JPH06347317A - ロードセルの故障検出装置及び自己補償装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 どの荷重点でもスパンと零点故障を検出し、
自己補償を行う。 【構成】 正常状態でのホイーストンブリッジ９の電源
端子10と出力端子14、16の間の固定抵抗器30、32の接続
状態での出力端子14、16間の出力値の比例値と、抵抗器
30、32の非接続状態での出力端子14、16間の出力値との
差を基準信号としてCPU38 が記憶する。第１及び第２の
故障検出時に上記接続状態での出力端子14、16間の出力
値の比例値と、上記非接続状態での出力端子14、16間の
出力値の差をCPU38 が検出する。CPU38 は第１の故障検
出時の検出出力値と基準信号が異なる値のとき零点故障
と判定し、さらに第１及び第２の故障検出時の検出出力
と基準信号が異なる値のときスパンと零点の故障と判定
する。判定結果に従って、CPU38 が自己補償を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロードセルにおける零
点の変動やスパンの変動による故障を検出するロードセ
ルの故障検出装置と、このように検出された故障を自己
補償する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロードセルにおける故障としては、通常
ロードセルを構成している弾性体の劣化、ストレインゲ
ージの抵抗値変化等の経年劣化と、出力線の断線等の偶
発故障とに大別される。

【０００３】一般的に、偶発故障は出力がでない等の明
らかな現象を引き起こすので、比較的発見しやすい。こ
れに対し、経年劣化による故障は、その故障による現
象、例えば零点の変動やスパンの変動は、徐々に生じる
ので、早期の発見が非常に困難である。

【０００４】従来、ロードセルの上記経年劣化による故
障の検出技術としては、検査しようとするロードセル以
外に基準となるロードセルを設け、両ロードセルの出力
が一致するか否かを検出するものや、同一のロードセル
に、荷重測定用のストレインゲージの他に、基準となる
ストレインゲージを設け、両ストレインゲージの出力が
一致するか否かを検出するものがあった。

【０００５】また、ロードセルからのアナログ出力をデ
ィジタル出力に変換するＡ／Ｄ変換器に、故障を検出す
るための回路を設け、この回路を制御することによっ
て、故障検出と自己補償とを行う技術もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者では、正
常動作時には、全く不要である基準ロードセルや基準ス
トレインゲージを設けなければならず、非常に高価にな
るという問題点があった。また、後者では、回路構成が
複雑になり、しかも非常に高精度の抵抗器等を必要とす
るので、高価となり、更に回路の制御が面倒であるとい
う問題点もあった。

【０００７】さらに、上記の両技術は、いずれも無負荷
時（零点）等の特定の荷重点でしか、故障の検出や自己
補償を行うことができなかった。しかし一般に故障検出
や自己補償は、どのような荷重点においても行えなけれ
ばならず、この問題点は、本質的な欠点と言わざるをえ
ない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による故障検出装
置は、２つの電源端子と２つの出力端子とを有すると共
に、上記各電源端子と上記各出力端子との間にそれぞれ
インピーダンス素子を有し、これらインピーダンス素子
のうち少なくとも１つを、荷重の印加状態に応じてイン
ピーダンスが変化する可変インピーダンス素子としたホ
イーストンブリッジと、上記両電源端子の一方と上記両
出力端子との間にそれぞれ接続されている上記インピー
ダンス素子にそれぞれ並列に接続された状態と、非接続
状態とに切り換えられる固定インピーダンス素子と、正
常状態における上記並列接続状態での上記出力端子間の
出力値に比例する値と、上記正常状態における上記非接
続状態での上記出力端子間の出力値との差を基準信号と
して記憶すると共に、更に上記比例する値における比例
係数を記憶する記憶手段と、故障検出状態における上記
並列接続状態での上記出力端子間の出力値に上記比例係
数を乗算した値と、上記故障検出状態における上記非接
続状態での上記出力端子間の出力値との差を検出する検
出手段と、上記記憶手段の基準信号と上記検出手段の検
出出力信号とが実質的に異なる値であるか否かを判定す
る判定手段とを、具備するものである。

【０００９】また、上記の故障検出装置において、判定
手段が上記記憶手段の基準信号と上記検出手段の検出出
力信号とが実質的に異なる値であると判定したとき、上
記基準信号と上記検出手段の検出出力信号と上記比例係
数とに基づいて零点補償値を算出する手段と、上記零点
補償値によって上記非接続状態の上記ホイーストンブリ
ッジの出力値を補正する補正手段とを、具備する自己補
償装置とすることもできる。

