JP3949285B2 - 電子天秤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子天秤と称される電磁平衡式秤量装置に係り、特に装置の配置された環境における急激な温度変化に対応するよう構成した電子天秤に関する。
【０００２】
電子天秤では秤量物の荷重に対応して変位しようとする可動式のコイル（以下「フォースコイル」と称する）に印加する電流によりフォースコイルの位置を復元させるフィードバック回路が形成され、このとき通常は電圧として出力される電気量から秤量物の荷重を演算するようになっている。即ち電子天秤ではフォースコイルに流れる電流と秤量物の質量との間に比例関係が成立することを前提としてこの秤量物の荷重を測定するよう構成されている。
【０００３】
図８は電子天秤の基本構成を示すものであって、同図を用いて電子天秤の作動を説明する。先ず秤量皿１に秤量物が載置されるとビーム３は秤量物の荷重により支点２を中心として傾こうとし、このビーム３の変位はセンサ５により検知される。センサ５の不平衡信号としてサーボ増幅器６で制御された出力電流Ｉはビーム３に取り付けられたフォースコイル４に供給され、フォースコイル４においてビーム３を平衡に復帰させる力を生じさせる。この復帰力と前記出力電流Ｉとは比例するため、秤量物の荷重は電流Ｉに変換されることになる。
【０００４】
図の例では電流Ｉは安定性の高い抵抗Ｒを介して電圧ＥとしてＡ／Ｄ変換回路７に出力され、演算手段８において秤量物の荷重が演算されデジタル出力されて表示器９に表示される。上記構成の電子天秤において、秤量物の荷重を正確に測定するためにはマグネット１０による磁気回路で発生する磁束が一定であることや前記抵抗Ｒの抵抗値が安定していることが必要条件となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際にはマグネットを構成する材料の温度特性に起因して、マグネットが形成する磁束は温度変化により変化してしまう。現在では電磁部のマグネットとしてはアルミニッケルコバルト（アルニコ）合金磁石、及びサマリュウムやコバルト等の希土類磁石が使用されているが、これらの磁石では−２００〜−３００ppm ／℃程度の磁束変化が生じる。この変化は、例えば秤量精度が１００万分の１（１ppm ）の秤量装置では極めて重大な影響を及ぼし、使用に耐えないため、マグネットの種類に対応する温度係数を電子天秤に記憶させておくことにより、温度変化があっても実際の磁束変化の約１／１００の±２ppm ／℃程度まで減少させるようにしている。
【０００６】
一方前記抵抗Ｒ等が配置されている基板は電磁部に比較して熱容量が小さく、外気の温度変化に対して電磁部よりも早く追随し、また、パワートランジスタ等の発熱量の比較的大きい電子部品を搭載している場合には他の部材との温度差がより生じやすくなる。このため電子天秤機構内部の温度分布が安定化するまではこの温度差による影響によって測定値がドリフトすることになる。この点を改善する方法として、温度差の生じやすい電磁部と基板部分にそれぞれ温度測定手段を配置し、各測定温度から適正な補正値を選択することより測定値を補正する方法が提案され一定の効果を発揮している。
【０００７】
しかし、電子天秤の周囲の温度が急激に変化した場合には上述のような補正を行っても適正な重量表示をすることは困難な事態が生じている。例えば真冬で、夜間暖房を停止していた部屋で、暖房を開始した場合、或いは逆に真夏で冷房を停止していた部屋で冷房を開始した場合等では電子天秤周囲の温度は急激に変化する。元来電子天秤のような精密でかつ環境変化に対してデリケートな装置はこのような温度変化の激しい場所に置くべきではないが、従来は専ら実験室等の良好な環境下で使用されていた電子天秤も、低価格化等により用途が多様化し、必ずしも当該電子天秤にとって適正な環境に置かれるとは限らない事態が生じている。
