JP3302449B2 - ロードセルの故障検出装置及び自己補償装置 - Google Patents

ロードセルの故障検出装置及び自己補償装置

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JP3302449B2
JP3302449B2 JP16631693A JP16631693A JP3302449B2 JP 3302449 B2 JP3302449 B2 JP 3302449B2 JP 16631693 A JP16631693 A JP 16631693A JP 16631693 A JP16631693 A JP 16631693A JP 3302449 B2 JP3302449 B2 JP 3302449B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ロードセルにおける零
点の変動やスパンの変動による故障を検出するロードセ
ルの故障検出装置と、このように検出された故障を自己
補償する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ロードセルにおける故障としては、通常
ロードセルを構成している弾性体の劣化、ストレインゲ
ージの抵抗値変化等の経年劣化と、出力線の断線等の偶
発故障とに大別される。
【0003】一般的に、偶発故障は出力がでない等の明
らかな現象を引き起こすので、比較的発見しやすい。こ
れに対し、経年劣化による故障は、その故障による現
象、例えば零点の変動やスパンの変動は、徐々に生じる
ので、早期の発見が非常に困難である。
【0004】従来、ロードセルの上記経年劣化による故
障の検出技術としては、検査しようとするロードセル以
外に基準となるロードセルを設け、両ロードセルの出力
が一致するか否かを検出するものや、同一のロードセル
に、荷重測定用のストレインゲージの他に、基準となる
ストレインゲージを設け、両ストレインゲージの出力が
一致するか否かを検出するものがあった。
【0005】また、ロードセルからのアナログ出力をデ
ィジタル出力に変換するA/D変換器に、故障を検出す
るための回路を設け、この回路を制御することによっ
て、故障検出と自己補償とを行う技術もあった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者では、正
常動作時には、全く不要である基準ロードセルや基準ス
トレインゲージを設けなければならず、非常に高価にな
るという問題点があった。また、後者では、回路構成が
複雑になり、しかも非常に高精度の抵抗器等を必要とす
るので、高価となり、更に回路の制御が面倒であるとい
う問題点もあった。
【0007】さらに、上記の両技術は、いずれも無負荷
時(零点)等の特定の荷重点でしか、故障の検出や自己
補償を行うことができなかった。しかし一般に故障検出
や自己補償は、どのような荷重点においても行えなけれ
ばならず、この問題点は、本質的な欠点と言わざるをえ
ない。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による故障検出装
置は、2つの電源端子と2つの出力端子とを有すると共
に、上記各電源端子と上記各出力端子との間にそれぞれ
インピーダンス素子を有し、これらインピーダンス素子
のうち少なくとも1つを、荷重の印加状態に応じてイン
ピーダンスが変化する可変インピーダンス素子としたホ
イーストンブリッジと、上記両電源端子の一方と上記両
出力端子との間にそれぞれ接続されている上記インピー
ダンス素子にそれぞれ並列に接続された状態と、非接続
状態とに切り換えられる固定インピーダンス素子と、正
常状態における上記並列接続状態での上記出力端子間の
出力値に比例する値と、上記正常状態における上記非接
続状態での上記出力端子間の出力値との差を基準信号と
して記憶すると共に、更に上記比例する値における比例
係数を記憶する記憶手段と、故障検出状態における上記
並列接続状態での上記出力端子間の出力値に上記比例係
数を乗算した値と、上記故障検出状態における上記非接
続状態での上記出力端子間の出力値との差を検出する検
出手段と、上記記憶手段の基準信号と上記検出手段の検
出出力信号とが実質的に異なる値であるか否かを判定す
る判定手段とを、具備するものである。
【0009】また、上記の故障検出装置において、判定
手段が上記記憶手段の基準信号と上記検出手段の検出出
力信号とが実質的に異なる値であると判定したとき、上
記基準信号と上記検出手段の検出出力信号と上記比例係
数とに基づいて零点補償値を算出する手段と、上記零点
補償値によって上記非接続状態の上記ホイーストンブリ
ッジの出力値を補正する補正手段とを、具備する自己補
償装置とすることもできる。
【0010】また、上記の故障検出装置と同様に、ホイ
ーストンブリッジと、固定インピーダンス素子と、記憶
手段とを設け、第1の故障検出状態及びこれとは荷重印
加状態が異なる第2の故障検出状態において、上記並列
接続状態での上記出力端子間の出力値に比例する値と、
上記正常状態における上記非接続状態での上記出力端子
間の出力値との差を検出する検出手段と、上記記憶手段
の基準信号と第1及び第2の故障検出状態における上記
検出手段の検出出力信号とをそれぞれ比較する比較手段
とを、具備する故障検出装置とすることもできる。
【0011】また、上記比較手段が、第1の故障検出状
態における上記検出手段の出力値と上記記憶手段の基準
信号とが異なる値のとき零点の故障と判定し、第1及び
第2の故障検出状態における上記検出手段の検出出力と
上記記憶手段の基準信号とがそれぞれ異なる値のときス
パン及び零点の故障と判定するものとすることができ
る。
【0012】さらに、上記比較手段が零点の故障と判定
したとき、上記基準信号と第1の故障検出状態における
上記検出手段の検出出力信号と上記比例係数とに基づい
て第1の零点補償値を算出する手段と、第1の零点補償
値によって上記非接続状態の上記ホイーストンブリッジ
の出力値を補正する第1の補正手段と、上記比較手段が
スパン及び零点の故障と判定したとき、第1及び第2の
故障検出状態における非接続状態のホイーストンブリッ
ジの出力値と、第1及び第2の故障検出状態における上
記検出手段の出力値と、上記比例係数とに基づいてスパ
ン補償係数を算出する手段と、上記比較手段がスパン及
び零点の故障と判定したとき、第1及び第2の故障検出
状態における非接続状態のホイーストンブリッジの出力
値と、第1及び第2の故障検出状態における上記故障検
出手段の出力値と、上記比例係数と、上記基準信号とに
基づいて第2の零点補償値を算出する手段と、第2の零
点補償値とスパン補償係数とに基づいて上記非接続状態
の上記ホイーストンブリッジの出力値を補正する第2の
補正手段とを具備するものとすることもできる。
【0013】
【作用】零点やスパン係数の変動という故障は、ホイー
ストンブリッジのいずれか一変のインピーダンス素子の
インピーダンス変化として表れるので、或る荷重を印加
した状態から別の荷重を印加した状態に変化させると、
ホイーストンブリッジの両出力端子間の等価抵抗が、不
平衡に変化する。一方、ホイーストンブリッジが正常状
態では、上記のように或る荷重を印加した状態から別の
荷重を印加した状態に変化させると、両出力端子間の抵
抗は平衡に変化する。従って、ロードセルに故障が生じ
ているか否かは、等価抵抗が不平衡に変化しているか否
かを判別することによって、どのような荷重印加状態に
おいても行える。
【0014】そこで、両出力端子に同相信号を印加する
と、両出力端子間の不平衡成分と平衡成分とが表れる。
固定インピーダンス素子を、各出力端子と一方の電源端
子との間のインピーダンス素子に並列に接続したのが、
この同相信号の印加に相当する。この出力から平衡成分
を減算することによって不平衡成分が求められる。上記
の非接続状態におけるロードセルの出力に比例係数を乗
算した値と、非接続状態のロードセルの出力との差を検
出手段によって求めているのが、この不平衡成分の検出
に相当する。正常状態においても、不平衡成分が存在す
ることがあるので、正常状態においても上記と同様に不
平衡成分を求めておく。これが、記憶手段に記憶されて
いる基準信号である。この基準信号と検出手段の出力と
が実質的に異なると、零点の変動があると検出できる。
【0015】また、零点とスパン係数の双方がずれてい
る場合、異なる荷重の印加状態、即ち第1及び第2の故
障検出状態での検出手段の出力は、基準信号と実質的に
異なった値となる。従って、このような場合、零点及び
スパン係数の変動があると、検出できる。
【0016】このように零点、零点及びスパン係数の変
動があることが検出されると、数値計算によって自己補
償を行うことができる。
【0017】
【実施例】図1に示すように、この実施例は、ホイース
トンブリッジ9を有している。このブリッジ9は、2つ
の正負の電源端子10、12と、2つの出力端子14、
16とを有し、これら端子10、12、14、16間に
それぞれ可変インピーダンス素子、例えばストレインゲ
ージ20、22、24、26を有している。これらスト
レインゲージは、図示しない起歪弾性体の起歪部に貼着
されており、無荷重状態ではRの抵抗値をそれぞれ有す
る。ストレインゲージ22、26は、圧縮ゲージであ
り、この起歪弾性体に荷重が印加された場合、その抵抗
値がRからΔRだけ減少し、R−ΔRとなる。また、ス
トレインゲージ20、24は、引っ張りゲージであり、
この起歪弾性体に荷重が印加された場合、その抵抗値が
RからΔRだけ増加し、R+ΔRとなる。なお、各スト
レインゲージ20乃至26において生じる抵抗値Rの偏
差rを、ストレインゲージ24において代表させて、r
と表している。
【0018】電源端子10、12の間には直流電源28
によって直流電圧VE が印加されている。また、正の電
源端子10と出力端子14との間には、一定の抵抗値を
有する固定抵抗器30と、開閉スイッチ32との直列回
路が接続されている。同様に、正の電源端子10と出力
端子16との間には、やはり一定の抵抗値を有する固定
抵抗器34と、開閉スイッチ36との直列回路が接続さ
れている。開閉スイッチ32、36の開閉制御は、CP
U38によって両者同時に行われる。
【0019】出力端子14、16間に生じたホイースト
ンブリッジ9の出力信号は、A/D変換器40によって
ディジタル変換された後、CPU38に供給され、後述
するような演算が行なわれる。
【0020】このような回路によって故障検出及び自己
補償が行える点について説明する。図2は、図1の等価
回路図であり、REQ+、REQ−は、正の出力端子1
0、負の出力端子12から見たホイーストンブリッジ9
の等価出力抵抗を表し、Vop+、Vop−は、正負の
出力端子10、12の開放電圧である。また、開閉スイ
ッチ32、36が閉成されている場合には、Rxは、固
定抵抗器30、34の抵抗値と開閉スイッチ32、36
の抵抗値とを含めた値であり、開閉スイッチ32、36
が開放されている場合には、Rxは無限大となる。
【0021】上記REQ+ 、REQ- 、Vop+ 、Vop- は、
テブナンの定理により、数1、数2、数3、数4によっ
て求められる。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【0022】また、図2の等価回路における正の出力端
子10の電圧Vo+、負の出力端子14の電圧Vo-は、数
5、数6によって求められる。
【数5】
【数6】
【0023】従って、ロードセルの出力電圧Vo は数7
によって求められる。
【数7】 数7の最終式の第3項の分子に各等価抵抗値REQ+ 、R
EQ- を代入すると、数8となる。
【数8】
【0024】また、数7の最終式の第1項の分子に関連
するREQ+ /Rx +REQ- /Rx は、数9によって表さ
れる。
【数9】 数8及び数9を、数7の最終式に代入すると、数10に
よって表される。
【数10】
【0025】また、数10における1+R/2Rx +r
/4Rx は、数11のように近似できる。
【数11】
【0026】従って、図2の等価回路のロードセルの出
力電圧Voは、数12によって表される。
【数12】 数12は、ロードセルの出力電圧の一般式であるので、
通常動作時、即ち開閉スイッチ32、36が開放されて
いるとき(Rx が無限大のとき) 、出力電圧Voは数1
3によって表される。
【数13】
【0027】そして、故障検出時(開閉スイッチ32、
36が閉成されているとき)の出力電圧VONは、数12
そのものである。
【0028】さらに、Rは各ストレインゲージのゲージ
抵抗値、Rx は固定抵抗器30、34の抵抗値であって
一定値であるので、αを数14で定義すると、R/2R
x は数15で表される。
【数14】
【数15】
【0029】従って、故障検出時の出力電圧VONをαを
用いて表すと、数16によって表される。
【数16】
【0030】数16に数13のVo を代入すると、数1
7となり、これから数18が得られる。
【数17】
【数18】
【0031】数18の左辺はゲージ抵抗偏差rによる零
出力を表している即ち、開閉スイッチ32、36の閉
成時の出力VONに係数1/αを乗算した値と、開閉ス
イッチ32、36の開放時の出力Voとの出力差からゲ
ージ抵抗偏差rが求められる。そして、数18の左辺の
値は、偏差rが一定である限り、いかなる荷重点におい
ても一定値である。
【0032】従って、ロードセルの故障がホイーストン
ブリッジ9を構成する少なくとも1辺のストレインゲー
ジのゲージ抵抗偏差rの変化として表れるなら、数18
に基づく判別を定期的に行うことによって荷重点に係わ
らず、故障検出が可能となる。
【0033】即ち、故障発生以前の正常動作時の数18
における開閉スイッチ32、36の閉成時の出力VON
に係数1/αを乗算した値と、開閉スイッチ32、36
の開放時の出力Voとの出力差を数19によって表され
るβとして記憶しておく。
【数19】
【0034】そして、ロードセルに故障が発生し、ゲー
ジ抵抗偏差rがΔrだけ変化したときのβをβE とし、
このときの開閉スイッチ32、36の閉成時、開放時の
出力電圧を、それぞれVONE 、VoEとすると、βE は、
数20によって表される。
【数20】
【0035】従って、数20から数21が得られる。
【数21】
【0036】このように故障発生時には、βE-βが零と
ならないので、故障が発生していることを検出できる。
そして、この故障の検出は、出力が安定しているかぎ
り、どのような荷重点においても可能である。従って、
現実的には数21の計算値が予め定めた一定の値以上で
あれば、故障と判断すればよい。
【0037】また数21等での比例係数αは、ゲージ抵
抗値Rと固定抵抗器30、34の抵抗値Rx によって定
まる一定値であるが、抵抗値のばらつきによって多少の
差は生じる。しかし、αの正確な値は故障発生以前のス
パン調整時に、次のような操作によって容易に求めるこ
とができる。
【0038】無負荷時に開閉スイッチ32、36を開閉
したときの出力電圧をそれぞれVONZ 、VoZとし、秤量
荷重時の上記両出力電圧をVONS 、VoSとすると、数1
9からβは一定であるので、数22が成立し、その結果
αは数23によって表される。
【数22】
【数23】 即ち、αは固定抵抗器30、34による出力減衰率と考
えればよい。
【0039】図3は数21によって表される零故障が生
じたときの出力特性を図示したもので、ハッチングを施
した部分がβ及びβE であり、荷重点に係わらず、それ
ぞれ常に一定である。また、故障検出時(開閉スイッチ
32、36を閉成時)の出力VON及びVONE がαによっ
て同じように減衰されることを表している。
【0040】以上の説明では、故障がゲージ抵抗偏差r
の変化、即ち零変化であるとしたが、実際にはスパン変
化による故障も起こりえる。しかし、このスパン故障も
以下に示すように零故障と等価と考えられる。
【0041】例えば図1のストレインゲージ24に故障
が発生し、荷重に比例する変化量ΔRに、荷重の関数と
なる故障による誤差drが発生したとすると、そのゲー
ジ抵抗R2は、数24によって表される。
【数24】
【0042】即ち、数24は、drがΔrに含められる
ことを示し、これはスパン故障が零故障と本質的に同一
であることを表している。但し、スパン故障の場合、零
変化量(Δr+dr)はdrが荷重の関数であるので、
荷重の変化に応じて変化する。従って、故障検出を少な
くとも2つの異なる荷重点で行い、そのときに求めたβ
をβ1、β2とし、正常時に求めたβと比較して、β1
=β2=βなら正常、β1=β2≠βなら零故障、β1
=β、β2≠βならスパン故障、β1≠β2≠βならス
パン及び零故障と判断できる。
【0043】上記のように各故障を判別すると、その結
果に応じて自己補償が行える。零故障の場合、零故障に
よってΔrが発生し、本来の正常時の出力Vo がVoEに
変化したとすると、Vo は数13によって表され、VoE
は、数13から数25によって表される。従って、Vo
は数21、数13、数25から数26によって表され
る。
【数25】
【数26】
【0044】従って、適当な故障検出時に、故障が発生
したと判断した時点のβE を記憶し、このβE と既知の
α、β及び故障検出出力VoEから、正常時の出力Vo を
算出することができ、零故障に対する自己補償を行なう
ことができる。
【0045】一方、スパン故障に対する自己補償も上述
した零故障に対する自己補償と基本的に同一である。即
ち、スパン故障では、数26のβE が一定値とならず、
荷重によって変化するだけであり、数26はスパン故障
