JPS5833494B2 - 重量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は重量測定装置に関する。

ブ般にロードセルを使用する重量測定装置においてはロ
ードセルを初め、増幅器、基準電圧用電源等が収納され
ているが、従来この種装置において感度温度係数を調整
する場合、個々の回路毎に感度温度係数を調整するよう
にしていた。

したがつてこのようなものではロードセルと電子回路部
とを総合した感度温度係数を例えば１１ ０ＰＰ／’Ｃ以下に押えるためにはロードセルおよび電
子回路部を個々に５ ｐ Ｐ Ｍ／’Ｃ以下に押えなげ
ればならず調整がきわめて困難となる問題があった。

又、使用する回路部品も感度温度係数の小さい高価なも
のを使用しなげればならずコストの面で問題があった。

この発明はこのような問題を解決するために考えられた
もので、感度温度係数の調整が容易に行なうことができ
、しかも経済性を向上できる重量測定装置を提供するこ
とを目的とする。

ところで発明者によれば、ロードセルの製造工程におい
てロードセルと電子回路部とを一体化し、その一体化し
た回路全体の総合的な感度温度係数を調整すれば個々の
回路部の感度温度係数を厳しく押えるよりも容易に例え
ば１０ Ｐ ＰＭ／’Ｃ以下に押えることができること
がわかった。

例えばロードセルと電子回路部との感度温度係数が互い
に直線的に変化しているときにロードセルと電子回路部
との感度温度係数を絶対値が等しくかつ符号が互に反対
になるように設定すればロードセルと電子回路部との感
度温度係数が相殺されることになり回路全体の感度温度
係数を容易に小さくできる。

ところで電子回路部はその回路構成と素子によって感度
温度係数が一義的に決まってしまうがロードセルでは抵
抗を挿入する位置及び抵抗値によって感度温度係数の傾
きを容易に可変できる。

このことからロードセルと電子回路部とを同一ケース内
に一体に組み込んで同一の温度条件下に置くとともにロ
ードセル側で感度温度係数を調整すれば回路全体の感度
温度係数を容易に小さくできることが分かった。

この発明は以上の究明結果にもとすいて為されたもので
上述した目的を遂行するものである。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説する。

１は基準電圧用電源、２はロードセル、３は直流増幅器
で、これらはケース４内に互いに接近させて一体化して
組み込まれ、常に同一の温度条件となるようになってい
る。

前記基準電圧用電源１は直流電源１０１．演算増幅器１
０２，１０３からなり、上記電源１０１の正極端子を上
記演算増幅器１０２の非反転入力端子（＋）に接続し、
かつ上記電源１０１の負極端子を上記演算増幅器１０３
の非反転入力端子（＋）に接続している。

そして前記演算増幅器１０２０反転入力端子（−）とそ
の増幅器１０２の出力端子間に抵抗１０４を接続し、か
つ上記演算増幅器１０２０反転入力端子（−）と接地間
に抵抗１０５を接続している。

また、前記演算増幅器１０２の出力端子と前記演算増幅
器１０３０反転入力端子（−）との間に抵抗１０６を接
続し、かつ上記演算増幅器１０３の反転入力端子（−）
とその増幅器１０３の出力端子との間に抵抗１０７を接
続している。

前記基準電圧用電源１の直流電源１０１は接地されてい
ないが、前記演算増幅器１０２，１０３の回路により基
準電圧を得ている。

前記演算増幅器１０３の出力端子と接地間には抵抗１０
８，１０９の直列回路が接続されている。

前記ロードセル２は荷重受部に貼られた抵抗体２０１．
２０２，２０３゜２０４を４辺とするブリッジ回路から
なり、抵抗体２０１，２０３および抵抗体２０２，２０
４はそれぞれ対向して設けられている。

これら各抵抗体２０１〜２０４はそれぞれ荷重受部の歪
みによりその抵抗値が変化するもので、抵抗体２０１゜
２０３は減少方向に変化し、抵抗体２０２゜２０４は増
加方向に変化するようになっている。

又、前記ロードセル２は抵抗体２０１の介在する辺にさ
らにその抵抗体２０１に直列にロードセル２が無負荷の
ときにその出力電圧Ｅｉが成る規定値になるように調整
する抵抗２０５を介在し、かつ抵抗体２０４の介在する
辺にさらにその抵抗体２０４に直列に歪抵抗体の温度係
数をゼロにする抵抗２０６を介在している。

