JPH11311564A

JPH11311564A - ロードセル秤

Info

Publication number: JPH11311564A
Application number: JP10120489A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Nishiyama; 義久西山; Masatoshi Nochi; 雅寿野知
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ロードセルとアナログデジタル変換器とを任
意に組み合わせ、あるいは交換しても、スパンとゼロ点
の温度変化を許容範囲内に納めることを容易にする。【解決手段】ゼロ点及びスパンについてのロードセル
１及びアナログデジタル変換器（プリント基板１０）の
温度特性データを例えばバーコード１０２ａ，ｂに表現
し、バーコード１０２ａ，ｂの読み取りによってそれぞ
れの温度特性データを入力できるようにしておき、入力
されたそれぞれの温度特性データに基づく単一の温度特
性データに基づいて温度係数を求め、この温度係数とロ
ードセル１及びアナログデジタル変換器を収納するハウ
ジングに設けられた温度センサの出力とを用いて演算に
よりゼロ点及びスパンについての温度補正値を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ロードセルに加
わる荷重によって生じる電圧値に応じた出力により秤量
対象物の荷重を測定するロードセル秤に関する。

【０００２】

【従来の技術】〈ロードセル秤の基本構造〉図１０は従
来のロードセル秤に使用されているロードセル１の斜視
図である。同図に示すように、従来のロードセル１は、
直方体状の起歪体２に起歪部２ａを形成し、この起歪部
２ａの表面に、ストレンゲージ抵抗３、４、５、６を貼
着している。符号９は、図示しない秤量皿およびベース
部をロードセル１に取り付けるためのねじ孔である。

【０００３】図１１に示すように、ロードセル１には起
歪体２に沿って配線用のプリント基板１０が取り付けら
れるが、このプリント基板１０と前記ストレンゲージ抵
抗３、４、５、６とは電気的に接続されていて、ストレ
ンゲージ抵抗３、４、５、６は図１２に示すようにホイ
ートストーンブリッジ回路１１を形成する。前記秤量皿
と、この秤量皿に載置される秤量対象物の荷重を受けて
ロードセル１は歪み、このときの歪み量に応じてホイー
トストーンブリッジ回路１１の端子１２、１３間から取
り出される出力電圧により前記秤量対象物の荷重を測定
する。

【０００４】＜ゼロ点及びスパン補正＞ここで、秤量皿
をロードセル１に取り付けた状態で、この秤量皿に秤量
対象物は載置していない状態、すなわち秤量対象物の荷
重がゼロであるとみなされるときのホイートストーンブ
リッジ回路１１の出力をゼロ点という。また、そのロー
ドセル秤で秤量可能な最大荷重が加えられたときのホイ
ートストーンブリッジ回路１１のゼロ点を基準としたと
きの出力の大きさをスパンという。このようなゼロ点
（絶対ゼロ点）及びスパンは、ロードセル秤で秤量対象
物の荷重を測定するためには、予めゼロ点（絶対ゼロ
点）係数及びスパン係数として設定しておく必要があ
る。この設定は、従来、次のようにして行なっていた。

【０００５】すなわち、従来のロードセル秤ではゼロ
点、スパン係数の設定モードがあり、所定のファンクシ
ョンキーの操作により、まず、このゼロ点、スパン係数
の設定モードを呼び出す。そして、このモードにおい
て、所定のキー操作を行なうことにより、初荷重、すな
わち秤量皿に秤量対象物が何も載せられていない状態で
のホイートストーンブリッジ回路１１の出力の大きさ
を、ロードセル秤のマイクロコンピュータが不揮発性メ
モリ（いずれも図示せず）に記憶させる。このときの出
力の大きさがゼロ点である。次に、このロードセル秤の
定格荷重の分銅を秤量皿に載せて、そのときのホイート
ストーンブリッジ回路１１の出力の大きさを定格荷重と
して記憶させる。そして、前記した両出力の大きさの差
を求め、この求めた値がスパンとなる。さらに、定格荷
重（グラム表示）を、この求めたスパンで除算すること
により、スパン係数を求める。この求めたスパン係数
は、不揮発性メモリに記憶させて、実際の秤量作業で利
用する。すなわち、秤量対象物を測定したときのスパン
に、このスパン係数を乗算することで、秤量対象物の荷
重のグラム表示を求めることができる。

【０００６】＜ゼロ点及びスパンの温度依存性＞一方、
ゼロ点やスパンは、温度条件により変動する。これは、
前記ストレンゲージ抵抗３、４、５、６の抵抗値や、ア
ルミニウムやステンレス製の起歪体２の弾性率（ヤング
率）が、温度により変わるからである。

【０００７】そのため、従来のロードセル１は、図１０
ないし図１２に示すように、起歪体２にスパン温度補正
抵抗７及びゼロ点温度補正抵抗８を形成している。この
スパン温度補正抵抗７及びゼロ点温度補正抵抗８は、図
１２に示すようにホイートストーンブリッジ回路１１の
回路要素として接続されているものである。すなわち、
スパン温度補正抵抗７及びゼロ点温度補正抵抗８は、抵
抗温度係数が比較的大きな薄膜抵抗であり、その抵抗値
の温度変動により、温度変動に基づくゼロ点やスパンの
変動を許容範囲内に抑えるものである。スパン温度補正
抵抗７及びゼロ点温度補正抵抗８によるゼロ点及びスパ
ン変動の抑制について、以下、より詳細に説明する。

【０００８】ホイートストーンブリッジ回路１１に直流
電圧ＶＥを印加したときの、端子１２、１３間の出力電
圧Ｖｄｅは、Ｖｄｅ＝ＶＥ×｛Ｒｇ／（Ｒｓ＋Ｒｇ）｝ ×｛Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）−Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒｚ）｝ ……（１）と表わされる。

【０００９】但し、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、各々ス
トレンゲージ抵抗３、４、５、６の抵抗値、Ｒｇは図１
２のａ、ｂ間の合成抵抗値、Ｒｓはスパン温度補正抵抗
７の抵抗値、Ｒｚはゼロ点温度補正抵抗８の抵抗値であ
る。

