JP4559067B2

JP4559067B2 - 電子天びん

Info

Publication number: JP4559067B2
Application number: JP2003434809A
Authority: JP
Inventors: 弘浜本
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005189218A

Description

本発明は、風防付き電子天びんに関し、特に風防の開閉に伴ない秤量室内で発生する空気の対流に起因する計量時間の遅れを改良した電子天びんに関する。

電子天びんは、計量皿に載置された被計量物の荷重を、計量皿軸を介して半導体あるいは電磁力バランス式の荷重センサに伝達するとともに、荷重センサによって検出された荷重検出信号を一定時間ごとにサンプリングしてディジタル信号に変換し、このディジタル信号をマイクロコンピュータによる演算処理部でデータ処理して計量値を算出し、この計量値を表示器に表示させるようにしたものである。この電子天びんに被計量物を載置した時点からの荷重検出信号には、図３の応答特性に示すような時間的変化が見られる。

荷重検出信号は、荷重を負荷した時点から図３に示すようなステップ状立上り期間、振動収斂期間、安定状態期間からなるステップ状の変化をするので、例えば０．１秒間隔で荷重検出信号をサンプリングした場合は、サンプリング値から算出される計量値のばらつきが大きい。このため、安定した計量値を得るために、例えば連続した５点毎のサンプリング値の移動加算平均を行なって０．１秒毎に計量値を算出し、この計量値を表示する方式が従来から採られている。

また、高精度の電子天びんにおいては、前記のような過渡特性のばらつき以外に、例えば設置場所における微小振動の影響や電気的ノイズなどによって計量値がばらつき計量の障害となるので、このような電子天びんにおいては、先の移動加算平均に加えてディジタルフィルタによる平滑化処理を行ない計量値をより安定化させる各種の方法が用いられている（例えば特許文献１、２参照。）。

さらに、非常に細かな最小読取値を有する高精度、高分解能の電子天びんにおいては、外部からの風によって起こる空気の対流や温度変化による影響が誤差原因となるため、これらの誤差要因の影響を除去するために風防が用いられている。この風防付き電子天びんの外観例を図４に示すように、風防１は、矢印方向に開閉可能な風防ガラス右１ａ、風防ガラス左１ｂ、風防ガラス上１ｃと、固定の風防ガラス対面１ｄから構成されており、試料の出し入れは、風防ガラス右１ａあるいは風防ガラス左１ｂ、場合によっては風防ガラス上１ｃのいずれかを矢印方向に移動させることにより行なわれが、これらの風防ガラスを開閉した場合、電子天びん内部と周囲との温度差によって秤量室３内に対流が発生する。

いま、図５に示すように荷重検出部４付近の温度をＴｓ、秤量室３内の温度をＴｃ、電子天びん周囲の温度をＴｅとし、Ｔｓ＞Ｔｃ、Ｔｅである場合、荷重検出部４から秤量室３内への上昇気流８が発生する。しばらくして、荷重検出部４と秤量室３内の温度差が小さくなると対流が収まる。上昇気流８が起こっている間は計量皿２が浮力を受けることにより、荷重検出部４に加わる荷重が減少し、対流が収まると前記浮力が無くなり荷重検出部４に元の荷重が加わる。このような対流の影響は、計量表示値のゼロ点が徐々に移動する、いわゆるゼロドリフト現象として現れる。このゼロドリフトを解消するため、従来、荷重検出値の変化量が予め設定された判断基準値を超えない場合は、その変化はゼロドリフトに起因するものと判断して計量表示値のゼロ点を移動させないゼロトラッキング機能を有するものや風防扉に扉開閉センサを取り付け、風防１の扉が開いているときには前記ゼロトラッキング機能を無効とする電子天びんなどが実用化されている（例えば、特許文献３参照。）。
特公平７−１５４０５号公報特公平６−７６９０８号公報特開２００３−１５６３８６号公報

風防付きの電子天びんにおいては、図５に示すように荷重検出部４付近の温度が、秤量室３内の温度や電子天びん周囲の温度より高いとすると、荷重検出部４から秤量室３内へ上昇気流８が発生するとともに、荷重検出部４と秤量室３内の温度差が小さくなると対流が収まる。上昇気流８が起こっている間は計量皿２が浮力を受けることにより、表示される荷重値が小さくなる方向へ緩やかに変化し、対流が収まっていくにつれて、小さくなった荷重値が元に戻るように緩やかに変化する。この間、常に荷重計量値表示を安定して表示させるための平滑化処理がかかっていると、対流が収まった後でも対流の影響による計量表示の緩やかな変化がしばらく持続する。