【０００８】
またこのような使用目的の多様化は、電子天秤使用者の使用目的からして必ずしも電子天秤の定格性能を必要としない場合も多いことを意味している。例えば秤量精度で言えば、電子天秤の精度が５０万分の１であるが、使用者の使用目的からすれば１０万分の１、或いは５万分の１の精度であれば十分である場合等である。
【０００９】
一方上記の観点とは異なるものであるが、電子天秤周囲の温度を測定し、この測定結果により荷重の測定値を補正する方法も提案されている。この方法は特に内蔵分銅による校正を行うタイミングを設定する方法として提案されているものである。同方法においては、周囲の温度を測定し、この測定値が前回校正を行った時点における周囲の測定温度に対して一定値以上変化した場合に次の校正を行うことをその内容としている。この方法は周囲の温度が比較的緩やかに変化している場合には効果的であるが、上述のような周囲の温度の急激な変化の場合には校正終了時点で、既に設定値以上の温度変化が生じているため更に新たな校正指令が出てしまい、校正動作が連続して秤量物の荷重測定が不可能になる等極めて不都合な事態が生じる。この点は校正タイミングを補正値の設定タイミングに置き換えても同様な問題が生じることになる。
【００１０】
【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、電子天秤周囲の温度を検知する温度センサと電磁部の温度を検出するセンサと、基板部の温度を検出するセンサのうち少なくとも電子天秤周囲の温度を検知するセンサを有し、かつこの温度センサの測定結果に対応して重量表示の補正値の設定を行う制御部とを有し、制御部には周囲の温度の変化の度合いを判定する手段と、周囲の温度の変化の度合いに対応して電子天秤の精度を変更する手段とが設けられ、電子天秤周囲の温度の急激な変化が生じた場合にはこの変化の度合いに対応して測定精度を変更して表示するよう構成したことを特徴とする電子天秤である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
電子天秤の電磁部、基板部及び装置外部のうち少なくとも装置外部に温度センサを配置する。装置外部の温度センサは電子天秤周囲の環境の温度を検知するものであり、この検知結果は電子天秤の制御部に常時入力されている。制御部は例えばクロック回路等の時計手段を用いて単位時間内の周囲温度の変化から温度変化率を算出する。この温度変化率が予め設定した敷居値よりも小さい場合、即ち温度変化が比較的緩やかな場合にはこの温度変化に対応した適正な補正値を選択して、秤量物の荷重測定データを補正して表示する。この場合、電磁部或いは基板部にも温度センサを配置してある場合にはこの測定データも補助的に使用して補正値を設定するよにうにしてもよい。
【００１２】
一方この温度変化が予め設定した敷居値よりも大きい場合、即ち温度変化が激しい場合には測定データを補正しても秤量精度に対応する適正な測定値は表示できない。この場合には、表示駆動手段に作動信号を発して保証可能な桁数のみ重量表示をしたり、あるいは保証できない桁については点滅或いは、表示色彩を変える等して現在の保証精度を示すようにする。この方法は負荷時の荷重表示時のみでなく無負荷時でゼロ点を示している場合であってもよい。
【００１３】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参考に説明する。
図２は電子天秤に於ける温度センサの配置状態を示す。また図８に示す構成と同じ部材は同じ符号で示す。秤量皿１に載置された秤量物の荷重はアーム１１、吊りバンドと通称される接続手段１２を介して支点２を以て揺動するビーム３に伝達され、このビーム３に設けられたフォースコイル４を変位させようとする。符号ＳＮ１はこのフォースコイル４の配置部に磁束を形成するマグネット１０或いはこのマグネット１０の近傍に設けら、測定温度Ｔａを検出、出力する温度センサである。また符号１３は電子回路を構成する回路基板であって、この回路基板１３に対して測定温度Ｔｂを検出する温度センサＳＮ２が設けられている。