【００１０】また、上記の故障検出装置と同様に、ホイ
ーストンブリッジと、固定インピーダンス素子と、記憶
手段とを設け、第１の故障検出状態及びこれとは荷重印
加状態が異なる第２の故障検出状態において、上記並列
接続状態での上記出力端子間の出力値に比例する値と、
上記正常状態における上記非接続状態での上記出力端子
間の出力値との差を検出する検出手段と、上記記憶手段
の基準信号と第１及び第２の故障検出状態における上記
検出手段の検出出力信号とをそれぞれ比較する比較手段
とを、具備する故障検出装置とすることもできる。

【００１１】また、上記比較手段が、第１の故障検出状
態における上記検出手段の出力値と上記記憶手段の基準
信号とが異なる値のとき零点の故障と判定し、第１及び
第２の故障検出状態における上記検出手段の検出出力と
上記記憶手段の基準信号とがそれぞれ異なる値のときス
パン及び零点の故障と判定するものとすることができ
る。

【００１２】さらに、上記比較手段が零点の故障と判定
したとき、上記基準信号と第１の故障検出状態における
上記検出手段の検出出力信号と上記比例係数とに基づい
て第１の零点補償値を算出する手段と、第１の零点補償
値によって上記非接続状態の上記ホイーストンブリッジ
の出力値を補正する第１の補正手段と、上記比較手段が
スパン及び零点の故障と判定したとき、第１及び第２の
故障検出状態における非接続状態のホイーストンブリッ
ジの出力値と、第１及び第２の故障検出状態における上
記検出手段の出力値と、上記比例係数とに基づいてスパ
ン補償係数を算出する手段と、上記比較手段がスパン及
び零点の故障と判定したとき、第１及び第２の故障検出
状態における非接続状態のホイーストンブリッジの出力
値と、第１及び第２の故障検出状態における上記故障検
出手段の出力値と、上記比例係数と、上記基準信号とに
基づいて第２の零点補償値を算出する手段と、第２の零
点補償値とスパン補償係数とに基づいて上記非接続状態
の上記ホイーストンブリッジの出力値を補正する第２の
補正手段とを具備するものとすることもできる。

【００１３】

【作用】零点やスパン係数の変動という故障は、ホイー
ストンブリッジのいずれか一変のインピーダンス素子の
インピーダンス変化として表れるので、或る荷重を印加
した状態から別の荷重を印加した状態に変化させると、
ホイーストンブリッジの両出力端子間の等価抵抗が、不
平衡に変化する。一方、ホイーストンブリッジが正常状
態では、上記のように或る荷重を印加した状態から別の
荷重を印加した状態に変化させると、両出力端子間の抵
抗は平衡に変化する。従って、ロードセルに故障が生じ
ているか否かは、等価抵抗が不平衡に変化しているか否
かを判別することによって、どのような荷重印加状態に
おいても行える。

【００１４】そこで、両出力端子に同相信号を印加する
と、両出力端子間の不平衡成分と平衡成分とが表れる。
固定インピーダンス素子を、各出力端子と一方の電源端
子との間のインピーダンス素子に並列に接続したのが、
この同相信号の印加に相当する。この出力から平衡成分
を減算することによって不平衡成分が求められる。上記
の非接続状態におけるロードセルの出力に比例係数を乗
算した値と、非接続状態のロードセルの出力との差を検
出手段によって求めているのが、この不平衡成分の検出
に相当する。正常状態においても、不平衡成分が存在す
ることがあるので、正常状態においても上記と同様に不
平衡成分を求めておく。これが、記憶手段に記憶されて
いる基準信号である。この基準信号と検出手段の出力と
が実質的に異なると、零点の変動があると検出できる。

【００１５】また、零点とスパン係数の双方がずれてい
る場合、異なる荷重の印加状態、即ち第１及び第２の故
障検出状態での検出手段の出力は、基準信号と実質的に
異なった値となる。従って、このような場合、零点及び
スパン係数の変動があると、検出できる。

【００１６】このように零点、零点及びスパン係数の変
動があることが検出されると、数値計算によって自己補
償を行うことができる。

【００１７】

【実施例】図１に示すように、この実施例は、ホイース
トンブリッジ９を有している。このブリッジ９は、２つ
の正負の電源端子１０、１２と、２つの出力端子１４、
１６とを有し、これら端子１０、１２、１４、１６間に
それぞれ可変インピーダンス素子、例えばストレインゲ
ージ２０、２２、２４、２６を有している。これらスト
レインゲージは、図示しない起歪弾性体の起歪部に貼着
されており、無荷重状態ではＲの抵抗値をそれぞれ有す
る。ストレインゲージ２２、２６は、圧縮ゲージであ
り、この起歪弾性体に荷重が印加された場合、その抵抗
値がＲからΔＲだけ減少し、Ｒ−ΔＲとなる。また、ス
トレインゲージ２０、２４は、引っ張りゲージであり、
この起歪弾性体に荷重が印加された場合、その抵抗値が
ＲからΔＲだけ増加し、Ｒ＋ΔＲとなる。なお、各スト
レインゲージ２０乃至２６において生じる抵抗値Ｒの偏
差ｒを、ストレインゲージ２４において代表させて、ｒ
と表している。

