JP6271262B2 - 静電力の検出 - Google Patents

Description

本発明は、天秤の計量結果が計量対象の静電荷によって影響される範囲を予測する方法に関する。さらに、本発明は、同じく、この方法を実施する能力を備えた天秤に関する。

対象の重量を高い精度で計量しなければならない場合、計量結果に影響を及ぼすすべての要因を可能な限り最小化しなければならない。この要因には、例えばエアードラフトまたは温度および湿度を含む周囲条件の変動があり、エアードラフトは、ほとんどの場合、ドラフト遮蔽によって十分に小さくすることができ、したがってそれらを無視することができ、また、周囲条件の変動は、例えば天秤を気候制御環境の中に置くことによって除去することができる。

計量結果に影響を及ぼす別の要因は、計量コンパートメント内のとりわけ計量対象の近傍に存在する、または計量対象上に直接存在する静電荷であり、これらの静電荷は、非導電性であるか、あるいは非導電性材料の容器の中に含まれているサンプルが計量される場合にとりわけ出現する。静電荷の影響は、とりわけ、計量タスクが微小な質量差の決定を必要とする状況で大きいガラス容器または重合体容器が使用される場合に大きな問題を提起する。荷重レシーバは、通常、金属で構築され、電気的に接地された天秤ハウジングへの導電接続を介して電荷を除去することができるため、ほとんどの場合、計量荷重を形成するサンプルおよび／または容器が置かれる荷重レシーバ自体に静電荷が蓄積することはない。

荷重レシーバ上の計量荷重に静電荷が蓄積すると、計量荷重および天秤の接地部品の個々の静電位に差が生じる。この静電位の差のため、計量荷重と例えば計量コンパートメントの床の間に作用する力が存在することになる。計量対象によって生成される重力に加えて、この力の垂直方向の成分も同じく計量セルに作用することになる。したがって不正確な計量結果がもたらされ、かつ、表示されることになる。

例えばサンプルがプラスチック容器内で計量されると、静電荷によって２ミリグラムの測定誤差が生じる可能性がある。したがって２０ミリグラムのサンプルの場合、この測定誤差はサンプルの重量の１０％もの大きさになり得る。

例えば追加ドラフト遮蔽などの他の天秤部品またはハウジングの他の領域も、それらが非導電性材料からなっている限り、同様に静電荷が蓄積し、したがっていわゆる力バイパスを介して計量結果に誤差が生じる可能性がある。

欧州特許第１１０６９７８（Ａ１）号明細書に、静電的に電荷を帯びた計量対象を計量するために設計された化学天秤が記載されている。ドラフト遮蔽を有するこの天秤は、イオン化された空気の流れを生成するためのデバイスを備えている。このデバイスは、互いに逆の極性の個々の電圧で保持された少なくとも２つのピンポイント電極を備えた空気イオナイザ、ならびにファンを含む。このデバイスは、ドラフト遮蔽アクセス開口を閉じることによって起動することができ、また、プリセット時間期間が経過するとターンオフさせることができる。

このデバイスは、一方では、ファンが荷重レシーバの領域に望ましくないエアードラフトを生成する可能性がある、という欠点を有しており、また、他方では、静電荷を中和するのに利用することができる一定の量のイオン化空気分子が、荷重レシーバ上の対象によって蓄積される静電荷の大きさに無関係に常に存在する、という欠点を有している。

欧州特許第１８１３９２０（Ａ１）号明細書に、静電荷の存在を検出し、かつ、蓄積した電荷の量を表す信号を提供するための静電荷センサを備えた天秤が開示されている。計量対象のための荷重レシーバを含み、また、測定モジュールを備えた電子部品を含んだこの天秤は、置かれる対象、すなわち荷重レシーバ上に置かれようとしている対象上の静電荷を検出することができる方法で配置される静電センサを備えている。

静電荷の広がりが連続的であっても、これらの静電荷は空間中に一様に分布していない。静電荷の濃度および極性は材料毎に異なる。これは、欧州特許第１８１３９２０（Ａ１）号明細書の構成で検出される電荷は、主として静電センサの近傍の電荷であることを意味している。静電センサの測定結果は、天秤内に配置されるセンサの特定の位置によって様々である。したがって静電センサを使用した静電荷測定から得られる情報は、ごく限られた有効性しか有していない。

他の欠点として、静電センサは、静電荷によって生じる力の方向に無関係に静電荷の量を測定する。天秤内では、計量結果に影響を及ぼすのは静電引力の垂直方向の成分のみであるが、計量対象を引っ張る垂直方向の力の方向、つまり上向きまたは下向きも同じく重要である。したがって静電センサの近傍に存在する総静電荷の測定は不適切である。

さらに、この天秤には、計量セルの他に追加センサの使用が必要である。

欧州特許第１１０６９７８（Ａ１）号明細書 欧州特許第１８１３９２０（Ａ１）号明細書

したがって本発明の目的は、天秤の計量結果が計量対象上に存在する静電荷によって影響される範囲を予測することができる方法およびデバイスを提案することである。その狙いは、追加すべき電子回路が最少の解決法である。

このタスクは、独立方法請求項に記載されている方法、および主要装置請求項に記載されている装置特徴によって達成される。
天秤は、力測定セルと、計量すべき対象を支持するように設計された荷重レシーバとを備えている。計量対象上の静電荷が有する天秤の計量結果に対する影響を予測する方法には、必然的に以下のステップを伴う。

