JP6212313B2 - 送り錘を有する力測定デバイス - Google Patents

Description

本発明は、秤竿（balance beam）に配置され秤竿に沿って摺動可能な送り錘（sliding weight）を有する重量測定機器のための力測定デバイスに関する。

電磁力補償の原理に従って機能し、磁力回復秤量セル（magnetic force restoration weighing cell）すなわちＭＦＲ秤量セルとも呼ばれる秤量セルでは、秤量対象の錘力（weight force）は、直接的に、あるいは１つまたは複数の力伝達レバーを介してのどちらかで、電気機械的測定トランスデューサに伝達され、この電気機械的測定トランスデューサは、秤量対象の錘力に対応する補償力を生じさせ、同時に電気信号を送り、この電気信号は、プロセッサユニット内の電子秤量モジュールによってさらに処理されてディスプレイパネル上で表示される。

ＭＦＲ秤量セルでは、電気的置換量によって秤量対象の錘力を測定する。さまざまな技術的な理由のため、この測定は不正確になりがちであり、したがって、ＭＦＲ秤量セルの相対的測定分解能が制限される。ＭＦＲ秤量セルは、地盤振動（ground vibration）によって多かれ少なかれ共振を引き起こす可能性がある秤竿を有するので、その相対的測定分解能に関してさらに制限される。このような振動は、秤量信号に、補償することができない種類の外乱として現れることがある。

たとえば質量比較器などの高分解能力測定デバイスで使用される最新技術の既知の概念によれば、平衡を確立するために、最初に、補償力の側すなわち測定トランスデューサの側で秤竿に過負荷をかけ、次に、反対側すなわち皿吊り具の側にいわゆる置換錘を追加することによって、電気測定プロセスに固有の高分解能範囲の限界が離散的な工程でシフトされる。これらの置換錘の機能は、力測定デバイスの測定窓をシフトすることである。測定窓は、置換錘がない場合、最小秤量負荷と最大秤量負荷との間に限定され、測定窓のシフトは、置換錘の値に等しい離散的な量で行われる。このタイプの力測定デバイスはウィンドウコンパレータ秤量セルとも呼ばれ、最新技術の実施形態がたとえば独国特許出願公開第２６２１４８３号に記載されている。

電磁力補償を有する重量測定機器の分野では、力測定デバイスの測定窓は、測定トランスデューサの補償力を変化させることによって秤量対象の質量を測定可能な錘範囲である。したがって、この錘範囲の幅は、測定トランスデューサによって生成できる最大補償力によって定まり、制限される（測定トランスデューサの補償力が大きいほど、測定窓が幅広くなる）。

米国特許第４，１６５，７９１号に開示されている秤（balance）は、機械的ゼロ点、また、これと共に測定窓が、力測定デバイスにおいてどのようにシフトできるかを説明している。未知の重量を測定するプロセスにおいて、最初に置換錘のすべてを皿吊り具に載置させ、秤のこの初期ゼロ位置における平衡を釣合い錘によって維持する。秤量対象を秤に設置した後、秤量対象の重量にちょうど足りない重量分の錘を秤吊り具から取り除く。

残りの不釣合いは、電磁コイルによって補償される。この概念は、秤竿が大量の質量を恒久的に支えるというデメリットを有しており、これにより地盤振動に対する、具体的には回転共振に対する秤量セルの機械的安定性が低下する。構成の複雑さを軽減する方法として、米国特許第４，１６５，７９１号に開示されている種類の秤内の置換錘の数は、最小限に保たれる。これにより、測定窓は、大きな飛躍を伴って（in large jumps）しかシフトし得ないという結果がもたらされる。

独国特許出願公開２８０３９７８号に開示されている秤では、秤機構から吊り下げられるすべての錘の影響は、すべて、皿吊り具が取り付けられる場所の反対端でコイルレバーに配置された釣合い錘によって補償される。コイルレバーのてこ比を考慮すると、釣合い錘は、秤で測定可能な最大重量と平衡を保つように構成され、これには皿運搬具および秤量皿の自重（dead weight）が含まれる。秤量セルの最終的な組立ての後で釣合い錘を所定の位置に設置し、調整ねじを用いて秤量機構の最終的な調整を行う。このようにして釣合い錘を調整した後、釣合い錘は、通常、製造業者によって、たとえば１滴のねじ弛み止め接着剤（thread-locking adhesive）を用いて所定の位置に係止およびシールされ、釣合い錘がゆるんだり動いたりするのを防ぐ。

機械的ゼロ点は、秤竿に作用する補償力がなくても秤竿が平衡状態にある力測定デバイスの作用点である。これは、電気測定量の測定誤差が最小になる状態であり、このことは、力測定デバイスがこの点の周囲でその最高測定分解能を有することを意味する。さらに、この作用点では、力測定デバイスは、垂直に方向付けられた設置面外乱（ground disturbance）に対して敏感ではない。

自荷重を釣合い錘によって補償する独国特許第１０３４２２７２号に開示されている解決策によれば、伝達レバーの共振傾向は、交互に起こるコイル力が振動を励起する形で作用しないように釣合い錘を配置することによって最小になる。これは、コイルより上の位置に釣合い錘を配置することによって達成される。したがって、コイル内で定常波節（node）を確立することによって、伝達レバーを励振させて共振する傾向がなくなる。釣合い錘は、量が固定されているこの場合において、自荷重すなわち秤量皿に釣り合うように構成されており、自荷重の変化を可能にする対策、たとえば、追加の自荷重として容器を考慮に入れることを可能にする対策はない。

送り錘を有する秤が英国特許出願第２０００３０５号に示されている。しかし、この秤は、電磁力補償の動作原理に基づくものではなく、棹皿に置いた対象を秤量する手段として送り錘を使用する。４つの歪みゲージを支持する可撓性のリーフ（leaf）からなる平衡検出器は、秤竿の偏位を測定する。測定された偏位に応じて、電気スピンドル駆動機構が、秤竿の平衡を回復させるために秤竿に沿って送り錘を移動させる。スピンドルの回転は、検出器によって取得され、送り錘の位置が判断される。最後に、送り錘の位置に基づいて対象の重量が計算される。

独国特許出願公開２６２１４８３号 米国特許第４，１６５，７９１号 独国特許出願公開２８０３９７８号 独国特許第１０３４２２７２号 英国特許出願第２０００３０５号

本発明は、機械的ゼロ点および測定窓を状況に応じて自動的に変化させることができ、秤竿に加えられる荷重を最小に保ちながら、測定する必要がある荷重の要求に対する継続的な変動性を有する、力測定デバイスを提供することを目的とする。

本発明によれば、この課題は、重量測定機器のための力測定デバイスによって解決され、この力測定デバイスは、電磁力補償の原理に従って動作し、平行案内部材によって互いに接続された、静止部分と荷重受け部分とを有する。この力測定デバイスは、少なくとも１つの秤竿をさらに含み、この秤竿は、連結部材を介して荷重受け部分に接続された第１のレバー（てこ）アームと、静止部分に配置された測定トランスデューサを支持する第２のレバー（てこ）アームと、を有し、測定トランスデューサは、永久磁石の空気ギャップ内を案内されて移動するために第２のレバーアームに接続された電磁コイルである。さらに、追加のレバーを、第１のレバーアームと荷重受け部分との間、および／または、第２のレバーアームと測定トランスデューサとの間に配置することができる。少なくとも１つの秤竿に配置されるのは、少なくとも１つの送り錘であり、測定トランスデューサの測定変数および／または測定トランスデューサと協働する位置測定デバイスの測定変数に基づいて駆動機構によって制御されるように送り錘の位置を変化させることができる。

本発明は、秤量範囲を拡張する方法を提供する。力測定デバイスの秤量範囲は、秤量対象の質量を測定可能な範囲と定義される。したがって、送り錘の位置の変化は、測定窓のシフトを意味する。さらに、機械的ゼロ点は、測定窓を最適に利用するために、作用点の中央に正確に位置することができる。このことは、いかなる作用点においても力測定デバイスの考えられうる最善の測定分解能を達成することができるという利点を有する。

