KR20020034952A - 전자 천칭 - Google Patents

Abstract

기계적인 조정을 엄밀하게 행하지 않고, 계량표시값으로부터 네모서리오차의 영향을 제거하여, 항상 정확한 표시를 행할 수 있는 전자 천칭을 제공한다.

이 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 측정접시(3)와 하중검출기구(1) 사이에 개재하는 접시받침(2)을, 4방향으로 뻗은 외팔보(2a∼2d)에 의해 구성하고, 그 각각의 외팔보(2a∼2d)의 선단부근에서 측정접시(3)을 지지하고, 그 각각의 외팔보(2a∼2d)의 휨량을 각각 검출하는 휨량검출수단(5a∼5d)을 설치한다. 이 각각의 휨량검출수단(5a∼5d)의 출력을 이용하여, 측정접시(3)상의 하중의 중심위치를 산출하고, 미리 기억하고 있는 하중의 중심위치와 네모서리오차의 관계를 이용하여, 하중검출기구(3)의 출력을 보정하고나서 계량표시값을 구하도록 구성한다.

Description

전자 천칭{ELECTRONIC BALANCE}

본 발명은 전자 천칭에 관한 것으로서, 상세하게 말하자면, 네모서리 오차의 조정작업을 용이 또는 불필요하게 할 수 있는 전자 천칭에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 측정접시상의 하중에 대항하는 전자력을 발생시키고, 그 발생전자력의 크기로부터 측정접시상의 하중을 검출하는 전자력평형기구를 하중검출기구로 하는 소위 전자 천칭 외에, 로드셀(load cell) 등의 하중센서를 포함하는 하중검출기구를 기구를 가지는 소위 전자저울에도 적용할 수 있다.

전자 천칭 또는 전자저울은, 일반적으로, 하중감응부에 작용하는 하중에 따른 신호를 출력하는 하중검출기구를 구비하고, 그 하중검출기구에 접시받침을 통해 측정접시를 지지한 구조를 취하여, 이 하중검출기구의 출력으로부터, 마이크로컴퓨터 등의 연산수단에 의해 측정접시상의 하중값을 산출한다.

이러한 전자 천칭 또는 전자저울은, 통상, 측정접시상에서의 하중의 중심위치에 기인하는 오차, 즉, 네모서리오차를 해소하기 위해, 하중검출기구에는 로버벌기구(roberval mechanism)(평형가이드(parallel guide)라고도 칭함)를 포함하는 구성을 채용한 것이 많다. 로버벌기구는, 천칭베이스 등에 고정되는 고정주(固定柱)와 접시받침이 장착되는 가동주(可動柱)를, 각각의 양단부에 가요부(可撓部, flexible portion)를 구비한 서로 평행인 상하 2개의 빔을 통해 연결된 구조를 가지고, 상하 빔의 평행도를 조정함으로써, 환언하자면 상하 빔의 양단부에 설치되어 있는 가요부의 상하방향으로의 간격이 서로 일치하도록 조정함으로써, 측정접시의 중심으로부터 임의의 방향으로 치우친 위치에 하중을 가해도, 하중검출기구는 그 하중에 대응한 일정의 신호를 출력할 수 있고, 네모서리오차를 해소할 수 있다.

그런데, 이상과 같은 네모서리오차를 해소하기 위해, 로버벌기구의 상하 빔의 평행도를 기계적으로 조정하는 작업은, 천칭의 조립후에 실제로 측정접시상에서 하중이 가해지는 위치를 변화시키면서 행하는 것이고, 그 작업에는 특별한 기술을 필요로한다. 또한, 종종 네모서리오차가 측정접시의 대각방향으로 균등하게 나타나지 않는 현상, 또는, 네모서리오차가 하중의 크기 및 편향거리(측정접시의 중심으로부터 하중의 중심까지의 거리)에 비례하지 않는 현상이 발생하고, 이러한 경우에는, 로버벌기구의 기계적인 조정에 의해 네모서리오차를 엄밀하게 해소하는 것은 실질적으로 불가능하다.

