JP4203737B2

JP4203737B2 - ロードセル式重量測定装置

Info

Publication number: JP4203737B2
Application number: JP2003202528A
Authority: JP
Inventors: 伸幸吉桑
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2023-07-28
Also published as: US7076990B2; JP2005043191A; US20050023047A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロードセルを荷重センサとして用いた重量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロードセルを荷重センサとする電子はかりないしは電子天びんにおいては、一般に、図５に例示するように、ロードセル５１の一端部をベース５２に固定し、他端部に皿受け５３を配した構成を採る（例えば特許文献１）。
【０００３】
ロードセル５１は、例えば４箇所の起歪部Ｅを形成した起歪体５１ａの各起歪部Ｅにそれぞれ歪みゲージＳ１〜Ｓ４を貼着した構造を有し、これらの各歪みゲージＳ１〜Ｓ４によって図６に示すようなホイトストーンブリッジを形成する。そして、このホイトストーンブリッジの出力値を、感度係数を用いて重量値に換算し、計量値として表示する。
【０００４】
感度係数は、重量既知の分銅を用いた感度較正によって更新される。すなわち、ロードセル５１の皿受け５３に重量既知の分銅を負荷し、そのときの計量値がその既知重量と一致するように感度係数を更新する。また、較正用の分銅を内蔵し、その内蔵分銅をロードセル５１の規定位置に負荷する分銅加除機構を備えたものも知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
この感度較正に当たっては、通常、その電子はかりないしは電子天びんのひょう量近傍の分銅が用いられる。また、ひょう量よりも軽い分銅を用いて感度較正を行うものもある。更に、ロードセル５１に対して梃子機構を介在させてひょう量よりも軽い分銅を負荷し、これによって実質的にひょう量近傍の分銅をロードセル５１に対して負荷した状態として、感度較正を行うようにしたものもある（前記特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１７１２８９号公報（第２頁，図１）
【特許文献２】
特開平１１−１０８７４０号公報（第３−第４頁，図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ひょう量の大きなロードセル式の重量測定装置においては、感度較正時にひょう量近傍の分銅を用いると、その分銅を人手により載せ下ろしする場合には肉体的に大きな負担が掛かるという問題があり、内蔵分銅とその加除機構を用いる場合においても、重量測定装置が大型化するという問題がある。
【０００８】
一方、ひょう量よりも軽い分銅を用いて感度較正をするのは、ロードセル出力（ホイトストンブリッジ出力）と荷重の直線性を利用するものであって高精度の較正を期待することはできず、高分解能のロードセルに適用することはできない。
【０００９】
更に、ひょう量よりも軽い分銅を梃子機構を介してロードセルに負荷するものでは、その機構が複雑となって高価となるばかりでなく、高い精度で較正を行うことは困難である。
【００１０】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その主たる目的は、簡単な構成のもとに、ひょう量よりも軽い分銅を用いて高精度の感度較正を行うことのできるロードセル式重量測定装置の提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、上記の主たる目的を達成するための構成を利用して、簡単な構成のもとにデュアルレンジのロードセル式重量測定装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１２に係る発明のロードセル式重量測定装置は、荷重受けに作用する荷重により変形する起歪体に複数の歪みゲージを貼着してなるロードセルを備えるとともに、その各歪みゲージで構成されたホイトストンブリッジ出力を重量値に換算して表示するロードセル式重量測定装置において、上記起歪体に２つの荷重受けが装着されているとともに、上記起歪体の装置に対する固定部を除く自由端側が、荷重の作用方向に沿う切り込みにより、歪みゲージ貼着部位を含む領域と他の領域とが分割され、上記２つの荷重受けのうち、一方の荷重受けが当該起歪体全体を歪ませるように取り付けられ、他方の荷重受けは歪みゲージの貼着部位を含む領域のみに取り付けられることにより、一方の荷重受けに荷重を載せたときの歪みゲー支持貼着部位の歪み量が、他方の荷重受けに同じ荷重を載せたときの歪み量よりも小さくなるように構成されていることによって特徴づけられる。