− 計量対象の近傍に配置される第１の電極に第１の定義済み正電圧および第２の定義済み負電圧が交互に印加されている間、
− それぞれ前記第１の電圧を印加している間に力測定セルに作用する力、および前記第２の電圧を印加している間に力測定セルに作用する力が測定され、かつ、前記測値が第１の測定結果および第２の測定結果として記録され、
− 第１の測定結果と第２の測定結果の差は、計量対象上に残留している静電荷が有する計量結果に対する影響の大きさを表し、
− 第１の測定結果と第２の測定結果の差は、計量対象上の静電荷によって生じる、計量結果を変化させる原因になる力の本質的に比例部分を表しており、入力信号として処理装置に送られる。

上記方法は、典型的には化学天秤および微量天秤に使用される。電極は計量対象の近傍に配置され、計量対象とは非接触であり、また、電極は天秤の一部である。第１の電極に印加される定義済み正電圧の結果、電極は正に帯電することになり、したがって電位と電界の差が計量対象と電極の間に自らを確立することになる。電界の結果、計量対象と電極の間に力が作用することになる。計量対象に対する電極の空間配置は、電界が計量結果に影響を及ぼすようになっている。

計量対象が正の電荷を担っている場合、電極および計量対象は、同じ極性を有しているため、それらは互いに反発し合うことになる。一方、計量対象が負の電荷を担っている場合は、計量対象と正に帯電した電極との間に引力が作用することになる。この力の垂直方向の成分は自ら重力と重畳し、したがって計量結果が変化する原因になる。

電極が計量対象の下方に配置され、かつ、計量対象が電極によって引っ張られると、この静電力は、重力に対する加算として作用する。それとは逆に、電極が計量対象の上方に配置され、かつ、計量対象に引力を付与すると、力測定セルに作用する合力は、重力と静電力の絶対量との差を表す。

したがって印加される電圧の極性、計量対象に対する電極の位置および計量結果の変化の方向（正または負）から、計量対象上の静電荷の極性を決定することが可能である。
力測定セルに作用する力が測定され、かつ、第１の計量結果としてメモリに記憶される。

次に、第２の定義済み負電圧が電極に印加される。電極上の静電荷の極性の変化により、静電力は逆方向に作用することになる。正電圧によって電極と計量対象の間に引力が作用した場合、電極の負電圧によって反発力が作用することになり、その逆も真である。したがって計量結果が大きくなるか、あるいは小さくなることになる。

力測定セルに作用する力が測定され、かつ、第２の計量結果としてメモリに記憶される。
計量対象上に残留している静電荷の量が多いほど、より大きい静電力が計量対象に作用することになり、したがって実際の重量からの計量結果の逸脱が大きくなる。

計量対象上に静電荷が存在している場合、印加される電圧が高いほど、計量結果の変化が大きくなる。これは、測定方法の感度が高くなることを意味している。計量対象、計量対象の材料または計量対象の大きさに応じて選択される異なる電圧レベルを使用して動作させることができる。５０Ｖから１００Ｖまでの電圧によって十分に高い感度が得られることが分かっている。

電極に印加される電圧は、一定の電圧であっても、あるいは可変電圧であってもよい。例えば、電極に印加される電圧は、第１のパルス周期の間、重量測定に対する影響が検出されるレベルまで電圧を高くし、後続するパルス周期の間、同じ電圧レベルが維持される方法で制御することができる。第１の測定結果と第２の測定結果の差を意味のあるものにするためには、第１の定義済み電圧および第２の定義済み電圧の絶対的な大きさを等しくし、かつ、極性を逆にしなければならない。電極に印加される電圧は、例えば対称方形信号または正弦パルス信号の形態を有することができる。

重量の変化が力測定セルによって測定されるため、予測の感度も同じく天秤の分解能によって決まる。天秤の感度が高いほど、電圧が電極に印加されると生じる重量変化の測定精度がより高くなる。

次のステップで第１の測定結果と第２の測定結果の差が計算され、かつ、処理装置の出力として伝達される。
第１の測定結果と第２の測定結果の差は、計量対象上の静電荷が有する計量結果に対する影響の大きさを表している。この差は、静電荷によって生じる、延いては計量結果を変化させることになる力に本質的に比例している。

この方法の重要なことは、絶対量ではなく、計量結果の変化であるため、請求項１に記載の方法は、サンプルが天秤の上に置かれると直ちに実施することができ、つまり天秤の初期過渡発振の間に実施することができる。したがって追加待機時間を必要とすることなく、測定結果をより速やかにユーザに伝えることができる。

この方法は、好ましいことには、重量の変化が天秤によって検出されると自動的に実施される。したがってこの方法は、未知の電荷を有する新しい計量対象が荷重レシーバ上に存在する、という仮定から開始される。

さらに好ましいことには、この方法を実施することによって重量変化が生じても、天秤のユーザに対する混乱を回避するために、その変化は天秤のディスプレイには示されない。

電極に印加される電圧の周波数は、特定の範囲内で選択することができる。力測定セルは、２Ｈｚと１０Ｈｚの間の周波数で重量変化を適切に追従することができることが分かっている。理想的には、力測定セルの伝達関数は極めて高速であり、パルスは、力測定セルが依然として重量変化を追従することができるだけの十分な長さである。典型的には、重量測定は、電極に印加される電圧と同期化される。

この方法を実施している間、それと同時に測定信号を処理するためには、電極の電圧源のために使用される周波数の信号をフィルタ除去するために、信号処理のための並列フィルタ経路を使用することが好ましい。理想的には、とりわけ耐干渉測定が可能であるため、いわゆるチョッパ技法がこの目的のために使用される。

本発明の利点の１つは、電極の電圧源を除く一切の追加構成要素を必要とすることなく、また、追加センサの使用を必要とすることなく、天秤に広く使用されている電子システムを使用して実現することができることにある。これは、余計な熱源が既存の天秤に導入されないことを意味している。さらに、天秤の製造費の増加は、静電荷の影響を決定するためのデバイスの追加による些細な範囲にすぎない。

