JPH05508218A - 補償形計量器 - Google Patents

補償形計量器

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JPH05508218A
JPH05508218A JP91500059A JP50005991A JPH05508218A JP H05508218 A JPH05508218 A JP H05508218A JP 91500059 A JP91500059 A JP 91500059A JP 50005991 A JP50005991 A JP 50005991A JP H05508218 A JPH05508218 A JP H05508218A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 補償形計量器 従来の技術 本発明は、例えばドイツ連邦共和国特許第3230998号公報により公知のよ うな補償形計量器に関する。補償形計量器は、可動的に案内されており測定され るべき荷重物体により静止位置から旋回可能な部材と、この旋回可能な部材を荷 重物体とは無関係に例えば静止位置に保持する力を発生させる電磁装置を有する 。電磁装置のコイルを流れる電流は荷重物体の尺度であって、例えば荷重物体の 重量の尺度である。計量器は通常、その設置場所が振動すれば測定値の誤りをと もなって応動する恐れがある、という特性を有している。この原因は、計量器の 機械的な部材と荷重物体への買置加速度のために生じる力である。
ドイツ連邦共和国特許第3230998号公報により次のような補償形計量器が 提案されている。すなわち二の計量器の出力信号は、計量器近傍の設置場所と固 定的に連結された加速度センサから導出された補正信号により制御される。この 加速度センサは、設置場所における障害加速度を測定する。
本発明の課題は、測定信号が広い周波数範囲にわたって広範囲に障害信号の取り 除かれた補償形計量器を提供することにある。
発明の利点 請求項1の特徴による本発明の補償形計量器は、荷重物体の重量または質量を短 時間後に高い精度で送出することができる、という利点を有する。障害信号抑圧 の改善は次のようにして達成される。すなわち可動的に案内され荷重の加えられ る部分に少な(とも1つの加速度センサを配置し、この加速度センサは、測定結 果を制御する少なくとも1つの補正信号を算出する補正信号処理装置へ信号を送 出する。加速度センサを可動部材に設けた構成により、計量器の可動部材と固定 的な部材との間に生じる相対的加速度を付加的に測定して、測定結果を誤らせる 実際の障害信号を検出することができる。このことは公知の装置では不可能であ る。
有利な実施形態は請求項2以下に示されている。
例えば1つの有利な実施形態の場合、少なくとも2つの加速度センサが計量器の 可動部材に配置されており、これらのセンサは、計量方向における並進加速度と 可動部材の旋回加速度を測定する。旋回加速度は、レバーを有する計量器におい て著しい障害として現れる。上記のレバーを用いて、荷重物体により引き起こさ れる力に関連づけて電磁装置により形成される力を制御可能であり、有利には低 減可能である。少なくとも2つのセンサは、これらのセンサから送出される信号 の差の形成により旋回加速度が得られるように、レバーの旋回軸に対して配置さ れている。これに対する代案として、旋回加速度だけを検出するように、1つの センサが配置される。
本発明による補償形計量器の構成によれば、電磁装置のコイルを流れる電流−こ れは荷重物体の重量または質量の尺度である−の捕捉検出後、少なくとも1つの 補正信号が測定結果を補正制御する。
補償形計量器の動作速度の上昇は以下の構成により可能である。すなわち、少な くとも1つの補正信号が、コイルを流れる電流を捕捉検出する信号処理装置の一 部分において補正制御を行なうことにより可能である。
信号走行時間による遅延は簡単に回避される。
補正信号処理装置は有利には2つの信号経路に分割されており、それらの経路の うちの一方は、並進加速度を補正するために設けられており、他方の経路は旋回 加速度を補正するために設けられている。旋回加速度は例えば、両方の加速度セ ンサから送出される信号の差を形成することにより得られる。そして両方の加速 度センサのうちの少なくとも一方の信号から旋回加速度を減算することにより、 並進加速度を別個に抽出することができる。