본 발명은 이러한 실정에 비추어 이루어진 것으로서, 기계적인 조정을 엄밀하게 행하지 않고, 계량표시값으로부터 네모서리오차의 영향을 제거하여, 항상 정확한 표시를 행할 수 있는 전자 천칭을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 전자 천칭은, 접시받침을 통해측정접시를 지지하고, 그 측정접시상의 하중에 대응하는 신호를 출력하는 하중검출기구와, 그 하중검출기구의 출력을 이용하여 측정접시상의 하중값을 산출하는 연산수단을 구비한 전자 천칭으로서, 상기 접시받침은, 수평면상에서 4방향으로 뻗어있고, 또한, 각각의 선단부근에 있어서 상기 측정접시의 모서리부를 지지하는 4개의 외팔보를 구비하고 있고, 그 각 외팔보의 휨량을 각각 검출하는 검출수단과, 그 각각의 외팔보 휨량검출결과를 이용하여 상기 측정접시 하중의 중심위치를 산출하고, 미리 기억하고 있는 하중의 중심위치와 네모서리오차의 관계를 이용하여, 상기 하중검출기구의 출력을 보정하고나서 상기 연산수단의 하중값의 연산에 제공하는 네모서리오차보정 연산수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 즉정접시상에 놓인 하중의 중심위치를 검지하여, 그 위치에 따라 하중검출기구의 출력을 보정함으로써, 로버벌기구의 기계적인 조정을 엄밀하게 행하지 않고, 네모서리오차를 해소하도록 하는 것이다.

즉, 측정접시를 받치는 접시받침에, 4방향으로 뻗어있는 외팔보를 설치하여,그 각각의 외팔보 선단부근에서 측정접시를 지지하면, 그 각각의 외팔보는 각각에 측정접시상의 하중의 중심위치에 따른 양만큼 휜다.

이 각각의 외팔보의 휨량을 휨량검출수단에 의해 각각 검출하면, 그 각각의 휨량의 비율로부터 측정접시상에 대한 하중의 중심위치를 계산에 의해 구할 수 있다. 또한, 하중검출기구 출력의 네모서리오차(율)은, 측정접시상에서의 하중의 중심위치에 따라 유일하게 결정된다.

그러므로, 측정접시상의 하중의 중심위치와 네모서리오차의 관계를 미리 실측하여 기억해두고, 실제의 사용에 즈음하여 시료 등의 하중을 계량하기위해 그 시료를 측정접시상의 임의의 위치에 놓았을 때, 휨량검출수단에 의한 각각의 외팔보의 휨량 검출결과에 기초하여 측정접시상에서의 시료의 중심위치를 계산에 의해 구하고, 그 계산결과와 상기 기억의 내용을 이용함으로써, 하중검출기구의 출력에 포함되어 있는 네모서리오차를 알 수 있고, 그 양을 하중검출기구의 출력으로부터 제외하는 보정연산을 행하고나서, 연산수단에 의한 하중값의 연산에 제공하면, 하중검출기구의 실제 출력에는 네모서리오차가 포함되어 있지만, 계량표시값은 네모서리오차를 포함하지 않는 정확한 값이 된다.

도 1은, 본 발명에 따른 실시예의 구성도로서, 기계적 구성을 나타내는 모식적 평면도와 전기적구성을 나타내는 블록도를 병기한 도면이다.

도 2는, 도 1의 실시예에 대한 기계적 구성의 모식적 정면도이다.

도 3은, 본 발명에 따른 실시예의 연산제어부(12)에 기입되어 있는 조정용 프로그램의 내용을 나타낸 순서도이다.

도 4는, 마찬가지로 본 발명에 따른 실시예의 연산제어부(12)에 기입되어 있는 계량용 프로그램의 내용을 나타낸 순서도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

도 1은, 본 발명에 따른 실시예의 구성도로서, 기게적 구성을 나타내는 모식적 평면도와 전기적 구성을 나타낸는 블록도를 병기한 도면이다. 또한, 도 2는, 기계적 구성의 모식적 정면도를 나타낸다.

하중검출기구(1)는, 예를들면, 전자력평형기구 및 로버벌기구를 구비한 공지의 것이고, 여기서는 그 상세한 설명은 생략하지만, 그 개략을 설명하면, 로버벌기구의 가동주에 접시받침(2)이 장착되고, 그 접시받침(2)을 통해 측정접시(3)이 지지되어 있다. 측정접시(3)상의 하중은 접시받침(2)을 통해 로버벌기구의 가동주에 전달되고, 이 가동주에 연결되어 있는 천칭레버를 기울인다. 천칭레버의 경사는 센서에 의해 검출되고, 그 레버의 경사가 항상 0이 되도록 전자력을 발생시켜 기구를 평형이 되게 하며, 그 평형상태를 유지하기 위한 전자력을 발생하는데 필요한 전류값이, 측정저항에 의해 전압신호에 변환되고, 측정접시(3)상의 하중에 대응하는 하중검출신호로서 출력된다.

하중검출기구(1)에 의한 하중검출신호는, A-D변환기(11)에 의해 디지털화된 후, 시시각각 연산제어부(12)에 입력된다. 연산제어부(12)는, CPU, ROM, RAM을 구비하여 이루어진 마이크로컴퓨터를 주체로 하고, 비휘발성 메모리도 포함하고 있다. 이 연산제어부(12)에는 표시기(13) 및 모드선택키(14) 등이 접속되어 있고, 표시기(13)는 측정접시(3)상의 하중의 계량값을 표시하기 위한 것이고, 모드선택키(14)는 후술하는 계량용 프로그램 또는 조정용 프로그램중 어느 하나의 실행여부를 선택하기 위한 키(key)이다.

