JP3581179B2 - 質量又は重量計量装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、特に揺動する物体上に据え付けられ、物体からの揺動による計量誤差を除去した質量又は重量を計量する質量又は重量計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記重量計量装置の従来のものが特公昭６０−２９８８５号公報に開示されている。その装置は、図７に示すように、揺動する物体２９に設けられている秤量用荷重変換器１と補正用荷重変換器２を備えている。この秤量用荷重変換器１は、風袋の質量がＭＡ であり、質量Ｍ１ の被計量物を計量した場合、その秤量用荷重変換器１に接続されている増幅器３の出力ｅ１ は式（１）に示すようになる。
ｅ１ ＝Ｒ１ Ａ１ （Ｍ１ ＋ＭＡ ）（ｇ＋ａ１ ） ・・・・（１）
ただし、Ｒ１ は秤量用荷重変換器１への載荷重量と電気的出力との比例定数、Ａ１ は秤量用荷重変換器１の出力電気信号を増幅する増幅器３の利得、ｇは重力加速度、ａ１ は秤量用荷重変換器１に伝わる上下方向の振動加速度である。
同様に、補正用荷重変換器２の補正用分銅６２の質量をＭ２ 、風袋の質量ＭＢ をとしたときの補正用荷重変換器２に接続されている増幅器４の出力ｅ２ は、式（２）に示すようになる。
ｅ２ ＝Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）（ｇ＋ａ２ ） ・・・・（２）
ただし、Ｒ２ は補正用荷重変換器２への載荷重量と電気的出力との比例定数、Ａ２ は補正用荷重変換器２の出力電気信号を増幅する増幅器４の利得、ａ２ は補正用荷重変換器２に伝わる上下方向の振動加速度である。ここで、ａ１ ＝ａ２ とする。なお、図７において、５は減算器、６は除算器である。
【０００３】
減算器５により式（１）から式（２）を減算すると、その減算値は式（３）で示される。
ｅ１ −ｅ２ ＝〔Ｒ１ Ａ１ （Ｍ１ ＋ＭＡ ）−Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）〕（ｇ＋ａ２ ） ・・・・（３）
その後に、この（ｅ１ −ｅ２ ）を除算器６においてｅ２ で除算すると式（４）で示すようになる。
（ｅ１ −ｅ２ ）／ｅ２ ＝〔Ｒ１ Ａ１ （Ｍ１ ＋ＭＡ ）−Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）〕／Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ） ・・・・（４）
ここで、Ｒ１ Ａ１ ＭＡ ＝Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）となるようにＡ１ 又はＡ２ を利得調整すると、式（４）は、式（５）となる。
（ｅ１ −ｅ２ ）／ｅ２ ＝Ｍ１ Ｒ１ Ａ１ ／〔Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）〕∝Ｍ１ ・・・・（５）
これによって、揺動物体２９の揺動に基づく誤差を補正して被計量物の質量Ｍ１ を計量することができる。
【０００４】
ところで、風袋質量ＭＡ 及び被計量物の質量Ｍ１ に影響する加速度（ｇ＋ａ１ ）と風袋質量ＭＢ 及び分銅質量Ｍ２ に影響する加速度（ｇ＋ａ２ ）は、互いに等しいとして被計量物の質量Ｍ１ を演算したが、（ｇ＋ａ１ ）＝（ｇ＋ａ２ ）となるのは、秤量用荷重変換器１と補正用荷重変換器２の夫々が図９に示す秤系のモデルとみなした場合において、物体２９の振動数よりもばね７０で吊るされて揺動する質量ｍの物品７１の固有振動数がはるかに高い場合だけに近似的に成立する。なぜなら、物体２９の振動数よりも物品７１の振動数がはるかに高い場合に限って秤量用荷重変換器１と補正用荷重変換器２の加速度応答倍率が近似的に１となり、ａ１ とａ２ と物体２９の上下振動加速度ａとは、互いに近似的に等しくなるからである。
しかし、物体２９の振動数と物品７１の振動数が接近している場合は、ａ１ とａ２ には、差異が生じ、この差異が比較的大きい計量誤差となる。
【０００５】
そこで、（ｇ＋ａ１ ）＝（ｇ＋ａ２ ）となるようにすることができる質量測定装置が特開平１−２７２９２４号公報に開示されている。この装置は、図８に示してあり、秤量用荷重変換器７２と補正用荷重変換器７３の出力をＥ１ Ｅ２ とすると、
Ｅ１ ＝Ｒ１ Ａ１ （Ｍ１ ＋ＭＡ ）（ｇ＋ａ１ ） ・・・・（６）
Ｅ２ ＝Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）（ｇ＋ａ２ ） ・・・・（７）
となる。ただし、Ｒ１ 、Ａ１ 、Ｍ１ 、ＭＡ 、ｇ、ａ１ 、Ｒ２ 、Ａ２ 、Ｍ２ 、ＭＢ 、ａ２ は、図７のものと同等のものを表す符号である。
【０００６】
ここで、図８の装置において、
ｋ１ ＝ｋ２ ・・・・（８）
（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝（Ｍ２ ＋ＭＢ ） ・・・・（９）
のように選択をしてある。ただし、ｋ１ とｋ２ は、秤量用荷重変換器７２と補正用荷重変換器７３のばね定数である。
ここで、式（９）において、Ｍ１ は被計量物の質量であるので、この質量Ｍ１ のばらつきが大きい場合は、式（９）が成立するとみなすことができないが、この質量Ｍ１ のばらつきが小さい場合は、式（９）が成立するとみなすことができる。質量Ｍ１ のばらつきが小さい場合としては、例えば重量選別する被計量物の質量がその場合である。なぜなら、重量選別機は、被計量物の質量が適量であるか否かを選別するものであるからその適量か否かを判定する選別基準質量Ｍ１ （０）付近の狭いばらつきの範囲の質量を正確に計量して選別することができれば良いからである。そして、この場合、選別基準質量Ｍ１ （０）を被計量物の質量Ｍ１ に代入したもので式（９）を成立させればよい。
次に、式（６）を式（７）で除算すると
Ｅ１ ／Ｅ２ ＝Ｒ１ Ａ１ （Ｍ１ ＋ＭＡ ）／Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）・・・・（１０）
となるので、
Ｍ１ ＝〔（Ｅ１ ／Ｅ２ ）Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）／Ｒ１ Ａ１ 〕−ＭＡ ・・・・（１１）
と変形し、この式（１１）から被計量物の質量Ｍ１ を求めることができる。
【０００７】
図８は、上記質量測定装置の電気回路を示すブロック図であり、このブロック図に示すようにして式（１１）を演算処理して被計量物の質量Ｍ１ を計量することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図８に示す従来の質量測定装置では、式（８）、（９）の条件、即ち、
ｋ１ ＝ｋ２ ・・・・（８）
（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝（Ｍ２ ＋ＭＢ ） ・・・・（９）
を満足させる必要がある。つまり、補正用荷重変換器７３に設けられている分銅６２の質量Ｍ２ とその風袋質量ＭＢ の合計質量（Ｍ２ ＋ＭＢ ）を、被計量物の質量Ｍ１ と秤量用荷重変換器７２の風袋質量ＭＡ の合計質量（Ｍ１ ＋ＭＡ ）と等しい質量にする必要がある。従って、被計量物の質量Ｍ１ が大きい場合、それに略伴ってＭ２ 、ＭＢ も大きくなり、その結果、質量測定装置の全体の重量が重くなるという問題がある。そして、重量が重くなるにつれて設置スペースも広くなるという問題も発生する。例えば、特に飛行機、船舶等に積載して使用する質量測定装置は、できるだけ軽量、小型にすることが望まれている。