2つの補正信号経路への分割により、異なる種蔑の両方の加速度をそれぞれ1つ の機能ブロックにおいて特表千5−508218 (3) 処理することによって、改善された補正が実現される。
この機能ブロックは、少なくとも1つの定数ならびに別の1つの定数を含む伝達 関数を有しており、上記の定数を荷重物体の重量または質量を表わす出力信号と 乗算する。これらの定数は、計量器の質量配分および幾何学的形状から算出され る。
さらに、それぞれ補正信号経路中に配置されたフィルタ段により、障害抑圧力を 高めることができる。このフィルタ段は、それぞれ計量器に対して調整された2 次の伝達関数をシミュレートする。より簡単な構成の場合、補正信号の統合後の 位置に配置された1つのフィルタが設けられている。
電流の捕捉検出後に少なくとも1つの補正信号が測定結果を補正制御するときに は、場合によっては生じる、測定信号または補正信号の信号遅延を予め考慮する ことができ、これによって信号合成時にコヒーレントが与えられる。
さらに、信号処理装置に含まれる比例微分制御装置内の微分成分の制御により、 計量器の動作速度をいっそう高めることができる。これは、荷重被測定物体の重 量または質量を表わす計量器の出力信号に依存して行われ、その際まず最初に信 号の平方根が算出される。
例えば本発明による補償形計量器を、いわゆるシングルブロック組立方式で実現 すると有利である。この場合、計量器の複数個の組立部品がただ1つの部品から 形成される。有利には電磁装置、荷重の加えられる可動に案内された部材、補正 用加速度センサ、ならびに場合によってはレバーを、1つの部品から形成する。
この場合、たわみ軸受、および必要に応じて設けられる旋回軸受けも、同様に1 つの部品から形成される。
この構成により、両方の加速度センサの均一な形状が得られる。さらに同種の材 料を用いることにより、あらかじめ既知の温度分布を得ることができる。このた めシングルブロック組立方式により、測定精度ならびにその再現性が高められる 。
本発明による補償形計量器の詳細ならびに改善点は以下の説明により明らかにさ れる。
図面 第1図は補償形計量器の構造を示す図であり、第2図は荷重被測定物体の重量ま たは質量を測定する評価ユニットのブロック図である。
第1図に示された補償形計量器10は基板11上に組み立てられており、この基 板は計量器10の設置場所と固定的に結合されている。基板11は固定的な支持 体12を有しており、この支持体には弾性の平行四辺形案内部13を介して可動 部材14が取り付けられている。可動部材14上に、重量または質量を測定すべ き荷重被測定物体15が載置される0弾性の平行四辺形案内部13はたわみ軸受 け16を有しており、これを介して連結が形成されている。
レバー18は、たわみ継ぎ手19により支持体12に取り付けられていて、一方 の端部にたわみ軸受け20を有しており、これは可動部材14と連結されている 。レバー18の他方の端部は、コイル22を有する電磁装置21と共働する。こ のコイルは、第1図ではレバー18と結合されて示されている。荷重被測定物体 15により可動部に荷重が加えられることにより、または障害振動で計量器lO が荷重を受けることにより生じるレバー18の旋回運動は、少なくとも小さな旋 回時には位置センサ23によりy、方向への近似的に直線的な変位として検出可 能である。
可動部材14は第1の加速度センサ24と第2の加速度センサ25を有しており 、これらのセンサはそれぞれy1方向とy、方向における加速度を検出する。
両方のセンサ24.25は、計量方向と一致しレバー18の支点17をとおるy 方向から、それぞれ異なる間隔dl 、d* を有している。
この補償形計量器10は、座標系ω、X 0.3’ 0において並進運動による ノイズ(障害)と旋回運動によるノイズ(障害)の双方の作、用を受ける。レバ ー18は支持体12に対して、図面平面上に直立しており支点17をとおる軸を 中心にした旋回運動θを行い得るので、ω、X o 、V oの座標系内で作用 する外部からの旋回運動θにより障害が生じせしめられる。並進運動によるノイ ズ(障害)は、ω、X6、yoの座標系においてXo 、y、方向に生じ、その 成分はy方向に作用する。可動部層14は、弾性の平行四辺形案内部13のため に支持体12に関してy方向に相対的な運動を行う。この運動の加速度をyIl で表わす。
