JP4776808B2 - Mass measuring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は質量計測装置に係り、特に温度変化に対する計量値の補正を正確に行えるようにした質量計量装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電磁平衡式の秤量装置をはじめとして、微細な質量の計測が可能な質量計測装置においては、電磁部等の荷重センサの温度特性、或いはこの荷重センサに荷重を伝達する機構の温度特性等に起因して、温度変化に対応して計量値が変動してしまう。とりわけ、質量計測装置として最も高精度な機構を構成できる電磁平衡式の装置においては上記温度の影響は大きく、このため装置の外部温度や、計量装置内温度を検知し、この検知結果に基づいて計量値を補正する手法が採用されている。以下、特に断らないかぎり実施例も含めて電磁平衡式の装置を例に説明刷る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
電磁平衡式の質量計測装置においては、装置周囲の温度変化或いは装置自体の発熱等の温度変化の影響を受け、計量値が変化することが知られており、上述のような対策が実施されている。計量値の変化は、マグネット自体が有している温度係数、或いは機械的構成を有する機構部、具体的には電磁平衡式計量装置における荷重伝達機構、この機構を案内するロバーバル機構など各種の機構を構成する多数の部品の線膨張係数の相違による機構の僅かな変形等に起因する。
【0004】
通常この計量値の補正は、電磁部、例えばこの電磁部の一部を構成するマグネット10(図1参照)近傍に配置された温度センサにより計測された温度データに基づいてソフト的に補正されることにより実現されている(特開平5−59253号、特開平7−982341号、特開平7−120299号等)。
【0005】
電磁部に温度センサを配置する方式は、定常状態における計量時には比較的良好な補正が可能であるが、計測装置外部の温度の変化が過渡期にあるときには、電磁部の温度センサから出力された温度データによっては十分な補正を行うことができない。このため、計量装置の周囲の温度を検知する温度センサを設けたものも提案されている(特開2000−39356号等)。しかし、この温度センサはあくまでも計量装置の周囲の温度を計測するにとどまり、この周囲の温度が計量装置内の機構や計量センサ等に与える温度的影響を直接検知するものではない。
【0006】
即ち、電磁平衡式計量装置の機構を構成する各部品の線膨張係数の相違による機構の僅かな変形等は各部材の変形の複雑な組み合わせにより生じるものであるため、外部温度を計測しても、結局のところその変形の影響を定量的に捉えることは非常に困難である。このため計量値の変化は主として電磁部の温度係数に依存するものとして、この電磁部の検知温度により計量値が補正されているのが実情である。
【0007】
また、電磁部は熱容量が大きく、しかも図1の構成からも明らかなとおり装置の中心部に配置されることが多いため、外部の温度変化による影響を比較的受け難く、従ってこの電磁部の温度変化と計量値の変化は比較的良好に対応する。これに対して、複雑な構成を有する荷重伝達機構やロバーバル機構等の機構部は、前述のとおりその配置部からしても前記電磁部よりも外部温度の影響を受け易い位置にある。従って、これらの機構部の温度特性をより正確に検知することができれば、計量値の補正をより正確に行うことが期待できる。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記に基づき構成されたものであって、質量計測装置の各機構部を構成する部品のうち、ロバーバル機構を構成する部品やこのロバーバル機構に案内されて作動するビーム等、温度変化が計量値に大きく影響する部品に対して、当該部品と同じ熱伝導率及び熱容量を有する材料からなる部材を、温度検知用参照部材(以下単に「参照部材」と称する)としてこれら部品とは別途に形成し、この参照部材に対して温度センサを設けて温度を検知し、当該参照部材において検知した温度データにより計量値の補正を行うよう構成したことを特徴とする質量計測装置である。
【0009】
【発明の実施の形態】
試料の荷重を伝達する荷重伝達機構或いはロバーバル機構を構成する部材のうち、その温度変化が計量値に影響する部材、例えば試料の荷重をビーム側に伝達する接続部材と同じ材料からなる参照部材を当該接続部材の近傍に配置する。この参照部材には温度センサが設けられ、温度センサは直接的にはこの参照部材の温度を検出する。計量値はこの参照部材において検出された温度データにより補正される。
【0010】
次に本発明の構成の一例を示す図1を用いて、本発明を構成するに至った経緯を説明する。
図中符号1は上部副桿、2はこの上部副桿と平行に配置された下部副桿であって、両副桿1、2の一端は機構全体を支持するフレーム3に対して接続部材4、5を介して各々接続している。一方これらの上下の副桿1、2の他端には前記と同様の構成の接続部材7、8を介して浮き枠6が上下動可能に接続している。これらフレーム3、上下の副桿1、2及び浮き枠6によりロバーバル機構が構成されている。
【0011】
一方フレーム3内には電磁部が収納されている。この電磁部はヨーク9、ヨーク9内に配置したマグネット10と、このマグネット10の上部に位置するポールピース11と、このポールピース11の周囲に位置するコイル12とから成っている。コイル12はボビン13に巻き付けられており、かつボビン13はビーム14に固定してあり、ビーム14と共に昇降するよう構成されている。ビーム14は前記フレーム3に対して接続部材15により接続しており、かつこの接続部材15を支点として揺動するよう構成されている。
【0012】
上記の構成において、秤量皿16に対して試料が載置されるとその荷重は浮き枠6に伝えられ、ロバーバル機構に案内されながら接続部材17を介してビーム14に伝達される。これによりビーム14には前記接続部材15を支点として回動するように力が加わる。この力はビーム14に接続しているボビン13を介して前記コイル12に伝達され、このコイル12を変位させようとする。この変位はセンサSにより検出され、その変位を打ち消し当該ビーム14を平衡させるようにコイル12に電力が供給され、この電気量を計測することにより前記試料の重量を測定する。