そして抵抗体２０１の介在する辺と抵抗体２０４の介在
する辺との接続点を感度温度係数調整用抵抗２０７を介
して前記直流電源１０１の正極端子に接続し、かつ抵抗
体２０２の介在する辺と抵抗体２０４の介在する辺との
接続点を前記直流電源１０１の負極端子に接続している
。

前記感度温度係数調整用抵抗２０７は荷重受部材のヤン
グ率の温度係数を補正するためのものである。

そして抵抗体２０４の介在する辺と抵抗体２０３の介在
する辺との接続点ａと、抵抗体２０１の介在する辺と抵
抗体２０２の介在する辺との接続点すとの間にロードセ
ル出力Ｅｉを出力するようにしている。

なお、前記接続点すは接地されている。

前記接続点ａ、ｂ間には抵抗５を介して前記直流増幅器
３が接続され、かつ前記ロードセル２と上記増幅器３と
の間には低域フィルター６が並列に接続されている。

上記低域フィルター６はロードセル出力に重畳されてい
る交流成分をカットさせるためのものである。

前記直流増幅器３は演算増幅器３０１と第１〜第４の４
個のアナログスイッチ３０２．３０３．３０４．３０５
とからなり、前記ロードセル２の接続点ａが抵抗５およ
び第１のアナログスイッチ３０２を直列に介して演算増
幅器３０１の非反転入力端子（＋）に接続されている。

上記増幅器３０１の非反転入力端子（＋）と接地間には
第２のアナログスイッチ３０３が接続されている。

前記演算増幅器３０１の出力端子と接地間には抵抗３０
６，３０７の直列回路が接続され、さらにコンデンサ３
０８および抵抗３０９を直列に介して前記第４のアナロ
グスイッチ３０５を接続している。

そして上記抵抗３０６゜３０７との接続点を上記演算増
幅器３０１０反転入力端子（−）に接続している。

前記直流増幅器３はその演算増幅器３０１出力をコンデ
ンサ３０８、抵抗３０９および第３のアナログスイッチ
３０４を直列に介して出力するようにしている。

前記直流増幅器３出力はＡ／Ｄ変換器７に入力するよう
になっている。

前記Ａ／Ｄ変換器７は第５〜第８の４つのアナログスイ
ッチ７０１゜７０２．７０３，７０４とコンデンサ１０
５かもなる基準電圧発生器７０６、演算増幅器７０７か
らなる積分器７０８、バッファアンプ７０９、コンパレ
ータ７１０、第９のアナログスイッチ７１１および内部
にクロックパルスカウンタ７１２を収納した制御回路７
１３によって形成されている。

前記基準電圧発生器７０６は４つのアナログスイッチ７
０１〜７０４でブリッジ回路を形成し、スイッチ７０１
と７０３の接続点とスイッチ７０２と７０４の接続点と
の間にコンデンサ７０５を接続し、前記直流増幅器３の
出力を上記コンデンサ７０５を介してバッファアンプ７
０９の非反転入力端子（＋）に供給するようにしている
。

前記アナログスイッチ７０１と７０２との接続点を前記
基準電圧用電源１の抵抗１０８゜１０９の接続点に接続
し、かつ前記アナログスイッチ７０３と７０４との接続
点を接地している。

前記バッファアンプ７０９の出力端子と反転入力端子（
−）とを短絡している。

前記バラノアアンプ７０９の出力端子を抵抗７１４を介
して前記演算増幅器７０７０反転入力端子（−）に接続
している。

前記演算増幅器７０７の非反転入力端子（＋）と接地間
にはコンデンサ７１５が接続され、かつ反転入力端子（
−）と出力端子との間にはコンデンサ７１６が接続され
ている。

前記演算増幅器７０７の出力端子を前記コンパレータ７
１０の反転入力端子（−）に接続している。

前記コンパレータ７１０の非反転入力端子（＋）と接地
間には接地側を正極にして直流電源７１７が接地されて
いる。

前記コンパレータ７１０の、出力端子と前記演算増幅器
７０７の非反転入力端子（＋）との間には前記第９のア
ナログスイッチ７１１が接続されている。

そして前記コンパレータ７１０の出力に応じて制御回路
７１３が動作するようになっている。

又、８はスイッチコントローラで、このコントローラ８
は前記制御回路７１３によって駆動され前記各アナログ
スイッチ３０２，３０３，３０４゜３０５．７０１，７
０２，７０３，７０４゜７１１を開閉制御するようにな
っている。

