段からの
パルス信号を上記アナログ検出結果の極性に基づいてア
ップもしくはダウンカウント入力とするアップダウンカ
ウンタと、そのカウンタによるデジタル計数結果をアナ
ログ信号に変換するＤ−Ａ変換手段とを備え、このＤ−
Ａ変換手段の出力と上記アナログ演算器の出力を加算し
た信号を上記フォースコイルにフィードバックするとと
もに、上記カウンタの計数結果を測定値の決定に供する
よう構成されていることを特徴とする測定器。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5067970A JP2560604B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 測定器 |
| EP94104776A EP0617265B1 (en) | 1993-03-26 | 1994-03-25 | A force measuring instrument |
| US08/217,736 US5419204A (en) | 1993-03-26 | 1994-03-25 | Force measuring instrument |
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| CN94103609A CN1098196A (zh) | 1993-03-26 | 1994-03-25 | 力测定器 |
| DE69403373T DE69403373T2 (de) | 1993-03-26 | 1994-03-25 | Kraftmessinstrument |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5067970A JP2560604B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 測定器 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06281493A JPH06281493A (ja) | 1994-10-07 |
| JP2560604B2 true JP2560604B2 (ja) | 1996-12-04 |
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ID=13360355
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5067970A Expired - Fee Related JP2560604B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 測定器 |
Country Status (6)
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| US6313415B1 (en) * | 1999-12-30 | 2001-11-06 | Pitney Bowes Inc. | Pulse width modulated weighing platform |
| JP2005201850A (ja) * | 2004-01-19 | 2005-07-28 | Shimadzu Corp | 電子天びん |
| US7579793B2 (en) * | 2007-02-14 | 2009-08-25 | Honeywell International Inc. | System and method for efficient wide dynamic range coil drive |
| PL2138812T3 (pl) * | 2008-06-24 | 2018-08-31 | Mettler-Toledo Gmbh | Sposób przetwarzania sygnału w urządzeniu do pomiaru siły i urządzenie do pomiaru siły |
| CN103728057A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-16 | 重庆大学 | 超高精度力传感器 |
| DE102018133563B4 (de) | 2018-12-21 | 2020-10-22 | Wipotec Gmbh | Waage mit Überlastdiagnose |
| CN112485735A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-03-12 | 无锡力芯微电子股份有限公司 | 霍尔器件测试系统和测试方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| NL7713890A (nl) * | 1977-04-19 | 1978-10-23 | Mettler Instrumente Ag | Digitaal aanwijzende balans. |
| DE2722093C2 (de) * | 1977-05-16 | 1979-02-15 | Hartmut Dipl.-Phys. Dr. 6203 Hochheim Gruetzediek | Gewichts- und Kraftmeßeinrichtung |
| US4372406A (en) * | 1980-04-30 | 1983-02-08 | Shimadzu Corporation | Electronic balance |
| JPS5833129A (ja) * | 1981-08-21 | 1983-02-26 | Shimadzu Corp | 電子天びん |
| CH655182A5 (de) * | 1982-02-10 | 1986-03-27 | Mettler Instrumente Ag | Elektromagnetisch kompensierende waage. |
| CH660525B (ja) * | 1983-09-29 | 1987-04-30 | ||
| DE3471743D1 (en) * | 1984-08-02 | 1988-07-07 | Losch Hans Wilhelm | Device for the connection without contact of a suspended part with a force meter |
| JPH0363526A (ja) * | 1989-07-31 | 1991-03-19 | Shimadzu Corp | 電子天びん |
| JPH0733975B2 (ja) * | 1990-02-28 | 1995-04-12 | 株式会社島津製作所 | 電磁力平衡天びん |
-
1993
- 1993-03-26 JP JP5067970A patent/JP2560604B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-03-25 DE DE69403373T patent/DE69403373T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-03-25 KR KR1019940006079A patent/KR0138623B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1994-03-25 CN CN94103609A patent/CN1098196A/zh active Pending
- 1994-03-25 US US08/217,736 patent/US5419204A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-03-25 EP EP94104776A patent/EP0617265B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1098196A (zh) | 1995-02-01 |
| EP0617265B1 (en) | 1997-05-28 |
| DE69403373D1 (de) | 1997-07-03 |
| KR940022071A (ko) | 1994-10-20 |
| KR0138623B1 (ko) | 1998-05-15 |
| EP0617265A2 (en) | 1994-09-28 |
| EP0617265A3 (en) | 1995-01-18 |
| US5419204A (en) | 1995-05-30 |
| DE69403373T2 (de) | 1997-10-23 |
| JPH06281493A (ja) | 1994-10-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |