JP3802216B2 - Load cell and load cell temperature compensation method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子秤等に用いられるロードセルと、そのロードセルの温度補償方法とに関し、荷重計測技術の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
電子秤における荷重検出器として、例えば図１１に示すようなロードセルＡが使用されることがある。このロードセルＡは、一端の固定剛体部Ｂと他端の可動剛体部Ｃと両端の剛体部間に上下平行に設けられた２本のビーム部Ｄ，Ｅよりなる中空直方体状の起歪体Ｆと、該起歪体Ｆにおけるビーム部Ｄ，Ｅの肉厚が薄くされた起歪部Ｄ１，Ｄ２，Ｅ１，Ｅ２の表面に設けられて、その歪みを電気信号に変換する歪みゲージＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４とで構成されている。
【０００３】
そして、図１２に示すように、これらの歪みゲージＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を用いてブリッジ回路Ｈが構成され、その対向する頂点の二つの組の一方に一定電圧Ｖｉｎを印加した状態における他方の組の出力電圧Ｖｏｕｔが荷重検出信号として取り出されるようになっている。
【０００４】
このロードセルＡによれば、可動剛体部Ｃに荷重が負荷された時に、起歪部Ｄ１，Ｄ２，Ｅ１，Ｅ２に歪みが生じ、歪みゲージＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４の抵抗値の変化によりその歪みに対応した出力電圧Ｖｏｕｔが検出されることになる。
【０００５】
ところで、この種のロードセルにおいては、無負荷時においても周囲の温度変化によって出力電圧Ｖｏｕｔが変化する性質（以下、零点の温度特性という）がある。したがって、そのままの状態で電子秤等に組み込んだ場合には、周囲の温度変化によって零点が変動し、計量誤差が生じるという問題がある。
【０００６】
この問題に対しては、従来においては、例えば次のような手法を用いて零点の温度特性を補償するようになっていた。
【０００７】
つまり、ブリッジ回路Ｈに一定電圧Ｖｉｎを印加した状態で、所定の低温側測定点Ｔｌ（例えば、−１０℃）と高温側測定点Ｔｈ（例えば、５０℃）とで無負荷時の出力電圧Ｖｏｕｔをそれぞれ測定する。その場合に、低温側測定点Ｔｌにおける無負荷時の出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖｌ）と高温側測定点Ｔｈにおける無負荷時の出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖｈ）とが、温度を横軸として例えば図１３に示すようにプロットされるものとすると、ロードセルＡの零点の温度特性を２点間を通る直線Ｉで近似して、高温側無負荷時出力値Ｖｈから低温側無負荷時出力値Ｖｌを減算した値（Ｖｄ＝Ｖｈ−Ｖｌ）を該ロードセルＡの「全体ドリフト量」として定義する。そして、この全体ドリフト量Ｖｄが所定の許容範囲に収まるように、例えば図１２の２点鎖線で示すように上記ブリッジ回路Ｈの所定位置に、銅やニッケルからなる所定抵抗値の温度補償抵抗Ｊを付加する。
【０００８】
この結果、例えば図１４の実線で示すように、温度補償後の高温側無負荷時出力値Ｖｈと低温側無負荷時出力値Ｖｌとをプロットしたグラフがほぼ水平となり、両者の差分である全体ドリフト量Ｖｄが所定の許容範囲（例えば、±３μＶ）以内に収まることになって、零点変動が抑制されることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロードセルの温度補償前における零点の温度特性が、例えば図１３の２点鎖線で示すように温度に対する２次成分を含む場合には、次のような問題を生じうる。
【００１０】
すなわち、２次成分量が大きい場合には、図１５に示すように温度補償後の高温側無負荷時出力値Ｖｈと低温側無負荷時出力値Ｖｌとが許容範囲内に収まったとしても、常用使用温度である２０℃付近において無負荷時の出力電圧Ｖｏｕｔが大きく変化し、実用に適し得ない場合が生じることになるのである。
【００１１】
そこで、この発明は、零点の温度特性の１次成分と２次成分とが効果的に補償されたロードセルを提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【００１３】
すなわち、本願の請求項１に係る発明（以下、第１発明という）は、起歪体に固定された複数の歪みゲージで構成したブリッジ回路の出力電圧を出力信号として取り出すようにしたロードセルであって、上記出力電圧の零点の温度特性の１次成分を低減する第１補償抵抗体と、該温度特性の２次成分を低減する第２補償抵抗体とが上記ブリッジ回路の所定位置に付加されており、かつ上記第１補償抵抗体は、所定の高温側測定点と所定の低温側測定点とでそれぞれ無負荷時出力値を測定すると共に、上記高温側測定点における高温側無負荷時出力値と上記低温側測定点における低温側無負荷時出力値との差分量を算出し、この差分量と既知の抵抗温度係数とを用いて抵抗値が算出されたものであり、上記第２補償抵抗体は、上記高温側測定点と上記低温側測定点と両測定点の中間の常温測定点とでそれぞれ無負荷時出力値を測定すると共に、上記高温側測定点における高温側無負荷時出力値と上記常温測定点における常温無負荷時出力値との差分量と、該常温測定点における常温無負荷時出力値と上記低温側測定点における低温側無負荷時出力値との差分量との差である曲率量を算出し、この算出した曲率量と単位曲率量変化させるのに必要な既知の抵抗値とを用いて抵抗値が算出されたものである
ことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に係る発明（以下、第２発明という）は、起歪体に固定された複数の歪みゲージで構成したブリッジ回路の出力電圧を出力信号として取り出すようにしたロードセルであって、上記出力電圧の零点の温度特性の主として１次成分を低減する第１補償抵抗体と、該温度特性の主として２次成分を低減する第２補償抵抗体とが上記ブリッジ回路の所定位置に付加されており、かつ上記第１補償抵抗体は、所定の高温側測定点と所定の低温側測定点とでそれぞれ無負荷時出力値を測定すると共に、上記高温側測定点における高温側無負荷時出力値と上記低温側測定点における低温側無負荷時出力値との差分量を算出し、この差分量と既知の抵抗温度係数とを用いて抵抗値が算出されたものであり、上記第２補償抵抗体は、上記高温側測定点と上記低温側測定点と両測定点の中間の常温測定点とでそれぞれ無負荷時出力値を測定すると共に、上記高温側測定点における高温側無負荷時出力値と上記常温測定点における常温無負荷時出力値との差分量と、該常温測定点における常温無負荷時出力値と上記低温側測定点における低温側無負荷時出力値との差分量との差である曲率量を算出し、この算出した曲率量と単位曲率量変化させるのに必要な既知の抵抗値とを用いて抵抗値が算出されたものであることを特徴とする。
【００１５】
そして、請求項３に係る発明（以下、第３発明という）は、上記第１、第２発明のロードセルにおいて、第１補償抵抗体としてニッケルを使用すると共に、第２補償抵抗体として銅を使用したことを特徴とする。
【００１６】
