JP3753208B2

JP3753208B2 - 電子式秤量装置

Info

Publication number: JP3753208B2
Application number: JP21976097A
Authority: JP
Inventors: 吉一長根; 雄二深見
Original assignee: A&D Co Ltd
Current assignee: A&D Co Ltd
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2017-08-01
Also published as: JPH1151757A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動校正機構を有する電子式の秤量装置に係り、特に校正を過不足なく行なうよう校正時期を設定する電子式秤量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子式の秤量装置の一つとして、秤量物の荷重と平衡する電磁力を発生させてこの秤量物の荷重を計測する電磁平衡式秤量装置（以下「電子天秤」とする）にあっては、電磁部の温度依存特性が重量表示の出力に大きく影響する。
ここで、上記電子天秤は下記式で示される原理に基づいて秤量物の荷重が測定される。
Ｆ＝ｋＩＢ
Ｆ：付加された荷重と釣り合う力
Ｉ：前記力Ｆを発生させるための電流
Ｂ：電磁部のマグネットの磁束密度
ｋ：定数
【０００３】
上記式において、磁束密度Ｂは図８（Ａ）に線図ＴＢ´として示す如く−２００〜−３００ppm/℃の温度係数を有している。ここで上記式から所定の荷重と釣り合う力Ｆと定数ｋは一定であるので、上記磁束密度Ｂの温度依存性に対応して、電流Ｉは逆に＋２００〜＋３００ppm/℃の温度係数を持つことになる。つまりこのことは、電子天秤に付加された荷重に対する重量表示Ｗが図８（Ｂ）において線図ＴＷ´として示すように＋２００〜＋３００ppm/℃の温度係数をもってしまうことを意味する。
【０００４】
例えば秤量２００ｇ、最小表示０．１ｍｇの高精度の電子天秤であれば、分解能は２００万分の１となるが、この電子天秤の場合には上記温度係数を有する場合、表示が＋４００〜６００カウント／℃（１カウント＝０．５ppm ）となってしまい、このままでは使用に耐えない。このため温度補正が行なわれる。しかし、温度補正の調整時の誤差、例えば温度設定の誤差、調整時の空気の流動、振動等による誤差等のため、補正によって温度係数を完全に０ppm とすることはできない。例えば図９の線図ＴＷａ、ＴＷｂで示すように温度補正によっても±２ppm ／℃の温度係数が残ったとすると、上記高精度電子天秤では±４カウント／℃の誤差が発生してしまう。
このため、上記高精度の電子天秤を始めとして比較的高い精度を要求される秤量装置では、校正分銅が内蔵されており、秤量装置の周囲の温度が予め定められた量変化した時に自動的に内蔵の校正分銅により校正が行なわれるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１０はこの校正方法を示す。即ち、一定の温度ΔＴβの変化に対応して温度Ｔ₀、Ｔ₁・・・・Ｔ₄において校正が行なわれる。この校正によりＴＷａ或いはＴＷｂに沿って重量表示Ｗが変化するのを、ＴＷｓで示す適正表示（温度係数０ppm ）を中心として一定の許容値Ｅの範囲内に入るよう校正を行なう。このように校正時期を設定することにより校正は適正に行なわれ、重量表示のずれは常時許容値内となり適正な表示が行なわれるはずである。
【０００６】
しかしながら実際には図１０に示す校正の実施方法では不要な校正を行なったり、反対に必要な校正が行なわれなくなる等の問題が生じるのである。これは、マグネットの磁束密度の温度特性が実際には図８に示すような直線ＴＢ´ではなく、図１１（Ａ）に示すように僅かに曲線を描いた曲線ＴＢとなること、従って同図（Ｂ）に示されるように重量表示も直線ＴＷ´ではなく実際には曲線ＴＷとなることに由来する。