に対してもそのまま成立する。従って、零故障とスパン
故障が同時に発生し、かつスパン故障が非常に複雑な関
数であっても、その荷重点におけるβE さえ求められれ
ば、数26によって自己補償が可能である。
【0046】しかし、この場合、βE を求めるため、常
に開閉スイッチ32、36を開閉する故障検出動作を行
う必要があり、余り現実的でない。従って、スパン故障
が生じたときの自己補償では、自己補償しようとしてい
る荷重点におけるβE を、異なる2以上の荷重点のβE
から特定する必要がある。
【0047】図4は零故障とスパン故障とが同時に発生
したときの出力特性を図示したもので、ここではβE は
荷重に比例する一次関数として表してある。同図におい
て、正常時の出力特性を実線のVo で、故障時の出力特
性を破線のVoEで示してある。即ち、任意の荷重点Xに
おける正常時の出力VoXとなるはずであるが、スパン及
び零故障によって、その出力はVoEX となる。そして、
出力VoEX に対応する正常時の荷重点XE が与えられた
荷重として認識されるため、XE −Xが誤差となる。
【0048】従って、この故障モードにおける自己補償
とは破線の故障時の出力特性VoEXから実線の故障時の
出力特性Vo を導くことであり、その結果、任意の出力
VoEX から正しい荷重点Xを求めることができる。図4
では、故障時の出力特性を一次関数としていることか
ら、ΔR=ΔR1とΔR=ΔR2の2種類の異なる荷重
点で前述の故障検出動作を行っている。
【0049】図4において、直線Voa、Vobは異なる2
点の故障検出動作点ΔR=ΔR1、ΔR=ΔR2におい
て、その故障原因が零点故障であるとしたときの仮定の
故障特性を表し、その傾きは正常時の出力特性Vo と同
一となる。そして、故障出力特性VoEをVo で表すと、
数27によって表される。
【数27】 数27の第2項は、VoaとVo との差を表し、第3項は
図4における符号Aで示した出力差を表している。
【0050】さらに、数27の第3項の分母、分子に励
磁電圧VE をそれぞれ掛けると、数27は数28に変形
される。
【数28】 また、数13、数19よりVo は数29によって表さ
れ、さらに数29よりΔRVE /Rは数30によって表
される。
【数29】
【数30】
【0051】図4よりVoaはVo と同一の傾きを有する
ので、数31、数32が成立する。
【数31】
【数32】 数30、数31、数32を数28に代入すると、数33
が得られる。
【数33】 従って、正常時の出力Vo を故障時の出力VoEで表す
と、数34となる。
【数34】
【0052】数34において、VoEは任意の荷重点にお
ける故障発生時の出力、VoE1 、VoE2 は異なる2つの
荷重点における故障検出動作時の故障出力(開閉スイッ
チ32、36は閉)、βは正常状態における数19によ
って求められる値、β1、β2は2つの荷重点における
故障検出動作時のβ対応値、αは数23によって故障発
生以前に求めた係数である。従って、数34によって零
点及びスパン故障の発生時に、自己補償を行うことがで
きる。なお、数34においてβ1=β2≠βとすると、
数26と一致する。従って、数34は零故障、スパン故
障並びに零・スパン故障の場合の自己補償の一般式を表
している。
【0053】以上の故障検出及び自己補償技術を使用し
て、図1のCPU38が行う処理を図5にフローチャー
トで示す。この処理では、前述のβが数22によって、
αが数23によって演算され、記憶されているとする。
また、この処理では、零点故障が生じていると判定され
たときに1にセットされる零故障フラグ、スパン故障が
生じていると判定されたときに1にセットされるスパン
故障フラグが用いられる。なお、通常状態では、開閉ス
イッチ32、36は開放されている。
【0054】まず、出力端子14、16間の出力電圧V
o をA/D変換器40でディジタル信号に変換して、C
PU38に入力する(ステップS2)。次に零故障フラ
グが1であるか判断する(ステップS4)。このフラグ
が1でないと、零故障が生じていないので、CPU38
に入力されたVo をそのまま出力する(ステップS
6)。
【0055】もし、ステップS4において、零故障フラ
グが1にセットされていると判定されると、スパン故障
フラグが1にセットされているか判定する(ステップS
8)。ここでスパン故障フラグが1にセットされていな
