JPH01292217A - 静電容量式電子秤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、静電容量式電子秤に関する。

［従来の技術］ 従来の静電容量式電子秤としては、特開昭６１−４０５
１７号公報に示されるものが知られている。これは第６
図に示すように、コンパレータ１と積分器２で構成され
る発振回路３を備え、その発振回路３内に荷重によって
容量が変化するセンサーＳと、このセンサーＳの無荷重
状態における容量値と同等か又は少なめに容量値を設定
したダミーコンデンサＤをマイクロコンピュータ４によ
って切替スイッチ５を切替えて交互に接続するようにし
ている。

そしてマイクロコンピュータ４によって第７図に示すよ
うに、先ず第１ステツプでダミーコンデンサＤを接続し
たときの発振回路３の発振周波数ｆｄｚを読み、続いて
第２ステツプでセンサーＳを接続したときの発振回路３
の発振周波数ｆｓＺを読み、第３ステツプでｆｄＺとｆ
ｓｚの差ｆＺを求めて記憶する。

次に第４ステツプで再度ダミーコンデンサＤを接続した
ときの発振回路３の発振周波数ｆｄを読み、続いて第５
ステツプでセンサーＳを接続したときの発振回路３の発
振周波数ｆｓを読み、第６ステツプでｆｄとｆｓの差・
ｆｘを求めて記憶する。

そして第７ステツプでｆｘとｆｚとの差ｆｗを求め、第
８ステツプでｆｗを秤量値に換算して表示器６に表示す
るようにしたものである。

しかしこのようなものでは、ダミーコンデンサＤとセン
サーＳの発振周波数の差を取るだけであり、周囲温度、
湿度等の周囲条件による発振周波数の変化率をεとする
と、 ｆｘ−ｆｓ　　（１＋ε）−ｆｄ　　（１＋ε）となり
、変化率εによる誤差を生じる。

そこで本発明者等は、先にこの問題を解決できる静電容
量式の電子秤を開発した。（特願昭６２−３２３７４１
号） これは第５図に示すように、荷重によって生じる変位に
より互いに差動的に容量が変化する第１のコンデンサＣ
，並びに第２のコンデンサＣ２をｆｌとｆｚの発振周波
数を決める要素として演算増幅器１１．１２からなる発
振回路１３に設け、その各コンデンサＣ，，Ｃ２を切替
スイッチ１４によって所定の時間間隔で交互に発振回路
１３内に接続し、各コンデンサＣ，，Ｃ，，，が交互に
発振回路１３内に接続される毎にその発振回路１３から
の発振周波数ｆｌ＋ｆ２をマイクロプロセッサ１５に取
込み、そのマイクロプロセッサ１５でＩ　ｆｌ−ｆｚ　
１／　（ｆｔ　＋ｆ２）の演算を行なって秤量値を得、
その秤量値を表示部１６で表示させるものである。

このようにすることによって例えば周囲条件による発振
周波数の変化率をεとすると、実際の秤量値は、Ｉｆ、
＋（１＋ε）−ｆｌ（１＋ε）１／（ｆ＋　　（１＋ε
）＋ｆ２（１＋ε））の関係で求められることになる。

そしてこのときの変化率εによる影響は、従来の単に周
波数の差を求めるものに比べて除算することによって確
実に除去できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながらこの先願のものでは発振回路１３の入力段
でコンデンサＣ１＋Ｃ２をスイッチ１４での切替えによ
って切替え接続しているため、発振回路１３の入力段に
スイッチ１４の浮遊容量が接続されることになり、従来
に比べて精度の向上が図ることができても充分な精度の
向上を図ることが困難であった。

そこで本発明は、充分な精度の向上を図ることができる
静電容量式電子秤を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、荷重によって生ずる変位により、互いに差動
的に容量が変化する第１のコンデンサ並びに第２のコン
デンサと、第１のコンデンサを有し、周波数ｆｌを発振
する第１の発振器と、第２のコンデンサを有し、周波数
ｆ２を発振する第２の発振器と、第１、第２の発振器を
交互に動作させる切替スイッチと、第１の発振器からの
周波数ｆ１と第２の発振器からの周波数ｆ２を取込み、
差の周波数（ｆｌ　　ｆｚ）と和の周波数（ｆ１＋ｆｚ
）を求め、その差の周波数を和の周波数で除算して秤量
値を得る演算手段を設けたものである。

