KR910001240B1

KR910001240B1 - 힘 측정장치

Info

Publication number: KR910001240B1
Application number: KR1019870005825A
Authority: KR
Inventors: 마나까 마사미 야; 신이찌 이노우에
Original assignee: 야마도 세이고오 가부시기가이샤; 가와니시 다쓰야
Priority date: 1986-06-13
Filing date: 1987-06-09
Publication date: 1991-02-26
Also published as: US4914611A; JPS62294927A; KR880000782A; FR2600159B1; GB8713670D0; DE3719532A1; FR2600159A1; GB2192992B; GB2192992A

Abstract

내용 없음.

Description

힘 측정장치

제1도는 본 발명 힘측정장치의 제1 실시예를 나타내는 블록도.

제2도는 제1 실시예에 있어서 영점변동과 온도데이터 사이의 관계식을 얻기 위한 프로그램을 나타내는 순서도.

제3도는 본 발명 힘측정장치의 제2 실시예를 나타내는 블록도.

제4도는 인가된 하중과 그것의 표시값 사이의 온도에 따른 변화를 나타내는 그래프

제5도는 상기한 실시예에서 사용된 힘데이터 생성기의 변형예를 나타내는 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 힘측정장치 2 : 힘데이터 생성기

3 : 온도검지소자 4 : 온도데이터 생성기

5, 7, 15, 17 : 메모리 6, 16 : 방정식 생성기

8 : 영점변동 생성기 9 : 감산기

10 : 표시기 18 : 스팬변동 계수생성기

19 : 보정연산장치

본 발명은 힘측정장치에 관한 것으로, 특히 온도변화에 기인한 영점변동 또는 스팬(span)변동을 보정하기 위한 장치를 보유하는 힘측정장치에 관한 것이다.

힘을 디지탈 전기신호로 변환하여 그것을 표시하기 위한 처리를 하는, 계중기 등과 같은, 힘측정장치는 때때로 무하중 상태에서 영이 아닌 값을 나타내거나 또는 하중 상태에서 부정확한 값을 나타낸다.

전자를 "영점변동"이라 하고, 후자를 "스팬(Span)변동"이라 하는데, 양자 모두 측정의 오차를 발생시킨다.

이 오차는 사용하기 전에 장치를 조정하여 제거될 수 있지만, 흔히 주위온도의 변화에 따라서 재차 나타난다.

더어미스터 등과 같은 온도검지소자를 사용하여 이 오차를 보정하기 위한 시도가 있었지만 만족할 만한 성과를 거두지 못하였다.

일본특공소 58-95220호에는, 기지의 무게값을 보유하는 기준분동(reference weight)을 실제로 개량하고, 표시값에 대한 무게값의 비를 계산하여 보정계수로서 기억시켜서 스팬변동을 보정하는 장치가 개시되어있다.

그러나, 보정계수는 측정될 하중에 따라 변화하기 때문에, 고정도(高精度)를 얻기 위해서는 다수의 기준분동이 준비되어야 하므로, 그와 같이 파수의 기준분동을 항상 보관하여 사용하는 것은 비경제적이며 성가신 일이다.

본 발명자들은 현진동식(vibratory string type) 힘측정기에서 상기한 오차를 자동적으로 보정하는 장치를 이전에 제안하였다(일본특원소 61-92600호).

이 장치는 장치의 주요부에 부착된 온도감지 소자로부터의 전기신호와 측정출력신호 사이의 관계를 기억하여 이 기억된 관계에 기초하여 그 출력의 보상을 수행한다

그러나, 이 장치는 장치가 기억된 관계에 순응할 때에는 바람직한 결과를 제공하지만, 이 관계가 모든 장치에 공통적이지는 않다.

