JPS63151824A - 電子秤の線形化方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子秤の線形化方法に関する。

〔従来の技術〕

周知のように、電子秤では、載置された重量が測定セル
に及ぼす力を電気信号に変換することによって、重量表
示が行われる。この信号のパターンが線形性誤差を持っ
ていることがある。すると表示された重量は、全秤量領
域にわたって、載置された重量と必ずしも一致しない。

電子秤の線形性を検査し補正するために、質量が正確に
わかっている一つあるいは複数の基準分銅を載せ、表示
された重量を実際の重量と比較して、電子秤量装置にお
いてそれに応じた補正値を考慮することが知られている
。

さらに米国特許出願第３，９７６、１５０では、質量が
正確にわかっている４つの分銅を順次載置して、測定さ
れた値を記憶し、線形化係数の計算に利用することが提
案されている。

ヨーロッパ特訓第００４４７０７号でも、はぼ同様の方
法が行われている。正確にわかっている基準分銅の表示
値が記憶される０次に表示重量と実際の重量との差が計
算される。この値が、載置された重量を測定する場合に
コンピュータよって表示を補正するのに考慮される。

ドイツ特許公開公報Ｄ［！−ＡＩ−３１４４１０３から
他の電気秤が知られており、そこでは目盛りを定めるの
に最大荷重の９０〜１００％の未知の基準分銅が使用さ
れ、その質量が測定されてメモリに保持される。

秤の目盛を決め直すために、基準分銅が載置されて、そ
の質量が請たに測定され、そしてその結果がメモリに保
持されている値と比較される。両方の測定値の差を用い
て、電子秤量装置の目盛を決めることができる。

目盛法めを行うこの公知の装置によれば、個々の基準点
を正確に決定することができる。しかし、全測定領域に
わたる秤の線形性の検査及び補正を行うことはできない
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、上記したような、公知の秤の欠点を解
消する方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕　　、本発明は、線形
化に必要な補正係数を求めるために、一つあるいは複数
の検定されていない未知の荷重を単独で、あるいは組み
合わせて秤に載せることによって上記の目的を達成しよ
うとするものである。

〔作用〕

線形化は、質量は未知であるが、一つ一つが秤の最大荷
重よりも小さい複数の荷重を用いて行うことができる。

荷重の性質は、問題にならず、二つの線形化の間の荷重
の値の変化は平衡には何ら影響を与えない、但し、秤が
平衡状態に到達しようとしている間は、荷重を不変の状
態にしておくことができなければならない。その値が未
知でなけらばならないこの種の未知の荷重は、現場で秤
に載せられた対象あるいは計量物であってもよい。

一つあるいは複数の未知の荷重の作用は、本発明によれ
ば、それに相当する測定回路の補助量（たとえば、電圧
、電流）に代えることができる。唯一の条件は、秤の線
形化を行う間、荷重、対象あるいは電流等が一定である
ことである。

荷重は外部の天秤に載せもよい。しかしまた、秤の内部
に組み込んで、手あるいはアクチュエータを用いて操作
してもよい。

〔実施例〕 次に、図面に示す実施例と線図を用いて本発明を説明す
る。

秤台１において、連結杆３とたわみ支持腕５を介して荷
重受け７が平行に案内されている。秤量ビーム９はたわ
み支持腕１１を介してプラケット１３に揺動可能に懸架
されている。秤量ビームＳの一端はたわみ支持腕１５を
介して荷重受け７に結合されている。秤量ビーム９の他
端近傍には可動コイル１７が設けられており、この可動
コイルは公知の種類の固定配置の永久磁石システム１９
内に埋め込まれている。符号２１で示すものは、位置セ
ンサである。

荷重受け７の下端部には、天秤皿２３を支える腕が固定
されている。符号２５で示すものは、線形化のために天
秤皿２３上に載せられる二つの分銅である。

仮定 秤を線形化するための補正関数「Ｌの非線形の推移のう
ち、簡単にするために本実施例に関しては、補正関数は
２次関数（放物Ｎａ）であって、かつより高い次数の成
分は無視できると仮定する。

