JP5925570B2

JP5925570B2 - 計量装置

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Publication number: JP5925570B2
Application number: JP2012091971A
Authority: JP
Inventors: 孝橋　徹; 孝橋　　徹; 松尾　孝徳; 孝徳松尾
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: JP2013221784A

Description

本発明は、計量装置に関し、特にロードセルを使用した計量装置における絶縁抵抗値の測定に関するものである。

ロードセルには、金属起歪体の起歪部にストレインゲージを貼付したものがある。ストレインゲージは、通常ポリイミドなどの絶縁性、耐水性を有する樹脂によって周囲を被われているので、容易に水分を通すことはない。また、ストレインゲージの構成要素である金属抵抗線への配線用の端子や、ロードセルから外部へケーブルを取り出す中継用の端子も樹脂製の絶縁板の上に設けられ、ストレインゲージと共にシリコンゴムやブチルゴムなどによって被われているので、容易に水分を通すことはない。

しかし、これらの樹脂やゴム剤は多孔質であるので、これらは基本的には水蒸気を通す。従って、ロードセルの長期使用によって、または使用環境によって、吸収した水蒸気が水分化して、ストレインゲージと、ストレインゲージが貼付されている金属起歪体との間の絶縁抵抗値が低下し、ロードセルの出力に基づく荷重信号の零点やスパンに測定後諭して影響を与える。

特に、気温差が大きく結露しやすい場所で使用される計量装置、計量部を日々水洗する必要のある計量装置、屋外設置の計量装置などの厳しい環境下で使用される計量装置は、荷重信号に無視できない誤差を与えるほど絶縁抵抗値が低下する可能性が大きい。そこで、絶縁抵抗値の大きさを判定し、所定の精度で計量装置を使用できなくなる前に、絶縁抵抗値の低下を報知する手段の装備が望ましい。

ロードセルにおける絶縁抵抗値の測定技術として、特許文献１の第５図に開示されたものがある。この技術では、ロードセルがストレインゲージからなるブリッジ回路を備えており、計量時には、ブリッジ回路の２つの電源励磁端間に測定用電源を接続し、ブリッジ回路の２つの出力端間の電圧を測定する。絶縁抵抗値を測定する場合、２つの電源励磁端の一方に、測定用電源と基準抵抗器との直列回路の一端を接続し、この直列回路の他端を延長ケーブルを介して大地に接続する。２つの電源励磁端の他方は、空き端子とする。ロードセルと大地との間には絶縁抵抗が存在するので、測定用電源からストレインゲージ、絶縁抵抗、大地、延長ケーブル、基準抵抗、測定用電源へ電流が流れ、基準抵抗に電圧が発生する。この電圧を増幅器で増幅し、Ａ／Ｄ変換器でデジタル化し、演算及び判定回路に供給して、絶縁抵抗値を測定する。絶縁抵抗値の測定用電源は、ブリッジ回路での荷重測定用に使用する増幅器等の電源とは、コモンラインが異なるものを使用している。そのため、ブリッジ回路励磁用と増幅器等用の２つの電源が準備されている。

特公昭６１−１６００６号公報

特許文献１の技術によれば、荷重信号の測定または絶縁抵抗の測定のために、荷重信号測定用のブリッジ回路用電源、演算増幅器等用の電源、絶縁抵抗値測定用の電源の３つの電源を使用しなければならない。このような測定方法では、荷重信号の測定と共に絶縁抵抗値の測定をするのに多くの電源を必要として、コスト高になる。

本発明は、荷重信号の測定用にも絶縁抵抗値の測定用にも共通の１つの電源を用いるようにして、コストの低減を図った計量装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の計量装置は、金属起歪体を有している。金属起歪体は、複数の起歪部にそれぞれにストレインゲージが貼着されている。金属起歪体としては、例えばロバーバル型のものも使用することができるし、コラム型のものを使用することもできる。前記複数のストレインゲージを含むブリッジ手段が設けられている。ブリッジ手段には、ストレインゲージの他に、例えば温度補償用抵抗手段などが含まれることもある。ブリッジ手段は、例えばホイーストンブリッジ回路で、２つの電源励磁端と、２つの出力端とを有している。ブリッジ回路の２つの電源励磁端に接続線を介して２つの電源励磁端子が接続されている。ブリッジ回路の２つの出力端に接続線を介して２つの測定用端子が接続されている。また、電圧測定手段が設けられている。コモンラインとノーマルラインとを有する電源手段は、コモンライン及びノーマルラインとが前記電圧測定手段に接続されている。さらに、ノーマルラインが前記２つの電源励磁端子の一方に接続されている。前記金属起歪体または前記金属起歪体が接触している導体と、前記電源手段の前記コモンラインとの間に基準抵抗手段が接続されている。荷重信号の電圧測定時には、電源手段のコモンラインが電源励磁端子の他方に接続され、前記電圧測定手段が前記２つの測定用端子を介して前記ブリッジ手段の２つの出力端間に発生している荷重信号の電圧を測定する。絶縁抵抗の測定時には、電圧測定手段が、電源手段のノーマルラインから、ストレインゲージ並びに各電源励磁端子及び測定用端子と金属起歪体または前記導体との間の絶縁抵抗を介してコモンラインに流れる電流によって基準抵抗手段に発生する電圧を測定する。

