JPS6314885B2

JPS6314885B2 -

Info

Publication number: JPS6314885B2
Application number: JP18711482A
Authority: JP
Inventors: Yoshibumi Hara
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-10-25
Filing date: 1982-10-25
Publication date: 1988-04-02
Also published as: JPS5977318A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はロードセルのような荷重変換器を使用
したはかりにおいて、クリープ現象によつて生ず
る誤差を自動的に補正し正しい表示を行なう電子
式のクリープが自動補正されるはかりに関する。

従来例の構成とその問題点鉄、アルミなどを起歪体とし、この起歪体に荷
重を加えた時生ずる歪量に比例する電気信号を発
生するようにしたロードセルにおいては、加えた
荷重と荷重を加えている時間に依存するクリープ
と呼ばれる出力変動が生ずるため正確な荷重検出
を行なう上で障害となつていた。第１図は一般的
なロードセルを使つたはかりの基本構造図で、１
はロードセル、２は計量皿、３は被計量物であ
る。第２図は特公昭57−5295号公報、特公昭57−
10365号公報などで公知のデジタル表示はかりの
電気回路のブロツク図を示す。基準電源４でロー
ドセル１に電圧を加え直流増幅器５によりロード
セル１の出力を増幅する。６は直流増幅器５の出
力をデジタル量に変換するためのＡ―Ｄ変換器
で、７はゼロ・トラキング回路で、被計量物が存
在しない時、零点の変動を自動的に補正し記憶
し、被計量物がロードセル１に載置された時発生
する重量に対応したＡ―Ｄ変換器６のデジタル値
から零点変動値を減算し、この値をデジタル表示
器８へ出力し、正しい重量値をデジタル表示する
ものである。

第３図は、前記被計量物を時刻t₀にはかりに載
せ、時刻t₃で降ろした場合のクリープによる出力
変動を示す図である。被計量物３が載置される
と、ロードセル１のクリープ現象により、時間の
経過とともに除々に出力が増加して、みかけ上の
荷重が増加したことになる。時刻t₃に被計量物が
降ろされると除々にクリープが回復しやがて元の
零点まで戻ることを示している。さて、従来の発
明においては、温度ドリフトあるいは計量皿など
の風袋によるクリープ現象のため生ずる零点付近
の微小出力変化を補正するための方法を明示して
いる。しかし、被計量物の荷重が定格荷重に近い
ほど大きいと第３図のようなクリープにより発生
した見かけ上の荷重の誤差ΔWは、そのはかりの
最小単位を超す程大きくなる。このため従来例で
は、被計量物を載置後、一定時間が経過すると表
示にわずか誤差を生じ、被計量物を降した直後、
しばらくの間、零に戻らないという問題が発生す
るため、クリープの少ないロードセルを使用する
必要があり高価となつていた。特に荷重定格が数
Kg以下の小さなロードセルにおいてこのクリープ
現象による誤差の割合が大きく、ロードセルの製
作が難しかつた。

発明の目的本発明は上記欠点に鑑み、ロードセルのクリー
プにより発生する荷重印加後の出力変動を自動的
に補正し、高価なロードセルを使用することな
く、正確な計量が行なうことのできるクリープが
自動補正されるはかりを提供するものである。

発明の構成本発明は、ロードセルと、ロードセルからの電
気信号をアナログ・デジタル変換するＡ―Ｄ変換
器と、マイクロコンピユータおよび、表示器とタ
イマーとで構成され、マイクロコンピユータの記
憶回路に、現在の被計量物の重量Ｗとそれが計量
されるひとつ前の重量値Ｍと、クリープによるロ
ードセルの電気信号の変動量と変動量が発生する
までの時間の関係を複数の数表としてあらかじめ
記憶しておき、マイクロコンピユータがこの数表
を使用して、前記ＷとＭの値を基に、今後発生す
るクリープによる誤差を算出して、クリープによ
り現実に誤差が発生するタイミングに合せて、重
量表示の値を補正するようにしたクリープが自動
補正されるはかりであり、クリープの非常に少な
い特殊なロードセルを使用せず、高精度かつ安価
なはかりを実現することができる。