【０００９】
そして、秤量用荷重変換器７２を備えており、補正用荷重変換器７３が設けられていない既設の質量測定装置に、例えば床からの振動による計量誤差を解消する為に、この補正用荷重変換器７３を増設する場合、従来では、上述したように、式（８）、（９）の条件を満足する補正用荷重変換器７３、即ち、被計量物の重量を含む秤量用荷重変換器７２と略同等の重さ、及び大きさの補正用荷重変換器７３を設ける必要がある。
【００１０】
しかし、既設の質量測定装置には、一般にそのような大きさの補正用荷重変換器７３を設けるスペースが存在しておらず、従って、補正用荷重変換器７３を増設することができないという問題がある。
【００１１】
本発明は、補正用荷重変換手段の重さ、大きさを従来のものよりも軽量、小型に構成した質量又は重量計量装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の質量又は重量計量装置は、揺動する物体上に設けられ被計量物の重量を受けて、この重量に対応する第１の電気信号を生成するロバーバル型ロードセルである計量用荷重変換手段と、この計量用荷重変換手段と同じ揺動を受ける状態に上記計量用荷重変換手段の内部に設けられた、起歪体を有するロードセルであり、重量が既知の補正用物品の重量を受けてこの重量に対応する第２の電気信号を生成する補正用荷重変換手段と、上記第１と第２の電気信号に基づいて上記被計量物の質量又は重量を算出する演算処理手段とを有する質量又は重量計量装置において、上記計量用荷重変換手段に上記被計量物の代表重量を掛けると共に、上記補正用荷重変換手段に上記補正用物品の重量を掛けたとき、上記計量用荷重変換手段と上記補正用荷重変換手段の各々の固有角振動数が互いに等しく又は略等しくなるように、上記補正用荷重変換手段の揺動質量と、上記計量用荷重変換手段の揺動質量と、上記計量用荷重変換手段のばね定数と、上記補正用荷重変換手段のばね定数とが、選択され、かつ上記補正用荷重変換手段の揺動質量が上記計量用荷重変換手段の揺動質量よりも軽量に選択され、上記補正用荷重変換手段のばね定数が上記計量用荷重変換手段のばね定数よりも小さく設定されているものである。
【００１３】
第２の発明の質量又は重量計量装置は、第１の発明の質量又は重量計量装置において、補正用荷重変換手段に補正用物品を設けていない構成としたことを特徴とするものである。
【００１５】
【作用】
第１の発明に係る質量又は重量計量装置によると、物体からの揺動と被計量物の重量とを受けた計量用荷重変換手段が第１の電気信号を生成し、物体からの揺動と補正用物品の重量とを受けた補正用荷重変換手段が第２の電気信号を生成する。そして、演算処理手段が、第１と第２の電気信号に基づいて被計量物の質量又は重量を算出する。また、計量用荷重変換手段に被計量物の代表重量を掛けると共に、補正用荷重変換手段に補正用物品の重量を掛けたときの計量用荷重変換手段と補正用荷重変換手段の各々の固有角振動数が互いに略等しくなるように構成してあるので、この２つの固有角振動数の差異に基づく計量誤差を排除することができる。そして、補正用荷重変換手段のばね定数を計量用荷重変換手段のばね定数よりも小さくすることにより、固有角振動数を決定する補正用荷重変換手段の揺動質量を計量用荷重変換手段の揺動質量よりも軽量にしてあるからこの装置を比較的軽量、小型にすることができる。
【００１６】
第２の発明に係る質量又は重量計量装置によると、補正用荷重変換手段が、少なくとも自重を受けて振動し、この振動と対応する第２の電気信号を出力する。これ以外は、第１の発明と同等の作用をする。
【００１８】
【実施例】
本発明の１実施例を図１及び図２を参照して説明する。この実施例は、質量計量装置であり、図１に示す揺動する物体２９、例えば振動している工場設備、又は船舶等に据え付けられている。この場合は、例えば５Ｈｚ（０．２〜１０Ｈｚの間）の周波数で上下に揺動するものとする。この図１に示す２１は計量用ロードセル、２２はダミー用ロードセル、１１は演算処理部である。
計量用ロードセル（計量用荷重変換手段）２１は、図１に示すように、ロバーバル型ロードセルであり、内側に空洞部５６が形成されている。左端部５４が揺動物体２９に固定され、他端には被計量物４０を載置するための載置台４１が取り付けられており、この計量用ロードセル２１の表面に貼着した歪ゲージ４２、・・・により、揺動を受ける状態で被計量物４０の重量に対応する第１の電気信号を生成するように構成してある。
【００１９】
ダミー用ロードセル（補正用荷重変換手段）２２は、物体２９の揺動を検出するためのものであり、図１に示すように、平板状の起歪部５３を有している。そして、この起歪部５３は、計量用ロードセル２１の空洞部５６に収容された状態でこの起歪部５３の左端部が計量用ロードセル２１の左端部５４の内側面と結合している。これにより、ダミー用ロードセル２２は、計量用ロードセル２１と同様に物体２９よりの外部揺動を受けて揺動することができる。また、このダミー用ロードセル２２の右端部には、既知重量Ｗ２ ／２の２個の分銅（補正用物品）４３を取り付けて自由端とし、このダミー用ロードセル２２の表面に貼着した歪ゲージ４４、・・・により、揺動を受ける状態で分銅４３の既知合計重量Ｗ２ と対応する第２の電気信号を生成するように構成してある。なお、分銅４３は、ダミー用ロードセル２２に突設した係合部５５に係合して取り付けてある。
【００２０】
これら各ロードセル２１、２２からの第１及び第２の電気信号は、図１に示すように、夫々増幅器４５、４６により増幅された後、アナログ−デジタル変換器４７、４８によりデジタル信号に変換され、次いで各デジタル信号を乗加算して広域ノイズ、つまりロードセル２１、２２及び載置台４１の振動に起因する各周波数成分を遮断するデジタルフィルタ４９、５０を介して演算処理部（デジタル信号処理装置）１１に順次入力する。この演算処理部１１は、メモリ（記憶手段）５１、５２、除算部５７、乗算部５８、及び減算部５９からなっている。
【００２１】
メモリ５１、５２は、デジタルフィルタ４９、５０からの出力信号を順次記憶し、これらメモリ５１、５２に記憶された各電気信号は、除算部５７に入力する。
【００２２】
除算部５７は、計量用ロードセル２１、ダミー用ロードセル２２の出力する第１、第２の電気信号と対応する電気信号Ｅ１ 、Ｅ２ を入力して、Ｅ１ ／Ｅ２ を演算して、この演算して得られたＥ１ ／Ｅ２ を乗算部５８に出力する。このＥ１ 、Ｅ２ は、上式（６）、（７）によって表される電気信号である。
【００２３】
ただし、Ｒ１ は計量用ロードセル２１への載荷重量と電気的出力との比例定数、Ｒ２ はダミー用ロードセル２２への載荷重量と電気的出力との比例定数、Ａ１ は増幅器４５の利得、Ａ２ は増幅器４６の利得、ＭＡ は計量用ロードセル２１の風袋質量（載置台４１とロードセル２１自身の合計質量）、Ｍ２ は２個の補正用分銅４３の合計質量、ＭＢ はダミー用ロードセル２２の風袋質量である。
【００２４】
乗算部５８は、入力したＥ１ ／Ｅ２ にＲ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）／Ｒ１ Ａ１ を乗算してこの乗算値を減算部５９に出力する。
【００２５】
減算部５９は、この乗算値（Ｅ１ ／Ｅ２ ）Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）／Ｒ１ Ａ１ から計量用ロードセル２１の風袋質量ＭＡ を減算して被計量物４０の質量Ｍ１ を出力する。図には示さないが、この出力された質量Ｍ１ は、表示部によって表示される。