この作用点でテア重量（tare）を相殺する場合と、微量秤量セルによくあることだが、秤量するべき荷重が小さい場合には、本発明による力測定デバイスは、有利なことに、垂直に方向付けられた地盤振動によって共振することに対する最適な耐性を確保する点すなわち機械的ゼロ点の近くで常に動作することができる。

安定した剛性の、したがって大規模な構造のレバーを必要とする置換錘および釣合い錘を使用する代わりに、機械的ゼロ点および測定窓は、次に、秤竿に沿って送り錘を移動させることによって飛躍のない（離散的ではない）調整により所与の適用例の必要性に適合することができる。

このタイプの力測定デバイスは、容器内の材料を秤量するために好んで使用されるが、その理由は、容器によって代表される予荷重が有効秤量範囲を減少させる、すなわち残りの測定窓を減少させるからである。予荷重は、テア荷重（風袋荷重）とも呼ばれ、秤量負荷のうちの、重量測定において重要でないが実際の秤量対象から分離できない部分である。送り錘は、予荷重を補償する機能を有し、したがって、実際の秤量対象を秤量することに対してもやはり測定窓全体を利用可能となる。

機械的ゼロ点の近くの作用点における錘力の測定によって、垂直に方向付けられた地盤振動によって励振される共振に対する最適な安定性が得られるので、微量天秤の質量比較器または力測定デバイスがテア重量を最適な作用点に設定することが望ましい状況で使用されることが多いときに、本発明は、これらの質量比較器または力測定デバイスに適している。

動的検査秤量用の秤（dynamic checkweighing scale）では、製品または秤量対象は、コンベヤベルト上で移動しながら秤量される。これには、コンベヤベルトと秤量対象との合成錘力を受ける力測定デバイスにコンベヤベルトが取り付けられる構成を伴う。現代的な構成の検査秤量用の秤では、コンベヤベルトの質量は、反対の力、たとえば釣合い錘によって補償される。コンベヤベルトに秤量対象が到着することと、この対象をベルトから降ろすこととによって、検査秤量器では、振動性外乱が生じ、これによって、秤量結果に誤差がもたらされ、そうでなければ、より正確な秤量結果を得るために単位時間あたりの秤量回数を減少させることが必要になる。双方向性（「プッシュ・プル（push-pull））の力の補償を有する本発明による力測定デバイスでは、作用点すなわち機械的ゼロ点は、秤量している対象に適合されることができ、デバイスが複数の送り錘を備える場合には、システム（秤量対象を含む）の荷重受け部分の慣性質量に対する反対の力または釣合い錘に関連する慣性質量を調整することも可能である。これによって、振動性外乱に対する脆弱性が最小になり、単位時間あたりの秤量可能回数が増加する。動的検査秤量用の秤をさまざまな生産ラインで、または、さまざまな製品または秤量対象に使用することができるので、この適応性は１つの利点を表す。

本発明のさらに有利な結果として、異なる予荷重、コンベヤベルトまたは秤量コンベヤを、１つの同じタイプの力測定デバイスと組み合わせることができる。これによって、動的検査秤量用の秤のためのモジュール式構成要素の組合せが簡略化される。

本発明は、プッシュ方向のみで動作する測定トランスデューサおよびプッシュ・プルプッシュ・プル補償力を生じさせるトランスデューサを有する力測定デバイスにおいて使用することができる。違いは、補償力の方向性にある。プッシュシステムは、一方向の補償力のみを生じさせることができるが、プッシュ・プルシステムは、双方向の補償力を生じさせることが可能である。プッシュ・プルシステムは、第２のレバーアームの質量を適切に適合させること、または、第１のレバーまたは荷重受け部分の質量を減少させることを必要とし、第２のレバーアームの質量を適切に適合させることは、補助錘によって達成することができる。その結果、プッシュ・プルシステムは、測定窓内に位置決めされたその機械的ゼロ点を常に有し、この性質によって力測定デバイスの精度が改善される。特に、対称的なプッシュ・プルシステムの場合、機械的ゼロ点は測定窓の中間点にある。

次に、本発明による予荷重の補償について、（図１０の状況で詳細に説明するように）指定された量の物質を分配するための目標値の設定に関する例を通してより詳細に説明する。

ＭＦＲ秤量セルでは、平衡からの逸脱は、位置センサによって検出され、コントローラデバイスによって評価される。プロセッサユニットは、秤量対象の錘力に対する釣り合わせ力として作用する補償力を測定トランスデューサが生じさせるように、測定トランスデューサ（一般的には、コイルとして構成される）のために電流を調節する。この平衡調整がプッシュシステムで十分に機能するために、少量の電流は、測定トランスデューサを流れていることを常に必要とし、これは、送り錘の補償力が秤量対象の錘力より常にやや小さくなければならないことを意味する。したがって、送り錘は、正確な平衡位置まで移動せず、その結果、測定トランスデューサによって生成されるべき補償力の残りの量が存在する。これは、正確な測定の必要条件でもある。測定トランスデューサが寄与する残りの部分的な量の補償力は、全補償力の約２％から８％である。一方、プッシュ・プルシステムでは、全補償力は送り錘によって供給することができる。

本発明に関する状況で使用される「秤竿」という用語は、少なくとも１つの送り錘が配置されるレバーを区別するために使用される。いくつかのレバーを有する構成では、「秤竿」は、この目的に適するような任意のレバーとすることができる。複数のレバーに送り錘を配置することも可能である。レバー低減システム、秤竿として使用されるレバー、およびもちろん送り錘に関する構成の選択肢に応じて、より多いまたはより少ない量の補償力を送り錘によって生成することができる。有利な構成では、２つのレバーは秤竿の機能を実行し、その結果、一方の秤竿を荒調整に使用することができ、他方の秤竿を微調整に使用することができる。測定トランスデューサ自体の重量、特にＭＦＲ秤量セルのコイルの重量も考慮に入れるべきであり、好ましくは、秤量皿にかかる錘力と反対に作用するべきである。

本発明のさらに発展した実施形態が考えられる。これらの実施形態では、送り錘の位置をシフトすることによって、力測定デバイスの測定窓の位置を変化させることができ、および／または、荷重受け部分に作用する荷重を補償することができ、および／または、荷重受け部分に作用する荷重の浮力を補償することができ、および／または、回転振動に対する感度を一部もしくは完全に補償することができる。

本発明の有利な実施形態によれば、測定トランスデューサの測定変数および／または測定トランスデューサと協働する位置測定デバイスの測定変数に基づいて制御された形で送り錘の位置を変化させることができる。

本発明の一実施形態によれば、測定トランスデューサは電気コイルとして構成され、電磁コイルを流れて補償力を生じさせる電流は、送り錘の位置を設定するために使用される測定変数を表す。この測定変数は、作用点を測定窓の内部に動かした後の送り錘の位置のための制御変数として直接的に使用することができる。

本発明の他の実施形態では、位置測定デバイスは、静止部分に配置され空間間隔を挟んで互いに向かい合う発光体と受光体とを有し、この空間間隔を通り抜け、かつ移動可能部分の偏位に関与するシャッタ羽根をさらに有する光電式位置センサであり、位置センサの信号は、荷重受け部に荷重を置いた結果生じる、秤の相互接続された移動可能部分のゼロ位置からの変位に対応し、位置センサ信号は、送り錘の位置を設定するための測定変数を表す。

本発明の特に有利な一発展形態では、後の時点で取り出すために、移動距離測定デバイスを用いて、送り錘の位置を、位置設定、予荷重補償設定、浮力補償設定、および／または、回転振動についての補償設定として、たとえば表またはグラフの形態でプロセッサユニットのメモリに記録し、保存する。このことは、たとえば複数の秤量用容器のデータをデータベースに保存することができ、用量分配プロセスにおいて時間が節約されるという利点を有する。