このように構成された計量装置では、使用されている電源手段は、絶縁抵抗値を測定するために使用する基準抵抗手段と電圧測定手段とに対して共通であり、複数種類の電源手段を設ける必要が無く、計量装置のコストを低減することができる。

前記電圧測定手段は、前記荷重信号の測定時に、前記２つの出力端間に発生した荷重信号の電圧が前記２つの測定用端子を介して直接に供給される荷重信号測定用演算増幅器と、前記絶縁抵抗の測定時に、前記基準抵抗手段の両端間に発生する電圧が直接に供給される絶縁抵抗測定用の演算増幅器とを、具備するものとすることができる

このように構成された計量装置では、荷重信号測定用演算増幅器及び絶縁抵抗測定用の演算増幅器のどちらにも直接に電圧が供給されており、切換回路を備えていない。従って、漏れ電流等の影響を受けずに低電圧レベルでも高精度に絶縁抵抗値や荷重信号を測定することができる。

ストレインゲージ及びブリッジ手段が内部に収容され、内部と外気との気体流通が遮断された金属ケースを設けることもできる。この場合、金属ケースに、金属ケースと外気との気体流通を遮断するように設けられ、かつ前記電源励磁端子と前記測定用端子とが設けられている気密栓を設ける。気密栓に絶縁抵抗値検出ピンが設けられ、前記絶縁抵抗値検出ピンと前記コモンラインとの間に前記基準抵抗手段が接続されている。

このように構成すると、金属ケース内のブリッジ手段等で絶縁抵抗値が低下する可能性が少ない。しかし、気密栓で結露等が生じて、２つの電源端子や２つの測定用端子と気密栓との間の絶縁抵抗値が低下する可能性があるが、気密栓に絶縁抵抗値検出ピンを設けているので、上記絶縁抵抗値を測定することができる。

前記電圧測定手段は１つの演算増幅器を有するものとすることができる。この場合、前記荷重信号の測定時に２つの測定用端子を介して２つの出力端間に発生している電圧が前記演算増幅器に供給され、絶縁抵抗値の測定時に前記基準抵抗手段の両端間の電圧が前記演算増幅器に供給されるように、前記演算増幅器に供給される電圧を切り換える切換手段が設けられている。このように構成すると、演算増幅器を１台だけ使用すればよいので、コストの低減を図ることができる。

前記絶縁抵抗値測定手段は、前記ブリッジ回路の出力が正常な状態において前記基準抵抗手段の両端間電圧を初期値として記憶し、前記基準抵抗手段の両端間電圧の前記初期値からの変化量によって、絶縁抵抗値の大きさを評価する絶縁抵抗評価手段を設けることができる。このように構成すると、絶縁抵抗値の初期値からの変化分を測定することができる。

以上のように、本発明によれば、荷重信号を測定する場合または絶縁抵抗値を測定する場合にブリッジ手段を励磁する電源と、電圧測定手段を励磁する電源とを、別個に準備せずに共通の１つのものを使用することができ、計量装置のコストを低減することができる。また、本発明の特定の態様によれば、後述するように、ブリッジ手段の荷重信号の測定用端子から演算増幅器に電圧を供給する経路に、切換手段を設ける必要が無く、高精度の測定ができる。

本発明の第１の実施形態の計量装置のロードセル及び電圧測定回路のブロック図である。図１の計量装置の縦断面図である。図１の計量装置のブロック図である。本発明の第２の実施形態の計量装置のロードセル及び電圧測定回路のブロック図である。本発明の第３の実施形態の計量装置のロードセル及び電圧測定回路のブロック図である。本発明の第４の実施形態の計量装置の縦断面図である。図６の計量装置の気密端子盤５８の縦断面図である。

本発明の第１の実施形態の計量装置は、図２に示すようにロードセル１を有している。このロードセル１は、例えばコラム型の金属起歪体２を有している。その金属起歪体２に形成した起歪部４に、複数、例えば４つのストレインゲージ６が貼着されている。コラム型の金属起歪体２及びそれに対するストレインゲージ６の貼着技術は周知であるので詳細な説明は者略する。

この金属起歪体２は、ケース８内に収容されている。ケース８は、例えば金属製のベース８ａを有し、その上に起歪体２が配置され、起歪体２の周囲を胴部８ｂが包囲し、胴部８ｂの上部に蓋部８ｃが取り付けられている。

各ストレインゲージ６は、図１に示すようにブリッジ手段、例えばホイーストンブリッジ回路１０を構成している。なお、ホイーストンブリッジ回路１０では、温度補償用等にストレインゲージ６以外の抵抗器を含むこともあるが、この実施形態では、ストレインゲージ６以外の抵抗器を含んでいないホイーストンブリッジ回路を示している。このホイーストンブリッジ回路１０は、対向する２つの電源励磁端１０ａ、１０ｂと、対向する２つの出力端１０ｃ、１０ｄを有している。電源励磁端１０ａは、端子板１２に設けた電源励磁端子１４に配線を介して接続され、電源励磁端１０ｂも端子板１２に設けた電源励磁端子１６に配線を介して接続されている。同様に、出力端１０ｃは、端子板１２に設けた測定用端子１８に接続され、出力端１０ｄは、端子板１２に設けた測定用端子２０に接続されている。端子板１２は、図２に示すようにケース８の胴部８ｂに取り付けられている。

ロードセル１は、図３に示すように指示計２２に接続されている。指示計２２は、電圧測定手段、例えば電圧測定回路２４を有し、更に演算回路２６、操作・設定スイッチ２８及び表示部３０も有している。

図１に示すように、電圧測定回路２４は、電源励磁端子３２、３４、測定用端子３６、３８を有している。電源励磁端子３２は、ロードセル１の電源励磁端子１４にケーブルを介して接続され、電源励磁端子３４は、ロードセル１の電源励磁端子１６にケーブルを介して接続されている。測定用端子３６は、ロードセル１の測定用端子１８にケーブルを介して接続され、測定用端子３８はロードセル１の測定用端子２０にケーブルを介して接続されている。

電源励磁端子３２は、電源手段、例えば電源４０のノーマルにノーマルラインＮを介して接続されている。電源励磁端子３４は、切換手段、例えばアナログスイッチまたはリレー４２の接点４２ａに接続されている。アナログスイッチまたはリレー４２は、接点４２ｂと接触子４２ｃも有し、接触子４２ｃが接点４２ａ、４２ｂのいずれかに接触する。接点４２ｂは、空き接点とされ、接触子４２ｃは電源４０のコモンにコモンラインＣを介して接続されている。

測定用端子３６は、切換手段、例えばアナログスイッチ４４の接点４４ａに接続されている。アナログスイッチ４４は、接点４４ｂ及び接触子４４ｃも有し、接触子４４ｃは接点４４ａまたは接点４４ｂに接触する。接点４４ｂは、一端がコモンラインＣに接続された基準抵抗手段、例えば予めた抵抗値を持つ基準抵抗器４６の他端に接続されている。この基準抵抗器４６の他端は、絶縁抵抗値測定用端子４８に接続されている。この絶縁抵抗値測定用端子４８は、ケーブルを介して金属起歪体２の任意の位置または金属起歪体２が接触している導体、例えばケース８の金属製ベース８ａの任意の位置である絶縁抵抗値測定点５０に接続されている。接触子４４ｃは、増幅手段、例えば演算増幅器４５の一方の入力端子に接続されている。

測定用端子３８は、切換手段、例えばアナログスイッチ５２の接点５２ａに接続されている。アナログスイッチ５２は、接点５２ｂ、接触子５２ｃも有し、接触子５２ｃは、接点５２ａ、５２ｂのいずれかに接触する。接点５２ｂは、コモンラインＣに接続されている。接触子５２ｃは、演算増幅器４５の他方の入力端子に接続されている。なお、演算増幅器４５の入力側及び出力側に設けられる回路は、図示を省略している。

アナログスイッチ４４、５２に代えてリレーを使用することも可能である。しかし、ロードセル１の測定用端子３６、３８間の電圧は、ロードセル１に定格負荷を印加した場合でも数ｍV程度であり、高精度を得るためには１μＶ以下の電圧変動が問題になる。従って、温度変化によって大きい熱起電力を生じるリレーを使用すると、高精度の計量ができないので、アナログスイッチ４４、５２の使用が望ましい。

アナログスイッチまたはリレー４２及びアナログスイッチ４４、５２は、図３に示す演算回路２６によって制御される。演算回路２６は、アナログスイッチまたはリレー４２及びアナログスイッチ４４、５２を、荷重信号の測定モードと、絶縁抵抗値の測定モードとに制御する。荷重信号の測定モードでは、アナログスイッチ４２またはリレー４２及びアナログスイッチ４４、５２の接触子４２ｃ、４４ｃ、５２ｃが接点４２ａ、４４ａ、５２ａに接触する。絶縁抵抗値の測定モードでは、アナログスイッチまたはリレー４２及びアナログスイッチ４４、５２の接触子４２ｃ、４４ｃ、５２ｃが接点４２ｂ、４４ｂ、５２ｂに接触する。電源４０のコモンは、荷重信号の測定モードのときも、絶縁抵抗値の測定モードのときも、コモンラインＣに接続されている。

荷重信号の測定モードでは、ホイーストンブリッジ回路１０の電源励磁端１０ａ、１０ｂがアナログスイッチまたはリレー４２の接触子４２ｃが接点４２ａに接触したことにより、電源励磁端子１４、１６、３２、３４、アナログスイッチまたはリレー４２を介して、電源４０のノーマルラインＮとコモンラインＣとに接続され、ホイーストンブリッジ回路１０の出力端１０ｃ、１０ｄが測定用端子１８、２０、３６、３８、アナログスイッチ４４、５２を介して、演算増幅器４５の入力側に接続され、ホイーストンブリッジ回路１０の出力端１０ｃ、１０ｄ間に発生している出力、例えば電圧が演算増幅器４５で増幅される。従って、起歪体２に印加されている荷重を検出することができる。

絶縁抵抗値の測定モードでは、アナログスイッチまたはリレー４２の接触子４２ｃが接点４２ｂに接触していることにより、ホイーストンブリッジ回路１０の電源励磁端１０ｂは、電源４０のコモンラインＣから切り離される。また、アナログスイッチ４４、５２の接触子４４ｃ、５２ｃが接点４４ｂ、５２ｂに接触していることによって、演算増幅器４５の入力側に基準抵抗器４６の両端が接続される。この状態では、ストレインゲージ６自身と絶縁抵抗値測定点５０との間は、図１に破線で示すように絶縁抵抗で接続されている。また、ホイーストンブリッジ回路１０の電源励磁端１０ａ、１０ｂ、出力端１０ｃ、１０ｄと絶縁抵抗値測定点５０との間も破線で示すように絶縁抵抗で接続されている。その結果、電源４０のノーマルラインＮから電源励磁端子３２、１４、ホイーストンブリッジ回路１０の電源励磁端１０ａを経て、ストレインゲージ６から絶縁抵抗を介して電流が絶縁抵抗値測定点５０に流れ、同じく電源励磁端１０ａ、１０ｂ、出力端１０ｃ、１０ｄから絶縁抵抗を介して電流が絶縁抵抗値測定点５０に流れる。これら電流は絶縁抵抗値測定用端子４８、基準抵抗器４６を介して電源４０のコモンラインＣに流れる。そして、基準抵抗器４６に発生した電圧が演算増幅器４５で増幅される。

荷重信号の測定モードであれ、絶縁抵抗値の測定モードであれ、演算増幅器４５の出力は、Ａ／Ｄ変換手段、例えばＡ／Ｄ変換器５４に供給され、デジタル化され、演算回路２６に供給される。

なお、演算増幅器４５もＡ／Ｄ変換器５４も電源４０のノーマルラインＮとコモンラインＣとに接続され、電源４０から動作電力が供給されている。図示していないが、演算回路２６や操作・設定スイッチ２８や表示部３０も同様である。即ち、電圧測定回路２４の各構成要素の励磁用電源は、ブリッジ回路１０の励磁用電源と共用されている。

演算回路２６は、ＣＰＵやメモリ及び入出力回路から構成されており、上述したようにアナログスイッチ４２、４４、５４の制御を行うと共に、Ａ／Ｄ変換器５４から供給されたデジタル信号を処理し、荷重信号の測定モードでは、ホイーストンブリッジ回路１０の出力端１０ｃ、１０ｄ間の荷重信号の電圧に基づいて計量値を算出し、その計量値を表示部３０に表示する。絶縁抵抗値の測定モードでは、演算回路２６は、基準抵抗器４６の両端間電圧に基づいて絶縁抵抗値を算出し、その絶縁抵抗値を予め定めた絶縁抵抗基準値と比較し、絶縁抵抗基準値よりも絶縁抵抗値が低い場合、表示部３０に絶縁抵抗値低下による故障警報を表示する。操作・設定スイッチ２８は、荷重信号の測定モードと絶縁抵抗値の測定モードの切換操作指示を演算回路２６に与えたり、絶縁抵抗基準値を演算回路２６に設定したり、基準抵抗器の抵抗値を演算回路２６に設定したりする。

絶縁抵抗値の測定モードにおいて、絶縁抵抗値が大きく、ホイーストンブリッジ回路１０のどこからも基準抵抗値４６に向かって電流が流れていない初期状態でも、演算増幅器４５の入力にはオフセット電圧、バイアス電流、オフセット電流が存在するので、演算増幅器４５には出力電圧ｅｄｏが発生する。初期状態では、アナログスイッチ４４、５２に存在するリーク電流に基づいても演算増幅器４５には出力電圧が発生し、この出力電圧も、出力電圧ｅｄｏに含まれる。絶縁抵抗値の大小を評価する場合に、この初期状態での出力電圧ｅｄｏを無視できないことがある。

そこで、調整設定時の手順として、絶縁抵抗値が極めて高いロードセル１の正常な状態である調整、設定時点における演算増幅器４５の出力電圧である初期電圧ｅｄｏのデジタル化値Ｄｅｄｏを演算回路２６のメモリに記憶させる。そして、絶縁抵抗値の測定モードにおける演算増幅器４５の出力電圧ｅｄｘには、上述した初期電圧ｅｄｏが含まれている。そこで、演算回路２６において、演算増幅器４５の出力電圧ｅｄｘのデジタル化値ＤｅｄｘからＤｅｄｏを減算して、電圧変化分Ｄｄｘを算出する。このＤｄｘと、基準抵抗器４６の基準抵抗値と電源４０の電圧とに基づいて絶縁抵抗値の変化分を算出し、予め定めた荷重信号の誤差を許容し得る最小の絶縁抵抗値である許容絶縁抵抗値と比較することが可能である。また、基準抵抗器４６の基準抵抗値は一定であるので、電圧変化分Ｅｄｘによって絶縁抵抗値の変化を評価することもできる。ホイーストンブリッジ回路１０の出力（荷重信号）の誤差を許容し得る最小の絶縁抵抗値に基づいて、予め許容変化電圧Ｅｅを決定し、そのデジタル化値ＤｅとＤｄｘとを比較することもできる。絶縁抵抗値の変化分が許容絶縁抵抗値よりも小さい場合、あるいはＤｄｘがＤｅよりも大きいとき、絶縁抵抗値が低く、ホイーストンブリッジ回路１０の出力に生じた誤差が許容値を超えているとして表示部３０に絶縁抵抗値の低下の警報を表示する。音声によって警報を発することも可能である。このように演算回路２６は、絶縁抵抗評価手段としても機能する。

なお、絶縁抵抗値測定点５０の位置は、使用するロードセル１の構造に応じて変更される。例えば図２に示すようにケース８によって起歪体２が被われている場合、その金属部分のうち起歪体２と接触している部分、例えばベース部８ａに絶縁抵抗値測定点５０を設ける。ケースによって起歪体２が被われていない場合、起歪体２の任意の位置に絶縁抵抗値測定点５０を設ける。

このように構成すると、絶縁抵抗値測定点５０と絶縁抵抗値測定端子４８とは、荷重信号の測定モードの間も含めて常に接続したままとすることができ、絶縁抵抗値を測定するたびに、絶縁抵抗値測定点５０と絶縁抵抗値測定端子４８とを接続する必要は無く、円滑に絶縁抵抗値を測定することができる。

絶縁抵抗値の測定は、計量装置の故障検出手段として重要であるので、検出忘れが生じないように確実に実施される必要がある。荷重信号の測定モードから絶縁抵抗値の測定モードへの切換は、例えば以下のように行うことが望ましい。

台はかり、料金はかり、トラックスケールのように作業者計量装置上に被計量物品をおいたなら、計量しなければならない非自動秤では、計量装置自身の判断で自動的に荷重信号の測定モードから絶縁抵抗値の測定モードに切り換えることはできない。そこで、作業者の意思に基づいて絶縁抵抗値の測定も行うとして、操作・設定スイッチ２８内に含まれている零点調整キースイッチを絶縁抵抗値の測定モードへの切換スイッチと兼用し、零点調整キースイッチが押されていた時間を演算回路２６において検出し、予め定めた時間よりも短い時間だけおされた場合には、単に零点調整を行うが、予め定めた時間以上に押された場合には、零点調整を行うが、その前後いずれかにおいて一時的に絶縁抵抗値の測定モードに切り換えて、上述したようにして絶縁抵抗値を測定する。更に、演算回路２６は、絶縁抵抗値の測定モードが実行されてからの時間を計測し、予め定めた時間以上の時間が経過した場合、作業者に絶縁抵抗値測定を行うことを促す警報を表示部３０に表示する。また、零点調整キーを絶縁抵抗値の測定モードへの切換スイッチと兼用するのに加えて、或いはこれに代えて、計量装置への電源投入時に強制的に絶縁抵抗値の測定モードに切り換えるようにすることもできる。

重量充填機や組合せ秤のように自動的に被計量物品が計量装置に供給される自動秤では、計量が実行されないタイミングとして、被計量物品を収容している物品収容手段、例えば計量ホッパから被計量物品が排出され、新たな被計量物品が供給されるまでの間が、ある。この期間に、自動的に絶縁抵抗値の測定モードに切り換えて、上述したように絶縁抵抗値を測定する。計量が行われていないタイミングが、計量シーケンス上で明確でない例えば軸重計では、車輪が計量台から降りるときが、計量が実行されないタイミングとなる。そこで、荷重信号の測定モードでの計量信号が、予め定めた第１の設定重量以上ある状態から、第１の設定重量よりも小さく零点付近に設定した第２の設定重量以下に計量信号が変化したとき、絶縁抵抗値の測定モードに切り換えて、上述したようにして絶縁抵抗値を測定する。この手法は、上述した非自動秤においても使用可能であり、零点調整キーの絶縁抵抗値の測定モードへの切換、電源投入に伴う絶縁抵抗値の測定モードへの切換に代えて、或いはこれらのいずれかまたは両方に加えて、この手法によって絶縁抵抗値の測定モードに切り換えることもできる。また、自動秤においても、上述した電源投入時に強制的に絶縁抵抗値の測定モードに切り換える手法や、零点調整される際の前後いずれかに絶縁抵抗値の測定モードに切り換える手法を採用することも可能である。

本発明の第２の実施形態を図４に示す。この実施形態では、電圧測定回路２４ａにおいて、絶縁抵抗値測定用の演算増幅器４５ａと、計量値測定用の演算増幅器４５ｂとを別個に設け、これに伴いＡ／Ｄ変換器もＡ／Ｄ変換器５４ａ、５４ｂの２台を設け、アナログスイッチ４４、５２を除去してある。なお、第１の実施形態で使用していた測定用端子２０、３８は使用されずに、測定用端子２０ａ、３８ａが設けられ、これらを介して計量値測定用の演算増幅器４５ｂにホイーストンブリッジ回路１０の出力端１０ｄが直接に接続され、測定端子１８、３６を介して計量値測定用の演算増幅器４５ｂにホイーストンブリッジ回路１０の出力端１０ｃが接続されている。絶縁抵抗値測定用の演算増幅器４５ａには基準抵抗器４６の両端が直接に接続されている。他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。

このように構成すると、ロードセル１の測定用端子３６、３８と増幅器４５ａとの経路にアナログスイッチを設ける必要が無いので、アナログスイッチの漏れ電流の影響を受けず、さらに高精度の測定が可能となる。

即ち、上述した特許文献１の技術では、荷重信号の測定時には、演算増幅器の前段でリレー接点を介してブリッジ回路と演算増幅器とを接続している。ブリッジ回路の荷重信号用の測定端子間の電圧は、ロードセルに定格負荷が印加された場合でも数ｍボルト程度であり、例えば１／５０００以上の高い精度を得たい場合には、演算増幅器に供給される電圧は、１μボルトレベルが安定していなければならず、熱起電力を有するリレー接点を使用することは適切ではない。そこで、リレー接点をアナログスイッチに置換することも考えられるが、たとえ置換したとしても、アナログスイッチには漏れ電流が存在し、リレー接点程の精度低下は生じないが、やはり低電圧レベルの信号経路にアナログスイッチを使用することは高精度の測定には適しない。この実施形態では、上述したように、ロードセル１の測定用端子３６、３８と増幅器４５ａとの経路にアナログスイッチを設ける必要が無いので、アナログスイッチの漏れ電流の影響を受けず、さらに高精度の測定が可能となる。また、荷重信号の測定用と絶縁抵抗値の測定用とに演算増幅器４５ａ、４５ｂを別個に設けたので、演算増幅器４５ａ、４５ｂの増幅率を、計量用、絶縁抵抗値測定用それぞれに適したものに設定することができる。