【０００７】
以上の結果、温度補正を行なった後、更に前記の場合と同様±２ppm/℃の誤差が残ったとすると、図９に示す直線ＴＷａ（＋２ppm/℃) 、直線ＴＷｂ（−２ppm/℃) 、直線ＴＷｓ（０ppm/℃) とはならず、図１２に示す如く曲線Ｔａ、曲線Ｔｂ、曲線Ｔｂとなる。このような曲線において前記の方法によって校正を行なうと次のような問題が生じる。
【０００８】
先ず曲線Ｔａに沿って重量表示の変化が生じる場合を例にとると、図１３に示すように温度Ｔ₀からＴ₂の間では、重量表示は真値ＪＷにほぼ等しい表示出力となっているにも係わらず不要な校正動作を行なうことになってしまう。また反対に例えば温度Ｔ₃とＴ₄の間では重量表示は急激に立ち上がる曲線Ｔａに沿って急激に変化し、例えば時間Ｔ₄直前のＴ₄´では許容値を越える誤差が出ているにもかかわらず、校正が行なわれない事態が生じる。
【０００９】
また図１４の如く重量表示出力Ｗが曲線Ｔｃに沿って変化する場合には重量表示は例えば温度Ｔ₀とＴ₁の間では急激に下降する曲線Ｔ_cに沿って急激に変化し、例えば時間Ｔ₁直前のＴ₁´では許容値を越える誤差が出ているにもかかわらず、校正が行なわれない事態が生じる。また温度温度Ｔ₂からＴ₄の間では、重量表示は真値ＪＷにほぼ等しい表示出力となっているにも係わらず不要な校正動作を行なうことになってしまう。
【００１０】
以上のように従来の校正方法では、適正な重量表示を行なうために過不足無く校正を行なうことができず、不要な校正を行なったり反対に必要な時に校正が行なわれない場合が生じる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の問題点に鑑み構成されたものであり、先ず温度変化に対する重量表示の変化は直線ではなく実際には曲線として現れることを前提とし、秤量装置の有する実際の温度特性を記憶する手段と、この記憶手段の曲線に基づいて校正時期を定める演算部とを有し、演算部は、第１回の校正時の温度を第１の基準温度とし、記憶されている曲線に基づき予め定められた重量表示の最大許容誤差に対応しかつ当該第１の基準温度から増加した側の第２回校正温度、及び最大許容誤差に対応しかつ基準温度から減少した側の第２回校正温度をそれぞれ設定する手段と、測定温度が上記増加側の第２回校正温度或いは減少側の第２回校正温度となった時に校正動作信号を発する手段と、この校正動作信号を発した第２回校正温度を第２の基準温度に設定する手段と、第２の基準温度に対して前記記憶されている曲線に基づき前記重量表示の最大許容誤差に対応しかつ当該第２の基準温度から増加した側の第３回校正温度、及び同様に第２の基準温度から減少した側の第３回校正温度を新たに設定する手段と、以後同様に第ｎ番の基準温度に対して前記記憶されている曲線に基づき前記重量表示の最大許容誤差に対応しかつ当該第ｎ回の基準温度から増加した側の第ｎ＋１回校正温度、及び同様に第ｎ番の基準温度から減少した側の第ｎ＋１回校正温度を新たに設定する手段とを有することにより、実際に校正を行なった校正温度を順次基準温度として、次回の校正温度を順次差し替えて校正時期を設定するようよう構成したことを特徴とする秤量装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
電子天秤等の秤量装置の記憶手段には、個々の温度で測定され、かつ曲線で表示された重量表示の特性（温度特性）が記憶される。秤量装置は温度検知手段、自動校正装置、演算部を有し、温度検知手段は秤量装置、特に温度依存性を有する電磁部の温度を測定している。
【００１３】