本発明の別の有利な実施形態では、力測定デバイスのプロセッサユニットは、荷重受け部分に配置されるかまたは重量測定機器に接続された読取り器デバイスを用いてバーコードまたはＲＦＩＤチップから容器を識別し、かつ、少なくとも１つの送り錘の設定、すなわち、位置設定、予荷重補償設定、浮力補償設定、および／または、回転振動についての補償設定のために、容器に関連付けられた保存データを再び呼び出す機能を有する。したがって、目標値の設定を自動化することができ、オペレータエラーの確率を最小にすることができる。

本発明の概念は、秤量用容器が頻繁に変更される用途において特に好んで使用される。少なくとも１つの送り錘の位置はメモリに保存することができ、その結果、同じ容器を用いての後の測定では、送り錘を同じ位置に移動させることによって、同じ予荷重設定を繰り返すことができる。

予荷重および／または浮力および／または動的な回転の挙動を補償するための送り錘の位置決めのためにプロセッサユニットで必要とされるデータは、個々に送り錘に関して、および、それらの送り経路のすべての位置を包含する、互いに対するそれらの位置に関して、プロセッサユニットのメモリに保存され、その結果、同じ設定を後の時点で繰り返すことができる。したがって、操作ユニットのユーザは、プロセッサユニットが予荷重および／または浮力および／または動的な回転の挙動の補償を実行するために、プロセッサユニットに重量値を入力するだけでよい。

本発明の有利な一実施形態によれば、少なくとも１つの送り錘の重力の質量中心（mass center of gravity）は中立平衡面に位置し、送り錘は、この面に沿って移動するように強制される。

回転軸、秤竿（コイルは含むが、送り錘は含まない）の重力の質量中心、第１のレバーアームと連結部材との間の接続、および、測定トランスデューサの力生成の中心が、いずれも１つの共通面にある場合、荷重を秤量皿に置かない限り、秤竿は、いかなるモーメントにもさらされず、秤のレベル外の状況とは無関係に、常に平衡状態にある。共通面は中立平衡面と呼ばれる。

本発明の別の態様によれば、少なくとも２つの送り錘は、秤竿上で中立平衡面内の位置に配置され、前記面内で相互に独立して移動可能である。上述した合計が単一の送り錘に対して等価なより小さな２つの送り錘を使用することによって、最適な作用点および作用点に対する測定窓の位置は、意図された測定プロセスにより良く適合することができる。具体的には、この配置によって、測定トランスデューサの側（すなわち第２のレバーアーム）での慣性質量または密度（詳細な説明で説明する）を、荷重受け部分の側（すなわち第１のレバーアーム）での慣性質量または密度に適合させることが可能になる。

本発明の特に有利な発展形態によれば、少なくとも２つの送り錘は、異なる個別の密度を有し、および／または、交換可能であるように構成される。したがって、秤竿のトランスデューサ側（第２のレバーアーム）での本体の質量だけでなく密度も、荷重受け部側（第１のレバーアーム）での本体の質量および密度に適合させることができる。交換可能な送り錘は、力測定デバイスを秤量タスクに適合させることができるという利点を有する。

本発明の好ましい一実施形態は、１つまたは複数の送り錘が少なくとも１つより多い秤竿に配置されることによって他と区別される。このような構成により、最適な作用点および作用点に対する測定窓の位置は、秤量タスクに合わせてさらにより正確に調整することができる。その理由は、異なるてこ比を使用する場合、１つの秤竿上の送り錘を荒調整に使用することができ、別の秤竿上の送り錘を微調整に使用することができるからである。

他の実施形態によれば、送り錘は、線形駆動機構もしくは圧電駆動源を用いて、または、スピンドルを有する回転駆動機構を用いて、所定の位置に移動され、送り錘の移動距離は、前記駆動機構によって制御されることができる。有利には、これらの３つの変形形態のいずれかを用いることができ、これによって、位置設定機能の非常に正確な制御がもたらされる。

本発明の好ましい一実施形態は、少なくとも１つの送り錘の位置決めのための電気駆動機構を有し、この駆動機構自体は送り錘の一部である。したがって、少なくとも１つの送り錘を位置決めする機能をプロセッサユニットによって制御することができ、それによって、より高度な自動化が達成される。また、それ自体の重量の効果によって駆動機構が同時に送り錘として働くので、空間の使用が最適化される。

本発明のさらに発展した特徴として、少なくとも１つの送り錘は、結合器手段を介して第２のレバーアームに取り付けられる。これによって、送り錘の寄与する重量を動作可能に結合することができ、また、結合解除することができる。このことは、送り錘を移動させなくても２つの測定窓間での高速かつ正確な切り換えを可能にするという利点を有し、それによって、再現性も増加する。

本発明のさらなる有利な一発展形態では、少なくとも１つの送り錘は、送り錘の重量が測定トランスデューサの補償力と反対に作用する位置に移動されることができる。これによって、プッシュ・プルシステムの機械的ゼロ点は、ゼロ荷重状態まで移動し、これを越えることができる。ゼロ荷重という用語は、荷重受け部分に荷重が存在しない力測定デバイスの状態をいう。送り範囲がゼロ荷重位置を越える場合、送り錘は、有利には、力測定デバイスの較正に使用されることもでき、較正ユニット一式を力測定デバイスに取り付けることが不必要になる。

重量測定機器のための力測定デバイスの少なくとも１つの送り錘の位置を設定するための方法では、この方法の１つの工程は、テア荷重たとえば較正錘を機器に置くこと、ユーザによって重量値が入力されること、または、テア荷重が、荷重受け部分に配置されたもしくは重量測定機器に接続された読取り器デバイスを用いてバーコードもしくはＲＦＩＤチップから識別されることを伴う。別の工程では、測定窓に関するセットポイント値がユーザによって入力される（すなわち、言い換えれば、全補償力への測定トランスデューサの寄与が設定される）か、または、ユーザによる秤量タスクの選択に応じてプロセッサユニットのメモリからセットポイント値が読み出される。次の工程では、測定トランスデューサが設定された量、すなわち、必要とされる補償力への寄与を生じるように、少なくとも１つの送り錘は、駆動機構を用いて移動および位置決めされる。

この方法によって、たとえばフィルタの秤量などにおいて、互いに関連付けられた２回の測定を実行すること、または、長い時間間隔で測定が隔てられている一連の個々の測定を行うことが可能になり、その結果、間隔の間に秤を他の目的に使用することができる。この動作モードでは、重量測定機器が、開始基準を示す測定で使用された同じ構成すなわち同じパラメータ設定に確実に復帰されることが重要である。最低限の事項として、これは、同じ目標値（補償力へのトランスデューサの寄与）が選択されて同じ較正錘が適用されることを含む。較正錘は、外部から秤量皿に置かれた、標準化されたおよび／または保証された錘であってもよいし、内力測定デバイスの内部にある内蔵較正ユニットの較正錘であってもよく、較正錘を結合するかまたは結合解除することによってその機能を実行することができる。

さらなる方法では、秤量対象の密度値が追加入力としてユーザに入力されるか、または、荷重受け部分に配置されるか重量測定機器に接続された読取り器デバイスを用いてバーコードまたはＲＦＩＤチップから登録され、セットポイント値にしたがった位置に少なくとも２つの送り錘を移動させる工程に続いて、それぞれの位置が互いに独立して秤量対象の密度に適合される。

次に、本発明の主題について、添付の図面に示されている好ましい実施形態を例として説明する。

送り錘を有する上方載置式（ｔｏｐ−ｌｏａｄｉｎｇtop-loading）力測定デバイスの概略断面図である。 送り錘と追加的なレバーとを有する方載置式力測定デバイスの概略断面図である。 ２つの送り錘を有する一実施形態における中立平衡面での図１の力測定デバイスの断面を示す図である。 送り錘を有する力測定デバイスの力測定セルを示す図である。 図５Ａおよび図５Ｂは、送り錘を有する力測定デバイスの秤竿の側面図および上面図である。 送り錘の一実施形態の三次元図である。 本発明の力測定デバイスにおける機能の流れが説明されているブロック図である。 図８Ａおよび図８Ｂは、送り錘のための結合器手段を有する力測定デバイスの実施形態の概略図である。 図９Ａは、プッシュシステムにおける測定窓のシフトを示す一次元グラフである。図９Ｂは、プッシュ・プルシステムにおける測定窓のシフトを示す一次元グラフである。 図１０Ａはプッシュシステムのための測定窓内での目標荷重の設定を示す二次元グラフである。図１０Ｂはプッシュ・プルシステムのための測定窓内での目標荷重の設定を示す二次元グラフである。

