JPS587169B2 - 電磁補償平衝形力測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁石の対向磁極間の作動空隙にコイルを設け
、該コイル又は該磁石のどちらかが、移動可能であり、
且つ外力の作用下に磁石又はコイルの動かない方に対し
て相対的に所定平衡位置から偏向される、電磁補償平衡
形力測定装置に関する。

このタイプの公知の平衡形力測定装置（英国特許第１３
６２７７０号）においては、周期的な発振器からのパル
スが、偏向の生じている間カウンタに供給されていた。

該カウンタの出力は、ＢＣＤ（２進化１０進）符号に従
って符号化され、桁毎に分割されていた。

各桁の出力にはデジタル・アナログ変換器が接続され、
該デジタル・アナログ変換器は、電磁気／機械トランス
ジューサの連係補償コイルに供給される補償電流という
形態での、前記デジタル信号に依存するアナログ信号を
発生する。

当該デジタル・アナログ変換器に印加されるデジタル信
号は、同時に、力の評価値を知るためにも利用される。

この公知の平衡形力測定装置では、その他の公知の電磁
補償平衡形力測定装置と同様に、電磁気／機械トランス
ジューサは永久磁石を有し、その空隙には作動コイルが
配設されている。

今の問題では、電磁石のコイルは、個々に各桁に相応す
る大きさをもつ複数のコイルに単に分割される。

この公知装置の場合、作動コイルには、補償過程の終了
時該作動コイルに印加されている力に比例する直流電流
が流れる。

この公知の装置では、それ故、位置指示具の領域におけ
るアナログ・デジタル変換と、カウンタ及び電磁気／機
械トランスジューサの間のデジタル・アナログ変換とは
、制御回路中で行なわれる。

これは、測定値が該制御回路及び分離したアナログ・デ
ジタル変換器の外部で電圧としてデジタル化されること
と、制御回路自体によっては検知出来ず、修正も出来な
い付加的なエラーが外部変換によって導入されることと
を未然に防ぐけれども、それにもかかわらず、これは単
に、制御回路からリード線で外に出た先のアナログ・デ
ジタル変換器から３個の並置デジタル・アナログ変換器
に問題点を移すだけに過ぎない。

この場合、結果を偽らないように、最高位桁のデジタル
・アナログ変換器は、最下位桁の１デジタル・ステップ
より多いエラーを呈してはならない。

この要求を満たすためには、例えば最高位桁のデジタル
・アナログ変換器の素子の温度安定性を高め、ドリフト
変動を小さく抑えなければならないので、非常に大きな
コストがかかる。

この観点で、最初に述べたタイプの平衡形力測定装置に
ついては、１０５ステップ以上の分解能が必須の要件と
なる、ということが記憶されねばならない。

本発明の目的は、高精度の機械式測定装置と比較し得る
分解能及び線型性を具備し、更に、公知の電磁気／電子
装置の利点、即ち測定値の検知が主観的にでなく客観的
に行なえることと測定値の検知及びアナログ又はデジタ
ル表示がより高速で（例えば５乃至３０秒に対して０．
５秒程度で）行なえることという利点を保持する、先に
述べたタイプの平衡形力測定装置を開発することである
。

この目的を達成するため、本発明に係る平衡形力測定装
置は、磁石の対向極の間の作動空隙に置かれるコイルを
含み、該磁石は、離散的な複数グループの巻線を具えた
軟鉄コアの電磁石であり、巻線の連続する各グループの
アンペア・ターンの比は、基準定電流源に接続された状
態で、予め選択された符号形式の一連の符号値に対応し
、該コイル及び磁石の内のどちらかは、可動であり而も
、外力の作用下に磁石又はコイルの内の動かない方に対
して相対的に所定平衡位置から偏向する。

本発明に係る装置は更に、位置指示具と、アップ・ダウ
ン・カウンタを含む論理部材とを具備し、該カウンタの
入力は該位置指示具に接続し、該カウンタの出力は、該
カウンタに保持されるカウント値と選定巻線グループの
アンペア・ターンとの間の一致を与えるべく直接又は電
流分配器を介して間接に定電流源に、巻線グループの内
の選定されたグループを接続する。

