WO2012101854A1 - 計量装置 - Google Patents

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WO2012101854A1
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environmental
load
environment
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直人 出雲
吉一 長根
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株式会社 エー・アンド・デイ
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    • G01G23/166Devices for determining tare weight or for cancelling out the tare by zeroising, e.g. mechanically operated electrically or magnetically operated involving comparison with a reference value

Definitions

  • the present invention relates to a weighing device including a mass meter such as an electronic balance, and more particularly, to a weighing device including a high-precision mass meter such as an analytical balance or a micro electronic balance as a constituent element.
  • the temperature / Changes in environmental conditions such as humidity, atmospheric pressure, and vibration affect measurement sensitivity, zero point (measured value when no load is applied), and span value (difference between measured value and zero point when a load with a known mass is measured) It is known that it becomes a factor that hinders high-precision weighing.
  • the measurement error caused by changes in the installation environment is the measurement result (measurement value). ) Is very significant.
  • Patent Document 1 Conventional weighing devices record (monitor) environmental factors (temperature, humidity, atmospheric pressure, vibration, etc.) that affect weighing in order to reduce the error due to changes in the installation environment and bring the measured value closer to the true value. Then, use the environmental measurement data obtained from it as a correction value at the time of calibration (Patent Document 1), evaluate whether the recorded environmental measurement data is within an allowable value for providing the basic performance of the weighing device, Some devices have a function of prompting the user to proofread by displaying the fact when the allowable value is exceeded (Patent Document 2).
  • the first aspect of the present invention is a problem caused by the installation environment in which the performance of the apparatus is poor by providing the means by which the user can recognize how the installation environment of the weighing apparatus affects the weighing. This is to provide a user-friendly weighing device that can be grasped by the user himself / herself, reduce anxiety during use, and can be used convinced including error factors due to the environment. The provision of a weighing device that can improve the weighing accuracy from a new viewpoint (cutting point) of improving the installation environment.
  • a load measuring mechanism for detecting weighing data
  • an environment measuring means for detecting a physical quantity of an environment in which the load measuring mechanism is installed
  • the load measuring Storage means for storing the measurement data detected by the mechanism and the environmental measurement data detected by the environmental measurement means, and an arithmetic processing section for performing arithmetic processing using the measurement data and the environmental measurement data stored in the storage means
  • the arithmetic processing unit is configured to correlate and record each temporal variation of the measurement data and the environmental measurement data, and to visually recognize the temporal variation via the display unit.
  • the calculation processing unit uses at least one of a zero point, which is measurement data at no load, and a weighing, which is measurement data at the time of loading, as the recorded data. And is visually recognized through the display unit.
  • the measurement result (measurement value) of the load mass as an object to be weighed in correlation with the change of the environment (air temperature, humidity, atmospheric pressure, vibration, etc.) where the load measurement mechanism is placed It is known that the measurement data used for the calculation (zero point, which is the measurement data when there is no load, and the weighing, which is the measurement data when there is load), fluctuate. For example, a change in temperature causes a sensitivity drift, and a change in mass moment due to a change in humidity and a change in buoyancy due to a change in atmospheric pressure cause a zero point drift.
  • the environmental measurement data and weighing data around the device are recorded (monitored) at the same time, and the two are correlated to each other.
  • the correlation between environmental changes and weighing data which has not been apparent in the past, is disclosed visually. It can be easily recognized that this is due to environmental changes.
  • the coefficient of change for each numerical value is obtained and a correlation analysis is performed to obtain a coefficient that can determine the correlation between environmental changes and weighing data.
  • the user estimates how much the temperature management is improved, for example, how much the measurement data can enter the target management width. Yes, you can move on to improve the environment yourself.
  • the user can be informed of the maximum performance that can be obtained in the current environment. It is possible to judge whether or not the measurement can be continued on the spot.
  • the arithmetic processing unit is a span value that is a difference between the weighing data when weighing a load whose mass is known and the weighing data when there is no load. Is calculated, correlated with the recorded data, and visually recognized through the display unit.
  • the arithmetic processing unit calculates a standard deviation of the span value obtained by repeatedly measuring a load whose mass is known repeatedly, and the recording data And is visually recognized through the display unit.
  • the arithmetic processing unit repeatedly measures the zero point or the weighing to obtain a standard deviation, and correlates with the recording data via the display unit. And configured to be recognized visually.
  • the temporal change is displayed on the display unit as a time-dependent change graph represented with respect to a time axis. .
