JPH03251724A - 電磁力平衡天びん - Google Patents
電磁力平衡天びんInfo
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- JPH03251724A JPH03251724A JP2050229A JP5022990A JPH03251724A JP H03251724 A JPH03251724 A JP H03251724A JP 2050229 A JP2050229 A JP 2050229A JP 5022990 A JP5022990 A JP 5022990A JP H03251724 A JPH03251724 A JP H03251724A
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- 238000013459 approach Methods 0.000 abstract description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
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- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G7/00—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups
- G01G7/02—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action
- G01G7/04—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action with means for regulating the current to solenoids
- G01G7/045—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action with means for regulating the current to solenoids having a PID control system
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G23/00—Auxiliary devices for weighing apparatus
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- Physics & Mathematics (AREA)
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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。
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〉
本発明は電磁力平衡式の天びんに関する。
〈従来の技術〉
磁界中に設けたフォースコイルに電流を流すことによっ
て発生する電磁力を被測定荷重と平衡させ、その平衡状
態を得るに要する電流値から被測定荷重の大きさを求め
る、いわゆる電磁力平衡式の天びんにおいては、自動平
衡系にサーボ機構が用いられている。
て発生する電磁力を被測定荷重と平衡させ、その平衡状
態を得るに要する電流値から被測定荷重の大きさを求め
る、いわゆる電磁力平衡式の天びんにおいては、自動平
衡系にサーボ機構が用いられている。
従来のこの種の電子天びんのＰＩＤ制御で、応答性のア
ップと外乱に対する測定値の安定化を実現する方法とし
て、非線型制御を行うとともに、ＰＩＤの定数を、非線
型化によるゲインの変化に対応して変化させるものがあ
る（実公昭５５−３９２９３号）。
ップと外乱に対する測定値の安定化を実現する方法とし
て、非線型制御を行うとともに、ＰＩＤの定数を、非線
型化によるゲインの変化に対応して変化させるものがあ
る（実公昭５５−３９２９３号）。
〈発明が解決しようとする課題〉
ところで、この種の電子天びんでは、サーボ機構の可動
部は、天びんベース等の固定部に設けられたストッパに
よってその動く範囲が規制される。
部は、天びんベース等の固定部に設けられたストッパに
よってその動く範囲が規制される。
これは、機械的に動ける範囲を制限しておかないと以下
に述べるような種々の不都合が生じるためである。
に述べるような種々の不都合が生じるためである。
すなわち、可動部のストロークが大きいと、例えば可動
部のガイドのためのメカニズムが大きく変形し、弾性余
効によってヒステリシスが発生する、あるいは変位セン
サとして測定範囲の大きなものを使用する必要がある等
の不都合が生じる。
部のガイドのためのメカニズムが大きく変形し、弾性余
効によってヒステリシスが発生する、あるいは変位セン
サとして測定範囲の大きなものを使用する必要がある等
の不都合が生じる。
この可動範囲が限られていると、可動部がストッパに当
たった状態での変位出力では、直ちに天びんのひょう量
相当の電磁力を発生できない状態となり、第５図に示す
ストッパを設けない状態におけるＰＩＤ出力に比べ、第
６図に示すように、ＰＩＤ出力の積分（Ｉ）の出力が時