따라서, 고정도를 얻기 위해서는 각 장치에 대하여 이와 같은 관계를 연구하여 준비해야 할 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 단점이나 문제점 없이 온도에 의한 영점변동 또는 스팬변동을 보정할 수 있는 개선된 힘측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 인가된 힘을 나타내는 힘신호를 생성하기 위해 이 힘에 반응하는 힘검지기와, 온도를 나타내는 온도신호를 생성하기 위해 온도에 반응하는 온도검지기와, 무하중 상태하에서 여러가지 온도신호와 대응하는 힘신호를 받아들여서, 그 회귀분석에 의해 양쪽 신호 사이의 관계를 나타내는 방정식을 결정하는 장치와, 이 방정식을 기억하는 장치와, 이 방정식에 의해 하중 상태하에서의 현재의 온도신호로부터 영점변동을 계산하여 현재의 힘신호를 보정하는 장치로 구성된 힘측정장치가 제공된다.

본 발명의 힘측정장치는 기준하중 상태하에서 여러가지 온도신호와 대응하는 힘신호를 받아들여서, 그 회귀분석에 의해 양쪽 신호 사이의 관계를 나타내는 제2방정식을 결정하는 장치와, 이 제2방정식을 기억하는 장치와, 이 방정식에 의해 임의의 하중 상태하에서 현재의 온도신호로부터 스팬변동을 계산하여 현재의 힘신호를 보정하는 장치가 더 구성될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

제1도에는 계중장치로서 실현된 본 발명 힘측정장치의 제1 실시예가 표시되어 있다.

제1도에서, 부호(1)는 현진동식 로드셀(load cell)을 사용하는 계중장치를 나타내며, 부호(2)는 인가된 하중 또는 무게를 나타내는 디지탈신호(W)를 생성하기 위해 로드셀로부터의 전기신호를 처리하는 힘데이터 생성기를 나타낸다.

이들 구성부(1), (2)의 기계적 및 전기적 구성은 일본특개소 59-131131호에 상세하게 개시되어 있는데, 본 발명과는 직접적인 관련이 없으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.

부호(3)는 온도를 검지하여, 검지된 온도를 나타내는 디지탈신호(X)를 생성하기 위해 온도지시 전기신호를 처리하는 온도데이터 생성기(4)에 이 온도지시 전기신호를 공급하는 열전대(thermocouple)나 더어미스터 등과 같은 온도검지소자를 나타낸다.

온도데이터 생성회로(4)는 증폭기와 아날로그-디지탈(A/D) 변환기를 포함하는 것으로, 잘 알려져있는 것이므로, 상세한 설명을 생략한다.

양쪽 데이터 생성기(2) (4)의 출력디지탈신호(W), (X)는, 이하에 설명되는 바와 같이 영점변동을 계산하기 위한 방정식의 결정에 사용하기 위해서 메모리(5)에 기억된다.

잘 알려진 바와 같이, 온도(X)에서의 영점변동(Y)은 일반적으로 2차방정식 Y=aX²+bX+c로 주어진다.

이 방정식은 계수 a, b와 상수 c가 각 장치마다 상이하므로 완전하게 결정되는 것은 아니다.

따라서, 본 발명에 의하면, 이들 값은 각 장치에 대하여 회귀분석법을 사용하여 결정된다.

이러한 처리는 제2도의 순서도를 참고하여 이하에 설명한다.

우선, 장치를 20℃와 같은 소정의 기준온도에서 무하중 상태로 하여 영점을 조정한 후에, 희망하는 사용온도범위, 예를 들어 -10℃ 내지 40℃내에서의 환경온도를 연속적으로 변화시켜서 힘데이터 생성기(2)로부터의 무게지시신호(W₀) (W₁)‥‥(W_n)와 대응하는 온도지시신호(X₀) (X₁)‥‥(X_n)를 스텝 11에서 메모리(5)내에 기억시킨다.

이들 무게 및 온도데이터는 방정식 생성기(6)에 의해 독출(read out)되어 다음과 같이 처리된다.