［作用］ このような構成の本発明においては、第１のコ“ンデン
サを有する第１の発振器と第２のコンデンサを有する第
２の発振器を切替スイッチによって交互に動作させて周
波数ｆｌ＋　　ｆｚを交互に取出す。そしてその周波数
ｆ１．ｆ２によりＩｆ２−ｆ、ｌ／　（ｆｌ　＋’ｆ２
　）を求めることによって荷重に対するコンデンサの変
化量を求め秤量値を求める。そして本願においては２つ
の発振器が同時に動作することが無いので発振器間の相
互干渉はなく、またコンデンサを切換えるのではなく発
振器を交互に動作させているので切替スイッチに発生す
る浮遊容量の為に発振器の発振特性が変化する虞れはな
い。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図に示すように基台２１に支持体２２が立設して固
定され、その支持体２２に起歪体２３の一端が固定され
ている。前記起歪体２３の他端部上面には支持部材２４
を介して受は皿２５が固定されている。

前記起歪体２３は中央部に中空部を形成し、その中空部
の内壁一端側に（受は器側）には突起２３ａが形成され
、また内壁他端側（支持体側）には突起２３ｂが形成さ
れている。

そして前記突起２３ａの上面及び下面にはそれぞれ絶縁
材２６．２７を間に介して絶縁材よりなる電極板２８．
２９の一端が固定されている。そして前記各電極板２８
．２９の対向面側には導電性膜３０．３１が被着されて
いる。

また前記突起２３ｂの先端面中央には絶縁材３２を介し
て電極板３３の一端が固定されている。

そして前記各電極板３３の両面には導電性膜３４゜３５
がそれぞれ被着されている。

すなわち前記電極板２８の導電性膜３０と前記電極板３
３の導電性膜３４が所望の間隔をあけて対向し、また前
記電極板２９の導電性膜３１と前記電極板３３の導電性
膜３５が所望の間隔をあけて対向している。

前記各電極板２８，２９．３３は受は皿２５に荷ｆｆ１
Ｗが加わると、起歪体２３の変形によって電極板２８と
３３との距離が無荷重時より狭ばまり、また電極板２９
と３３との距離が無荷重時より広がり、電極板２８と３
３及び電極板２９と３３との距離が荷重によって差動的
に変化するようになっている。

なお、この場合電極板２８．２９と電極板３３の取付は
位置を逆にしても、荷重に対する電極板間の距離の変化
は上記の逆になるが問題はない。

そして前記電極板２８の導電性膜３０と前記電極板３３
の導電性膜３４とで第１のコンデンサＣ，を構成し、前
記電極板２９の導電性膜３１と前記電極板３３の導電性
膜３５とで第２のコンデンサＣ２を構成している。この
各コンデンサＣ１＋０２は荷重によって電極板間の距離
が変化し容量が変化するので一種の可変コンデンサを形
成している。

第２図は回路構成を示し、４１は演算増幅器４２．４３
、前記第１のコンデンサＣ１、切替スイッチ４４．４５
を有する第１の発振器である。

また４６は演算増幅器４７．４８、前記第２のコンデン
サＣ１％切替スイッチ４９．５０を有する第２の発振器
である。

前記ｆＢｌの発振器４１は、演算増幅器４２の出力端子
を前記切替スイッチ４４及び抵抗５１を直列に介して前
記演算増幅器４３の非反転入力端子（＋）に接続すると
ともに前記第１のコンデンサＣ１を介して自己の反転入
力端子（−）に接続している。前記演算増幅器４２の非
反転入力端子（＋）は抵抗５２を介して接地されている
。

前記演算増幅器４３はその出力端子を抵抗５３を介して
自己の非反転入力端子（＋）に接続するとともに抵抗５
４．５５を直列に介して接地している。そして前記抵抗
５４．５５の接続点を抵抗５６を介して前記演算増幅器
４２の反転入力端子（−）に接続している。

また前記演算増幅器４３の出力端子を前記切替スイッチ
４５を介して発振器外部に設けられたバッファ５７の入
力端子に接続している。

前記第２の発振器４６は、演算増幅器４７の出力端子を
前記切替スイッチ４９及び抵抗５８を直列に介して前記
演算増幅器４８の非反転入力端子（＋）に接続するとと
もに前記第２のコンデンサＣ２を介して自己の反転入力
端子（−）に接続している。前記演算増幅器４７の非反
転入力端子（＋）は抵抗５９を介して接地されている。

前記演算増幅器４８はその出力端子を抵抗６０を介して
自己の非反転入力端子（＋）に接続するとともに抵抗６
１．６２を直列に介して接地している。そして前記抵抗
６１．６２の接続点を抵抗６３を介して前記演算増幅器
４７の反転入力端子（−）に接続している。