間とともに上昇して荷重にほぼ等しい電磁力を発生する
時間の後に、初めて可動部がストッパから離れて正常な
ＰＩＤ動作を行うようになる。このため測定時間が長く
かかるというデメリットがあった。
たった状態での変位出力では、直ちに天びんのひょう量
相当の電磁力を発生できない状態となり、第５図に示す
ストッパを設けない状態におけるＰＩＤ出力に比べ、第
６図に示すように、ＰＩＤ出力の積分（Ｉ）の出力が時
間とともに上昇して荷重にほぼ等しい電磁力を発生する
時間の後に、初めて可動部がストッパから離れて正常な
ＰＩＤ動作を行うようになる。このため測定時間が長く
かかるというデメリットがあった。
これを避けるためには、サーボ系のゲインを上げるのが
一般的な手法である。しかし、ゲインを上げるのには限
界があり、ハンチング等の発生により必ずしも希望する
状態を作ることができないとともに、ゲインを元に戻し
たとき、可動部のバランス位置が瞬間的に違うことにな
るため、可動部が一時的に揺れを生じ、安定を妨げる欠
点がある。
一般的な手法である。しかし、ゲインを上げるのには限
界があり、ハンチング等の発生により必ずしも希望する
状態を作ることができないとともに、ゲインを元に戻し
たとき、可動部のバランス位置が瞬間的に違うことにな
るため、可動部が一時的に揺れを生じ、安定を妨げる欠
点がある。
また、ゲインを上げると、外乱振動等に対して測定出力
が敏感になり、データがふらつき安いという問題もある
。
が敏感になり、データがふらつき安いという問題もある
。
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、ストッ
パを設けて可動部の可動範囲を狭く制限しても、応答性
が良好で、しかも外乱に対しては敏感とならない電磁力
平衡天びんの提供を目的としている。
パを設けて可動部の可動範囲を狭く制限しても、応答性
が良好で、しかも外乱に対しては敏感とならない電磁力
平衡天びんの提供を目的としている。
く課題を解決するための手段〉
上記の目的を達成するため、本発明では、サーボ機構の
可動部に近接してストッパを設け、このストッパに可動
部が近接もしくは接触した状態では、サーボ機構のＰＩ
Ｄ定数の内の少なくとも積分定数を通常のバランス状態
のときよりも強くする制御手段を設けている。
可動部に近接してストッパを設け、このストッパに可動
部が近接もしくは接触した状態では、サーボ機構のＰＩ
Ｄ定数の内の少なくとも積分定数を通常のバランス状態
のときよりも強くする制御手段を設けている。
〈作用〉
系のゲインは上げずに、どちらかといえば低く設定して
おき、荷重によって可動部がストッパに近接もしくは接
触したときに、ＰＩＤの定数の内、積分定数を強く、つ
まり積分時間を短くすることで、速やかにフィードバッ
クフォースが増大してバランス状態に近づく。そして、
ストッパから可動部が離れれば、元の積分定数に戻り、
完全な平衡状態にコントロールされる。
おき、荷重によって可動部がストッパに近接もしくは接
触したときに、ＰＩＤの定数の内、積分定数を強く、つ
まり積分時間を短くすることで、速やかにフィードバッ
クフォースが増大してバランス状態に近づく。そして、
ストッパから可動部が離れれば、元の積分定数に戻り、
完全な平衡状態にコントロールされる。
〈実施例〉
第１図は本発明実施例の構成図で、アナログＰＩＤ方式
に本発明を適用した例を示している。
に本発明を適用した例を示している。
天びん機構部１は公知の電磁力平衡式の荷重検出メカニ
ズムで、フォースコイル１３が磁界中に置かれ、これに
電流を流すことによって発生する電磁力を皿１１に係合
する可動部１２に作用させ、皿１１上の荷重Ｗと釣り合
わせるための機構である。
ズムで、フォースコイル１３が磁界中に置かれ、これに
電流を流すことによって発生する電磁力を皿１１に係合
する可動部１２に作用させ、皿１１上の荷重Ｗと釣り合
わせるための機構である。
この釣り合いは、以下に示すサーボ機構によって得られ
る。
る。
すなわち、天びん機構部１内の可動部１２の変位が変位
センサ１４によって検出され、その変位検出出力は、プ
リアンプ２で増幅された後、ＰＩＤ制御回路３を経てバ
ッファ４に入力される。バッファ４はその入力に応じた
電流をフォースコイル１３に流し、磁界（図示せず）と
の相互作用により電磁力を発生して可動部１２の変位を
０に戻す。
センサ１４によって検出され、その変位検出出力は、プ
リアンプ２で増幅された後、ＰＩＤ制御回路３を経てバ
ッファ４に入力される。バッファ４はその入力に応じた
電流をフォースコイル１３に流し、磁界（図示せず）と
の相互作用により電磁力を発生して可動部１２の変位を
０に戻す。
このときにフォースコイル１３に流れた電流は可動部１
２に加わった荷重に比例しているので、この電流を抵抗
５に流してその両端の電圧をフィルタ６を介してＡ−Ｄ
変換器７に導入し、デジタル化した後にマイクロコンピ
ュータ（図示せず）に採り込み、測定値を算出表示する
。
２に加わった荷重に比例しているので、この電流を抵抗
５に流してその両端の電圧をフィルタ６を介してＡ−Ｄ
変換器７に導入し、デジタル化した後にマイクロコンピ
ュータ（図示せず）に採り込み、測定値を算出表示する
。
可動部１２の変位範囲は、固定部分に設けられたストッ
パ８によって規制される。
パ８によって規制される。