회귀분석분야에 있어서 상기한 계수 a, b와 상수 c는 다음과 같이 주어진다는 것이 잘 알려져 있다

여기서,

이들, a, b, c의 값들은 방정식 생성기(6)내에서 계산되며, 계산된 값을 사용하는 2차방정식 aX²+bX+c은 스텝 13에서 다른 메모리(7)내에 기억된다.

메모리(5)와 방정식 생성기(6)는, 데이터 생성기(2) (4)와 메모리(7)에 대하여 착탈가능하게 접속되는 마이크로 컴퓨터내에 구성될 수도 있다.

이 작동가능 상태에서 장치가 사용될 때에, 영점변동 생성기(8)는 그때의 영점변동값(Y)을 계산하기 위해서 메모리(7)로부터 독출된 방정식에 온도데이터 생성기(4)로부터의 현재의 온도데이터(X)를 사용한다.

감산기(9)에서 현재의 힘데이터(W)로부터 계산된 영점변동값(Y)을 감산한 것인 영점보정 무게값이 표시기(10)에 의해 표시된다.

메모리(7), 영점변동 생성기(8), 가산기(9)를 마이크로 컴퓨터내에 구성할 수도 있다.

제3도는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 것으로 이 실시예는 영점변동 뿐 아니라 스팬변동도 보정할 수 있다.

이 실시예에서, 구성부(2)-(8)는 제1도의 제1 실시예의 구성부와 동일하며, 소정의 기준온도에 대해 임의의 온도 t에서 영점변동(Y)에 상당하는 영점변동(ε_t)은 영점변동 생성기(8)로부터 보정연산장치(19)로 제공급된다.

제4도는 인가되는 하중과 대비하여 표시값 특성의 온도에 따른 변화를 어느정도 과장하여 나타내는 것으로, 여기서 기준온도로는 20℃가 선택된다.

도시된 바와 같이, 계중기의 영점 및 스팬은 온도에 따라 변화한다.

스팬은 인가되는 하중의 변화에 따라 변화하지는 않지만, 온도에 따라 직선적으로 변화하여, 다음의 관계가 주어진다.

γ_t= (W_t-W_r)/W_r

여기서 W_t와 W_r은 각각 온도 t와 기준온도에서 힘데이터 생성기(2)에 의해 생성되는 무게데이터이고, γ_t는 "스팬변동계수"라는 상수이다.

그러므로, W_t=W_r(1+t)가 되고, 영점변동(ε_t)을 고려하면,

W_t=W_r(1+ε_t) / γ_t

그러므로,

W_r= (W_t-ε_t)/ (1+γ_t) ... (1)

혹은, t≪1 일때

W_r= (W_t-ε_t) (1-γ_t) ... (2)

따라서, 스팬변동계수(γ_t)가 알려져 있으면, 방정식(1) 또는 방정식(2)를 사용하여 임의 온도에서 영점변동과 스팬변동이 보정될 수 있다.

스팬변동은 온도 t와 직선적인 관계가 있지만, 온도데이터 생성기(4)에 의해 생성되는 온도데이터(X)와의 그 관계는 사용되는 온도검지소자의 비직선성에 의해 항상 직선적이지는 않다.

그러므로, 본 발명에 따라서 스팬변동계수(γ_t)는 예를 들어 (t=AX²+BX+C)로서 제1 실시예에서와 같이 온도데이터(X)의 2차함수로서 근사화된다.

그후, A, B, C의 값은 제2 방정식 생성기(16)에서 상기한 바와 같이 회귀분석에 의해서 계산된다.

이 계산은, 사용되는 무게데이터 (W_i)가 보정연산장치(19)에서 미리 영점보정되어, 대응하는 온도데이터(X_i)와 함께 메모리(15)내에 기억되어 있는 것을 제외하고는 제1방정식 생성기(6)에서 수행되는 계산과 동일하다.