【００１０】次に、ロードセル１に荷重を加えたときの
Ｖｄｅの変化分ΔＶｄｅは、 ΔＶｄｅ＝ＶＥ×｛Ｒｇ／（Ｒｓ＋Ｒｇ）｝×（ΔＲｇ／Ｒｇ）……（２）と表わされる。

【００１１】但し、ΔＲｇはＲｇの荷重による変化分で
あり、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒｇであるものとす
る。

【００１２】ここで、ロードセル１の感度Ｋの定義に従
って、ΔＲｇ／Ｒｇを用いて示すと、ストレンゲージ抵
抗３、４、５、６の長さＬの荷重による変化分をΔＬと
して、Ｋ＝（ΔＲｇ／Ｒｇ）／（ΔＬ／Ｌ）であり、これは、 ΔＲｇ／Ｒｇ＝Ｋ×（ΔＬ／Ｌ）となる。

【００１３】そのため、（２）式は、 ΔＶｄｅ＝ＶＥ×｛Ｒｇ／（Ｒｓ＋Ｒｇ）｝×Ｋ×（ΔＬ／Ｌ）……（３）となる。

【００１４】（３）式の（ΔＬ／Ｌ）はロードセルに加
えた荷重に比例するので、（ΔＬ／Ｌ）を定格荷重Ｆｎ
における値とすると、任意の荷重ＦｘにおけるΔＶｄｅ
の値は、 ΔＶｄｅ＝ＶＥ×｛Ｒｇ／（Ｒｓ＋Ｒｇ）｝×Ｋ×（Ｆｘ／Ｆｎ）……（４）となる。

【００１５】次に、ロードセル１が無荷重のときには、
抵抗値Ｒ１〜Ｒ４のバラツキにより電圧が発生する。こ
れをブリッジバランス出力電圧ＶＬＢとし、そして、Ｒ
ｚにより発生する電圧をＶＲｚとすると、前記（１）式
は、次の（５）式で表わすことができる。

【００１６】Ｖｄｅ＝ΔＶｄｅ＋ＶＬＢ＋ＶＲｚ＝ＶＥ×｛Ｒｇ／（Ｒｓ＋Ｒｇ）｝ ×｛（Ｆｘ／Ｆｎ）×Ｋ＋ｋＬＢ＋ｋＲｚ｝ ……（５）この（５）式で、ｋＬＢ＝ＶＬＢ／［ＶＥ×｛Ｒｇ／（Ｒｓ＋Ｒ
ｇ）｝］、ｋＲｚ＝ＶＲｚ／［ＶＥ×｛Ｒｇ／（Ｒｓ＋Ｒｇ）｝］である。

【００１７】このｋＬＢは、ホイートストーンブリッジ
回路１１のゼロバランスを示すものである。また、ＶＲ
ｚはゼロ点温度補正抵抗８により発生する電圧である。

【００１８】前記（５）式で、温度変化により値が変化
する項は、Ｋ、ｋＬＢ、ｋＲｚであるので、これを温度
ｔの関数として、Ｋ（ｔ）、ｋＬＢ（ｔ）、ｋＲｚ
（ｔ）と表わすことにすると、Ｋ（ｔ）はスパンの温度
変化を生じる要因となり、ｋＬＢ（ｔ）、ｋＲｚ（ｔ）
はゼロ点の温度変化を生じる要因となるものである。

【００１９】Ｋ（ｔ）はロードセル１のヤング率の温度
変化を示すものであり、ｋＬＢ（ｔ）はＲ１〜Ｒ４の抵
抗値の温度変化で変動し、ｋＲｚ（ｔ）はＲｚの温度変
化で変動する。

【００２０】以上の説明から明らかなように、スパン温
度補正抵抗７及びゼロ点温度補正抵抗８は、温度により
変動するその抵抗値Ｒｓ、Ｒｚにより、Ｋ（ｔ）、ｋＬ
Ｂ（ｔ）、ｋＲｚ（ｔ）の温度変化を相殺し、スパンと
ゼロ点の温度変化を許容範囲内に納めるための抵抗であ
る。

【００２１】そして、従来のロードセル秤を製造するに
あたっては、ホイートストーンブリッジ回路１１の出力
電圧の温度特性を測定しつつ、スパン温度補正抵抗７及
びゼロ点温度補正抵抗８にレーザで切り込みを入れるこ
とで抵抗値Ｒｓ、Ｒｚを少しずつ大きくなるように調節
するという作業を繰返し、抵抗値Ｒｓ、Ｒｚを漸近的に
適正値に近づけるようにしている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年は
ロードセル秤の精度が向上している。そのため、抵抗値
Ｒｓ、Ｒｚを前記のような作業で何度も調節する必要が
あり、その作業には熟練を必要とするため、製造コスト
を釣り上げてしまうという課題がある。

【００２３】別の課題として、前記した従来のゼロ点、
スパン係数を設定する技術は、ロードセルに分銅を上げ
下げする作業や、キー入力によりゼロ点やスパン係数を
設定する操作が必要であるため、煩雑であるという不具
合がある。

【００２４】さらに別の課題として、従来はそれぞれ温
度特性を持つロードセル１とプリント基板１０（特にア
ナログデジタル変換器）とを一体とした状態で温度特性
の補正を行なっていた。このために、ロードセル１とプ
リント基板１０（例えばアナログデジタル変換器）との
いずれか一方が故障した場合にも両方を一体として同時
に交換しなければならないため、故障の場合の部品コス
トが高くなってしまうという問題もある。

【００２５】あるいは、ロードセルとアナログデジタル
変換器（ＡＤＣ）とが別体となっているようなロードセ
ル秤では、その秤の規格Ａ₀（ｔ）を満足するように、
ロードセルとアナログデジタル変換器とのそれぞれの単
独の温度特性をＡ₀（ｔ）／√２以内に調整している。
これは、Ａ₀（ｔ）≧√（ロードセルの温度特性）²＋
（ＡＤＣの温度特性）²なので、同共でＡ₀（ｔ）を折半
し、これをＡ1（ｔ）とすると、Ａ₀（ｔ）≧√Ａ₁ ²（ｔ）＋Ａ₁ ²（ｔ）＝√２Ａ
₁ ²（ｔ）Ａ1（ｔ）≦Ａ₀（ｔ）／√２となるからである。ところが、このような場合には、ロ
ードセル側とアナログデジタル変換器側とに温度補正を
するための部品が必要でコスト高となり、また、その作
業も煩雑である。