一方、本願の請求項４に係る発明（以下、第４発明という）は、起歪体に固定された複数の歪みゲージで構成したブリッジ回路の出力電圧の零点の温度特性を抑制するロードセルの温度補償方法に関するものであって、零点の温度特性の１次成分を低減する第１補償抵抗体と、同じく零点の温度特性の２次成分を低減する第２補償抵抗体とを準備するステップと、所定の高温側測定点と所定の低温側測定点とでそれぞれ無負荷時出力値を測定し、上記高温側測定点における高温側無負荷時出力値と上記低温側測定点における低温側無負荷時出力値との差分量を算出すると共に、この差分量と既知の抵抗温度係数とを用いて上記第１補償抵抗体の抵抗値を設定し、これを上記ブリッジ回路の所定位置に付加するステップと、上記高温側測定点と上記低温側測定点と両測定点の中間の常温測定点とでそれぞれ無負荷時出力値を測定し、上記高温側測定点における高温側無負荷時出力値と上記常温測定点における常温無負荷時出力値との差分量と、該常温測定点における常温無負荷時出力値と上記低温側測定点における低温側無負荷時出力値との差分量との差である曲率量を算出すると共に、この算出した曲率量と単位曲率量変化させるのに必要な既知の抵抗値とを用いて上記第２補償抵抗体の抵抗値を設定し、これを上記ブリッジ回路の所定位置に付加するステップとを有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に係る発明（以下、第５発明という）は、起歪体に固定された複数の歪みゲージで構成したブリッジ回路の出力電圧の零点の温度特性を抑制するロードセルの温度補償方法に関するものであって、零点の温度特性の主として１次成分を低減する第１補償抵抗体と、同じく零点の温度特性の主として２次成分を低減する第２補償抵抗体とを準備するステップと、所定の高温側測定点と所定の低温側測定点とでそれぞれ無負荷時出力値を測定し、上記高温側測定点における高温側無負荷時出力値と上記低温側測定点における低温側無負荷時出力値との差分量を算出すると共に、この差分量と既知の抵抗温度係数とを用いて上記第１補償抵抗体の抵抗値を設定し、これを上記ブリッジ回路の所定位置に付加するステップと、上記高温側測定点と上記低温側測定点と両測定点の中間の常温測定点とでそれぞれ無負荷時出力値を測定し、上記高温側測定点における高温側無負荷時出力値と上記常温測定点における常温無負荷時出力値との差分量と、該常温測定点における常温無負荷時出力値と上記低温側測定点における低温側無負荷時出力値との差分量との差である曲率量を算出すると共に、この算出した曲率量と単位曲率量変化させるのに必要な既知の抵抗値とを用いて上記第２補償抵抗体の抵抗値を設定し、これを上記ブリッジ回路の所定位置に付加するステップとを有することを特徴とする。
【００１８】
そして、請求項６に係る発明（以下、第６発明という）は、上記第４、第５発明のロードセルの温度補償方法に関するものであって、高温側無負荷時出力値と常温無負荷時出力値との差分量と、該常温無負荷時出力値と低温側無負荷時出力値との差分量との差が所定の許容範囲に収まり、かつ上記高温側無負荷時出力値と低温側無負荷時出力値との差分量が所定の許容範囲に収まるまで、第２補償抵抗体を用いた零点の温度特性の２次成分に対する温度補償と第１補償抵抗体を用いた零点の温度特性の１次成分に対する温度補償とを交互に行うことを特徴とし、また、請求項７に係る発明（以下、第７発明という）は、上記第６発明のロードセルの温度補償方法に関するものであって、第２補償抵抗体を用いた零点の温度特性の２次成分に対する温度補償を、第１補償抵抗体を用いた零点の温度特性の１次成分に対する温度補償に先行させて行うことを特徴とする。
【００１９】
さらに、請求項 8に係る発明（以下、第８発明という）は、上記第４発明から第７発明のいずれかのロードセルの温度補償方法に関するものであって、第１補償抵抗体としてニッケルを使用すると共に、第２補償抵抗体として銅を使用することを特徴とする。
【００２０】
今、図１に示すように、低温側測定点Ｔｌ、常温測定点Ｔｎ（例えば、２０℃）及び高温側測定点Ｔｈにおける出力電圧Ｖｏｕｔのそれぞれの測定結果を温度Ｔを横軸にしてプロットしたグラフが、低温側無負荷時出力値Ｖｌ、常温無負荷時出力値Ｖｎ及び高温側無負荷時出力値Ｖｈの３点を通る折れ線アで示されるものとすると、この折れ線アはロードセルの零点の温度特性を示す曲線イを低温側測定点Ｔｌと高温側測定点Ｔｈとの間で近似したものとみることができる。
【００２１】
ここで、高温側無負荷時出力値Ｖｈと常温無負荷時出力値Ｖｎとの差分量△Ｖｈ（＝Ｖｈ−Ｖｎ）を「高温側ドリフト量」と定義し、常温無負荷時出力値Ｖｎと低温側無負荷時出力値Ｖｌとの差分量△Ｖｌ（＝Ｖｎ−Ｖｌ）を「低温側ドリフト量」と定義して、これらの高温側ドリフト量△Ｖｈから低温側ドリフト量△Ｖｌを減算した値Ｖｃ（＝△Ｖｈ−△Ｖｌ）を便宜的に「曲率量」として定義すると、図のように零点の温度特性を示す曲線イが下向きに凸で折れ線アが下向きに凸で示されるときには曲率量Ｖｃがプラスの値となる。逆に、零点の温度特性を示す曲線が上向きに凸で折れ線が上向きに凸のときには曲率量Ｖｃはマイナスの値となり、高温側ドリフト量△Ｖｈと低温側ドリフト量△Ｖｌとが一致して上記折れ線が直線状態となるときには、曲率量Ｖｃは零となる。つまり、曲率量Ｖｃは幾何学的にみて上記零点の温度特性を示す曲線イの常温無負荷時出力値Ｖｎにおける「曲率」に相当するものとみなすことができる。したがって、曲率量Ｖｃを所定の許容範囲内に収めれば、上記零点の温度特性の２次成分が抑制されることになる。
【００２２】
また、高温側無負荷時出力値Ｖｈと低温側無負荷時出力値Ｖｌの差分量Ｖｄ（＝Ｖｈ−Ｖｌ）は、ロードセルの全体ドリフト量として定義されることから、この全体ドリフト量Ｖｄを許容範囲内に収めれば、零点の温度特性の１次成分についても抑制されることになる。
【００２３】
これにより、ロードセルの零点の温度特性が低温側測定点Ｔｌから高温側測定点Ｔｈの全範囲にわたってフラットな特性となり、高い計量精度が得られることになる。
【００２４】
以上のように、第１発明によれば、零点の温度特性の１次成分に影響を与える第１補償抵抗体と、同じく零点の温度特性の２次成分に影響を与える第２補償抵抗体とをそれぞれブリッジ回路の所定位置に付加するだけで、零点変動の少ないロードセルが得られることになる。
【００２５】
また、第２発明によれば、零点の温度特性の主として１次成分に影響を与える第１補償抵抗体と、同じく零点の温度特性の主として２次成分に影響を与える第２補償抵抗体とをそれぞれブリッジ回路の所定位置に付加するだけで、上記第１発明と同様に零点変動の少ないロードセルが得られることになる。
【００２６】
そして、第３発明によれば、第１補償抵抗体としてニッケルを使用すると共に、第２補償抵抗体として銅を使用した場合に、上記第１、第２発明の作用が得られることになる。
【００２７】
一方、第４発明によれば、零点の温度特性の１次成分に影響を与える第１補償抵抗体と、同じく零点の温度特性の２次成分に影響を与える第２補償抵抗体とをそれぞれブリッジ回路の所定位置に付加することにより、ロードセルの零点の温度特性の１次成分と２次成分の双方を効果的に補償することが可能となる。
【００２８】
また、第５発明によれば、零点の温度特性の主として１次成分に影響を与える第１補償抵抗体と、同じく零点の温度特性の主として２次成分に影響を与える第２補償抵抗体とをそれぞれブリッジ回路の所定位置に付加することにより、上記第４発明と同様にロードセルの零点の温度特性の１次成分と２次成分の双方を効果的に補償することが可能となる。
【００２９】
そして、第４、第５発明のいずれにおいても、ロードセルの無負荷時における出力電圧を、低温側、高温側及び両者の中間に位置する常温付近の３点で測定するだけで、該ロードセルの零点の温度特性の１次成分と２次成分の双方を簡便かつ精度よく抑制することが可能となる。
【００３０】