具体的には時刻ｔ１ において制御回路７１３はコン
トローラ８に第２、第４、第６、第７、第９のアナログ
スイッチ３０３．３０５．７０２．７０３ 。

７１１のみを閉成するよう指令する。

そして制御回路７１３はその状態を自己のクロックパル
スカ※※ウンタ７１２が所定数のクロックパルスをカウ
ントする期間Ｔ１ 続げられるよう制御する。

この期間Ｔ１ が終了する時刻ｔ２ において制御回路
７１３は今度はコントローラ８に第１、第３のアナログ
スイッチ３０２，３０４のみを閉成するよう指令する。

そして制御回路７１３はその状態を自己のクロックパル
スカウンタ７１２が所定数のクロックパルスをカウント
する期間Ｔ２続げられるよう制御する。

又、この制御回路７１３は期間Ｔ２ が終了する直前に
前記コンパレータ７１０の出力によって直流増幅器３の
出力電圧の極性が正であるか負であるかを判別し、その
結果をコントローラ８に伝達する。

コントローラ８は期間Ｔ２が終了するタイミングで入力
電圧の極性が正のときには第５のアナログスイッチ７０
１を閉成させかつ負のときには第８のアナログスイッチ
７０４を閉成させる。

勿論このとき他のアナログスイッチはすべて開放されて
いる。

この期間Ｔ２ の終了する時刻ｔ３ において制御回
路７１３は自己のクリ ロックパルスカウンタ７１２に
再度クロックパルスをカウントさせる。

今度はこのカウント動作は前記コンパレータ７１０の出
力がゼロになることにより停止される。

この停止時刻をｔ４ とし、その期間Ｔ３ におい
てクロックパルスカウンタ１７１２によりカウントされ
たカウント数はディジタルな重量測定情報を与えるよう
になっている。

このような本発明実施例装置の動作は以下のようになる
。

すなわち、今度流電源１０１の電圧をＥｌ、抵抗体２０
１．２０２，２０３，２０４の抵抗値をそれぞれＲ１、
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、抵抗２０５゜２０６．２０７の抵抗
値をそれぞれＲ，Ｌ、ＲＺＴ、Ｒｓとするとロードセル
２の出力Ｅｉ は第２図の関係から となる。

そこで例えばＲ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ，＝Ｒテロードセル
２に荷重がかかったときの抵抗変化分＊木をδとすると
上記（１）式は となる。

今Ｒｚ’１ＲｚＴとすると上記（２）式はとなる。

δは荷重に比例した出力であるからロードセル２の定格
荷重をＦｎ、負荷荷重をＦ、ロードセル２の感度をＫと
するとδ−−−にとなるＦｎ から上記（３）式は ※となる。

このロードセル２の出力Ｅｉは低域フィルター６で重畳
されている交流成分をカットされて直流増幅器３に入力
される。

今、時刻ｔ１ においてスイッチコントローラ８によ
りアナログスイッチ３０３，３０５，７０２゜７０３．
７１１が閉成されろと、直流増幅器３では演算増幅器３
０１が自己のオフセット電圧Ｖ３ｏ１を抵抗３０６，３
０７で決定される利得３Ｑ６ Ａ１＝（１＋ ）にしたがって増幅し、電圧３０７ Ａ１・Ｖ２Ｏ３を出力する。

この電圧Ａ１・Ｖ２Ｏ３はコンデンサ３０８、抵抗３０
９、第４のアナログスイッチ３０５の回路によってコン
デンサ３０８に充電される。

一方、基準電圧用電源１の演算増幅器１０３０１カ、よ
え２−馬丁一馬□。

えきＲｔｏ６Ｒ１０４ （１＋ Ａ２ ） （Ｅｌ ＋ Ｖ２Ｏ３Ｖ２Ｏ３）と
なる。

従って基準電圧電源１からＡ／Ｄ変換器７の基準電圧発
生器７０６に供給される基準電圧−ｖｒはとなる。

したがって時刻ｔ１ においてアナログスイッチ７０
２，７０３が閉成するとアナログスイッチ７０２、コン
デンサ７０５、アナログスイッチ７０３の経路によって
コンデンサ７０５には図示極性に−ｖｒが充電される。

さらに時刻ｔ１ においてはアナログスイッチ７１１が
閉成されているので、コンパレータ７１０の出力端子か
ら積分器７０８の演算増幅器７０γの非反転入力端子（
＋）への負帰還ループが形成されて演算増幅器７０７へ
の差動入力電圧を常にゼロとするように作用するので積
分器７０８は積分動作を停止している。