  • the environment measuring means is provided in a mass meter having the load measuring mechanism.
  • (Function) Units are provided by providing environmental measuring means in a mass meter, which is one of the components of the weighing device.
  • the user can visually recognize (visually display) the temporal changes in the environmental measurement data and the weighing data in a correlated manner, so that the user can perform poor performance of the device.
  • the basic performance (accuracy) presented by the device is guaranteed by having the user prepare the surrounding environment.
  • the time-dependent fluctuation of the span value that indicates how constant the difference between the measurement data when the known load is measured and the measurement data when no load is applied (the measurement is stable) Is recorded in correlation with the environmental change, thereby making it easier to understand the correlation between the performance failure of the apparatus and the environmental change.
  • the correlation (correspondence) between the environmental change and the measurement data, the span value, and the standard deviation is disclosed in a form that is easier for the user to understand.
  • the unit is made space-saving and the usability of the weighing device is improved.
  • FIG. 1 is a block diagram of a weighing device according to a first embodiment of the present invention.
  • the flowchart figure of the environmental evaluation mode which concerns on a 1st Example. Correlation monitoring diagram of environmental measurement data and zero point obtained in the same mode. Correlation monitoring diagram of environmental measurement data and span value obtained in the same mode. Correlation monitoring chart of temperature change and span value obtained in the same mode. Correlation monitoring diagram of environmental measurement data and standard deviation of span values obtained in the same mode.
  • the flowchart figure of the environmental evaluation mode which concerns on a 2nd Example.
  • FIG. 1 is a block diagram of the weighing device according to the first embodiment.
  • the illustrated weighing device 100 includes an electronic balance 1 which is a mass meter, a data logger 20 for storing data measured by the electronic balance 1, and an external PC 30 for analyzing measurement data.
  • an electronic balance 1 which is a mass meter
  • a data logger 20 for storing data measured by the electronic balance 1
  • an external PC 30 for analyzing measurement data.
  • the electronic balance 1 is an electromagnetic balance type micro electronic balance, and the reading accuracy (minimum display) of the measurement value, which is the measurement result of the load mass as the object to be measured, is 1 ⁇ g (0.001 mg).
  • a load measuring mechanism 2 having a load transmission mechanism, an electromagnetic part, etc., a built-in weight adding and removing mechanism 6 for adding and removing a built-in weight 5 having a known mass to the load measuring mechanism 2, and a built-in weight adding and removing mechanism 6 are operated.
  • the motor 7 to be driven and the motor driving circuit 8 for controlling the driving of the motor 7 are provided, and the built-in weight 5 is configured to be automatically raised and lowered.
  • the weighing data detected from the load measuring mechanism 2 is A / D converted from an analog signal to a digital signal by the internal CPU 3, sampled by the data sampling means, and then stored in the data logger 20 (storage means).
  • the electronic balance 1 incorporates an environmental sensor 10 (environment measuring means) that detects changes in physical quantities of the environment where the electronic balance 1 is installed over time.
  • the environmental sensor 10 includes a temperature sensor 11, a humidity sensor 12, and an atmospheric pressure sensor 13.
  • Environmental measurement data (temperature, humidity, and atmospheric pressure) detected over time by the environmental sensor 10 is sampled in the same manner as the measurement data, and then stored in the data logger 20.
  • the environmental sensor 10 may be an external device
  • the electronic balance 1 is a space-saving and easy-to-use electronic balance 1 by being unitized in the electronic balance 1.
  • the electronic balance 1 is provided with a display unit 4 such as a measurement value similar to the conventional display for displaying a measurement value of mass and various setting contents.
  • Reference numeral 32 denotes an external CPU (arithmetic processing unit) provided in the external PC 30, and includes an intermediate processing unit and various memory mechanisms.
  • the external CPU 32 obtains a weight measurement value from a variety of programs similar to the conventional one, specifically, a difference between a weighing value that is weighing data when loaded and a zero point that is weighing data when there is no load, The span value (difference between the measurement data and the zero point when measuring a load with a known mass) or the span value obtained by measuring the span value multiple times from the measurement data obtained by the automatic lifting / lowering of the internal weight 5
  • a program for calculating the standard deviation or the standard deviation of the weighing data obtained by repeatedly measuring the zero point and the weighing several times is stored.