【0013】
上記構成において、試料の荷重を伝達する荷重伝達機構或いはロバーバル機構を構成する部材のうち、その温度変化が計量値に影響を与えるものとして例えば接続部材17或いは接続部材15等が考えられる。この場合接続部材17或いは接続部材15等に直接温度センサを取り付けると、温度センサ或いはこの温度センサに接続するケーブル等がこれら接続部材の剛性、或いは変位に悪影響を与えることになる。
【0014】
本発明は、接続部材17又は接続部材15と同じ熱伝導率及び熱容量を有する材料、例えばこの接続部材17又は接続部材15と同一の材料からなる部品を、温度検出専用の部材である参照部材として別途構成し、当該参照部材を、例えばこれら接続部材17或いは接続部材15の近傍に設け、この参照部材に温度センサ等の温度検知手段を設けて当該参照部材の温度を計測し、この計測値により、接続部材17或いは接続部材15における熱的影響を質量計測装置WMの機構に悪影響を与えることなく、間接的にほぼ正確に検出し、これによって当該質量計測装置WMの計量値を正確に補正するよう構成したことを特徴とする質量計測装置である。
【0015】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参考に具体的に説明する。
図2において、符号20は接続部材15および接続部材17と同じ材質からなる温度検出用の参照部材である。つまりこの参照部材20は接続部材15および接続部材17と同じ熱伝導率、熱容量を有し、これら接続部材15および接続部材17と熱的に等質な構成となっている。また参照部材20の形状及び大きさを、当該参照部材20の対象となっている部品とほぼ同一形状かつ同大とすれば、当該参照部材20の計測温度を前記接続部材15や接続部材17の温度により一層近似させることが期待できる。
【0016】
この参照部材20は接続部材15及び接続部材17と、同等の熱的影響を受ける位置、より具体的にはこれら接続部材15及び接続部材17が配置されている空間と連続した空間でかつ当該接続部材15及び接続部材17の近傍において、荷重伝達機構及びロバーバル機構の作動に影響がないよう、これらの機構からは独立してフレーム3に対して固定されている。なお、参照部材20はこれら接続部材15及び接続部材17と同等の熱的影響を受けることが可能であれば、必ずしもこれら接続部材15及び接続部材17に近接して配置する必要はない。
【0017】
次に、符号TS1は参照部材20に設けられた温度センサであって、この温度センサTS1から出力された参照部材20の温度データが計量値の補正用データとして用いられる。
【0018】
符号21は、接続部材17に対してより近接して配置した参照部材である。接続部材15と接続部材17とが僅かながら温度差が生じていれば、接続部材17と配置空間部が連続していても、この接続部材17に対してより近接した位置に参照部材21を配置すればより高精度の補正が期待できる。なお符号TS3は参照部材21に設けられた温度センサである。
【0019】
以上、本発明を電磁平衡式の質量計量装置を例に説明したが、例えばロードセル式計量装置等、他の構成の質量計や重量計に対して、或いはこれら質量計測装置を構成の一部とする水分計等の質量計測装置を応用した装置に対しても本発明が実施可能であることは当業者において容易に推察可能である。
【0020】
また、上記各実施例では、参照部材は何れの場合もフレーム3等、荷重を伝達し、或いは荷重を計測する機構側に設けているが、接続部材15、17等と配置空間が連続し、当該接続部材の温度を間接的に、かつ正確に計測できれば、当該参照部材は機構部側でなく、例えば装置の筐体の内壁等、温度計測の対象となる部材が設けられている機構とは別の対象に取り付けるように構成することも可能である。
【0021】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば電磁平衡式の装置のように、電磁部に荷重を伝達する機構を構成する部品のうち、その温度変化が質量計測装置の計量値に影響を与える部材と熱的に同等の性質を有する材料からなる参照部材を構成し、かつこの参照部材を温度検出の対象となる部品と熱的に同等の影響を受ける場所に配置し、かつこの参照部材の温度を計測することにより、当該荷重伝達機構に悪影響を与えることなく計量値の変化に響を与える部品の温度を間接的に計測し、かつこの計測温度データにより当該計量値の変化を効果的に補正することが可能となる。
【0022】
また、本発明では計量値の変化の補正はあくまでもソフトウエアとして実行するため、断熱構造を設置する等して外部温度を積極的に遮断する必要がなく、このため装置の複雑化、大型化等の問題も避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施対象の一例を示す、電磁平衡式秤量装置の機構部の断面図である。
【図2】図1に示す質量計測装置WMの機構中心部を示す一部破断斜視図である。
【符号の説明】
3 フレーム
6 浮き枠
10 マグネット
11 ポールピース
12 コイル
13 ボビン
14 ビーム
15 接続部材
17 接続部材
20 参照部材
21 参照部材
TS1 温度センサ(参照部材20用)
TS2 温度センサ(電磁部用)
TS3 温度センサ(参照部材21用)
WM 質量計測装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mass measuring apparatus, and more particularly, to a mass measuring apparatus capable of accurately correcting a measured value with respect to a temperature change.
[0002]
[Prior art]