【００１８】電源端子１０、１２の間には直流電源２８
によって直流電圧ＶE が印加されている。また、正の電
源端子１０と出力端子１４との間には、一定の抵抗値を
有する固定抵抗器３０と、開閉スイッチ３２との直列回
路が接続されている。同様に、正の電源端子１０と出力
端子１６との間には、やはり一定の抵抗値を有する固定
抵抗器３４と、開閉スイッチ３６との直列回路が接続さ
れている。開閉スイッチ３２、３６の開閉制御は、ＣＰ
Ｕ３８によって両者同時に行われる。

【００１９】出力端子１４、１６間に生じたホイースト
ンブリッジ９の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器４０によって
ディジタル変換された後、ＣＰＵ３８に供給され、後述
するような演算が行なわれる。

【００２０】このような回路によって故障検出及び自己
補償が行える点について説明する。図２は、図１の等価
回路図であり、ＲEQ+ 、ＲEQ- は、正の出力端子１０、
負の出力端子１２から見たホイーストンブリッジ９の等
価出力抵抗を表し、Ｖop+ 、Ｖop- は、正負の出力端子
１０、１２の開放電圧である。また、開閉スイッチ３
２、３６が閉成されている場合には、Ｒx は、固定抵抗
器３０、３４の抵抗値と開閉スイッチ３２、３６の抵抗
値とを含めた値であり、開閉スイッチ３２、３６が開放
されている場合には、Ｒx は無限大となり、開閉スイッ
チ３２、３６が閉成されている場合には、固定抵抗器３
０、３４の抵抗値となる。

【００２１】上記ＲEQ+ 、ＲEQ- 、Ｖop+ 、Ｖop- は、
テブナンの定理により、数１、数２、数３、数４によっ
て求められる。

【数１】

【数２】

【数３】

【数４】

【００２２】また、図２の等価回路における正の出力端
子１０の電圧Ｖo+、負の出力端子１４の電圧Ｖo-は、数
５、数６によって求められる。

【数５】

【数６】

【００２３】従って、ロードセルの出力電圧Ｖo は数７
によって求められる。

【数７】 数７の最終式の第３項の分子に各等価抵抗値ＲEQ+ 、Ｒ
EQ- を代入すると、数８となる。

【数８】

【００２４】また、数７の最終式の第１項の分子に関連
するＲEQ+ ／Ｒx ＋ＲEQ- ／Ｒx は、数９によって表さ
れる。

【数９】 数８及び数９を、数７の最終式に代入すると、数１０に
よって表される。

【数１０】

【００２５】また、数１０における１＋Ｒ／２Ｒx ＋ｒ
／４Ｒx は、数１１のように近似できる。

【数１１】

【００２６】従って、図２の等価回路のロードセルの出
力電圧Ｖｏは、数１２によって表される。

【数１２】 数１２は、ロードセルの出力電圧の一般式であるので、
通常動作時、即ち開閉スイッチ３２、３６が開放されて
いるとき（Ｒx が無限大のとき) 、出力電圧Ｖoは数１
３によって表される。

【数１３】

【００２７】そして、故障検出時（開閉スイッチ３２、
３６が閉成されているとき）の出力電圧ＶONは、数１２
そのものである。

【００２８】さらに、Ｒは各ストレインゲージのゲージ
抵抗値、Ｒx は固定抵抗器３０、３４の抵抗値であって
一定値であるので、αを数１４で定義すると、Ｒ／２Ｒ
x は数１５で表される。

【数１４】

【数１５】

【００２９】従って、故障検出時の出力電圧ＶONをαを
用いて表すと、数１６によって表される。

【数１６】

【００３０】数１６に数１３のＶo を代入すると、数１
７となり、これから数１８が得られる。

【数１７】

【数１８】

【００３１】数１８の左辺はゲージ抵抗偏差ｒによる零
出力を表している。即ち、荷重に係わらず常に一定値で
ある。即ち、開閉スイッチ３２、３６の閉成時の出力Ｖ
ONに係数１αを乗算した値と、開閉スイッチ３２、３６
の開放時の出力Ｖｏとの出力差からゲージ抵抗偏差ｒが
求められる。そして、数１８の左辺の値は、偏差ｒが一
定である限り、いかなる荷重点においても一定値であ
る。