以下において、同じ機能および類似の構成を有する特徴は、同じ参照記号によって識別する。以下の説明は、両方の測定原理、すなわちプッシュシステムの原理およびプッシュ・プルシステムの原理を包含する。

図１は、本発明による力測定デバイス１を、側面からの断面図で概略的に示している。その静止部分１１により、力測定デバイス１は支持構造上に設けられている。荷重受け部分１２は、２つの平行案内部材１４および１５によって静止部分１１に接続されるとともに秤量皿１６を支持しており、秤量皿１６上に秤量負荷が置かれる。本発明は、皿を頂部に有する図示の構成配置に制限されない。力測定デバイスは、吊り下げられた皿を有するように構成されることもできる。連結部材１７は、支点２１（図１では、送り錘２３の後ろに隠れている）のところで枢動可能に支持された秤竿１９の第１のレバーアーム１８に錘力を伝達し、支点２１は、１対の支持点２１ａおよび２１ｂとして運動学的に定義される（図３を参照されたい）。第２のレバーアーム２０は、その外端において、レバーで低減された（lever-reduced）錘力を補償力で打ち消す測定トランスデューサ２２を支持する。トランスデューサ２２によって測定される量を使用して、秤竿１９に沿って送り錘の位置を設定することができる。しかし、送り錘２３の位置は、位置センサデバイス３３の測定信号に基づいて直接設定することもできる。送り錘２３の位置は、移動距離測定デバイスによって測定されて監視される。移動距離測定デバイスは、ユーザからの、または重量測定機器に接続された読取り器デバイスからの入力に基づいて、適切な補償力を生じるために必要とされる位置への送り錘２３の移動を制御する働きをすることもできる。

プッシュ・プルシステムにおける送り錘２３の移動の範囲は、測定トランスデューサ２２の補償力と同じ方向で送り錘２３の最大補償力が作用する開始位置と、送り錘が平衡状態での秤竿１９の挙動に対する影響を及ぼさない中立位置２７と、送り錘２３の最大補償力が測定トランスデューサ２２と反対側に作用する終了位置と、を有する。プッシュシステムでは、中立位置２７は支点２１のところにあり、同時に、送り範囲の開始位置を表す。プッシュ・プルシステムでは、中立位置２７は、力測定デバイス１の機構および測定トランスデューサ２２の構成に応じた、送り範囲の開始位置と終了位置との間の所定の中間的な点にある。対称的プッシュ・プルシステムでは、中立位置２７は測定窓の中点にあり、すなわち、測定窓は、等しい大きさのプッシュ領域とプル領域とに分割される。

プッシュシステムにおける測定トランスデューサ２２は、一方向の補償力のみを生じさせることができるので、プッシュシステムを有する力測定デバイスの送り錘２３の移動の範囲は、平衡状態での送り錘の挙動に対して影響を及ぼさない中立位置２７で始まる。移動範囲の反対端では、送り錘２３の最大補償力は、測定トランスデューサ２２の補償力と同じ方向で作用する。図１に示される力測定デバイスをプッシュシステムと見なす場合、送り錘２３の中立位置２７は支点２１のところであり、送り錘は、測定トランスデューサ２２へ向かう方向に移動されることができる。

送り錘２３の位置決めにおける決定要因は、送り錘２３の重力２８の質量中心である。重力２８の質量中心は、所与の送り錘２３に属するすべての移動可能および／または摺動可能な部分の合成重心である。送り錘２３が測定トランスデューサ２２に対して移動すると、測定トランスデューサ２２に、補償力を生じる際にそれに応じてより大きなまたはより小さな割当てが与えられ、すなわち、より重いまたはより軽い荷重の方へ測定窓がシフトする、すなわち言い換えれば、それによって力測定デバイス１の作用点が機械的ゼロ点に一致する。この概念は、実際には、自荷重、たとえば秤量試料を受け入れるべき容器の秤量に使用される。したがって、測定窓は、理想的には、秤量タスクに適合することができる。このことは、プッシュシステムだけでなくプッシュ・プルシステムにも当てはまる。

図２に示される実施形態は、ここでも簡略化した概略的な形で示されており、図１に類似しているが、追加のレバーを有する。荷重受け部分１２に置かれた荷重は、連結部材１７と、秤竿１９の前にあるレバー段２９と、を介して、秤竿１９の第１のレバーアーム１８に伝達される。第２のレバーアーム２０に続いて、レバー３０が測定トランスデューサ２２に荷重を伝達する。通路開口３１により、測定トランスデューサ２２は、メンテナンス作業および／または修理作業のために容易にアクセス可能な場所に配置することができる。図１とは対照的に、図２の配置における送り錘２３は、荷重受け部分１２に置かれた荷重を打ち消すために測定トランスデューサ２２から離れるように移動される。しかし、補償力を生じさせる際に測定トランスデューサ２２が送り錘によって補助される効果に変化はない。したがって、さらにレバー２９および３０を使用して、より重いまたはより軽い荷重のためのこの錘の送り方向がレバー段の数によっていずれにも変わることに留意されたい。測定トランスデューサ２２自体の重量が荷重受け部分１２に置かれた荷重と反対に作用するレバー段の配置が好ましい。前述したように、てこ比が大きいほど大きな補償力を生じることを除いて、少なくとも１つの送り錘２３がレバー２９もしくは３０または秤竿１９上のいずれに配置されるかどうかは問題ではない。複数のレバーに配置された複数の送り錘２３を使用することも可能である。てこ比に応じて、このような配置を、補償力の荒調整および／または微調整に使用することができる。

図３は、たとえば浮力効果の補償を可能にするために、運動軸２６Ａおよび２６Ｂに沿って互いに独立して移動されることができる２つの送り錘２３Ａおよび２３Ｂを秤竿１９が支持する一実施形態を示概略断面図です。浮力補償は、本明細書で前述した目標値を設定するための手順と同じシーケンスの動作という結果になる。送り錘２３Ａおよび２３Ｂが所定の位置に位置決めされた後、かつ、秤量対象の密度が、ユーザによって、または、重量測定機器に接続された読取り器デバイスによってのどちらかで、プロセッサユニット３５（図３に示されていない）に伝達された後、適合が実行される。これは、次に一例によって説明するように、密度値に応じて測定トランスデューサ２２または荷重受け部分１２へ向かう方向に以前の位置から送り錘２３Ａおよび２３Ｂを各個に移動させることによって達成される。

この例では、７．８ｋｇ／ｄｍ^３の密度を有する鋼製の基準質量を秤量するタスクを見込んで、７ｋｇ／ｄｍ^３および９ｋｇ／ｄｍ^３の密度をそれぞれ有する２つの送り錘２３Ａおよび２３Ｂを取り付けると仮定する。前述した方法に従って目標値が設定された後、送り錘２３Ａおよび２３Ｂは、互いに並び、たとえば度量衡測定のために予め定義された仕様に従って錘力を補償しており、送り錘２３Ａ、２３Ｂの合計と測定トランスデューサとは、それぞれ２分の１ずつ寄与する。秤竿は、この時点で平衡状態にある。次に、空気密度がより長い期間にわたって、この測定で変化した場合、秤竿の２つの側面は浮力に関して同じ変化にさらされない。一体として示されている２つの送り錘２３Ａ、２３Ｂは、８．０ｋｇ／ｄｍ^３の密度を有するので、送り錘２３Ａ、２３Ｂは０．２ｋｇ／ｄｍ^３だけ基準質量から逸脱する。その結果、力測定デバイス１の測定結果は実際の値から逸脱し、このことは測定が役に立たないことを示す。