実施例の説明以下本発明の一実施例について、図面を参照し
ながら説明する。第３図において、被計量物を載
せた時t₁〜t₃の間のクリープ現象によつて発生し
た誤差ΔWの値はロードセルの被計量物の重量Ｗ
と時間ｔの関数で表わすことができる。即ち、 ΔW＝₁（Ｗ、ｔ） ……(1) となり、実施例のロードセルでは被計量物重量Ｗ
をパラメータとして時間ｔに対するΔWの変化を
図に表わすと第４図のような特性をもつている。
同様に被計量物を降ろした後のクリープ回復の場
合は第５図のようになり、同様に時間と重量の関
数は、 ΔW＝₂（Ｗ、ｔ） ……(2) と表わすことができる。一方、２つの被計量物が
あり、その重量値がW₁，W₂で、その関係はW₁
＜W₂とする。時刻t_aでW₁を載せ、時刻t_bにてW₁
とW₂を入替えて載せ、時刻t_cにて再びW₂とW₁を
入替えて載せ、時刻t_dでW₁を降してはかりの上
に何もないようにした時のクリープによる誤差
ΔWの変化を第６図に示す。時刻t_bとt_dにおいて
はかりに載つている重量値はW₁で同じであるに
もかかわらず、ΔWの値が違つている。これはク
リープ現象にヒステリシスがあることを示してい
る。即ち、現在の被計量物の重量をＷ、それが載
せられる前の被計量物の重量をＭとし、現時点で
発生しているクリープの誤差をΔMとすると一般
的に今後発生するクリープの誤差ΔWは ΔW＝ΔM―（Ｗ、Ｍ、ｔ） ……(3) と表される。

実施例はこのようなクリープによる誤差ΔWを
マイクロコンピユータを使用し、現在の被計量物
の重量Ｗ、被計量物を載せる前の被計量物の重量
Ｍと時間ｔとから求め、はかりの表示を補正する
もので、第７図は本発明の一実施例のクリープ補
正付はかりのクリープ補正に関する部分の回路ブ
ロツク図である。第７図において番号が１，４，
５，６，８で示される物は第２図と同じ物であ
る。ただしＡ―Ｄ変換器６は表示の最小単位の５
倍の分解能をもつている。９は書込み可能な読出
専用メモリ（以下PROMと略す）やランダム・
アクセス・メモリ（以下RAMと略す）および入
出力インターフエイス回路を備えたマイクロコン
ピユータ（以下マイコンと略す）、１０は一定周
期で発振するクロツクパルス発生器で、マイコン
９はこのクロツクパルスを計数することにより任
意の時点からの時間を測定することができる。
今、はかりの定格を１Kgとし、最小単位が0.5gで
あるとすれば、表示器８は正しい重量がたとえば
600.2gなら切下げて600.0と表示し、600.3gならば
切上げて600.5と表示するようにマイコン９で制
御される。はかりの誤差として、表示の最小単位
ひとつ分の変動は許されるので、これらの場合
600.0あるいは600.5のどちらを表示してもさしつ
かえない。さて、正しい重量値が600.3gの時にク
リープにより0.4gのみかけ上の重量増分があつた
場合を考えると600.7となり理論的には必ず600.5
と表示されるはずであるが、Ａ―Ｄ変換器６の量
子化時の誤差または、はかりの微振動による外乱
のため601.0と表示される可能性がある。すると、
前記の600.0と表示された場合と比べると最小単
位の２倍の1.0の範囲で変動することになり、は
かりとしての仕様が満足できないためクリープに
よる誤差ΔWが0.3g以上ならば、少なくとも0.3g
ごとに補正する必要がある。前述のようにこの誤
差ΔWは式(3)で表わされる。その関数の形と定数
は不明なので実験によりＷとＭをパラメータとし
て時間ｔに対するΔWの変化を測定し、その結果
から算出する必要がある。しかし、パラメータの
数が多いので、その定数および関数の形を決定す
ることは非常にむつかしく、厳密な近似式はＷあ
るいはＭをいくつかの範囲に限定した多数の式と
なる。したがつて式(3)を利用する方法は非常な労
力が必要である。ところで、クリープの誤差ΔW
の補正は、上記のごとく0.3gきざみで行なえばよ
いので厳密な近似式をつくる必要はない。