【００１３】
一方、請求項２に係る発明のロードセル式重量測定装置は、同じく荷重受けに作用する荷重により変形する起歪体に複数の歪みゲージを貼着してなるロードセルを備えるとともに、その各歪みゲージで構成されたホイトストンブリッジ出力を重量値に換算して表示するロードセル式重量測定装置において、上記起歪体に２つの荷重受けが装着され、一方の荷重受けに荷重を載せたときの歪みゲージ貼着部位の歪み量が、他方の荷重受けに同じ荷重を載せたときの歪み量よりも小さくなるように構成されているとともに、上記２つの荷重受けにそれぞれ対応する感度係数を記憶する記憶手段と、その各荷重受けのうちのいずれに被測定荷重を載せるかを選択する選択手段を備え、その選択された荷重受けに対応する感度係数を用いて上記ホイトストンブリッジの出力を重量値に換算するよう構成されていることによって特徴づけられる。
【００１４】
ここで、請求項２に係る発明においては、２つの荷重受けのうちの一方の荷重受けに荷重を載せたときの歪みゲージ貼着部位の歪み量を、他方の荷重受けに同じ荷重を載せたときの歪みゲージ貼着部位の歪み量よりも小さくする具体的構成として、請求項１に係る構成、つまり起歪体の装置に対する固定部を除く自由端側が、荷重の作用方向に沿う切り込みにより、歪みゲージ貼着部位を含む領域と他の領域とが分割され、２つの荷重受けのうち、一方の荷重受けが当該起歪体全体を歪ませるように取り付けられ、他方の荷重受けは歪みゲージの貼着部位を含む領域のみに取り付けられた構成、を採用することができる（請求項３）。
【００１５】
また、請求項４に係る発明においては、以上の請求項１〜３に係る発明において、他方の荷重受けに当該重量測定装置のひょう量よりも軽い分銅を載せることによって、一方の荷重受けにひょう量近傍の荷重を載せたときと同じホイトストンブリッジの出力を得て、当該重量測定装置の感度較正を行うように構成している。
【００１６】
本発明は、ロードセルに２つの荷重受けを装着し、それぞれの荷重受けに対して荷重を載せたときの起歪部の歪み量が相違するように構成することによって、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１７】
すなわち、ロードセルに装着した２つの荷重受けの一方の荷重受けに所定の荷重を載せたときの起歪部の歪み量と同じ歪み量が、他方の荷重受けにそれよりも軽い荷重を載せたときに得られるようにすれば、他方の荷重受けに対して当該重量測定装置のひょう量荷重よりも軽い分銅を載せることによって、一方の荷重受けにひょう量荷重を載せたときと同じホイトストンブリッジの出力を得ることができる。従って、他方の荷重受けに対して、ひょう量荷重よりも軽い分銅を載せて感度較正を行うことによって、一方の荷重受けに対して、ひょう量荷重近傍の分銅を載せて感度較正を行う場合と同等の較正を行うことが可能となり、軽い分銅を用いて高い精度で感度較正を行うことができる。
【００１８】
そして、以上のように２つの荷重受けに対して、それぞれ異なる荷重を載せたときに起歪部の歪み量を同じにするには、請求項１に係る発明のように、起歪体に荷重の作用方向に沿った切り込みを形成し、その切り込みによって歪みゲージ貼着部位を含む領域と他の領域とを分割して、歪みゲージ貼着部位を含む領域のみに他の荷重受けを取り付け、一方の荷重受けは起歪体全体を歪ませるように取り付ける構成を採用することによって簡単に実現することができ、上記した作用効果をシンプルな構成のもとに実現することができる。
【００１９】
また、以上のようなロードセルを採用すると、請求項２に係る発明のように、未知重量の測定に際して２つの荷重受けを選択的に用いて、選択された荷重受けに対応する感度係数を用いてホイトストンブリッジの出力を重量値に換算するように構成すれば、デュアルレンジのロードセル式重量測定装置が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の要部の機械的構成を表す模式的正面図で、図２はその右側面図、図３はロードセル１の平面図である。
【００２１】