【００３２】従って、ロードセルの故障がホイーストン
ブリッジ９を構成する少なくとも１辺のストレインゲー
ジのゲージ抵抗偏差ｒの変化として表れるなら、数１８
に基づく判別を定期的に行うことによって荷重点に係わ
らず、故障検出が可能となる。

【００３３】即ち、故障発生以前の正常動作時の数１８
における開閉スイッチ３２、３６の閉成時の出力ＶONに
係数１αを乗算した値と、開閉スイッチ３２、３６の開
放時の出力Ｖｏとの出力差を数１９によって表されるβ
として記憶しておく。

【数１９】

【００３４】そして、ロードセルに故障が発生し、ゲー
ジ抵抗偏差ｒがΔｒだけ変化したときのβをβE とし、
このときの開閉スイッチ３２、３６の閉成時、開放時の
出力電圧を、それぞれＶONE 、ＶoEとすると、βE は、
数２０によって表される。

【数２０】

【００３５】従って、数２０から数２１が得られる。

【数２１】

【００３６】このように故障発生時には、βE-βが零と
ならないので、故障が発生していることを検出できる。
そして、この故障の検出は、出力が安定しているかぎ
り、どのような荷重点においても可能である。従って、
現実的には数２１の計算値が予め定めた一定の値以上で
あれば、故障と判断すればよい。

【００３７】また数２１等での比例係数αは、ゲージ抵
抗値Ｒと固定抵抗器３０、３４の抵抗値Ｒx によって定
まる一定値であるが、抵抗値のばらつきによって多少の
差は生じる。しかし、αの正確な値は故障発生以前のス
パン調整時に、次のような操作によって容易に求めるこ
とができる。

【００３８】無負荷時に開閉スイッチ３２、３６を開閉
したときの出力電圧をそれぞれＶONZ 、ＶoZとし、秤量
荷重時の上記両出力電圧をＶONS 、ＶoSとすると、数１
９からβは一定であるので、数２２が成立し、その結果
αは数２３によって表される。

【数２２】

【数２３】 即ち、αは固定抵抗器３０、３４による出力減衰率と考
えればよい。

【００３９】図３は数２１によって表される零故障が生
じたときの出力特性を図示したもので、ハッチングを施
した部分がβ及びβE であり、荷重点に係わらず、それ
ぞれ常に一定である。また、故障検出時（開閉スイッチ
３２、３６を閉成時）の出力ＶON及びＶONE がαによっ
て同じように減衰されることを表している。

【００４０】以上の説明では、故障がゲージ抵抗偏差ｒ
の変化、即ち零変化であるとしたが、実際にはスパン変
化による故障も起こりえる。しかし、このスパン故障も
以下に示すように零故障と等価と考えられる。

【００４１】例えば図１のストレインゲージ２４に故障
が発生し、荷重に比例する変化量ΔＲに、荷重の関数と
なる故障による誤差ｄｒが発生したとすると、そのゲー
ジ抵抗Ｒ２は、数２４によって表される。

【数２４】

【００４２】即ち、数２４は、ｄｒがΔｒに含められる
ことを示し、これはスパン故障が零故障と本質的に同一
であることを表している。但し、スパン故障の場合、零
変化量（Δｒ＋ｄｒ）はｄｒが荷重の関数であるので、
荷重の変化に応じて変化する。従って、故障検出を少な
くとも２つの異なる荷重点で行い、そのときに求めたβ
をβ１、β２とし、正常時に求めたβと比較して、β１
＝β２＝βなら正常、β１＝β２≠βなら零故障、β１
＝β、β２≠βならスパン故障、β１≠β２≠βならス
パン及び零故障と判断できる。

【００４３】上記のように各故障を判別すると、その結
果に応じて自己補償が行える。零故障の場合、零故障に
よってΔｒが発生し、本来の正常時の出力Ｖo がＶoEに
変化したとすると、Ｖo は数１３によって表され、ＶoE
は、数１３から数２５によって表される。従って、Ｖo
は数２１、数１３、数２５から数２６によって表され
る。

【数２５】

【数２６】

【００４４】従って、適当な故障検出時に、故障が発生
したと判断した時点のβE を記憶し、このβE と既知の
α、β及び故障検出出力ＶoEから、正常時の出力Ｖo を
算出することができ、零故障に対する自己補償を行なう
ことができる。

【００４５】一方、スパン故障に対する自己補償も上述
した零故障に対する自己補償と基本的に同一である。即
ち、スパン故障では、数２６のβE が一定値とならず、
荷重によって変化するだけであり、数２６はスパン故障
に対してもそのまま成立する。従って、零故障とスパン
故障が同時に発生し、かつスパン故障が非常に複雑な関
数であっても、その荷重点におけるβE さえ求められれ
ば、数２６によって自己補償が可能である。