該位置指示具は、偏向の存在するときに、該偏向の方向
に依存してアップ・ダウン・カウンタのカウント方向を
制御し、該論理部材は、定電流源の出力を、前記コイル
に、またカウンタに保持されたカウント値に連係の特定
巻線グループに接続し、これにより、偏向は補償され、
磁石及びコイルのどちらか動く方は所定の平衡位置に戻
り、カウンタに保持された最終のカウント値は、外力の
大きさに比例する。

好ましい実施例によれば、偏向のある際に、位置指示具
が周期的発振器の出力を、その偏向の向きに依存して符
号化アップ・ダウン・カウンタのアップ入力又はダウン
入力に接続し、該アップ・ダウン・カウンタの出力が特
定符号形式の桁に連係し、また論理部材はスイッチ装置
からなり、該スイッチ装置における複数のスイッチは、
それぞれ、別々の巻線グループに接続し、各スイッチは
、前記アップ・ダウン・カウンタの符号化出力の内の連
係する一つによって制御される、という平衡形力測定装
置が提示される。

本発明の著しい利点は、電磁気／機械トランスジューサ
自体が、デジタル・アナログ変換のために直接利用され
ることと、測定及び指示の精度が、それ自体絶体的に一
定である、巻数とアンペア・ターンの比とによって決定
されることにある。

これは、幾多の重要な利点を生じさせる。

これらの利点の一つは、測定精度が、周囲温度湿度や、
ドリフトのような長期間に亘る影響から独立であるとい
うことである。

なぜならば、巻数及び巻数比は、上記どの要因によって
も影響されないからである。

もう一つの利点は、巻線グループの数を増すことによっ
て簡単に測定レンジを広げることができるということで
ある。

例えば、１３００００ステップ以上の測定値分解能に対
しても、２進符号を用いれば１７グループの巻線で十分
であり、３進符号を用いれば１１グループの巻線で十分
である。

本発明による構成において、作動コイルに印加される力
を補償するために変更されるべきは、その補償コイルを
流れる電流の強さではなく、電磁石のアンペア・ターン
の数である。

更に、周知の平衡形力測定装置の永久磁石に生じる経年
劣化現象が、被制御電磁石を利用することによって取除
かれるという事実から、別の利点が生じる。

スイッチは、アップ・ダウン・カウンタのカウント値に
依存して、巻線の連係グループを定電流源に接続するか
又はこの連係グループをバイパスするかのどちらかを行
なう２位置選択スイッチであるのが好捷しい。

本発明の更に好ましい実施例では、位置指示具は、２方
向出力を発生し、各出力は、増幅されて別々のアンド・
ゲートに接続される。

各アンド・ゲートの第２入力には、周期的な発振器の出
力が接続され、各アンド・ゲートの出力は、アップ・ダ
ウン・カウンタのアップ入力又はダウン入力に接続され
る。

好ましい別の発展例では、カウンタ出力の符号は、巻線
グループの符号に対応し、この巻線グループの符号は、
２進符号、ＢＣＤ符号又は３進符号であるのが好ましい
。

更に別の実施例によれば、巻線グループの符号形式とし
て３進符号を使う場合、カウンタが３進符号形式で構成
されるか、又は２進／３進符号変換器が、カウンタとス
イッチ群との間に゜挿入される。

また、論理部材は、所定値を越える偏向の場合により高
位符号の巻線グループの間で大きいステップでスイッチ
を切換え、所定値を越えない偏向に対し小さいステップ
でスイッチを切換えることが望ましい。

位置に関わりなく高精度の測定が必要とされるならば、
定電流源の出力は、参照基準によって制御するのが好ま
しい。

別の実施例において、最下位桁の巻線グループは、その
巻線が定電流源に直結された場合に適当である量よりも
所定係数だけ大きい巻数を備え、一方、定電流の一部で
あって当該係数の逆数に等しい量の電流が、これらの巻
線グループに供給される。

以下に、本発明の好適な実施例を図示した図面を参照し
て本発明を詳述する。

第１図及び第２図において、電磁補償平衡形力測定装置
の電磁気部１０は、磁石２０の空隙２２における補償コ
イル２４を含む。

第１図に概略的に示すように、補償コイル２４は、平衡
形力測定装置の可動部に結合している。

補償コイル２４が、磁石２０の空隙２２における予め調
節された平衡位置にあるか又は力の影響下に該平衡位置
から偏向しているかを示す位置指示具３６が、該補償コ
イル２４に結合されている。