一方演算部では第１回の校正時の温度を基準温度として、次回の校正を行なう温度が、記憶手段に記憶されている曲線と、予め定められた最大許容誤差とからこの基準温度から増加した側における第２回校正温度、及び最大許容誤差に対応しかつ基準温度から減少した側における第２回校正温度をそれぞれ設定する。
測定温度が増加側又は減少側の何れかの第２回校正温度となったならば演算部は自動校正装置に対して信号を発して自動校正を行い、かつ第２回の校正を行なった温度を第２の基準温度として取り込む。
【００１４】
上記取り込んだ第２の基準温度と前記曲線に基づいて、前記最大許容誤差に対応してこの第２の基準温度から増加した側における第３回校正温度、及び最大許容誤差に対応しかつ基準温度から減少した側における第３回校正温度をそれぞれ設定し、前の基準温度及び校正温度と差し替える。この様にして実際に校正を行なった次回の校正温度を第３、第４の基準温度とすることにより校正温度を算出しして前回の校正温度と差替え、差し替えた校正温度を基準として順次校正を行なう。
【００１５】
【実施例】
以下本発明の実施例を具体的に説明する。
【００１６】
図１において、１は本発明の一実施例である電子天秤を示す。同装置において、装置本体１の重量検出部２から電流として出力された荷重検出値は基準抵抗Ｒ１にて電圧ΔＶに変換され、Ａ／Ｄ変換部３に入力される。同Ａ／Ｄ変換部３は基準電圧ＳＶ₁により前記電圧ΔＶに応じたデジタル値に変換し、このデジタル値を演算部として中心的機能を果たす中央処理装置（ＣＰＵ）４に出力する。
【００１７】
一方電子天秤本体１には温度センサ５が設けられ、温度センサ５の検知信号は別のＡ／Ｄ変換部６に出力され、かつ同Ａ／Ｄ変換部６において基準電圧ＳＶ₂により前記温度信号に応じたデジタル値に変換し、このデジタル値が中央処理装置（ＣＰＵ）４に出力される。７は測定値や各種設定値等を表示する表示器、８はキイスイッチ等の設定手段、９は記憶手段である。
【００１８】
以上の電子天秤において記憶手段には適正な校正を行なうため、次のようなデータが設定記憶される。
即ち、対象の電子天秤に対して温度調整を行い、温度補正を行なう。この場合前記図１２に示したように補正の後でも曲線Ｔａ（図２の場合）、曲線Ｔｃ（図３の場合）等のように誤差が曲線として現れる。
【００１９】
先ずこの補正誤差の生じる特性（温度特性）を測定する。この測定は電子天秤の使用者が行なうことも可能であるが、多点で温度測定を行う方法を採用する場合には精密な温度制御が必要であり、この様な制御を行なうことが一般的には困難である使用者の段階ではその実施に無理があると考えられる。このため製品出荷前に測定を行い、この測定結果を記憶手段に９に記憶させた後に出荷するのが望ましい。また高精度の電子天秤の場合にはメカニズム部分、回路部分の微妙な相違が器差として影響する可能性が高いので、個々の装置に対してそれぞれ補正誤差の測定を行い、この測定結果を各電子天秤の記憶手段にそれぞれ記憶させるのが最も望ましい。
【００２０】
例えば作動範囲１０℃〜３０℃で、温度を１℃刻みとして、各温度Ｔと重量表示Ｗｐとの関係を一点一点実測し、この２０点のデータを記憶手段９に対して曲線Ｔａ、Ｔｃ等として取り込む。また例えば前記１０℃〜３０℃の範囲で複数点（三点程度）の温度を選んで実測し、前記曲線Ｔａ、Ｔｃを予測する方法もある。この方法であれば記憶されるデータの信頼性がやや低下するものの電子天秤の使用者の段階でも実施可能である。
【００２１】
また後者の方法は、予め多点で測定したデータの差替えの場合には有利である。即ち、電子天秤のマグネットの経年変化等により温度特性そのものが時間の変化と共に変化する可能性があるが、この場合でもその温度特性自体、即ちその温度特性が曲線Ｔａ、Ｔｃ或いはＴｂ（図１２参照）の何れかで変化するかは基本的には変わらない。このため、予め温度特性が判明している場合には、以後数点の温度で重量表示Ｗｐを出力することにより、当該測定温度において予め記織していた曲線（例えば曲線Ｔａ）における重量表示Ｗｐの値と変化したならば、経年変化が生じたものとして新しい曲線にＴａ´に差し替える等の方法が実施可能となる。