【００４６】しかし、この場合、βE を求めるため、常
に開閉スイッチ３２、３６を開閉する故障検出動作を行
う必要があり、余り現実的でない。従って、スパン故障
が生じたときの自己補償では、自己補償しようとしてい
る荷重点におけるβE を、異なる２以上の荷重点のβE
から特定する必要がある。

【００４７】図４は零故障とスパン故障とが同時に発生
したときの出力特性を図示したもので、ここではβE は
荷重に比例する一次関数として表してある。同図におい
て、正常時の出力特性を実線のＶo で、故障時の出力特
性を破線のＶoEで示してある。即ち、任意の荷重点Ｘに
おける正常時の出力ＶoXとなるはずであるが、スパン及
び零故障によって、その出力はＶoEX となる。そして、
出力ＶoEX に対応する正常時の荷重点ＸE が与えられた
荷重として認識されるため、ＸE −Ｘが誤差となる。

【００４８】従って、この故障モードにおける自己補償
とは破線の故障時の出力特性ＶoEXから実線の故障時の
出力特性Ｖo を導くことであり、その結果、任意の出力
ＶoEX から正しい荷重点Ｘを求めることができる。図４
では、故障時の出力特性を一次関数としていることか
ら、ΔＲ＝ΔＲ１とΔＲ＝ΔＲ２の２種類の異なる荷重
点で前述の故障検出動作を行っている。

【００４９】図４において、直線Ｖoa、Ｖobは異なる２
点の故障検出動作点ΔＲ＝ΔＲ１、ΔＲ＝ΔＲ２におい
て、その故障原因が零点故障であるとしたときの仮定の
故障特性を表し、その傾きは正常時の出力特性Ｖo と同
一となる。そして、故障出力特性ＶoEをＶo で表すと、
数２７によって表される。

【数２７】 数２７の第２項は、ＶoaとＶo との差を表し、第３項は
図４における符号Ａで示した出力差を表している。

【００５０】さらに、数２７の第３項の分母、分子に励
磁電圧ＶE をそれぞれ掛けると、数２７は数２８に変形
される。

【数２８】 また、数１３、数１９よりＶo は数２９によって表さ
れ、さらに数２９よりΔＲＶE ／Ｒは数３０によって表
される。

【数２９】

【数３０】

【００５１】図４よりＶoaはＶo と同一の傾きを有する
ので、数３１、数３２が成立する。

【数３１】

【数３２】 数３０、数３１、数３２を数２８に代入すると、数３３
が得られる。

【数３３】 従って、正常時の出力Ｖo を故障時の出力ＶoEで表す
と、数３４となる。

【数３４】

【００５２】数３４において、ＶoEは任意の荷重点にお
ける故障発生時の出力、ＶoE1 、ＶoE2 は異なる２つの
荷重点における故障検出動作時の故障出力（開閉スイッ
チ３２、３６は閉）、βは正常状態における数１９によ
って求められる値、β１、β２は２つの荷重点における
故障検出動作時のβ対応値、αは数２３によって故障発
生以前に求めた係数である。従って、数３４によって零
点及びスパン故障の発生時に、自己補償を行うことがで
きる。なお、数３４においてβ１＝β２≠βとすると、
数２６と一致する。従って、数３４は零故障、スパン故
障並びに零・スパン故障の場合の自己補償の一般式を表
している。

【００５３】以上の故障検出及び自己補償技術を使用し
て、図１のＣＰＵ３８が行う処理を図５にフローチャー
トで示す。この処理では、前述のβが数２２によって、
αが数２３によって演算され、記憶されているとする。
また、この処理では、零点故障が生じていると判定され
たときに１にセットされる零故障フラグ、スパン故障が
生じていると判定されたときに１にセットされるスパン
故障フラグが用いられる。なお、通常状態では、開閉ス
イッチ３２、３６は開放されている。

【００５４】まず、出力端子１４、１６間の出力電圧Ｖ
o をＡ／Ｄ変換器４０でディジタル信号に変換して、Ｃ
ＰＵ３８に入力する（ステップＳ２）。次に零故障フラ
グが１であるか判断する（ステップＳ４）。このフラグ
が１でないと、零故障が生じていないので、ＣＰＵ３８
に入力されたＶo をそのまま出力する（ステップＳ
６）。

【００５５】もし、ステップＳ４において、零故障フラ
グが１にセットされていると判定されると、スパン故障
フラグが１にセットされているか判定する（ステップＳ
８）。ここでスパン故障フラグが１にセットされていな
いと、先に零故障フラグがセットされているので、零故
障のみが存在すること判定される。従って、ステップＳ
２で入力したＶo から零点変動補償値Ｋｚを減算して、
零点の変動を補償する（ステップＳ１０）。ここで、Ｋ
ｚは、後述するようにして求めた数２６の第２項に対応
するものである。