접시받침(2)은, 하중검출기구(1)의 하중감응부인 로버벌기구의 가동주의 상단부에 설치되어 있는 지지봉(1a)에 외팔지지되어 있는 상태로, 서로 직교하는 4방향으로 뻗어있는 4개의 외팔보(2a∼2d)에 의해 구성되어 있다. 각각의 외팔보(2a∼2d)에는, 그 선단부근의 상면(上面)에 각각 스페이서(4a∼4d)가 고착되어 있고, 그 각각의 스페이서(4a∼4d)를 통해, 측정접시(3)를 그 네모서리부에 대해 지지하고 있다.

또한, 각각의 외팔보(2a∼2d)에는, 각각의 휨량을 검출하기 위한 휨량센서(5a∼5d)(예를들면 스트레인 게이지(strain gauge) 등)이 설치되어 있고, 이 각각의 휨량센서(5a∼5d)의 출력은, A-D변환기(15)에 의해 순차 디지털화된 후, 시시각각 연산제어부(12)에 입력된다.

연산제어부(12)에는, 통상의 계량시에 있어서 이용되는 계량용 프로그램 외에, 네모서리오차의 조정시에 이용되는 조정용 프로그램이 인스톨되어 있고, 이하, 그 각각의 프로그램에 대해 설명한다.

도 3은, 조정용 프로그램의 내용을 나타내는 순서도이다. 이 프로그램은 천칭의 출하시 또는 필요에 따라 네모서리오차를 조정할 때 실행된다. 이 조정용 프로그램은, 예를들면 도 1에 있어서 A∼E로 나타낸 측정접시(3)상의 중심(따라서 지지봉(1a)의 직상(直上))을 포함하고, 또한, 네모서리방향을 포함하는 복수의 위치에, 예를들면 분동(分銅) 등의 동일한 하중을 놓고, 그 각각의 위치에 대한 하중검출기구(1)의 출력과 각각의 휨량센서(5a∼5d)의 출력을 수집한다.

여기서, 각각의 휨량센서(5a∼5d) 출력의 상호의 비는 하중의 측정접시(3)상에서의 중심위치에 의해 결정되고, 이들 각각의 휨량센서(5a∼5d)의 출력으로부터, 하중의 중심위치를 간단한 계산에 의해 구할 수 있다. 한편, 하중 각각의 위치에 대한 하중검출기구(1)의 출력의 상위(相違)는, 하중의 중심위치에 대한 해당 하중검출기구(1)의 네모서리오차에 기인한 것이고, 따라서, 상기 동작에 의해 수집한데이터로부터, 하중의 중심위치와, 그 각각의 위치에 대응하는 네모서리오차의 비율을 구할 수 있고, 이 정보를 비휘발성 메모리에 격납(格納)하여 이 조정용 프로그램을 종료한다.

도 4는, 계량용 프로그램의 내용을 나타내는 순서도이다. 이 프로그램은 통상의 계량시에 실행된다. 이 측정용 프로그램은, 피측정시료 등의 물품을 즉정접시(3)상에 놓은 상태에서 하중검출기구(1)의 출력을 시시각각 입력하고, 각각의 처짐량센서(5a∼5b)의 출력으로부터, 그 물품의 측정접시(3)상에서의 중심위치를 산출한다. 그리고, 비휘발성 메모리에 기억되어 있는 중심위치와 네모서리오차 비율의 관계를 이용하여, 하중검출기구(1)의 출력을 보정하고, 그 보정후의 하중검출출력을 예를들면 평균화하여 감도계수를 곱셈 등 공지의 연산에 의해, 표시기(13)에 표시하기 위한 계량값을 산출한다. 여기서, 조정용 프로그램에 의해 비휘발성 메모리에 기억되어 있는 하중의 중심위치와 네모서리오차의 관계는, 중심위치가 제한된 위치의 데이터만이고, 한편, 시료 측정 등의 실제 측정시에는 그 중심위치는측정접시(3)상의 임의의 위치로 되며, 비휘발성 메모리의 기억내용으로부터 즉각 네모서리오차의 보정을 행할 수 없지만, 비휘발성 메모리내에 기억되어 있는 복수의 중심위치와 네모서리오차의 관계를 이용하고, 실제 측정시에 대한 중심위치와 네모서리오차의 관계를 보완연산 등의 근사계산에 의해 구하여, 보정할 수도 있다.