【００２２】
なお前記記憶手段９に対するデータの記憶は、実際には前記曲線Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃに基づいて、例えば以下に示すように各温度域に対する重量表示Ｗｐの値として記憶される。なおこの例は秤量２００ｇ、最小表示０．１ｍｇの精度２００万分の１の電子天秤を想定し、この場合のＴａ特性を示す。
〔左側は温度Ｔの温度域（℃）、右側の数値は重量表示Ｗｐ（ｇ）を示す〕
（１）１０．０≦Ｔ＜１０．１２００．０００００
（２）１０．１≦Ｔ＜１０．２２００．０００００
（３）１０．２≦Ｔ＜１０．３２００．００００１
（４）〜（Ｎ−3 ）は省略
（Ｎ−２）２９．７≦Ｔ＜２９．８２００．００３９２
（Ｎ−１）２９．８≦Ｔ＜２９．９２００．００３９６
（Ｎ）２９．９≦Ｔ＜３０．０２００．００４００
【００２３】
以上の作業を図７のフロー図で示すと、第１のステップＳ１と第２のステップＳ２を実施したことになる。次に重量表示Ｗｐの最大許容誤差ｅｍを設定し、この数値をキイスイッチ等の入力手段８を用いて記憶させる（Ｓ３）。この最大許容誤差ｅｍの設定終了後に校正を行ない、この校正時の温度Ｔ１を第１の基準温度ＴＱ１として記憶する（Ｓ４）。なお、最大許容誤差ｅｍは、例えば前述の秤量２００ｇ／精度２００万分の１の電子天秤であれば、例えばｅｍ＝６カウント（３ppm ）程度に設定するのが望ましい。
【００２４】
上記校正を行なった電子天秤の温度特性が図４に示す曲線Ｔａであるとすれば、図４に示すようにこの曲線Ｔａに基づき、前記最大許容誤差ｅｍとなる温度Ｔ２（次回校正温度ＴＨ１とする）とＴ０（次回校正温度ＴＬ１）を求め、これを記憶する（Ｓ５）。ここで温度ＴＨ１は、図４から前記基準温度ＴＱ１よりも増加した側で最大許容誤差ｅｍに対応する温度であり、同様に温度ＴＬ１は、前記基準温度ＴＱ１よりも減少した側で最大許容誤差ｅｍに対応する温度である。以下後続ステップの場合も同様にＴＨｎは基準温度ＴＱｎに対して増加側の次回校正温度、ＴＬｎは同基準温度ＴＱｎに対して減少側の次回校正温度を示す。
【００２５】
以上のステップにより次回校正温度ＴＨ１、ＴＬ１が具体的に定まった状態で、温度センサ５は温度の測定を行なっており、ＣＰＵ４はこの測定温度Ｔが前記次回校正温度ＴＨ１及びＴＬ１の範囲内であるか否かを監視（Ｓ６、Ｓ７）し、当該温度範囲内であれば校正を行なわず（Ｓ８）、最初に設定した状態を保持して荷重測定をおこなう。
【００２６】
反対に測定温度Ｔが温度ＴＨ１又はＴＬ１の何れかとなったときは、ＣＰＵ４は校正信号を発し、内蔵分銅駆動装置１０を作動させて自動校正を行なう（Ｓ９）。この場合、例えば測定温度Ｔが上昇し、図４で示す次回校正温度ＴＨ１である温度Ｔ２になったとするならば、この温度Ｔ２を第２の基準温度ＴＱ２として記憶する（Ｓ１０）。
【００２７】
次に図５に示す様に新たに定められた第２の基準温度ＴＱ２（温度Ｔ２）を基準として、曲線Ｔａから前記最大許容誤差ｅｍとなる温度Ｔ３（次回校正温度ＴＨ２）とＴ１（次回校正温度ＴＬ２）を求め、これを記憶する（Ｓ１１）。因みに最大許容誤差ｅｍは不変であるため、この場合は前回の基準温度ＴＱ１である温度Ｔ１が低温側の次回校正温度ＴＬ２として設定されることになる。
【００２８】
図６は３回目の校正を示し、この場合には更に温度が上昇し、前回の高温側次回校正温度Ｔ３に至り、この温度Ｔ３において校正を行なった状態を示す。従ってこの場合は当該温度Ｔ３が基準温度ＴＱ３となる。高温側では曲線Ｔａのカーブがきつくなるため、次回の校正温度ＴＨ３、ＴＬ３ともにこの基準温度ＴＱ３に近接し、比較的僅かな温度変化で更に次回の校正が行なわれることになる。
【００２９】
