JPH053937U - 重量計測器及び計測器用ばね - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動や動揺のある環境下でも、その振動など
の影響を受けずに迅速かつ高精度に試料の重量を計測す
る。 【構成】 試料受け１をばね２で支承して成る振動系３
と、その振動系３に振動を与えて試料受け１を強制的に
振動させる加振器５と、試料受け１の変位を検出するた
めの変位検出手段６と、変位検出手段６の検出値から上
記振動系３のうなりの振動数を求めその振動数と上記加
振器５の強制振動数とを加算して求められた上記振動系
３の固有振動数から試料の質量を求める質量検出手段７
とを備えていることを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は試料の重量を精密に測定するための計測器及びこの種の計測器に使用 されるばねに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、温度に対する試料の微小な質量変化の計測には、天秤の一方の皿を電気 炉内に配置し、その皿に試料を載せ、温度を徐々に上昇させながら他方に設けた 磁石及びコイルによる電磁力を調節して天秤をつり合わせることにより各温度に おける質量を求める熱天秤が用いられていた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、熱天秤は天秤を介しての試料重量と電磁力の微妙なつり合いを 検出することにより計測を行うため、これに外部から振動や動揺が伝わると微小 な計測ができない。したがって、船上等、大きな動揺のある環境における使用に は適していないという問題があった。

【０００４】 そこで、本考案者等は図５に示すように、試料受け１２と共に上下移動する磁 性部材１３の上部に電磁石１４を設け、磁性部材１３が電磁石１４に引き寄せら れて浮上する瞬間を常閉接点１５でとらえて試料の重量を電気的に求めるように 構成した磁気浮動式の平衡重量計を案出した。しかし、船上等のように動揺のあ る環境で高精度の測定を実施しようとする場合には、動揺等による外因的な加速 度の影響を無視できない。

【０００５】 本考案の目的は、船上等、動揺のある環境においても迅速かつ高精度に試料の 重量を測定し得る重量計測器及びこれに使用する計測器用ばねを提供するにある 。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本考案に係る重量計測器は試料受けをばねで支承し て成る振動系と、その振動系に振動を与えて試料受けを強制的に振動させる加振 器と、試料受けの変位を検出するための変位検出手段と、変位検出手段の検出値 から上記振動系のうなりの振動数を求めその振動数と上記加振器の強制振動数と を加算して求められた上記振動系の固有振動数から試料の質量を求める質量検出 手段とを備えている。

【０００７】 また、本考案に係る重量計測器用ばねは、ばね素線内に信号ケ−ブルを内蔵し ている。

【０００８】

【作用】

加振器を作動させて振動系に振動を与えると、試料受けの振動は初期において 、振動系の固有振動数ν₀ と加振器の強制振動数νとの重合が現れ、結果として 、図４のように強制振動の振幅が包絡線に沿って変化する。この現象がいわゆる うなりとよばれるものである。うなりの振動数Ｎは、振動系の固有振動数ν₀ か ら強制振動数νを差し引いた値となる。したがって、うなりの振動数Νを求めそ の振動数Ｎと加振器の強制振動数νとを加算することにより、振動系の固有振動 数ν₀ を求めることができる。固有振動数ν₀ は、試料の質量をｍ、試料受けの 質量をＭ、ばね定数をｋとすると、次の式（１）で与えられる。

【０００９】

【数１】

【００１０】 試料受けの質量Ｍおよびばね定数ｋは既知なので、固有振動数ν₀ がわかれば試 料の質量ｍが求められる。固有振動数ν₀ は、この重量計測器に測定環境の振動 や動揺による外因的な加速度が作用しても変化しない。したがって、船上等、動 揺のある環境においても、その影響を受けずに微小重量を計測することが可能と なる。

【００１１】 振動系を構成するばねの素線内に信号ケ−ブルを内蔵させておけば、試料受け の変位や試料の温度等の物理量を、試料受けの動きに影響を与えることなく、試 料受けに取り付けたセンサによって検出することができる。