이상과 같은 하중검출기구(1)로부터의 출력을 보정하고나서 구해진 계량값은, 피측정시료 등이 측정접시(3)상의 임의의 위치에 놓여져도, 항상 측정접시(3)상의 중심부에 위치한 경우와 동등한, 네모서리오차를 포함하지 않는 값이 된다.

또한, 이상의 실시예에 있어서, 각각의 외팔보(2a∼2d)의 휨량을 검출하는 휨량센서(5a∼5d)로서 스트레인 게이지를 이용한 예에 대해 설명했지만, 이 각각의 휨량센서(5a∼5d)는, 발광소자와 수광소자(受光素子)를 이용한 비접촉형 센서로 할 수도 있다. 즉, 각각의 외팔보(2a∼2d)에 대응하여 발광소자 및 수광소자 한 쌍을 각각 설치하고, 그 설치 위치를, 발광소자와 수광소자 사이를 각각의 외팔보(2a∼2d)가 가로지르는 위치로 하고, 각 외팔보(2a∼2d)의 휨량에 따라 수광소자로의 입사광량이 변화하도록 구성한다.

또한, 이상의 실시예에서는. 하중검출기구(1)로서 전자력평형기구를 포함하고, 소위 전자력평형형 전자 천칭에 본 발명을 적용한 예를 설명했지만, 하중검출기구(1)로서 로드셀 등의 하중센서를 이용한, 소위 전자저울에도 본 발명을 동등하게 적용할 수 있다.

본 발명에 의하면, 접시받침에 4방향으로 뻗어있는 외팔보를 포함하고, 그 각각의 외팔보 선단부근에 있어서 측정접시를 지지함과 아울러, 각 외팔보에는 각각의 휨량을 검출하는 휨량검출수단을 설치하고, 그 각각의 휨량검출수단의 출력으로부터 측정접시의 하중의 중심위치를 구하고, 미리 기억하고 있는 하중의 중심위치와 네모서리오차의 관계를 이용하여, 하중검출기구에 의한 하중검출출력의 네모서리오차를 보정하고, 보정 후의 출력을 이용하여 계량표시값을 결정하기 때문에, 하중검출기구의 로버벌기구 등을 기계적으로 엄밀하게 조정하지 않고, 따라서 숙련을 요하는 특유의 기술을 필요로하지 않고, 네모서리오차를 해소할 수 있다.

이상으로부터, 제조시 조정을 위한 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 사용시 네모서리오차가 변화한 경우에 있어서도, 특유의 기술을 요하지 않고 간단하게 재조정할 수 있다.

또한, 네모서리오차를 기계적으로 조정하는 전자 천칭에 있어서도, 네모서리오차가 하중·편향거리에 비례하지 않고 기계적 조정만으로는 네모서리오차의 해소에 한계가 있는 경우에 있어서도, 본 발명을 적용함으로써 실질적으로 네모서리오차를 해소하는 것이 가능하다.

Claims (5)

1. 접시받침을 통해 측정접시를 지지하고, 그 측정접시상의 하중에 대응하는 신호를 출력하는 하중검출기구와, 그 하중검출기구의 출력을 이용하여 측정접시상의 하중값을 산출하는 연산수단을 구비한 전자 천칭에 있어서,

   상기 접시받침은, 수평면상에서 4방향으로 뻗어있고, 또한, 각각의 선단부근에 있어서 상기 측정접시의 모서리부를 지지하는 4개의 외팔보를 구비하고 있으며,

   그 각각의 외팔보 휨량을 각각 검출하는 휨량검출수단과, 그 각각의 외팔보 휨량검출결과를 이용하여 상기 측정접시상의 하중 중심위치를 산출하고, 미리 기억하고 있는 하중의 중심위치와 네모서리오차의 관계를 이용하여, 상기 하중검출기구의 출력을 보정하고나서, 상기 연산수단의 하중값의 연산에 제공하는 네모서리오차보정 연산수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 천칭.
2. 제 1항에 있어서, 상기 하중검출기구는, 상기 측정접시상의 하중에 대향하는 전자력을 발생시키고, 그 발생전자력의 크기로부터 해당 측정접시상의 하중을 검출하는 전자력평형기구인 것을 특징으로 하는 전자 천칭.
3. 제 1항에 있어서, 상기 하중검출기구는, 상기 측정접시상의 하중에 대응하는 힘이 가해지는 로드셀인 것을 특징으로 하는 전자 천칭.
4. 제 1항, 제 2항, 또는 제 3항에 있어서, 상기 외팔보의 휨량을 각각 검출하는 각각의 휨량검출수단은, 각각 스트레인 게이지인 것을 특징으로 하는 전자 천칭.
5. 제 1항, 제 2항, 제 3항, 또는 제 4항에 있어서, 상기 접시받침의 각각의 외팔보와 측정접시 사이에, 각각 스페이서가 개재배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 천칭.