JPS62294927A

JPS62294927A - 力測定装置

Info

Publication number: JPS62294927A
Application number: JP61139039A
Authority: JP
Inventors: Masami Yamanaka; 正美山中; Shinichi Inoue; 真一井上
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 1986-06-13
Filing date: 1986-06-13
Publication date: 1987-12-22
Also published as: GB2192992B; KR910001240B1; GB2192992A; FR2600159B1; FR2600159A1; KR880000782A; DE3719532A1; GB8713670D0; US4914611A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】３、発明の詳細な説明〈産業上の利用分野〉この発明は、力測定装置に関し、特に力測定装置の使用
温度の変化に基づく零点変動または零点変動及びスパン
変動を補正するもの【関する。

〈従来技術〉一般に、力測定装置には、印加された力に応じたアナロ
グ電気信号を生成する力検出器（例えば電気抵抗線式ロ
ードセル（以下ロードセルと称する。）や弦振動式力検
出器）と、このアナログ電気信号から不要な成分を濾波
したり、増幅したりした後に、ディジタル信号に変換す
る電気処理回路とを備えるものがある。

このような力測定装置では、その周囲の環境温度が変化
すると、ディジタル信号の零点が変動したり、スパンが
変動したりすることがある。その原因としては、例えば
力検出器にロードセルを用いている場合には、電気抵抗
線が貼着されている起歪弾性体のばね定数が温度によっ
て変化することがあげられ、同様に電気処理回路を構成
している部品の値が温度変化によって変化することもあ
げられる。

そのため、従来、力検出器や電気処理回路を構成してい
る部品に、比較的温度変化の影響を受けにくいものを用
いることがあった。さらにこれでは充分な精度が得られ
ない場合、例えばロードセルにおいて、温度によって抵
抗値が変化する感温抵抗器を起歪弾性体に貼付け、この
感温抵抗器をロードセルの励磁回路の一部に入れて、ス
パン変動や零点変動を補正することが行なわれていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかし、上記のような補正では、力測定装置に要求され
る精度が比較的緩やかな場合には充分に実用となるが、
要求精度が高い場合には実用にならないという問題点が
あった。すなわち、たとえ全く同一に構成した複数の力
測定装置においても、温度変化に基づくスパン変動や零
点変動は完全に同一にならず、ばらついている。そのた
め、個々の力測定装置の温度変化に基づく零点変動やス
パン変動を補正できる感温抵抗器をそれぞれ製造するこ
とは不可能で、どうしても各力測定装置の温度変化て基
づく零点変動やスパン変動の平均値を補正するような感
温抵抗器を製造して用いることになる。そのため、高精
度を力測定装置が要求される場合、力測定装置個有の零
点変動やスパン変動が補正されずに表われてくる。

この発明は、高精度が要求される力測定装置において温
度変化に基づく零点変動を補正することを第１の目的と
し、零点変動だけでなくスパン変動も補正することを第
２の目的とする。

く問題点を解決するだめの手段〉第１の発明は、弦振動式または電気抵抗線式ロードセル
を力検出器に用いた力測定装置において、この力測定器
に設けた温度検出手段と、無荷重状態とした上記力測定
装置をそれぞれ異なる温度状態としたときの上記力測定
装置の出力データと上記温度検出手段の温度データとを
それぞれ読込み、これら読込んだ各データを回帰分析し
て無荷重状態における上記力測定装置の出力データと温
度データとの関係式を決定する手段と、上記決定された
関係式が書込まれた記憶手段と、上記力測定装置の使用
状態において上記温度検出手段からの温度データと上記
関係式とに基づいて上記力測定装置の使用状態における
零点補正量を算出し、その零点補正量によってそのとき
の上記力測定装置の出力データの零点変動を補正する演
算手段とを具備するものである。