ストッパ８はこの例では単なるメカニカルストツバテア
って、可動部１２がこのストッパ８に当接もしくは接近
するするだけの変位を示したときに、これを変位検出出
力を導入するレベルコンパレータ９の出力によって検知
するよう構成されている。そして、このレベルコンパレ
ータ９の出力はＰＩＤ制御回路３に導入され、この出力
によって、可動部１２がストッパ８に当接ないしは接近
した状態においてのみ、ＰＩＤ制御回路３の各定数の内
、■ （積分）定数が強く（積分時間が短く）なるよう
に構成されている。
って、可動部１２がこのストッパ８に当接もしくは接近
するするだけの変位を示したときに、これを変位検出出
力を導入するレベルコンパレータ９の出力によって検知
するよう構成されている。そして、このレベルコンパレ
ータ９の出力はＰＩＤ制御回路３に導入され、この出力
によって、可動部１２がストッパ８に当接ないしは接近
した状態においてのみ、ＰＩＤ制御回路３の各定数の内
、■ （積分）定数が強く（積分時間が短く）なるよう
に構成されている。
以上の構成によれば、ＰＩＤ出力は第４図に示すように
なり、ストッパ８に可動部１２が当接ないしは接近した
ときには積分出力が急峻に立ち上がり、迅速にフィード
バックフォースが増大して系は速やかにバランス状態に
近づくことになる。
なり、ストッパ８に可動部１２が当接ないしは接近した
ときには積分出力が急峻に立ち上がり、迅速にフィード
バックフォースが増大して系は速やかにバランス状態に
近づくことになる。
この動作によってストッパ８から可動部１２が離れれば
、レベルコンパレータ９の出力は元に戻り、従って積分
定数は元の値に戻り、これによって系は完全な平衡状態
に制御されることになる。
、レベルコンパレータ９の出力は元に戻り、従って積分
定数は元の値に戻り、これによって系は完全な平衡状態
に制御されることになる。
ここで注目すべき点は、ゲインの切替えを行わずに系の
応答を早くする点であり、これにより、従来のように機
構の揺れ等の不具合が生じない点と、外乱に対する安定
性が損なわれないという点である。
応答を早くする点であり、これにより、従来のように機
構の揺れ等の不具合が生じない点と、外乱に対する安定
性が損なわれないという点である。
なお、可動部１２がストッパ８に当っているが否かの判
定は、上述の方式のほか、ストッパ８を接点として、そ
の接点信号によって検出する方式や、ソフトウェアによ
って行う方式を採用することができる。
定は、上述の方式のほか、ストッパ８を接点として、そ
の接点信号によって検出する方式や、ソフトウェアによ
って行う方式を採用することができる。
第２図は本発明をデジタルＰＩＤ制御方式に適用した場
合の構成図で、第１図と同等の部材については同じ番号
を付してその詳細説明を省略する。
合の構成図で、第１図と同等の部材については同じ番号
を付してその詳細説明を省略する。
この例では、フォースコイル１３に、デユーティの変化
するパルス状の電流が流され、荷重が大きい場合には大
きなデユーティの電流が、逆に小さいときには小さなデ
ユーティの電流が流され、先の例と同様に可動部１２の
変位を検出する自動平衡系が形成されている。
するパルス状の電流が流され、荷重が大きい場合には大
きなデユーティの電流が、逆に小さいときには小さなデ
ユーティの電流が流され、先の例と同様に可動部１２の
変位を検出する自動平衡系が形成されている。
このパルス電流は、定電流回路２１からの電流を電子ス
イッチ２２でチョッピングすることによって得られるが
、この電子スイッチ２２の開閉制御はマイクロコンピュ
ータ２３によって行われる。
イッチ２２でチョッピングすることによって得られるが
、この電子スイッチ２２の開閉制御はマイクロコンピュ
ータ２３によって行われる。
すなわち、この例では、可動部１２の変位を検出する変
位センサ１４の出力はＡ−Ｄ変換器２４でデジタル化さ
れてマイクロコンピュータ２３に導かれる。そして、マ
イクロコンピュータ２３は第２図に機能的に示すように
、ＰＩＤ演算部２３ａとパルスデューティ変換部２３ｂ
を有し、可動部１２の変位検出データをデジタルＰＩＤ
処理した後の値に応じて、電子スイッチ２２の開閉制御
でフォースコイル１３に流すパルス電流のデユーティを
決定する。このパルスデューティは可動部１２に作用す
る荷重に比例するので、この値に応じて測定値が決定さ
れ、表示器２５に表示されるよう構成されている。
位センサ１４の出力はＡ−Ｄ変換器２４でデジタル化さ
れてマイクロコンピュータ２３に導かれる。そして、マ
イクロコンピュータ２３は第２図に機能的に示すように
、ＰＩＤ演算部２３ａとパルスデューティ変換部２３ｂ
を有し、可動部１２の変位検出データをデジタルＰＩＤ
処理した後の値に応じて、電子スイッチ２２の開閉制御
でフォースコイル１３に流すパルス電流のデユーティを
決定する。このパルスデューティは可動部１２に作用す
る荷重に比例するので、この値に応じて測定値が決定さ
れ、表示器２５に表示されるよう構成されている。
さて、この例において、ストッパ８に可動部１２が当接
ないしは接近したことは、Ａ−Ｄ変換器２４からのデジ
タル変位データをソフトウェアによって判別することに
よって検知される。
ないしは接近したことは、Ａ−Ｄ変換器２４からのデジ
タル変位データをソフトウェアによって判別することに
よって検知される。