In mass measuring devices that can measure fine masses, including electromagnetic balance weighing devices, the temperature characteristics of load sensors such as electromagnetic parts, or the temperature characteristics of mechanisms that transmit loads to these load sensors, etc. Thus, the measured value fluctuates corresponding to the temperature change. In particular, in the electromagnetic balance type device that can constitute the most accurate mechanism as a mass measuring device, the influence of the temperature is large, and therefore, the external temperature of the device and the temperature inside the weighing device are detected, and based on the detection result. A method for correcting the measured value is adopted. Hereinafter, unless otherwise specified, an explanation will be made taking an example of an electromagnetic balance type apparatus including the embodiment.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In an electromagnetic balance type mass measuring device, it is known that the measured value changes due to the temperature change such as the temperature change around the device or the heat generation of the device itself. Yes. The change in the measured value is caused by various mechanisms such as a temperature coefficient of the magnet itself or a mechanical part having a mechanical structure, specifically, a load transmission mechanism in an electromagnetic balance type weighing device, and a rubber mechanism for guiding the mechanism. This is due to slight deformation of the mechanism due to differences in the linear expansion coefficients of a large number of parts constituting the.
[0004]
Usually, the measurement value is corrected in software based on temperature data measured by a temperature sensor arranged in the vicinity of an electromagnetic part, for example, a magnet 10 (see FIG. 1) constituting a part of the electromagnetic part. (Japanese Patent Laid-Open No. 5-59253, Japanese Patent Laid-Open No. 7-982341, Japanese Patent Laid-Open No. 7-120299, etc.).
[0005]
The method of placing the temperature sensor in the electromagnetic part can make a relatively good correction during measurement in the steady state, but when the temperature change outside the measuring device is in a transitional period, it is output from the temperature sensor of the electromagnetic part Depending on the temperature data, sufficient correction cannot be performed. For this reason, what provided the temperature sensor which detects the ambient temperature of a weighing device is also proposed (Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-39356 etc.). However, this temperature sensor merely measures the ambient temperature of the weighing device, and does not directly detect the temperature effect of the ambient temperature on the mechanism, the weighing sensor, or the like in the weighing device.
