JPS6034059B2 - 電子式重量測定装置 - Google Patents

電子式重量測定装置

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JPS6034059B2
JPS6034059B2 JP54059489A JP5948979A JPS6034059B2 JP S6034059 B2 JPS6034059 B2 JP S6034059B2 JP 54059489 A JP54059489 A JP 54059489A JP 5948979 A JP5948979 A JP 5948979A JP S6034059 B2 JPS6034059 B2 JP S6034059B2
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    • G01G3/142Circuits specially adapted therefor
    • G01G3/147Circuits specially adapted therefor involving digital counting
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はロードセル出力をゼロ点設定回路出力で滅極
性処理し、その滅樋性処理された出力を正・負両極性の
入力に対して動作可能な2重積分形A/D変換器でA/
D変換するようにした電子式重量測定装置に関する。
従来、ロードセルを使用した電子式重量測定装置として
は荷重に対応して得られるロードセル出力をそのままA
/D変換器に入力して荷重に対応したディジタル信号を
得るようにしたものが知られている。
しかしこのようなものに使用されるA/D変換器は単極
性の入力に対して動作するタイプであり、使用するロー
ドセルの最大荷重時の最大出力に対して充分余裕をもっ
てA/D変換動作できるようその入力−出力特性をもつ
ものを使用しなければならず、ロードセルとして比較的
大きな出力をもつものを使用したときにはA/D変換器
としてはそれだけ許容入力の大きなものが必要となり高
価なものを使用しなければならない問題があった。
このため例えばロードセル出力とは逆極性の出力を発生
するゼロ点設定回路を設けてそのゼロ点設定回路出力と
ロードセル出力とを滅極性加算処理し、又A/D変換器
として入力部に基準電圧発生器を含み、正・負両極性の
入力に対してA/D変換動作する2重積分形のものを使
用し、例えばロードセル出力を無荷重(ロードセルが装
置に組込まれた状態での無荷重)時にゼロレベル、最大
定格荷重時に−VLm松になるように設定し、かつその
ロードセル出力をゼロ点設定回路出力で減極性処理して
0〜一VLmaxから例えば略1′2VLmax〜略一
1/2VLmaxに変化させ、その変化させた出力レベ
ルをA/○変換器でA/D変換動作させるものが考えら
れる。
すなわちこうすることによってA/D変換器としては単
極性について見れば1/2VLmaxの入力に充分余裕
をもつものを使用すれば良いことになり、両極性動作さ
せるために基準電圧発生器を新たに設なければならない
が許容入力が従釆の略半分で済むことになり、A/D変
換器としては比較的安価になる効果がある。ところでこ
のような正・負両極性の入力に対してA/D変換動作す
る2重積分形のA/D変換器を使用して装置アルコール
を構成する場合感度調整回路を設けて基準電圧発生器か
ら発生される基準電圧レベルを可変し、A/D変換動作
の感度を調整することが必要となる。
すなわち例えば無荷重にA/D変換器出力が20,00
0カウント、最大荷重時にA/○変換器出力が−20,
000カウントになるように設定したいとき1こは先ず
無荷重にしてゼロ点設定回路出力を調整して20,00
0カウントを設定し、次に最大荷重にして感度調整回路
出力を調整して−20,000カウントを設定し、無荷
重時と最大荷重時とで40,000カウントの差が得ら
れるようにしている。しかしこのようなものにおいては