ロードセル１は、基本的には、従来と同様に起歪体１１に４つの歪みゲージＳを貼着した構造を有している。起歪体１１は、２つの柱部１１ａ，１１ｂの頂部を互いに平行な２本の梁部１１ｃ，１１ｄで連結した形状を一つの母材を削りだすことによって得たものであって、各梁部１１ｃ，１１ｄの両端部にそれぞれ起歪部Ｅが形成されている。各歪みゲージＳは、各起歪部Ｅにおいて起歪体１１の幅方向（水平面上で梁１１ｃ，１１ｄの伸びる方向に直交方向）中心線上に貼着されており、これら４枚の歪みゲージＳは、従来と同様のホイトストンブリッジを形成するように相互に接続されている。また、このロードセル１は、その一方の柱部１１ａの下面が、装置ベース２に対して固定されている。
【００２２】
起歪体１１には、各歪みゲージＳを挟むように鉛直方向に沿って当該起歪体１１の上面から下面にまで達し、かつ、装置ベース２への固定部を除き、自由端側の先端にまで達する２つの切り込み１１ｅ，１１ｆが形成されており、これらの各切り込み１１ｅ，１１ｆによって、起歪体１１は各歪みゲージＳを含む中央部１１ｇと、その両側の側部１１ｈ，１１ｉに分割されている。
【００２３】
ロードセル１の自由端側の先端部の上面には、起歪体１１の中央部１１ｇおよび両側部１１ｈ，１１ｉに跨がる脚部３ａを有する第１の荷重受け３が取り付けられている。この第１の荷重受け３は、その脚部３ａにおいて起歪体１１の両側部１１ｈ，１１ｉに対して固定されているが中央部１１ｇには固定されていないが、この第１の荷重受け３に作用する荷重は両側部１１ｈ，１１ｉ並びに中央部１１ｇの全てに伝達される。
【００２４】
また、ロードセル１の起歪体１１の中央部１１ｇの自由端側の先端面には、第２の荷重受け部４が固定されている。この第２の荷重受け部４は、起歪体１１の両側部１１ｈ，１１ｉに対しては全く接触しておらず、従って、この第２の荷重受け部４に作用する荷重は、起歪体１１の中央部１１ｇにのみ伝達される。
【００２５】
起歪体１１の中央部１１ｇの幅をＴ１，両側部１１ｈ，１１ｉの幅をＴ２，Ｔ３とすると、
【００２６】
Ｔ１＝（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）／２・・・・（１）
【００２７】
の関係にある。これにより、起歪体１１の全体を歪ませる第１の荷重受け３に荷重Ｗ１を載せたときの各起歪部Ｅの歪み量は、第２の荷重受け４に同じ荷重Ｗ１を載せたときの各起歪部Ｅの歪み量の半分となる。換言すれば、第１の荷重受け３に荷重Ｗ１を載せたときのホイトストンブリッジの出力と同じ出力を得るために第２の荷重受け４に載せるべき荷重Ｗ２は、Ｗ１／２でよい。
【００２８】
さて、各歪みゲージＳにより形成されたホイトストンブリッジの出力は、以下に示すように演算されて計量値として表示される。図４は本発明の実施の形態の電気的構成を表すブロック図である。各歪みゲージＳで形成されたホイトストンブリッジ２１の出力は、アンプ２２およびローパスフィルタ２３を介してＡ−Ｄ変換器２４により刻々とデジタル化され、演算装置２５に導入される。
【００２９】
演算装置２５は、実際にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを主体とするもので、ＲＯＭに書き込まれているプログラムに従って動作するのであるが、ここでは、説明の簡素化のために、そのプログラムが有している機能ごとのブロック図で示している。演算装置２５には、ホイトストンブリッジ２１からのデジタル変換データを平均化する平均化演算部２５ａと、平均化されたデータを感度係数を用いて重量値に換算する重量換算部２５ｂ、その感度係数を記憶する記憶部２５ｃ、および感度較正演算部２５ｄを主体としており、この演算装置２５には、通常の測定時に第１の荷重受け３と第２の荷重受け４のいずれを用いるのかを選択するための選択スイッチ２６と、感度較正演算部２５ｄを機能させるための感度較正スイッチ２７が接続されている。
【００３０】
記憶部２５ｃは、第１の荷重受け３および第２の荷重受け４のそれぞれに対応する感度係数Ｋ１およびＫ２を記憶しており、重量換算部２４ｂでは、選択スイッチ２６を操作して選択された荷重受けに対応する感度係数を用いて、ホイトストンブリッジ２１からのデータを重量値に換算する。前記したように、第１の荷重受け３と第２の荷重受け４の感度は１：２であるから、Ｋ１＝Ｋ２／２の関係にあり、第１と第２の荷重受け３と４のどちらを用いるかによってデュアルレンジを実現している。
【００３１】
また、感度較正時には、感度較正スイッチ２７を操作したうえで、ひょう量の１／２近傍の既知重量Ｗｋを持つ規定の分銅を第２の荷重受け４に載せる。これにより、ホイトストンブリッジ２１からの出力は、第１の荷重受け３にひょう量近傍の荷重を載せたときと同等の値となり、感度較正演算部２５ｄでは、そのデジタル変換データと感度係数Ｋ１，Ｋ２をそれぞれ用いて重量値に換算したときに、それぞれ２Ｗｋ，Ｗｋとなるように各感度係数Ｋ１，Ｋ２を更新する。これにより、ひょう量の約１／２の分銅を用いて、実質的にひょう量と略等しい分銅を用いて較正を行った場合と同等の精度のもとに感度較正を行うことができる。