【００２６】
なお、載置台４１に載置されている被計量物４０の質量Ｍ１ と計量用ロードセル２１の風袋質量ＭＡ の合計質量（Ｍ１ ＋ＭＡ ）が特許請求の範囲に記載の計量用荷重変換手段の揺動質量であり、この揺動質量と計量用ロードセル２１のばね定数ｋ１ とによって計量用ロードセル２１の固有角振動数ｐ１ ＝〔ｋ１ ／（Ｍ１ ＋ＭＡ ）〕１／ ２が決まる。そして、補正用分銅４３の質量Ｍ２ とダミー用ロードセル２２の風袋質量ＭＢ の合計質量（Ｍ２ ＋ＭＢ ）が特許請求の範囲に記載の補正用荷重変換手段の揺動質量であり、この揺動質量とダミー用ロードセル２２のばね定数ｋ２ とによってダミー用ロードセル２２の固有角振動数ｐ２ ＝〔ｋ２ ／（Ｍ２ ＋ＭＢ ）〕１／ ２が決まる。
【００２７】
ここで、計量用及びダミー用ロードセル２１、２２の固有角振動数ｐ１ ＝〔ｋ１ ／（Ｍ１ ＋ＭＡ ）〕１／ ２とｐ２ ＝〔ｋ２ ／（Ｍ２ ＋ＭＢ ）〕１／ ２の関係を説明する。この実施例の計量用及びダミー用ロードセル２１、２２の固有角振動数ｐ１ とｐ２ は互いに等しくなるように形成してある。つまり、
ｐ１ ＝〔ｋ１ ／（Ｍ１ ＋ＭＡ ）〕１／ ２＝ｐ２ ＝〔ｋ２ ／（Ｍ２ ＋ＭＢ ）〕１／ ２・・・・（１２）
となり、従って、
ｋ１ ／（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝ｋ２ ／（Ｍ２ ＋ＭＢ ） ・・・・（１３）
が成立している。
そして、更に、図１に示すように、（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＞（Ｍ２ ＋ＭＢ ）となるようにＭ１ 、ＭＡ 、Ｍ２ 、ＭＢ を形成してあり、従って、ｋ１ ＞ｋ２ となっている。この実施例では、例えば（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝８ｋｇ、（Ｍ２ ＋ＭＢ ）＝２００ｇであり、ダミー用ロードセル２２の揺動質量（２００ｇ）が計量用ロードセル２１の揺動質量（８ｋｇ）の２．５％であり、従って、ダミー用ロードセル２２のばね定数ｋ２ も計量用ロードセル２１のばね定数ｋ１ の２．５％となっている。なお、載置台４１が設けられている状態の計量用ロードセル２１のばね定数ｋ１ を求めるには、例えば、まず、載置台４１に既知質量の被計量物４０を載置して自由振動をさせ、その振動波形を基に、例えば一定時間当たりの振動のピーク数を数える。又は、その振動波形を直接ＦＦＴ変換してこの秤系の固有振動数を求める。しかる後に、その得られた秤系の固有振動数と被計量物４０の既知質量とからばね定数ｋ１ を求める。そして、分銅４３が設けられている状態のダミー用ロードセル２２のばね定数ｋ２ も上記と同様にして求めることができる。ただし、ダミー用ロードセル２２は、分銅４３を係合させた状態で自由振動させる。
【００２８】
上記質量計量装置によると、計量用ロードセル２１に質量Ｍ１ の被計量物４０を掛けると共に、ダミー用ロードセル２２に既知質量Ｍ２ の分銅４３を掛けたときの計量用ロードセル２１とダミー用ロードセル２２の各々の固有角振動数ｐ１ とｐ２ が互いに等しくなるように構成してあるので、この２つの固有角振動数の差異に基づく計量誤差を排除することができる。ただし、被計量物４０の質量Ｍ１ は、未知であるので、質量Ｍ１ の代わりに被計量物４０の代表質量Ｍ１ （０）を最初に決めて、しかる後に式（１３）を満足するように分銅の質量Ｍ２ を決定する。なお、この代表質量Ｍ１ （０）は、被計量物４０の選別基準質量、中心質量等を使用するとよい。従って、被計量物４０の質量Ｍ１ が、大幅に変更すると、現在ダミー用ロードセル２２に設けられている分銅４３に代えて、その変更した新たな被計量物４０の代表質量Ｍ１ （０）と対応する質量Ｍ２ の分銅４３をダミー用ロードセル２２に設ける必要がある。
【００２９】
更に、ダミー用ロードセル２２の揺動質量（Ｍ２ ＋ＭＢ ）を計量用ロードセル２１の揺動質量（Ｍ１ ＋ＭＡ ）の２．５％であるので、図８に示す従来の装置のと比較して、（Ｍ１ ＋ＭＡ ）の９７．５％に相当する質量を軽量化することができる。
【００３０】
そして、図１に示すように、計量用ロードセル２１の内側に形成した空洞部５６にダミー用ロードセル２２と分銅４３を設けた構成としたことにより、ダミー用ロードセル２２の設置スペースを解消することができ、その結果、この質量計量装置を小型に形成することができる。
【００３１】
次に、この実施例に係る質量計量装置により被計量物４０の質量Ｍ１ を算出するための理論を計算式を用いて説明する。
まず、計量用ロードセル２１とダミー用ロードセル２２の夫々を図９に示す振動系とみなして夫々の振動方程式を立てると、
【数１】
となる。
ただし、ｐ１ ２ ＝ｋ１ ／（Ｍ１ ＋ＭＡ ） ・・・・（１６）
ｐ２ ２ ＝ｋ２ ／（Ｍ２ ＋ＭＢ ） ・・・・（１７）
であり、ｘ１ （ｔ）は計量用ロードセル２１に載置された被計量物４０の変位、ｘ２ （ｔ）はダミー用ロードセル２２の分銅４３の変位、ｐ１ は被計量物４０が載置された状態で揺動する計量用ロードセル２１の固有角振動数、ｐ２ はダミー用ロードセル２２の固有角振動数、ｘｄ （ｔ）は揺動する物体２９の上下方向の振動の変位である。
【００３２】
この式（１４）、（１５）を夫々解くと、揺動する物体２９の振動に起因する計量用ロードセル２１の変位ｘ１ （ｔ）とダミー用ロードセル２２の変位ｘ２ （ｔ）を等しくする為には、各ロードセル２１と２２のばね定数ｋ１ 、ｋ２ 、揺動質量（Ｍ１ ＋ＭＡ ）、（Ｍ２ ＋ＭＢ ）が 式（８）、（９）の
ｋ１ ＝ｋ２ 、（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝（Ｍ２ ＋ＭＢ ）
を満足させる必要がなく、各ロードセル２１と２２の固有角振動数ｐ１ 、ｐ２ について、式（１２）のように、ｐ１ ＝ｐ２ を満足させればよいことがわかる。
【００３３】
その為に、式（１３）のように、
ｋ１ ／（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝ｋ２ ／（Ｍ２ ＋ＭＢ ）
を選択することにより、ｐ１ ＝ｐ２ を満足させることができる。
これにより、
ｘ１ （ｔ）＝ｘ２ （ｔ） ・・・・（１８）
が成立し、
【数２】
となる。従って、式（１１）より被計量物４０の質量Ｍ１ を図８に示す従来の質量計測装置と同様に正確に計量することができる。この実施例の質量計量装置が図８の従来の装置と相違するところは、従来では、式（９）に示すように
（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝（Ｍ２ ＋ＭＢ ）
の制約があるが、この実施例ではそのような制約がなく、ダミー用ロードセル２２を小型、軽量に製作することができる。
【００３４】
第１参考例を図３を参照して説明する。図３（ａ）は、正面図、図３（ｂ）は、平面図である。実施例と第１参考例が相違するところは、実施例では、ダミー用ロードセル２２を計量用ロードセル２１の内側面に設けてあるのに対して、第１参考例ではダミー用ロードセル６０を計量用ロードセル２１の左端部５４の外側面に設けてあるところと、実施例では、２個の分銅４３を係合部５５に係合させているのに対して、第１参考例では１個の分銅６０をダミー用ロードセル６０の自由端部（左端部）に載置してあるところである。これ以外は、実施例と同等であり、それらを実施例と同じ図面符号で示し、詳細な説明を省略する。
【００３５】