いと、先に零故障フラグがセットされているので、零故
障のみが存在すること判定される。従って、ステップS
2で入力したVo から零点変動補償値Kzを減算して、
零点の変動を補償する(ステップS10)。ここで、K
zは、後述するようにして求めた数26の第2項に対応
するものである。
【0056】もしステップS6において、スパン故障フ
ラグがセットされていると判断されると、ステップS2
で入力したVo に補正係数Ksを乗算し、この乗算値か
ら零点変動補償値Kzを減算する(ステップS12)。
ここでKs、Kzは、前述で求めた数34の第1項のV
oEの係数及び第2項の値である。ここまでのステップS
2乃至S12が自己補償手段に該当する。
【0057】ステップ16以降が故障検出に該当し、
まず故障検出タイミングであるか判定する(ステップS
14)。この故障検出タイミングであるか否かの判断
は、例えばCPU38内に設けたタイマが所定時間の経
過ごとに発生するタイマ信号が発生しているか否かによ
って行える。
【0058】故障検出タイミングでないと、この自己補
償及び故障検出ルーチンを終了する。また、故障検出タ
イミングであると、ステップS2で入力したVo が安定
しているか否かを判定する(ステップS16)。安定し
ていないと、この自己補償及び故障検出ルーチンを終了
する。
【0059】安定していると、開閉スイッチ32、36
を閉成して、そのときの出力端子14、16間の出力電
圧VONを入力し、既に記憶しているαとステップS2で
入力したVo とを用いて、(VON/α)−Vo の演算を
行ってβE を算出し、開閉スイッチ32、36を開放す
る(ステップS18)。
【0060】そして、零故障フラグがセットされている
か判断し(ステップS20)、セットされていなけれ
ば、βE から先に記憶させてあるβを減算し、その絶対
値が予め定めた値DZE以下であるか判断する(ステップ
S22)。DZEは零に近い値に設定してあり、ステップ
S22は実質的にβE がβに等しいか判断している。
【0061】ここで、実質的にβE がβに等しいと、即
ち上記絶対値がDZE以下であると、零故障が発生してい
ないと判断して、この自己補償及び故障検出ルーチンを
終了する。また、実質的にβE がβに等しくないと、上
記絶対値がDZEより大きいと、零故障が発生していると
判断して、零故障フラグを1にセットし(ステップS2
4)、ステップS18で求めたβE をβ1 として、ステ
ップS2で求めたVoをVoE1 として、スパン故障の判
定の際に使用するために、それぞれ記憶する(ステップ
S26)。そして、ステップS26で記憶したβ1と既
に記憶しているβ及びαを用いて、Kzを演算し(ステ
ップS28)、この自己補償及び故障検出ルーチンを終
了する。
【0062】ステップS20において、零フラグが1で
あると判定されると、スパン故障フラグがセットされて
いるか判断する(ステップS30)。もし、スパン故障
フラグがセットされていないと、スパン故障であるかど
うかを判断するために、ステップS18で求めたβE
と、先に求めたβ1 (零フラグが既にセットされている
ので、それ以前にβ1 が記憶されている。)との絶対値
が予め定めたスパン故障判別値DSE以下であるか判断す
る(ステップS32)。DSEは零に近い値に選定してあ
るので、ステップS32は、β1(これは既にβと等し
くないと判断されている)とβE とが実質的に等しい
か、即ちβ1 =βE ≠βであるか判断している。
【0063】ここで、β1 =βE ≠βであると、零故障
が生じているだけであるので、ステップS26、S28
を実行し、新たにβ1 、VoE1 、Kzをそれぞれ更新す
る。
【0064】ここで、上記絶対値がDSEよりも大きい
と、β1 ≠βE ≠βとなり、スパン故障が生じている。
そこで、スパン故障フラグを1にセットし(ステップS
34)、βE をβ2 と、ステップS2で入力したVo を
VoE2 として記憶する(ステップS36)。これは、零
故障及びスパン故障の生じている場合のKZ及びKSを
演算するのに用いるためである。
【0065】そして、VoE1 とVoE2 との大きさを比較
し(ステップS38)、VoE1 がVoE2 よりも大きけれ
ば、β1 とβ2 とを交換し、かつVoE1 とVoE2 とを交
換する(ステップS40)。そして、数34に従ってK
S 及びKZ を演算し(ステップS42)、この自己補償