この補償形計量器10は、有利にはいわゆるシングルブロック組立方式により実 現される。この場合、1つの加工部材から種々の組立部品が作り出される。有利 には少なくとも可動部、材14、たわみ軸受け16を備えた弾性の平行四辺形案 内部13、レバー18、たわみ継ぎ手19、レバー18に配置された電磁装置2 1の一部、ならびに加速度センサ24.25が、1つの加工部材から作り出され る。
第2図には、計量器10の評価ユニツートのブロック図が示されている。第1図 に示された部材と一致する第2図中の部材には、この図でも第1図と同じ参照符 号が付されている。このブロック図には信号処理装置30が含まれており、この 装置は、電磁装置21のコイル22を流れる電流を検出する電流センサ32にお いて発生する、少なくとも1つの補正されていない計量器出力信号31を送出す る。電磁装置21により形成される力34はレバー18に作用し、このレバーへ は同様に障害36も作用を及ぼす、レバー18はこれに対してy、方向での旋回 により応動し、この旋回は位置センサ23により捕捉検出されて制御装置37へ 転送される。制御装置37のための目標値設定器は第2図には示されていない、 それというのはこの目標値は通常、固定的にまえもって与えられており、有利に はレバー18の静止位置と、ひいては可動部材14の静止位置と一致しているか らである。制御装置37の出力信号38は電流であって、電磁装置21はこの電 流を力34へ変換する。
計量器lOの補正されていない出力信号31は、遅延素子39を介して加算器4 0へ導がれる。この加算器の出力信号41は、低域通過フィルタ42を通過後、 計量器の出力信号43として荷重被測定物体15の重量または質量の尺度として 外部へ送出される。
さらに第2図によるブロック図には、補正信号処理装置50が含まれている。こ の装置は両方の加速度センサ24.25の出力信号51.52から補正信号53 .54を算出する。これらの信号は加算器55で合成され、合成補正信号56と して加算器40へ導かれる。補正信号処理装置50は、加速度センサ24.25 から送出された両方の信号51.52の差を算出する加算器57を有している。
加算器57の出力信号58は一方では機能ブロック59に達し、他方では第1の 入力信号として加算器60へ達する。この加算器へは、さらにに別の入力信号と してセンサ24の出力信号が導かれる。加算器60は、センサ24の信号51か ら加算器57によりめられた信号58を減算し、出力信号61を機能ブロック6 2へ転送する。両方の機能ブロック59.62はその出力信号63.64をそれ ぞれフィルタ65.66へ転送する。これらのフィルタの出力側には、それぞれ 補正信号53.54が生じる。
さらに機能ブロック59.62へ、補正された出力信号43が導かれる。補正さ れた出力信号43はさらに特性曲線素子67へ導かれ、この素子は出力信号68 を制御装置37へ転送する。
補償形計量器10の動作機能ならびに計量器loへ作用する障害36を考慮した 測定結果の補正について、第1図および第2図に基づき詳細に説明する:補償形 計量器10は、荷重被測定物体15の重量または質量を、計量器10に作用する 力m、gに関して測定する。ここにおいてmは荷重被測定物体15の質量を表わ し、gは重力加速度を表わしている。計量器10の可動部材14が荷重を受ける ことにより、レバー18はy一方向へ旋回し、この旋回は位置センサ23により 検出される。制御装置37は位置センサ23から導かれる実際値と、有利には静 止位置に相応する目標値とに依存して、出力信号38として電磁装置21のため の電流を供給し、この電流はコイル22を流れる。このようにして電磁装置21 は、荷重被測定物体15から生じる力に逆らう力を発生し、この力により有利に はレバー18ないし可動部材14の静止位置が再び形成される。荷重被測定物体 15の載置後の静止位置の再形成は、電磁力により重力が完全に補償されたこと に相応する。
計量器10へ作用する障害力36は、以下の式で表わされる。
P= −(A−m+B) ・Y−(C−m+D) ・e+に−m−g 項に−m−gは、とりあえず障害力として扱われる可動部材14への荷重被測定 物体15の作用を意味する。