また、第６発明によれば、第２補償抵抗体を用いた零点の温度特性の２次成分に対する温度補償と第１補償抵抗体を用いた零点の温度特性の１次成分に対する温度補償とを交互に行うことにより、ロードセルの零点の温度特性の１次成分と２次成分の双方を一層効果的に補償することが可能となり、さらに第７発明によれば、第２補償抵抗体を用いた零点の温度特性の２次成分に対する温度補償を、第１補償抵抗体を用いた零点の温度特性の１次成分に対する温度補償に先行させて行なうようにしているので、２次成分に対する温度補償が効果的に行なわれることになる。
【００３１】
さらに、第８発明によれば、第１補償抵抗体としてニッケルを使用すると共に、第２補償抵抗体として銅を使用した場合に、上記第４〜７発明の作用が得られることになる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るロードセルの温度補償方法について説明する。
【００３３】
なお、以下の説明は本発明に係るロードセルの温度補償方法についてのものであるが、その補償方法が実施されたロードセルは本発明に係るロードセルの実施の形態となる。
【００３４】
すなわち、本実施の形態に係る温度補償方法が実施されるロードセルの起歪体は、図示しないが図１１に示した従来例と同様な構成とされていると共に、該起歪体における各起歪部の表面に設けられる歪みゲージは、例えば図２に示すように接続されてブリッジ回路１が構成されている。
【００３５】
つまり、このブリッジ回路１は、４つの歪みゲージＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が４角形の各辺に位置するように、接続点ｊ１，ｊ２，ｊ３，ｊ４で互いに接続されていると共に、歪みゲージＲ２が設けられたブリッジ辺の接続点ｊ２寄りに補償抵抗体を追加接続するための２組の接続端子２，２、３，３が直列に配置され、また歪みゲージＲ４が設けられたブリッジ辺の接続点ｊ２寄りにも補償抵抗体を追加接続するための２組の接続端子４，４、５，５が直列に配置された構成とされる。なお、各接続端子２，２、３，３、４，４、５，５間は予め配線材６…６で接続されている。
【００３６】
そして、接続点ｊ１，ｊ３に一定電圧Ｖｉｎが印加され、接続点ｊ２，ｊ４から出力電圧Ｖｏｕｔが取り出されるように回路が構成されている。
【００３７】
つぎに、本実施の形態に係る温度補償方法について説明する。
【００３８】
まず、ロードセルを恒温槽に設置して、ブリッジ回路１に一定電圧Ｖｉｎ（例えば、１２Ｖ）を印加した状態における無負荷時の出力電圧Ｖｏｕｔを、所定の低温側測定点Ｔｌ（例えば、ー１０℃）、高温側測定点Ｔｈ（例えば、５０℃）及び両者の中間に位置する常温付近（例えば、２０℃）でそれぞれ測定する。
【００３９】
そして、高温側測定点Ｔｈにおける高温側無負荷時出力値Ｖｈ、低温側測定点Ｔｌにおける低温側無負荷時出力値Ｖｌ及び常温測定点Ｔｎにおける常温無負荷時出力値Ｖｎを、次の関係式（１）、（２）に代入することにより、全体ドリフト量Ｖｄと曲率量Ｖｃとをそれぞれ算出する。
【００４０】
Ｖｄ＝Ｖｈ−Ｖｌ …（１）
Ｖｃ＝（Ｖｈ−Ｖｎ）−（Ｖｎ−Ｖｌ） …（２）
ここで、上記式（２）の右辺第１項目の（Ｖｈ−Ｖｎ）は、前述した高温側ドリフト量△Ｖｈを示し、同じく右辺第２項目の（Ｖｎ−Ｖｌ）は、前述した低温側ドリフト量△Ｖｌを示す。
【００４１】
その場合に、低温側無負荷時出力値Ｖｌ、常温無負荷時出力値Ｖｎ及び高温側無負荷時出力値Ｖｈの３点を通る零点の温度特性が、図３の折れ線のように下向きに凸の特性を示すものとすると、全体ドリフト量Ｖｄ及び曲率量Ｖｃが共にプラスの値となる。
【００４２】
今、図４に示すブリッジ回路において、温度補償抵抗Ｒｘが温度変化により△Ｒだけ変化したときの電圧変化△Ｖは、次式（３）となる。
【００４３】
△Ｖ＝△Ｒ・Ｖｉｎ／（４・Ｒｇ） …（３）
また、温度補償抵抗Ｒｘの抵抗温度係数（ＴＣＲ）をαとすると、温度が△Ｔだけ変化したときの抵抗変化△Ｒは、次式（４）で示される。
【００４４】
△Ｒ＝α・Ｒｘ・△Ｔ …（４）
したがって、温度が△Ｔだけ変化したときのロードセルの出力変化△Ｖ（全体ドリフト量Ｖｄ）を補償するために要する温度補償抵抗Ｒｘの値は、上記式（３）、（４）から求められる次式（５）で与えられる。
【００４５】
Ｒｘ＝４・△Ｖ・Ｒｇ／（△Ｔ・α・Ｖｉｎ） …（５）
一方、印加電圧を１２Ｖに設定した状態において、曲率量Ｖｃを１μＶだけ変化させるのに必要な抵抗値は、歪みゲージＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値を３５０Ωとした場合に、例えば補償抵抗体として銅線（単位長さ当たりの抵抗値：０．５４Ω／ｍ、ＴＣＲ：３９００ｐｐｍ／℃）を使用した場合には、約０．０１４Ωとなり、補償抵抗体としてニッケル線（単位長さ当たりの抵抗値：１．６６Ω／ｍ、ＴＣＲ：５０６０ｐｐｍ／℃）を使用した場合には、約０．０３６Ωとなり、銅線の方がニッケル線よりも曲率量Ｖｃを大きく変化させられるようになっている。したがって、第１補償抵抗体としてニッケル線を選択し、第２補償抵抗体として銅線を選択することになる。
【００４６】
また、全体ドリフト量Ｖｄと曲率量Ｖｃとの関係についてみれば、全体ドリフト量Ｖｄをプラス側に変化させると曲率量Ｖｃはマイナス側に変化し、逆に全体ドリフト量Ｖｄをマイナス側に変化させると曲率量Ｖｃはプラス側に変化することになる。
【００４７】
このような関係に基づいて、第１段階として銅線を用いて曲率量Ｖｃ（２次成分）を補償する。その場合に、図３に示すように特性曲線に対応する折れ線が下向きに凸で曲率量Ｖｃがプラスであることから、図２のブリッジ回路１における接続端子５，５間に、配線材６を除去した上で所定抵抗値の銅線を接続する。ここで、上記したように曲率量Ｖｃを１μＶだけ変化させるのに必要な抵抗値は約０．０１４Ωであることから、例えば曲率量Ｖｃの値が２μＶの場合には使用する抵抗値は約０．０２８Ωとなる。これにより、図５に示すように曲率量Ｖｃ（２次成分）が補償されて、特性曲線が直線的になる。なお、曲率量Ｖｃがマイナスのときには、接続端子３、３間に銅線を接続することになる。
【００４８】
第２段階として、全体ドリフト量Ｖｄ及び銅線を付加したことによる全体ドリフト量Ｖｄへの影響を除去するために、ニッケル線をブリッジ回路１における接続端子２，２間に、配線材６を除去した上で所定抵抗値のニッケル線を接続する。その場合の抵抗値は、上記式（５）で計算される。
【００４９】
一方、全体ドリフト量Ｖｄと銅線を付加したことによる全体ドリフト量Ｖｄへの影響を合わせた値がマイナスの値を示すときには、ブリッジ回路１の接続端子４，４間にニッケル線を接続する。
【００５０】
なお、ニッケル線を接続したときに、曲率量Ｖｃが許容範囲（例えば、±１．５μＶ）を逸脱するときには、それを補償するように銅線を追加接続する。
【００５１】
このような手順を繰り返すことにより、図６に示すように、零点の温度特性が低温側測定点Ｔｌから高温側測定点Ｔｈに至る全範囲にわたってフラットな特性となるまで、銅線とニッケル線を交互に接続していく。
【００５２】
そして、図７に示すように、ブリッジ回路１に銅線７とニッケル線８とを接続したときに、図６に示すような温度特性が得られたときには、全体ドリフト量Ｖｄと曲率量Ｖｃとが共に所定の許容範囲内に収まることになる。
【００５３】
図８に本実施の形態に係る温度補償方法を用いたシミュレーション結果の一例を示す。
【００５４】
すなわち、温度補償前に比べて曲率量Ｖｃが±１μＶ以内に収められると共に、全体ドリフト量Ｖｄも大幅に改善されている。
【００５５】
ここで、本実施の形態においては、補償抵抗体として銅線とニッケル線とを用いているが、補償抵抗体の形態としては線材以外にチップ抵抗体、箔の抵抗体、薄膜の抵抗体を使用することも可能である。
【００５６】