及び故障検出ルーチンを終了する。なお、ここでステッ
プS38、40を設けているのは、KS 及びKZ の計算
誤差を少なくするためである。
【0066】ステップS30においてスパン故障フラグ
がセットされていると判断されると、ステップS2で入
力したVo がVoE1 よりも小さいか判断し(ステップS
44)、Vo がVoE1 よりも小さいと、ステップS18
で求めたβE をβ1 として記憶し、かつステップS2で
入力したVo をVoE1 として記憶し(ステップS4
6)、ステップS42を実行する。また、Vo がVoE1
よりも大きいと、Vo がVoE2 よりも大きいか判断する
(ステップS48)。もし、Vo がVoE2 よりも大きい
と、ステップS18で求めたβE をβ2 として記憶し、
かつステップS2で入力したVo をVoE2 として記憶し
(ステップS50)、ステップS42を実行する。
【0067】ステップS44からS50を実行する結
果、数34の第1項及び第2項の分母VoE2 −VoE1 の
値が大きな値となり、A/D変換の際の量子化誤差の影
響を小さくすることができる。
【0068】上記の実施例では、スパン故障を荷重に対
する一次関数と仮定したが、これがn次関数となること
もあるが、基本的には上記の実施例と同様に補償するこ
とができる。即ち、これは、異なるn個の荷重点で故障
検出動作を行い、n次の連立方程式を解くことによっ
て、n次の故障曲線を導くことができるからである。ま
た、数26で示すように多数の荷重点におけるβE を求
め、検出点以外のβE を補間処理によって求めることも
可能である。
【0069】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ロード
セルを構成するホイーストンブリッジに、固定抵抗器を
接続した状態にしたり、非接続状態にするだけでよいの
で、基準ロードセルや基準ストレインゲージを設ける必
要がなく、回路構成が簡単であり、しかもコストが低下
する。さらに、本発明によれば、故障検出や自己補償を
どのような荷重点においても行えるので、わざわざ故障
検出や自己補償のために無負荷状態にする必要がなく、
故障検出や自己補償を容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるロードセルの故障検出及び自己補
償装置の1実施例の回路図である。
【図2】同実施例の等価回路図である。
【図3】同実施例における零点故障がある場合の検出方
法の説明図である。
【図4】同実施例における零点及びスパン故障がある場
合の検出方法の説明図である。
【図5】同実施例のフローチャートである。
【符号の説明】 9 ホイーストンブリッジ 10 12 電源端子 14 16 出力端子 20 22 24 26 ストレインゲージ(インピー
ダンス素子) 30 32 固定抵抗器(固定インピーダンス素子) 38 CPU(検出手段、記憶手段、判定手段、零点補
正値算出手段、補正手段、スパン補正値算出手段、スパ
ン補正手段)
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01G 23/01 G01G 3/142 G01L 1/22 G01L 25/00 G01B 7/16 G01D 5/16

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2つの電源端子と2つの出力端子とを有
    すると共に、上記各電源端子と上記各出力端子との間に
    それぞれインピーダンス素子を有し、これらインピーダ
    ンス素子のうち少なくとも1つを、荷重の印加状態に応
    じてインピーダンスが変化する可変インピーダンス素子
    としたホイーストンブリッジと、 上記両電源端子の一方と上記両出力端子との間にそれぞ
    れ接続されている上記インピーダンス素子にそれぞれ並
    列に接続された状態と、非接続状態とに切り換えられる
    固定インピーダンス素子と、 正常状態における上記並列接続状態での上記出力端子間
    の出力値に比例する値と、上記正常状態における上記非
    接続状態での上記出力端子間の出力値との差を基準信号
    として、更に上記比例する値における比例係数とを記憶
    する記憶手段と、 故障検出状態における上記並列接続状態での上記出力端
    子間の出力値に上記比例係数を乗算した値と、上記故障