ゼロ点設定回路と感度調整回路とを全く独立して構成す
ると感度調整回路でA/D変換器の感度調整を行なった
A/D変換器の感度がゼロ点調整を行なった時点とは変
化しているにもかかわらず無荷重時におけるA/D変換
器への入力レベルはゼロ点設定回路で固定されて変化し
ないから感度調整後において無荷重時におけるA/D変
換器のカウント出力が変化してしまい、このためゼロ点
設定回路と感度調整回路を何回も交互に調整して無荷重
時と最大荷重時との40,000カウントの差が得られ
るようにしなければならす調整がきわめて面倒となる問
題がある。
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、ロードセル出力を滅極性加算処理し、かつ正・
負両極性の入力に対してA/D変換動作する2重積分形
A/D変換器でA/D変換処理して荷重をディジタル量
で測定するものにおいて調整を容易に行なうことができ
る電子式重量測定装置を提供することを目的とする。
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図において1はバッテリ、2は抵坑体3と4及び5
と6を対向辺としてブリッジ状に配設してなるロードセ
ル、7は演算増幅器8,9,10からなる基準電圧用電
源である。前記ロードセル2は抵坑体3と6との接続点
をバツテリ1の正極電子に接続し、抵坑体4と5との接
続点を上記バッテリ1の負極端子に接続している。前記
基準電圧用電源7は演算増幅器8の出力端子を自己の反
転入力端子(一)に接続するとともに抵坑11を介して
演算増幅器10の反転入力端子(一)に接続し、演算増
幅器9の出力端子を自己の反転入力端子(一)に接続す
るとともに抵坑12を介して上記演算増幅器10の非反
転入力端子(十)に接続している。又演算増幅器10の
反転入力端子(一)と出力端子との間に抵坑13を接続
し、かつ上記演算増幅器10の非反転入力端子(十)と
接地との間に抵坑14を接続している。そして前記演算
増幅器9の非反転入力端子(十)を前記バッテリーの正
極端子に接続し、前記演算増幅器8の非反転入力様子(
十)を上記バッテリ1の負極端子に接続している。前記
基準電圧用電源7の出力端子、すなわち演算増幅器10
の出力端子と接地間には感度調整回路15を接続してい
る。この感度調整回路15はポテンシオメータ16の両
端にそれぞれ抵坑17,18を直列に接続して構成され
ている。前記ロードセル2は定格荷重をFn、負荷荷重
をF、感度をK、バッテリーの電圧をVEとすると抵坑
3,5の接続点a、抵坑4,6の接続点b間に−vL=
−寺・K・vE ・‐‐・‐‐【11なる電圧を出
力するようにしている。
前記基準電圧用電源7は抵坑11,12をR,オーム、
抵坑13,14をR2オームとすると出力端子と接地間
にVD=亀・VE……■ なる電圧を出力するようにしている。
19は高インピーダンス回路としての演算増幅器20と
、この増幅器20の出力端子と接地間に抵坑21、ボテ
ンシオメータ22、抵坑24の直列回路を接続してなる
ゼロ点設定回路で、このゼロ点設定回路19は演算増幅
器20の非反転入力端子(十)を前記感度調整回路15
のポテンシオメータ16の可動端子に接続するとともに
ポテンシオメータ22の可動端子を前記ロードセル2の
接続点bに接続している。
なお、前記演算増幅器20の反転入力端子(一)をその
出力端子に接続している。前記感度調整回路15は抵抗
17,18をそれぞれR3,R4オーム、ポテンシオメ
ータ16をVR,オーム、ポテンシオメータ16の可動
端子から抵抗18側端の抵坑値をVR,′オームとする
とその出力端子であるポテンシオメータ16の可動端子
と接地間にR4十VR,′ Vr=Vo・R3十R4十VR, =貴‐寿渋当崇.‐VE ‐‐‐‐‐‐‘31なる基
準電圧を出力するようにしている。
前記ゼロ点設定回路19は抵坑21,23をそれぞれR
5,R6オーム、ポテンシオメータ22をVR2オーム
、ポテンシオメータ22の可動端子から抵坑23側の抵