【００１４】
符号ＳＮ３は電子天秤本体外部の環境温度Ｔｃ（以下単に「温度Ｔｃ」とする）を検知する温度センサであって本発明には必須のセンサであり、一方上述の各温度センサＳＮ１及びＳＮ２は本発明に於いては温度変化が比較的ゆるやかな場合に補正を行うために補助的に設置されるセンサである。
【００１５】
図３は各部に於ける温度変化と、重量表示との関係を模式的に示す図である。なおこの図により本発明を構成するに至った技術的経緯を示し、この経緯と後述の本発明のより詳細な内容とを対比させることにより本発明の内容を具体的に説明する。
【００１６】
最上段の線図（Ａ）は各部の温度変化の状態を示す。先ず温度センサＳＮ３で検知した電子天秤の周囲の温度Ｔｃが時間Ｔｍ₁ において 急激に上昇すると電子天秤内では先ず熱容量の小さな基板部の温度Ｔｂが外部温度Ｔｃに追随して上昇し、時間Ｔｍ₂ において温度Ｔｃと同じとなる。一方熱容量の大きな電磁部の温度Ｔａはこれより遅れて時間Ｔｍ₃ において前記外気温度Ｔｃと一致する。
【００１７】
この間、線図（Ｂ）に示されるように、時間ΔＴｍ（Ｔｍ₃ −Ｔｍ₁ ）において基板温度Ｔｂと電磁部温度Ｔａとの温度差ΔＴ（Ｔｂ−Ｔａ）は図示のような変化を生じ、最終的には時間Ｔｍ₃ において各部部の温度差ΔＴそのものはゼロとなる。しかし、温度差ΔＴはゼロとなっても温度自体は線図（Ａ）に示すようにＴｓ₁ からＴｓ₂ に変化しているため、補正を行わないと線図（Ｃ）の如くその重量表示は適正値Ｗｓから、不適正な重量表示Ｗｓ´となってしまう。このため電磁部温度Ｔａ或いは基板温度Ｔｂを用いて重量値を補正する。線図（Ｄ）は電磁部温度Ｔａを用いて重量表示の補正を行う状態を示すが、電子天秤周囲の温度Ｔｃに引きずられて温度Ｔａの変化が大きい場合には適正な補正値を選択した段階で、この温度Ｔｃの急激な変化により既に選択した補正値が不適正となるなど補正が正しく行われない事態が生じる。図示の場合には時間Ｔｍ₁ からＴｍ₃ の間にこの事態が生じ、特に時間Ｔｍ₂ のときに最も不適正な補正が行われていることを示す。
【００１８】
なお、図示の線図は変化を模式的に示しているが、実際には線図（Ａ）における温度変化が、例えば冬季における無暖房状態から暖房を入れた際の温度変化であるとすると、温度の変化量は２０℃から３０℃にも達し、かつＴｍ₁ からＴｍ₃ までの時間は数十分或いは一時間程度を必要とし、この間補正値による重量表示補正では対応できなくなる場合が生じる。
【００１９】
図１は電子天秤に於ける制御部の構成を示し、この制御部は電気量として出力された荷重の計測データを重量として表示する機能を有する部分であり、電子天秤の中心的機能を果たす部分である。
【００２０】
符号２０は制御部であり、図８の演算手段８に対応する部分である。この制御部２０に対しては電子天秤の外気温度Ｔｃを測定する温度センサＳＮ３が接続されている。２１は重量計測手段であって前記制御部２０に対して荷重測定データを電気的に出力するものであり、図８の構成で示すとＡ／Ｄ変換装置までの荷重測定機構全体を示す。
【００２１】
以下、本発明の構成をその作用と共に説明する。先ず温度センサＳＮ３により常時電子天秤外部の温度Ｔｃが検知されこの温度Ｔｃのデータは、直接中央処理装置２２に入力される。一方この温度Ｔｃは温度変化率判定手段２３に対しても入力される。この温度変化率判定手段２３は、クロック２４から出力される時間データに基づいて単位時間当たりの温度Ｔｃの変化を温度変化率として判定する手段である。即ち図５を用いて説明すると、時間Ｔｍ₁ において温度Ｔｃを示す線図が上昇を開始しているが、この場合例えば温度変化を線図Ｔｃの傾きαとしてとらえ、この温度変化率αが中央処理装置に出力される。
【００２２】