従来の電子天びんは、計量値の変化量の大きさによって計量値の平滑化処理を開始するか停止するかを判断しており、特に風防開閉によって生じる対流などの小さな計量値の変化量では常に平滑処理が効いた状態のままとなり、計量値が安定したように見えても表示される計量値が緩やかに変化し続け、どの時点の値を読み取ればよいのか判断しにくいという問題がある。
本発明は、上記の問題点に鑑みて発明されたもので、対流による緩やかな計量値の変化を検知し、適切な応答時間で確実な計量値を表示する電子天びんを提供することを目的とする。

開閉可能な風防と、当該風防内の秤量室に配置された計量皿と、当該計量皿に連結され、荷重を検出する荷重検出部と、当該荷重検出部で得られた荷重検出データを重量値に変換した計量値データを時系列データとして出力する制御演算部と、前記秤量室内における対流の状態を前記時系列データに基づいて判定する判定手段と、前記判定手段によって、前記対流が収まったと判定されたときに、前記計量値データの平滑化処理を開始するとともに、前記判定手段によって、前記対流が発生したと判定されたときに、前記計量値データの平滑化処理を解除する平滑化手段と、前記判定手段によって、前記対流が収まったと判定され、前記計量値データが完全に収束したときに、平滑化処理された前記計量値及び読み取り可能信号を表示する手段とを具備している。
本発明の電子天びんは、上記のように構成されており、風洞開閉により発生する対流に起因する計量値の緩やかな変化による読み取りの困難性を無くし、正確な計量を行うことができる。

本発明の電子天びんは、風防開閉によって発生する対流を検知し、対流が発生している場合はその収まりを検知してから平滑化処理を開始することで、適切な応答時間で確実な計量値を測定者に対して表示することができる。

本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。図１は、本電子天びんの制御演算機能を示すフローチャート図、図２は、本発明の電子天びんの概略構成を示すブロック構成図である。本電子天びんは、図２に示すように計量皿２を中央部に配設した開閉可能な風防１付きの秤量室３と、前記計量皿２に連結され、その荷重を検出する荷重検出部４と、荷重検出部４からの荷重検出信号をサンプリングしてＡＤ変換を行ない、得られた荷重検出データを演算処理して重量値に換算した計量値データを出力する制御演算部５と、この計量値を表示する液晶画面を備えた表示器６と、演算処理内容を指令する操作部７から構成されている。

前記荷重検出部４は、計量皿２の支持軸に連結された荷重検出機構（図示せず）と、この荷重検出機構に結合され、伝達された荷重を検出する半導体センサあるいは電磁力バランス式の荷重センサ（図示せず）とで構成されている。また、前記制御演算部５は、ＡＤ変換器５１、ＣＰＵ５２及びメモリ５３から構成され、前記メモリ５３には、荷重検出値の変動形態が荷重負荷状態にあるか、対流状態にあるか、あるいは対流が収まった安定状態にあるかを識別して、荷重検出データへの平滑化処理を開始したり、解除したりする制御演算プログラムを格納している。また、前記操作部７には、風防開閉によって秤量室３内に発生する対流を検知する演算処理プログラムを常時運用するモード（自動モード）と、必要に応じて対流を検知する演算処理プログラムを運用するモード（手動モード）を切り替えるためのモード切替スイッチ７１と手動モードで対流検知を行なうオンオフスイッチ７２が設けられている。

前記荷重検出部４によって検出される荷重検出信号は、制御演算部５によって一定時間間隔、たとえば０．１秒毎にサンプリングホールドされるとともに、その都度ＡＤ変換され０．１秒毎の時系列データ{Ｘｎ}に変換される。この時系列データは次式に示すように、例えば、連続５点づつ移動加算平均処理され、０．１秒毎の時系列データ{Ｙｎ}に変換される。ただし、時刻ｔｎにおけるサンプリングデータをＸｎ、移動平均値をＹｎとする。

この時系列データ{Ｙｎ}は自動モードにおいて、図１の実線で示したフローチャートに従い前記制御演算部５で演算処理される。

次に、自動モードにおける演算処理の動作手順を図１、図３を参照しながら説明する。被計量物を計量皿２に載置すると、荷重検出信号は図３に示すように応答し、時系列データ{Ｘｎ}は制御演算部５において時系列データ{Ｙｎ}に変換される。この時系列データ{Ｙｎ}から先ず一定時間間隔毎の計量値変化量ΔＷｎが算出される。この計量値変化量ΔＷｎは、第１判定ブロックＢ１において基準値ΔＷ１と比較される。計量値変化量ΔＷｎが同一方向の変化（同一符号）であって、その大きさが基準値ΔＷ１を越えると判定された場合には、ディジタルフィルタを用いた平滑化処理は行なわれず（解除）、時系列データ{Ｙｎ}が計量値として表示される。この場合の計量値は一般的に図３のステップ状立上り期間中の時系列データ{Ｙｎ}に該当している。