抗値をVR2′オームとし、かつ演算増幅器20の利得
を1とするとその出力端子であるポテンシオメータ22
の可動端子と接地間にR6十VR2′ v2=Vr・R5十R6十VR2 R6十VR2′ R2 ・R5十R6十VR2・耳 R至羊毛手当半R.‐VE ‐‐‐‐‐仏’なる電
圧を出力するようにしている。
24は演算増幅器25を設けてなる前層増幅器で、この
増幅器24は演算増幅器25の出力端子と接地間に抵坑
26,27を直列に後続するとともに抵坑28を介して
コンデンサ29を接続している。
又演算増幅器25の非反転入力端子(十)を前記ロード
セル2の接続点aに接続し、反転入力端子(一)を前記
抵坑26,27の接続点に接続している。前記前置増幅
器24の入力端子である演算増幅器25の非反転入力端
子(十)と接地間には‘1’式と‘2}式との加算電圧
すなわちVin=(一VL)+V2 ……
【51なる電圧が印加されるようになっている。
そしてこの前暦増幅器24は抵坑26,27をそれぞれ
R7,R8オームとするとVinを増幅してV肌=(・
十隻)‐(−VL+V2)‐‐‐‐‐‐{61なる電圧
を出力するようにしている。30は基準電圧発生器31
、演算増幅器32、積分器33、コンパレータ34、ゼ
ロレベル検出器35、極性検出器36、クロックパルス
発生器37、メインカウンタ38、ステップカウンタ3
9、ラッチ回路4川こよって形成される2重積分形A/
D変換器で、このA/D変換器30は上記基準電圧発生
器31を入力部に設けている。
前記基準電圧発生器31は4つのアナログスイッチ41
,42,43,44でブリッジ回路を形成し、スイッチ
41と43の接続点とスイッチ42と44の接続点との
間にコンデンサ45を接続し、かつスイッチ41と44
の接続点を前記感度調整回路15のポテンシオメータ1
6の可動端子に接続するとともにスイッチ42と43の
接続点を接地している。そして前記前層増幅器24出力
端子をアナログスイッチ46を介して前記アナログスイ
ッチ42と44の接続点に接続している。前記演算増幅
器32はその反転入力端子(一)を出力端子に接続する
とともにその非反転入力端子(十)を前記基準電圧発生
器31のアナログスイッチ41と43の接続点に接続し
ている。前記積分器33は演算増幅器47とこの増幅器
47の反転入力端子(一)と出力端子との間に接続され
たコンデンサ48とで形成され、上記増幅器47の反転
入力端子(一)を抵抗49を介して前記演算増幅器32
の出力端子に接続するとともに上記増幅器47の非反転
入力端子(十)をコンデンサ50を介して接地している
。前記コンパレータ34はその反転入力端子(一)を前
記積分器33の出力端子に接続するとともにその非反転
入力端子(十)を接地している。そして前記コンパレー
夕34の出力端子をアナログスイッチ51を介して前記
積分器33の演算増幅器47の非反転入力端子(十)に
接続し負帰還ループを形成している。前記ゼロレベル検
出器35は前記コンパレ÷夕34出力のゼロレベルを検
出し、/・ィレベルな検出信号を2入力アンドゲート5
2の一方の入力端子に供給するようにしている。前言己
アンドゲート52の他方の入力端子には前記ステップカ
ウンタ39からステツプ信号P3が入力されるようにな
っている。このアンドゲート52の出力は前記ラツチ回
路40に供給されそのラッチ回路40をラッチ動作させ
るようにしている。前記極性検出器36は前記コンパレ
ータ34出力によってこのA/D変換器30に入力され
る前記前暦増幅器24出力の樋性を検出するもので、上
記前直増幅器24出力V側が正極性のときにはローレベ
ルな信号を出力し、かつ上記前層増幅器24出力V。u
tが負極性のときにはハイレベルな信号を出力するよう
にしている。前記極性検出器36はその出力信号を2入
力アンドゲート54の一方の入力端子に供給するととも
にィンバー夕55を介してアンドゲート53の一方の入
力端子に供給するようにしている。前記アンドゲート5
3,54の他方の入力端子には前記ステップカウンタ3
9からステップ信号P3がそれぞれ入力されるようにな