第３図はこの実施例のマイクロコンピュータ２３のプロ
グラムの一部を示すフローチャートである。
グラムの一部を示すフローチャートである。
Ａ−Ｄ変換器２４からの変位データを採り込むと、その
値が規定のレベル範囲内にあるが否かの判定が行われ（
ＳＴＩ）、範囲内なら所定のＰＩＤ定数でＰＩＤ演算が
行われて（Ｓｒ２）、その結果によってパルスデューテ
ィが決定される（Ｓ７３）。範囲外であれば、積分の係
数を大きくして同様にＰＩＤ演算が行われ（Ｓｒ１）、
その結果によってパルスデューティが決定される（Ｓｒ
３）。この例でも先の実施例と全く同様な作用効果が得
られる。
値が規定のレベル範囲内にあるが否かの判定が行われ（
ＳＴＩ）、範囲内なら所定のＰＩＤ定数でＰＩＤ演算が
行われて（Ｓｒ２）、その結果によってパルスデューテ
ィが決定される（Ｓ７３）。範囲外であれば、積分の係
数を大きくして同様にＰＩＤ演算が行われ（Ｓｒ１）、
その結果によってパルスデューティが決定される（Ｓｒ
３）。この例でも先の実施例と全く同様な作用効果が得
られる。
そして、この例でも、ストッパ８に接点式のものを用い
た場合には、ＳＴＩはストッパ８の接点信号があるか否
かの判定に置き換えればよい。
た場合には、ＳＴＩはストッパ８の接点信号があるか否
かの判定に置き換えればよい。
なお、可動部１２の変位量に応じてゲインが変化する、
従来の非線型化を実施すると同時に、以上のような本発
明を実施することによって、更に高速、安定化を計るこ
とも可能である。そしてこの場合、非線型化はソフトウ
ェアで実現する場合も含むことは勿論である。
従来の非線型化を実施すると同時に、以上のような本発
明を実施することによって、更に高速、安定化を計るこ
とも可能である。そしてこの場合、非線型化はソフトウ
ェアで実現する場合も含むことは勿論である。
〈発明の効果〉
以上説明したように、本発明によれば、ストッパに可動
部が当接ないしは接近したときに、ＰＩＤ定数の内の積
分定数を大きくして速やかにフィードバックフォースを
増大するので、高応答で、しかも、ゲインを増大する方
式に比して安定した天びんが得られる。
部が当接ないしは接近したときに、ＰＩＤ定数の内の積
分定数を大きくして速やかにフィードバックフォースを
増大するので、高応答で、しかも、ゲインを増大する方
式に比して安定した天びんが得られる。
このことは、ストッパによる可動部の可動範囲を応答性
の低下を伴うことなくより狭くすることが可能となるこ
とを意味し、従来のものに比してヒステリシスやばらつ
きの少ない天びんを得るという結果にもつながる。
の低下を伴うことなくより狭くすることが可能となるこ
とを意味し、従来のものに比してヒステリシスやばらつ
きの少ない天びんを得るという結果にもつながる。
第１図は本発明実施例の構成図、
第２図は本発明の他の実施例の構成図、第３図はそのマ
イクロコンピュータ２３のプログラムの一部を示すフロ
ーチャート、 第４図は本発明の作用説明図でＰＩＤ出力を表すグラフ
、 第５図はストッパを設けない場合のＰＩＤ出力を示すグ
ラフ、 第６図はストッパを設けた場合の従来の天びんのＰＩＤ
出力を示すグラフである。 １０４０．天びん機構部 １１・・・・皿 １２・・・・可動部 １３・・・・フォースコイル １４・・・・変位センサ ３、、、、ＰＩＤ制御回路 ４・・・・バッファ ７、・、、Ａ−Ｄ変換器 ８・・・・ストッパ ９・・・・レベルコンパレータ
イクロコンピュータ２３のプログラムの一部を示すフロ
ーチャート、 第４図は本発明の作用説明図でＰＩＤ出力を表すグラフ
、 第５図はストッパを設けない場合のＰＩＤ出力を示すグ
ラフ、 第６図はストッパを設けた場合の従来の天びんのＰＩＤ
出力を示すグラフである。 １０４０．天びん機構部 １１・・・・皿 １２・・・・可動部 １３・・・・フォースコイル １４・・・・変位センサ ３、、、、ＰＩＤ制御回路 ４・・・・バッファ ７、・、、Ａ−Ｄ変換器 ８・・・・ストッパ ９・・・・レベルコンパレータ
Claims (1)
- 磁界中に設けたフォースコイルに発生する力をサーボ機
構によって荷重と自動平衡させ、その状態でフォースコ
イルに流れる電流値から荷重の大きさを求める天びんに
おいて、上記サーボ機構の可動部に近接してストッパを
設け、このストッパに上記可動部が近接もしくは接触し
た状態では、上記サーボ機構のＰＩＤ定数の内の少なく
とも積分定数を通常のバランス状態のときよりも強くす
る制御手段を設けたことを特徴とする電磁力平衡天びん
。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2050229A JPH0733975B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 電磁力平衡天びん |
| US07/661,955 US5184690A (en) | 1990-02-28 | 1991-02-27 | Electronic balance |
| CN 91101230 CN1028384C (zh) | 1990-02-28 | 1991-02-28 | 电子秤 |
| EP91301641A EP0444928B1 (en) | 1990-02-28 | 1991-02-28 | Electronic balance with PID control |