また、箔や薄膜の抵抗体を補償抵抗体として使用する場合には、これらで抵抗体パターンを作成して、これらのパターンを図２に示した配線材６…６の代わりにブリッジ回路１に予め組み込んでおき、温度補償の際にトリミングによって抵抗体パターンの抵抗値を変化させるようにしてもよい。その場合には、例えば接続端子２，２及び接続端子４，４には第１補償抵抗体のパターンが、また接続端子３，３及び接続端子５，５には第２補償抵抗体のパターンが組み込まれることになる。
【００５７】
なお、ブリッジ回路１の回路構成を、図９に示すように変更してもよい。その場合には、歪みゲージＲ３が設けられたブリッジ辺の接続点ｊ４寄りに補償抵抗体を追加接続するための２組の接続端子２’，２’、３’，３’が直列に配置され、また歪みゲージＲ１が設けられたブリッジ辺の接続点ｊ４寄りにも補償抵抗体を追加接続するための２組の接続端子４’，４’、５’，５’が直列に配置された構成とされる。なお、この場合においても、各接続端子２’，２’、３’，３’、４’，４’、５’，５’間は予め配線材６…６で接続されることになる。
【００５８】
つぎに、本発明に係るロードセルの更に別の実施の形態について説明する。
【００５９】
すなわち、例えば図１０に示すように、この実施の形態に係るロードセル１０は、一端の固定剛体部１１と他端の可動剛体部１２と両端の剛体部間に上下平行に設けられた２本のビーム部１３，１４よりなる中空直方体状の起歪体１５を有していると共に、この起歪体１５における上下２本のビーム部１３，１４には、それぞれ長手方向の２箇所に肉厚が薄くされた起歪部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂが設けられている。
【００６０】
そして、この実施の形態においては、上記起歪体１５における上側のビーム部１３の起歪部１３ａ，１３ｂの表面に、例えば前述の図２に示したブリッジ回路１を構成する４つの歪みゲージＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が設けられている。その場合に、例えば固定剛体部１１側に位置する起歪部１３ａには歪みゲージＲ１，Ｒ４が幅方向に並列して設けられ、また他方の可動剛体部１２側に位置する起歪部１３ｂには歪みゲージＲ２，Ｒ３が幅方向に並列して設けられる。そして、これらの歪みゲージＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、図２に示すように４角形の各辺に位置するように、接続点ｊ１，ｊ２，ｊ３，ｊ４で互いに接続されると共に、歪みゲージＲ２が設けられたブリッジ辺の接続点ｊ２寄りに補償抵抗体を追加接続するための２組の接続端子２，２、３，３が直列に配置され、また歪みゲージＲ４が設けられたブリッジ辺の接続点ｊ２寄りにも補償抵抗体を追加接続するための２組の接続端子４，４、５，５が直列に配置された構成とされることになる。
【００６１】
この実施の形態に係るロードセル１０においても、前述の方法で温度補償が行なわれることになる。
【００６２】
なお、上記起歪体１５における下側のビーム部１４の起歪部１４ａ，１４ｂの表面に、４つの歪みゲージＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を設けるようにしてもよい。その場合には、例えば固定剛体部１１側に位置する起歪部１４ａには歪みゲージＲ１，Ｒ４が幅方向に並列して設けられると共に、他方の可動剛体部１２側に位置する起歪部１４ｂには歪みゲージＲ２，Ｒ３が幅方向に並列して設けられることになる。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ロードセルの零点の温度特性の１次成分と共に２次成分が抑制されることから、該温度特性が常用使用温度領域の広い範囲にわたってフラットな特性に補正されたロードセルが得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明方法の原理を説明する温度と無負荷時の出力電圧との関係を示す図である。
【図２】 実施の形態に係るロードセルに用いられる歪みゲージのブリッジ回路を示す図である。
【図３】 温度補償前の温度と無負荷時の出力電圧の関係を示す図である。
【図４】 ブリッジ回路に温度補償抵抗を接続した場合の抵抗値の計算方法を説明するための図である。
【図５】 温度補償の中間段階における温度と無負荷時の出力電圧の関係を示す図である。
【図６】 温度補償後の温度と無負荷時の出力電圧の関係を示す図である。
【図７】 温度補償後のブリッジ回路を示す図である。
【図８】 温度補償のシュミレーション結果を示す表である。
【図９】 別の実施の形態に係るロードセルに用いられる歪みゲージのブリッジ回路を示す図である。
【図１０】 さらに別の実施の形態に係るロードセルを示す斜視図である。
【図１１】 従来のロードセルを示す斜視図である。
【図１２】 従来のロードセルに用いられる歪みゲージのブリッジ回路を示す図である。
【図１３】 従来のロードセルにおける温度補償前の温度と無負荷時の出力電圧の関係を示す図である。
【図１４】 従来のロードセルにおける温度補償後の温度と無負荷時の出力電圧の関係を示す図である。
【図１５】 従来の問題点の説明図である。
【符号の説明】
１ ブリッジ回路
７ 銅線
８ ニッケル線
Ｒ１〜Ｒ４ 歪みゲージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a load cell used for an electronic balance and the like, and a temperature compensation method for the load cell, and belongs to the field of load measurement technology.
[0002]
[Prior art]
As a load detector in an electronic balance, for example, a load cell A as shown in FIG. 11 may be used. The load cell A is a hollow rectangular parallelepiped strain generating body F composed of two beam portions D and E provided in parallel between the fixed rigid body portion B at one end, the movable rigid body portion C at the other end, and the rigid body portions at both ends. And strain gauges G1, G2 which are provided on the surfaces of the strain generating portions D1, D2, E1, E2 in which the thickness of the beam portions D, E in the strain generating body F is reduced, and convert the strain into electric signals. , G3, G4.
[0003]
Then, as shown in FIG. 12, a bridge circuit H is configured using these strain gauges G1, G2, G3, and G4, and the other in a state where a constant voltage Vin is applied to one of two sets of opposing vertices. The output voltage Vout of the set is extracted as a load detection signal.