【００２６】この発明の目的は、スパン温度補正抵抗や
ゼロ点温度補正抵抗を用いることなしに、スパンとゼロ
点の温度変化を許容範囲内に納めることができるように
して、精度の向上に伴ない上昇するロードセル秤の製造
コストを低減することにある。

【００２７】この発明の別の目的は、ロードセルとアナ
ログデジタル変換器とを任意に組み合わせ、あるいは交
換しても、スパンとゼロ点の温度変化を許容範囲内に納
めることを容易にすることである。

【００２８】この発明の別の目的は、ゼロ点（絶対ゼロ
点）やスパン係数の設定の作業を不要とし、ロードセル
秤を使いやすくすることにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
印加された荷重に応じた値を出力するロードセルと、ロ
ードセルの出力をデジタル変換するアナログデジタル変
換器と、ゼロ点及びスパンについてのロードセルの温度
特性データとアナログデジタル変換器の温度特性データ
とを入力する温度特性データ入力手段と、ロードセル及
びアナログデジタル変換器を収納するハウジングに設け
られた温度センサと、温度特性データ入力手段によって
入力されたロードセルの温度特性データとアナログデジ
タル変換器の温度特性データとに基づいて単一の温度特
性データを演算により求め、求めた単一の温度特性デー
タに基づいて温度係数を求める温度係数演算手段と、温
度センサの出力と温度係数演算手段によって求められた
温度係数とを用いた演算式に基づく演算により、ゼロ点
及びスパンについての温度補正値を求める温度補正値演
算手段とを備える。

【００３０】従って、ロードセルの温度特性データとア
ナログデジタル変換器の温度特性データとを温度特性デ
ータ入力手段によって入力すると、温度係数演算手段に
よって単一の温度特性データが求められ、求めた単一の
温度特性データに基づいて温度係数が求められる。そし
て、温度補正値演算手段によるその温度係数と温度セン
サの出力とを用いた演算式に基づく演算により、ゼロ点
及びスパンについての温度補正値が求められる。これに
より、従来から行われているスパン温度補正抵抗及びゼ
ロ点温度補正抵抗の調節作業が不要となる。また、ロー
ドセルとアナログデジタル変換器との一方のみを交換等
しても、交換したものの温度特性データを温度特性デー
タ入力手段によって入力すると、温度係数演算手段によ
って単一の温度特性データ及びこの単一の温度特性デー
タに基づく温度係数が再度求められ、温度補正値演算手
段によりゼロ点及びスパンについての温度補正値も再度
求められる。よって、ロードセルとアナログデジタル変
換器とを任意に組み合わせ、あるいは交換しても、スパ
ンとゼロ点の温度変化を許容範囲内に納めることが容易
である。

【００３１】なお、温度係数演算手段による温度係数の
算出は、例えば、後述の（１５）（１６）式を用いて、
ゼロ点出力、スパン出力の温度補正値を求め、後述の
（１３）（１４）式で求めたゼロ点出力、スパン出力を
補正するようにすることができる。

【００３２】請求項２記載の発明は、請求項１記載のロ
ードセル秤において、温度特性データ入力手段によって
入力されるロードセル及びアナログデジタル変換器の温
度特性データは、基準温度と基準温度よりも低い温度と
基準温度よりも高い温度との３種類の温度におけるゼロ
点及びスパンのデータであり、温度係数算出手段は、ロ
ードセルの温度特性データとアナログデジタル変換器の
温度特性データとを合成して基準温度と基準温度よりも
低い温度と基準温度よりも高い温度との３種類の温度に
おけるゼロ点及びスパンのデータを温度特性データとし
て求める請求項１記載のロードセル秤。

【００３３】従って、ストレンゲージ抵抗の抵抗値に応
じた出力電圧の温度特性曲線が湾曲しているような場合
でも、２つの温度条件だけでゼロ点の出力及びスパンの
出力を測定した場合に比べて、温度特性曲線の特徴をよ
り反映した温度係数を求めることが可能となる。

【００３４】なお、温度係数としては、例えば、後述す
る「１．温度係数の算出について」の手法で算出する温
度係数αL、αU、βL、βUを用いることができる。

【００３５】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載のロードセル秤において、ロードセルとアナログデジ
タル変換器とはコネクタを介して電気的及び構造的に着
脱自在に接続されている。

【００３６】したがって、ロードセルとアナログデジタ
ル変換器とをコネクタを介して容易に着脱することがで
きる。

【００３７】請求項４記載の発明は、請求項１ないし３
のいずれか一記載のロードセル秤において、ロードセル
には温度特性データをコード化した形態で記録したシン
ボルが付加され、温度特性データ入力手段はそのシンボ
ルを読み取る。

【００３８】したがって、温度特性データ入力手段によ
るシンボルの読み取りという簡単な操作によってロード
セルの温度特性データが容易に入力される。

【００３９】請求項５記載の発明は、請求項１ないし４
のいずれか一記載のロードセル秤において、アナログデ
ジタル変換器には温度特性データをコード化した形態で
記録したシンボルが付加され、温度特性データ入力手段
はそのシンボルを読み取る。

【００４０】したがって、温度特性データ入力手段によ
るシンボルの読み取りという簡単な操作によってアナロ
グデジタル変換器の温度特性データが容易に入力され
る。

【００４１】

【発明の実施の形態】この発明の実施の一形態を図１な
いし図９に基づいて説明する。図１０〜図１２に示す部
分と同一部分は同一符号で示し説明も省略する。

【００４２】＜ロードセル秤の構造＞図１〜図３は、こ
の発明の一実施の形態を示すロードセル秤のロードセル
１を示すものである。この実施の形態では、図１に示す
ように、スパン温度補正抵抗７、ゼロ点温度補正抵抗８
が設けられておらず、これに代えて、図示しないロード
セル秤のケーシングには直列に接続された温度検出用抵
抗２１，２２が内蔵されている。これらの温度検出用抵
抗２１，２２は、温度センサ回路２３を形成している。
すなわち、この温度センサ回路２３は、温度検出用抵抗
２１の分圧の温度変化から温度検出するものである。ま
た、ロードセル１とプリント基板１０とは、コネクタ１
０１によって電気的及び構造的に着脱自在に接続されて
いる。そして、コネクタ１０１によってロードセル１に
着脱自在に接続されたプリント基板１０には、図４に示
すアナログデジタル変換器３５（以下、Ａ／Ｄ変換器と
略称する）が搭載されている。