この参考例の質量計量装置は、例えば被計量物４３の質量が比較的軽量であり、計量用ロードセル２１の空洞部５６を大きく形成することができず、一方、計量精度の点からダミー用ロードセル６０をあまり小さく形成することができない為に、ダミー用ロードセル６０を計量用ロードセル２１の空洞部５６内に配置することができない場合に有効である。これ以外は、実施例と同等に作用する。
【００３６】
第２参考例の質量計量装置は、第１参考例の計量用ロードセル２１とダミー用ロードセル６０を夫々別個に共通の揺動物体２９に設けたものである。それ以外は第１参考例と同等であり、それらを第１参考例と同じ図面符号で示し、詳細な説明を省略する。
【００３７】
図４は、ダミー用ロードセル６０の拡大正面図である。この実施例によると、ダミー用ロードセルを備えていない既設の質量計量装置にダミー用ロードセル６０を増設する場合にその増設の為の加工が簡単で済むし、ダミー用ロードセル６０の増設によって計量用ロードセル２１の計量精度を低下させることがない。なお、図５は、起歪体５３が撓んでいる状態を示す拡大正面図である。
【００３８】
図６は、この参考例のダミー用ロードセル６０の他の例を示す拡大正面図である。同図に示すダミー用ロードセル６３は、ロバーバル型ロードセルであり、ダミー用ロードセル６３の自由端部（右端部）に分銅６４を係合させてある。このように、ダミー用ロードセル６３を、計量用ロードセル２１と同じ形式のロバーバル型ロードセルとしたことにより、ダミー用ロードセル６３の振動状態と計量用ロードセル２１の振動状態の差異を、図４のダミー用ロードセル６０の振動状態と計量用ロードセル２１の振動状態の差異よりも小さくすることができる。また、図４のように板状に形成したダミー用ロードセル６０では、振動の際に例えば捩じり力等を受けた場合、その捩じり力等に基づき比較的大きい誤差信号が発生するが、ロバーバル型に形成したダミー用ロードセル６３では、振動の際に捩じり力を受けてもほとんど無視できる誤差信号しか発生しないようにすることができる。
その結果、物体２９から計量用ロードセル２１に伝わる振動に基づいて発生する計量誤差を更に正確に除去することができる。勿論、図６に示すダミー用ロードセル６３を図１又は図３に示す計量用ロードセル２１に設けた構成としてもよい。
【００３９】
ただし、実施例並びに第１及び第２参考例では、被計量物４０の質量を計量する構成としたが、重量を計量する構成とすることができる。つまり、演算処理部１１が式（１１）において
を演算して質量Ｍ１を求めたが、この質量Ｍ１に重力加速度ｇを乗算して被計量物４０の重量Ｗ１を計量する構成とすることができる。
【００４０】
そして、実施例並びに第１及び第２参考例では、ダミー用ロードセル２２、６０、６３に分銅４３、６１、６４を設けたが、分銅４３等を省略した構成とすることができる。つまり、式（１１）において分銅４３等の質量Ｍ２を０ｋｇとして演算して、被計量物４０の質量を計量する。この際、計量用ロードセル２１とダミー用ロードセル２２等の各固有角振動数が互いに一致又は接近するように各ロードセル２１と２２等を製作する。即ち、式（１３）を満足するように製作する。
【００４１】
また、実施例並びに第１及び第２参考例では、図１に示すように、メモリ５１、５２の出力したＥ１、Ｅ２を、除算部５７がＥ１／Ｅ２のように除算して、しかる後にその除算値に対して乗算部５８、減算部５９が演算処理することにより被計量物４０の質量Ｍ１を求めたが、メモリ５１、５２の出力したＥ１、Ｅ２を上記以外の方法を使用して被計量物４０の質量Ｍ１を求める構成としてもよい。例えば、Ｅ１からＥ２を減算して種々の演算を行うことにより被計量物４０の質量Ｍ１を求めることができる。
【００４３】
また、実施例並びに第１及び第２参考例では、質量計量装置を例えば５Ｈｚ（０．２〜１０Ｈｚの間）の周波数で上下に揺動する工場設備、船舶等に据え付けた例を示したが、例えば１０Ｈｚを超える高周波数で振動する設置面に据え付けて使用することができ、このような場合も被計量物４０の質量を正確に計量することができる。
【００４４】
【発明の効果】
第１及び第２の発明に係る質量又は重量計量装置によると、計量用荷重変換手段と補正用荷重変換手段の夫々の固有角振動数が互いに略等しい構成としたので、この２つの固有角振動数の差異に基づく計量誤差を解消することができるという効果がある。しかも、補正用荷重変換手段のばね定数を計量用荷重変換手段のばね定数よりも小さくすることにより、固有角振動数を決定する補正用荷重変換手段の揺動質量を計量用荷重変換手段の揺動質量よりも軽量にした構成であるので、この質量又は重量計量装置を図８に示す従来の質量測定装置よりも軽量、小型に形成することができるという効果がある。つまり、例えば船舶、航空機等に積載されて使用する場合は、設置面積を小さくすること、及び軽量であることが望まれるが、その要望を満たすことができる。また、補正用荷重変換手段を計量用荷重変換手段（ロバーバル型ロードセル）の内側に設けた構成としたことにより、この補正用荷重変換手段のスペース分だけ質量又は重量計量装置を小型に形成することができるという効果がある。
【００４５】
そして、計量用荷重変換手段を備えているが、補正用荷重変換手段が設けられていない既設の質量又は重量計量装置に、例えば床からの振動による計量誤差を解消する為に、補正用荷重変換手段を増設する場合、図８に示す従来の装置では、計量用荷重変換手段と同じスペースを必要としたが、この発明の装置によると、補正用荷重変換手段を計量用荷重変換手段よりも小型に形成することができるので、狭いスペースしか確保できない場合であっても取り付けることができるという効果がある。
【００４６】
第２の発明に係る質量又は重量計量装置によると、補正用荷重変換手段に補正用物品を設けていないので、その分だけ装置の部品点数を少なくすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の１実施例に係る質量計量装置の電気回路を示すブロック図である。
【図２】図１に示す質量計量装置をＡ−Ａ方向から見た縦断面図である。
【図３】（ａ）は実施例に係る質量計量装置の正面図、（ｂ）は同第１参考例に係る質量計量装置の平面図である。
【図４】同発明の第２参考例に係る質量計量装置のダミー用ロードセルの拡大正面図である。
【図５】図４に示すダミー用ロードセルの起歪部の拡大正面図である。
【図６】同発明の第２参考例に係る質量計量装置のダミー用ロードセルの他の例を示す拡大正面図である。
【図７】従来の重量測定装置の電気回路を示すブロック図である。
【図８】従来の他の質量計測装置の電気回路を示すブロック図である。
【図９】秤系をモデル化して示した図である。
【符号の説明】
２１ 計量用ロードセル
２２、６０、６３ ダミー用ロードセル
４０ 被計量物
４３ 分銅
１１ 演算処理部
【産業上の利用分野】
この発明は、特に揺動する物体上に据え付けられ、物体からの揺動による計量誤差を除去した質量又は重量を計量する質量又は重量計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記重量計量装置の従来のものが特公昭６０−２９８８５号公報に開示されている。その装置は、図７に示すように、揺動する物体２９に設けられている秤量用荷重変換器１と補正用荷重変換器２を備えている。この秤量用荷重変換器１は、風袋の質量がＭＡ であり、質量Ｍ１ の被計量物を計量した場合、その秤量用荷重変換器１に接続されている増幅器３の出力ｅ１ は式（１）に示すようになる。
ｅ１ ＝Ｒ１ Ａ１ （Ｍ１ ＋ＭＡ ）（ｇ＋ａ１ ） ・・・・（１）
ただし、Ｒ１ は秤量用荷重変換器１への載荷重量と電気的出力との比例定数、Ａ１ は秤量用荷重変換器１の出力電気信号を増幅する増幅器３の利得、ｇは重力加速度、ａ１ は秤量用荷重変換器１に伝わる上下方向の振動加速度である。