本発明の一実施形態では、第１の測定結果と第２の測定結果の差の代数符号は、計量対象が担っている静電荷の極性を表している。
本発明の別の開発済みアプリケーションでは、処理装置は、少なくとも１つの出力信号を指示器ユニットおよび／またはイオナイザに送る。

本発明の他の好ましい態様によれば、プロセッサからの少なくとも１つの出力信号は、極性および／または大きさを含み、大きさの値は、第１の測定結果と第２の測定結果の差の量に比例している。

さらなる実施形態では、少なくとも１つのプロセッサ信号は、電荷を除去し、および／または計量対象を遮蔽するために取るべき処置に関する情報を含む。
本発明による方法を実施する際のさらなる好ましい要素は、定義済み修正係数および第１の測定結果と第２の測定結果の差を適用することによって計量結果を修正することである。

計量対象上に残留している静電荷の極性を知ることには、ユーザが静電荷を除去するための目標処置を取ることができる、という利点がある。例えば示された極性に基づいて、ユーザは、イオナイザによって逆極性のイオンを計量対象に噴霧することができる。イオナイザは、天秤の内側または外側に配置することができる。イオナイザが処理装置によって制御されると、それは有利である。

第１の測定結果と第２の測定結果の差の量を使用して、消イオンの強さおよび継続期間を制御することができる。第１の測定結果と第２の測定結果の差に基づいて消イオンの強さおよび継続期間を決定する関係は、実験によって見出すことができる。

一連の測定が進捗している間、計量対象の位置、寸法、材料および形状が一定に維持されると、それは有利である。それにより、一貫した測定条件の下で計量が実施されることが保証される。したがって静電荷の影響をより正確に予測することができ、また、実験手順によって測定誤差を補償することができる。

好ましいことには、計量結果は、この方法が実施されている時間期間の間は指示器ユニットに表示されない。したがってユーザは、変化する指示に対する苛立ちから解放される。さらに、指示器は、この方法が実施された後にのみ計量結果を表示することがより良好である。

さらなる実施形態によれば、状態情報がユーザに発信され、この状態信号は、この方法の現在の状態を表し、少なくとも「請求項１に記載の方法が現在進行中である」第１の状態と、「請求項１に記載の方法が完了している」第２の状態とを区別する。

この機能は、天秤の活動状態に関する情報および表示される重量の有効性に関する情報がユーザに提供される、という利点を提供する。したがってユーザは、請求項１に記載の方法が進行している間に表示される計量結果を無視することができる。この方法が完了すると、ユーザは、状態信号に依存して天秤の通常の動作を継続するか、あるいは静電荷を除去するための処置を取ることができる。

天秤の固定要素は、計量対象または荷重レシーバの近傍に配置されることが好ましく、前記固定要素が第１の電極を形成する。この固定要素は、例えば計量コンパートメントの床、ドラフト遮蔽の屋根またはドラフト遮蔽の壁によって構成することができる。

さらなる実施形態によれば、天秤は、第１の電極および少なくとも第２の電極を有しており、これらの電極の各々は平面状の形態の電極である。
とりわけ第１の電極が計量対象の下方に配置され、かつ、第２の電極が計量対象の上方に配置され、また、これらの２つの電極を逆極性の電圧で帯電させると、上記方法の感度が改善される。

第１の電極または第２の電極が計量対象および荷重レシーバの下方に配置されるように天秤が構成されると、それはとりわけ有利である。このようにして、計量対象と電極の間の距離が最短化されるため、一般的に力を最大にすることができ、延いては測定方法の感度を最大にすることができる。

好ましい実施形態では、計量対象および荷重レシーバの下方の電極は、荷重キャリアの垂直方向の突出部分の輪郭形状を有する切欠きを計量コンパートメントの床の上に有している。この切欠きは、力の測定を可能な限り計量対象上に存在している静電荷に限定する目的、および電気的に接地された荷重レシーバと電極の間の静電界の形成、延いては静電力の形成を回避する目的を有している。

第１の電極は、好ましいことには、重力の方向に対して直角に延在するように配置され、また、少なくとも１つの第２の電極は、重力の方向に対して直角か、あるいは重力の方向のいずれかに配置される。

天秤が、第１の電極および／または少なくとも１つの第２の電極としてそれらの全体または一部のいずれかが使用される計量コンパートメント床および／またはドラフト遮蔽屋根および／またはドラフト遮蔽壁を有していると、それは有利である。したがって上記方法には、１つまたは複数の電極のための制御可能な電圧源を除き、一切の装置特徴の追加は不要である。

本発明に必要な、上で挙げられている、また、特許請求の範囲の中で挙げられている装置構成要素、ならびに実施形態の例の中で以下で説明される装置構成要素は、それらの大きさ、形状、設計、材料および技術的概念に関して、何らかの特殊な例外的要求事項に従うものではなく、したがって本出願の分野で一般的に知られている選択基準に従って自由に明記することができる。

本発明の主題の他の詳細、特徴特性および利点は、従属請求項の中で見出すことができ、また、本発明の好ましい実施形態が一例として提示されている添付の図面についての以下の説明の中で同じく見出すことができる。