【００４３】図４は、このロードセル秤の全体的な回路
構成を示すブロック図である。同図に示すように、ロー
ドセル秤に内蔵されたマイクロコンピュータ３１は、Ｃ
ＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭがバスで接続された周知の構成で
ある。このマイクロコンピュータ３１には、ＥＥＰＲＯ
Ｍ３２（記憶手段）、ロードセル秤にデータを入力する
入力装置３３、ＬＣＤなどのディスプレイ装置３４、Ａ
／Ｄ変換器３５が接続されている。入力装置３３として
は、キーボードとバーコードスキャナとが設けられてい
る。切り替えスイッチ３６はリレーなどから構成され、
マイクロコンピュータ３１の制御信号により動作する。
この切り替えスイッチ３６は、アンプ３７により増幅さ
れたホイートストーンブリッジ回路１１の出力と、温度
センサ回路２３の出力との間で、Ａ／Ｄ変換器３５に対
する入力を切り替えるものである。なお、マイクロコン
ピュータ３１、ＥＥＰＲＯＭ３２、Ａ／Ｄ変換器３５、
切り替えスイッチ３６、アンプ３７、温度センサ回路２
３からなる電子回路部分３８はプリント基板１０に取り
付けられている。

【００４４】マイクロコンピュータ３１のＲＯＭには、
ロードセル秤の各部を制御するための各種プログラム
や、固定データが格納されている。

【００４５】また、ＥＥＰＲＯＭ３２には、後述する、
個々のロードセル秤の固有の温度係数や、秤量皿の初荷
重などのデータが格納される。

【００４６】＜温度係数の算出（温度係数演算手段）＞
ＥＥＰＲＯＭ３２には所定の温度係数が格納されてい
る。以下では、この温度係数をどのように求めるかにつ
いて説明する。

【００４７】温度係数は、入力装置３３に設けられたバ
ーコードスキャナによるバーコードの読み取りによって
入力されたロードセル１及びプリント基板１０の温度特
性データに基づいて演算される。つまり、本実施の形態
では、ロードセル１とプリント基板１０とに、それぞれ
の温度特性データがコード化されたシンボルとしてのバ
ーコード１０２ａ，１０２ｂが貼付されている。ここ
で、ロードセル１の温度特性データを図５に、プリント
基板１０（特にＡ／Ｄ変換器３５）の温度特性データを
図６に示す。すなわち、図５に示すように、ロードセル
１のゼロ点とスパンとの出力電圧が、基準温度ｔ２（２
０℃）、基準温度ｔ２より低い第１の温度ｔ１（０
℃）、基準温度ｔ２より高い第２の温度ｔ３（４０℃）
で測定され、これがコード化されたバーコード１０２ａ
に記録されている。また、プリント基板１０のゼロ点と
スパンとの出力電圧が、基準温度ｔ２（２０℃）、基準
温度ｔ２より低い第１の温度ｔ１（０℃）、基準温度ｔ
２より高い第２の温度ｔ３（４０℃）で測定され、これ
がコード化されたバーコード１０２ｂに記録されてい
る。バーコード１０２ａ，１０２ｂに記録されたロード
セル１及びプリント基板１０のゼロ点及びスパンの出力
電圧は、各々、ＺＦ（ｔ）、ＳＦ（ｔ）であり、詳細は
図５及び図６の表にそれぞれ示す通りである。

【００４８】図５及び図６に示すロードセル１及びプリ
ント基板１０の温度特性データ、つまり、ロードセル１
及びプリント基板１０のゼロ点及びスパンの出力電圧の
データは、前述したとおり、入力装置３３によって入力
される。すると、マイクロコンピュータ３１は、ロード
セル１及びプリント基板１０のゼロ点及びスパンの出力
電圧のデータを合成し、図７に示すような温度特性デー
タを生成する。つまり、基準温度ｔ２（２０℃）でのゼ
ロ点データはＺＦ（ｔ２）＋ＺＡ（ｔ２）であり、スパ
ンデータはＳＦ（ｔ２）＋ＳＡ（ｔ２）である。また、
基準温度ｔ２より低い第１の温度ｔ１（０℃）でのゼロ
点データはＺＦ（ｔ１）＋ＺＡ（ｔ１）であり、スパン
データはＳＦ（ｔ１）＋ＳＡ（ｔ１）である。そして、
基準温度ｔ２より高い第２の温度ｔ３（４０℃）でのゼ
ロ点データはＺＦ（ｔ３）＋ＺＡ（ｔ３）であり、スパ
ンデータはＳＦ（ｔ３）＋ＳＡ（ｔ３）である。こうし
て生成された温度特性データがロードセル秤全体での温
度特性データとなる。

【００４９】そして、図７の温度特性データからマイク
ロコンピュータ３１により、温度係数を計算して求め
る。すなわち、ゼロ点の基準温度ｔ２より低い第１の温
度ｔ１（０℃）での温度係数αLと高い第２の温度ｔ３
（４０℃）での温度係数αU、及び、スパンの基準温度
ｔ２より低い第１の温度ｔ１（０℃）での温度係数βL
と高い第２の温度ｔ３（４０℃）での温度係数βUを、
次のように求める。