第２の発明は、弦振動式または電気抵抗線式ロードセル
を力検出器に用いた力測定装置において、この力測定器
に設けた温度検出手段と、無荷重状態としだ上記力測定
装置をそれぞれ異なる温度状態としたときの上記力測定
装置の出力データと上記温度検出手段の温度データとを
読込み、これら読込んだ各データを回帰分析して無荷重
状態における上記力測定装置の出力データと温度データ
との第１の関係式を決定する第１の決定手段と、上記決
定された第１の関係式が書込まれた第１の記憶手段と、
温度変ｆヒによる零点変化を補正すると共に基準となる
力を印加した状態にした上記力測定装置をそれぞれ異な
る温度状態としたときの上記力測定装置の出力データと
上記温度検出手段の温度データとをそれぞれ読込み、こ
れら読込んだ各データを回帰分析して上記出力データの
スパン変化率と温度データとの第２の関係式を決定する
第２の決定手段と、上記決定された第２の関係式が書込
まれた第２の記憶手段と、上記力測定装置の使用状態に
おいて上記温度検出手段からの温度データと第１の関係
式とに基づいて上記力測定装置の使用状態における零点
補正量を算出すると共に、上記温度データと第２の関係
式とに基づいて上記力測定装置のスパン変化率を算出し
、上記算出された零点補正量とスパン変化率とによって
そのときの上記力測定装置の出力データの零点変動とス
パン変動とを補正する演算手段とを具備するものである
。

く作用・効果〉第１の発明によれば、決定手段によって、力測定装置の
周囲温度と零点変動との関係式が得られる。従って、力
測定装置を成る温度で使用したとき、そのときの零点変
動量が演算手段てよって算出され、その算出された零点
変動量を用いて零点変動が演算手段によって補正される
。しかも、この関係式は、その力測定装置を様々な温度
状Ｂにしたとｂの温度データと力測定装置の出力データ
とて基づいて算出したものであるので、この関係式を用
いて補正すると、力測定装置個有の零点変動を完全に補
正できる。

第２の発明は、これに加えてスパン変動も同様にして前
止しているので、零点変動とスパン変動とを共て完全に
補正できる。

さらに、後述する実施例により明確となるが、決定手段
を力測定装置から着脱自在としている。

決定手段は、いったん関係式を決定した後には、力測定
装置における力測定には不要なものである。

従って、決定手段を力測定装置から着脱自在とすること
により、１台の決定手段によって多数の力測定装置の関
係式を決定でき、設備費を安価にできる。

く実　施　例〉第１の実施例の概略を第１図に示す。この第１の実施例
は、力として重量を測定するもので、さらに温度変化に
よる零点変動を補正しようとするものである。第１図に
おいて、２は力測定装置で、これに印加された（実際に
は物品の荷重）を表わすテ゛イジタル信号であるカデー
タを加減算部４に供給する。６は換算部で、力測、定装
置２に設けた嘉守橙出基８九らの淵庁信号をＡ／Ｄ変換
器１０でディジタル化して得た温度データを入力し、Ｒ
ＯＭ１２に書込まれている関係式に温度データを代入し
て、温度検出器８が検出した温度の際の零点変動量を算
出し、減算部４に供給する。減算部４は、力測定装置２
のカデータと換算部６の零点変動量とを減算して、カデ
ータの零点変動を補正し、重量表示部１４に表示する。

なお、零点変動量は必らずしも正の値に限ったものでは
なく、負の値をとることもある。従って零点変動量を絶
対値で扱う場合には、減算部４に代えて加減算部を用い
る。

ＲＯＭ１２　Ｋ書込まれている関係式は、様々な温度状
態にしたときの力測定装置２（熱論、このとき力測定装
置には風袋以外の荷重は印加されていない。）の各ディ
ジタル信号とＡ／Ｄ変換器１０の温度データをメモリ１
６にいったん記憶し、決定部１８が、これら記憶値に基
づいて関係式を決定し、ＲＯＭライタ２０によって、そ
の関係式がＲＯＭ　１２に書き込まれる。