  • the external CPU 32 continuously or temporally changes the measurement data (zero point / weighing) stored in the data logger 20 and the environmental measurement data (temperature, humidity, atmospheric pressure) over time. Intermittent recording, that is, monitoring (acquisition of data over a long period of time), and environmental evaluation that correlates each temporal change with respect to the same time axis are performed. Further, in such environmental evaluation, in addition to the above-described temporal variation, the temporal variation of the calculated span value and / or standard deviation is also correlated. Then, a command is issued so that the correlation of each temporal change is visually displayed via the monitor 31 (display unit) of the external PC 30. Specifically, changes over time in environmental measurement data and changes over time in measurement data or span values or standard deviations of span values are displayed as a time-dependent change graph (correlation monitoring diagram) represented on the same time axis. The command is issued.
  • the above-described correlation monitoring diagram is displayed in real time or in a time width requested by the user in accordance with a command from the external CPU 32 (FIGS. 3, 4, 5, 6).
  • step S1 environmental measurement data detected by the environmental sensor 10, that is, each measurement data of temperature, humidity, and atmospheric pressure is sampled.
  • the environmental elements to be sampled can be arbitrarily selected according to needs.
  • the sampling data of each environmental element is continuously taken for several hours to several days in step S4 and recorded in the data logger 20.
  • the sampling time can be arbitrarily set according to the needs.
  • step S2 the built-in weight 5 is automatically raised and lowered by the load measuring mechanism 2 in a cycle of once per minute, for example, and in step S3, the weight of the built-in weight 5 and the zero point data are measured. (Weighing data) is sampled and recorded in the data logger 20 in the same manner as the environmental measurement data in step S4.
  • step S5 the environmental measurement data and the measurement data recorded in the data logger 20 are read out to the external CPU 32 and monitored in a manner in which both time axes are unified and correlated.
  • step S6 the span value of the internal weight 5 is calculated from the sampled measurement data, and further, the standard deviation for the true value of the internal weight 5 is calculated from the plurality of span value data.
  • step S7 the time-dependent fluctuation of the span value is also correlated monitored with the time axis unified, and the time-dependent fluctuation of the span value standard deviation is also unified at the calculated timing. Correlation monitoring.
  • step S8 as shown in FIGS. 3 to 6, when such temporal variation is output and displayed on the monitor 31 as a correlation monitoring diagram with time on the horizontal axis and numerical values on the vertical axis, End.
  • FIG. 3 is a correlation monitoring diagram of environmental measurement data and zero point obtained in the environmental evaluation mode, where environmental measurement data (temperature, humidity, pressure) changes over time and measurement data (zero point) changes over time. It is a time-dependent change graph which shows a mode that it monitored simultaneously.
  • the horizontal axis represents time [day: time]
  • the upper vertical axis represents temperature [° C.], humidity [%], and atmospheric pressure [hPa]
  • the lower vertical axis represents zero point [g].
  • FIG. 4 is a correlation monitoring diagram of the environmental measurement data and the span value obtained in the same mode, in which the lower stage in FIG. 3 is the span value. Since the span value is the difference between the weighing data when a load having a known mass is measured and the zero point, the span value represents the difference between the weight of the built-in weight 5 and the zero point. Then, looking at the monitoring chart of the span value (the lower part of FIG. 4), it is possible to confirm data disturbance around 17:00 on December 3. The reason for this is due to a change in buoyancy caused by a decrease in atmospheric pressure as described above.
  • FIG. 5 is a correlation monitoring diagram of temperature change and span value obtained in the same mode. Referring to FIG. 5, it can be confirmed that immediately after the power supply to the electronic balance 1 is turned on, the span value largely fluctuates as the internal temperature of the balance increases. This reason is due to the power-on drift of the mass meter that is usually said.
  • the correlation between the two has been disclosed as a time-series graph in an easy-to-understand form for the user, the user can see that the fluctuation of the span value is caused by a decrease in atmospheric pressure and / or an increase in humidity as seen in FIG. From FIG. 5, it can be seen at a glance that the span value fluctuates due to a temperature change until a predetermined time elapses after the power is turned on.
  • FIG. 6 is a correlation monitoring diagram of the environmental measurement data and the standard deviation of the span value obtained in the same mode
  • the lower stage in FIG. 3 is a graph in which the standard deviation of the span value is obtained.
  • the standard deviation in the present embodiment is indicated by the standard deviation of the span value calculated by repeatedly measuring the built-in weight 5 having a known mass 10 times.