【００５０】αL＝｛（ＺＦ（ｔ２）＋ＺＡ（ｔ２））
−（ＺＦ（ｔ１）＋ＺＡ（ｔ１））／（ＳＦ（ｔ２）＋
ＳＡ（ｔ２））／（ｔ２−ｔ１） αU＝｛（ＺＦ（ｔ３）＋ＺＡ（ｔ３））−（ＺＦ（ｔ
２）＋ＺＡ（ｔ２））／Ｓ（ｔ２）／（ｔ３−ｔ２） βL＝｛（ＳＦ（ｔ２）＋ＳＡ（ｔ２））−（ＳＦ（ｔ
１）＋ＳＡ（ｔ１））／（ＳＦ（ｔ２）＋ＳＡ（ｔ
２））／（ｔ２−ｔ１） βU＝｛（ＳＦ（ｔ３）＋ＳＡ（ｔ３））−（ＳＦ（ｔ
２）＋ＳＡ（ｔ２））／Ｓ（ｔ２）／（ｔ３−ｔ２）である。ここに、温度係数算出手段の機能が実行され
る。

【００５１】ところで、例えばゼロ点Ｚ（ｔ）の場合、
温度係数を単一の温度係数βで示すこともできる。すな
わち、 β＝｛（ＺＦ（ｔ３）＋ＺＡ（ｔ３））−（ＺＦ（ｔ
１）＋ＺＡ（ｔ１））｝／（ＳＦ（ｔ１）＋ＳＡ（ｔ
１）／（ｔ３−ｔ１）である。

【００５２】しかしながら、例えばゼロ点が温度に依存
し、基準温度ｔ２より低い温度及び高い温度では出力電
圧が下降するような温度特性曲線をとる場合、第１の温
度ｔ１と第２の温度ｔ３の平均をとったのでは、そのよ
うな温度特性曲線の特徴を温度係数βに充分に反映する
ことはできない。

【００５３】これに対して、基準温度と、この基準温度
より高い温度と、低い温度における測定値を用いて、の
ように複数の温度係数βL、βUを求め、温度特性曲線の
特徴をより充分に反映させることができるので、後述す
る温度補正に及ぼす誤差を小さくすることができる。

【００５４】なお、以上のように、ロードセル１及びプ
リント基板１０（特にＡ／Ｄ変換器３５）のゼロ点とス
パンとの出力電圧を、基準温度ｔ２（２０℃）、基準温
度ｔ２より低い第１の温度ｔ１（０℃）、基準温度ｔ２
より高い第２の温度ｔ３（４０℃）で測定して各温度特
性データをコード化したバーコード１０２ａ，１０２ｂ
を得、これをロードセル１とプリント基板１０とに貼付
しておき、これらのバーコード１０２ａ，１０２ｂの読
み取りデータに基づいて上記の温度係数を求めるわけで
あるが、この各温度におけるゼロ点とスパンとの出力電
圧は、各温度ごとに同一で短時間の測定期間内のうちに
行なうのが望ましい。そうでないと、各温度での各測定
項目間の相対誤差が増加し、温度補正後の温度特性が悪
くなるからである。

【００５５】＜温度補正について（温度補正値演算手
段）＞．温度補正とは、前記した基準温度、ｔ＝ｔ２（℃）
を用いて、他の温度におけるスパン及びゼロ点の値を、
ｔ２（℃）でのスパン及びゼロ点の値に一致させるため
の補正を行なうことである。以下では、この温度補正の
手法について説明する。ここで、説明の便宜上、本来は
ＺＦ（ｔ）＋ＺＡ（ｔ）であるゼロ点をＺ（ｔ）と、ま
た、本来はＳＦ（ｔ）＋ＳＡ（ｔ）であるスパンをＳ
（ｔ）と略称する。

【００５６】まず、この実施の形態におけるロードセル
１の特性式を（５）式を基礎にして求めると、（５）式
で、Ｒｓ＝０、Ｒｚ＝０とおいて、Ｖｄｅ＝ＶＥ×｛（Ｆｘ／Ｆｎ）×Ｋ＋ｋＬＢ｝ ……（６）と表わされる。

【００５７】（６）式のＦｘを秤量皿の荷重ｆｐと、こ
の秤量皿の上に載置される秤量対象物の荷重ｆｘとに分
けて表記すると、Ｖｄｅ＝ＶＥ×［｛（ｆｐ＋ｆｘ）／Ｆｎ｝×Ｋ＋ｋＬＢ］ ……（７）となる。

【００５８】さらに、前記のように、Ｋ、ｋＬＢは温度
特性をもつので、各々Ｋ（ｔ）、ｋＬＢ（ｔ）と表記す
ると、Ｖｄｅ＝ＶＥ×［｛（ｆｐ＋ｆｘ）／Ｆｎ｝×Ｋ（ｔ）＋ｋＬＢ（ｔ）］ ……（８）となる。

【００５９】この（８）式から、スパンＳ（ｔ）、ゼロ
点Ｚ（ｔ）を求めると、Ｓ（ｔ）＝ＶＥ×（ｆｘ／Ｆｎ｝×Ｋ（ｔ） ……（９）Ｚ（ｔ）＝ＶＥ×｛（ｆｐ／Ｆｎ）×Ｋ（ｔ）＋ｋＬＢ（ｔ）｝ ……（１０）となる。

【００６０】温度補正を行なうにあたって使用する温度
係数については既に説明した。そして秤量の際の温度ｔ
が基準温度ｔ２より低いときは温度係数αL、βLを、高
いときは温度係数αU、βUを用いて演算し、温度補正を
行なう。しかし、以下の説明では、便宜上、温度係数を
単に、α、βと表記する。

【００６１】前記（９）（１０）式から、基準温度ｔ２
（℃）のときのスパンＳ（ｔ２）とゼロ点Ｚ（ｔ２）の
値は、Ｓ（ｔ２）＝ＶＥ×（ｆｘ／Ｆｎ｝×Ｋ（ｔ２） ……（１１）Ｚ（ｔ２）＝ＶＥ×｛（ｆｐ／Ｆｎ）×Ｋ（ｔ２）＋ｋＬＢ（ｔ２）｝ ……（１２）となる。