磁石２０は、個別の巻線グループ２８，２９，３０，３
２（第２図参照）を巻かれた軟鉄コアからなる、制御可
能な電磁石で構成される。

図示の巻線グループ２８，２９，３０，３２のアンペア
・ターンの大きさは、２進符号１，２，４，８・・・・
・・の順に対応している。

第１図及び第２図には、４個の巻線グループの内３個し
か示していない。

ＢＣＤ（２進化１０進）符号を使って約１３００００ス
テップの測定値分解能が要求される場合には、１７グル
ープの巻線が用意される。

ＢＣＤ符号の代わりに３進符号を使ってもよい。

この場合には、同じ分解能に対し１１グループの巻線し
か必要とされない。

図示した実施例は、ＢＣＤ符号用に設計されている。

第１図に概略的に示されているように、各巻線グループ
２８，２９，３０は、論理部材１２に接続し、該論理部
材１２には位置指示具３６からの導線が導かれている。

論理部材１２は、補償コイル２４と、偏向が生じたとき
にカウンタ内に保持されたカウント値に依存してその数
に連係する巻線グループ２８，２９，３０，３２とに基
準電流源１４を接続する。

例えば、もしも保持カウント値が６であるならば、論理
部材１２は、基準電流源１４を巻線グループ２９及び同
３０並びに補償コイル２４に同時に接続する。

第１図によると、論理部材１２は、巻線の全部及び補償
コイル２４を基準電流源１４に互いに独立に接続してい
るが、第２図においては、補償コイル２４は、基準電流
源１４と全巻線グループ２８，２９，３０，３２とに接
続する、即ち、全巻線グループ２８，２９，３０，３２
を直列に、また基準電流源と直列に接続する。

ただし、そのような直列接続は、本発明にとって本質的
ではない。

本質的な点は、一定大きさの電流が補償コイル２４にも
被制御磁石２０の巻線グループ２８，２９，３０，３２
にも共に供給される、ということである。

この観点において、補償コイル２４に供給される定電流
の大きさと巻線グループ２８，２９，３０，３２に供給
される定電流の大きさとが永続的に一定に維持される限
り、前者は後者と異なってもよい。

補償コイル２４への定電流供給と巻線グループ２８，２
９，３０，３２への定電流供給とを分離することは、例
えば巻線の巻数が３進符号の一連の桁１，３，９，２７
・・・３ｎに対応する場合に必要となる。

この場合、一定電流は、全部の数値を実現し得るように
、必要とされる特定の補償量に依拠して個々の巻線グル
ープを通ってどちらかの方向に流れるようにすることが
必要である。

第２図は、論理部材１２及び基準電流源１４に属する、
平衡形力測定装置の電気部分をより詳細に示している。

第２図において、２方向出力リード線４０及び同４２は
、位置指示具３６に結合され、各リード線４０，４２は
、増幅器４４の特定の入力に接続している。

増幅器４４の２本の出力リード線４６，４８はそれぞれ
、アンド・ゲート５０及び同５２に接続する。

アンド・ゲート５０及び同５２の他方の入力には、固定
周波数でパルスを発する発振器５６の出力リード線５４
が接続する。

アンド・ゲート５０及び同５２の各出力は、リード線５
８又は同６０を介してアップ・ダウン・カウンタ６２の
入力に接続する。

リード線６０は、該アップ・ダウン・カウンタ６２のア
ップ入力６４に接続し、リード線５８はダウン入力６６
に接続する。

アップ・ダウン・カウンタ６２の出力６８，６９，７０
，７１は、２進符号の一連の桁２０，２１，２２，２３
・・・に対応し、ＢＣＤ符号、即ち２０，２１，２２，
２３，２０×１０，２１×１０，２２×１０，２３×１
０，・・・・・・に従って群別される。

アップ・ダウン・カウンタ６２の符号化出力６８，６９
，７０，７１は、スイッチ装置７２のそれぞれ２位置選
択スイッチ７８，７９，８０，８１を制御するように接
続されている。

つまり、符号化出力６８，６９，７０又は７１の一つに
信号が現われると、連係するスイッチ７８，７９，８０
又は８１は、巻線グループ２８，２９，３０又は３２の
内の連係グループが定電流源３８に接続される位置に移
動する。