力測定装置２は、第２図に示す力検出器２２と、第３図
に示す電気処理回路２４とからなる。これら力検出器２
２及び電気処理回路２４の詳細は、特開昭５９−１３１
１３１号公報に開示されており、公知であるので、ここ
では詳細な説明は省略するが、載台２６に物品を載荷す
ると、主弾性体２日と副弾性体３０との先端間に張設さ
れた弦３２には、載台２６上の物品の重量Ｗに比例した
張力Ｐが印加され、磁界発生体３４及び第３図の電気処
理回路２４の発振器３６から供給される電流によって、
弦３２はで振動する。ｎは高調波数、ｌは弦３２の有効長、ｒは
弦３２の単位長さ当りの質量である。この振動と同じ周
波数ｆで発振するように発振器３６が構成されており、
この発振信号をカウンタ３８が所定サイクル数カウント
している間、ゲート４０を開いて、ｆよシ高い周波数の
水晶発振器４２の発振信号を力つ／り４４でカウントし
、そのカウント値を計算器４６で演算して、物品の重量
Ｗを表わす力データを得る。

温度検出器８は、例えば第２図に示すように副弾性体３
０の基端部側に設けられている。温度検出器８の設置場
所としては、他に第２図に点線で示すような位置が考え
られる。温度検出器８の温度信号は、上述したようにＡ
／Ｄ変換されて温度データが得られる。なお、温度デー
タは、第２図のように温度検出器８を１個だけ設ける他
に、点線で示す位置にもそれぞれ温度検出器８を設け、
これら各温度検出器の温度信号の平均を求め、この平均
値をディジタル化して得てもよい。また、電気処理回路
２４内にも温度検出器８を設けて、温度データを得ても
よい。

ところで、力測定装置２には、成る基準温度において、
零点を調整しても、力データの零点が温度変化に従って
第４図に点線で示すように直線的に変化するものもある
が、同図に実線で示すように曲線的に変化するものもあ
る。また、温度と温度データとの関係も、直線的な関係
のものと曲線的な関係のものもある。従って、力測定装
置２の力データの零点変化と温度との関係が直線的であ
っても、温度検出器８に温度と温度データとの関係が曲
線的なものを用いると、力測定装置２の力データの零点
と温度データとの関係は、曲線的なものとなる。同様に
、温度検出器８に温度と温度データとの関係が直線的な
ものを用いても、力測定装置２の力データの零点変化と
温度との関係が曲線的であると、力測定装置２の力デー
タと温度データとの関係は曲線的になる。さらに、力測
定装置２の力データの零点変化と温度データとの関係が
曲線的であるうえに、温度検出器８の温度と温度データ
との関係が曲線的であると、力測定装置２の力データの
零点変化と温度データとの関係は曲線的になる。

しかも、力測定装置２の力データの零点変化と温度デー
タとの関係は、いかに力測定装置２や温度検出器８を同
じように製造しても、基本的には同じ関係があっても微
妙に異なる。例えば力測定装置２の零点変化をｙ１温度
データをＸとしたとき、基本的にはｙとＸとの間には、
ｙ　＝　ａ　ｘ　＋ｂｘ＋ａの関係があっても、ある力
測定装置２や温度検出器８．Ｌ−仙の力油１安募置２や
需庁檜出慧８にでは、ａ、ｂ、ａの値が異なってくる。

そこで、力測定装置２を基準となる温度で零点を調整し
たうえに、無荷重状態として、この力測定装置２を使用
する環境温度範囲、例えば−１Ｏ°Ｃ〜＋４０℃の範囲
のｎ個のそれぞれ異なる温度状態とし、そのときの温度
データｘＯ〜Ｘｎと力データＷＯ〜Ｗｎをメモリ１６に
書込む（第５図ステップＳｌ）。

そして、決定部７８が回帰分析プログラムてよって関係
式の係数を決定する（ステップＳ２）。ここで、上述し
たように成る力測定装置２と成る温度検出器８とを用い
た場合、力データの零点変化と温度データとの関係が、
いかなる関係式で表されるかは、既Ｋ　’ｌ’ｌＪ明し
ているので、その関係式に応じた回帰分析プログラムを
用いる。例えば、上述したようにｙ＝ａｘ　＋ｂｘ＋ａ
の関係があるとすると、複数のデータ（Ｗｏ　〜Ｗｎ　
ＸＸｏ−Ｘｎ　）にもつとも誤差が少なく一致する方法
として、次の様に解くことが知られている。