  • the monitoring chart of the standard deviation showing the repeatability shows that the standard deviation (error) is about 2.5 ⁇ g between December 4th and December 8th. You can see that the weighing is done. That is, the electronic balance 1 guarantees a weighing accuracy of 2.5 ⁇ g if there is no large environmental change (this is the basic performance guaranteed by the apparatus).
  • the user can recognize the correlation between the temporal variation of the environmental measurement data and the temporal variation of the measurement data according to FIG. 3, but in addition to this, as shown in FIGS. Since the time-dependent variation of the standard deviation indicating repeatability is also correlated and displayed, it becomes easy to understand how the environmental change correlates with the reliability of the electronic balance 1. For example, if the true value of the mass is 200.0 g and the zero point value is 0.0 g and the weighing is 200.0 g, the span value is 200.0 g. Next, if the zero point value is 0.1 g and the weighing is 200.1 g, the span value is 200.0 g.
  • the span value does not vary even if the zero point varies, it can be said that the performance as a mass meter is sufficiently guaranteed. However, if the value of the zero point is 0.1 g and the weight is 200.5 g, the span value is 200.4 g, which indicates that a performance failure has occurred.
  • the correlation between the change in the surrounding environment of the electronic balance 1 and the poor performance of the electronic balance 1 becomes easier to understand for the user.
  • the user can see the time-dependent fluctuation of the environmental measurement data and the time-dependent fluctuation of the measurement data, span value, and standard deviation of the span value as a time-series graph.
  • the relationship between the performance defect of the electronic balance 1 and the environmental change can be immediately recognized, and the reliability of the user to the electronic balance 1 is increased.
  • the user can know from the correlation monitoring diagrams of FIGS. 3 to 6 that fluctuations in the measurement data, span value, and standard deviation of the span value are caused by an increase in humidity, a decrease in atmospheric pressure, and an increase in temperature. Therefore, the user himself / herself can move to maintain the surrounding environment of the electronic balance 1 such as not stopping the air conditioner when leaving and keeping the humidity constant.
  • the measurement accuracy can be improved from a new viewpoint (cutting point) that has not existed before.
  • the error is around 10 ⁇ g (about 0.01 mg) around 17:00 on December 3, so the user can Referring to the monitoring chart, it can be seen that the maximum performance (minimum display) obtained in the current environment is 0.01 mg. That is, at this time, the user makes a judgment on the spot such as stopping the measurement if the required measurement accuracy is 1 ⁇ g (0.001 mg) or continuing the measurement because there is no problem if the required measurement accuracy is 0.1 mg. Because it becomes possible, it is user friendly.
  • the standard deviation of the span value is displayed as the standard deviation in the lower part of FIG. 6, the standard deviation obtained by repeatedly measuring the zero point and the weighing may be displayed. It is possible to know how reliably the weighing data is reproduced by monitoring the time-dependent fluctuation of the zero point and the standard deviation of the weighing data. Therefore, even if the zero point and the standard deviation of the weighing are displayed in correlation, the user generally sees the correlation monitoring chart, and the standard deviation indicating reliability generally increases, for example, the decrease in atmospheric pressure and It can be seen at a glance from the figure that it is caused by an increase in humidity.
  • the zero point is displayed as the weighing data in the lower part of FIG. 3, the weighing may be displayed as the weighing data.
  • FIG. 7 is a flowchart of the environmental evaluation mode according to the second embodiment.
  • an influence evaluation function for determining which environmental parameter has the highest influence on the measurement data or the like is added to the external CPU 32 using the configuration in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 7, in the second embodiment, the influence evaluation flow after step S8 is added to the environment evaluation mode in the first embodiment.
  • steps S1 to S7 the environmental measurement data of temperature, humidity, and atmospheric pressure and the measurement data of the built-in weight 5 are sampled, and the environmental measurement data, the measurement data, and the span are sampled.
  • the standard deviation of the value and span value is monitored by correlation.
  • step S8 it is determined whether or not the calculated standard deviation satisfies the basic performance (standard deviation 2.5 ⁇ g). If YES (standard deviation is 2.5 ⁇ g or less), the process proceeds to step S10, and only the correlation monitoring diagram is displayed on the monitor 31 as in the first embodiment, and the environment evaluation mode ends. On the other hand, when it is determined NO (standard deviation exceeds 2.5 ⁇ g), the influence degree of the environmental parameter is determined by the influence degree determination means in step S9. In step S9, for example, the amount of change per unit time of each numerical value is obtained from each monitoring data, and correlation analysis is performed.