ドラフト遮蔽および静電的に帯電した計量対象を有する天秤の側面図である。 計量コンパートメントの床の上に配置された電極を備えた天秤の略簡易側面図である。 電極に印加される電圧を時間の関数として示すグラフ３Ａ、および対象を計量する際に得られる測定結果を示すグラフ３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅを示す図であり、それぞれ（３Ｂ）は、静電荷を担っていない、また、接地に接続されていないグラフであり、（３Ｃ）は負の電荷を担っているグラフであり、（３Ｄ）は正の電荷を担っているグラフであり、また、（３Ｅ）は接地に接続されているグラフである。 第１の電極を構成している計量コンパートメント床、および第２の電極を構成している計量コンパートメント屋根を備えた天秤の側面図である。 第１の電極を構成している分配ヘッドを備えた適量分配デバイスの側面図である。 フィルタおよびフィルタ−計量チャンバを備えた天秤であって、フィルタ−計量チャンバの底部部分が第１の電極として使用され、また、フィルタ−計量チャンバの頂部部分が第２の電極として使用される天秤の側面図である。

図１は、ドラフト遮蔽８を備えた天秤１を示したものである。計量対象２は、荷重レシーバ６の上に載っている。計量対象２は正の静電荷を担っており、計量対象２の表面が電子の欠損を有していることを意味している。計量対象２の近傍の部品、つまり荷重レシーバ６、計量コンパートメント床７、ドラフト遮蔽壁１０ならびにドラフト遮蔽屋根９は、静電誘導の結果として、それらの表面で負に分極されている。これらの部品は、それらの表面に余剰の電子を有している。

電子の余剰および欠損は、非導電性材料からなる２つの対象の原子間の電子交換の結果である。この電子交換は、典型的にはこれらの２つの対象間の摩擦接触の結果として生じる。したがって計量対象２または天秤の一部が人によって取り扱われ、および／または電気的に接地されていないツールを使用して取り扱われると、そのために計量対象２の上および／または接地に接続されていない天秤の部品の上に静電荷３、５が生じることになる。電子交換の程度は、材料およびそれらが互いにどのように接触するかによって様々である。

過剰電子は、引き付けられて、別の原子中の電子が欠損した場所を占有する。この引力は、計量対象２上の電荷３、５と天秤の部品上の電荷４、５の間に静電界を形成する。この静電界は、力場Ｆ_Ｅの性質の静電界であり、この力場Ｆ_Ｅの垂直方向の成分Ｆ_ＥＹは、それ自体が計量対象２の重力Ｆ_Ｇに加わり、したがって計量結果に影響を及ぼす。

図２は、荷重レシーバ６の上に載っている計量対象２を示したものである。荷重レシーバ６は力測定セル１７に結合されている。
計量対象２は負の静電荷を担っている。荷重レシーバ６は接地されている。計量対象２は非導電性であるため、接地接続を介した放電は生じない。帯電した計量対象２は帯電した状態を維持する。

電極１２は、計量コンパートメント床７を形成している。荷重レシーバ６の垂直方向の突出部分の輪郭形状を有する電極１２中の切欠きが図面に明確に示されている。電極１２はＤＣ電圧源Ｕ_Ａに接続されている。正のＤＣ電圧Ｕ_１が電極１２に印加されると、正の電荷３が電極１２に向かって流れる。負に帯電した計量対象２、正に帯電した電極１２およびそれらの間の空気は、コンデンサとして作用する。静電界は、計量対象２と電極１２の間に引力をもたらし、この引力は、電極１２の方向の力として計量対象２に作用する。力測定セル１７は、重力と静電引力の垂直方向の成分の和を測定する。

図３Ａは、一例として、特許請求される方法が電圧Ｕを電極１２に印加することによって実行される様子を時間グラフの形で示したものである。Ｕ_０は、本発明による方法が実施される前、および実施された後の電極の電圧レベルであり、０ボルトである。Ｕ_１は正のＤＣ電圧であり、また、Ｕ_２は負のＤＣ電圧である。Ｕ_１およびＵ_２は同じ絶対値を有している。電圧Ｕは、時間の関数として変化し、以下のように時間ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４およびｔ_５で特定の値を取る。

本発明による方法を開始する前の時点ｔ_０では、電極１２はシャーシグラウンドに接続されており、つまりＵ＝Ｕ_０＝０ボルトである。
時間ｔ_１で本発明による方法が開始され、電極１２に印加される電圧Ｕが第１の定義済み正電圧Ｕ_１の値に設定される。

時間ｔ_２で、電極１２に印加された電圧Ｕが第１の定義済み正電圧Ｕ_１の値から第２の定義済み負電圧Ｕ_２の値に変化する。
時間ｔ_３で、電極１２に印加された電圧Ｕが第２の定義済み負電圧Ｕ_２の値から第１の定義済み正電圧Ｕ_１の値に変化する。

時間ｔ_４で、電極１２に印加された電圧Ｕがもう一度第１の定義済み正電圧Ｕ_１の値から第２の定義済み負電圧Ｕ_２の値に変化する。
時間ｔ_５で本発明による方法が完了し、電極１２に印加された電圧Ｕが第２の定義済み負電圧Ｕ_２の値から値Ｕ_０に変化し、Ｕ_０＝０ボルトである。

図３Ｂ、３Ｃ、３Ｄおよび３Ｅは、異なる対象２を計量した場合の個々の測定結果ｍ_ａ、ｍ_ｂ、ｍ_ｃ、ｍ_ｄを示したもので、電圧Ｕは時間グラフ３Ａに従って電極１２に印加されている。図３Ｂの場合、計量対象は静電荷を担っておらず、また、接地に接続されておらず、図３Ｃでは計量対象は負の電荷を担っており、また、図３Ｄで計量対象は正の電荷を担っており、図３Ｅでは計量対象は電気的に接地に接続されている。