また、本発明の第３の実施形態として図５に示すように、電圧測定回路２４において、アナログスイッチ４４をＡ／Ｄ変換器５４の入力側に設け、荷重信号を測定する演算増幅器４５ｂと絶縁抵抗値を測定する演算増幅器４５ａとの出力を切り換えるようにしてもよい。このようにすると、Ａ／Ｄ変換器は１台設けるだけでよい。また、演算増幅器４５ａ、４５ｂの出力は、ボルトオーダーに増幅されているので、アナログスイッチ４４での漏れ電流の影響を受けない。

本発明の第４の実施形態の計量装置を図６及び図７に示す。この実施形態では、第１乃至第３の実施形態で使用した電圧測定回路２４、２４ａまたは２４ｂが使用される。但し、起歪体２における少なくとも各ストレインゲージ６の部分が、外気から完全に気密とされた金属ケース５６内に収容されている。ホイーストンブリッジ回路１０の電源励磁端１０ａ、１０ｂ、出力端１０ｃ、１０ｄは、金属ケース５６に設置された気密端子盤５８に、導通ピン形態で設けた電源励磁端子１４、１６、測定用端子１８及び測定用端子２０（第１の実施形態の場合）若しくは２０ａ（第２または第３の実施形態の場合）に接続されている。気密端子盤５８は、完全に気体流通を阻止するガラス材などによって製作された気密栓６０と、この気密栓６０を保護する金属枠６２とによって構成され、気密栓６０に電源励磁端子１４、１６、測定用端子１８及び測定用端子２０（若しくは２０ａ）が気密状態に取り付けられている。金属枠６２は、金属ケース５６に形成した配線取り出し孔６４に挿入されて、溶接によって気密に取り付けられている。

電源励磁端子１４、１６、測定用端子１８及び測定用端子２０（若しくは２０ａ）は、ケーブル６６を介して指示計２２の電圧測定回路２４（第１の実施形態の場合）、２４ａ（第２の実施形態の場合）若しくは２４ｂ（第３の実施形態の場合）に接続されている。

金属枠６２には、円筒状の金属製コネクタケース６８が溶接され、その内部にケーブル６６が挿通されている。ケーブル６６は、その外周囲がコネクタケース６８内において押さえ金具７０によって固定され、押さえ金具７０はコネクタケース６８にネジ止めされている。押さえ金具７０とコネクタケース６８との間には、パッキング７２が挿入され、外部環境から上記のネジ止め部分を介してコネクタケース６８内に水分が侵入することを防止している。また、金属ケース５６内には乾燥気体が封入されている。

従って、金属ケース５６内で結露が生じることはなく、また水分が金属ケース５６内に侵入することもなく、金属ケース５６内で起歪体２とストレインゲージ６との間の絶縁抵抗値が低下することはない。

しかし、金属ケース６２の内部及びコネクタケース６８の内部であるコネクタ室内には、ケーブル６６の各導線の隙間を通して、或いはケーブル６６の樹脂製外壁とパッキング７２との間の隙間を通して、コネクタ室内には水蒸気が入ることがある。水蒸気を含んだ空気がコネクタ室内に存在すると、外部との大きな気温差があると、結露が生じる。

気密栓６０の上に結露が生じると、電源励磁端子１４、１６、測定用端子１８、２０（若しくは２０ａ）とコネクタケース６８や金属枠６２との間の絶縁抵抗値が低下して、計量値に誤差が生じる。従って、このような完全密閉構造のロードセルであっても、絶縁抵抗値の検出、評価が必要である。

電源励磁端子１４、１６、測定用端子１８、２０（若しくは２０ａ）とコネクタケース６８や金属枠６２との間の絶縁抵抗値を測定するため、金属枠６２やコネクタケース６８や金属ケース５６と起歪体２と電気的に導通している計量部金属部材７４（金属ケース５６が接触している金属部材）上に絶縁抵抗測定点５０を設け、これを第１及び第２の実施形態のように絶縁抵抗値測定用端子４８へ接続することも考えられるが、これでは接続作業が面倒となる。そこで、第４の実施形態では、気密栓６０の上に、絶縁抵抗値検出ピン７６を設け、これをケーブル６６を介して絶縁抵抗値測定用端子４８に接続してある。