空気の浮力の影響を補償するために、プロセッサユニット３５は、目標値の設定が完了した後、プロセッサユニット３５のメモリに保存された式に基づいて送り錘２３Ａ、２３Ｂを個別に制御する。送り錘２３Ａおよび２３Ｂの合成重心が変化しないように、相対的に低い密度を有する送り錘は、測定トランスデューサ２２の方向に移動され、相対的に高い密度を有する送り錘は、支持点２１Ａおよび２１Ｂの方向に移動される。送り錘２３Ａおよび２３Ｂの異なる支点間距離により、それらを組み合わせた効果は、７．８ｋｇ／ｄｍ^３の密度に相当する。これは基準質量の密度に等しく、その結果、送り錘のそれぞれの空気の浮力および基準質量は互いに平衡状態にある。

図３の力測定デバイス１をプッシュシステムと見なす場合、第１の送り錘２３Ａは、中立位置２７Ａにあり、第２の送り錘２３Ｂは、荷重受け部分１２に加えられる荷重を打ち消す。

図３の力測定デバイス１を対称的なプッシュ・プルシステムとして見なす場合、送り錘２３Ｂは、その補償力が荷重受け部分１２に加えられた荷重を打ち消す位置にあり、他方の送り錘２３Ａは、その補償力が平衡状態での秤竿１９の挙動に対する影響を及ぼさない中立位置２７Ａにある。したがって、破線の輪郭で描かれる送り錘は、同様にその補償力が荷重受け部分１２に加えられた力を打ち消す位置にある。

プッシュ・プル原理に従って動作する力測定デバイス１では、第２のレバーアームに追加することが必要な補助錘を送り錘に組み込むことができ、その結果、送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂの中立位置２７が測定トランスデューサの方向にシフトされる。

図４は、モノリシック測定セルとして構成された力測定デバイスの力測定セル１０の考えられうる実施形態を示す。秤竿１９の第２のレバーアーム２０（大部分は案内レール３２によって隠されている）は、横方向に取り付けられた案内レール３２を支持し、案内レール３２は、第２のレバーアーム２０を測定トランスデューサ２２の方へ延在させ、同時に、送り錘２３の案内される移動のための軸２６として働く。同じ構成は、反対側または両側同時に取り付けることもできる。支点軸、秤竿１９（コイルは含むが、送り錘は含まない）の重力の質量中心、連結部材１７への第１のレバーアーム１８の接続、および、測定トランスデューサ２２の力生成の中心２４は、いずれも１つの共通面にあり、荷重を秤量皿に置かない限り、秤竿１９はいかなるモーメントにもさらされず、秤のレベル外の状況とは無関係に、常に平衡状態にある。共通面は中立平衡面２５と呼ばれる。

プッシュ・プル原理に従って機能する測定トランスデューサ２２を有する力測定セル１０では、案内レール３２は、また、送り錘２３が、支点２１を越えてさらに遠くに移動された開始位置に移動することを可能にするために、荷重受け部分１２へ向かう方向に延在するべきである（延在部は破線で示されている）。具体的には、プッシュ・プル原理に従って動作する力測定デバイス１では、案内レールを延在させることによって、機械的ゼロ点をゼロ荷重位置まで移動させることができる。少なくとも１つの送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂが、ゼロ荷重に対応する位置を越えて移動する場合、その錘力は、測定トランスデューサ２２と反対に作用し、したがって較正錘として使用することができる。

秤竿１９の考えられうる構成が図５Ａおよび図５Ｂに示されている。一方の端部に配置されているのは、補償力を生じさせる測定トランスデューサ２２である。力生成の中心２４は中立平衡面２５にある。同様に中立平衡面２５に位置するのは、２つの送り錘２３Ａおよび２３Ｂのそれぞれの重心２８Ａおよび２８Ｂならびに支持点２１Ａおよび２１Ｂ（図５Ａでは隠されている）である。図５Ａおよび図５Ｂの両方は、支持点２１Ａおよび２１Ｂと同一線上にある送り錘２３Ａの重心２８Ａを示す。したがって、送り錘２３Ａは、測定トランスデューサ２２へ向かう方向にずれた送り錘２３Ｂとは対照的に、秤竿１９にモーメントが働かない。点線で示す境界線は、秤竿１９のどの部分が第１のレバーアーム１８に属するか、およびどの部分が第２のレバーアーム２０に属するかを示す。図５Ｂで分かるように、送り錘２３Ａは依然として、測定トランスデューサ２２からさらに離れるように移動することができる。

図６は、図１から図５ならびに図７および図８に送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂ，８２３として示され、この図では丸い案内ロッド３２として示される軸２６に沿って摺動可能な種類の送り錘２３の一例を示す。線形運動の軸２６に沿って送り錘２３を案内するのに適したその他の構成、たとえば、ねじ付きスピンドル、歯ラック、溝付きレール、および、回転を防止する外形を特に有するその他の案内要素が存在する。送り錘２３を移動させるための駆動機構は、ねじ付きスピンドルを有する回転モータ、線形駆動機構または圧電モータとして構成することができる。モータは、送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂ自体の一部分であってもよい。

図７のブロック図は、本発明による力測定デバイス１で行われる動作シーケンスを示す。ＭＦＲ原理に基づく現代の力測定デバイスは、二点鎖線の境界線の内部に描かれている要素を少なくとも含む。通常の動作では、すなわち一般的なタイプのＭＦＲ力測定デバイスによれば、プロセッサユニット３５は、位置測定デバイス３３（ほとんどの場合では複数の光電式センサ）から、平衡の状態からの逸脱の大きさおよび方向を受け取る。この情報に基づいて、プロセッサユニット３５は、測定トランスデューサ２２によって補償力を調節する。このプロセスは、測定用トランスデューサ２２の測定信号に基づいてプロセッサユニット３５が秤量対象の重量を計算し、この重量をディスプレイ３４によってユーザに知らされる間、連続的に繰り返される。

本発明による力測定デバイス１は、秤竿１９に配置された少なくとも１つの送り錘２３を有し、送り錘２３は、補償力を生じさせるためにプロセッサユニット３５の制御下で駆動機構によって移動することができる。送り錘２３によって生成される補償力は、測定トランスデューサ２２に直接的に作用し、測定トランスデューサ２２によって測定される量を直接的に使用して、送り錘２３の位置を設定することができる。したがって、プロセッサユニット３５が補償力を秤量するべき対象に適合させる２つの可能性がある。これらの適合によって達成される結果は、荷重受け部分１２に作用する荷重が補償されること、または、荷重に作用する空気浮力が補償されること、または、力測定デバイス１の測定窓がシフトされること、または、回転振動に対する感度が部分的もしくは完全に補償されること、または、これらの目的のうちのいくつかが同時に満たされることである。位置センサデバイス３３の測定信号を送り錘２３の位置のための制御変数として使用することも可能である。

移動距離測定デバイスは、送り範囲に沿って送り錘２３Ａ、２３Ｂの位置を登録して監視する。したがって、送り錘２３Ａ、２３Ｂの現在の位置は常にプロセッサユニット３５に知られており、その結果、プロセッサユニット３５は、位置設定、予荷重補償設定、浮力補償設定および／または回転補償設定に関する保存データに基づいて、少なくとも１つの送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂの補償力を計算することができる。逆に、プロセッサユニット３５は、少なくとも１つの送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂをどこに位置決めすることが必要なのかを、保存された設定データから決定することができる。

図８Ａおよび図８Ｂは、図１の力測定デバイスの２つの他の実施形態を示す。図１および図２の構成要素に類似している構成要素は同じ参照記号を持ち、したがって説明に関して、読者は図１および図２の説明を参照されたい。

図１の実施形態とは反対に、図８Ａおよび図８Ｂの力測定デバイス２は、別体の送り錘レバー８３７上で支点８３８と結合器手段８３６との間に配置された送り錘８２３を有する。結合器手段８３６は、この場合、圧縮力を伝達する一方向性結合器手段として構成される。好ましくは、送り錘８２３の位置は可変である。すなわち、送り錘８２３は、送り錘レバー８３７上で移動して新しい位置に係止することができる。したがって、この構成における送り錘８２３は、結合器手段８３６を介して第２のレバーアーム８２０に伝達される送り錘８２３の力が、荷重受け部部分１２に置かれた荷重と反対に作用する一実施形態の一部である。図８Ａおよび図８Ｂは、支点８３８の配置に関してのみ互いに異なっている。図８Ａの実施形態における支点は静止部分１１にあるが、図８Ｂにおける類似の支点は荷重受け部分１２に取り付けられている。さらなる構成変形形態では、伸張性を有する結合器手段の場合の支点が提案される。