このようにして校正を開始する温度を設定し、かつ校正を行なった際の温度を次回の基準温度とすることにより校正の度毎に次回の校正を行なうべき温度（次回校正温度）を差し替える。
なお、このようして順次自動校正を行なう外、操作者が適宜手動で校正を行なうことも可能である。この場合には入力手段８の校正ボタンを作動させる等により適宜校正を行なうが、この場合にはこの手動校正時の温度を基準温度ＴＱｎとして次回校正温度ＴＨｎ、ＴＬｎを新たに設定し、次回校正温度ＴＨｎ、ＴＬｎとなったときに順次校正を行なう。従って操作者が自己の判断で校正を行なうことはもとより可能であり、またこの様な操作は当然のことながら自動校正動作に悪影響を与えるものではない。
【００３０】
以上の如く、記憶された温度特性曲線に基づき、予め定められた最大許容誤差ｅｍに対応する次回校正温度を順次設定することにより、校正は温度の変化量とは関わりなく必ず最大許容誤差ｅｍに対応する温度で開始される。従って一定量の温度変化により校正が開始される従来装置に比較して、不必要な校正動作が生じたり、或いは必要な校正が行なわれない等の問題が生じることはなく、常時過不足なく校正が行なわれる。
【００３１】
また、重量値の温度特性が温度に対してヒステリシスを有する場合には、このヒステリシスを示す複数の曲線を予め設定してこれを記憶手段に記憶させ、重量表示に対する最大許容誤差の発生が基準温度に対して温度増加によるものと温度減少によるものとで使用する曲線を選択し、この選択した曲線により次校正温度を設定することによって、上記ヒステリシスも考慮したより精密な次回校正タイミングの設定を行なうことも可能である。
【００３２】
なお以上の説明では温度特性曲線がＴａであることを前提に説明したが、曲線Ｔｂ、Ｔｃの場合でも同様の順序で適正な校正タイミングを設定することができる。
【００３３】
また、上記校正タイミングの設定は電磁部の温度依存特性に基づく校正の外、基準抵抗値の温度特性、電圧レファレンス素子の有する温度特性等による重量表示特性の補正に関してもそのまま利用可能であることは当業者であれば容易に想到することができるものである。因みに上記基準抵抗値の温度特性、電圧レファレンス素子の有する温度特性の何れもその特性は温度変化に対して直線ではなく、曲線を描くことが知られている。
【００３４】
【発明の効果】
以上具体的に説明した如く本発明の秤量装置では、予め実測されかつ記憶された温度特性曲線に基づき、定められた最大許容誤差に対応する校正開始温度を設定することにより、校正は温度の変化量とは関わりなく必ず最大許容誤差に対応する温度で開始される。このため不必要な校正動作が生じたり、或いは必要な校正が行なわれない等の問題が生じることはなく、常時過不足なく校正が行なわれ、重量表示はより正確となり、秤量装置の信頼性をより向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す電子天秤のブロック図である。
【図２】温度変化に対する重量表示の特性を示す曲線を表示する図である。
【図３】温度変化に対する重量表示の他の特性を示す曲線を表示する図である。
【図４】本発明における第１の次回校正温度を設定する状態を説明する線図である。
【図５】本発明における第２の次回校正温度を設定する状態を説明する線図である。
【図６】本発明における第３の次回校正温度を設定する状態を説明する線図である。
【図７】本発明にかかる秤量装置における校正時期設定のフローを示すフローチャートである。
【図８】（Ａ）は従来直線として想定された温度変化と磁束密度との関係を示す線図、（Ｂ）は従来直線として想定された温度変化と重量表示との関係を示す線図である。
【図９】温度変化に対して補正を行なって誤差を少なくした状態において温度変化に対する重量表示の変化を直線として想定した線図である。
【図１０】図９に直線として想定された線図に基づいて校正時期を設定する方法を示す線図である。