前記計量値変化量ΔＷｎが同一方向で、その大きさが基準値ΔＷ１以下であると判定された場合は、計量値変化量ΔＷｎは第２判定ブロックＢ２において基準値ΔＷ２と比較される。計量値変化量ΔＷｎの符号の変化に係わらず、その大きさが基準値ΔＷ２を越えると判定された場合には、ディジタルフィルタを用いた平滑化処理は行なわれずに、時系列データ{Ｙｎ}は計量値として表示される。この場合の計量値は一般的に図３の振動状態期間中の時系列データ{Ｙｎ}に該当している。

一方、前記計量値変化量ΔＷｎの符号の変化に係わらず、その大きさが基準値ΔＷ２以下であると判定された場合には、第３判定ブロックＢ３において基準値ΔＷ３と比較される。この計量値変化量ΔＷｎの大きさが基準値ΔＷ３以下となるとともに、一旦減少した計量値が増加している場合には、対流による変化であると判定し、平滑化処理は行なわれず時系列データ{Ｙｎ}は計量値として表示される。この場合の計量値は対流の影響を受けている期間の時系列データ{Ｙｎ}に該当する。

そして、前記計量値変化量ΔＷｎが基準値ΔＷ３以下で一定期間持続している場合は、対流が収斂した安定状態期間中であると判定して、時系列データ{Ｙｎ}にディジタルフィルタを用いた平滑化処理を行ない時系列データ{Ｚｎ}に変換して、この時系列データ{Ｚｎ}を計量値として読取可能を示す表示信号とともに表示する。

手動モードにおける演算処理においては、通常、図１のフローチャートの点線で示したように対流検知は省略されており、対流の発生が無視できる環境条件において主に使用され、対流の発生による緩慢な計量値の変化が認められる場合にだけ、前記オンオフスイッチ７２をオンすることにより、自動モードと同様な対流検知を行なうようにしている。

本発明は、実施例において示したように、対流発生中にサンプリングされた荷重検出データに平滑化処理を行なうことを中止し、対流が収斂した時点で平滑化処理を行なうことによって緩慢な計量値の遅れを無くすようにしたものであり、実施例に限定されるものではなく、例えば、時系列データ{Ｙｎ}は時系列データ{Ｘｎ}を移動加算平均により変換したものであるが、算術加算平均により変換してもよく、また加算点数は電子天びんの性能により任意の点数を選ぶことができる。

本発明の電子天びんの動作を説明するフローチャート図である。本発明の電子天びんの概略構成図である。電子天びんの応答特性図である。風防付き電子天びんの外観図である。風防付き電子天びんにおける対流発生模式図である。

符号の説明

１風防
１ａ風防ガラス右
１ｂ風防ガラス左
１ｃ風防ガラス上
１ｄ風防ガラス対面
２計量皿
３秤量室
４荷重検出部
５制御演算部
５１ＡＤ変換器
５２ＣＰＵ
５３メモリ
６表示器
７操作部
７１切替スイッチ
７２オンオフスイッチ
８上昇気流
Ｂ１第１判定ブロック
Ｂ２第２判定ブロック
Ｂ３第３判定ブロック
Ｔｃ温度
Ｔｅ温度
Ｔｓ温度

Claims

開閉可能な風防と、
当該風防内の秤量室に配置された計量皿と、
当該計量皿に連結され、荷重を検出する荷重検出部と、
当該荷重検出部で得られた荷重検出データを重量値に変換した計量値データを時系列データとして出力する制御演算部と、
前記秤量室内における対流の状態を前記時系列データに基づいて判定する判定手段と、
前記判定手段によって、前記対流が収まったと判定されたときに、前記計量値データの平滑化処理を開始するとともに、
前記判定手段によって、前記対流が発生したと判定されたときに、前記計量値データの平滑化処理を解除する平滑化手段と、
前記判定手段によって、前記対流が収まったと判定され、前記計量値データが完全に収束したときに、平滑化処理された前記計量値及び読み取り可能信号を表示する手段と
を具備してなることを特徴とする電子天びん。