定数には、計量器の構造ならびに補償に必要な電流に依存する。
定数A、B、CおよびDは、計量器1oの質量分布ならびに幾何学的条件により 得られる。
可動部材14に作用する障害力と荷重被測定物体15により、レバー18はy、 方向へ旋回し、この旋回により補正されていない出力信号31が生じる。この信 号は以下のように表わされる。
V(s)=G(S) ・C−(A=m+B) ・y−(C−m+D)−e+に− rn−g]Sはラプラス変換の変量を表わす、、G(s)は計量器10の伝達関 数を表わし、これは少な(とも近似的に2次の系に相応する。
信号V (s)は測定信号G (s) ・k−rn−gから合成されたものであ り、信号P−G(s)により障害を受けている。
障害成分G(s) ・Pを除去する目的で、補正信号処理装置50において、可 動部材14に配置された加速度センサ24.25から送出される信号51.52 に依存して、合成補正信号56が形成される。補正信号56が正確に障害信号P に相応してれば、加算器40において障害信号Pを相殺することができる。した がって両方の信号はコヒーレントでなければならない。
例えばO−100Hzのような、対象とする周波数範囲内の各周波数に関するそ の比は1と等しくあるべきである。周波数の上限が高ければ、相応に測定時間が 短いことを意味し、この時間内において所定の精度で例えば1への精度で、測定 結果が供給される。
合成補正信号56を供給する際、まず加算器57において加速度センサ24.2 5から送出された信号51.52の差が形成される。加速度センサ24の信号5 1は、Vl−Kl・(y+d+ −e+ya )として表わすことができ、加速 度センサ25の信号は、V2冨に2・ (y+d2・e+y、)として表わすこ とができる。加速度センサ24.25は、同じ加速度で同じ出力信号51.52 が生じるように調整されている。
加算器57における差の形成により、旋回加速度eが出力信号58として生じる 。加算器57における差の特表平5−5082i8 (5) 生じる。距離d、とd、の差は同様に既知であり、一定の重み付は係数により考 慮することができる。機能ブロック59は入力量を項C=m+Dと乗算する。荷 重被測定物体15の質量mは、低域通過フィルタ42の出力側において出力信号 43から導出される。さらに出力信号43は、必要に応じて重み付は係数により 重み付けされる。この重み付けは、他の重み付けと同様に第2図には示されてい ない、必要に応じて機能ブロック59の出力信号63がフィルタ65へ導かれる 。
このフィルタの伝達関数F2(s)は、少な(とも近似的に計量器10の伝達間 数G(s)と等しく選定される。有利にはこの伝達関数F2(S)は、これが障 害加速度θに対するコイル22の電流の比を表わすように選定される。さらにフ ィルタ65は写像フィルタと称される。このため出力信号54は、旋回加速度e を補正するための合成補正信号56の成分である。
加算器60において加速度センサ24の出力信号51から旋回加速度eの成分が 減算される。この減算のはや生じないように、旋回加速度eの重み付けが行なと して表わすことができる。この信号は、yのみが変量として含まれるような式に 変換できる。この信号は機能ブロック62へ導かれ、この機能ブロックは上記の 信号を項A −m+Bと乗算する。場合によってはフィルタ66が設けられてい る。このフィルタの伝達関数Fl (s)も、少なくとも近似的に計量器の伝達 関数と等しい、フィルタ66の伝達間数Fl (s)も有利には、これが電磁装 置21のコイル22を流れる電流と障害加速度yとの比を表わすように実現され る。
そしてフィルタ66を写像フィルタと称する。
したがって合成補正信号56は次のとおりになる:G(s)=[(A−m+B) −y+(C−m+D) ・e〕 そしてこれは障害信号成分Pに正確に一致する。加算器40における位相の正し い加算により、障害信号成分が除去される。