当該符号化出力に現われていた信号が消えるとすぐに、
該スイッチは、その連係巻線グループをバイパスするも
う一つの位置に切換わる。

スイッチ装置７２は、リード線８２を介して定電流源３
８に接続する。

スイッチ７８，７９，８０，８１は、第２図に示すよう
に、連係する巻線グループと直列にその端子で接続する
。

補償コイル２４は、リード線８４を介して定電流源３８
に接続している。

まだ第２図の実施例では、メモリ、符号変換器及び重さ
評価装置からなる記憶及び指示装置８６を設けてある。

周期的な発振器５６は、アップ・ダウン・カウンタ６２
に対する制御カウンタとして機能する。

符号変換器は、メモリに書込まれた符号化数値を、重さ
評価装置に供給されるべき１０進数値に変換する。

重さ評価装置は、デジタル表示及び／又は、評価コンピ
ュータ又はプロセス計算器用の接続端子を具備する。

第２図に示した実施例は、次のように動作する。

補償コイル２４が、印加された力Ｆによって空隙２２内
で（図面で見て）下方に偏向すると、位置指示具３６は
、この偏向を直接指示する。

即ち、該位置指示具３６は、リード線４２上に信号を発
し、その信号は増幅器４４で増幅され、リード線４８を
介してアンド・ゲート５２に供給される。

該アンド・ゲート５２の一方の入力にはリード線４８を
介して信号が印加され、同時に他方の入力にはリード線
５４を介して発振器５６からのインパルスが印加されて
いるので、アンド・ゲート５２は開放され、該インパル
スが、アップ・ダウン・カウンタ６２のアップ入力６４
に達する。

アツプ入力に達したパルスによるカウント値に依存して
、アップ・ダウン・カウンタ６２の符号化出力６８，６
９，７０，７１には、一定電流がリード線８２を介し閉
成スイッチ及び連係巻線グループ２８，２９，３０，３
２を通って流れるように、また補償コイル２４を通って
基準電流源３８の他方の極に戻るようにスイッチ７８，
７９，８０，８１の閉成を生じさせる信号が現われる。

これは、補償コイル２４に偏向に反発して作用する補償
力を発生する。

この補償力は、補償コイル２４が再びその平衡位置を占
めるまで、即ち補償が完了するまで増加する。

同時に、補償が完了するまでにアップ・ダウン・カウン
タ６２に登録された数値は、メモリに書込まれ、符号変
換器を介して評価装置に供給される。

平衡状態において、位置指示具３６は、何の信号も発生
せず、従って、アンド・ゲート５０及び同５２は閉成さ
れたままであり、それ故、周期的な発振器５６のインパ
ルスは、アップ・ダウン・カウンタに供給されない。

もしも補償過程において過補償が生じたとするならば、
位置指示具３６は、別のリード線４０上に対応する信号
を発生し、その信号は、増幅器４４及びリード線４６を
通ってアンド・ゲート５０を開放させ、発振器５６のイ
ンパルスは、該アンド・ゲート５０を通ってアップ・ダ
ウン・カウンタ６２のダウン入力６６に達し、過補償が
相殺されるまでアップ・ダウン・カウンタ６２のカウン
ト値を減少させる。

この補償プロセスは、過渡状態の減衰、終了後に終了す
る。

図示した回路はもち論、過補償をも含めて過渡現象が終
了した後にのみアップ・ダウン・カウンタ６２のカウン
ト値がメモリ及び符号変換器に供給されるようにしてあ
る。

また、図示した実施例の場合には、該スイッチ装置７２
が、所定値を越える偏向の場合により上位に位置する巻
線グループの間で、例えば１０毎のステップのようなよ
り大きなステップで切換わり、また、所定値を越えない
偏向に対しては例えば一時に一単位だけ巻数を増加又は
減少させることによって小さなステップで切換わるよう
に、該スイッチ装置７２に自動的に作用する装置を設け
ることもできる。