そこで、この誤差ΔWの算出を簡単にするた
め、被計量物を載せ、ΔWが飽和した時、その値
が０〜0.15gの範囲となる被計量物の重量範囲、
0.16〜0.45gとなる範囲、0.46〜0.75gとなる範囲
の３つに分ける。（実施例では最大重量1050gの
時でもクリープの誤差ΔWは0.75g以下である。）
この３つの範囲のうちΔWが０〜0.15gの範囲の
ものはあえて補正する必要がないので残りの範囲
の中から被計量物の重量Ｗの代表値としてクリー
プの飽和時のΔWが約0.3gおよび約0.6gを示す値
を選ぶ。この値は実施例では、第４図のように
650g、930gとなつた。次にこれら代表値をパラ
メータとしてΔWの値が0.1gきざみに増加するご
との時間t₁′〜t₆′を測定する。第５図、第６図の
場合にも同様に前記現在の被計量物の重量Ｗとそ
の前の被計量物の重量Ｍの値として650gと930g
の場合の時間を測定し、第８図のような数表を作
成する。そしてこの数表をマイコン９のPROM
に記憶させておく。任意のＷおよびＭに対し、マ
イコン９は、クリープの誤差ΔWが0.1gきざみに
変わるに要する時間をこの数表から探すようプロ
グラムされている。このような数表はＭおよびＷ
をそれぞれ０〜420g、420〜820g、820〜1050gの
３つに分け、これらの組み合わせでＭおよびＷが
同一のものを除き計６種類PROMに格納されて
いる。数表の先頭のＭとＷの範囲はマイコン９が
対応する数表を探す目印となつている。

第９図は本発明のクリープ補正付はかりのクリ
ープ補正に関するプログラムの概略フローチヤー
トであり以下第９図により動作説明する。電源投
入直後の数秒以上間、はかりには何も載つていな
いものとする。電源を入れるとマイコン９は、
RAMの内容をすべて０にする。つづいて、Ａ―
Ｄ変換器６から一定時間ごと、たとえば0.3秒間
隔でロードセルからの重量データD_Wを入力する。
この重量データの値が絶対値差で0.2g（この値は
0.3gでも良い）以内で１〜２秒安定した状態が続
くと、マイコンはその値をゼロ点として記憶し、
表示器８にゼロを出力する。これでステツプ１が
終る。つづいてステツプ２においては被計量物が
載せられると第３図のように重量データD_Wが変
化し、時刻t₀〜t₁の期間では刻々とデータが変わ
り安定しない。そしてt₁を過ぎ、振動がおさまる
とデータが安定するので、安定した時点のデータ
を被計量物の重量データＷとして記憶する。一
方、データが安定しない時は上記Ｗの値をその前
にはかりに載つていた被計量物の重量データＭと
して記憶する。さて、重量データが安定した状態
で、仮にＷ＝900g、Ｍ＝0gとするとマイコンは
PROMの中から数表１を選ぶ。そして現在記憶
されているΔWの値が0.2gならば、ΔWが0.2gか
ら0.3gとなる番地、すなわち、番地8006の13秒が
選択される。重量データが安定した状態が続くと
クリープにより上記13秒後に＋0.1gの誤差が発生
するので、タイマーに13秒をセツトし、タイムア
ツプするとＷとＭの値を比較して、Ｗが大きいの
で、ΔWに0.1を加算して0.3gを新たなΔWの値と
して記憶する。なお、この時、本実施例ではΔW
の範囲を０〜0.6に限定しているのでその判定を
事前に行なわせるようにしている。そして、0.3g
が新たなΔWとして記憶されると、引き続いてそ
れをもとに表示用重量データＡがＡ＝Ｗ―DZ―
ΔWとして計算される。そして、本実施例ではこ
のＡを0.1gきざみにしているので、最小表示単位
が0.5gきざみになるように、0.0〜0.2は切り捨て、
0.3〜0.7は0.5とし、0.8〜0.9は切り上げ、それを
デジタル表示器で表示する。表示が完了すると再
びステツプ２の最初に戻り、同じ動作が繰り返さ
れる。すなわち、このときは前の動作でΔWが
0.3gとして記憶されているので、このΔWが0.3g
から0.4gとなる番地、すなわち、番地8007の27秒
が選択されることになり、それがタイマーにセツ
トされ、タイムアツプすると再び0.1gが加算さ
れ、0.4gが新たなΔWの値として記憶され、それ
をもとに表示用重量データＡが計算され表示され
る。このように、ＷがＭより大きい場合には、時
間の経過に応じて順次ΔWの値が0.1gづつ加算更
新され、それをもとに表示用重量データが計算さ
れ表示される。