また前記演算増幅器４８の出力端子を前記切替スイッチ
５０を介して前記バッファ５７の入力端子に接続してい
る。

前記バッファ５７の出力は演算手段等を構成するマイク
ロプロセッサ６４に供給されるようになっている。

前記マイクロプロセッサ６４は所定の周期で前記第１の
発振器４１内軒設けられた切替スイッチ４４．４５を直
接オン、オフ制御するとともに前記第２の発振器４６内
に設けられた切替スイッチ４９．５０をインバータ６５
を介してオン、オフ制御するようになっている。すなわ
ち切替スイッチ４４．４５と切替スイッチ４９．５０と
は所定の周期で交互にオン、オフ制御されるようになっ
ている。

前記マイクロプロセッサ６４は前記第１の発振器４１か
らの周波数ｆ、をバッファ５７を介して取込むとともに
前記第２の発振器４６からの周波数ｆ２をバッファ５７
を介して取込み、Ｉｆｌ−ｆ２１／（ｆ、＋ｆ２）の演
算処理を行ない、その結果に基づいて秤量値を求め表示
部６６に表示させるようにしている。

上記構成において第１のコンデンサＣ１を構成する電極
板２８と３３の導電性被膜３０，３４の対向面積を８１
電極間距離をｄ】とし、また第２のコンデンサＣ２を構
成する電極板２９と３３の導電性被膜３１．３５との対
向面積を同じ＜Ｓ１電極間距離をｄ２とすると、第１、
第２のコンデンサＣＩ、Ｃ２はそれぞれ、 Ｃ１−ε。Ｓ／ｄｉ　　　　　　　　　　　・・・（１
）Ｃ２−ε。Ｓ　／　ｄ　２　　　　　　　　　　　・
・・（２）となる。但し、ε。は空気の誘電率である。

また荷重Ｗが加わって起歪体２３がΔｄ変位すると、第
１、第２のコンデンサＣ１ｒ　　０２はそれぞれ、 Ｃ１−εｏ　　Ｓ／　　（ｄｔ　　−Δｄ　）　　　　
　　　−（３）Ｃ２＝ε□　Ｓ／　（ｄ２＋Δｄ　）　
　　　　−（４）となる。

そして切替スイッチ４４．４５がオンしたときには第１
の発振器４１からの発振周波数ｆ、がバッファ５７を介
してマイクロコンピュータ６４に取込まれる。このとき
切替スイッチ４９．５０はオフされているので第２の発
振器４６は動作しない。従って第１の発振器４１は第２
の発振器４６の干渉を受けずに発振動作ができる。

また逆に切替スイッチ４９．５０がオンしたときには第
２の発振器４６からの発振周波数ｆ２がバッファ５７を
介してマイクロコンピュータ６４に取込まれる。このと
き切替スイッチ４４．４５はオフされているので第１の
発振器４１は動作しない。従って第２の発振器４６は第
１の発振器４１の干渉を受けずに発振動作ができる。

こうして発振器４１．４６は相互干渉を受けることなく
発振動作ができることになる。

また切替スイッチ４４．４５及び４９．５０はコンデン
サｃ、、ｃ２を切換えるのでなく、それぞれ演算増幅器
４２．４３．４７．４８の出力側に介挿されて発振器４
１．４６の発振動作をオン、オフ制御するのに使用され
ているので各切替スイッチ４４，４５．４９．５０に発
生する浮遊容量は発振器４１．４６の発振特性に影響を
与える虞れはない。

マイクロプロセッサ６４は取込んだ発振周波数ｆ１．ｆ
２の差と和を求め、さらに差を和で除算する。すなわち
無荷重時と荷重時とでは結果Ｍは、・・・（６） となる。そしてΔｄは荷重による起歪体２３の変位量で
あるので、Ｍを求めることにより秤量値を求めることが
できる。

こうして求められた秤量値は表示部６６で表示されるこ
とになる。

このように、第１の発振器４１と第２の発振器４６が相
互干渉を受けることがなく、また各切替スイッチ４４．
４５．４９．５０に発生する浮遊容量が発振特性に影響
を与える虞れもないので、各発振器４１．４６からの発
振周波数ｆ、、ｆ２は荷重Ｗによる起歪体２３の変位に
正しく基づいて変化することになりより精度の高い秤量
値が得られる。

次に本発明の他の実施例を図面を参照して説明する。な
お、前記実施例と同一の部分には同一符号を付して詳細
な説明は省略する。

これは第３図に示すように出力段の演算増幅器４３．４
８を共通の演算増幅器７１で構成したもので、第１の発
振器４１の入力段の演算増幅器４２の出力端子を２接点
切替形の切替スイッチ７２のａ接点側を介し、さらに抵
抗７３を介して前記演算増幅器７１の非反転入力端子（
＋）に接続している。また第２の発振器４６の入力段の
演算増幅器４７の出力端子を前記切替スイッチ７２のｂ
接点側を介し、さらに前記抵抗７３を介して前記演算増
幅器７１の非反転入力端子（＋）に接続している。