すると次式となり、 ｚ　＝　ｒ　Ｌ　（ｙ）　：　−ａ＋ｂｙ＋ｃｙ”　　
　　　　■この場合に係数は次の如くである。ａは０点
の変位、ｂは勾配、Ｃは二次成分である。

延圧 ４つの異なる荷重Ｘ、・・・ｘ４をかけて、秤の検査を
行う、これらの荷重は未知の三つの荷重、すなわち検定
されていないおもりＸ。ｘｌ及びＸ。

を次に示すように組み合わせて載せるものであって、こ
れらのおもり、は線形化しようとする秤の天秤皿上に載
置される。この場合に平衡プロセスに関しては載せる時
間的順序は問題にならない。

Ｘ。

Ｘ、　！Ｘ、　十）Ｃ０ ｘｔ　ｘｉ３　＋ｘ。

第２図に示すように、測定からカーブ、ｙ＝ｒＭ　（ｘ
）が得られる。Ｘ軸には荷重が記入され、ｙ軸には第一
次結果が記入される。Ｚ軸は表示された荷重を示すもの
であって、この表示荷重は測定センサに作用する荷重と
同一でなければならない。

４回の秤量により、 ｚｉｗｆＬ（ｙｉ）：　−ｘｉ　　　　　　　　■の式
に基づいて、次式が形成される。

ｚ、！、３　＋　　ｂｙ＋＋ｃｙ＋”　：　−Ｘ＋　　
　　　　　■Ｚ！＝　ａ＋ｂＶｔ”ｃＶｔ”　：　−Ｘ
ｉ−ｘｌ　＋Ｎａ　　■ｚｓ−ａ　＋　　ｂｙ＊＋ｃｙ
３”　：　＝ｘｘ　　　　　　　■ｚ４”　ａ　”　　
ｂＶａ”ｃＶａｚ：　−Ｘ＊＝Ｘｓ＋Ｘ＋１　　■それ
ぞれの測定の１次結果ｙ１・・ｙ９はわかっている。し
たがってａ　％　ｂＳＣ；　Ｘ’ｓ　Ｘｌｓ　ｘｓは未
知である。

本発明の第１の実施例によれば、４回の測定■〜■が行
われ、４つの荷重×１・・・×３のうち一つもわかって
いないことを前提としている。すると係数Ｃはｂの関数
で決定される。

■−■：　ｘｏ＝ｂ（ｙｚ−ｙｉ）＋ｃ（ｙｔ”−ｙｉ
”）　　　　　■■−■：　Ｘｏ＝ｂＯ１ａ−Ｖａ）＋
Ｃ（ｙａ”−）＋３リ　　　　■■−■：　０＝ｂ（ｙ
ａ−ｙゴーｙｔ＋ｙ＋）＋ｃ（ｙｎ”−ｙ３”−ｙｇ”
＋ｙ＋”）Ｖａ”ｙ３”−Ｖｚ　＋１＋ ここから■を用いて線形の表示値が決定される。

Ｖａ　”−ｙｓ　−Ｖｚ　＋Ｖ＋ ごご１ である。

第２の実施例では、荷重ｘ０がわかっていると仮定する
。

すると、係数Ｃとｂは■と■から直接決定することがで
きる。

（Ｖａ−Ｖｓ）　（ｙｇ−Ｖ＋）（Ｖｍ＋ｙｉ−Ｖｚ−
）’＋）（ｙ肴−ｙｓ）　（ｙｉ−ｙｉ）　（ｙｎ＋ｙ
ゴーＶｚ−ｙｌ）・な　　による 線形化多項式、 ■：　ｚ　＝　ｆ　Ｌ（ｙ）　＝　ａ　＋ｂｙ＋ｃｙ”
が次に示す係数、すなわち、 ａ＝−０，１ ｂ雪１ ｃｍｏ、１ を持つと仮定すると、荷重ｘｉ（・ｚｉ）の場合の非線
形の一次結果ｙｉは、次の表のようになる。

五里　　　　　　　二次藍星 Ｘ＋＝　０．１　　　　　　ｙＩ＝　０．１９６１５２
４２３Ｘ鵞＝０．５　　　　　　ｙ冨＝　０．５６７７
６４３６３ｘｅｔ　Ｏ，６νｓ＝　０．６５６８５４２
５０ｘ＃＝　　ｌ　　　　　　　Ｖ＊＝　　１．０００
００００００この“測定された”−次結果ｙ１・・・ｙ
９から線形化多項式の係数を計算する。この係数はＣ＞
、ｂｂｓａ、とされ、前提となるデータに基づいて計算
された値を示す。