そしてこの状態は時刻ｔ１〜ｔ２までのＴ１期間にわた
って行なわれる。

時刻ｔ２になるとアナログスイッチ３０３゜３０５．７
０２，７０３，７１１が開放し、換って第１、第３のア
ナログスイッチ３０２，３０４が閉成される。

すると今度はロードセル２の出力Ｅｉが直流増幅器３で
増幅されるようになり、演算増幅器３０１出力はＡＩ
・（Ｅｉ’ Ｖ２Ｏ３）となる。

ところで期間Ｔ１ においてコンデンサ３０８には電圧
Ａ１・ｖ３ｏ１が充電され、それがアナログスイッチ３
０５の開放により保持されているので、直流増幅器３の
出力、つまり第３のアナログスイッチ３０４出力は ＡＩ ・（Ｅｉ＋ Ｖ２Ｏ３） Ａｔ ’Ｖ３０１
＝ Ａｔ”Ｅｉとなる。

これは演算増幅器３０１のオフセット電圧ｖ３ｏ、が除
去されたことを示している。

このアナログスイッチ３０４出力はＡ／Ｄ変換器７０入
力となり、この値はロードセル２にかかる荷重により正
・負に変化する。

そしてこの信号電圧−Ａ１・ＥｉはＡ／Ｄ変換器７に入
力される。

今、基準電圧発生器７０６のコンデンサ７０５には−Ｖ
ｒの電圧が保持されているので−Ａ１・Ｅｉをまとめて
−Ｅｉｏとして考えればバッファアンプ７０９の非反転
入力端子（＋）には（−Ｖｒ）＋（Ｅｉｏ）なる電圧が
入力される。

そしてこの電圧はバッファアンプ７０９を介して積分器
７０８で積分される。

ところでＡ／Ｄ変換器７のコンデンサ７１５には期間Ｔ
１ において負帰還ループが形成されたことによって（
−ｖｒ＋ｖ７ｏ７）の電圧がすでに充電されている。

一方、期間Ｔ２ においては積分器７０８の演算増幅
器７０７０反転入力※※端子（−）には（Ｖｌ−）＋（
Ｅｌ□）＋Ｖ７ｏ７の電圧が入力される。

したがって演算増幅器７０７０出力Ｖ。

は（但しんば演算増幅器７０７の閉ループ利得である。

）となる。

すなわちロードセル２の出力に対応した電圧が出力され
る。

この積分器７０８による積分は時刻ｔ２〜ｔ３までのＴ
２期間にわたって行なわれる。

そして時刻ｔ３ になる直前においてコンパレータ７
１０の出力によってバッファアンプ７０９への入力電圧
の極性が正になっているか、負になっているが制御回路
７１３によって検知される。

すなわち積分器７０８によって積分されているレベルの
極性が正になっているか負になっているか検知されるこ
とになる。

例えば制御回路７１３がコンパレータ７１０の出力によ
り積分器７０８出力が負になっていることを検知すると
時刻ｔ３ になるタイミングおいてコントローラ８に第
１、第３のアナログスイッチ３０２．３０４を開放して
第８のアナログスイッチ７０４を閉成することを指令す
る。

これは第３図に等価回路を示すようにバッファアンプ７
０９への入力電圧がＯボルトになることを示す。

一方、制御回路７１３はクロックパルスカウンタ７１２
によって時刻ｔ３になるとともにクロックパルスのカウ
ントを開始させる。

バッファアンプ７０９への入力電圧がＯボルトになると
積分器７０８に積分されている電圧が徐々に放電され、
やがて時刻ｔ４ において電圧レベルがゼロとなり、コ
ンパレータ７１０出力レベルがゼロとなる。

コンパレータ７１０出力レベルがゼロになると制御回路
７１３Ａま０已のクロックパルスカウンタ７１２による
クロックパルスのカウント動作を停止させる。

したがってクロックパルスカウンタ７１２は時刻ｔ３〜
ｔ４までのＴ３期間クロックパルスをカウントすること
になる。

ところでＴ３期間は積分器７０８に積分されている電圧
レベルに比例しており、積分器７０８に積分されている
電圧はロードセル２の出力に比例しているので結局クロ
ックパルスカウンタ７１２によって期間Ｔ３にわたって
カウントされたクロックパルスのカウント数はロードセ
ル２によって測定された荷重量をディジタル的に表わす
ことになる。