[0006]
In other words, slight deformation of the mechanism due to differences in the linear expansion coefficient of each component constituting the mechanism of the electromagnetic balance type weighing device is caused by a complicated combination of deformation of each member. After all, it is very difficult to quantitatively grasp the influence of the deformation. For this reason, the change in the measured value mainly depends on the temperature coefficient of the electromagnetic part, and the actual value is that the measured value is corrected by the detected temperature of the electromagnetic part.
[0007]
In addition, since the electromagnetic part has a large heat capacity and is often arranged at the center of the apparatus as is apparent from the configuration of FIG. 1, it is relatively unaffected by external temperature changes. Changes and changes in measurement values correspond relatively well. On the other hand, as described above, the mechanical parts such as the load transmission mechanism and the roberval mechanism having a complicated configuration are at positions where they are more easily affected by the external temperature than the electromagnetic part. Therefore, if the temperature characteristics of these mechanisms can be detected more accurately, it can be expected that the measurement value is corrected more accurately.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is configured based on the above, and among the components constituting each mechanism part of the mass measuring device, there is a temperature change such as a component constituting the Roverval mechanism or a beam guided and operated by this Roverval mechanism. for the component that greatly affects the metric, a member made of a material having the same thermal conductivity and heat capacity and the component, separately from these components as a reference member for temperature detection (hereinafter simply referred to as "reference member") The mass measuring device is formed and configured to detect a temperature by providing a temperature sensor for the reference member, and to correct the measurement value based on temperature data detected by the reference member.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Of the members constituting the load transmission mechanism or the global mechanism for transmitting the sample load, a member whose temperature change affects the measured value, for example, a reference member made of the same material as the connection member for transmitting the sample load to the beam side It arrange | positions in the vicinity of the said connection member. The reference member is provided with a temperature sensor, and the temperature sensor directly detects the temperature of the reference member. The measured value is corrected by the temperature data detected in this reference member.
[0010]
Next, with reference to FIG. 1 showing an example of the configuration of the present invention, the background to the configuration of the present invention will be described.
In the figure, reference numeral 1 denotes an upper auxiliary rod, 2 denotes a lower auxiliary rod arranged in parallel with the upper auxiliary rod, and one end of both
[0011]
On the other hand, an electromagnetic part is accommodated in the
[0012]
In the above configuration, when a sample is placed on the weighing
[0013]
In the above configuration, among the members constituting the load transmission mechanism or the robust mechanism for transmitting the load of the sample, the
[0014]
In the present invention, a material having the same thermal conductivity and heat capacity as the
[0015]
【Example】
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
In FIG. 2,
[0016]
This
[0017]
Next, reference numeral TS1 is a temperature sensor provided on the
[0018]
[0019]
As described above, the present invention has been described by way of an example of an electromagnetic balance type mass measuring device. However, for example, a load cell type weighing device or the like, or a mass meter or a weight meter of another configuration, or the mass measuring device as a part of the configuration. It can be easily estimated by those skilled in the art that the present invention can be applied to an apparatus to which a mass measuring apparatus such as a moisture meter is applied.
[0020]
In each of the above embodiments, the reference member is provided on the mechanism side that transmits the load or measures the load, such as the
[0021]
【The invention's effect】
According to the present invention, among components constituting a mechanism for transmitting a load to an electromagnetic part, for example, an electromagnetic balance type device, a member whose temperature change affects a measured value of a mass measuring device is thermally applied. Construct a reference member made of a material with equivalent properties, and place the reference member in a place where it is thermally affected by the part whose temperature is to be detected, and measure the temperature of the reference member This makes it possible to indirectly measure the temperature of a part that affects the change in the measured value without adversely affecting the load transmission mechanism, and to effectively correct the change in the measured value using this measured temperature data. It becomes.
[0022]
Further, in the present invention, the correction of the change in the measurement value is executed only as software, so there is no need to actively shut off the external temperature by installing a heat insulation structure, etc. The problem of can also be avoided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a mechanism portion of an electromagnetic balance type weighing device, showing an example of an object of the present invention.
2 is a partially broken perspective view showing a mechanism central portion of the mass measuring device WM shown in FIG. 1; FIG.
[Explanation of symbols]
3
TS2 Temperature sensor (for electromagnetic part)
TS3 Temperature sensor (for reference member 21)
WM mass measuring device
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