  • each environmental element ( The correlation coefficient r of temperature, humidity, and atmospheric pressure is obtained, and the degree of influence of the environmental parameter is evaluated as the environmental element having the greatest influence in descending order of the absolute value of the correlation coefficient r.
  • the determination result (evaluation) obtained in step S9 is displayed on the monitor 31 together with the correlation monitoring diagram, the environment evaluation mode ends.
  • the user can know which environmental parameter has the highest degree of influence, and the amount of change in the environmental measurement data is also disclosed. You can know if it should be improved. Therefore, for example, it can be estimated how much the temperature management is improved and the measurement data enters the target management width, and the user can move more specifically to the environmental improvement.
  • the minimum display of the measurement value that can be determined in the current environment is estimated from the correlation coefficient r obtained by the influence determination means, and the digit for which the display or accuracy cannot be guaranteed is deleted / flashing. And present it to the user.
  • the electronic balance 1 automatically suggests the current maximum performance (minimum display) that can be recognized with reference to the standard deviation in the first embodiment, so it is easier to determine whether or not to continue the measurement. It becomes.
  • the standard deviation of the span value is used as the standard deviation used for the influence evaluation.
  • the determination may be made based on the zero point or the standard deviation of the weighing instead.
  • the environmental sensor 10 not only the environmental sensor 10 but also the data logger 20 may be built in the electronic balance 1.
  • an internal memory that is normally built in the electronic balance 1 may be used as the storage means of the present application.
  • the functions of the external PC 30 may be borne by the configuration of the electronic balance 1. That is, the processing in the external CPU 32 may be performed by the internal CPU 3, and the correlation monitoring diagram and the evaluation displayed on the monitor 31 may be displayed on the measurement value display unit 4. Thereby, all the devices constituting the weighing device are built in the mass meter, the configuration around the main body of the electronic balance 1 is simplified, the weighing device is unitized, and the user-friendliness is improved.