ｓ　（ｘ　ｘ　）　Ｓ　（ｘ２ｘ２）−（Ｓ　（ｘｘ２
）　）　２ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　ｎただし、このようにして得たａ、ｂ、ｃを代入した関係式ａｘ２
＋ｂｘ＋ｃをＲＯＭライタ２０がＲＯＭ１２に書き込む
（ステップＳ３）。この決定部１８、メモリ１６及びＲ
ＯＭライタ２０は、例えばマイクロコンピュータで構成
することができ、これらは、力測定装置２、Ａ／Ｄ変換
器１０、ＲＯＭ１２に対して着脱自在に設けられている
。

このようにしてＲＯＭ１２にａ　ｘ２＋ｂｘ＋ｃが書き
込まれると、通常の使用状態において、温度データが換
算部６に入力されたとき、ａｘ　＋ｂｘ＋ｃのＸに温度
データを代入して、零点変動量ｙを算出する。

以下、上述したようにして零点変動量が補正される。な
お、〜減算部４、換算部６及びＲＯＭ１２は、１台のマ
イクロコンピュータによって実現できる。

第２の実施例を第６図に示す。この実施例は、温度変化
による零点変動とスパン変動との双方を補正するもので
ある。第７図に温度変化に従って零点及びスパンが変動
する状態を幾分誇張して示す。同図では２０℃における
零点及びスパンを基準としている。同図から明らかなよ
って、温度が変化すると、零点が変化すると共にスパン
が変動する。スパンは、荷重が変化しても変動しないが
、温度が変化すると変動する。しかも、そのスパンの変
動と温度との関係は直線的である。従って、成る温度、
例えば２０°Ｃにおける零点及びスパンを基準とし、他
の温度における零点と２０°Ｃにおける零点との変動量
をｇｏｔ、他の温度におけるカデータと２０゛Ｃにおけ
るカテ゛−夕との差に対する２０’Ｃにおけるカデータ
の比率（スパンの変化率）をｒｔ、２０゛Ｃにおけるカ
データをＷＯ２他の温度における対応するカデータをＷ
とすると、Ｗ；Ｗｃ（１＋ｒｔ）十εＯｔとなり、ＷｃはＷｃ＝（Ｗ−ｇｏｔ）／（１＋　ｌ’ｔ　）＋（Ｗ−ｇ
ｏｔ　）　（１−ｒｔ　）となる。ただしｉｔ＜＜１である。従って、第１の実施
例と同様にカデータＷから零点変動量εａｔ　（第１の
実施例ではｙで表わしたもの）を減算したものを、ｒｔ
Ｋｌを加算したもので除算するか、１からｉｔを減算し
たものを乗算すれば、温度変化による零点変動及びスパ
ン変動を補正できる。なお、スパン変化率は必らずしも
正の値とは限らず負の値をとることもある。従って、ス
パン変化率を絶対値として扱う場合、正の場合には、１
を加算したもので除算するか、ｌから減算したもので乗
算するか、負の場合には逆に１から減算したもので除算
するか、１を加算したもので乗算する。

従って、第１の実施例と同様に決定部１８、メモリ１６
及びＲＯＩＪライタ２ｏを用いて、ＲＯＭ／２に零点変
動量を決定する関係式を書き込み、換算部６にて温度デ
ータを関係式に代入して、零点変動量εｏｔを算出し、
演算部２２に供給している。演算部２２は（ｖ＋−５ｏ
ｔ　）／（ｘ＋ｒｔ　）　ｉ　タｔｄ　（Ｗ−ｇｏｔ）
（１−ｒｔ）の演算を行なうものである。