同様に、補正用荷重変換器２の補正用分銅６２の質量をＭ２ 、風袋の質量ＭＢ をとしたときの補正用荷重変換器２に接続されている増幅器４の出力ｅ２ は、式（２）に示すようになる。
ｅ２ ＝Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）（ｇ＋ａ２ ） ・・・・（２）
ただし、Ｒ２ は補正用荷重変換器２への載荷重量と電気的出力との比例定数、Ａ２ は補正用荷重変換器２の出力電気信号を増幅する増幅器４の利得、ａ２ は補正用荷重変換器２に伝わる上下方向の振動加速度である。ここで、ａ１ ＝ａ２ とする。なお、図７において、５は減算器、６は除算器である。
【０００３】
減算器５により式（１）から式（２）を減算すると、その減算値は式（３）で示される。
ｅ１ −ｅ２ ＝〔Ｒ１ Ａ１ （Ｍ１ ＋ＭＡ ）−Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）〕（ｇ＋ａ２ ） ・・・・（３）
その後に、この（ｅ１ −ｅ２ ）を除算器６においてｅ２ で除算すると式（４）で示すようになる。
（ｅ１ −ｅ２ ）／ｅ２ ＝〔Ｒ１ Ａ１ （Ｍ１ ＋ＭＡ ）−Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）〕／Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ） ・・・・（４）
ここで、Ｒ１ Ａ１ ＭＡ ＝Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）となるようにＡ１ 又はＡ２ を利得調整すると、式（４）は、式（５）となる。
（ｅ１ −ｅ２ ）／ｅ２ ＝Ｍ１ Ｒ１ Ａ１ ／〔Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）〕∝Ｍ１ ・・・・（５）
これによって、揺動物体２９の揺動に基づく誤差を補正して被計量物の質量Ｍ１ を計量することができる。
【０００４】
ところで、風袋質量ＭＡ 及び被計量物の質量Ｍ１ に影響する加速度（ｇ＋ａ１ ）と風袋質量ＭＢ 及び分銅質量Ｍ２ に影響する加速度（ｇ＋ａ２ ）は、互いに等しいとして被計量物の質量Ｍ１ を演算したが、（ｇ＋ａ１ ）＝（ｇ＋ａ２ ）となるのは、秤量用荷重変換器１と補正用荷重変換器２の夫々が図９に示す秤系のモデルとみなした場合において、物体２９の振動数よりもばね７０で吊るされて揺動する質量ｍの物品７１の固有振動数がはるかに高い場合だけに近似的に成立する。なぜなら、物体２９の振動数よりも物品７１の振動数がはるかに高い場合に限って秤量用荷重変換器１と補正用荷重変換器２の加速度応答倍率が近似的に１となり、ａ１ とａ２ と物体２９の上下振動加速度ａとは、互いに近似的に等しくなるからである。
しかし、物体２９の振動数と物品７１の振動数が接近している場合は、ａ１ とａ２ には、差異が生じ、この差異が比較的大きい計量誤差となる。
【０００５】
そこで、（ｇ＋ａ１ ）＝（ｇ＋ａ２ ）となるようにすることができる質量測定装置が特開平１−２７２９２４号公報に開示されている。この装置は、図８に示してあり、秤量用荷重変換器７２と補正用荷重変換器７３の出力をＥ１ Ｅ２ とすると、
Ｅ１ ＝Ｒ１ Ａ１ （Ｍ１ ＋ＭＡ ）（ｇ＋ａ１ ） ・・・・（６）
Ｅ２ ＝Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）（ｇ＋ａ２ ） ・・・・（７）
となる。ただし、Ｒ１ 、Ａ１ 、Ｍ１ 、ＭＡ 、ｇ、ａ１ 、Ｒ２ 、Ａ２ 、Ｍ２ 、ＭＢ 、ａ２ は、図７のものと同等のものを表す符号である。
【０００６】
ここで、図８の装置において、
ｋ１ ＝ｋ２ ・・・・（８）
（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝（Ｍ２ ＋ＭＢ ） ・・・・（９）
のように選択をしてある。ただし、ｋ１ とｋ２ は、秤量用荷重変換器７２と補正用荷重変換器７３のばね定数である。
ここで、式（９）において、Ｍ１ は被計量物の質量であるので、この質量Ｍ１ のばらつきが大きい場合は、式（９）が成立するとみなすことができないが、この質量Ｍ１ のばらつきが小さい場合は、式（９）が成立するとみなすことができる。質量Ｍ１ のばらつきが小さい場合としては、例えば重量選別する被計量物の質量がその場合である。なぜなら、重量選別機は、被計量物の質量が適量であるか否かを選別するものであるからその適量か否かを判定する選別基準質量Ｍ１ （０）付近の狭いばらつきの範囲の質量を正確に計量して選別することができれば良いからである。そして、この場合、選別基準質量Ｍ１ （０）を被計量物の質量Ｍ１ に代入したもので式（９）を成立させればよい。
次に、式（６）を式（７）で除算すると
Ｅ１ ／Ｅ２ ＝Ｒ１ Ａ１ （Ｍ１ ＋ＭＡ ）／Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）・・・・（１０）
となるので、
Ｍ１ ＝〔（Ｅ１ ／Ｅ２ ）Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）／Ｒ１ Ａ１ 〕−ＭＡ ・・・・（１１）
と変形し、この式（１１）から被計量物の質量Ｍ１ を求めることができる。
【０００７】
図８は、上記質量測定装置の電気回路を示すブロック図であり、このブロック図に示すようにして式（１１）を演算処理して被計量物の質量Ｍ１ を計量することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図８に示す従来の質量測定装置では、式（８）、（９）の条件、即ち、
ｋ１ ＝ｋ２ ・・・・（８）
（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝（Ｍ２ ＋ＭＢ ） ・・・・（９）
を満足させる必要がある。つまり、補正用荷重変換器７３に設けられている分銅６２の質量Ｍ２ とその風袋質量ＭＢ の合計質量（Ｍ２ ＋ＭＢ ）を、被計量物の質量Ｍ１ と秤量用荷重変換器７２の風袋質量ＭＡ の合計質量（Ｍ１ ＋ＭＡ ）と等しい質量にする必要がある。従って、被計量物の質量Ｍ１ が大きい場合、それに略伴ってＭ２ 、ＭＢ も大きくなり、その結果、質量測定装置の全体の重量が重くなるという問題がある。そして、重量が重くなるにつれて設置スペースも広くなるという問題も発生する。例えば、特に飛行機、船舶等に積載して使用する質量測定装置は、できるだけ軽量、小型にすることが望まれている。
【０００９】
そして、秤量用荷重変換器７２を備えており、補正用荷重変換器７３が設けられていない既設の質量測定装置に、例えば床からの振動による計量誤差を解消する為に、この補正用荷重変換器７３を増設する場合、従来では、上述したように、式（８）、（９）の条件を満足する補正用荷重変換器７３、即ち、被計量物の重量を含む秤量用荷重変換器７２と略同等の重さ、及び大きさの補正用荷重変換器７３を設ける必要がある。
【００１０】
しかし、既設の質量測定装置には、一般にそのような大きさの補正用荷重変換器７３を設けるスペースが存在しておらず、従って、補正用荷重変換器７３を増設することができないという問題がある。
【００１１】