[0004]
According to the load cell A, when a load is applied to the movable rigid body part C, strain is generated in the strain generating parts D1, D2, E1, and E2, and the resistance values of the strain gauges G1, G2, G3, and G4 change accordingly. The output voltage Vout corresponding to the distortion is detected.
[0005]
By the way, this type of load cell has a property that the output voltage Vout changes due to a change in ambient temperature even when there is no load (hereinafter referred to as a zero point temperature characteristic). Therefore, when it is incorporated in an electronic scale or the like as it is, there is a problem that the zero point fluctuates due to a change in ambient temperature and a measurement error occurs.
[0006]
Conventionally, for this problem, for example, the temperature characteristic of the zero point has been compensated by using the following method.
[0007]
That is, with the constant voltage Vin applied to the bridge circuit H, the no-load output voltage Vout between a predetermined low temperature side measurement point Tl (for example, −10 ° C.) and a high temperature side measurement point Th (for example, 50 ° C.). Measure each. In this case, the no-load output voltage Vout (= Vl) at the low temperature side measurement point Tl and the no load output voltage Vout (= Vh) at the high temperature side measurement point Th are shown in FIG. If the temperature is plotted as shown in Fig. 2, the temperature characteristic of the zero point of the load cell A is approximated by a straight line I passing between the two points, and the low temperature side no load output value Vl is subtracted from the high temperature side no load output value Vh. The obtained value (Vd = Vh−Vl) is defined as the “total drift amount” of the load cell A. Then, the temperature compensation resistor J having a predetermined resistance value made of copper or nickel is placed at a predetermined position of the bridge circuit H as shown by a two-dot chain line in FIG. 12, for example, so that the total drift amount Vd falls within a predetermined allowable range. Is added.
[0008]
As a result, for example, as shown by the solid line in FIG. 14, the graph plotting the high temperature side no-load output value Vh and the low temperature side no-load output value Vl after temperature compensation becomes substantially horizontal, and the difference between the two is shown as a whole. The drift amount Vd falls within a predetermined allowable range (for example, ± 3 μV), and the zero point fluctuation is suppressed.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the temperature characteristic of the zero point before temperature compensation of the load cell includes a secondary component with respect to the temperature as shown by a two-dot chain line in FIG. 13, for example, the following problem may occur.
[0010]
That is, when the secondary component amount is large, even if the high temperature side no-load output value Vh and the low temperature side no-load output value Vl after temperature compensation fall within the allowable range as shown in FIG. In the vicinity of 20 ° C., which is the normal use temperature, the output voltage Vout at no load greatly changes, and there are cases where it cannot be used practically.