また、演算部２２には温度に応じたとｔを供給できれば
よい。しかし、上述したようにスパンの変動と温度との
関係は直線的であるので、ｒｔと温度との関係は直線的
であるが、第１の実施例の処で説明したように温度検出
器８によっては、温度と温度データとの関係が曲線的な
ものがある。従って、′　　このような温度検出器８を
用いると、温度データとｒｔとの関係は曲遺的となる。

よって、零点変動の場合と同様にｒｔと温度データとの
関係式を定めて、ＲＯＭ１２ａに書き込み、温度データ
が入力されると換算部６ａによってその温度におけるｒ
ｔを算出する。

そのため、成る基準となる力を力測定装置２に印加し、
力測定装置２の使用する環境温度範囲の１個のそれぞれ
異なる温度状態（この温度状態の中には基準温度が含ま
れている。）とし、そのときの温度データｘＯ〜Ｘｎと
演算部２２の出力データＤｏ−Ｄｎをメモリ１６ａに書
き込む。ここで、演算部２２の出力データを書き込むの
は、温度変化による零点変動を補正したカデータを得る
ためである。

ただし、この場合、演算部２２のｒｔはＯとしである。

そして、決定部１８ａによって、各出力データＤｏ〜Ｄ
ｎに基づいて基準温度の際に対する他の温度の際の変化
率（ｔｏ〜γｔｎを算出しこれらＹｔｏ〜γｔｎとＸｏ
ｘＸｎとに基づいて環境温度範囲内での任意の温度にお
ける変化率を決定する関係式を得る。この関係式も、零
点変化の場合と同様に、温度データと変化率がどのよう
な形の関係式によって表わされるかは、予め判っている
ので、その関係式に応じた回帰分析プログラムを用いて
、係数を決定する。例えば、第１の実施例の零点変動と
同様にａｘ２＋ｂｘ＋ｃの関係があるとすると、同様に
して各係数ａ、ｂＸｃが決定され、決定されたａ、ｂ。

Ｃを代入した関係式ａｘ２＋ｂｘ＋ｃをＲＯＭライタ２
０ａがＲＯＭ　１２ａに書込む。第１の実施例と同様に
決定部１８．１８ｍ　、メモリ１６．１６ａ　、　　Ｒ
ＯＭライタ２０．２０ａは、マイクロコンピュータで構
成することができ、力測定装置２、Ａ／Ｄ変換器１０．
換算部６．６ａに対して直脱自在に設けられている。

通常の使用状態ておいて、温度データが換算部６．６ａ
に入力されると、換算部６はＲＯＭ１２に記憶されてい
る関係式に温度データを代入して、そのときの温度に応
じた零点補正量εｏｔを算出して、演算部２２に供給し
、換算部６ａはＲＯＭ　１２ａに記憶されている関係式
に温度データを代入して、そのときの温度に応じたスパ
ン変化率りを算出して、演算部２２に供給する。演算部
２２は、力測定装置２からのカデータＷとＥａｔとｒｔ
とによって（Ｗ−εＯ１）／（１＋Ｊｔ）ｊたけ（Ｗ−
１：０１）（１−ｒｔ）の演算を行なって、温度変化に
基づく零点変動及びスパン変動を補正する。演算部２２
、換算部６．６ａ　。

ＲＯＭ１２．１２ｍは、マイクロコンピュータで構成す
ることができる。

上記の各実施例では、力測定装置２としては、第２図及
び第３図に示すようなものを用いたが、第８図に示すよ
うにロードセル２４からのアナログ信号を増幅器２６で
増幅した後に、Ａ／Ｄ変換器２８でディジタル信号に変
換し、このディジタル信号にスパン係数を演算部３０で
乗算したものを用いてもよい。

上記の実施例では、スパン変化率Ｉｔを成る温度におけ
るカデータと基準温度におけるカデータとの差に対する
基準温度におけるカデータの比率としたが、成る温度に
おけるカデータと基準温度におけるカデータとの比率と
してもよい。その場合、演算部２２での基準温度のカグ
ータへの補正は、（＊　−ｇｏｔ　）／ｒｔ　とすれば
よい。