【００６２】そこで、ｔ２（℃）を基準として温度変化
量Δｔを用いて表わすと、ｔ（℃）＝ｔ２（℃）＋Δｔ
（℃）として、Ｓ（ｔ）＝Ｓ（ｔ２＋Δｔ）＝ＶＥ×（ｆｘ／Ｆｎ｝×Ｋ（ｔ２）×（１＋β×Δｔ） ……（１３）Ｚ（ｔ）＝Ｚ（ｔ２＋Δｔ）＝ＶＥ×｛（ｆｐ／Ｆｎ）×Ｋ（ｔ２）×（１＋β×Δｔ）＋ｋＬＢ（ｔ２）×（１＋α×Δｔ）｝ ……（１４）（１３）（１４）式から、温度補正値は、「Ｓ（ｔ）−
Ｓ（ｔ２）」、「Ｚ（ｔ）−Ｚ（ｔ２）」、として求め
られる。これを、各々、ΔＳ（ｔ）、ΔＺ（ｔ）、とす
ると、ゼロ点、スパンの温度補正値は、 ΔＳ（ｔ）＝ＶＥ×（ｆｘ／Ｆｎ｝×Ｋ（ｔ２）×（β×Δｔ） ……（１５） ΔＺ（ｔ）＝ＶＥ×｛（ｆｐ／Ｆｎ）×Ｋ（ｔ２）×（β×Δｔ）＋ｋＬＢ（ｔ２）×（α×Δｔ）｝ ……（１６）となる。

【００６３】こうして、ゼロ点及びスパンの温度補正値
が得られ、ここに、温度補正値演算手段の機能が実行さ
れる。

【００６４】．前記（１６）式で、秤量皿を交換する
と、秤量皿の荷重ｆｐが変化する。このような場合に
は、（１６）式で示される、ゼロ点の温度補正値ΔＺ
（ｔ）における、（ｆｐ／Ｆｎ）×Ｋ（ｔ２）×（β×Δｔ）の項が、変化してしまうので、温度補正を正常に行なう
ことができない。

【００６５】この点を解決するため、ホイートストーン
ブリッジ回路１１の出力信号をＡ／Ｄ変換器３５でＡ／
Ｄ変換するに際し、Ａ／Ｄ変換器３５の感度Ｑ（ｔ２）
を、「Ｑ（ｔ２）／（１＋β×Δｔ）」に変更してからＡ／Ｄ変換すると、（１３）（１４）式
は、Ｓ（ｔ）／（１＋β×Δｔ）＝ＶＥ×（ｆｘ／Ｆｎ）×Ｋ（ｔ２） ……（１７）Ｚ（ｔ）／（１＋β×Δｔ）＝ＶＥ×｛（ｆｐ／Ｆｎ）×Ｋ（ｔ２）＋ｋＬＢ（ｔ２）×（１＋α×Δｔ）／（１＋β×Δｔ）｝ ……（１８）のようになる。

【００６６】この（１８）式における、「（ｆｐ／Ｆｎ）×Ｋ（ｔ２）」、の項には、「（１＋β×Δｔ）」の項を含んでいないため、温度依存性を除去することが
できる。

【００６７】従って、温度によるスパンの変化量は、 ΔＳ（ｔ）＝０、となり、また、 ΔＶＬＢ（ｔ）＝ｋＬＢ（ｔ２）×｛（１＋α×Δｔ）
／（１＋β×Δｔ）｝となって、ｆｐの変化は温度特性に無関係となる。

【００６８】．前記（１８）式において、ストレンゲ
ージ抵抗３、４、５、６の抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ
４は、経年により湿気でばらばらに変化し、これによっ
て、ｋＬＢ（ｔ２）が変化して、「ｋＬＢ（ｔ２）＋ｋ｀ＬＢ（ｔ２）」となったときは、ゼロ点の温度補正値ΔＺ（ｔ）は、「ｋ｀ＬＢ（ｔ２）×｛（１＋α×Δｔ）／（１＋β×
Δｔ）｝」の誤差を生じるため、温度特性が悪くなる。

【００６９】これを防止するため、予めＥＥＰＲＯＭ３
２に秤量皿の荷重（初荷重）ｆｐを記憶しておく。この
データにより、ゼロバランスの変化分である、ｋ｀ＬＢ（ｔ２）、を検出できるので、「ｋ｀ＬＢ（ｔ２）×｛（１＋α×Δｔ）／（１＋β×
Δｔ）｝」も温度補正量に加えることができ、温度特性の悪化を防
止することができる。

【００７０】＜ロードセル秤による秤量動作＞次に、こ
の実施の形態のロードセル秤の秤量の際の動作について
説明する。

【００７１】図８は、この実施の形態のロードセル秤の
秤量作業を説明するフローチャートである。

【００７２】まず、マイクロコンピュータ３１のＣＰＵ
は、時間Ｎが経過したか否かを判断する（ステップＳ
１）。時間Ｎは、切り替えスイッチ３６を温度センサ回
路２３側に切り替えて、温度センサ回路２３による温度
測定を行なうインターバル時間間隔であり、予め、例え
ばＮ１、Ｎ２、Ｎ３の３種類が用意されていて、この時
間は、Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３の関係にある。すなわち、時間
Ｎが経過したか否かの判断（ステップＳ１）は、現在設
定されているＮ１、Ｎ２、Ｎ３のうちのいずれかの時間
が経過したか否かの判断である。秤量作業の開始時にお
いては、時間Ｎの初期値Ｎ0（例えば、＝Ｎ２）を用い
て判断する。

【００７３】時間Ｎが経過していないときは、切り替え
スイッチ３６をホイートストーンブリッジ回路１１側に
切り替えておいて、ホイートストーンブリッジ回路１１
の出力検出と、この検出出力と温度センサ回路２３によ
る前回の検出出力とに基づいて、ゼロ点、スパンを求
め、秤量のための所定の演算を行なう（ステップＳ
２）。

【００７４】すなわち、ステップＳ２では、（１３）
（１４）式〔あるいは、（１７）（１８）式〕で表わさ
れるアルゴリズムで、ゼロ点Ｚ（ｔ）、スパンＳ（ｔ）
を求め、これを（１５）（１６）式で表わされる温度補
正値ΔＺ（ｔ）、ΔＳ（ｔ）（２．．の手法を用いる
こともできる）で補正して、このゼロ点、スパンの補正
後の値と、ホイートストーンブリッジ回路１１の出力を
用い、周知のアルゴリズムにより秤量対象物の荷重を求
め、これをディスプレイ装置３４に表示する。