| DE69104087T DE69104087T2 (de) | 1990-02-28 | 1991-02-28 | Elektronische Waage mit PID-Regelung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2050229A JPH0733975B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 電磁力平衡天びん |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03251724A true JPH03251724A (ja) | 1991-11-11 |
| JPH0733975B2 JPH0733975B2 (ja) | 1995-04-12 |
Family
ID=12853200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2050229A Expired - Fee Related JPH0733975B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 電磁力平衡天びん |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5184690A (ja) |
| EP (1) | EP0444928B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0733975B2 (ja) |
| DE (1) | DE69104087T2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5319161A (en) * | 1992-12-24 | 1994-06-07 | Pitney Bowes Inc. | Mechanism for preventing overload on a weighing scale |
| JP2560604B2 (ja) * | 1993-03-26 | 1996-12-04 | 株式会社島津製作所 | 測定器 |
| CN103712676A (zh) * | 2013-12-21 | 2014-04-09 | 常熟市意欧仪器仪表有限公司 | 新型电子天平 |
| DE102018133563B4 (de) | 2018-12-21 | 2020-10-22 | Wipotec Gmbh | Waage mit Überlastdiagnose |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH529999A (de) * | 1971-09-22 | 1972-10-31 | Mettler Instrumente Ag | Waage |
| CH578168A5 (ja) * | 1974-12-06 | 1976-07-30 | Mettler Instrumente Ag | |
| CH634654A5 (de) * | 1978-10-20 | 1983-02-15 | Mettler Instrumente Ag | Waage mit elektromagnetischer lastkompensation. |
| CH642467A5 (de) * | 1980-03-19 | 1984-04-13 | Sulzer Ag | Regelverfahren und schaltung zum ausueben des verfahrens. |
| JPS5875207A (ja) * | 1981-10-29 | 1983-05-06 | Toshiba Corp | Ｐｉｄ制御器 |
| JPS5946823A (ja) * | 1982-09-10 | 1984-03-16 | Shimadzu Corp | 電子天びん |
| CH660525B (ja) * | 1983-09-29 | 1987-04-30 | ||
| CH665025A5 (de) * | 1984-06-29 | 1988-04-15 | Mettler Instrumente Ag | Elektromagnetisch kraftkompensierende waage sowie verfahren zum betrieb dieser waage. |
| CH675158A5 (ja) * | 1988-06-14 | 1990-08-31 | Mettler Toledo Ag | |
| JPH0363526A (ja) * | 1989-07-31 | 1991-03-19 | Shimadzu Corp | 電子天びん |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP2050229A patent/JPH0733975B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-02-27 US US07/661,955 patent/US5184690A/en not_active Expired - Lifetime
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