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to provide a load cell in which the primary component and the secondary component of the temperature characteristic of the zero point are effectively compensated.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
[0013]
That is, the invention according to claim 1 of the present application (hereinafter referred to as the first invention) is a load cell in which an output voltage of a bridge circuit composed of a plurality of strain gauges fixed to a strain generating body is taken out as an output signal.BecausePrimary component of the temperature characteristics of the zero point of the output voltageReduceFirst compensation resistorWhen,Secondary component of the temperature characteristicReduceSecond compensation resistorTogaAdd to the bridge circuit at a predetermined positionAnd the first compensation resistor measures an unloaded output value at a predetermined high temperature side measurement point and a predetermined low temperature side measurement point, and at the high temperature side no load at the high temperature side measurement point. The difference value between the output value and the low temperature side no-load output value at the low temperature side measurement point is calculated, and the resistance value is calculated using this difference amount and the known resistance temperature coefficient. The compensation resistor measures the output value at no load at the normal temperature measurement point between the high temperature side measurement point and the low temperature side measurement point, and at the high temperature side no load at the high temperature side measurement point. The difference between the output value and the normal temperature no-load output value at the normal temperature measurement point, and the difference between the normal temperature no-load output value at the normal temperature measurement point and the low temperature side no-load output value at the low temperature side measurement point The amount of curvature, which is the difference between In which the resistance value is calculated by using a known resistance required to a unit curvature amount change
It is characterized by that.
[0014]
The invention according to claim 2 (hereinafter referred to as the second invention) is a load cell in which an output voltage of a bridge circuit composed of a plurality of strain gauges fixed to a strain generating body is taken out as an output signal.BecauseThe primary component of the temperature characteristic of the zero point of the output voltageReduceFirst compensation resistorAnd theSecondary component of temperature characteristicsReduceSecond compensation resistorTogaAdd to the bridge circuit at a predetermined positionAnd the first compensation resistor measures an unloaded output value at a predetermined high temperature side measurement point and a predetermined low temperature side measurement point, and at the high temperature side no load at the high temperature side measurement point. The difference value between the output value and the low temperature side no-load output value at the low temperature side measurement point is calculated, and the resistance value is calculated using this difference amount and the known resistance temperature coefficient. The compensation resistor measures the output value at no load at the normal temperature measurement point between the high temperature side measurement point and the low temperature side measurement point, and at the high temperature side no load at the high temperature side measurement point. The difference between the output value and the normal temperature no-load output value at the normal temperature measurement point, and the difference between the normal temperature no-load output value at the normal temperature measurement point and the low temperature side no-load output value at the low temperature side measurement point The amount of curvature, which is the difference between In which the resistance value is calculated by using a known resistance required to a unit curvature amount changeIt is characterized by that.
[0015]
The invention according to claim 3 (hereinafter referred to as the third invention) uses nickel as the first compensation resistor and copper as the second compensation resistor in the load cells of the first and second inventions. It is characterized by that.
[0016]
On the other hand, the invention according to claim 4 of the present application (hereinafter referred to as the fourth invention) is the temperature of the load cell that suppresses the temperature characteristic of the zero point of the output voltage of the bridge circuit composed of a plurality of strain gauges fixed to the strain-generating body. Compensation method, first-order component of temperature characteristic of zeroReduceFirst compensation resistor and secondary component of zero point temperature characteristicsReducePrepare a second compensation resistorMeasure the output value at no load at each of the step, the predetermined high temperature side measurement point and the predetermined low temperature side measurement point, and the high temperature side no load output value at the high temperature side measurement point and the low temperature side at the low temperature side measurement point. Calculate the amount of difference from the output value when there is no load, and set the resistance value of the first compensation resistor using this difference amount and the known resistance temperature coefficient, and add this to a predetermined position of the bridge circuit Measuring the no-load output value at the normal temperature measurement point between the measuring step and the high temperature side measurement point and the low temperature side measurement point, and the high temperature side no load output value at the high temperature side measurement point. The difference between the output value at normal temperature and no load at the normal temperature measurement point, and the difference between the output value at normal temperature and no load at the normal temperature measurement point and the low temperature side no load output value at the low temperature side measurement point Calculate the amount of curvature that is And a step of setting the resistance value of the second compensation resistor, adds it to the predetermined position of the bridge circuit by using a known resistance value necessary to change the curvature amount and unit curvature amount issuedIt is characterized by that.
[0017]
The invention according to claim 5 (hereinafter referred to as the fifth invention) is a temperature compensation method for a load cell that suppresses the temperature characteristics of the zero point of the output voltage of the bridge circuit composed of a plurality of strain gauges fixed to the strain-generating body. The primary component of the temperature characteristic of the zero pointReduceThe first compensation resistor and the second-order component of the same zero point temperature characteristicsReducePrepare a second compensation resistorMeasure the output value at no load at each of the step, the predetermined high temperature side measurement point and the predetermined low temperature side measurement point, and the high temperature side no load output value at the high temperature side measurement point and the low temperature side at the low temperature side measurement point. Calculate the amount of difference from the output value when there is no load, and set the resistance value of the first compensation resistor using this difference amount and the known resistance temperature coefficient, and add this to a predetermined position of the bridge circuit Measuring the no-load output value at the normal temperature measurement point between the measuring step and the high temperature side measurement point and the low temperature side measurement point, and the high temperature side no load output value at the high temperature side measurement point. The difference between the output value at normal temperature and no load at the normal temperature measurement point, and the difference between the output value at normal temperature and no load at the normal temperature measurement point and the low temperature side no load output value at the low temperature side measurement point Calculate the amount of curvature that is And a step of setting the resistance value of the second compensation resistor, adds it to the predetermined position of the bridge circuit by using a known resistance value necessary to change the curvature amount and unit curvature amount issuedIt is characterized by that.
[0018]
An invention according to claim 6 (hereinafter referred to as a sixth invention) relates to a temperature compensation method for a load cell according to the fourth and fifth inventions.,high temperatureThe difference between the difference between the output value at the side no load and the output value at the normal temperature no load and the difference between the output value at the normal temperature no load and the output value at the low temperature side no load falls within a predetermined allowable range, and Until the difference amount between the high temperature side no-load output value and the low temperature side no-load output value falls within a predetermined allowable range,The temperature characteristics of the zero point using the second compensation resistorTemperature compensation for secondary components andThe temperature characteristics of the zero point using the first compensation resistorAlternately performing temperature compensation for the primary componentThe invention according to claim 7 (hereinafter referred to as the seventh invention) relates to a temperature compensation method for a load cell according to the sixth invention, wherein the temperature characteristic of the zero point using the second compensation resistor is shown. The temperature compensation for the secondary component is performed prior to the temperature compensation for the primary component of the temperature characteristic of the zero point using the first compensation resistor.Features.
