JPS6139948Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は電子天びんに関する。

＜従来の技術＞ 電子天びん機構に用いられる永久磁石の温度係
数は一般に、200〜350PPM／℃程度の製造時に
おけるロツト間のバラツキが生ずる。そこで、電
子天びんには温度変化による天びん出力を補正す
るために温度補償回路を設ける必要がある。

第１図および第２図に従来の電子天びんの温度
補償回路を示す。第１図の補償回路はサーミスタ
等の温度センサ１１に並列接続した可変抵抗１２
と、基準電圧１３と、出力抵抗１４を設けた回路
である。また、第２図の補償回路は温度センサ２
１に直列接続した可変抵抗２２と、基準電圧２３
を設けた回路である。

これらの従来の温度補償回路においては、それ
ぞれ、可変抵抗１２もしくは２２を変化させるこ
こによつて、天びん個々の温度係数に応じた補償
が行われるよう調整される。

＜考案が解決しようとする問題点＞ 第１図に示す従来の補償回路によれば、可変抵
抗１２によつて補償量を変化させると、出力電圧
V₁も変化し、かつ温度に対してその変化量が直
線性をもたない欠点をもつている。

第２図に示す従来の補償回路では、温度に対す
る出力電圧V₂の変化は直線性をもつものの、可
変抵抗２２によつて補償量を変化させると、同様
に出力電圧V₂も変化する。

すなわち、従来の補償回路においてはいずれ
も、第３図に出力電圧と温度との関係の特性図を
示すように、可変抵抗１２あるいは２２を変化さ
せて温度係数を０〜100％まで変えると、出力が
大きく変わる。この温度係数調整により出力電圧
が大きく変化してしまうことは、その後の出力電
圧そのものを調整する必要が生じ、さらにそのた
めの調整部を設けると出力が不安定になる要因と
なつていた。

この考案は上記従来の欠点を解消して、天びん
の感度の温度補償特性の優れた電子天びんを提供
することを目的としている。

＜門題点を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための構成を、実施例に
対応する第４図および第５図を参照しつつ説明す
ると、本考案は、荷重と平衡する電磁力を発生す
るフオースコイル３および磁石４を備えた電磁力
平衡部５と、フオースコイル３への供給電流を制
御する電流制御手段（サーボアンプ６）と、その
供給電流の大きさに基づいて荷重の大きさを求め
る演算手段（演算部８）を備えた天びんにおい
て、電磁力平衡部に設置され、温度に応じて出力
電流が変化する温度センサ１０と、その温度セン
サ１０の出力電流を電圧に変換する出力抵抗Ｒ
と、その出力抵抗Ｒを介して温度センサ１０に直
列に接続される第１の基準電圧発生手段（第１の
基準電源５２）と、あらかじめ設定された所定温
度ｔにおける温度センサ１０の出力の電圧変換値
ΔＥと第１の基準電圧発生手段の出力電圧Ｅとの
和に等しい電圧Ｅ＋ΔＥを発生する第２の基準電
圧発生手段（第２の基準電源５１）と、第１およ
び第２の基準電圧発生手段の間に出力抵抗Ｒを介
して接続された可変抵抗VRとからなる温度補償
回路１１を設け、可変抵抗VRからとり出された
出力電圧Ｖを演算手段に導いて当該天びんの温度
補償に供するとともに、可変抵抗VRを変化させ
ることにより当該天びんの温度係数に応じて温度
補償回路１１の温度出力特性を調整し得るよう構
成したことによつて、特徴づげられる。

＜作用＞ あらかじめ設定された温度ｔにおいては、可変
抵抗VRの両端において電位差が生じないので、
可変抵抗VRの設定値を０〜100％まで変化させて
もその出力電圧ＶはＥ＋ΔＥで一定となる。

温度がｔから変化すると、温度センサ１０の出
力変化に基づいてA₁点での電圧が変化する。こ
の変化による可変抵抗VRの両端での電位差によ
り、可変抵抗VRの設定値に応じた傾きで、出力
電圧Ｖが温度に対して変化することになる。

ここで、出力電圧Ｖは、可変抵抗VRの設定値
および出力抵抗Ｒの大きさに基づく係数を有す
る、温度センサ１０からの出力電流ｉの一次関数
となるから、温度センサ１０の出力特性をそこな
うことなく、温度に対して直線性を有するものと
なる。

以上のことから、出力電圧Ｖと温度との関係は
第６図に示すようになり、個々の天びんの温度係
数に応じて補償量を変化させても、温度ｔの近傍
においいて出力電圧Ｖはほとんど変化せず、か
つ、温度に対する直線性もそこなうことがない。