本発明は、補正用荷重変換手段の重さ、大きさを従来のものよりも軽量、小型に構成した質量又は重量計量装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の質量又は重量計量装置は、揺動する物体上に設けられ被計量物の重量を受けて、この重量に対応する第１の電気信号を生成するロバーバル型ロードセルである計量用荷重変換手段と、この計量用荷重変換手段と同じ揺動を受ける状態に上記計量用荷重変換手段の内部に設けられた、起歪体を有するロードセルであり、重量が既知の補正用物品の重量を受けてこの重量に対応する第２の電気信号を生成する補正用荷重変換手段と、上記第１と第２の電気信号に基づいて上記被計量物の質量又は重量を算出する演算処理手段とを有する質量又は重量計量装置において、上記計量用荷重変換手段に上記被計量物の代表重量を掛けると共に、上記補正用荷重変換手段に上記補正用物品の重量を掛けたとき、上記計量用荷重変換手段と上記補正用荷重変換手段の各々の固有角振動数が互いに等しく又は略等しくなるように、上記補正用荷重変換手段の揺動質量と、上記計量用荷重変換手段の揺動質量と、上記計量用荷重変換手段のばね定数と、上記補正用荷重変換手段のばね定数とが、選択され、かつ上記補正用荷重変換手段の揺動質量が上記計量用荷重変換手段の揺動質量よりも軽量に選択され、上記補正用荷重変換手段のばね定数が上記計量用荷重変換手段のばね定数よりも小さく設定されているものである。
【００１３】
第２の発明の質量又は重量計量装置は、第１の発明の質量又は重量計量装置において、補正用荷重変換手段に補正用物品を設けていない構成としたことを特徴とするものである。
【００１５】
【作用】
第１の発明に係る質量又は重量計量装置によると、物体からの揺動と被計量物の重量とを受けた計量用荷重変換手段が第１の電気信号を生成し、物体からの揺動と補正用物品の重量とを受けた補正用荷重変換手段が第２の電気信号を生成する。そして、演算処理手段が、第１と第２の電気信号に基づいて被計量物の質量又は重量を算出する。また、計量用荷重変換手段に被計量物の代表重量を掛けると共に、補正用荷重変換手段に補正用物品の重量を掛けたときの計量用荷重変換手段と補正用荷重変換手段の各々の固有角振動数が互いに略等しくなるように構成してあるので、この２つの固有角振動数の差異に基づく計量誤差を排除することができる。そして、補正用荷重変換手段のばね定数を計量用荷重変換手段のばね定数よりも小さくすることにより、固有角振動数を決定する補正用荷重変換手段の揺動質量を計量用荷重変換手段の揺動質量よりも軽量にしてあるからこの装置を比較的軽量、小型にすることができる。
【００１６】
第２の発明に係る質量又は重量計量装置によると、補正用荷重変換手段が、少なくとも自重を受けて振動し、この振動と対応する第２の電気信号を出力する。これ以外は、第１の発明と同等の作用をする。
【００１８】
【実施例】
本発明の１実施例を図１及び図２を参照して説明する。この実施例は、質量計量装置であり、図１に示す揺動する物体２９、例えば振動している工場設備、又は船舶等に据え付けられている。この場合は、例えば５Ｈｚ（０．２〜１０Ｈｚの間）の周波数で上下に揺動するものとする。この図１に示す２１は計量用ロードセル、２２はダミー用ロードセル、１１は演算処理部である。
計量用ロードセル（計量用荷重変換手段）２１は、図１に示すように、ロバーバル型ロードセルであり、内側に空洞部５６が形成されている。左端部５４が揺動物体２９に固定され、他端には被計量物４０を載置するための載置台４１が取り付けられており、この計量用ロードセル２１の表面に貼着した歪ゲージ４２、・・・により、揺動を受ける状態で被計量物４０の重量に対応する第１の電気信号を生成するように構成してある。
【００１９】
ダミー用ロードセル（補正用荷重変換手段）２２は、物体２９の揺動を検出するためのものであり、図１に示すように、平板状の起歪部５３を有している。そして、この起歪部５３は、計量用ロードセル２１の空洞部５６に収容された状態でこの起歪部５３の左端部が計量用ロードセル２１の左端部５４の内側面と結合している。これにより、ダミー用ロードセル２２は、計量用ロードセル２１と同様に物体２９よりの外部揺動を受けて揺動することができる。また、このダミー用ロードセル２２の右端部には、既知重量Ｗ２ ／２の２個の分銅（補正用物品）４３を取り付けて自由端とし、このダミー用ロードセル２２の表面に貼着した歪ゲージ４４、・・・により、揺動を受ける状態で分銅４３の既知合計重量Ｗ２ と対応する第２の電気信号を生成するように構成してある。なお、分銅４３は、ダミー用ロードセル２２に突設した係合部５５に係合して取り付けてある。
【００２０】
これら各ロードセル２１、２２からの第１及び第２の電気信号は、図１に示すように、夫々増幅器４５、４６により増幅された後、アナログ−デジタル変換器４７、４８によりデジタル信号に変換され、次いで各デジタル信号を乗加算して広域ノイズ、つまりロードセル２１、２２及び載置台４１の振動に起因する各周波数成分を遮断するデジタルフィルタ４９、５０を介して演算処理部（デジタル信号処理装置）１１に順次入力する。この演算処理部１１は、メモリ（記憶手段）５１、５２、除算部５７、乗算部５８、及び減算部５９からなっている。
【００２１】
メモリ５１、５２は、デジタルフィルタ４９、５０からの出力信号を順次記憶し、これらメモリ５１、５２に記憶された各電気信号は、除算部５７に入力する。
【００２２】
除算部５７は、計量用ロードセル２１、ダミー用ロードセル２２の出力する第１、第２の電気信号と対応する電気信号Ｅ１ 、Ｅ２ を入力して、Ｅ１ ／Ｅ２ を演算して、この演算して得られたＥ１ ／Ｅ２ を乗算部５８に出力する。このＥ１ 、Ｅ２ は、上式（６）、（７）によって表される電気信号である。
【００２３】
ただし、Ｒ１ は計量用ロードセル２１への載荷重量と電気的出力との比例定数、Ｒ２ はダミー用ロードセル２２への載荷重量と電気的出力との比例定数、Ａ１ は増幅器４５の利得、Ａ２ は増幅器４６の利得、ＭＡ は計量用ロードセル２１の風袋質量（載置台４１とロードセル２１自身の合計質量）、Ｍ２ は２個の補正用分銅４３の合計質量、ＭＢ はダミー用ロードセル２２の風袋質量である。
【００２４】
乗算部５８は、入力したＥ１ ／Ｅ２ にＲ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）／Ｒ１ Ａ１ を乗算してこの乗算値を減算部５９に出力する。
【００２５】
減算部５９は、この乗算値（Ｅ１ ／Ｅ２ ）Ｒ２ Ａ２ （Ｍ２ ＋ＭＢ ）／Ｒ１ Ａ１ から計量用ロードセル２１の風袋質量ＭＡ を減算して被計量物４０の質量Ｍ１ を出力する。図には示さないが、この出力された質量Ｍ１ は、表示部によって表示される。
【００２６】
なお、載置台４１に載置されている被計量物４０の質量Ｍ１ と計量用ロードセル２１の風袋質量ＭＡ の合計質量（Ｍ１ ＋ＭＡ ）が特許請求の範囲に記載の計量用荷重変換手段の揺動質量であり、この揺動質量と計量用ロードセル２１のばね定数ｋ１ とによって計量用ロードセル２１の固有角振動数ｐ１ ＝〔ｋ１ ／（Ｍ１ ＋ＭＡ ）〕１／ ２が決まる。そして、補正用分銅４３の質量Ｍ２ とダミー用ロードセル２２の風袋質量ＭＢ の合計質量（Ｍ２ ＋ＭＢ ）が特許請求の範囲に記載の補正用荷重変換手段の揺動質量であり、この揺動質量とダミー用ロードセル２２のばね定数ｋ２ とによってダミー用ロードセル２２の固有角振動数ｐ２ ＝〔ｋ２ ／（Ｍ２ ＋ＭＢ ）〕１／ ２が決まる。
【００２７】
ここで、計量用及びダミー用ロードセル２１、２２の固有角振動数ｐ１ ＝〔ｋ１ ／（Ｍ１ ＋ＭＡ ）〕１／ ２とｐ２ ＝〔ｋ２ ／（Ｍ２ ＋ＭＢ ）〕１／ ２の関係を説明する。この実施例の計量用及びダミー用ロードセル２１、２２の固有角振動数ｐ１ とｐ２ は互いに等しくなるように形成してある。つまり、