図３Ｂないし３Ｅでは、ｍ_ａ０、ｍ_ｂ０、ｍ_ｃ０、ｍ_ｄ０は、本発明による方法の実施前後、つまり電圧ＵがレベルＵ_０である場合の測定結果の個々の値である。値ｍ_ａ０、ｍ_ｂ１、ｍ_ｂ２、ｍ_ｃ１、ｍ_ｃ２およびｍ_ｄ１は、本発明による方法が実施されている場合の時間期間の間の測定結果を表しており、ｍ_ｂ１およびｍ_ｃ１は、電圧ＵがレベルＵ１である間に測定された値であり、また、ｍ_ｂ２およびｍ_ｃ２は、電圧ＵがレベルＵ２である間に測定された値である。値Δｍ_ｂおよびΔｍ_ｃは、第１の測定結果と第２の測定結果の差、またはそれぞれｍ_ｂ１とｍ_ｂ２の差、およびｍ_ｃ１とｍ_ｃ２の差を表している。

以下は、電極１２が計量対象２の下方に配置されている図２による構成に基づいている５つのすべてのグラフに共通の時間間隔の各々の間の時間グラフ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄおよび３Ｅの説明である。
時間間隔ｔ_０〜ｔ_１
３Ａ． 電極１２がシャーシグラウンドに接続される。

３Ｂ． 計量対象２は静電荷を担っておらず、また、電気的に接地に接続されない。電極１２が接地され、静電界も静電力も存在しないことを意味する。力測定セル１７が計量対象２の真の質量ｍ_ａ０を測定する。

３Ｃ． 計量対象２は負の電荷を担っており、電極１２が接地される。負に帯電した計量対象が静電引力によって電極１２に向かって引っ張られる。力測定セル１７によって測定される結果ｍ_ｂ０は、計量対象２の実効重力と、計量対象を電極１２に向かう方向に引っ張る力の垂直方向の成分との和を表す。測定結果は、計量対象２の実効重力より大きい。

３Ｄ． 計量対象２は正の電荷を担っており、電極１２が接地される。正に帯電した計量対象が静電引力によって電極１２に向かって引っ張られる。力測定セル１７によって測定される結果ｍ_ｃ０は、計量対象２の実効重力と、計量対象を電極１２に向かう方向に引っ張る力の垂直方向の成分との和を表す。測定結果は、計量対象２の実効重力より大きい。

３Ｅ． 計量対象２および電極１２が電気的に接地され、静電界も静電力も存在しないことを意味する。力測定セル１７が計量対象２の真の質量ｍ_ｄ０を測定する。
時間間隔ｔ_１〜ｔ_２
３Ａ． 正のＤＣ電圧Ｕ_１が電極１２に印加される。

３Ｂ． 計量対象２は静電荷を担っておらず、また、電気的に接地に接続されない。電極１２は正に帯電し、計量対象と電極の間には静電界も静電力も存在しない。力測定セル１７が計量対象２の真の質量ｍ_ａ０を測定する。

３Ｃ． 計量対象２は負の電荷を担っており、電極１２は正に帯電する。時間間隔ｔ_０〜ｔ_１と比較すると、時間ｔ_１で、計量対象２の電位と電極１２の電位の差が大きくなっている。これは、計量対象２と電極１２の間の引力が時間間隔ｔ_０〜ｔ_１の間より大きいことを意味している。測定結果ｍ_ｂ１は、計量対象２の実効質量より大きく、また、時間間隔ｔ_０〜ｔ_１の間より大きい。

３Ｄ． 計量対象２ならびに電極１２は正に帯電する。したがって計量対象２および電極１２は互いに反発する。測定結果ｍ_ｃ１は、計量対象２の実効重力より小さく、また、時間間隔ｔ_０〜ｔ_１の間より小さい。

３Ｅ． 計量対象２が接地に接続され、電極１２は正の静電荷を担っている。電気的に接地された計量対象は、静電誘導によって帯電するようになるが、計量対象は自身の電荷は担っておらず、したがって静電引力により、帯電した電極１２に向かって引っ張られる。測定結果ｍ_ｄ１は、計量対象２の実効質量より大きい。
時間間隔ｔ_２〜ｔ_３
３Ａ． 負のＤＣ電圧Ｕ_２が電極１２に印加される。したがって電極１２は負に帯電する。

３Ｂ． 計量対象２は静電荷を担っておらず、また、電気的に接地に接続されない。電極１２は負に帯電し、計量対象と電極の間には静電界も静電力も存在しない。力測定セル１７が計量対象２の真の質量ｍ_ａ０を測定する。

３Ｃ． 計量対象２ならびに電極１２は負に帯電する。静電力方向が変化している。計量対象２および電極１２は互いに反発する。したがって測定結果ｍ_ｂ２は、計量対象２の実効重力より小さく、また、時間間隔ｔ_０〜ｔ_１の間より小さい。

３Ｄ． 計量対象２は正に帯電し、また、電極１２は負に帯電する。時間間隔ｔ_０〜ｔ_１と比較すると、時間ｔ_２で、計量対象２の電位と電極１２の電位の差が大きくなっている。これは、計量対象２と電極１２の間の引力が時間間隔ｔ_０〜ｔ_１の間より大きいことを意味している。測定結果ｍ_ｂ２は、計量対象２の実効質量より大きく、また、時間間隔ｔ_０〜ｔ_１の間より大きい。

３Ｅ． 計量対象２が接地に接続され、電極１２は負の静電荷を担っている。電気的に接地された計量対象は、静電誘導によって帯電するようになるが、計量対象は自身の電荷は担っておらず、したがって静電引力により、帯電した電極１２に向かって引っ張られる。電圧Ｕ_１およびＵ_２が同じ絶対値を有している場合、測定結果ｍ_ｄ１は、時間間隔ｔ_１〜ｔ_２の間と同じ結果を維持する。