所望の機能（オン−オフ、選択的オフ）が信号インパル
スで制御され得るような機械式、電気式又は電子式スイ
ッチを利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る電磁平衡式力測定装置の電磁石
及び電子回路部分の構成を簡略に示すブロック回路図で
あり、機械的部分は概念的に示されている。 第２図は、本発明に係る装置の電子回路部分をより詳細
に示したブロック回路図である。 １２・・・論理部材、１４・・・基準電流源、２０・・
・磁石、２２・・・空隙、２４・・・補償コイル、２８
，２９，３０，３２・・・巻線グループ、３６・・・位
置指示具、３８・・・定電流源、４０，４２・・・２方
向出力リード線、４４・・・増幅器、４６，４８・・・
リード線、５０，５２・・・アンド・ゲート、５４・・
・リード線、５６・・・発振器、５８，６０・・・リー
ド線、６２・・・アップ・ダウン・カウンタ、６４・・
・アップ入力、６６・・・ダウン入力、７２・・・スイ
ッチ装置、７８，７９，８０，８１・・・スイッチ、８
６・・・記憶及び指示装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定電流が流されたときに各連続する巻線グループ
   のアンペア・ターンの比が所定符号形式の一連の符号値
   に対応する離散的な複数の巻線グループを軟鉄コアに巻
   回してなる電磁石２０と、力の作用下に当該電磁石２０
   に対して相対的に所定平衡位置から偏向するコイルであ
   って、当該電磁石の対向磁極面間の作動空隙に配置した
   補償コイル２４と、 偏向の存在する際にその偏向の方向を示す信号を供給す
   る位置指示具３６と、 当該位置指示具３６から供給される偏向方向指示信号に
   よりそのカウント方向を制御されるアップ・ダウン・カ
   ウンタ６２であって、該カウンタ６２に保持されるカウ
   ント値と選定巻線グループのアンペア・ターンとの間の
   一致を与えるべく直接又は電流分配器を介して間接に選
   定巻線グループを定電流源に接続させるアップ・ダウン
   ・カウンタ６２を具備する論理部材と からなり、当該補償コイル２４と当該電磁石２０のどち
   らかが可動であり、電磁石及び補償コイルの内の可動の
   ものがその所定平衡位置に復帰した際の当該アップ・ダ
   ウン・カウンタ６２の最終カウント値が力の大きさに比
   例することを特徴とする電磁補償平衡形力測定装置。 ２ 偏向の存在する際に、前記位置指示具３６が、その
   偏向の方向に依存して符号化アップ・ダウン・カウンタ
   ６２のアップ入力又はダウン入力に周期的発振器の出力
   を接続し、該アップ・ダウン・カウンタ６２の出力は特
   定符号桁と連係し、論理部材１２がスイッチ装置７２を
   含み、該スイッチ装置７２においてスイッチはそれぞれ
   箇別の巻線グループに接続し、各スイッチはアップ・ダ
   ウン・カウンタの連係符号化出力によって制御されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電磁補償
   平衡形力測定装置。 ３ 前記スイッチが、前記アップ・ダウン・カウンタ６
   ２のカウント値に依存して、連係巻線グループを定電流
   源に接続するか又は連係巻線グループをバイパスさせる
   かのどちらかに切換わる２位置選択スイッチであること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の電磁補償平
   衡形力測定装置。 ４ 前記位置指示具が２方向の出力を発生し、その各出
   力は、増幅された後に別々のアンド・ゲート５０．５２
   に接続され、各アンド・ゲートの第２入力には前記周期
   的発振器５６の出力が接続し、各アンド・ゲートの出力
   は、一方が前記アップ・ダウン・カウンタのアップ入力
   に他方がダウン入力に接続することを特徴とする特許請
   求の範囲第２項又は第３項に記載の電磁補償平衡形力測
   定装置。 ５ 巻線グループに対する前記所定符号形式が、２進符
   号（２ｎ）、ＢＣＤ符号（２０，２１， ２２２３，１
   ０×２０，１０×２１，１０×２２，１０×２３，１０
   ２×２０，・・・・・・）又は３進符号（３ｎ）である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電磁補
   償平衡形力測定装置。 ６ 前記アップ・ダウン・カウンタの出力の符号が、巻
   線グループの符号と対応することを特徴とする特許請求
   の範囲第５項に記載の電磁補償平衡形力測定装置。 ７ 前記アップ・ダウン・カウンタと前記巻線グループ
   との間に、該アップ・ダウン・カウンタの符号を該巻線
   グループの符号に適合させる符号変換器を備えることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の電磁補償平衡
   形力測定装置。 ８ 最下位桁の巻線グループが、定電流源に直接接続さ
   れた場合に適当であるよりも所定係数だけ多い巻線を具
   備し、前記定電流の一部であってこの係数の逆数に等し
   い所定量の電流が、この巻線に供給されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の電磁補償平衡形力測
   定装置。