っている。そして前記アンドゲート53出力で前記アナ
ログスイッチ43を閉成駆動し、かつ前記ァンドゲート
54出力で前記アナログスイッチ44を閉成駆動するよ
うにしている。前記メインカウンタ38は前記クロック
パルス発生器37から出力される周波数fのクロックパ
ルスをカウントし、そのカウント値をラツチ回路40を
介してマイクロプロセッサ56に伝達するようにしてい
る。又このメインカウンタ38はカウント値がフルカウ
ント値になったときにはリセットして再カウントするよ
うにしている。前記ステップカウンタ39は前記メイン
カゥンタ38のカウント値を検知し、そのメインカウン
タ38のカウント値がリセットされてゼロになったとき
ステップ信号P3の出力を停止してステップ信号P,を
出力し、第1のカウント値になったときステップ信号P
,の出力を停止してステップ信号P2を出力し、かつ上
言己第1のカウント値よりも大きな第2のカウント値に
なったときステップ信号P2の出力を停止してステップ
信号P3を出力するようにしている。そして前記ステッ
プカウンタ39はステップ信号P,で前記アナログスイ
ッチ41,42,51をそれぞれ直接に閉成駆動し、ス
テップ信号P2で前記アナログスイッチ46を閉成駆動
するようにしている。前記メインカウンタ38は又前記
ステップカウンタ39がステップ信号P3を出力する第
2のカウント値になったとき前記極性検出器36の動作
を開始させるようにしている。前記ラッチ回路40は前
記アンドゲート52出力に応動して前記メインカゥンタ
28のカウント値をラッチして一時記憶するようにして
いる。前記マイクロプロセッサ56には又前記極性検出
器36から極性判別情製が伝達されるようになっている
。前記A/D変換器3川まステップカゥンタ39がステ
ップ信号P,を出力するタイミングでアナ。グスィッチ
41,42,51を閉成し、コンンテンサ45及び50
‘こ前記感度調整回路15出力Vrを記憶するようにし
ている。この場合コンデンサ45には図示極性にVrが
充電されることになる。又積分器33はアナログスイッ
チ51の閉成によって負帰還ループが形成されコンデン
サ5川こ図示極性にVrが充電されて演算増幅器47へ
の差動入力電圧が常にゼロとなるように作用するので積
分動作は禁止される。この動作はステップカウンタ39
がステップ信号P,を出力している例えばT,期間行な
われている。続いてステップカウンタ39がステップ信
号P2を出力するタイミングでアナログスイッチ46が
閉成し、アナログスイッチ41,42,51が開放する
。この状態では前記前瞳増幅器24出力V。utが基準
電圧発生器31に入力される。今、演算増幅器32の利
得を“1”に設定しておけばこの動作によって演算増幅
器32の出力電圧はV。ut十Vrとなり、これが積分
器33の演算増幅器47の反転入力端子(一)に印加さ
れる。一方演算増幅器47の非反転入力端子(十)には
コンデンサ5川こよってVrが印加されているので、積
分器33は結局前眉増幅器24の出力V。utを積分す
ることになる。この積分動作はステップカウンタ39が
ステップ信号P2を出力している例えばT2期間行なわ
れる。さらにステップカウンタ39がステップ信号P3
を出力するタイミングでアナログスイッチ46が関成し
、かつ極性検出器36が動作し、コンパレータ34出力
を検知して前置増幅器24の出力V。utの極性を判別
する。すなわちV側は前記第6式の関係にあるから、ゼ
ロ点設定電圧Vzよりもロードセル2出力の絶対値l−
Vしlが大きければ負極性が判別され、かつVzよりも
l−Vしlが4・さげれば正極性が判別される。そして
判別した内容が負極性であれば極性検出器36から/・
ィレベルな信号が出力されアンドゲート54出力によっ
てアナログスイッチ44が閉成され、又正極性であれば
極性検出器36からローレベルな信号が出力されアンド
ゲート53出力によってァナoグスィッチ43が開成ご
れるようになる。これによって積分器33には負極性の
ときにはVrが印加され正極性のときには−Vrが印加