時間間隔ｔ_３〜ｔ_４の間、時間間隔ｔ_１〜ｔ_２の間と同じ事象が生じる。
時間間隔ｔ_４〜ｔ_５の間、時間間隔ｔ_２〜ｔ_３の間と同じ事象が生じる。
図３の例では、本発明による方法は、連続する２つのサイクルに渡って実施されているが、本発明による方法は、一度だけ実施することも、あるいは３サイクル以上に渡って実施することも可能である。

測定結果は、外部からの撹乱の影響を受けることがある。本発明による方法を繰返し実施し、かつ、個々の測定結果を処理することにより、測定結果の広がりを狭くすることができ、延いては撹乱が静電荷の効果の測定に影響を及ぼす範囲を狭くすることができる。この技法は、一般に、「チョッパ安定化」または「ロックイン増幅器」という用語で知られている。

図３の例では、本発明による方法は、時間ｔ_５で完了する。その後の状況は、時間間隔ｔ_０〜ｔ_１における状況と同じである。
本発明による方法が実施された後、個々の値Δｍ_ｂおよびΔｍ_ｃによって測定結果を修正することができる。

図４は、荷重レシーバ６の上に載っている計量対象２を有する天秤１を示したものである。図に示されている実施形態は、２つの電極１２、１３を有している。荷重レシーバ６は、電気的に接地され、かつ、力測定セル１７に結合されている。

第１の電極１２は、荷重レシーバ６の下方に配置されており、荷重レシーバ６の垂直方向の突出部分の輪郭形状を有する切欠きを有している。この電極は計量コンパートメント床を形成している。電極１２の切欠きは、電極と接地された荷重レシーバ６との間の望ましくない静電力を小さくする目的を有している。

考えられるところでは、天秤１は、計量コンパートメント床７によって構成される第１の電極１２ではなく、天秤１の追加部品として構成される第１の電極１２を備えることができる。第１の電極１２は、平らな形状にすることも、あるいは何らかの他の形状にすることも可能である。第１の電極１２は、例えば計量対象２を取り囲むボウルとして構成することができる。第１の電極１２は、計量コンパートメント床の表面全体を覆うことも、あるいはその一部のみを覆うことも可能である。切欠きは、荷重レシーバ６の垂直方向の突出部分の輪郭形状に正確に合致させることも、あるいはそれより小さくすることも、大きくすることも可能である。また、切欠きのない第１の電極１２を構成することも可能である。

第２の電極１３は、計量対象２の上方に配置することができる。この第２の電極１３は、ドラフト遮蔽屋根９を形成している。
この上部電極１３は、平らな形状にすることも、あるいは何らかの他の形状にすることも可能である。上部電極１３は天秤１の一部であってもよい。また、上部電極１３は、計量対象２の上方に配置されるフードとして構成することも可能である。

第１の電極１２は第１のＤＣ電圧源Ｕ_Ｂに接続されており、また、第２の電極１３は第２のＤＣ電圧源Ｕ_Ｃに接続されている。電極１２および１３に印加される個々の電圧が逆極性を有していると、それは有利である。

図５は、天秤１の上に載置している容器の形態の計量対象２、および容器に物質を充填するための適量分配ヘッド１５を示したものである。
制御された量の物質を容器に分配するように働く適量分配ヘッド１５は、計量対象２の上方に配置され、電極１２を構成している。適量分配ヘッド１５は電圧源Ｕ_Ｄに接続されている。この実施形態は、適量分配ヘッド１５および容器の開口（計量対象２の）が近接しているため、静電力はこの領域に優勢に集中する、という利点を有している。

荷重レシーバ６は、計量対象２を、一定の、再現可能に画定される位置で受け取るように設計されている。荷重レシーバ６は電気的に接地されている。画定された位置であるため、静電効果の影響に関して、比較可能な測定条件の下で計量を実施することができる。反復可能な測定条件を有する利点の１つは、計量対象２上の静電荷５によって生じる測定値の誤差の修正を実験によって決定することができることである。

図６は、計量対象２を構成している粒子フィルタを備え、また、フィルタ−計量チャンバ１６ａ、１６ｂを備えた天秤１を示したものである。フィルタは、力測定セル１７に結合されている荷重レシーバ６の上に載っている。フィルタ−計量チャンバ１６ａ、１６ｂは、２つの部分１６ａ、１６ｂからなっており、つまり頂部部分１６ａおよび底部部分１６ｂからなっている。底部部分は第１の電極１２を形成し、また、頂部部分は第２の電極１３を形成している。これらの電極１２、１３は、いずれもガルバニック隔離されている。第１の電極１２は、フィルタの下方に配置され、第１のＤＣ電圧源Ｕ_Ｅに接続されている。第２の電極１３は、フィルタの上方に配置され、第２のＤＣ電圧源Ｕ_Ｆに接続されている。

粒子フィルタは貧弱な電気導体であり、したがってとりわけ静電荷に敏感である。フィルタ表面の水平方向の位置のため、フィルタ上の静電荷５は、計量結果に対して重大な影響を及ぼす。フィルタ上の電荷５は、２つの逆方向に作用する。したがって、それぞれフィルタの底部側および頂部側を覆う２つの部分に電極１２、１３を使用してフィルタ−計量チャンバを構成することが有利である。この構成によれば、静電荷５が有する計量結果に対する影響の主要な部分の測定が可能になる。