＜実施例＞ 本考案の実施例を、以下、図面に基づいて説明
する。

第４図は本考案実施例の全体構成を示すブロツ
ク図である。

この実施例は試料載台１上の試料の荷重による
ビームの変位を変位センサ２によつて検出し、フ
オースコイル３に電流を通じて磁石４を介して上
記荷重と平衡する電磁力を発生する電磁力平衡部
５と、変位センサ２出力を導入してフオースコイ
ル３への供給電流制御を行うサーボアンプ６と、
電磁力平衡部５の出力ＦをＡ／Ｄ変換部７により
デイジタル信号化し、そのデイジタル信号出力を
演算部８を経てデイジタル表示する表示器９と、
磁石４に取付けた温度センサ１０出力を導入して
電磁力平衡部５内の温度補償を行う温度補償回路
１１からなり、温度補償回路１１の出力はＡ／Ｄ
変換部７を介して演算部８に採り込まれ、出力Ｆ
の温度補償に供される。

温度補償回路１１は、第５図にその基本的な回
路構成図を示すように、出力電圧Ｅの第１の基準
電源５２と、出力電圧Ｅ＋ΔＥの第２の基準電源
５１と、第１の第２の基準電源５２と５１との間
に接続された出力抵抗Ｒおよび可変抵抗VRとか
らなり、温度センサ１０は出力抵抗Ｒを介して第
１の基準電源５２に直列に接続される。また、温
度補償に供される出力電圧Ｖは、可変抵抗VRの
摺動子からとり出される。

温度センサ１０はセンサ用電源E₀と接続して
温度に対応して直線的に電流を出力する感温素子
であり、磁石４近傍に配置される。

第２の基準電源５１の出力電圧Ｅ＋ΔＥは、あ
らかじめ設定された温度ｔにおける温度センサ１
０の出力電流ｉ（ｔ）の出力抵抗Ｒによる電圧変
換値Ｒ×ｉ（ｔ）と、第１の基準電源５２の出力
電圧Ｅとの和に等しい値に設定されている。

次に、第５図の温度補償回路の作用について説
明する。

上述した温度ｔにおいては、可変抵抗VRの両
端の電圧はいずれもＥ＋ΔＥであつて、電位差は
生じず、従つて可変抵抗VRを変化させても出力
電圧ＶはＥ＋ΔＥで一定となる。

温度がｔから変化すると、温度センサ１０の出
力ｉの変化に基づいて、A₁点での電圧が変化す
るが、この変化によつて可変抵抗VRの両端に電
位差が生じる。この電位差によつて出力電圧Ｖは
Ｅ＋ΔＥから変化することになるが、この出力電
圧Ｖは、可変抵抗VRの設定値および出力抵抗Ｒ
の大きさによつて定まる係数を有する、出力電流
ｉの一次関数となる。

すなわち、第６図にこの温度補償回路の温度出
力特性図を示すように、可変抵抗VRの設定値を
を０〜100％まで変化させても、出力電圧Ｖは温
度ｔにおいて常にＥ＋ΔＥとなるとともに、温度
センサ１０の出力特性をそこなうことなく、温度
に対して直線的に変化することになる。

第７図は、温度補償回路１１の他の実施例を示
す回路構成図である。

この第７図の温度補償回路は電源Esに対して
二つのオペアンプ７１及び７２と、ツエナーダイ
オードD₁と、抵抗r₁によつて基準電圧E₁を発生す
る回路手段を設け、出力側に抵抗r₂，r₃と可変抵
抗VR₁を設けた回路である。ツエナーダイオード
D₁の出力電圧E₁は接合点B₃，B₄における電位と
同一であり、オペアンプ７１出力は接合点B₂に
おいて基準電圧E₁＋ΔE₁を出力する。B₁点に導
入される所定温度ｔにおける温度センサ１０出力
電流ｉの電圧変換値とE₁との和が、基準電圧E₁
＋ΔE₁と同一になるよう設定すれば、出力電圧
V₁₁は第６図のような温度特性を有するものとな
る。

さらに、第８図に示すような構成によつて温度
補償回路１１を実施することができる。

この第８図の温度補償回路は電源Esに対して
１個のオペアンプ７３と、ツエナーダイオード
D₂と、抵抗R₄によつて基準電圧E₂を発生する回
路手段を設け、出力側に抵抗R₁，R₂，R₃と可変
抵抗VR₂を設けた回路である。ツエナーダイオー
ドD₂の出力電圧E₂は接合点C₃における電圧と同
一であり、また、C₁点に導入される所定温度ｔ
における温度センサ１０出力電流ｉの電圧変換値
とE₂との和が、オペアンプ７３出力のC₂点にお
ける電圧と同一であるよう設定される。そのよう
に設定すれば、可変抵抗VR₂を０〜100％に変化
させても、出力電圧V₁₂は同様に第６図のような
特性を示す。