ＭがＷより小さい時、たとえば、Ｍが900g、
Ｗが300gの時にはマイコンはPROMの中から数
表２を選ぶ。そして、この時記憶されているΔW
が0.2gならば、ΔWが0.2gから0.1gとなる番地、
すなわち、番地8015の62秒を選択し、それをタイ
マーにセツトし、タイムアツプすると、ＭとＷの
比較により、Ｗが小さいので、ΔWより0.1を減
算し、それを新たなΔWの値として記憶し、それ
に基づいて表示用重量データＡを計算し表示す
る。そして、この場合も表示が完了すると、ステ
ツプ２の最初に戻り、引き続いて同じ動作が繰り
返される。したがつて、引き続いて行われる動作
では前の動作でΔWが0.1gと記憶されているの
で、ΔWが0.1gから0gとなる番地、すなわち、番
地8014の120秒が選択されることになり、それが
タイマーにセツトされ、タイムアツプすると、Ｍ
とＷの比較により、Ｗが小さいので、ΔWが再び
0.1だけ減算されることになり、その結果すなわ
ち、ΔW＝0gをもとに表示用重量データＡが計算
され表示される。このように、ＷがＭより小さい
時には時間の経過にしたがつて順次ΔWの値が
0.1gづつ減算更新され、その更新されたΔWにも
とづいて表示用重量データＡが計算され表示され
る。

なお、本実施例ではタイマー時間の測定をクロ
ツク発振器のクロツクパルスのカウントで行うよ
うにしているが、マイコン９の外部にプログラム
可能な時限タイマーを設け、この時限タイマーを
用いて計時するように構成することも可能であ
る。

本発明でははかりの定格値に対し最大0.75g以
下のクリープしか発生しなかつたので前記代表値
が２つしかなく数表は６種である。代表値がひと
つの時、数表は２つであり、代表値が３つなら12
種となる。ところで補正値の誤差について説明す
るとクリープの誤差ΔWの値は代表値により計算
したため、被計量物の重量が代表値と異なる場
合、実施例では最大±0.15gの補正誤差が生ずる
ことになるが、前述のように補正は0.3gごとに行
なえばよいのではかりの仕様を満足する。

なお、実施例では、第８図のような数表を使用
したが、データの配列についてこの形式に限定さ
れるものではない。

発明の効果以上のように本発明によれば、ロードセルを使
用したはかりにおいて被計量物の重量と被計量物
により生ずるクリープの誤差とその発生までの時
間の関係を、被計量物の重量の代表値について、
あらかじめ測定し、数表として記憶しておき、は
かりに現実に被計量が載せられた時、マイコンが
前記数表の中からクリープによる誤差を選び、こ
の誤差をロードセルの出力より減算し正しい被計
量物の重量値を算出する。その結果、クリープの
少ない特別なロードセルを使用せずに、正確な計
量ができる。特に、定格値が数Kg以下のロードセ
ルは製作が難しいので有効である。また近年マイ
コンの価格が著しく低下してきたので、はかりの
価格も安価となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はロードセルを使用したはかりの基本構
成の概略図、第２図は従来のデジタル表示はかり
の電気回路ブロツク図、第３図は被計量物を計量
した時のロードセルの出力変化の図、第４図は被
計量物を載せた時発生するクリープの誤差量の変
化図、第５図は被計量物を降した時のクリープの
回復による誤差量の変化図、第６図はクリープの
ヒステリシス性を表す図、第７図は本発明の一実
施例における電気回路ブロツク図、第８図はクリ
ープによる誤差の数表図、第９図は本発明のはか
りのクリープ補正に関するフローチヤート図であ
る。１…ロードセル、３…被計量物、６…Ａ―Ｄ変
換器、８…重量表示器、９…マイクロコンピユー
タ、１０…クロツク発振器。

Claims

【特許請求の範囲】１被計量物の重量を電気信号に変換するロード
セルと、この電気信号をアナログ・デジタル変換するＡ
―Ｄ変換器と、ロードセルのクリープにより発生する電気信号
の変動分を記憶する第１の記憶手段と、現在の被計量物が載せられる前の被計量物の重
量を記憶する第２の記憶手段と、ロードセルのクリープによる電気信号の変動量
が一定値きざみでそれぞれ変動するまでの時間を
現在の被計量物とそれが載せられる前の被計量物
の重量に対応した複数の数表として予め記憶した
第３の記憶手段と、第２の記憶手段に記憶された重量と現在の被計
量物の重量から前記第３の記憶手段に記憶された
複数の数表の中から現在の被計量物が載せられた
直後からの前記ロードセルの電気信号の変動量が
発生するまでの時間を選び出す選択手段と、この選択手段により決定された時間経過後に、
前記第１の記憶手段の内容に変動分として一定値
を加減算し、クリープの誤差を求め、そのクリー
プの誤差を前記ロードセルの電気信号のデジタル
量から減算して被計量物の正しい重量とする計算
補正手段とから成るクリープが自動補正されるは
かり。