ｐ１ ＝〔ｋ１ ／（Ｍ１ ＋ＭＡ ）〕１／ ２＝ｐ２ ＝〔ｋ２ ／（Ｍ２ ＋ＭＢ ）〕１／ ２・・・・（１２）
となり、従って、
ｋ１ ／（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝ｋ２ ／（Ｍ２ ＋ＭＢ ） ・・・・（１３）
が成立している。
そして、更に、図１に示すように、（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＞（Ｍ２ ＋ＭＢ ）となるようにＭ１ 、ＭＡ 、Ｍ２ 、ＭＢ を形成してあり、従って、ｋ１ ＞ｋ２ となっている。この実施例では、例えば（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝８ｋｇ、（Ｍ２ ＋ＭＢ ）＝２００ｇであり、ダミー用ロードセル２２の揺動質量（２００ｇ）が計量用ロードセル２１の揺動質量（８ｋｇ）の２．５％であり、従って、ダミー用ロードセル２２のばね定数ｋ２ も計量用ロードセル２１のばね定数ｋ１ の２．５％となっている。なお、載置台４１が設けられている状態の計量用ロードセル２１のばね定数ｋ１ を求めるには、例えば、まず、載置台４１に既知質量の被計量物４０を載置して自由振動をさせ、その振動波形を基に、例えば一定時間当たりの振動のピーク数を数える。又は、その振動波形を直接ＦＦＴ変換してこの秤系の固有振動数を求める。しかる後に、その得られた秤系の固有振動数と被計量物４０の既知質量とからばね定数ｋ１ を求める。そして、分銅４３が設けられている状態のダミー用ロードセル２２のばね定数ｋ２ も上記と同様にして求めることができる。ただし、ダミー用ロードセル２２は、分銅４３を係合させた状態で自由振動させる。
【００２８】
上記質量計量装置によると、計量用ロードセル２１に質量Ｍ１ の被計量物４０を掛けると共に、ダミー用ロードセル２２に既知質量Ｍ２ の分銅４３を掛けたときの計量用ロードセル２１とダミー用ロードセル２２の各々の固有角振動数ｐ１ とｐ２ が互いに等しくなるように構成してあるので、この２つの固有角振動数の差異に基づく計量誤差を排除することができる。ただし、被計量物４０の質量Ｍ１ は、未知であるので、質量Ｍ１ の代わりに被計量物４０の代表質量Ｍ１ （０）を最初に決めて、しかる後に式（１３）を満足するように分銅の質量Ｍ２ を決定する。なお、この代表質量Ｍ１ （０）は、被計量物４０の選別基準質量、中心質量等を使用するとよい。従って、被計量物４０の質量Ｍ１ が、大幅に変更すると、現在ダミー用ロードセル２２に設けられている分銅４３に代えて、その変更した新たな被計量物４０の代表質量Ｍ１ （０）と対応する質量Ｍ２ の分銅４３をダミー用ロードセル２２に設ける必要がある。
【００２９】
更に、ダミー用ロードセル２２の揺動質量（Ｍ２ ＋ＭＢ ）を計量用ロードセル２１の揺動質量（Ｍ１ ＋ＭＡ ）の２．５％であるので、図８に示す従来の装置のと比較して、（Ｍ１ ＋ＭＡ ）の９７．５％に相当する質量を軽量化することができる。
【００３０】
そして、図１に示すように、計量用ロードセル２１の内側に形成した空洞部５６にダミー用ロードセル２２と分銅４３を設けた構成としたことにより、ダミー用ロードセル２２の設置スペースを解消することができ、その結果、この質量計量装置を小型に形成することができる。
【００３１】
次に、この実施例に係る質量計量装置により被計量物４０の質量Ｍ１ を算出するための理論を計算式を用いて説明する。
まず、計量用ロードセル２１とダミー用ロードセル２２の夫々を図９に示す振動系とみなして夫々の振動方程式を立てると、
【数１】
ただし、ｐ１ ２ ＝ｋ１ ／（Ｍ１ ＋ＭＡ ） ・・・・（１６）
ｐ２ ２ ＝ｋ２ ／（Ｍ２ ＋ＭＢ ） ・・・・（１７）
であり、ｘ１ （ｔ）は計量用ロードセル２１に載置された被計量物４０の変位、ｘ２ （ｔ）はダミー用ロードセル２２の分銅４３の変位、ｐ１ は被計量物４０が載置された状態で揺動する計量用ロードセル２１の固有角振動数、ｐ２ はダミー用ロードセル２２の固有角振動数、ｘｄ （ｔ）は揺動する物体２９の上下方向の振動の変位である。
【００３２】
この式（１４）、（１５）を夫々解くと、揺動する物体２９の振動に起因する計量用ロードセル２１の変位ｘ１ （ｔ）とダミー用ロードセル２２の変位ｘ２ （ｔ）を等しくする為には、各ロードセル２１と２２のばね定数ｋ１ 、ｋ２ 、揺動質量（Ｍ１ ＋ＭＡ ）、（Ｍ２ ＋ＭＢ ）が 式（８）、（９）の
ｋ１ ＝ｋ２ 、（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝（Ｍ２ ＋ＭＢ ）
を満足させる必要がなく、各ロードセル２１と２２の固有角振動数ｐ１ 、ｐ２ について、式（１２）のように、ｐ１ ＝ｐ２ を満足させればよいことがわかる。
【００３３】
その為に、式（１３）のように、
ｋ１ ／（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝ｋ２ ／（Ｍ２ ＋ＭＢ ）
を選択することにより、ｐ１ ＝ｐ２ を満足させることができる。
これにより、
ｘ１ （ｔ）＝ｘ２ （ｔ） ・・・・（１８）
が成立し、
【数２】
（Ｍ１ ＋ＭＡ ）＝（Ｍ２ ＋ＭＢ ）
の制約があるが、この実施例ではそのような制約がなく、ダミー用ロードセル２２を小型、軽量に製作することができる。
【００３４】
第１参考例を図３を参照して説明する。図３（ａ）は、正面図、図３（ｂ）は、平面図である。実施例と第１参考例が相違するところは、実施例では、ダミー用ロードセル２２を計量用ロードセル２１の内側面に設けてあるのに対して、第１参考例ではダミー用ロードセル６０を計量用ロードセル２１の左端部５４の外側面に設けてあるところと、実施例では、２個の分銅４３を係合部５５に係合させているのに対して、第１参考例では１個の分銅６０をダミー用ロードセル６０の自由端部（左端部）に載置してあるところである。これ以外は、実施例と同等であり、それらを実施例と同じ図面符号で示し、詳細な説明を省略する。
【００３５】
この参考例の質量計量装置は、例えば被計量物４３の質量が比較的軽量であり、計量用ロードセル２１の空洞部５６を大きく形成することができず、一方、計量精度の点からダミー用ロードセル６０をあまり小さく形成することができない為に、ダミー用ロードセル６０を計量用ロードセル２１の空洞部５６内に配置することができない場合に有効である。これ以外は、実施例と同等に作用する。
【００３６】
第２参考例の質量計量装置は、第１参考例の計量用ロードセル２１とダミー用ロードセル６０を夫々別個に共通の揺動物体２９に設けたものである。それ以外は第１参考例と同等であり、それらを第１参考例と同じ図面符号で示し、詳細な説明を省略する。
【００３７】
図４は、ダミー用ロードセル６０の拡大正面図である。この実施例によると、ダミー用ロードセルを備えていない既設の質量計量装置にダミー用ロードセル６０を増設する場合にその増設の為の加工が簡単で済むし、ダミー用ロードセル６０の増設によって計量用ロードセル２１の計量精度を低下させることがない。なお、図５は、起歪体５３が撓んでいる状態を示す拡大正面図である。
【００３８】
図６は、この参考例のダミー用ロードセル６０の他の例を示す拡大正面図である。同図に示すダミー用ロードセル６３は、ロバーバル型ロードセルであり、ダミー用ロードセル６３の自由端部（右端部）に分銅６４を係合させてある。このように、ダミー用ロードセル６３を、計量用ロードセル２１と同じ形式のロバーバル型ロードセルとしたことにより、ダミー用ロードセル６３の振動状態と計量用ロードセル２１の振動状態の差異を、図４のダミー用ロードセル６０の振動状態と計量用ロードセル２１の振動状態の差異よりも小さくすることができる。また、図４のように板状に形成したダミー用ロードセル６０では、振動の際に例えば捩じり力等を受けた場合、その捩じり力等に基づき比較的大きい誤差信号が発生するが、ロバーバル型に形成したダミー用ロードセル６３では、振動の際に捩じり力を受けてもほとんど無視できる誤差信号しか発生しないようにすることができる。