1つまたは両方のフィルタ65.66の省略により、障害信号の除去される周波 数範囲が狭められる。別の構成は、加算器55の出力側にただ1つのフィルタを 設けることにより得られる。このフィルタの伝達関数は、コイル電流と障害加速 度の比を表わす写像フィルタの伝達関数に少なくとも近似的に等しい0周波数範 囲の減縮は、測定時間が伸びることと同義である。これに対して測定時間の短縮 は、出力信号43を変換後に制御装置37へ導くことによりに達成される。特性 曲線素子67は出力信号43から、この信号がすでに正規化されていないかぎり 荷重被測定物体15の質量を算出し、さらにこれから平行板を算出する。この結 果は、比例微分制御装置として構成されている制御装置37の微分成分を決定す る際に考慮される。
補正のための別の構成は、閉ループ制御回路内の補正信号53.54または合成 補正信号56を導(ことにある。このような補正制御は、電磁装置21における コイル電流を定める信号処理装置30内の一部分で実現可能である。例えば、制 御装置37の出力信号38に補正信号が加算される。例えば、補正信号54によ り行なわれる旋回加速度eの補正を、信号処理装置30内において関与させるこ とができ、他方、並進加速度yの補正がさらに加算器40において行なわれる。
少なくとも1つの補正制御を制御回路内へ移すことにより、計量器の動作速度が 高まる。この構成により制御回路の安定性は僅かであるが低減され、相応に比較 的高い調整費用がかかる。
補正信号処理装置50において引き起こされる、補正されない出力信号31に対 しての信号遅延時間は、加算器40の入力側に接続されている遅延装置39にお いて簡単に除去される。
出力側43の前に接続された低域通過フィルタ42により、対象とする周波数範 囲のはるか上方に位置する高濁波障害振動が除去される。
既述の装置は、レバーを有する補償形計量器において障害信号を補正するのに適 している。この形式の計量器の場合、旋回加速度θは著しい障害として現われる 。レバーを持たない比較的簡単な補償形計量器においても、第2図による装置に より障害の十分な除去が達成される。可動部材14が電磁装置21と直接連結さ れているこのような計量器の場合、旋回加速度θの検出を行なう補正信号旭理装 置50内の信号経路25.57.59.65は省略される。同様に加算器60も もはや不要である。
評価回路全体を、プログラムとしてコンピュータシステムで実行可能である。入 力信号として、センサ23.24.25により捕捉検出された測定値が用いられ る。出力信号として、障害の補償のために予め与えるべき電流38に関する情報 、ならびに測定結果43を用いることができる。
さらに別個の評価回路またはコンピュータシステムの入力信号として、測定場所 に存在する重力加速度gおよび/または温度をプリセットすることができる。
そしてこれらの量に基づく測定結果への影響も同様に補正可能である。
要 約 書 補償形計量器 補償形計量1)(10)において、少なくとも1つの加速度センサ(24,25 )が当該計量器(lO)の可動部材(14)に配置されており、この加速度セン サは補正信号旭理装置(50)へ信号を送出する。補正信号処理表蓋は、測定結 果を制御するために少なくとも1つの補正信号(53,54,56)を算出する 。
この信号は、可動部材(14)に力を加える前型被測定物体(15)の重量また は買置(m)の尺度として出力側(43)に生じる。補正信号(53,54,5 6)は、並進運動による障害加速度(y)ならびに回転運動による障害加速度( θ)による影響を除去する。
これらの障害加速度は、計量器の基板(11)に作用し、測定信号(43)の補 正なしでは誤りが生じるか、または少なくとも測定時間が許容できないほど長く なってしまう。
国際調査報告 国際調査報告 ::m:n””w=コニ==雪蹴;〒j−0km 11が力r−vm1−−1− 1−−−閾−P−elliw+sIswwwymm11+41141111−門 一鴫閃−1−−門p智−−−噸*m+wwm凾香{w+bee1m@@m創−一 一−r−−一圓一−−蘭一