  • the display method of the correlation monitoring diagram in the first and second embodiments may be any display format as long as the display is correlated so as to correspond on the same time axis.
  • the correlation monitoring diagrams in the first and second embodiments may be configured to be displayed on paper output from a printer connected to the external PC 30 as necessary. That is, the display unit may be visually recognized through paper.

Abstract

【課題】装置の性能不良が設置環境に起因した問題であることをユーザ自身が把握でき、ユーザの使用時の不安を低減させ、ユーザに環境による誤差要因を含めて納得して使用されるとともに、新しい観点から計量精度を向上させる計量装置を提供する。 【解決手段】演算処理部32において、荷重測定機構2から検出された計量データと環境測定手段10で検出された環境測定データのそれぞれの経時的変動を相関させて記録し、前記経時的変動を表示部31を介して視覚に認識させるように構成した。これにより、従来明らかとなることがなかった環境変化と計量データの相関が視覚的に開示され、ユーザは、装置の性能不良が環境の変化によるものである、と容易に認識することができるため、計量装置への信頼が高まる。また、ユーザ自身に周囲環境を整備して貰うことで装置の提示する基本性能(精度)も保証される。

Description

計量装置
 本発明は、電子天秤等の質量計を含む計量装置に係り、特に、分析用天秤やマイクロ電子天秤等の計量精度の高い質量計を構成要素の一とする計量装置に関する。
 例えば、電磁平衡式の電子天秤等の質量計を構成要素の一とし、電子天秤に計量結果出力用のPCやプリンタ等の他のデバイスを接続した計量装置では、電子天秤の設置箇所における温度・湿度・気圧・振動等の環境条件の変化が測定感度やゼロ点(無負荷時の計量値),スパン値(質量が既知の荷重を計量した際の計量値とゼロ点の差)に影響を与え、高精度の計量を阻害する要因となることが知られている。特に、計量値の読み取り精度(最小表示)が0.1mg以下の分析用電子天秤、さらには1μg以下の超高精度のマイクロ電子天秤では、設置環境の変化が及ぼす計量誤差が計量結果(計量値)に及ぼす影響は非常に大きい。
 そこで、従来の計量装置では、設置環境の変化による誤差を小にし計量値を真値に近づけるために、計量に影響を及ぼす環境要因(温度・湿度・気圧・振動等)を記録(モニタリング)して、そこから得た環境測定データを校正時の補正値として用いたり(特許文献1)、記録した環境測定データが計量装置の基本性能を出すための許容値内か否かを評価して、許容値以上である場合にその旨を表示することでユーザに校正を促す機能を備えたものがある(特許文献2)。
特開昭62-280624(第1頁、特許請求の範囲) 特開2007-139768(段落[0046]、[0049]~[0053]、図2~5)
 しかし、前述した従来の計量装置においては、校正が完了しても計量装置が保証している基本性能が出ないというユーザからの報告が多々あった。
 この原因としては、例えばエアコンの動作による急激な温度変化や低気圧の通過による気圧及び湿度の変化、遠隔地での地震発生等、装置の周囲環境の変化に起因している場合があり、環境が大きく変化している状態でいくら校正を行っても、周囲環境の変化が落ち着かない限り基本性能は発揮されない。従来の計量装置では、これら周囲環境(設置環境)の環境変化を記録(モニタリング)しているものの、モニタリングによって得られた解析結果が開示(表示)されるにすぎず、モニタリングの様子(データの経時変動)がユーザに開示されることはなかった。増して、ユーザは環境変化が計量結果(計量値)にどのように影響し、環境変化と計量値にどのような相関関係があるかを知ることはできなかった。
 このため、ユーザは校正が完了しても(校正を何度も行っても)基本性能が出ない場合に、その原因が設置環境に起因する性能不良なのか、計量装置本体の性能不良なのかが分からず、計量を続けて良いものか、計量値を信用して良いものかという不安と、同時に質量計そのものへの不信感を募らせてしまうという問題が生じていた。
 本発明は、第1には、計量装置の設置環境がいかに計量に影響を与えているかをユーザが認識することができる手段を備えることで、装置の性能不良が設置環境に起因した問題であることをユーザ自身が把握でき、使用時の不安を低減させ、環境による誤差要因を含めて納得して使用してもらえるユーザフレンドリーな計量装置を提供することであり、第2には、上記手段を備えたことで、設置環境の改善という新しい観点(切り口)から計量精度を向上させることのできる計量装置を提供するものである。