【００５６】もしステップＳ６において、スパン故障フ
ラグがセットされていると判断されると、ステップＳ２
で入力したＶo に補正係数Ｋｓを乗算し、この乗算値か
ら零点変動補償値Ｋｚを減算する（ステップＳ１２）。
ここでＫｓ、Ｋｚは、前述で求めた数３４の第１項のＶ
oEの係数及び第２項の値である。ここまでのステップＳ
２乃至Ｓ１２が自己補償手段に該当する。

【００５７】ステップＳ６、Ｓ１０またはＳ１６以降が
故障検出に該当し、まず故障検出タイミングであるか判
定する（ステップＳ１４）。この故障検出タイミングで
あるか否かの判断は、例えばＣＰＵ３８内に設けたタイ
マが所定時間の経過ごとに発生するタイマ信号が発生し
ているか否かによって行える。

【００５８】故障検出タイミングでないと、この自己補
償及び故障検出ルーチンを終了する。また、故障検出タ
イミングであると、ステップＳ２で入力したＶo が安定
しているか否かを判定する（ステップＳ１６）。安定し
ていないと、この自己補償及び故障検出ルーチンを終了
する。

【００５９】安定していると、開閉スイッチ３２、３６
を閉成して、そのときの出力端子１４、１６間の出力電
圧ＶONを入力し、既に記憶しているαとステップＳ２で
入力したＶo とを用いて、（ＶON／α）−Ｖo の演算を
行ってβE を算出し、開閉スイッチ３２、３６を開放す
る（ステップＳ１８）。

【００６０】そして、零故障フラグがセットされている
か判断し（ステップＳ２０）、セットされていなけれ
ば、βE から先に記憶させてあるβを減算し、その絶対
値が予め定めた値ＤZE以下であるか判断する（ステップ
Ｓ２２）。ＤZEは零に近い値に設定してあり、ステップ
Ｓ２２は実質的にβE がβに等しいか判断している。

【００６１】ここで、実質的にβE がβに等しいと、即
ち上記絶対値がＤZE以下であると、零故障が発生してい
ないと判断して、この自己補償及び故障検出ルーチンを
終了する。また、実質的にβE がβに等しくないと、上
記絶対値がＤZEより大きいと、零故障が発生していると
判断して、零故障フラグを１にセットし（ステップＳ２
４）、ステップＳ１８で求めたβE をβ1 として、ステ
ップＳ２で求めたＶoをＶoE1 として、スパン故障の判
定の際に使用するために、それぞれ記憶する（ステップ
Ｓ２６）。そして、ステップＳ２６で記憶したβ１と既
に記憶しているβ及びαを用いて、Ｋｚを演算し（ステ
ップＳ２８）、この自己補償及び故障検出ルーチンを終
了する。

【００６２】ステップＳ２０において、零フラグが１で
あると判定されると、スパン故障フラグがセットされて
いるか判断する（ステップＳ３０）。もし、スパン故障
フラグがセットされていないと、スパン故障であるかど
うかを判断するために、ステップＳ１８で求めたβE
と、先に求めたβ1 （零フラグが既にセットされている
ので、それ以前にβ1 が記憶されている。）との絶対値
が予め定めたスパン故障判別値ＤSE以下であるか判断す
る（ステップＳ３２）。ＤSEは零に近い値に選定してあ
るので、ステップＳ３２は、β１（これは既にβと等し
くないと判断されている）とβE とが実質的に等しい
か、即ちβ1 ＝βE ≠βであるか判断している。

【００６３】ここで、β1 ＝βE ≠βであると、零故障
が生じているだけであるので、ステップＳ２６、Ｓ２８
を実行し、新たにβ1 、ＶoE1 、Ｋｚをそれぞれ更新す
る。

【００６４】ここで、上記絶対値がＤSEよりも大きい
と、β1 ≠βE ≠βとなり、スパン故障が生じている。
そこで、スパン故障フラグを１にセットし（ステップＳ
３４）、βE をβ2 と、ステップＳ２で入力したＶo を
ＶoE2 として記憶する（ステップＳ３６）。これは、零
故障及びスパン故障の生じている場合のＫＺ及びＫＳを
演算するのに用いるためである。

【００６５】そして、ＶoE1 とＶoE2 との大きさを比較
し（ステップＳ３８）、ＶoE1 がＶoE2 よりも大きけれ
ば、β1 とβ2 とを交換し、かつＶoE1 とＶoE2 とを交
換する（ステップＳ４０）。そして、数３４に従ってＫ
S 及びＫZ を演算し（ステップＳ４２）、この自己補償
及び故障検出ルーチンを終了する。なお、ここでステッ
プＳ３８、４０を設けているのは、ＫS 及びＫZ の計算
誤差を少なくするためである。