[0019]
further,Claim 8Inventions related toEighth inventionSaid)Any of the fourth to seventh inventionsThe load cell temperature compensation method is characterized in that nickel is used as the first compensation resistor and copper is used as the second compensation resistor.
[0020]
As shown in FIG. 1, the measurement results of the output voltage Vout at the low temperature side measurement point Tl, the normal temperature measurement point Tn (for example, 20 ° C.) and the high temperature side measurement point Th are plotted with the temperature T as the horizontal axis. Assuming that the graph is shown by a broken line a that passes through three points of the low temperature side no-load output value Vl, the normal temperature no-load output value Vn, and the high temperature side no-load output value Vh, this line a is the zero point of the load cell. It can be considered that the curve a indicating the temperature characteristic is approximated between the low temperature side measurement point Tl and the high temperature side measurement point Th.
[0021]
Here, the difference amount ΔVh (= Vh−Vn) between the high temperature side no load output value Vh and the normal temperature no load output value Vn is defined as “high temperature side drift amount”, and the normal temperature no load output value Vn The difference amount ΔVl (= Vn−Vl) from the low temperature side no-load output value Vl is defined as “low temperature side drift amount”, and the low temperature side drift amount ΔVl is subtracted from the high temperature side drift amount ΔVh. If the value Vc (= ΔVh−ΔVl) is defined as “curvature amount” for convenience, the curvature is shown when the curve i indicating the temperature characteristic of the zero point is convex downward and the broken line a is convex downward as shown in the figure. The amount Vc becomes a positive value. On the contrary, when the curve indicating the temperature characteristic of the zero point is convex upward and the bent line is convex upward, the curvature amount Vc becomes a negative value, and the high temperature side drift amount ΔVh and the low temperature side drift amount ΔVl coincide with each other. When the polygonal line is in a straight line state, the curvature amount Vc becomes zero. In other words, the curvature amount Vc can be regarded as corresponding to the “curvature” of the output value Vn at the normal temperature and no load of the curve i indicating the temperature characteristic of the zero point geometrically. Therefore, if the curvature amount Vc falls within a predetermined allowable range, the secondary component of the temperature characteristic of the zero point is suppressed.
[0022]
Further, since the difference amount Vd (= Vh−Vl) between the high temperature side no-load output value Vh and the low temperature side no-load output value Vl is defined as the total drift amount of the load cell, this total drift amount Vd is allowed. If it falls within the range, the primary component of the zero point temperature characteristic is also suppressed.
[0023]
Thereby, the temperature characteristic of the zero point of the load cell becomes a flat characteristic over the entire range from the low temperature side measurement point Tl to the high temperature side measurement point Th, and high measurement accuracy is obtained.
[0024]
As described above, according to the first invention, the first compensation resistor that affects the primary component of the temperature characteristic of the zero point, and the second compensation resistor that also affects the secondary component of the temperature characteristic of the zero point, Is added to a predetermined position of the bridge circuit, so that a load cell with little zero point fluctuation can be obtained.
[0025]
According to the second invention, the first compensation resistor that mainly affects the primary component of the temperature characteristic of the zero point and the second compensation resistor that similarly affects mainly the secondary component of the temperature characteristic of the zero point. Just by adding each to a predetermined position of the bridge circuit, a load cell with little zero point fluctuation can be obtained as in the first invention.
[0026]
According to the third invention, when nickel is used as the first compensation resistor and copper is used as the second compensation resistor, the effects of the first and second inventions can be obtained.
[0027]
On the other hand, according to the fourth invention, the first compensation resistor that affects the primary component of the temperature characteristic of the zero point and the second compensation resistor that similarly affects the secondary component of the temperature characteristic of the zero point are respectively bridged. By adding it to a predetermined position in the circuit, the temperature characteristics of the zero point of the load cellPrimary componentIt is possible to effectively compensate both the second order component and the second order component.
[0028]
According to the fifth aspect of the invention, the first compensation resistor that mainly affects the primary component of the temperature characteristic of the zero point, and the second compensation resistor that similarly affects mainly the secondary component of the temperature characteristic of the zero point. By adding each to a predetermined position of the bridge circuit, the temperature characteristics of the zero point of the load cell can be controlled in the same manner as in the fourth aspect of the invention.Primary componentIt is possible to effectively compensate both the second order component and the second order component.
[0029]
In both the fourth and fifth aspects of the invention, the load cell's output voltage when no load is applied is measured at three points at the low temperature side, the high temperature side, and near the normal temperature located between the two, and the zero point of the load cell is obtained. It is possible to easily and accurately suppress both the primary component and the secondary component of the temperature characteristic.
[0030]
According to the sixth invention,By alternately performing temperature compensation for the secondary component of the temperature characteristic of the zero point using the second compensation resistor and temperature compensation for the primary component of the temperature characteristic of the zero point using the first compensation resistor, the zero point of the load cell is performed. It is possible to more effectively compensate both the primary component and the secondary component of the temperature characteristic of the seventh invention.According to the present invention, the temperature compensation for the secondary component of the zero temperature characteristic using the second compensation resistor is performed prior to the temperature compensation for the primary component of the zero temperature characteristic using the first compensation resistor. Therefore, temperature compensation for the secondary component is effectively performed.
[0031]
further,Eighth inventionWhen using nickel as the first compensation resistor and using copper as the second compensation resistor,Fourth to seventh inventionsThe effect of is obtained.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a temperature compensation method for a load cell according to an embodiment of the present invention will be described.
[0033]
The following description is about the load cell temperature compensation method according to the present invention, but the load cell in which the compensation method is implemented is an embodiment of the load cell according to the present invention.
[0034]
In other words, the strain body of the load cell in which the temperature compensation method according to the present embodiment is implemented is not shown.FIG.The strain gauges provided on the surface of each strain-generating portion in the strain-generating body are connected as shown in FIG. 2 to form the bridge circuit 1, for example. Yes.
[0035]
That is, the bridge circuit 1 is connected to each other at the connection points j1, j2, j3, and j4 so that the four strain gauges R1, R2, R3, and R4 are located on each side of the quadrangle, A bridge side where two sets of
[0036]
The circuit is configured such that the constant voltage Vin is applied to the connection points j1 and j3, and the output voltage Vout is extracted from the connection points j2 and j4.
[0037]
Next, a temperature compensation method according to the present embodiment will be described.
[0038]
First, a load cell is installed in a thermostat, and an output voltage Vout at no load in a state where a constant voltage Vin (for example, 12V) is applied to the bridge circuit 1 is set to a predetermined low temperature side measurement point Tl (for example, −10 ° C.). ), At a high temperature side measurement point Th (for example, 50 ° C.) and at around room temperature (for example, 20 ° C.) located between them.