【００３２】
なお、以上の実施の形態では、第１の荷重受け部３と第２の荷重受け部４の感度を１：２とするように起歪体１１の中央部１１ｇと両側部１１ｈ，１１ｉの幅Ｔ１，Ｔ２およびＴ３を設定したが、本発明はこれに限定されることなく、任意の感度比が得られるようにこれらの幅を設定してもよいことは勿論である。
【００３３】
また、以上の実施の形態において、第２の荷重受け部４に対して較正用分銅を加除する分銅加除機構を設けてもよい。ただし、この場合、第２の荷重受け部４は感度較正専用の荷重受け部として、シングルレンジの重量測定装置とすることが望ましい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単な構成のもとに、ひょう量よりも軽い分銅を用いて、実質的にひょう量と同等の分銅を用いて感度較正を行った場合と同等の精度のもとに感度較正を行うことができ、また、デュアルレンジ化も容易に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の要部の機械的構成を表す模式的正面図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】本発明の実施の形態のロードセル１の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態の電気的構成を表すブロック図である。
【図５】ロードセルを荷重センサとする従来の電子はかりないしは電子天びんの要部構成の説明図である。
【図６】図５における各歪みゲージＳにより形成されるホイトストンブリッジの説明図である。
【符号の説明】
１ロードセル
１１起歪体
１１ａ，１１ｂ柱部
１１ｃ，１１ｄ梁部
１１ｅ，１１ｆ切り込み
１１ｇ中央部
１１ｈ，１１ｉ側部
２装置ベース
３第１の荷重受け部
４第２の荷重受け部
Ｅ起歪部
Ｓ歪みゲージ

Claims

荷重受けに作用する荷重により変形する起歪体に複数の歪みゲージを貼着してなるロードセルを備えるとともに、その各歪みゲージで構成されたホイトストンブリッジ出力を重量値に換算して表示するロードセル式重量測定装置において、
上記起歪体に２つの荷重受けが装着されているとともに、上記起歪体の装置に対する固定部を除く自由端側が、荷重の作用方向に沿う切り込みにより、歪みゲージ貼着部位を含む領域と他の領域とが分割され、上記２つの荷重受けのうち、一方の荷重受けが当該起歪体全体を歪ませるように取り付けられ、他方の荷重受けは歪みゲージの貼着部位を含む領域のみに取り付けられることにより、一方の荷重受けに荷重を載せたときの歪みゲー支持貼着部位の歪み量が、他方の荷重受けに同じ荷重を載せたときの歪み量よりも小さくなるように構成されていることを特徴とするロードセル式重量測定装置。
荷重受けに作用する荷重により変形する起歪体に複数の歪みゲージを貼着してなるロードセルを備えるとともに、その各歪みゲージで構成されたホイトストンブリッジ出力を重量値に換算して表示するロードセル式重量測定装置において、
上記起歪体に２つの荷重受けが装着され、一方の荷重受けに荷重を載せたときの歪みゲージ貼着部位の歪み量が、他方の荷重受けに同じ荷重を載せたときの歪み量よりも小さくなるように構成されているとともに、上記２つの荷重受けにそれぞれ対応する感度係数を記憶する記憶手段と、その各荷重受けのうちのいずれに被測定荷重を載せるかを選択する選択手段を備え、その選択された荷重受けに対応する感度係数を用いて上記ホイトストンブリッジの出力を重量値に換算するよう構成されていることを特徴とするロードセル式重量測定装置。
上記起歪体の装置に対する固定部を除く自由端側が、荷重の作用方向に沿う切り込みにより、歪みゲージ貼着部位を含む領域と他の領域とが分割され、上記他方の荷重受けが歪みゲージの貼着部位を含む領域のみに取り付けられ、一方の荷重受けは当該起歪体全体を歪ませるように取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載のロードセル式重量測定装置。
上記他方の荷重受けに当該重量測定装置のひょう量よりも軽い分銅を載せることによって、上記一方の荷重受けにひょう量近傍の荷重を載せたときと同じホイトストンブリッジの出力を得て、当該重量測定装置の感度較正を行うように較正されていることを特徴とする請求項１、２または３のいずれか１項に記載のロードセル式重量測定装置。