中央処理装置２２には予めこのαに対する敷居値αＳが設定されている。この敷居値αＳは、特定の補正値を設定して重量測定値を補正する方法ではもはや適正な重量表示に補正することが不可能な程度に温度の変化が急激であるか否かを判定するために設定される値である。中央処理装置２２においてこの変化率αが敷居値αＳ以下であると判定された場合には、中央処理装置２２は温度センサＳＮ３から出力された測定値Ｔｃに対応する補正値を補正値記憶手段２５から引出し、重量測定値を適正値ＷＳに近似させるよう補正する。図５の例では時間Ｔｍ₁ とＴｍ₅ との間、及び時間Ｔｍ₆ とＴｍ₄ との間において温度Ｔｃの変化率はα＜αＳとなるため特定の補正値を用いて補正が可能となる。
【００２３】
なお上記補正においては補正値を選択するためのデータを温度Ｔｃとしたが、この温度Ｔｃを補正を行うトリガーとし、かつ電磁部温度Ｔａ、基板部温度Ｔｂも用いて補正値を設定するよう構成することはもとより可能である。この場合、前記電磁部温度Ｔａ、基板部温度Ｔｂを測定するための専用センサを個々に設けず、外気温センサＳＮ３から出力される温度Ｔｃを時間的に積分することにより前記温度Ｔａ、Ｔｂを算出することも可能である。
【００２４】
一方、α≧αＳである場合は温度変化が急激で、もはや補正値を用いる方法では正しく補正はできない。この場合には中央処理装置２２は精度表示変更手段２６に対して電子天秤としての精度を変更して重量表示するよう指令を発する。この精度（保証精度）の変更は後述の如く、例えば少数点以下の重量表示桁数を減少させる等の方法により実施される。即ち図１の構成では精度表示変更手段２６は表示駆動手段２７に作動信号を発し、この表示駆動手段２６を介して表示手段２８に於ける重量表示において、例えば保証出来なくなった桁数を消灯、点滅或いは別の色彩で表示する等の方法で精度変更を行う。図５の場合を例にとると時間Ｔｍ₅ とＴｍ₆ との間がα≧αＳとなり、重量表示はＷＳ´までが保証される状態となる。なお図４は上述の作動状態をフロー図として示したものである。
【００２５】
図６は保証精度を変更した場合の重量表示の表示状態の例を示す。なお何れも小数点以下二桁までの表示を保証する場合を例に説明する。先ず（Ａ）は無負荷時で、例えば０．００００の表示を全て点滅或いは保証出来ない小数点以下３桁及び４桁の０を点滅、或いは点灯の色彩を変更して、現在測定精度が低下していることを示す。
【００２６】
（Ｂ）は実際に荷重測定した場合であるが、この場合には小数点以下３桁及び４桁の数字を点滅させる。なお図示の場合には図７で示される適正表示と同じ５０．２３４５が表示され、この小数点以下３桁及び４桁の数字４及び５を点滅させているが、精度低下により実際にはこの数字自体が別の数字として表示されることが多い。
【００２７】
（Ｃ）はこの３桁及び４桁の数字を別の色彩で表示するよう構成した状態を示す。例えば小数点以下２桁まではグリーンのＬＥＤで表示し、小数点以下３桁及び４桁の数字を赤で示す等である。
【００２８】
（Ｄ）は３桁及び４桁の部分を消灯し、その数字そのものを示さないようにした構成を示す。なお図７は精度表示を変更せず適正値を表示した状態を示す。この場合には精度変更をしていないことを示すため例えば図の左側に示すようなＯＫのサインを表示してもよい。
【００２９】
以上本発明を、環境温度Ｔｃが上昇する場合を例に説明したが、当該温度Ｔｃが下降する場合も同様に制御可能であることはもとより当然である。また、図５において、α≧αＳである場合に、温度Ｔｃ、ＴｂまたはＴａにより大まかな補正をしておいてもよく、この大まかな補正により電子天秤の計測精度を必要以上に落とすことがなくなる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の如く、本発明では電子天秤周囲の温度の変化の状態を判定する手段を有するので、周囲の温度の変化の状態に対応して補正が可能か否かの判定を行い、補正が可能な場合には補正値を用いて重量表示の補正を行い、かつ補正が不可能な場合には装置としての精度の表示を変更するように構成したので、周囲の温度の変化にに応じてその温度変化の範囲で常に信頼性の高い重量表示を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す制御部のブロック図である。