図９Ａおよび図９Ｂのグラフでは、横軸は、加えられた荷重の錘力、または、力測定デバイスの全補償力を表し、本発明による力測定デバイス１の秤量範囲Ｄ内で測定窓Ａをどのようにシフトすることができるかを示す。力測定デバイス１の秤量範囲は、秤量対象の質量を決定可能な秤量範囲である。サブセクションＡ１、Ａ２、Ａ３は、さまざまな位置における力測定デバイス１の測定窓を表す。これらのサブセクションの幅は一定に維持され、測定トランスデューサ２２の最大補償力によって定められる。概して、測定トランスデューサの補償力が大きいほど、測定窓は幅広くなる。

プッシュシステムでは、少なくとも１つの送り錘２３の中立位置２７は、図９Ａにおける測定窓Ａ１に対応している。測定窓Ａ１を量Ｂだけシフトさせると、測定窓Ａ２になる。次に、加えられた荷重に対抗する補償力が、一部が送り錘によって、一部が測定トランスデューサ２２によって生じる。位置シフトＢは飛躍のない変形形態で設定することができ、その結果、測定窓Ａは、連続してシフトすることができる。

図９Ａに類似して、プッシュ・プルシステムの状況が図９Ｂに示されている。測定窓Ａ１、Ａ２、Ａ３のそれぞれは、プッシュ領域とプル領域とを有する。図９Ａの例では、これらの領域は対称であるが、測定トランスデューサ２２の構成に応じて、これらの領域は、非対称すなわち異なる幅を有していてもよい。プッシュ領域からプル領域への移行点は、この種類の力測定デバイス１の機械的ゼロ点を表す。有利には、測定窓Ａ２は、送り錘２３の補償力が、加えられた荷重に一致するように、または、力測定デバイス１が機械的ゼロ点で動作するように、量Ｂだけシフトされて位置決めされる。測定窓Ａのシフトは、秤量用容器の予荷重を補償するためにも使用される。

送り錘２３が完全に展開された（deployed）とき、考えられうる最大シフトＣに達している。測定窓ＡをシフトＣに追加することによって、力測定デバイスの秤量範囲Ｄが定められる。現在の最新技術の一般に使用されるＭＦＲ力測定デバイスは測定窓に等しい秤量範囲を有するが、本発明の力測定デバイス１の秤量範囲は、複数の測定窓によって拡張することができる。送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂのシフト移動を制御可能な精度が高いほど、送り錘に使用することができる質量が重くなり、秤量範囲が広くなる。

図１０Ａは、所与の測定用容器（点線）への目標秤量のためのプッシュシステムにおける基準値の設定を説明する一例である。この図は、少なくとも１つの送り錘２３の位置（Ｐ軸）の関数として測定トランスデューサ２２の補償力（Ｆ軸）を示す。初期状態では、測定用容器は秤量皿１６に置かれる。この容器は、重すぎるので測定窓の外部にあり、力測定デバイス１によって秤量することはできない。秤量プロセスが開始されると、プロセッサユニット３５は、（測定トランスデューサ２２がその最大補償力の１００％であることに基づいて）加えられた荷重の低い側へと測定窓Ａがずれていることを測定トランスデューサ２２によって登録する。その結果、プロセッサは、補償力への送り錘２３の寄与が増加するように送り錘２３のシフト移動を始める。点Ｘでは、測定トランスデューサ２２の補償力が依然として最大であるその上端であるにもかかわらず、測定は測定窓Ａに戻る。しかし、プッシュシステムでは、測定トランスデューサ２２の寄与する補償力の部分が全補償力の約２％から８％（この値は、ユーザの入力によって、またはプロセッサユニット３５における「目標秤量」（target weighing）機能によって設定される）に減少するまで、少なくとも１つの送り錘２３は、引き続き同じ方向にさらに移動する。この点で、力測定デバイス１は、測定用容器と共に秤量皿１６に置かれる秤量対象を秤量する準備が整っている。次に、荷重の正味の重量は、測定窓の維持されている範囲の残り（９２％から９８％）を用いて秤量することができる。

図１０Ｂの例は、プッシュ・プルシステム内の状況を示す。位置Ｘに達した後、送り錘２３のシフト移動は点Ｙまで継続され、点Ｙでは、測定トランスデューサ２２の寄与する部分が消えかけている。すなわち、プッシュモードとプルモードとの間の移行である補償力の部分の点Ｙに達する。この状態では、力測定デバイス１はその機械的ゼロ点にあり、測定トランスデューサ２２の活動は、たとえば温度効果および空気ドラフトによって引き起こされる軽微な逸脱のみを調節するように減少する。この点Ｙは、測定トランスデューサ２２の測定変数の良好な調節および測定値の正確な決定を可能にする最適な作用点を表す。図１０Ｂの例では、プッシュモードおよびプルモードは測定窓が５０％／５０％に分配され、すなわち、点Ｙは対称的に中央に設定される。しかし、これは実際の要件ではなく、力測定デバイス１および測定トランスデューサ２２の構成に依存する。

送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂのシフト移動および結果として生じる位置決めは、一方では（前述したように）測定トランスデューサ２２および／または位置測定デバイス３３によって登録される測定変数によって、他方では移動距離測定デバイスと、送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂの駆動機構の適切な制御と、によって、さまざまな形で生じることができる。

所与の入力量として、ユーザは、操作ユニットに、測定用容器、または、標準化および／もしくは保証がなされた較正錘の既知の質量を入力する。測定用容器または標準化されたかつ／もしくは保証された較正錘が、秤量皿１６に置かれた後、プロセッサユニット３５は、位置測定デバイス３３の出力信号に基づいて送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂをどのようにシフトするべきかを決定する。プロセッサユニット３５による駆動機構の制御は、所定の時間間隔で、または、回転もしくは直線状の増加量で（in rotary or linear increments）段階的に行うことができ、時間間隔または増加量は、送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂの定められた位置変化に対応する。点Ｘまたは点Ｚにおいて、それぞれ、測定窓の上端または下端に達する。ここから開始して、プロセッサユニット３５は、目標値によって定められる位置に達するために、時間間隔または回転もしくは直線状の増加量の数を計算して、送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂの駆動機構の制御に適用する。したがって、位置シフトと、時間間隔もしくは回転／直線状の増加量と、の相関は、プロセッサユニット３５のメモリに保存される。送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂを、ユーザによって入力されたデータに対応する位置に直接的にシフトすることも可能である。プロセッサユニット３５は、この場合、たとえば、位置設定、予荷重補償設定、浮力補償設定および／または回転補償設定などの利用可能な設定パラメータに依拠する。

プッシュシステムでは、最適な作用点および最適な作用点に対する測定窓の位置は、ユーザの意図する秤量タスクに依存する。既に言及した目標秤量のプロセスでは、より大きな荷重の側に広がった測定窓を必要とするが、熱重量測定では、より小さな荷重の方向に延在する測定窓を必要とする。度量衡測定では、基準荷重値に対して測定窓を対称的に位置決めすることが提案される。基準値の設定のための前述の方法は、全補償力への測定トランスデューサ２２の寄与が異ならなければならないことを除いて、度量衡測定または熱重量測定で使用することもできる。熱重量測定では、秤量試料の質量が測定の経過にわたって減少し、したがって測定窓Ａをより小さい荷重値の方へ偏らせるべきであるので、補償力のこの部分はおよそ９２％から９８％である。度量衡測定では、基準値は約４７％から５３％であるべきである。測定窓Ａのこの中央に置かれた位置は、測定値が基準値の上下に等しく延在する範囲内に最終的にあることができる秤量タスクに適切である。