 前記目的を達成するために、請求項1に係る計量装置においては、計量データを検出する荷重測定機構と、前記荷重測定機構が設置された環境の物理量を検出する環境測定手段と、前記荷重測定機構において検出された計量データと前記環境測定手段で検出した環境測定データとを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された計量データと環境測定データとを用いて演算処理を行う演算処理部と、を備え、前記演算処理部が、前記計量データと前記環境測定データのそれぞれの経時的変動を相関させて記録し、前記経時的変動を表示部を介して視覚に認識させるように構成した。
 請求項2においては、請求項1に記載の計量装置において、前記演算処理部が、無負荷時の計量データであるゼロ点、又は負荷時の計量データである秤量の少なくとも一方を、前記記録データと相関させて前記表示部を介して視覚に認識させるように構成した。
 (作用)請求項1及び2において、荷重測定機構が置かれた環境(気温、湿度、気圧、振動等)の変化と相関して、被計量対象物である荷重質量の計量結果(計量値)算出に用いられる計量データ(無負荷時の計量データであるゼロ点、負荷時の計量データである秤量)が変動することが分かっている。例えば、温度変化は感度ドリフトを、湿度変化による質量モーメント変化及び気圧変動による浮力変化はゼロ点のドリフトを招く。
 そこで、装置周囲の環境測定データと計量データを同時に記録(モニタリング)して両者を相関させ、係る環境測定データと計量データのそれぞれの経時的変動(同時モニタリングの様子)を、表示部を介して視覚に認識させるように(視覚的に表示するように)構成したことで、従来明らかとなることがなかった環境変化と計量データの相関が視覚的に開示され、ユーザは、装置の性能不良が環境の変化によるものである、と容易に認識することができる。
 さらには、環境測定データと計量データの同時記録から、各数値の変化量を求めて相関解析をする等して、環境変化と計量データの相関を判断できる係数を求め、計量データの変動に対する環境パラメータの影響度を判定して評価する手段を設けて、その評価結果をユーザに提示すれば、ユーザは、例えば温度管理をどの程度改善すれば目的とする管理幅に計量データが入るのかが推測できるので、ユーザ自身で環境改善に動くことができる。或いは、前記影響度判定手段から現状の環境で確定可能な計量値の最小表示の推定して提示すれば、ユーザに現状の環境で得られる最高性能を知らしめることができるので、ユーザ自身がその場で計量続行の可否を判断することができる。
 請求項3においては、請求項1又は2に記載の計量装置において、前記演算処理部が、質量が既知の荷重を計量した際の計量データと無負荷時の計量データとの差であるスパン値を演算し、前記記録データと相関させて前記表示部を介して視覚に認識させるように構成した。
 (作用)環境変化によって計量データ(ゼロ点、秤量)は変動するので、これらを同時に記録して相関させることより環境変化と計量データの相関が認識できるが、これに加えて、質量が既知の荷重を計量した際の計量データと無負荷時の計量データ(ゼロ点)との差であるスパン値の経時的変動を記録することで、前記の差が一定に計量され既知の質量がどれだけ安定に計量されるかを知ることができるので、スパン値の変動も併せて相関表示することで、環境変化が計量装置の信頼性とどのように相関しているのかが分かる。
 請求項4においては、請求項3に記載の計量装置において、前記演算処理部が、前記質量が既知の荷重を繰り返し複数回計量して求めた前記スパン値の標準偏差を演算し、前記記録データと相関させて前記表示部を介して視覚に認識させるように構成した。
 (作用)質量が既知の荷重を繰り返し複数回計量して求めたスパン値の標準偏差の経時的変動を記録することで、スパン値がどれだけ確実に再現され同一質量を何回計量しても同一の計量値を示す能力があるかを知ることができるので、スパン値の標準偏差の変動も併せて相関表示することで、環境変化が計量装置の信頼性とどのように相関しているのかが分かる。
 請求項5においては、請求項2に記載の計量装置において、前記演算処理部が、前記ゼロ点または前記秤量を繰り返し計量して標準偏差を求め、前記記録データと相関させて前記表示部を介して視覚に認識させるように構成した。
 (作用)計量データであるゼロ点や秤量の標準偏差の経時的変動を記録することで、計量データがどれだけ確実に再現されるかを知ることができるので、ゼロ点や秤量の標準偏差の変動も併せて相関表示することで、環境変化が計量装置の信頼性とどのように相関しているのかが分かる。
 請求項6においては、請求項1~5のいずれかに記載の計量装置において、前記経時的変動が、時間軸に対して表された経時変化グラフとして前記表示部に表示されるように構成した。
 (作用)各数値の経時的変動が同一時間軸で時系列のグラフとして表示されたことで、環境変化と計量データやスパン値,標準偏差との相関(対応関係)が、ユーザによりわかりやすい形で開示される。
 請求項7においては、請求項1~6のいずれかに記載の計量装置において、前記環境測定手段を、前記荷重測定機構を有する質量計に設けた。
 (作用)環境測定手段を、計量装置の構成要素の一である質量計に設けたことでユニット化する。
 請求項1及び請求項2に係る発明によれば、環境測定データと計量データの経時的変動を、相関した形で視覚に認識させる(視覚的に表示する)ことで、ユーザは装置の性能不良と環境変化との関係を直ちに認識できることとなって、ユーザの計量装置への信頼が高まる。また、ユーザ自身に周囲環境を整備して貰うことで装置の提示する基本性能(精度)も保証される。
 請求項3に係る発明によれば、既知の荷重を計量した際の計量データと無負荷時の計量データの差がどれだけ一定か(計量が安定しているか)が分かるスパン値の経時的変動を、環境変化と相関させて記録することで、装置の性能不良と周囲環境変化との相関がさらに分かり易くなる。