【図１１】（Ａ）は前記図８の（Ａ）に対応し、実際には曲線として変化することを示す線図、（Ｂ）は前記図８の（Ｂ）に対応し、実際には曲線として変化することを示す線図である。
【図１２】図９に対応して、実際には曲線として変化することを示す温度変化に対する重量表示の変化曲線である。
【図１３】前記図１２に示す曲線のうち曲線Ｔａを基準として従来方法による校正時期決定方法を実施した際の校正温度と重量表示誤差との関係を示す線図である。
【図１４】前記図１２に示す曲線のうち曲線Ｔｃを基準として従来方法による校正時期決定方法を実施した際の校正温度と重量表示誤差との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１電子天秤本体
２重量検出部
４演算装置（ＣＰＵ）
７表示手段
８設定手段
９記憶手段
１０内部分銅駆動装置

Claims

内蔵分銅により自動校正を行なう機能を有する秤量装置において、秤量装置の有する実際の温度特性を示す曲線を記憶する手段と、この記憶手段が記憶した曲線に基づいて校正時期を定める演算部とを有し、演算部は、第１回の校正時の温度を第１の基準温度とし、前記記憶されている曲線に基づき予め定められた重量表示の最大許容誤差に対応しかつ当該第１の基準温度から増加した側の第２回校正温度と、当該最大許容誤差に対応しかつ基準温度から減少した側の第２回校正温度とをそれぞれ設定する手段と、測定温度が上記増加側の第２回校正温度或いは減少側の第２回校正温度となった時に校正動作信号を発する手段と、この校正動作信号を発した第２回校正温度を第２の基準温度に設定する手段と、第２の基準温度に対して前記記憶されている曲線に基づき前記重量表示の最大許容誤差に対応しかつ当該第２の基準温度から増加した側の第３回校正温度、及び同様に第２の基準温度から減少した側の第３回校正温度を新たに設定する手段と、以後同様に第ｎ番の基準温度に対して前記記憶されている曲線に基づき前記重量表示の最大許容誤差に対応しかつ当該第ｎ番の基準温度から増加した側の第ｎ＋１回校正温度、及び同様に第ｎ番の基準温度から減少した側の第ｎ＋１回校正温度を新たに設定する手段とを有することにより、実際に校正を行なった校正温度を順次基準温度として、次回の校正温度を順次差し替えるよう構成したことを特徴とする電子式秤量装置。
前記秤量装置の有する温度特性を示す曲線は、温度に対する重量表示の変化を示す曲線でかつ予め定められた補正値により表示誤差を低減した温度−重量表示曲線であることを特徴とする請求項１記載の電子式秤量装置。
前記秤量装置は電子天秤であって、秤量装置の有する温度特性は、温度変化に対する電磁部マグネットの磁束密度の変化に対応する重量表示の変化曲線として示される温度特性であることを特徴とする請求項１又は２記載の電子式秤量装置。
前記秤量装置は電子天秤であって、秤量装置の有する温度特性は、電磁部から出力される荷重信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄ変換部に対して基準電圧を出力する電圧レファレンス素子の有する温度変化特性に対応する重量表示の変化曲線として示される温度特性であることを特徴とする請求項１又は２記載の電子式秤量装置。
前記秤量装置は電子天秤であって、秤量装置の有する温度特性は、電磁部から出力される電流を電圧に変化するための基準抵抗の有する温度変化特性に対応する重量表示の変化曲線として示される温度特性であることを特徴とする請求項１又は２記載の電子式秤量装置。
人為的に校正が行なわれたとき、この校正時の温度を基準温度として取込み、この基準温度と最大許容誤差とに次回の校正温度を設定することを特徴とする請求項１記載の電子式秤量装置。
前記秤量装置の有する温度特性を示す曲線は、温度変化に対するヒステリシスを前提とする複数の曲線として記憶手段に記憶されていることを特徴とする請求項１記載の電子式秤量装置。