プッシュ・プルシステムでは、最適な作用点は、プッシュモードからプルモードへの移行、すなわち機械的ゼロ点にある。したがって、作用点に対する測定窓の位置の設定は、測定窓Ａにおけるプッシュ領域とプル領域との相対的な比率に依存する。これらの領域は、異なる幅とすることができ、測定トランスデューサ２２の構成によって決定される。したがって、対称的なプッシュ・プルシステムは、プッシュ領域とプル領域との間で等しく分割された測定窓Ａを有する。

発生することもある状況下では、少なくとも１つの送り錘２３はその移動範囲の最大点にあり、すなわち、送り錘範囲は１００％まで使用される。したがって、秤量用容器は、重量測定には軽すぎ、すなわち測定窓の低い側へと外れている。この場合（一点破線で図１０Ａに示される）、プロセッサユニット３５は、送り錘２３の補償力が、加えられる荷重と平衡状態になる（点Ｚ）まで、少なくとも１つの送り錘２３を中立位置２７への方向に移動させる。この時点で、測定信号は測定窓Ａの下端にあり、すなわち、プッシュシステムの測定トランスデューサ２２の補償力はゼロに等しい。送り錘２３が中立位置２７へ向かう方向にさらに移動されるので、測定トランスデューサ２２の寄与する補償力の部分は、所望のセットポイント値または所望の作用点に達するまで減少する。

プッシュ・プルシステムでは異なる状況が存在する（図１０Ｂを参照されたい）。すなわち、点Ｚでは、測定トランスデューサ２２の補償力は、プル領域でその最大値にあり、中立位置２７へ向かう送り錘の継続的な移動により減少する。測定トランスデューサ２２がもはや補償力を生じさせる必要がないとき、すなわち、力測定デバイス１がその機械的ゼロ点にあるとき、好ましい、すなわち最適な作用点Ｙ_ＯＰＴに達する。しかし、プッシュ・プルシステムでは、ユーザが、補償力の比率のセットポイント値を入力すること、または、プロセッサユニット３５において「目標秤量」機能を選択することも可能である。

図１０Ａおよび図１０Ｂにおいて点Ｘと点Ｚとを接続する線は、秤量範囲の幅に対する測定窓の幅の比率（比＜１）と解釈することもできる。線が浅い角度（１に近い比）で傾斜する場合、秤量対象の質量を決定可能な錘範囲は、測定トランスデューサ３３の補償力によって秤量対象の質量を測定可能な錘範囲よりわずかに大きい。より大きな比は、送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂの補償力の微調整において、より高い精度を達成することができるという利点を有する。接続する線が急な場合、力測定デバイス１の秤量範囲は、測定窓に応じて比例するように（commensurately）大きくなり、力測定デバイス１は、より幅広い範囲の用途により適するようになる。

たとえばフィルタの秤量時のような、２つの関連する測定を実行した場合、または、一連の測定を、秤がその他の目的に使用される長い時間間隔で隔てられて個々に行われる場合、重量測定機器が、基準として働くべきである初期測定で使用されたのと同じ構成、すなわち同じパラメータ設定に復帰することを保証することが重要である。この保証は、以下のように定義できる標準操作手順（ＳＯＰ）によって達成することができる。力測定デバイスに秤量対象を置く前に、測定トランスデューサ２２が寄与すべき補償力の比率を決定する必要がある（これは、プッシュ・プルシステムでは、測定トランスデューサ２２によって命令される所与の量とすることができる）。荷重受け部において較正質量を配置し、そこで、力測定デバイス１は、少なくとも１つの送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂを必要な位置に配置し、メモリに重量値を保存する。これらの２つの工程は、基準測定の前に、また、この比較測定の基準を有するために、関連する測定の前に実行する必要がある。較正質量は、外部から荷重受け部に置かれた標準化および／または保証された錘であってもよいし、力測定デバイス１に組み込まれた較正錘であってもよく、この目的のために組み込みまたは除外を切り換える（switch in or out）ことができる。

たとえば度量衡測定などの長期にわたる測定では、周囲温度、気圧および／または湿度の変化は、測定に対する影響を有する。これらの変動は、空気密度の変化によって表れる。アルキメデスの原理によれば、秤量対象と送り錘２３が異なる密度を有する場合、空気密度が変動するとすぐに空気浮力の変化の結果としてずれが生じる。この問題を解決するために、異なる密度を有する少なくとも２つの送り錘２３Ａ，２３Ｂが秤竿１９に配置される。送り錘２３Ａ，２３Ｂの異なる位置設定によって、第２のレバーアーム２０に作用する錘力だけでなく浮力を、第１のレバーアーム１８に作用する秤量対象の錘力および浮力に一致させることが可能である。秤量対象の密度が送り錘２３Ａの密度から送り錘２３Ｂの密度の間にある場合、空気密度の効果の補償は可能である。極値では、すなわち秤量対象の密度が送り錘２３Ａおよび２３Ｂのそれぞれの密度の一方または他方に等しい場合、密度が秤量対象に一致する送り錘のみをその位置にシフトすることができ、他方の送り錘は中立位置に留まる。このことは、力測定デバイス１の送り錘によって補償することができる範囲を必ず減少させる。したがって、送り錘２３Ａおよび２３Ｂは、それぞれの密度に関して力測定デバイス１の意図する使用に適合する必要がある。別の可能性として、異なる密度の一連の送り錘（すなわち２つ以上）を使用することができる。所与の用途で使用されない送り錘は、中立位置２７に保たれ、したがって、秤竿に対する影響を有さない。秤量対象の密度に応じて、用途に適切な送り錘が選択されるであろう。

力測定デバイス１の適用範囲を広げるために、少なくとも１つの送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂを交換することができる。たとえば、送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂが重いほど、送り錘範囲Ｃが大きくなる（図９を参照されたい）。置き換え錘が、以前に所定の位置にあった錘より軽いと、送り錘範囲Ｃが小さくなるが、調整性は、より細かく、したがってより高精度になる。送り錘を、重量は等しいが密度が異なる新しい送り錘と交換することによって、秤量対象の密度を考慮に入れることができる。

複数の送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂを使用しているとき、送り錘を同期させることが必要になる。第１の可能性は、送り錘２３，２３Ａ，２３Ｂを止め端部（end stop）に移動し、関連する調整値をプロセッサユニットのメモリに保存することである。同様に、機械的ゼロ点における同期が可能である。機械的ゼロ点における同期は、外部から力測定デバイス１に作用するモーメントの影響を最小にする、すなわち調整において最高の正確さを達成するという利点を有する。機械的ゼロ点における同期という可能性は、プッシュ・プルシステムに特によく適していることがわかっている。

特定の実施形態の一例を示すことによって本発明を説明してきたが、たとえば、個々の実施形態の特徴を互いに組み合わせることによって、および／または、実施形態間で個別の機能ユニットを置換することによって、本発明の教示に基づいて多数のさらなる変形形態を創造できることは明らかであるであろう。