【００１２】

【実施例】

次に、本考案の実施例にいて説明する。

【００１３】 ［実施例１］ 本考案に係る重量計測器の一実施例を図１に示す。図において、１は試料受け であり、受け皿状の試料受け１はこれを下方から弾性支持するばね２と共に振動 系３を構成する。ばね２は計測器本体４に固定された加振器５の上部に取り付け られており、加振器５によって振動系３に振動が与えられるようになっている。 試料受け１は図示しないガイド部材によって上下方向のみに移動できるようにな っており、その下方には、これに臨ませて変位検出手段たるレ−ザ干渉距離計６ が設けられている。このレ−ザ干渉距離計６並びに上記加振器５は質量検出手段 たるコンピュ−タ７に電気的に接続されている。

【００１４】 試料受け１に試料を載せた後、加振器５を作動させる。その直後の試料受け１ の振動は、振動系の固有振動と加振器の強制振動とを重ね合わせた振動、すなわ ちうなりとして現れる。レ−ザ干渉距離計６は、試料受け１までの距離を連続的 に検出し、その結果をリアルタイムでコンピュ−タ７へ出力する。コンピュ−タ ７は、レ−ザ干渉距離計６の検出値から試料受け１の変位（振幅）を求め、上記 うなりの振動数Ｎを求める。コンピュ−タ７はさらに、ここで求めたうなりの振 動数Ｎと加振器５の強制振動数νとを加算して振動系３の固有振動数ν₀ を求め 、そのν₀ を式（１）に代入して試料の質量ｍを求める。振動系３の固有振動数 ν₀ は、計測器自体に振動や動揺による外因的な加速度が作用しても変化するこ とはないので、この重量計測器を用いれば船上等においてもその振動や動揺の影 響を受けずに微小重量を迅速に計測することができる。

【００１５】 ［実施例２］ 本考案に係る重量計測器の他の実施例を図２に示す。図２においては、変位検 出手段として、加速度計８が試料受け１に一体的に取付けられている。試料受け １を支持しているばね９は、図３（ａ），（ｂ）に示すように中空のばね素線１ ０内に信号ケ−ブル（電線、光ファイバなど）１１を内蔵しており、この信号ケ −ブル１１によって加速度計８はコンピュ−タ７に接続されている。

【００１６】 この重量計測器においては、試料受け１が振動する際の加速度が加速度計８に よって検出される。コンピュ−タ７は、検出された加速度値を２回積分すること によって試料受け１の変位を求め、以下実施例１と同様の演算を行って試料の質 量ｍを求める。信号ケ−ブル１１がばね素線１０に内蔵されているので、試料受 け１の動きに影響を与えることなく試料受け１の加速度を検出することができる 。

【００１７】

【考案の効果】

以上要するに本考案によれば、次のような優れた効果が発揮できる。

【００１８】 （１）測定環境の振動や動揺による外因的な加速度によって変化しない振動系 の固有振動数から試料の重量を求めるようにしたので、船上等、大きな振動や動 揺のある環境下でも迅速かつ高精度に試料の重量を計測することができる。

【００１９】 （２）信号ケ−ブルを内蔵したばねで振動系を構成することにより、試料受け の動きに影響を与えることなく、試料受けの変位や試料の温度等の物理量を検出 することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る重量計測器の一実施例を示す構成
図である。

【図２】本考案に係る重量計測器の他の実施例を示す構
成図である。

【図３】本考案に係る計測器用ばねを示す図であり、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のIII −III 断面図で
ある。

【図４】うなりの波形を示す図である。

【図５】従来例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ 試料受け ２ ばね ３ 振動系 ５ 加振器 ６ レ−ザ干渉距離計（変位検出手段） ７ コンピュ−タ（質量検出手段） ８ 加速度計（変位検出手段） ９ 重量計測器用ばね １０ ばね素線 １１ 信号ケーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 宇都宮 正時 東京都江東区豊洲二丁目１番１号 石川島 播磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)考案者 幅田 望 東京都江東区豊洲二丁目１番１号 石川島 播磨重工業株式会社東京第一工場内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料受けをばねで支承して成る振動系
   と、該振動系に振動を与えて試料受けを強制的に振動さ
   せる加振器と、試料受けの変位を検出するための変位検
   出手段と、該変位検出手段の検出値から上記振動系のう
   なりの振動数を求めその振動数と上記加振器の強制振動
   数とを加算して求められた上記振動系の固有振動数から
   試料の質量を求める質量検出手段とを備えていることを
   特徴とする重量計測器。
2. 【請求項２】 ばね素線内に信号ケ−ブルを内蔵してい
   ることを特徴とする計測器用ばね。