なお、可変抵抗VR₂は、第９図のようにダミー
抵抗R₂₁を挿入して、抵抗R₂₂により変化させるよ
うにしてもよい。

次に第８図の温度補償回路の作用について、実
際の回路設計例によつて説明する。

設計条件：R₁＝3.57KΩ、R₂＝332Ω R₃＝2KΩ、VR₂＝56KΩ （R₂₂＝20KΩ、R₂₁＝36KΩ）、 E₂＝6.99V、ｉ＝10^-6（Ａ／〓） 上記設計条件で実施した場合、温度283〓（＝
10℃）、313〓（＝40℃）に対して抵抗VR₂が０％
出力位置のときの出力電圧E₂₂、100％出力位置の
ときの出力電圧E₂₁が次のように得られた。

温度10℃：E₂₁＝8.00353〔Ｖ〕、 E₂₂＝8.0561〔Ｖ〕 温度40℃：E₂₁＝8.10375〔Ｖ〕、 E₂₂＝8.0468〔Ｖ〕 以上の測定結果から100％位置の出力電圧E₂₁に
よる温度係数α₂₁を計算すると、 α₂₁＝８．１０３７５−８．００３５３／８．００３５
３×（４０−１０）＝417PPM／℃ となり、同様に０％位置の出力電圧E₂₂による温
度係数α₂₂を求めると、α₂₂＝−38PPM／℃とな
る。また、可変抵抗R₂₂のゼロとなる点での出力
電圧E₂₃による温度係数α₂₃は次のようになる。

α₂₃＝（α₂₁−α₂₂）×Ｒ_２１／ＶＲ_２＋α₂₁ ＝255PPM／℃ このように、可変抵抗VR₂の設定値を変化させ
ることにより、温度係数417〜255PPM／℃に対
応する出力電圧を得ることができる。第１０図が
上記設計条件のもとで実施した第８図の温度補償
回路の出力電圧の温度特性図である。この第１０
図からわかるように、E₂₁＝E₂₂（＝E₂₃）となる温
度は約25℃である。さらに、可変抵抗VR₂の変化
による出力電圧の変化を求めると、10℃のとき
は、 （E₂₁−E₂₂）×R₂₁／VR₂＝−0.0338〔Ｖ〕 また、40℃のときは、 （E₂₁−E₂₂）×R₂₁／VR₂＝＋0.0366〔Ｖ〕 であるので、出力変化の幅は極めて小さい。

以上のように、この考案によれば簡単な回路構
成からなる温度償回路が温度に対して直線性を示
す出力特性をもち、かつ、あらかじめ設定された
温度の近傍において天びん感度に影響を与えるこ
となく、天びん機構の温度係数調整を行うことが
でき、感度の優れた電子天びんを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の電子天びんの温度補
償回路を示す回路構成図である。第３図は上記従
来例の温度出力特性図である。第４図は本考案実
施例の全体構成を示すブロツク図である。第５
図、第７図及び第８図は上記実施例の温度補償回
路１１の回路構成の例を示す図である。第６図は
上記各実施例の温度補償回路１１の作用を示す温
度出力特性図である。第９図は温度補償回路１１
の可変抵抗の他の構成を示す部分回路図である。
第１０図は第８図の温度補償回路の実際の設計例
に基づく温度出力特性図である。 １……試料載台、２……変位センサ、３……フ
オースコイル、５……電磁力平衡部、４……磁
石、７……Ａ／Ｄ変換器、８……演算部、９……
表示器、１０……温度センサ、１１……温度補償
回路、VR……可変抵抗、Ｒ……出力抵抗、５２
……第１の基準電源、５１……第２の基準電源。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 荷重と平衡する電磁力を発生するフオースコイ
   ル及び磁石を備えた電磁力平衡部と、上記フオー
   スコイルへの供給電流を制御する電流制御手段
   と、上記供給電流の大きさに基づいて上記荷重の
   大きさを求める演算手段を備えた天びんにおい
   て、上記電磁力平衡部に設置され、温度に応じて
   出力電流が変化する温度センサと、その温度セン
   サの出力電流を電圧に変換する出力抵抗と、その
   出力抵抗を介して上記温度センサに直列に接続さ
   れる第１の基準電圧発生手段と、あらかじめ設定
   された所定温度における上記温度センサ出力の電
   圧変換値と上記第１の基準電圧発生手段の出力電
   圧の和に等しい電圧を発生する第２の基準電圧発
   生手段と、上記第１および第２の基準電圧発生手
   段の間に上記出力抵抗を介して接続された可変抵
   抗とからなる温度補償回路を設け、上記可変抵抗
   からとり出された出力電圧を上記演算手段に導い
   て当該天びんの温度補償に供するとともに、上記
   可変抵抗を変化させることにより当該天びんの温
   度係数に応じて上記温度補償回路の温度出力特性
   を調整し得るよう構成したことを特徴とする、電
   子天びん。