１ 力測定デバイス
２ 結合器手段を有する力測定デバイス
１０ 力測定セル
１１ 静止部分
１２ 荷重受け部分
１４ 上部平行案内部材
１５ 下部平行案内部材
１６ 秤量皿
１７ 連結部材
１８ 第１のレバーアーム
１９ 秤竿
２０，８２０ 第２のレバーアーム
２１，２１Ａ，２１Ｂ 支点
２２ 測定トランスデューサ
２３，２３Ａ，２３Ｂ，８２３ 送り錘
２４ コイルの力生成の中心
２５ 中立平衡面
２６，２６Ａ，２６Ｂ 摺動軸
２７，２７Ａ，２７Ｂ 中立位置
２８，２８Ａ，２８Ｂ 送り錘の重心
２９ 先行レバー段
３０ 後続レバー段
３１ 通路開口
３２ 案内レール
３３ 位置測定デバイス
３４ ディスプレイ
３５ プロセッサユニット
８３６ 結合器手段
８３７ 送り錘レバー
８３８ 支点
Ａ 測定窓
Ａ１ 送り錘の中立位置にある測定窓
Ａ２ 送り錘のシフト位置にある測定窓
Ａ３ 送り錘の最大シフト位置にある測定窓
Ｂ 位置シフト
Ｃ 最大位置シフトまたは最大送り範囲
Ｄ 秤量範囲
Ｘ_Ａ 測定トランスデューサの最大補償力における平衡状態
Ｘ_Ｂ プッシュモードでの最大補償力における平衡状態
Ｙ 目標秤量の終了時の作用点
Ｙ_ＯＰＴ プッシュ・プルモードにおける力測定デバイスの最適な作用点
Ｚ_Ａ 送り錘の最大補償力における平衡状態
Ｚ_Ｂ プルモードでの最大補償力における平衡状態
Ｆ_{ｓｅｔｐｏｉｎｔ ＴＧＭ} 熱重量測定において測定トランスデューサが寄与する補償力の部分
Ｆ_{ｓｅｔｐｏｉｎｔ ＭＥＴ} 度量衡測定において測定トランスデューサが寄与する補償力の部分
Ｆ_{ｓｅｔｐｏｉｎｔ ＴＷ} 目標秤量プロセスにおいて測定トランスデューサが寄与する補償力の部分

Claims (14)

1. 平行案内部材（１４，１５）によって互いに接続された静止部分（１１）と荷重受け部分（１２）とを有するとともに、少なくとも１つの秤竿（１９）を有する重量測定機器のための、電磁力補償の原理に従って動作する力測定デバイス（１）であって、
   前記秤竿（１９）は、
   前記秤竿（１９）の第１のレバーアーム（１８）に作用する連結部材（１７）を介して、直接的に、または、さらなるレバー（２９）を介して前記荷重受け部分（１２）に接続され、
   前記秤竿（１９）の第２のレバーアーム（２０）のところで、直接的に、または、さらなるレバー（３０）を介して測定トランスデューサ（２２）に接続され、
   前記測定トランスデューサ（２２）は、前記静止部分（１１）に配置され、
   前記測定トランスデューサ（２２）は、案内される可動性を有して永久磁石の磁界内に配置された電磁コイルであり、
   少なくとも２つの送り錘（２３Ａ，２３Ｂ）が、前記少なくとも１つの秤竿（１９）に配置されており、
   前記測定トランスデューサ（２２）と、該測定トランスデューサ（２２）と協働する位置測定デバイス（３３）と、のうちの少なくとも一方の測定変数に基づいて駆動機構によって制御される態様で、送り錘（２３）の位置を変化させることができ、
   少なくとも２つの送り錘（２３Ａ、２３Ｂ）は、
   前記秤竿（１９）上で中立平衡面（２５）内の位置に配置され、
   前記面内で相互に独立して移動可能である
   力測定デバイス（１）。
2. 請求項１に記載の力測定デバイス（１）であって、
   前記送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）の位置をシフトすることによって、
   前記力測定デバイス（１）の測定窓の位置を変化させることができることと、
   前記荷重受け部分（１２）に作用する荷重を補償することができることと、
   前記荷重受け部分（１２）に作用する荷重の浮力を補償することができることと、
   回転振動に対する感度を部分的または完全に補償することができることと
   のうちの少なくとも１つを満たす
   力測定デバイス（１）。
3. 請求項１または請求項２に記載の力測定デバイス（１）であって、
   前記電磁コイルを流れて補償力を生じさせるコイル電流は、前記送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）の位置を設定するための前記測定変数を表す
   力測定デバイス（１）。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の力測定デバイス（１）であって、
   前記位置測定デバイス（３３）は、光電式位置センサであり、
   前記光電式位置センサは、
   前記静止部分（１１）に配置されるとともに空間間隔を挟んで互いに向かい合う発光体および受光体を有し、
   前記空間間隔を通り抜け、前記力測定デバイス（１）の移動可能部分の偏位に関与するシャッタ羽根をさらに有し、
   前記位置測定デバイスの出力信号は、前記荷重受け部に前記荷重を置いた結果として生じる、前記移動可能部分のゼロ位置からの変位に対応し、
   前記位置センサの信号は、前記送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）の位置決めを制御する測定量を表す
   力測定デバイス（１）。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の力測定デバイス（１）であって、
   前記送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）の位置は、後の時点で読み出すために、移動距離測定デバイスを用いて、位置設定と予荷重補償設定と浮力補償設定と回転振動補償設定のうちの少なくとも１つとして、プロセッサユニット（３５）のメモリに登録され保存される
   力測定デバイス（１）。
6. 請求項５に記載の力測定デバイス（１）であって、
   前記力測定デバイス（１）の前記プロセッサユニット（３５）は、
   前記荷重受け部分（１２）に配置された読取り器デバイス、または、前記重量測定機器に接続された読取り器デバイスを用いて、バーコードまたはＲＦＩＤチップから容器を識別する機能と、
   前記少なくとも２つの送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）の前記位置設定と予荷重補償設定と浮力補償設定と回転振動補償設定とのうちの少なくとも１つについての、前記容器に関連付けられた保存データを前記メモリから再び呼び出す機能と
   を有する力測定デバイス（１）。
7. 請求項１に記載の力測定デバイス（１）であって、
   前記少なくとも２つの送り錘（２３Ａ、２３Ｂ）は、
   それぞれの密度に関して互いに異なることと、
   交換可能であるように構成されていることと
   のうちの少なくとも一方を満たす力測定デバイス（１）。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の力測定デバイス（１）であって、
   １つ以上の秤竿（１９）に、１つまたは複数の送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）が摺動可動性を有して配置されている
   力測定デバイス（１）。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の力測定デバイス（１）であって、
   前記少なくとも２つの送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）は、線形駆動機構もしくは圧電駆動源を用いて、または、スピンドルを有する回転駆動機構を用いて、所定の位置に移動され、
   前記送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）の移動距離は、前記駆動機構によって制御可能である
   力測定デバイス（１）。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の力測定デバイス（１）であって、
    前記力測定デバイス（１）は、前記少なくとも２つの送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）の位置決めのための電気駆動機構を備え、
    前記駆動機構自体は、前記送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）の一部分である
    力測定デバイス（１）。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の力測定デバイス（１）であって、
    前記少なくとも１つの送り錘（８２３）は、結合器手段（８３６）を介して前記秤竿（１９）に取り付けられており、それによって、前記送り錘（８２３）が寄与する重量を動作可能に結合し結合解除することができる
    力測定デバイス（１）。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の力測定デバイス（１）であって、
    前記少なくとも１つの送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）は、前記送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）の重量が前記測定トランスデューサ（２２）の補償力と反対に作用する位置に移動されることができる
    力測定デバイス（１）。
13. 請求項２ないし請求項１２のいずれか一項に記載の重量測定機器のための力測定デバイス（１）の少なくとも２つの送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）の位置を設定するための方法であって、
    テア荷重が前記荷重受け部分（１２）に置かれる、または、重量値がユーザによって入力される、または、前記テア荷重が、前記荷重受け部分（１２）に配置された読取り器デバイスもしくは前記重量測定機器に接続された読取り器デバイスを用いてバーコードまたはＲＦＩＤチップから識別される工程と、
    測定窓に関するセットポイント値がユーザによって入力される、または、前記セットポイント値が、ユーザによる秤量タスクの選択に応じてプロセッサユニット（３５）のメモリから読み出される工程と、
    前記少なくとも２つの送り錘（２３，２３Ａ，２３Ｂ）が、駆動機構によって前記セットポイント値に従った位置まで移動される工程と
    を備える方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、
    秤量対象の密度値が、
    追加入力としてユーザによって入力されるか、または、
    前記荷重受け部分（１２）に配置された読取り器デバイスもしくは前記重量測定機器に接続された読取り器デバイスを用いてバーコードもしくはＲＦＩＤチップから登録され、
    前記少なくとも２つの送り錘が前記セットポイント値に従った位置に移動する前記工程の後に、前記少なくとも２つの送り錘のそれぞれの位置が相互に独立して適合される
    方法。

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