又、例えば制御回路７１３がコンパレータ７１０の出力
により積分器７０８出力が正になっていることを検知す
ると時刻ｔ３になるタイミングにおいてコントローラ８
に第１、第３のアナログスイッチ３９２゜３０４を開放
して第５のアナログスイッチ７０１を閉成することを指
令する。

これは第４図に等価回路を示すようにバッファアンプ７
０９への入力電圧が（−Ｖｒ）＋（−Ｖｒ）ボルトにな
ることを示す。

この場合も前記負のときと同様制御回路７１３は時刻ｔ
３ においてクロックパルスのカウントを開始する。

バッファアンプ７０９への入力電圧−２ｖｒと積分器７
０Ｂの積分出力との極性が逆になっているので入力電圧
−２Ｖｒにより積分７０８に積分されている電圧が徐々
に放電され、やがて時刻ｔ４において電圧レベルがゼロ
となり、コンパレータ７１０の出力レベルがゼロとなる
。

この場合も前記同様カウンタ７１２が時刻ｔ３〜ｔ４
までのＴ３期間クロックパルスをカウントしロードセ
ル２によって測定された荷重量をディジタル的に表わす
ことになる。

以上、ロードセル２からのＡ／Ｄ変換変換器財する入力
電圧が負のときと正のときとを時間−積分器出力の関係
で示せば第５図のａ、ｂに示すようになる。

期間Ｔ２ における積分器７０８の出力Ｖ。

１は時刻ｔ２ におけるコンデンサ７１６の充電電圧が
ゼロであれば となる。

又、期間Ｔ３力Ｖ。

２はにおける積分器７０８の出 そしてＶ１ｏ３−Ｖ１ｏ２がカウンタ７１２の１カウン
ト当りの電圧に対して無視できるときは ＊となる。

この（１２１式はＡ／Ｄ変換器７に対するケース４内の
回路全体の入出力特性を示すもので、この中で温度によ
り変化するものはＡ１、Ａ２、ＰｌＫ、Ｒ１０６、Ｒ１
０９であるからケース４内の回路全体の温度係数は はこのロードセル２を除く他の回路すなわち基準電圧用
電源１と直流増幅器３０１℃当りの温度変化量、第２項
目のｐｄＰ ＋ ｋｄＫはロードセル２０１℃当りの温
度変化量を示している。

なお、ｄＡｌ、ｄＡ２、ｄＲ１０８、ｄＲ１ｏ９． ｄ
Ｐ、 ｄＫはその対応する部品の感度温度係数（ＰＰＭ
／℃）である。

したがって第１項の温度変化量に対して第２項の温度変
化量を絶対値が等しく符号が反対になるようにロードセ
ル２のｄＰ特に感度温度係数調整用抵抗２０７を調整す
ればケース４内の回路全体の温度変化量を容易に零に近
ずけることができる６したがって例えば従来のこの種装
置では回路全体の感度温度係数を１０ Ｐ ＰＭ／’ｃ
以下に押えることは調整がかなり困難となり、しかも各
部品として精度のよい高価なものを使用しなければなら
なかったが、本発明の装置では回路全体を１つの部品の
ように考えることができるので感度温度係数を１１０Ｐ
Ｐ／℃に押えることが容易に行なえ感度温度係数の調整
を容易に行なうことができる。

しかも使用する各部品の精度はそれ稚気にしなくてよい
ので経済性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す回路構成図、第２図は
ロードセルの等価回路図、第３図は入力電圧が負のとき
の積分器入力部の等価回路図、第４図は入力電圧が正の
ときの積分器入力部の等価回路図、第５図は積分器の動
作特性を示すグラフでａは入力電圧が負のときのグラフ
、ｂは入力電圧が正のときのグラフである。 １・・・・・・基準電圧用電源、２・・・・・・ロード
セル、２０７・・・・・・感度温度係数調整用抵抗、３
・・・・・・直流増幅器、４・・・・・・ケース、７・
・・・・・Ａ／Ｄ変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 荷重に応じて電圧信号を出力するロードセルと、こ
   のロードセル出力を増幅する増幅器並びに上記ロードセ
   ルに基準電圧を供給する基準電圧用電源を含む電子回路
   部とを同一ケース内に一体化して組込み同一温度条件に
   なるようにした重量測定装置において、前記ロードセル
   内に感度温度係数調整用抵抗を設け、その抵抗の抵抗値
   調整により同一ケース内に一体化された回路全体の感度
   温度係数を調整することを特徴とする重量測定装置。