■の　１の ｙｌ・・・ｙ４だけがわかっている。

したがって、線形化された一次結果に関心がある場合に
は、上式を用いてそれを決定することができる。

０；ｙ本＝ν（１−（−０，１０００００００１）ｙ）
ｙ、＊−０，１９６１５２４２３（１−（−０、ＩＱＯ
ＯＯＯＯＯｌ）（０，１９６１５２４２３）　）　＝０
．２ｙ８本＝　０．５６７７６４３６３　　（１−（−
０，１０００００００１）（０，５６７７６４３６３）
　　）　＝　　０．６ｙ−＝　０．６５６８５４２５０
　（１（−０，１０００００００１）（０，６５６８５
４２５０）　　）　・　０．７ｙ９本＝　１　　（１−
（−０，１０００００００１＞１）　　＝　　１　．１
００ここに線形の信号が存在するとする。差、×４〜ｘ
ｌ＝０．９がわかっている場合には、さらに■からす。

を決定することができる。

−ｂ−１０−’　。

そして、たとえば ｘ、−０，１がわかっている場合には、定数もわかる。

ａ　ｂ　・０．１　　（０，９９９９９９９９９）　　
０．２＝　　０．１＃ａ（さらに、後に示すように、計
算された係数と所定の係数との差は、最終的な計算精度
から生じる）。

の　　２の ｙｌ・・ｙ、の他にさらに、 Ｘｏ＝Ｘｘ　　Ｘ１＋Ｘａ−×＋−０，４がわかってい
るものとする。

さらに、たとえば×、がわかっている場合には、■から
ａを決定することができる。

ａ　−＝　０．１−　（０，２００００００００）＝−
０，１＝ａ以上の二つの例で説明した方法を実施する場
合に、荷重は次のように、すなわち最小の荷重が測定領
域を下回らず、最大の荷重が測定領域を上回らず、さら
に荷重が全測定領域にわたって分配されているように選
択する。

たとえば釣り合わせ作用を行うことも可能なシステム荷
重など、未知ではあるが一定の任意の初期荷重Ｘ、をシ
ステムにかけると、あるいは付加的な荷重を天秤皿にか
けると、荷重は次のように変化する。

Ｘ１＋４Ｘ　　　ｔ＝　Ｘ　ｔ　　＋Ｘ＋Ｘ１＝　Ｘ　
　　ｔ＊　Ｘ　＠　＋ＸＩ＋Ｘ＠Ｘコ→ｘ　　３冨Ｘｓ
＋Ｘｓ Ｘ＊−Ｘ　’　４！　Ｘ　雷＋Ｘ３＋Ｘ１１古い荷重値
の代わりにこの新しい荷重値を■・・・０式に代入し、
次に差（０式と■弐）を決定すると、初期荷重は計算の
過程にも結果にも何ら影響を及ぼさないことがすぐに明
らかになる。

χ１・Ｏを選択すれば、すなわち荷重×、を全部除去す
れば、四つの荷重状態をもたらすための手間を著しく削
減することができる。というのは、残りの二つの荷重ｘ
０とｘｊを組み合わせて四つの荷重状態をすべて表わす
ことができるからである：ｘ、＝　０ Ｊ＝Ｘゆ Ｘ３＝Ｘ３ χａ＝Ｘツ十Ｘ。

すべての場合に、荷重状態を形成するために、荷重とし
て重量の代わりに電流あるいは電圧を使用することがで
きる。

より高い次数の曲線の線形性エラーを扱う場合には、補
正係数を計算するための処理は第２次関数の補正係数を
算出したときの手順に類似している。たとえば次のよう
な３次関数の曲線の場合には、 ｚ　−ｆ　Ｌ（ｙ）　　：　ａ　　十ｂｙ＋　Ｃｙ”＋
ｄｙ’荷重ｘ０を有する未知の第３の荷重を用いて、少
なくともさらに２回の測定を行い、それによって他の二
つの未知数を有するさらに二つの式を得ることができる
。この６つの式を用いて前述の処理と同等に補正係数が
計算される。