    検出状態における上記非接続状態での上記出力端子間の
    出力値との差を検出する検出手段と、 上記記憶手段の基準信号と上記検出手段の検出出力信号
    とが実質的に異なる値であるか否かを判定する判定手段
    とを、具備するロードセルの故障検出装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のロードセルの故障検出装
    置において、上記判定手段が上記記憶手段の基準信号と
    上記検出手段の検出出力信号とが実質的に異なる値であ
    ると判定したとき、上記基準信号と上記検出手段の検出
    出力信号と上記比例係数とに基づいて零点補償値を算出
    する手段と、 上記零点補償値によって上記非接続状態の上記ホイース
    トンブリッジの出力値を補正する補正手段とを、具備す
    るロードセルの故障自己補償装置。
  3. 【請求項3】 2つの電源端子と2つの出力端子とを有
    すると共に、上記各電源端子と上記各出力端子との間に
    それぞれインピーダンス素子を有し、これらインピーダ
    ンス素子のうち少なくとも1つを、荷重の印加状態に応
    じてインピーダンスが変化する可変インピーダンス素子
    としたホイーストンブリッジと、 上記両電源端子の一方と上記両出力端子との間にそれぞ
    れ接続されている上記インピーダンス素子にそれぞれ並
    列に接続された状態と、非接続状態とに切り換えられる
    固定インピーダンス素子と、 正常状態における上記並列接続状態での上記出力端子間
    の出力値に比例する値と、上記正常状態における上記非
    接続状態での上記出力端子間の出力値との差を基準信号
    として記憶する記憶手段と、 第1の故障検出状態及びこれとは異なる荷重印加状態で
    ある第2の故障検出状態において、上記並列接続状態で
    の上記出力端子間の出力値に比例する値と、上記故障検
    出状態における上記非接続状態での上記出力端子間の出
    力値との差を検出する検出手段と、 上記記憶手段の基準信号と第1及び第2の故障検出状態
    における上記検出手段の検出出力信号とをそれぞれ比較
    する比較手段とを、具備するロードセルの故障検出装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のロードセルの故障検出装
    置において、上記比較手段が、第1の故障検出状態にお
    ける上記検出手段の出力値と上記記憶手段の基準信号と
    が異なる値のとき零点の故障と判定し、第1及び第2の
    故障検出状態における上記検出手段の検出出力と上記記
    憶手段の基準信号とがそれぞれ異なる値のときスパン及
    び零点の故障と判定することを特徴とするロードセルの
    故障検出装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載のロードセルの故障検出装
    置において、上記比較手段が零点の故障と判定したと
    き、上記基準信号と第1の故障検出状態における上記検
    出手段の検出出力信号と上記比例係数とに基づいて第1
    の零点補償値を算出する手段と、 第1の零点補償値によって上記非接続状態の上記ホイー
    ストンブリッジの出力値を補正する第1の補正手段と、 上記比較手段がスパン及び零点の故障と判定したとき、
    少なくとも第1及び第2の故障検出状態における非接続
    状態のホイーストンブリッジの出力値と、第1及び第2
    の故障検出状態における上記検出手段の出力値と、上記
    比例係数とに基づいてスパン補償係数を算出する手段
    と、 上記比較手段がスパン及び零点の故障と判定したとき、
    少なくとも上記非接続状態のホイーストンブリッジの出
    力値と、第1及び第2の故障検出状態における上記検出
    手段の出力値と、上記比例係数と、上記基準信号とに基
    づいて第2の零点補償値を算出する手段と、 第2の零点補償値とスパン補償係数とに基づいて上記非
    接続状態の上記ホイーストンブリッジの出力値を補正す
    る第2の補正手段とを、具備するロードセルの故障自己
    補償装置。
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