【００７５】時間Ｎが経過したときは、切り替えスイッ
チ３６を温度センサ回路２３側に切り替えて温度検出を
行ない、今回の検出温度ｔn+1と前回の検出温度ｔnか
ら、現在の時間Ｎの間の検出温度の単位時間あたりの値
Ｍを、（ｔn+1−ｔn）／Ｎ＝Ｍで算出する（ステップＳ３）。

【００７６】この単位時間あたりの値Ｍについては、こ
の値Ｍについて、予め設定された値ｑ１、ｑ２（ｑ１＜
ｑ２）と比較される（ステップＳ４、Ｓ５、Ｓ６）。

【００７７】そして、Ｍ＜ｑ１であるときは、時間Ｎと
してＮ１を設定する（ステップＳ４、Ｓ７）。ｑ１≦Ｍ
＜ｑ２であるときは、時間ＮとしてＮ２を設定する（ス
テップＳ５、Ｓ８）。そして、ｑ２≦Ｍであるときは、
時間ＮとしてＮ３を設定する（ステップＳ６、Ｓ９）。

【００７８】このように、単位時間あたりの値Ｍの大き
さにより温度検出のインターバルの時間Ｎを変化させる
ことで、単位時間あたりの温度変化が大きいときは、温
度測定時間の間隔を小さくして、温度変化に対する温度
補正の追従性を向上させることができ、また、秤量動作
のされていない期間を減少させることができる。

【００７９】また、切り替えスイッチ３６を用い、ホイ
ートストーンブリッジ回路１１からの出力のＡ／Ｄ変換
と、温度センサ回路２３からの出力のＡ／Ｄ変換を、別
々のＡ／Ｄ変換器で行なったとすると、ホイートストー
ンブリッジ回路１１に入力する電源電圧ＶＥの変化に対
して、Ａ／Ｄ変換器自体のスパン、ゼロ点の変化率が異
なってしまう。

【００８０】これに対し、この実施の形態では、切り替
えスイッチ３６を用い、ホイートストーンブリッジ回路
１１からの出力のＡ／Ｄ変換と、温度センサ回路２３か
らの出力のＡ／Ｄ変換を、単一のＡ／Ｄ変換器３５で行
なう構成としたので、各測定値の間の相対的な誤差を除
去することができる。

【００８１】＜ゼロ点、スパン係数の設定について＞こ
の実施の形態のロードセル秤では、図７に示すような、
ゼロ点ＺＦ（ｔ）＋ＺＡ（ｔ）、スパンＳＦ（ｔ）＋Ｓ
Ａ（ｔ）の演算データがあるため、従来のように、ゼロ
点（絶対ゼロ点）Ｚｋ、スパン係数Ｓａの設定の作業は
省略することができる。以下では、この実施の形態のロ
ードセル秤におけるゼロ点Ｚｋ、スパン係数Ｓａの設定
について説明する。

【００８２】図９は、ロードセル１に加わえられる荷重
（グラム表示）を横軸、ホイートストーンブリッジ回路
１１の出力（アンプ３７で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３５
でＡ／Ｄ変換されて、マイクロコンピュータ３１に入力
されるデジタル値）を縦軸にとって、両者の関係を説明
するグラフである。まず、初荷重、すなわち秤量皿に何
の秤量対象物も載せないときのホイートストーンブリッ
ジ回路１１の出力ａ１がゼロ点Ｚｋである。このゼロ点
Ｚｋとしては、基準温度ｔ２（２０℃）におけるゼロ点
ＺＦ（ｔ２）＋ＺＡ（ｔ２）の値（図７参照）をそのま
ま用いることができるので、ゼロ点ＺＦ（ｔ２）＋ＺＡ
（ｔ２）の値をゼロ点Ｚｋの値として予めＥＥＰＲＯＭ
３２に記憶しておく。

【００８３】また、秤量皿に定格荷重の分銅を載せたと
きのホイートストーンブリッジ回路１１の出力をａ２と
すると、“ａ２−ａ１”の値がスパンである。そして、
このスパンの値として基準温度ｔ２（２０℃）における
スパンＳＦ（ｔ２）＋ＳＡ（ｔ２）の値（図７参照）を
そのまま用いることができるので、スパン係数Ｓａは、
次の（１９）式を用いて、Ｓａ＝（ＺＦ（ｔ２）＋ＺＡ（ｔ２））／（ＺＦ（ｔ２）＋ＺＡ（ｔ２）） ……（１９）となる。

【００８４】そこで、演算処理により求めたゼロ点ＺＦ
（ｔ２）＋ＺＡ（ｔ２）及びスパンＳＦ（ｔ）＋ＳＡ
（ｔ）の値を用いてスパン係数Ｓａを求めておき、この
求めたスパン係数Ｓａの値をＥＥＰＲＯＭ３２に記憶し
ておく。

【００８５】実際に秤量対象物の荷重を測定するとき
は、ｔ℃の温度条件で荷重を測定する場合のホイートス
トーンブリッジ回路１１の出力の温度補正前の値（デジ
タル値）をＣＴ（ｔ）、このＣＴ（ｔ）の温度補正後の
値をＷｃｔ（ｔ）とすると、Ｗｃｔ（ｔ）＝ＣＴ（ｔ）×Ｓａ ……（２０）となる。

【００８６】そこで、温度補正後のＷｃｔ（ｔ）の値を
用い、周知の演算処理を行なって、秤量対象物のグラム
表示の荷重を求めることができる。このように、この実
施の形態のロードセル秤によれば、ロードセルに分銅を
上げ下げする作業や、キー入力操作によりゼロ点やスパ
ン係数を設定する操作を省くことができるので、ゼロ点
やスパン係数の設定の作業を不要とし、ロードセル秤を
使いやすくすることができる。