気密栓６０上のコネクタケース６８側の面が結露して、この面の絶縁抵抗値が低下すると、各端子１４、１６、１８及び２０（若しくは２０ａ）と金属枠６２やコネクタケース６８との間と同様に、各端子１４、１６、１８及び２０（若しくは２０ａ）と絶縁抵抗値検出ピン７６との間の絶縁抵抗値も低下しているので、この絶縁抵抗値も測定することができる。

上記の各実施形態では、起歪体としてコラム型のものを使用したが、ロバーバル型の起歪体を使用することもできる。第１及び第２の実施形態では、基準抵抗器４６間の電圧を演算増幅器４５または４５ａで増幅後にデジタル化して、演算回路２６においてデジタル処理したが、演算増幅器４５または４５ａの出力電圧を、比較器において予め定めた基準電圧と比較するアナログ処理を行うこともできる。

２起歪体
６ストレインゲージ
２４電圧測定回路（電圧測定手段）
３２３４電源励磁端子
３６３８測定用端子
４０電源（電源手段）
４６基準抵抗器（基準抵抗手段）

Claims

複数のストレインゲージが貼着された金属起歪体と、
前記複数のストレインゲージを含み、２つの電源励磁端と、２つの出力端とを有するブリッジ手段と、
前記ブリッジ手段の前記２つの電源励磁端に接続線を介してそれぞれ接続された２つの電源励磁端子と、
前記２つの出力端に接続線を介してそれぞれ接続された２つの測定用端子と、
電圧測定手段と、
コモンラインとノーマルラインとを有し、前記コモンライン及び前記ノーマルラインが前記電圧測定手段に接続され、前記ノーマルラインが前記２つの電源励磁端子の一方に接続されている電源手段と、
前記金属起歪体または前記金属起歪体が接触している導体と、前記電源手段の前記コモンラインとの間に接続された基準抵抗手段とを、
具備し、荷重信号の電圧測定時には、前記電源手段のコモンラインが前記電源励磁端子の他方に接続され、前記電圧測定手段が前記２つの測定用端子を介して前記ブリッジ手段の２つの出力端間に発生している荷重信号の電圧を測定し、
絶縁抵抗の測定時には、前記電圧測定手段が、前記電源手段のノーマルラインから、前記ストレインゲージ並びに前記各電源励磁端子及び前記測定用端子と前記金属起歪体または前記導体との間の絶縁抵抗を介して前記コモンラインに流れる電流によって前記基準抵抗手段に発生する電圧を測定する
計量装置。
請求項１記載の計量装置において、前記電圧測定手段は、
前記荷重信号の測定時に、前記２つの出力端間に発生した荷重信号の電圧が前記２つの測定用端子を介して直接に供給される荷重信号測定用演算増幅器と、
前記絶縁抵抗の測定時に、前記基準抵抗手段の両端間に発生する電圧が直接に供給される絶縁抵抗測定用の演算増幅器とを、
具備する計量装置。
請求項１または２記載の計量装置において、前記ストレインゲージ及び前記ブリッジ手段が内部に収容され、内部と外気との気体流通が遮断された金属ケースと、
前記金属ケースに、前記金属ケースと外気との気体流通を遮断するように設けられ、かつ前記電源励磁端子と前記測定用端子とが設けられている気密栓とを、
具備し、前記気密栓に絶縁抵抗値検出ピンが設けられ、前記基準抵抗手段が、前記金属起歪体または前記金属起歪体が接触している導体と前記電源手段の前記コモンラインとの間に接続するのに代えて、前記絶縁抵抗値検出ピンと前記コモンラインとの間に接続された計量装置。
請求項１に記載の計量装置において、前記電圧測定手段が１つの演算増幅器を有し、前記荷重信号の測定時に前記２つの測定用端子を介して前記２つの出力端間に発生している電圧が前記演算増幅器に供給され、絶縁抵抗値の測定時に前記基準抵抗手段の両端間の電圧が前記演算増幅器に供給されるように、前記演算増幅器に供給される電圧を切り換える切換手段が設けられた計量装置。
請求項１または２記載の計量装置において、前記ブリッジ手段の出力が正常な状態において前記基準抵抗手段の両端間電圧を初期値として記憶し、前記基準抵抗手段の両端間電圧の変化量によって、絶縁抵抗値の大きさを評価する絶縁抵抗評価手段を具備する計量装置。