【図２】温度センサの配置状態を示す電子天秤の構造図である。
【図３】環境温度と電子天秤内部の温度変化及び温度変化に対する重量表示の変化を示す線図である。
【図４】本発明にかかる装置の作動状態の一例を示すフロー図である。
【図５】環境温度と電子天秤内部の温度変化、及びこの温度変化に対応する重量表示の制御の例を示す線図である。
【図６】制御装置により精度表示が変更された際の重量表示の具体例を示す図である。
【図７】精度表示が変更されない状態の重量表示の具体例を示す図である。
【図８】電子天秤の機能を示す電子天秤の構造の概念図である。
【符号の問い説明】
１ 秤量皿
３ ビーム
４ フォースコイル
１０ マグネット
１１ アーム
１３ 回路基板
２０ 制御部
２１ 重量計測手段
２２ 中央処理装置
２３ 温度変化率判定手段
２４ クロック（回路）
２５ 補正値記憶手段
２６ 精度表示変更手段
２７ 表示駆動手段
２８ 表示手段
ＳＮ１ 電磁部温度センサ
ＳＮ２ 基板部温度センサ
ＳＮ３ 外部環境温度センサ
Ｔａ 電磁部測定温度
Ｔｂ 基板部測定温度
Ｔｃ 環境温度
α 環境温度変化率
αＳ 敷居値

Claims (7)

1. 電磁部に負荷された荷重を電気量として出力しかつこの電気量から荷重の重量を算出し、測定された温度データにより算出された重量の表示を補正する補正手段が設けられている電子天秤において、荷重の重量を算出する制御部と、装置が配置されている周囲の環境温度を検知する外部環境温度センサと、装置内部の温度を検知する温度センサとが設けられ、制御部には環境温度の変化の度合いを判定する温度変化率判定手段と、環境温度の変化の度合いに対応して重量測定の精度を変更する手段と、中央処理装置とが設けられ、外部環境温度センサは制御部の中央処理装置および温度変化率判定手段の両方に接続し、中央処理装置は、温度変化率判定手段により環境温度の温度変化率が予め定められた敷居値よりも小さいときは外部環境温度センサから出力された環境温度に対応した補正値を選択して重量表示の補正を行い、また当該温度変化率が予め定められた敷居値よりも大きいときは精度表示変更手段に対して精度表示変更の指令を発するよう構成したことを特徴とする電子天秤。
2. 前記電子天秤内部の温度を検知する温度センサは、電磁部の温度を検知する温度センサ及び基板部の温度を検知する温度センサのうちの少なくとも一方の温度センサであることを特徴とする請求項１記載の電子天秤。
3. 温度変化率判定手段はクロック回路と接続し、外部環境温度センサから出力される温度データの変化を単位時間当たりの変化として算出することにより温度変化率を判定するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の電子天秤。
4. 精度表示変更手段は表示駆動手段と接続し、表示駆動手段は精度表示変更手段の指令信号により、精度保証を行わない桁を確認可能にするよう構成したことを特徴とする請求項１記載の電子天秤。
5. 重量表示部において、精度保証を行わない桁を点滅するよう構成したことを特徴とする請求項４記載の電子天秤。
6. 重量表示部において、精度保証を行わない桁の点灯時の色彩を他の桁の色彩と異ならせるよう構成したことを特徴とする請求項４記載の電子天秤。
7. 重量表示部において、精度保証を行わない桁を消灯するよう構成したことを特徴とする請求項４記載の電子天秤。

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