本発明は、フィルタならびに他の平らな計量対象の計量にとりわけ有利な発明である。
［形態１］
計量対象（２）上の静電荷（５）が有する天秤（１）の計量結果に対する影響を予測する方法であって、前記天秤（１）が、力測定セル（１７）および計量すべき対象（２）を置くための荷重レシーバ（６）を備え、前記方法が、
ａ）前記計量対象（２）の近傍に配置される第１の電極（１２）に第１の定義済み正電圧（Ｕ_１）および第２の定義済み負電圧（Ｕ_２）が交互に印加されている間、
ｂ）それぞれ前記第１の電圧（Ｕ_１）を印加している間に前記力測定セル（１７）に作用する力、および前記第２の電圧（Ｕ_２）を印加している間に前記力測定セル（１７）に作用する力が測定され、かつ、前記測値が第１の測定結果（ｍ_ｂ１、ｍ_ｃ１）および第２の測定結果（ｍ_ｂ２、ｍ_ｃ２）として記録され、
ｃ）前記第１の測定結果（ｍ_ｂ１、ｍ_ｃ１）と前記第２の測定結果（ｍ_ｂ２、ｍ_ｃ２）の差（Δｍｂ、Δｍｃ）が、前記計量対象（２）上に残留している前記静電荷（５）が有する前記計量結果に対する影響の大きさを表し、
ｄ）前記計量対象（２）上の静電荷（５）によって生じる力の本質的に比例部分を表し、前記計量結果を変化させるものである前記第１の測定結果（ｍ_ｂ１、ｍ_ｃ１）と前記第２の測定結果（ｍ_ｂ２、ｍ_ｃ２）の前記差（Δｍｂ、Δｍｃ）が、信号として処理装置に送られる
ことを特徴とする方法。
［形態２］
形態１に記載の方法において、前記第１の測定結果（ｍ_ｂ１、ｍ_ｃ１）と前記第２の測定結果（ｍ_ｂ２、ｍ_ｃ２）の前記差（Δｍ_ｂ、Δｍ_ｃ）の代数符号が、前記計量対象（２）が担っている前記静電荷（５）の極性を表すことを特徴とする方法。
［形態３］
形態１または２に記載の方法において、前記処理装置が少なくとも１つの出力信号を指示器ユニットおよび／またはイオナイザに送ることを特徴とする方法。
［形態４］
形態３に記載の方法において、前記プロセッサからの前記少なくとも１つの出力信号が極性値および／または絶対量の値を含み、前記絶対量の前記値が前記第１の測定結果（ｍ_ｂ１、ｍ_ｃ１）と前記第２の測定結果（ｍ_ｂ２、ｍ_ｃ２）の前記差（Δｍ_ｂ、Δｍ_ｃ）の量に比例することを特徴とする方法。
［形態５］
形態４に記載の方法において、前記少なくとも１つのプロセッサ信号が、前記電荷を除去し、および／または前記計量対象（２）を遮蔽するために取るべき処置に関する情報を含むことを特徴とする方法。
［形態６］
形態１から５の一項に記載の方法において、前記計量結果が、定義済み修正係数および前記第１の測定結果（ｍ_ｂ１、ｍ_ｃ１）と前記第２の測定結果（ｍ_ｂ２、ｍ_ｃ２）の前記差（Δｍｂ、Δｍｃ）を使用して修正されることを特徴とする方法。
［形態７］
形態１から６の一項に記載の方法において、一連の測定が進捗している間、前記計量対象（２）の位置、寸法、材料および形状が一定に維持されることを特徴とする方法。
［形態８］
形態３から７の一項に記載の方法において、前記計量結果が、前記方法が実施されている時間期間の間は前記指示器ユニットに表示されないこと、また、前記方法が実施された後に前記計量結果が前記指示器ユニットに表示されることを特徴とする方法。
［形態９］
形態３から８の一項に記載の方法において、状態信号が伝達され、前記状態信号が前記方法の現在の状態を表し、少なくとも「形態１に記載の方法が現在進行中である」第１の状態と、「形態１に記載の方法が完了している」第２の状態とを区別することを特徴とする方法。
［形態１０］
形態１の方法を実施するための装置であって、前記天秤（１）の固定要素が、前記計量対象（２）および前記荷重レシーバ（６）の近傍に配置され、前記固定要素が前記第１の電極を形成することを特徴とする装置。
［形態１１］
形態１０に記載の装置において、前記装置が、第１の電極（１２）および少なくとも第２の電極（１３）を備え、前記電極（１２、１３）の各々が、本質的に平らな平面状の形状の電極であることを特徴とする装置。
［形態１２］
形態１０または１１に記載の装置において、前記第１の電極（１２）または前記第２の電極（１３）が、前記計量対象（２）および前記荷重レシーバ（６）の下方に配置されることを特徴とする装置。
［形態１３］
形態１２に記載の装置において、前記計量対象（２）の下方および前記荷重レシーバ（６）の下方の前記電極（１２、１３）が、前記荷重レシーバ（６）の垂直方向の突出部分の輪郭形状を有する切欠きを計量コンパートメント床（７）の上に有することを特徴とする装置。
［形態１４］
形態１０から１３の一項に記載の装置において、前記第１の電極（１２）が重力の方向に対して本質的に直角に配向され、前記第２の電極（１３）が前記重力の方向に対して本質的に直角か、あるいは前記重力の方向のいずれかに配向されることを特徴とする装置。
［形態１５］
形態１０から１４の一項に記載の装置において、前記天秤（１）が、計量コンパートメント床（７）および／またはドラフト遮蔽屋根（９）および／またはドラフト遮蔽壁（１０）を有すること、また、前記計量コンパートメント床（７）および／または前記ドラフト遮蔽屋根（９）および／または前記ドラフト遮蔽壁（１０）を、前記第１および／または前記第２の電極（１２、１３）としてそれらの全体または一部のいずれかを使用することができることを特徴とする装置。

Claims (15)