その結果、物体２９から計量用ロードセル２１に伝わる振動に基づいて発生する計量誤差を更に正確に除去することができる。勿論、図６に示すダミー用ロードセル６３を図１又は図３に示す計量用ロードセル２１に設けた構成としてもよい。
【００３９】
ただし、実施例並びに第１及び第２参考例では、被計量物４０の質量を計量する構成としたが、重量を計量する構成とすることができる。つまり、演算処理部１１が式（１１）において
【００４０】
そして、実施例並びに第１及び第２参考例では、ダミー用ロードセル２２、６０、６３に分銅４３、６１、６４を設けたが、分銅４３等を省略した構成とすることができる。つまり、式（１１）において分銅４３等の質量Ｍ２を０ｋｇとして演算して、被計量物４０の質量を計量する。この際、計量用ロードセル２１とダミー用ロードセル２２等の各固有角振動数が互いに一致又は接近するように各ロードセル２１と２２等を製作する。即ち、式（１３）を満足するように製作する。
【００４１】
また、実施例並びに第１及び第２参考例では、図１に示すように、メモリ５１、５２の出力したＥ１、Ｅ２を、除算部５７がＥ１／Ｅ２のように除算して、しかる後にその除算値に対して乗算部５８、減算部５９が演算処理することにより被計量物４０の質量Ｍ１を求めたが、メモリ５１、５２の出力したＥ１、Ｅ２を上記以外の方法を使用して被計量物４０の質量Ｍ１を求める構成としてもよい。例えば、Ｅ１からＥ２を減算して種々の演算を行うことにより被計量物４０の質量Ｍ１を求めることができる。
【００４３】
また、実施例並びに第１及び第２参考例では、質量計量装置を例えば５Ｈｚ（０．２〜１０Ｈｚの間）の周波数で上下に揺動する工場設備、船舶等に据え付けた例を示したが、例えば１０Ｈｚを超える高周波数で振動する設置面に据え付けて使用することができ、このような場合も被計量物４０の質量を正確に計量することができる。
【００４４】
【発明の効果】
第１及び第２の発明に係る質量又は重量計量装置によると、計量用荷重変換手段と補正用荷重変換手段の夫々の固有角振動数が互いに略等しい構成としたので、この２つの固有角振動数の差異に基づく計量誤差を解消することができるという効果がある。しかも、補正用荷重変換手段のばね定数を計量用荷重変換手段のばね定数よりも小さくすることにより、固有角振動数を決定する補正用荷重変換手段の揺動質量を計量用荷重変換手段の揺動質量よりも軽量にした構成であるので、この質量又は重量計量装置を図８に示す従来の質量測定装置よりも軽量、小型に形成することができるという効果がある。つまり、例えば船舶、航空機等に積載されて使用する場合は、設置面積を小さくすること、及び軽量であることが望まれるが、その要望を満たすことができる。また、補正用荷重変換手段を計量用荷重変換手段（ロバーバル型ロードセル）の内側に設けた構成としたことにより、この補正用荷重変換手段のスペース分だけ質量又は重量計量装置を小型に形成することができるという効果がある。
【００４５】
そして、計量用荷重変換手段を備えているが、補正用荷重変換手段が設けられていない既設の質量又は重量計量装置に、例えば床からの振動による計量誤差を解消する為に、補正用荷重変換手段を増設する場合、図８に示す従来の装置では、計量用荷重変換手段と同じスペースを必要としたが、この発明の装置によると、補正用荷重変換手段を計量用荷重変換手段よりも小型に形成することができるので、狭いスペースしか確保できない場合であっても取り付けることができるという効果がある。
【００４６】
第２の発明に係る質量又は重量計量装置によると、補正用荷重変換手段に補正用物品を設けていないので、その分だけ装置の部品点数を少なくすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の１実施例に係る質量計量装置の電気回路を示すブロック図である。
【図２】図１に示す質量計量装置をＡ−Ａ方向から見た縦断面図である。
【図３】（ａ）は実施例に係る質量計量装置の正面図、（ｂ）は同第１参考例に係る質量計量装置の平面図である。
【図４】同発明の第２参考例に係る質量計量装置のダミー用ロードセルの拡大正面図である。
【図５】図４に示すダミー用ロードセルの起歪部の拡大正面図である。
【図６】同発明の第２参考例に係る質量計量装置のダミー用ロードセルの他の例を示す拡大正面図である。
【図７】従来の重量測定装置の電気回路を示すブロック図である。
【図８】従来の他の質量計測装置の電気回路を示すブロック図である。
【図９】秤系をモデル化して示した図である。
【符号の説明】
２１ 計量用ロードセル
２２、６０、６３ ダミー用ロードセル
４０ 被計量物
４３ 分銅
１１ 演算処理部
Claims (2)
- 揺動する物体上に設けられ被計量物の重量を受けて、この重量に対応する第１の電気信号を生成するロバーバル型ロードセルである計量用荷重変換手段と、
この計量用荷重変換手段と同じ揺動を受ける状態に上記計量用荷重変換手段の内部に設けられた、起歪体を有するロードセルであり、重量が既知の補正用物品の重量を受けてこの重量に対応する第２の電気信号を生成する補正用荷重変換手段と、
上記第１と第２の電気信号に基づいて上記被計量物の質量又は重量を算出する演算処理手段とを有する質量又は重量計量装置において、
上記計量用荷重変換手段に上記被計量物の代表重量を掛けると共に、上記補正用荷重変換手段に上記補正用物品の重量を掛けたとき、上記計量用荷重変換手段と上記補正用荷重変換手段の各々の固有角振動数が互いに等しく又は略等しくなるように、上記補正用荷重変換手段の揺動質量と、上記計量用荷重変換手段の揺動質量と、上記計量用荷重変換手段のばね定数と、上記補正用荷重変換手段のばね定数とが、選択され、かつ上記補正用荷重変換手段の揺動質量が上記計量用荷重変換手段の揺動質量よりも軽量に選択され、上記補正用荷重変換手段のばね定数が上記計量用荷重変換手段のばね定数よりも小さく設定されている質量又は重量計量装置。 - 揺動する物体上に設けられ被計量物の重量を受けて、この重量に対応する第１の電気信号を生成するロバーバル型ロードセルである計量用荷重変換手段と、
この計量用荷重変換手段と同じ揺動を受ける状態に上記計量用荷重変換手段の内部に設けられた、起歪体を有するロードセルであり、少なくとも自重を受けてこの重量に対応する第２の電気信号を生成する補正用荷重変換手段と、
上記第１と第２の電気信号に基づいて上記被計量物の質量又は重量を算出する演算処理手段と、を有する質量又は重量計量装置において、
上記計量用荷重変換手段に上記被計量物の代表重量を掛けたとき、上記計量用荷重変換手段の固有角振動数と揺動する上記補正用荷重変換手段の固有角振動数とが互いに等しく又は略等しくなるように、上記補正用荷重変換手段の揺動質量と、上記計量用荷重変換手段の揺動質量と、上記計量用荷重変換手段のばね定数と、上記補正用荷重変換手段のばね定数とが、選択され、かつ上記補正用荷重変換手段の揺動質量が上記計量用荷重変換手段の揺動質量よりも軽量に選択され、上記補正用荷重変換手段のばね定数が上記計量用荷重変換手段のばね定数よりも小さく設定されている質量又は重量計量装置。
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