결정된 방정식은 메모리(17)내에 기억되어, 현재온도에서의 스팬변동계수(γ_t)를 계산하기 위하여 계중작업시 마다의 온도데이터 생성기(4)로부터의 온도데이터(X)와 함께 스팬변동 계수생성기(18)에서 사용된다.

계산된 스팬변동계수(γ_t)는 동일온도에서의 영점변동(ε_t)과 함께 보정연산장치(19)에 인가되어, 그 보정연산장치 (19)내에 미리 기억되어 있는 방정식(1) 또는 방정식(2)을 사용해서 영점 및 스팬보정된 무게데이터(W_r)를 계산하기 위해 사용된다.

보정된 데이터는 표시기(10)에 의해 표시된다.

구성부(5)-(8) 및 구성부(15)-(19)는 마이크로 컴퓨터에 구성될 수도 있으며, 힘데이터 생성기(2)는 디지탈데이터를 산출할 수 있는 구성이면 어느 것이라도 좋다.

제5도에는 로드셀(21)로부터의 아날로그데이터가 증폭기(22)에 의해 증폭된 후에, A/D 변환기(23)에 의해 디지탈형태에 데이터로 변환되어, 그 디지탈데이터가 온도에 의한 고유의 스팬오차를 미리 보정하 기위해 스팬보정회로(24)에 인가되는 구성으로 되어 있는 힘데이터 생성기의 한가지 예가 표시되어 있다.

상기한 실시예에서, 스팬변동계수(γ_t)는 (W_t-W_r) / W_r로 정의된다.

그러나, 스팬변동계수는 W_t/W_r로 정의 될 수도 있다.

후자의 경우에는 방정식(1) (2) 대신에 방정식 W_r=(W_t-ε_t) / γ_t가 보정연산장치(19)내에서 사용된다.

온도데이터 (X)와 ε_t, 또는 γ_t, 사이의 관계는 다른 고차방정식으로 표현될 수도 있다.

또한, 회귀분석법이 그 분석프로그램이 다소간 다를지라도, 이 경우에도 사용될 수 있다.

그리고, 방정식의 결정에 사용되는 구성부(5) (6) 및 구성부(15) (16)는 방정식의 결정 후에는 불필요하게 되므로, 이들 구성부를 장치로부터 착탈자재하게 하여 다른 장치에 동일목적으로 사용될 수 있게 하는 것이 바람직하다.

Claims

인가된 힘을 검지하여 그 힘을 나타내는 출력을 생성하는 힘데이터 생성기와, 소정부분의 온도를 검지하여 그 온도를 나타내는 출력을 생성하는 온도데이터 생성기와, 그 힘데이터 생성기의 출력의 온도의존 변화를 보상하는 보상장치로 구성되며, 그 보상장치는, 힘데이터 생성기와 온도데이터 생성기의 여러가지 온도에서의 무하중시의 출력을 받아들여서, 회귀분석에 의해 온도와 영점변동의 관계를 나타내는 방정식을 결정하는 장치와, 그 방정식을 기억하는 장치와, 어느 온도에서 온도데이터 생성기의 출력을 이 방정식에 적용하여, 그 온도에서의 영점변동을 계산하는 장치와, 그때의 힘데이터 생성기 출력으로부터 영점변동을 감산하는 영점보정장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 힘측정장치.
제1항에 있어서, 상기한 보상장치는, 힘데이터 생성기와 온도데이터 생성기의 여러가지 온도에서의 소정하중시의 출력을 받아들여서 회귀분석에 의해 온도와 스팬변동의 관계를 나타내는 방정식을 결정하는 장치와, 그 방정식을 기억하는 장치와, 어느 온도에서의 온도데이터 생성기의 출력을 이 방정식에 적용하여 그 온도에서의 스팬변동을 계산하는 장치와, 상기한 영점보정장치의 출력으로부터 그 스팬변동을 감산하는 보정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘측정장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 방정식을 결정하는 장치가 착탈자재한 것을 특징으로 하는 힘측정장치.