【００６６】ステップＳ３０においてスパン故障フラグ
がセットされていると判断されると、ステップＳ２で入
力したＶo がＶoE1 よりも小さいか判断し（ステップＳ
４４）、Ｖo がＶoE1 よりも小さいと、ステップＳ１８
で求めたβE をβ1 として記憶し、かつステップＳ２で
入力したＶo をＶoE1 として記憶し（ステップＳ４
６）、ステップＳ４２を実行する。また、Ｖo がＶoE1
よりも大きいと、Ｖo がＶoE2 よりも大きいか判断する
（ステップＳ４８）。もし、Ｖo がＶoE2 よりも大きい
と、ステップＳ１８で求めたβE をβ2 として記憶し、
かつステップＳ２で入力したＶo をＶoE2 として記憶し
（ステップＳ５０）、ステップＳ４２を実行する。

【００６７】ステップＳ４４からＳ５０を実行する結
果、数３４の第１項及び第２項の分母ＶoE2 −ＶoE1 の
値が大きな値となり、Ａ／Ｄ変換の際の量子化誤差の影
響を小さくすることができる。

【００６８】上記の実施例では、スパン故障を荷重に対
する一次関数と仮定したが、これがｎ次関数となること
もあるが、基本的には上記の実施例と同様に補償するこ
とができる。即ち、これは、異なるｎ個の荷重点で故障
検出動作を行い、ｎ次の連立方程式を解くことによっ
て、ｎ次の故障曲線を導くことができるからである。ま
た、数２６で示すように多数の荷重点におけるβE を求
め、検出点以外のβE を補間処理によって求めることも
可能である。

【００６９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ロード
セルを構成するホイーストンブリッジに、固定抵抗器を
接続した状態にしたり、非接続状態にするだけでよいの
で、基準ロードセルや基準ストレインゲージを設ける必
要がなく、回路構成が簡単であり、しかもコストが低下
する。さらに、本発明によれば、故障検出や自己補償を
どのような荷重点においても行えるので、わざわざ故障
検出や自己補償のために無負荷状態にする必要がなく、
故障検出や自己補償を容易に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるロードセルの故障検出及び自己補
償装置の１実施例の回路図である。

【図２】同実施例の等価回路図である。

【図３】同実施例における零点故障がある場合の検出方
法の説明図である。

【図４】同実施例における零点及びスパン故障がある場
合の検出方法の説明図である。

【図５】同実施例のフローチャートである。

【符号の説明】

９ ホイーストンブリッジ １０ １２ 電源端子 １４ １６ 出力端子 ２０ ２２ ２４ ２６ ストレインゲージ（インピー
ダンス素子） ３０ ３２ 固定抵抗器（固定インピーダンス素子） ３８ ＣＰＵ（検出手段、記憶手段、判定手段、零点補
正値算出手段、補正手段、スパン補正値算出手段、スパ
ン補正手段）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年８月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】このような回路によって故障検出及び自己
補償が行える点について説明する。図２は、図１の等価
回路図であり、ＲＥＱ＋、ＲＥＱ−は、正の出力端子１
０、負の出力端子１２から見たホイーストンブリッジ９
の等価出力抵抗を表し、Ｖｏｐ＋、Ｖｏｐ−は、正負の
出力端子１０、１２の開放電圧である。また、開閉スイ
ッチ３２、３６が閉成されている場合には、Ｒｘは、固
定抵抗器３０、３４の抵抗値と開閉スイッチ３２、３６
の抵抗値とを含めた値であり、開閉スイッチ３２、３６
が開放されている場合には、Ｒｘは無限大となる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】数１８の左辺はゲージ抵抗偏差ｒによる零
出力を表している。即ち、開閉スイッチ３２、３６の閉
成時の出力ＶＯＮに係数１／αを乗算した値と、開閉ス
イッチ３２、３６の開放時の出力Ｖｏとの出力差からゲ
ージ抵抗偏差ｒが求められる。そして、数１８の左辺の
値は、偏差ｒが一定である限り、いかなる荷重点におい
ても一定値である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】即ち、故障発生以前の正常動作時の数１８
における開閉スイッチ３２、３６の閉成時の出力ＶＯＮ
に係数１／αを乗算した値と、開閉スイッチ３２、３６
の開放時の出力Ｖｏとの出力差を数１９によって表され
るβとして記憶しておく。