[0039]
The high temperature side no-load output value Vh at the high temperature side measurement point Th, the low temperature side no load output value Vl at the low temperature side measurement point Tl, and the normal temperature no load output value Vn at the normal temperature measurement point Tn are expressed by the following relational expressions: By substituting into (1) and (2), the total drift amount Vd and the curvature amount Vc are respectively calculated.
[0040]
Vd = Vh−Vl (1)
Vc = (Vh−Vn) − (Vn−Vl) (2)
Here, (Vh−Vn) of the first item on the right side of the above formula (2) indicates the above-described high temperature side drift amount ΔVh, and (Vn−Vl) of the second item on the right side is the low temperature side drift described above. The quantity ΔVl is indicated.
[0041]
In this case, the temperature characteristics of the zero point passing through the three points of the low temperature side no-load output value Vl, the normal temperature no-load output value Vn, and the high temperature side no-load output value Vh protrude downward as shown by the broken line in FIG. As a result, the total drift amount Vd and the curvature amount Vc are both positive values.
[0042]
Now, in the bridge circuit shown in FIG. 4, the voltage change ΔV when the temperature compensation resistor Rx changes by ΔR due to the temperature change is expressed by the following equation (3).
[0043]
ΔV = ΔR · Vin / (4 · Rg) (3)
When the temperature coefficient of resistance (TCR) of the temperature compensation resistor Rx is α, the resistance change ΔR when the temperature changes by ΔT is expressed by the following equation (4).
[0044]
ΔR = α · Rx · ΔT (4)
Therefore, the value of the temperature compensation resistor Rx required to compensate the load cell output change ΔV (overall drift amount Vd) when the temperature changes by ΔT is obtained from the above equations (3) and (4). It is given by equation (5).
[0045]
Rx = 4 · ΔV · Rg / (ΔT · α · Vin) (5)
On the other hand, when the applied voltage is set to 12V, the resistance value required to change the curvature amount Vc by 1 μV is, for example, a compensation resistance when the resistance values of the strain gauges R1, R2, R3, R4 are 350Ω. When a copper wire (resistance value per unit length: 0.54 Ω / m, TCR: 3900 ppm / ° C.) is used as the body, it becomes about 0.014 Ω, and a nickel wire (per unit length as the compensation resistor) Resistance value: 1.66 Ω / m, TCR: 5060 ppm / ° C.), it is about 0.036 Ω, and the curvature amount Vc of the copper wire can be changed more greatly than the nickel wire. . Therefore, a nickel wire is selected as the first compensation resistor, and a copper wire is selected as the second compensation resistor.
[0046]
Further, regarding the relationship between the total drift amount Vd and the curvature amount Vc, when the total drift amount Vd is changed to the plus side, the curvature amount Vc changes to the minus side, and conversely, the overall drift amount Vd is changed to the minus side. The curvature amount Vc changes to the plus side.
[0047]
Based on such a relationship, the curvature amount Vc (secondary component) is compensated using a copper wire as a first step. In this case, as shown in FIG. 3, the broken line corresponding to the characteristic curve is convex downward and the curvature amount Vc is positive. Therefore, the
[0048]
As a second stage, in order to eliminate the influence on the total drift amount Vd due to the addition of the total drift amount Vd and the copper wire, the
[0049]
On the other hand, when the total drift amount Vd and the influence on the total drift amount Vd due to the addition of the copper wire are negative, a nickel wire is connected between the connection terminals 4 and 4 of the bridge circuit 1.
[0050]
When the nickel wire is connected and the curvature amount Vc deviates from an allowable range (for example, ± 1.5 μV), a copper wire is additionally connected so as to compensate for it.
[0051]
By repeating such a procedure, as shown in FIG. 6, until the temperature characteristic of the zero point becomes a flat characteristic over the entire range from the low temperature side measurement point Tl to the high temperature side measurement point Th, the copper wire and the nickel wire are connected. Connect alternately.
[0052]
As shown in FIG. 7, when the
[0053]
FIG. 8 shows an example of a simulation result using the temperature compensation method according to the present embodiment.
[0054]
That is, the curvature amount Vc is kept within ± 1 μV and the overall drift amount Vd is greatly improved as compared with that before the temperature compensation.
[0055]
Here, in this embodiment, copper wire and nickel wire are used as the compensation resistor, but as the form of the compensation resistor, a chip resistor, a foil resistor, and a thin film resistor are used in addition to the wire. It is also possible to use it.
[0056]
Further, when a foil or thin film resistor is used as a compensation resistor, a resistor pattern is created with these resistors, and these patterns are formed in the bridge circuit 1 instead of the
[0057]
Note that the circuit configuration of the bridge circuit 1 may be changed as shown in FIG. In that case, two sets of
[0058]
Next, still another embodiment of the load cell according to the present invention will be described.
[0059]
That is, for example, as shown in FIG. 10, the
[0060]
In this embodiment, the four strain gauges R1 constituting the bridge circuit 1 shown in FIG. 2, for example, are formed on the surfaces of the
[0061]
Also in the
[0062]
Note that four strain gauges R1, R2, R3, and R4 may be provided on the surfaces of the strain-generating
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the secondary component is suppressed together with the primary component of the temperature characteristic of the zero point of the load cell, the temperature characteristic is corrected to a flat characteristic over a wide range of the normal use temperature range. A load cell will be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the relationship between temperature and no-load output voltage for explaining the principle of the method of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a bridge circuit of a strain gauge used in the load cell according to the embodiment.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature before temperature compensation and the output voltage at no load.
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of calculating a resistance value when a temperature compensation resistor is connected to a bridge circuit.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a temperature in an intermediate stage of temperature compensation and an output voltage at no load.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the temperature after temperature compensation and the output voltage when there is no load.
FIG. 7 is a diagram showing a bridge circuit after temperature compensation.
FIG. 8 is a table showing simulation results of temperature compensation.
FIG. 9 is a diagram showing a strain gauge bridge circuit used in a load cell according to another embodiment;
FIG. 10 is a perspective view showing a load cell according to still another embodiment.
FIG. 11 is a perspective view showing a conventional load cell.
FIG. 12 is a diagram illustrating a bridge circuit of a strain gauge used in a conventional load cell.
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the temperature before temperature compensation and the output voltage at no load in a conventional load cell.
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the temperature after temperature compensation and the output voltage when there is no load in a conventional load cell.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a conventional problem.
[Explanation of symbols]
1 Bridge circuit
7 Copper wire
8 Nickel wire
R1-R4 strain gauge
Claims (8)
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