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.補償形計量器において、 可動に案内され、重量または質量(m)を測定すべき荷重被測定物体(15)に より静止位置から少なくとも1つの方向(y)へ変位可能な部材(14)と、少 なくとも1つのコイル(22)を含む電磁装置(21)と、当該補償形計量器( 10)の支持体(12)に対する可動部材(14)の位置を検出する位置センサ (23)と、制御装置(37)とが設けられており、 該制御装置は、前記可動部材(14)が所定の位置−例えば静止位置−をとるよ うに、前記位置センサ(23)から送出される信号に依存して前記コイル(22 )を流れる電流(33)の大きさを決定し、ここにおいて前記電流(33)は、 前記荷重被測定物体(15)の重量または質量(m)の尺度であり、さらに前記 可動部材(14)に配置された少なくとも1つの加速度センサ(24,25)が 設けられており、該加速度センサは、前記の少なくとも1つの方向(y)におけ る前記部材(14)の全体の加速度(■,■)を測定し、さらに該加速度センサ は補正信号処理装置(50)へ信号を送出し、該補正信号処理装置は、測定結果 (43)に作用する少なくとも1つの補正信号(53,54,56)を算出する ようにしたことを特徴とする補償形計量器。 2.旋回点(17)を中心に可動に支承されたレバー(18)と、前記可動部材 (14)に配置された少なくとも2つの加速度センサ(24,25)が設けられ ており、 前記レバーは、荷重被測定物体(15)に関連して電磁装置(21)により形成 されるべき力を制御し、 さらに前記少なくとも2つの加速度センサは、計量方向における前記部材(14 )の並進加速度(■)と、支点(17)をとおり前記レバー(18)上に実質的 に直立する旋回軸を中心とした、前記部材(14)の旋回加速度(■)を測定す るようにした、請求項1記載の計量器。 3.電流(33)の捕捉検出後、少なくとも1つの補正信号(53,54,56 )を測定結果中へ関与させるようにした、請求項1または2記載の計量器。 4.少なくとも1つの補正信号(53,54,56)が制御回路(37,38, 21,34,18,23)を補正制卸するようにした、請求項1または2記載の 計量器。 5.補正信号処理装置(50)は2つの信号経路(24,60,62,66;2 5,57,59,65)を有しており、ここにおいて一方の信号路(24,60 ,62,64,66)は並進加速度(■)に対する補正信号(53)を供給し、 他方の信号路(25,57,58,59,63,65)は、旋回加速度(■)に 対する補正信号(54)を供給するようにした、請求項1〜4のいずれか1項記 載の計量器。 6.各補正信号経路内に1つの機能ブロック(59、62)が設けられており、 該機能ブロックは、旋回加速度(■)に対し項C・m+Dで、並進加速度(■) に対しては項A・m+Bでそれぞれ連続的に重み付けし、ここにおいてmは出力 信号(43)から重み付けにより導出可能な荷重被測定物体(15)の質量(m )であり、A、B、CおよびDは定数である、請求項5記載の計量器。 7.一方の信号路中にフィルタ(65)が設けられており、および/または他方 の信号路中にフィルタ(66)が設けられており、これらのフィルタの伝達関数 はそれぞれ2次の系に相応する、請求項5または6記載の計量器。 8.前記フィルタ(65,66)が写像フィルタとして構成されており、該フィ ルタの伝達関数は、前記電磁装置(21)のコイル(22)を流れる電流と障害 加速度(■,■)の比を表わす、請求項7記載の計量器。 9.入力信号として両方の補正信号(53,54)が導かれる1つのフィルタが 設けられており、該フィルタの伝達関数は2次の系に相応し、該伝達関数は例え ば、前記電磁装置(21)のコイル(22)を流れる電流と障害加速度(■,■ )の比を表わす、請求項5または6記載の計量器。 10.計量セルの補正されていない信号(31)を遅延させる素子(39)が設 けられている、請求項1〜9のいずれか1項記載の計量器。 11.比例微分(D)制御装置(37)が設けられており、ここにおいてD成分 は√mに依存して変化する、請求項1〜10のいずれか1項記載の計量器。 12.低域通過フィルタ(42)が設けられており、該フィルタは、補正信号( 41)の後方且つ出力側(43)の前方に配置されている、請求項1〜11のい ずれか1項記載の計量器。 13.少なくとも部分的にシングルブロック組立方式で構成されており、ここに おて少なくとも可動部材(14)、センサ(24,25)、たわみ軸受け(16 )を備えた平行四辺形案内部(13)、電磁装置(21)の一部(22)、なら びにレバー(18)が、1つの部材から形成されている、請求項1〜12のいず れか1項記載の計量器。
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