され積分器33はいずれの極性を積分してもその積分出
力Voをゼロレベルにする方向に変化する。そして積分
器33出力Voがゼロレベルになるとゼロレベル検出器
35がそれを検出してラッチ回路40を動作しそのラッ
チ回路401こそのときのメインカゥンタ38のカウン
ト値を記憶させる。今、ステップ信号P,が出力される
時刻t,〜t2までの期間をT,、ステップ信号P2が
出力される時刻t2〜らまでの期間をT2、ステップ信
号P3が出力されてから積分器出力がゼロレベルになる
までの時刻ら〜t4までの期間をT3とすれば積分器3
3の積分動作は正極曲こついては第2図のaのグラフで
示され、負極性については第2図のbのグラフで示され
る。そして抵抗49をR,oオーム、コンデンサ48を
C4フアラツドとすれば期間T2における積分器出力V
o,は、 ※VM=−ミノモ享
美学‐dt ‐‐‐‐‐‐‘71となり、又期間
Lにおける積分器出力V。2は、V。
2=−まJさま茸r‐dt .・‐.・・【8}と
なるから期間L〜T3にわたる積分器出力VoはV。
=Vの十V。2=−さ唯鍔.dt 十字Jf全美点‐dt=。
……■となる。
そして期間T2は予め設定されるので期間Lは上記‘9
ー式からT3=等t‐T2 ‐‐‐‐
‐‐【10となり前層増幅器25出力V肌との関係式と
して求められる。
又期間耳r2,T3におけるメインカウンタ38のカウ
ント値Ns,NRはそれぞれNs=L×f,NR=T3
×fとなる。従って上記‘10式よりNRはNRこ等・
NS .・・.・・(11)となる。
そしてこの(11)式は前記【1},【3},{3},
【6ー式からとなる。
この(12)式の関係をグラフで示せば第3図に示すよ
うになり、(12)式の1項目は直線PQの傾きを示し
、かつ第2項目はF=0のときのゼロ点Pを示している
。なお、ここでのF=0.はロードセル2が単体のとき
の無荷重を示すのではなくロードセル2が装置に組込ま
れ、したがって実際には物体を戦置する台等の荷重がか
かっている状態を示している。したがって本来ロードセ
ル2の出力はゼロレベルにはならないが、これは例えば
ロードセル中に補正用抵抗を組込むかあるいは外部から
補正用電圧を印加させる等して実質的にロードセル2の
出力がゼロになるようにしている。このような構成であ
ればメインカウンタ38の期間T3におけるカウント値
NRからロードセル2にかかる荷重を求めることができ
る。
この演算はマイクロプロセッサ56で行なわれ表示器5
7にて表示されるようになる。そして上記(12)式は
感度調整回路15にてポテンシオメータを調整するとV
R,′が変化して直線PQの懐きが変化してもそれによ
ってゼロ点のカウント値が変化しないことを示している
。すなわち感度調整回路15出力を調整するとその調整
した割合でゼロ点設定回路19出力が変化するから、ゼ
ロ点設定回路19出力は常にA/D変換器30の感度に
対応することになる。これは例えばF=0のときカウン
ト値NRが20,000カウントになるようにゼロ点設
定回路19出力を調整し、次にfl=Fnにして例えば
カウント値NRが−19,900カウントになった場合
に感度調整回路15出力を調整してNR=−20,00
0カウントにしてもF=0のときのNR=20,000
カウントはほとんど変化しないことになる。したがって
ゼロ点設定回路19と感度調整回路15を交互に何回も
調整してF=0のときとF=Fnのときのカウント差4
0,000カウントを得るような操作は無くなり、1回
か2回程度の調整操作で40,000カウントを容易に
設定することができる。次にこの発明の他の実施例を図
面を参照して説明する。
なお、この実施例は要部についてのみ説明し、かつ前記
実施例と同一部分については同一符号を付して詳細な説
明を省略する。これは第4図に示すように前置増幅器2
4にさらに演算増幅器58を設け、その増幅器58の非
反転入力端子(十)をゼロ点設定回路19のポテンシオ
メータ22の可動端子に接続するとともに反転入力端子
(一)を出力端子に俵続し、かつ上記出力端子を抵抗2