上記の実施例では、温度データＸと零点変動量ｙ（εｏ
ｔ）は７−ａ　ｘ２＋　ｂｘ　＋　ｃで表わされるとし
たが、他の高次方程式、例えばｙ　＝ａ　ｓ　ｂ　Ｘま
たはｙ’＝ａｘｂで表わされることもある。その場合に
用いる回帰分析プログラムは上記の実施例とは異なった
ものとなる。スパン変化率と温度データとの関係も同様
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による力測定装置の第１の実施例のブ
ロック図、第２図は同第１の実施例に用いる力検出器の
正面図、第３図は同第１の実施例に用いる電気処理回路
のブロック図、第４図は零点と温度との関係を示す図、
第５図は第１の実施例における温度データと零点変化と
の関係を定める方法を示すフローチャート、第６図は第
２の実施例のブロック図、第７図は零点とスパンとが温
度変化に従って変動する状態を示す図、第８図はこの発
明に用いることができる他の力測定装置のブロック図で
ある。２・・・力測定装置、４・・・減算部、６．６ａ・・・
換算部、８・・・温度検出器、１０・・・Ａ／Ｄ変換器
、１２．１２ａ・・・ＲＯＭ、１８．１８ａ−決定部、
１６．１６ａ　−メモリ、２０．２０ａ・・・ＲＯＭラ
イタ、２２・・・演算部。特許出願人　　大和製衡株式会社代　理　人　　清　水　　哲　ほか２名牙１図２２　図一２３図だ才５図 ′Ｘ６図 ′１′３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）弦振動式または電気抵抗線式ロードセルを力検出
器に用いた力測定装置において、この力測定器に設けた
温度検出手段と、無荷重状態とした上記力測定装置をそ
れぞれ異なる温度状態としたときの上記力測定装置の出
力データと上記温度検出手段の温度データとをそれぞれ
読込み、これら読込んだ各データを回帰分析して無荷重
状態における上記力測定装置の出力データと温度データ
との関係式を決定する手段と、上記決定された関係式が
書込まれた記憶手段と、上記力測定装置の使用状態にお
いて上記温度検出手段からの温度データと上記関係式と
に基づいて上記力測定装置の使用状態における零点補正
量を算出し、その零点補正量によつてそのときの上記力
測定装置の出力データの零点変動を補正する演算手段と
を具備する力測定装置。
（２）上記関係式を決定する手段が上記力測定装置に対
して着脱自在に設けられていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の力測定装置。
（３）弦振動式または電気抵抗線式ロードセルを力検出
器に用いた力測定装置において、この力測定器に設けた
温度検出手段と、無荷重状態とした上記力測定装置をそ
れぞれ異なる温度状態としたときの上記力測定装置の出
力データと上記温度検出手段の温度データとを読込み、
これら読込んだ各データを回帰分析して無荷重状態にお
ける上記力測定装置の出力データと温度データとの第１
の関係式を決定する第１の決定手段と、上記決定された
第１の関係式が書込まれた第１の記憶手段と、温度変化
による零点変化を補正すると共に基準となる力を印加し
た状態にした上記力測定装置をそれぞれ異なる温度状態
としたときの上記力測定装置の出力データと上記温度検
出手段の温度データとをそれぞれ読込み、これら読込ん
だ各データを回帰分析して上記出力データのスパン変化
率と温度データとの第２の関係式を決定する第２の決定
手段と、上記決定された第２の関係式が書込まれた第２
の記憶手段と、上記力測定装置の使用状態において上記
温度検出手段からの温度データと第１の関係式とに基づ
いて上記力測定装置の使用状態における零点補正量を算
出すると共に、上記温度データと第２の関係式とに基づ
いて上記力測定装置のスパン変化率を算出し、上記算出
された零点補正量とスパン変化率とによつてそのときの
上記力測定装置の出力データの零点変動とスパン変動と
を補正する演算手段とを具備する力測定装置。
（４）第１及び第２の決定手段が上記力測定装置に対し
て着脱自在に設けられていることを特徴とする特許請求
の範囲第３項記載の力測定装置。