ある荷重の値を既知のものにすることなしに線形化プロ
セスを行うことができるようにするためには、ｎ次の多
項式を用いて上述の種類の測定を２ｎ回行うことが必要
である。

上述の種類の多項式の代わりに、線形化を行う式として
他のそれぞれ適当な関数を使用してもよい、たとえば、
曲線を寸断して複数の線分と考えることも可能であり、
あるいは次数の低い多項式を継目なく継ぎ合わせて補正
関数を形成するスプラインの方法を使用することもでき
る。（たとえば、Ｊ、１１．アールベルブ、Ｅ、Ｎ、ニ
ルソン、Ｊ、Ｌ、ウルシュの「スプライン理論の応用」
アカデミツク・プレス、ニューヨーク（１９６７）を参
照）。

すべての補正方法において重要なのは、荷重をかけるこ
とによって得られた１次結果と荷重に関する必要な知識
とから、各式に特有の次のような補正パラメータを決定
することである。たとえば多項式の係数、あるいは曲線
を寸断して複数の線分と考える際の直線の勾配と０点の
変位などである。

荷重の段階づけＸ１％　Ｘ２％　Ｘｓ・・・などは任意
に行うことができる。与えられた数の荷重を用いて種々
の荷重を発生させるために、すべての荷重の名称を同じ
にすることができ、２進法で段階づけてもよく、あるい
は１０進法で段階づけることも可能である。

〔効果〕

本発明による方法は、以上の如くであるから、測定の全
領域にわたって秤の線形性の検査および補正を行うこと
ができ、全測定領域にわたって載置された重量と一致す
る表示重量を得ることができるという効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図は、力が釣り合っている秤の側面図、第２図は線
図である。 １・・・・・・秤台、２・・・・・・連結杆、７・・・
・・・荷重受け、９・・・・・・秤量ビーム、１７・・
・・・・可動コイル、２１・・・・・・位置センサ、２
３・・・・・・天秤皿。 特許出願人　メトラー　インストルメンテアーゲー

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）一つあるいは複数の検定されていない未知の荷重
   を、個別にそして組み合わせて秤に載せて、線形化に必
   要な補正パラメータを求める電子秤の線形化方法。
2. （２）ａ、補正関数（ｆＬ（ｙ））を決定するために、
   それぞれ単独で、そして二つあるいは多数の未知の荷重
   を組み合わせて順次秤に載せること、ｂ、測定センサが
   発生する１次結果ｙ＝ｆＭ（Ｘ）から補正パラメータを
   計算すること、 ｃ、得られた補正パラメータを表示荷重（ｚ＝ｆＬ（ｙ
   ））の計算に利用すること、 を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電子秤の線
   形化方法。
3. （３）ａ、補正関数（ｆＬ（ｙ））を決定するために、
   それぞれ単独でそして一つあるいは複数の既知の荷重を
   組み合わせて、そして一つあるいは複数の未知の荷重を
   組み合わせて順次秤に載せ、 ｂ、得られた一次結果から補正パラメータを計算して、 ｃ、得られた補正パラメータを表示荷重（ｚ＝ｆＬ（ｙ
   ））の計算に利用することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の電子秤の線形化方法。
4. （４）補正関数ｚ＝ｆＬ（ｙ）として曲線を寸断した複
   数の線分あるいは多項式あるいはスプラインを用いるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項あるいは第３項に
   記載の電子秤の線形化方法。
5. （５）秤に次のような荷重、すなわち ｘ＿１＝０ ｘ＿２＝ｘ＿０ ｘ＿３＝ｘ＿３ ｘ＿４＝ｘ＿３＋ｘ＿０ をかけることを特徴とする特許請求の範囲第２項ないし
   第３項のいずれかの項に記載の電子秤の線形化方法。
6. （６）荷重（ｘ）として重量あるいは電流あるいは電圧
   が使用されることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第５項のいずれかの項に記載の電子秤の線形化方法
   。
7. （７）荷重（ｘ）として重量と電流と電圧の組合せが使
   用されることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第５項のいずれかの項に記載の電子秤の線形化方法。