1. 計量対象（２）上の静電荷（５）が有する天秤（１）の計量結果に対する影響を予測する方法であって、前記天秤（１）が、力測定セル（１７）および計量すべき対象（２）を置くための荷重レシーバ（６）を備え、前記方法が、
   ａ）前記計量対象（２）の近傍に配置される第１の電極（１２）に第１の定義済み正電圧（Ｕ_１）および第２の定義済み負電圧（Ｕ_２）が交互に印加されている間、
   ｂ）それぞれ前記第１の電圧（Ｕ_１）を印加している間に前記力測定セル（１７）に作用する力、および前記第２の電圧（Ｕ_２）を印加している間に前記力測定セル（１７）に作用する力が測定され、かつ、前記測定された前記第１の電圧（Ｕ _１ ）を印加している間に前記力測定セル（１７）に作用する力と、前記測定された前記第２の電圧（Ｕ _２ ）を印加している間に前記力測定セル（１７）に作用する力とがそれぞれ第１の測定結果（ｍ_ｂ１、ｍ_ｃ１）および第２の測定結果（ｍ_ｂ２、ｍ_ｃ２）として記録され、
   ｃ）前記第１の測定結果（ｍ_ｂ１、ｍ_ｃ１）と前記第２の測定結果（ｍ_ｂ２、ｍ_ｃ２）の差（Δｍｂ、Δｍｃ）が、前記計量対象（２）上に残留している前記静電荷（５）が有する前記計量結果に対する影響の大きさを表し、
   ｄ）前記計量対象（２）上の静電荷（５）によって生じる力の本質的に比例部分を表し、前記計量結果を変化させるものである前記第１の測定結果（ｍ_ｂ１、ｍ_ｃ１）と前記第２の測定結果（ｍ_ｂ２、ｍ_ｃ２）の前記差（Δｍｂ、Δｍｃ）が、信号として処理装置に送られる
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記第１の測定結果（ｍ_ｂ１、ｍ_ｃ１）と前記第２の測定結果（ｍ_ｂ２、ｍ_ｃ２）の前記差（Δｍ_ｂ、Δｍ_ｃ）の代数符号が、前記計量対象（２）が担っている前記静電荷（５）の極性を表すことを特徴とする方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、前記処理装置が少なくとも１つの出力信号を指示器ユニットおよび／またはイオナイザに送ることを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法において、前記処理装置からの前記少なくとも１つの出力信号が極性値および／または絶対量の値を含み、前記絶対量の前記値が前記第１の測定結果（ｍ_ｂ１、ｍ_ｃ１）と前記第２の測定結果（ｍ_ｂ２、ｍ_ｃ２）の前記差（Δｍ_ｂ、Δｍ_ｃ）の量に比例することを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法において、前記少なくとも１つの出力信号が、前記電荷を除去し、および／または前記計量対象（２）を遮蔽するために取るべき処置に関する情報を含むことを特徴とする方法。
6. 請求項１から５の一項に記載の方法において、前記計量結果が、定義済み修正係数および前記第１の測定結果（ｍ_ｂ１、ｍ_ｃ１）と前記第２の測定結果（ｍ_ｂ２、ｍ_ｃ２）の前記差（Δｍｂ、Δｍｃ）を使用して修正されることを特徴とする方法。
7. 請求項１から６の一項に記載の方法において、一連の測定が進捗している間、前記計量対象（２）の位置、寸法、材料および形状が一定に維持されることを特徴とする方法。
8. 請求項３から５、及び請求項３を従属先に含む請求項６から７の何れかに記載の方法において、前記計量結果が、前記方法が実施されている時間期間の間は前記指示器ユニットに表示されないこと、また、前記方法が実施された後に前記計量結果が前記指示器ユニットに表示されることを特徴とする方法。
9. 請求項３から８の一項に記載の方法において、状態信号が伝達され、前記状態信号が前記方法の現在の状態を表し、少なくとも「請求項１に記載の方法が現在進行中である」第１の状態と、「請求項１に記載の方法が完了している」第２の状態とを区別することを特徴とする方法。
10. 請求項１の方法を実施するための装置であって、前記天秤（１）の固定要素が、前記計量対象（２）および前記荷重レシーバ（６）の近傍に配置され、前記固定要素が前記第１の電極を形成することを特徴とする装置。
11. 請求項１０に記載の装置において、前記装置が、第１の電極（１２）および少なくとも第２の電極（１３）を備え、前記電極（１２、１３）の各々が、本質的に平らな平面状の形状の電極であることを特徴とする装置。
12. 請求項１１に記載の装置において、前記第１の電極（１２）または前記第２の電極（１３）が、前記計量対象（２）および前記荷重レシーバ（６）の下方に配置されることを特徴とする装置。
13. 請求項１２に記載の装置において、前記計量対象（２）の下方および前記荷重レシーバ（６）の下方の前記第１の電極（１２）または前記第２の電極（１３）が、前記荷重レシーバ（６）の垂直方向の突出部分の輪郭形状を有する切欠きを計量コンパートメント床（７）の上に有することを特徴とする装置。
14. 請求項１１から１３の一項に記載の装置において、前記第１の電極（１２）が重力の方向に対して本質的に直角に配向され、前記第２の電極（１３）が前記重力の方向に対して本質的に直角か、あるいは前記重力の方向のいずれかに配向されることを特徴とする装置。
15. 請求項１１から１４の一項に記載の装置において、前記天秤（１）が、計量コンパートメント床（７）および／またはドラフト遮蔽屋根（９）および／またはドラフト遮蔽壁（１０）を有すること、また、前記計量コンパートメント床（７）および／または前記ドラフト遮蔽屋根（９）および／または前記ドラフト遮蔽壁（１０）を、前記第１および／または前記第２の電極（１２、１３）としてそれらの全体または一部のいずれかを使用することができることを特徴とする装置。

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