前記演算増幅器７１の出力端子と非反転入力端子（＋）
との間には抵抗７４が接続されている。

前記演算増幅器７１の反転入力端子（−）は接地されて
いる。

前記演算増幅器７１の出力端子は抵抗５４゜６１の一端
に接続されるとともにバッファ５７の入力端子に接続さ
れている。

マイクロプロセッサ６４は前記切替スイッチ７２を所定
の周期で切替え動作するようにしている。

このような構成であればマイクロプロセッサ６４によっ
て切替スイッチ７２のａ接点側がオンされたときには第
１の発振器４１が発振動作を行なって演算増幅器７１か
らは周波数ｆ１が出力され、また切替スイッチ７２のｂ
接点側がオンされたときには第２の発振器４６が発振動
作を行なって演算増幅器７１からは周波数ｆ２が出力さ
れる。しかしてマイクロプロセッサ６４は１ｆ１−ｆ２
１／　（ｆｌ”ｆ２　）によって秤量値を求め表示部６
６に表示する。

従ってこの実施例においても第１、第２の発振器４１．
４６が同時の発振動作を行なうことはなく、常に交互に
発振動作を行なうので相互干渉はない。また切替スイッ
チ７２は演算増幅器４２゜４７の出力段に介挿されてい
るのでこの切替スイッチ７２に発生する浮遊容量が各発
振器４１゜４６の発振特性に影響を与える虞れはない。

従ってこの実施例においても前記実施例と同様の効果が
得られるものである。

また第４図に示すものは、４枚の導電性の電極板８１，
８２，８３．８４を使用したもので、前記電極板８１．
８４の一端を起歪体２３の突起２３ａの上面及び下面に
絶縁材２６．２７をそれぞれ間に介して固定している。

また前記電極板８２．８３の一端を前記起歪体２３の突
起２３ｂの先端面中央に互いに所定の間隔を開けて絶縁
材８５．８６をそれぞれ介して固定している。

そして前記電極板８１と８２とで第１のコンデンサＣ１
を構成し、前記電極板８３と８４とで第２のコンデンサ
Ｃ２を構成している。

このような構成においても荷重Ｗがかかり起歪体２３が
変形すると、電極板８１と８２との距離が挟まり、逆に
電極板８３と８４との距離が広がるので、第１、第２の
コンデンサＣ１，Ｃ２の容量は差動的に変化することに
なる。

従ってこの実施例においても第１、第２の発振器４１．
４６は前記実施例と同様の発振動作を行なうことになる
。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、２つの発振器が互
いに干渉を受けることもなく、また切替スイッチに発生
する浮遊容量の影響を受けることもないので、充分な精
度の向上を図ることができる静電容量式電子秤を提供で
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の一実施例を示すもので、
第１図は起歪体部の側面図、第２図は回路図、第３図及
び第４図はこの発明の他の実施例を示すもので、第３図
は回路図、第４図は起歪体部の側面図、第５図は先願例
を説明するための回路図、第６図及び第７図は従来例を
示すもので、第６図は回路図、第７図はマイクロコンピ
ュータによる処理ステップを示す流れ図である。 ２３・・・起歪体、２ｇ、２９．３３・・・電極板、３
０．３１．３４．３５・・・導電性膜、４１・・・第１
の発振器、４６・・・第２の発振器、Ｃ１・・・第１の
コンデンサ、Ｃ２・・・第２のコンデンサ、４２．４３
゜４７．４８・・・演算増幅器、４４．４５，４９゜５
０・・・切替スイッチ、６４・・・マイクロブロセ・ソ
サ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第４図 第５図 第６図 第７ｒｇＪ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 荷重によって生ずる変位により、互いに差動的に容量が
   変化する第１のコンデンサ並びに第２のコンデンサと、
   前記第１のコンデンサを有し、周波数ｆ＿１を発振する
   第１の発振器と、前記第２のコンデンサを有し、周波数
   ｆ＿２を発振する第２の発振器と、前記第１、第２の発
   振器を交互に動作させる切替スイッチと、前記第１の発
   振器からの周波数ｆ＿１と前記第２の発振器からの周波
   数ｆ＿２を取込み、差の周波数（ｆ＿１−ｆ＿２）と和
   の周波数（ｆ＿１＋ｆ＿２）を求め、その差の周波数を
   和の周波数で除算して秤量値を得る演算手段を設けたこ
   とを特徴とする静電容量式電子秤。