【数１９】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５７】ステップＳ１６以降が故障検出に該当し、
まず故障検出タイミングであるか判定する（ステップＳ
１４）。この故障検出タイミングであるか否かの判断
は、例えばＣＰＵ３８内に設けたタイマが所定時間の経
過ごとに発生するタイマ信号が発生しているか否かによ
って行える。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの電源端子と２つの出力端子とを有
   すると共に、上記各電源端子と上記各出力端子との間に
   それぞれインピーダンス素子を有し、これらインピーダ
   ンス素子のうち少なくとも１つを、荷重の印加状態に応
   じてインピーダンスが変化する可変インピーダンス素子
   としたホイーストンブリッジと、 上記両電源端子の一方と上記両出力端子との間にそれぞ
   れ接続されている上記インピーダンス素子にそれぞれ並
   列に接続された状態と、非接続状態とに切り換えられる
   固定インピーダンス素子と、 正常状態における上記並列接続状態での上記出力端子間
   の出力値に比例する値と、上記正常状態における上記非
   接続状態での上記出力端子間の出力値との差を基準信号
   として、更に上記比例する値における比例係数とを記憶
   する記憶手段と、 故障検出状態における上記並列接続状態での上記出力端
   子間の出力値に上記比例係数を乗算した値と、上記故障
   検出状態における上記非接続状態での上記出力端子間の
   出力値との差を検出する検出手段と、 上記記憶手段の基準信号と上記検出手段の検出出力信号
   とが実質的に異なる値であるか否かを判定する判定手段
   とを、具備するロードセルの故障検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のロードセルの故障検出装
   置において、上記判定手段が上記記憶手段の基準信号と
   上記検出手段の検出出力信号とが実質的に異なる値であ
   ると判定したとき、上記基準信号と上記検出手段の検出
   出力信号と上記比例係数とに基づいて零点補償値を算出
   する手段と、 上記零点補償値によって上記非接続状態の上記ホイース
   トンブリッジの出力値を補正する補正手段とを、具備す
   るロードセルの故障自己補償装置。
3. 【請求項３】 ２つの電源端子と２つの出力端子とを有
   すると共に、上記各電源端子と上記各出力端子との間に
   それぞれインピーダンス素子を有し、これらインピーダ
   ンス素子のうち少なくとも１つを、荷重の印加状態に応
   じてインピーダンスが変化する可変インピーダンス素子
   としたホイーストンブリッジと、 上記両電源端子の一方と上記両出力端子との間にそれぞ
   れ接続されている上記インピーダンス素子にそれぞれ並
   列に接続された状態と、非接続状態とに切り換えられる
   固定インピーダンス素子と、 正常状態における上記並列接続状態での上記出力端子間
   の出力値に比例する値と、上記正常状態における上記非
   接続状態での上記出力端子間の出力値との差を基準信号
   として記憶する記憶手段と、 第１の故障検出状態及びこれとは異なる荷重印加状態で
   ある第２の故障検出状態において、上記並列接続状態で
   の上記出力端子間の出力値に比例する値と、上記故障検
   出状態における上記非接続状態での上記出力端子間の出
   力値との差を検出する検出手段と、 上記記憶手段の基準信号と第１及び第２の故障検出状態
   における上記検出手段の検出出力信号とをそれぞれ比較
   する比較手段とを、具備するロードセルの故障検出装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のロードセルの故障検出装
   置において、上記比較手段が、第１の故障検出状態にお
   ける上記検出手段の出力値と上記記憶手段の基準信号と
   が異なる値のとき零点の故障と判定し、第１及び第２の
   故障検出状態における上記検出手段の検出出力と上記記
   憶手段の基準信号とがそれぞれ異なる値のときスパン及
   び零点の故障と判定することを特徴とするロードセルの
   故障検出装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のロードセルの故障検出装
   置において、上記比較手段が零点の故障と判定したと
   き、上記基準信号と第１の故障検出状態における上記検
   出手段の検出出力信号と上記比例係数とに基づいて第１
   の零点補償値を算出する手段と、 第１の零点補償値によって上記非接続状態の上記ホイー
   ストンブリッジの出力値を補正する第１の補正手段と、 上記比較手段がスパン及び零点の故障と判定したとき、
   少なくとも第１及び第２の故障検出状態における非接続
   状態のホイーストンブリッジの出力値と、第１及び第２
   の故障検出状態における上記検出手段の出力値と、上記
   比例係数とに基づいてスパン補償係数を算出する手段
   と、 上記比較手段がスパン及び零点の故障と判定したとき、
   少なくとも上記非接続状態のホイーストンブリッジの出
   力値と、第１及び第２の故障検出状態における上記検出
   手段の出力値と、上記比例係数と、上記基準信号とに基
   づいて第２の零点補償値を算出する手段と、 第２の零点補償値とスパン補償係数とに基づいて上記非
   接続状態の上記ホイーストンブリッジの出力値を補正す
   る第２の補正手段とを、具備するロードセルの故障自己
   補償装置。