7,26を介して演算増幅器25の出力端子に接続して
いる。
そしてロードセル2のb点を接地するとともに抵抗27
を非接地したものである。このものにおいては前直増幅
器24の出力V。
utは〉他:(・十受)‐Vし−受‐V2 −&.(vL−v2)十VL 一R8 となるがこの場合も前記実施例と同様の効果が得られる
ものである。
なお、この場合はVLとV2の極性が前記実施例と逆に
なっているがこれは第3図におけるP,Q点位置が反転
するのみで動作上は問題がない。このようにゼロ点設定
回路19の出力とロードセル2のゼロ点設定回路との減
極性加算を前鷹増幅器24の入力部で行なわせても前記
実施例と同様の効果が得られるものである。
以上詳述したようにこの発明によれば基準電圧用電源に
接続された感度調整回路出力を2重積分形A/D変換器
の入力部に設けられた基準電圧発生器に供給するととも
に高インピーダンス回路を含むゼロ点設定回路に供孫旨
し、上記ゼロ点設定回路出力と無荷重時に出力レベルが
略ゼロボルトとなるように設定されたロードセル出力と
の減極性加算電圧を前置増幅器で増幅して上記A/D変
換器に供給するようにし、上記A/D変換器で上記前鷹
増幅器から入力される正又は負の極性をもつ電圧を積分
処理してディジタルなカウント信号を出力するようにし
ているので、定格荷重に対してある定められたカウント
数が得られるようにするための調整が容易にできる電子
式重量測定装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図はこの発明の実施例を示すもので、第1
図は回路構成図、第2図は積分器の動作特性を示すグラ
フでaは入力電圧が正のときのグラフ、bは入力電圧が
負のときのグラフ、第3図はA/D変換器の動作特性を
示すグラフ、第4図はこの発明の他の実施例を示す部分
回路構成図である。 1……バッテリ、2……ロードセル、7……基準電圧用
電源、15・・・・・・感度調整回路、16・・・ポテ
ンシオメータ、19・・・・・・ゼ。 点設定回路,20・・…・演算増幅器、22・・・・・
・ポテンシオメータ、24・・・・…・・前瞳増幅器、
30・・・・・・2重積分形A/D変換器、31・・・
・・・基準電圧発生器、33…・・・積分器。図 船 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 荷重に応じて電圧信号を出力し、かつ無荷重時に出
    力レベルが略ゼロボルトとなるように設定されたロード
    セルと、基準電圧用電源と、この電源に接続さた基準電
    圧発生器と、この基準電圧発生器と上記電源との間に介
    挿された感度調整回路と、上記基準電圧発生器を入力部
    に含み、正・負両極性の入力に対してA/D変換動作す
    る2重積分形A/D変換器と、上記感度調整回路出力を
    高インピーダンス回路を介して取出し、ゼロ点設定電圧
    を出力するゼロ点設定回路と、このゼロ点設定回路出力
    と上記ロードセル出力との減極性加算電圧を増幅し、そ
    の増幅出力を上記A/D変換器に供給する前置増幅器と
    を具備し、前記A/D変換器は前記前置増幅器から入力
    される正又負の極性をもつ電圧を積分処理してデイジタ
    ルなカウント信号を出力するようにしたことを特徴とす
    る電子式重量測定装置。 2 ゼロ点設定回路出力とロードセル出力との減極性加
    算を上記ロードセル部にて行なうようにしたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の電子式重量測定装置
    。 3 ゼロ点設定回路出力とロードセル出力との減極性加
    算を前置増幅器の入力部で行なうようにしたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の電子式重量測定装置
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