【００８７】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、ゼロ点及びスパ
ンについてのロードセル及びアナログデジタル変換器の
温度特性データをそれぞれ入力することができるように
しておき、入力されたロードセル及びアナログデジタル
変換器のそれぞれの温度特性データに基づく単一の温度
特性データに基づいて温度係数を求め、この温度係数と
ロードセル及びアナログデジタル変換器を収納するハウ
ジングに設けられた温度センサの出力とを用いた演算式
に基づく演算によりゼロ点及びスパンについての温度補
正値を求めるようにしたので、従来の、スパンやゼロ点
調節用の抵抗は不要であるため、これらの抵抗の抵抗値
の煩雑な調整作業を不要とし、製造コストを低減するこ
とができる。また、ロードセルとアナログデジタル変換
器との一方のみを交換等しても、交換したものの温度特
性データを入力するだけで、再度ゼロ点及びスパンにつ
いての温度補正値を求めることができ、ロードセルとア
ナログデジタル変換器とを任意に組み合わせ、あるいは
交換しても、スパンとゼロ点との温度変化を許容範囲内
に納めることが容易であるため、ロードセルとアナログ
デジタル変換器との任意の組み合わせ、及びいずれか一
方だけの交換を行なうことができる。

【００８８】請求項２記載の発明は、請求項１記載のロ
ードセル秤において、温度特性データ入力手段によって
入力されるロードセル及びアナログデジタル変換器の温
度特性データは、基準温度と基準温度よりも低い温度と
基準温度よりも高い温度との３種類の温度におけるゼロ
点及びスパンのデータであり、温度係数算出手段は、ロ
ードセルの温度特性データとアナログデジタル変換器の
温度特性データとを合成して基準温度と基準温度よりも
低い温度と基準温度よりも高い温度との３種類の温度に
おけるゼロ点及びスパンのデータを温度特性データとし
て求めるようにしたので、ストレンゲージ抵抗の抵抗値
に応じた出力電圧の温度特性曲線が湾曲しているような
場合でも、２つの温度条件だけでゼロ点の出力及びスパ
ンの出力を測定した場合に比べて、温度特性曲線の特徴
をより反映した温度係数を求めることが可能となり、温
度係数が温度補正に及ぼす誤差を低減し、温度特性を向
上させることができる。

【００８９】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載のロードセル秤において、ロードセルとアナログデジ
タル変換器とをコネクタを介して電気的及び構造的に着
脱自在に接続したので、ロードセルとアナログデジタル
変換器とをコネクタを介して容易に着脱することができ
る。

【００９０】請求項４記載の発明は、請求項１ないし３
のいずれか一記載のロードセル秤において、温度特性デ
ータをコード化された形態で記録したシンボルをロード
セルに付加しておき、温度特性データ入力手段はそのシ
ンボルを読み取るようにしたので、温度特性データ入力
手段によるシンボルの読み取りという簡単な操作によっ
てロードセルの温度特性データを容易に入力することが
できる。

【００９１】請求項５記載の発明は、請求項１ないし４
のいずれか一記載のロードセル秤において、温度特性デ
ータをコード化された形態で記録したシンボルをアナロ
グデジタル変換器に付加しておき、温度特性データ入力
手段はそのシンボルを読み取るようにしたので、温度特
性データ入力手段によるシンボルの読み取りという簡単
な操作によってアナログデジタル変換器の温度特性デー
タを容易に入力することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態であるロードセル秤に
用いるロードセルの斜視図である。

【図２】ロードセルのホイートストーンブリッジ回路の
回路図である。

【図３】ロードセルの温度センサ回路の回路図である。

【図４】全体のブロック図である。

【図５】温度特性データ求める際のデータ項目を示す表
である。

【図６】温度特性データ求める際のデータ項目を示す表
である。

【図７】温度特性データの表である。

【図８】ロードセル秤で秤量する場合の動作を説明する
フローチャートである。

【図９】ロードセルに加わえられる荷重に対する、ホイ
ートストーンブリッジ回路の出力を説明するグラフであ
る。

【図１０】従来のロードセルの斜視図である。

【図１１】従来のロードセルにプリント基板を取り付け
たときの斜視図である。

【図１２】従来のロードセルのホイートストーンブリッ
ジ回路の回路図である。

【符号の説明】

１ロードセル２起歪体３、４、５、６ストレンゲージ抵抗２１温度センサ２３温度センサ（温度センサ回路）３５アナログデジタル変換器１０１コネクタ１０２ａ，ｂシンボル（バーコード）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】印加された荷重に応じた値を出力するロ
ードセルと、前記ロードセルの出力をデジタル変換するアナログデジ
タル変換器と、ゼロ点及びスパンについての前記ロードセルの温度特性
データと前記アナログデジタル変換器の温度特性データ
とを入力する温度特性データ入力手段と、前記ロードセル及び前記アナログデジタル変換器を収納
するハウジングに設けられた温度センサと、温度特性データ入力手段によって入力された前記ロード
セルの温度特性データと前記アナログデジタル変換器の
温度特性データとに基づいて単一の温度特性データを演
算により求め、求めた単一の温度特性データに基づいて
温度係数を求める温度係数演算手段と、前記温度センサの出力と前記温度係数演算手段によって
求められた温度係数とを用いた演算式に基づく演算によ
り、前記ゼロ点及び前記スパンについての温度補正値を
求める温度補正値演算手段と、を備えるロードセル秤。
【請求項２】温度特性データ入力手段によって入力さ
れるロードセル及びアナログデジタル変換器の温度特性
データは、基準温度と基準温度よりも低い温度と基準温
度よりも高い温度との３種類の温度におけるゼロ点及び
スパンのデータであり、温度係数算出手段は、前記ロー
ドセルの温度特性データと前記アナログデジタル変換器
の温度特性データとを合成して基準温度と基準温度より
も低い温度と基準温度よりも高い温度との３種類の温度
におけるゼロ点及びスパンのデータを温度特性データと
して求める請求項１記載のロードセル秤。
【請求項３】ロードセルとアナログデジタル変換器と
はコネクタを介して電気的及び構造的に着脱自在に接続
されている請求項１又は２記載のロードセル秤。
【請求項４】ロードセルには温度特性データをコード
化した形態で記録したシンボルが付加され、温度特性デ
ータ入力手段はそのシンボルを読み取る請求項１ないし
３のいずれか一記載のロードセル秤。
【請求項５】アナログデジタル変換器には温度特性デ
ータをコード化した形態で記録したシンボルが付加さ
れ、温度特性データ入力手段はそのシンボルを読み取る
請求項１ないし４のいずれか一記載のロードセル秤。