 請求項4及び請求項5に係る発明によれば、繰り返し性を示す標準偏差の経時的変動を環境変化と相関させて記録することで、装置の性能不良と周囲環境変化との相関がさらに分かり易くなる。
 請求項6に係る発明によれば、環境変化と計量データやスパン値,標準偏差との相関(対応関係)が、ユーザによりわかりやすい形で開示される。
 請求項7に係る発明によれば、ユニット化した分、省スペースとなって計量装置の使い勝手が向上する。
本発明の第1の実施例に係る計量装置のブロック図。 第1の実施例に係る環境評価モードのフローチャート図。 同モードで得られる、環境測定データとゼロ点の相関モニタリング図。 同モードで得られる、環境測定データとスパン値の相関モニタリング図。 同モードで得られる、温度変化とスパン値の相関モニタリング図。 同モードで得られる、環境測定データとスパン値の標準偏差の相関モニタリング図。 第2の実施例に係る環境評価モードのフローチャート図。
 本発明の第1の実施例を図1~6を用いて説明する。
 図1は第1の実施例に係る計量装置のブロック図である。図示の計量装置100は、質量計である電子天秤1と、電子天秤1で計測されたデータ保存用のデータロガー20と、計測データ解析用の外部PC30から構成されている。
 電子天秤1は、電磁平衡式のマイクロ電子天秤であって、被計量対象物である荷重質量の計量結果である計量値の読み取り精度(最小表示)は1μg(0.001mg)である。
 電子天秤1内には、荷重伝達機構や電磁部等を有する荷重測定機構2、質量が既知である内蔵分銅5を荷重測定機構2に加除する内蔵分銅加除機構6、内蔵分銅加除機構6を作動させるモータ7、モータ7の駆動を制御するモータ駆動回路8が設けられており、内蔵分銅5が自動昇降可能に構成されている。荷重測定機構2から検出される計量データは、内部CPU3によってアナログ信号からデジタル信号にA/D変換され、データサンプリング手段によってサンプリングされたのち、データロガー20(記憶手段)に記憶される。
 また、電子天秤1には、電子天秤1が設置された環境の物理量の変化を経時的に検知する環境センサ10(環境測定手段)が内蔵されている。環境センサ10は、温度センサ11、湿度センサ12、大気圧センサ13で構成されている。環境センサ10で経時的に検出された環境測定データ(気温・湿度・気圧)は、計量データと同様にサンプリングされたのち、データロガー20に記憶される。環境センサ10は外部デバイスとしても良いが、電子天秤1内にユニット化されたことで省スペースとなり、使い勝手が良い電子天秤1となっている。また、電子天秤1には、質量の計量値や各種設定内容が表示される従来同様の計量値等表示部4が設けられている。
 符号32は、外部PC30内に設けられた外部CPU(演算処理部)であって、中間処理部や各種のメモリ機構等から構成されている。外部CPU32には、従来同様の各種プログラム、具体的には、負荷時の計量データである秤量と無負荷時の計量データであるゼロ点の差から質量の計量値を求めたり、質量が既知の内蔵分銅5の自動昇降により得られた計量データからスパン値(質量が既知の荷重を計量した際の計量データとゼロ点との差)や、スパン値を複数回計量して求めたスパン値の標準偏差、或いはゼロ点や秤量を繰り返し複数回計量して求めた計量データの標準偏差を演算するプログラムが格納されている。
 そして、上記に加えて、外部CPU32では、データロガー20に記憶された計量データ(ゼロ点・秤量)の経時的変動及び各環境測定データ(気温・湿度・気圧)の経時的変動を連続的又は断続的に記録、即ちモニタリング(長時間に亘りデータを取得)し、それぞれの経時的変動を同一の時間軸に対して相関させる環境評価が行われる。さらに、係る環境評価では、前述の経時的変動に併せて、演算したスパン値及び/又は標準偏差の経時的変動も相関される。そして、各経時的変動の相関が、外部PC30のモニター31(表示部)を介して、視覚的に表示されるよう指令を出す。具体的には、環境測定データの経時的変動と計量データ又はスパン値又はスパン値の標準偏差の経時的変動が、同一の時間軸に対して表された経時変化グラフ(相関モニタリング図)として表示されるよう指令を出す。
 そして、外部PC30のモニター31には、外部CPU32の指令によって、前述した相関モニタリング図がリアルタイム或いはユーザの要求する時間幅で表示される(図3、4、5、6)。
 次に、上述の環境評価モードの作動を、図2に示す第1の実施例に係る環境評価モードのフローチャートに基づいて説明する。
 環境評価モードに入ると、まず、ステップS1において、環境センサ10で検出された環境測定データ、即ち気温・湿度・気圧の各測定データがサンプリングされる。なお、サンプリングする環境要素はニーズに合わせて任意に選択可能である。そして、各環境要素のサンプリングデータは、ステップS4において数時間から数日間継続的に取られ、データロガー20に記録される。なお、係るサンプリング時間もニーズに合わせて任意に設定可能である。
 ステップS1と同時に、ステップS2において、荷重測定機構2で内蔵分銅5が例えば1分に1回のサイクルで自動昇降され、ステップS3において、荷重測定機構2から内蔵分銅5の秤量及びゼロ点のデータ(計量データ)がサンプリングされ、ステップS4において、環境測定データと同様にデータロガー20に記録される。
 データロガー20に記録された環境測定データと計量データは、ステップS5において、外部CPU32に読み出され、両者の時間軸を統一して相関させた形でモニタリングされる。
 併せて、ステップS6において、サンプリングされた計量データから内蔵分銅5のスパン値が演算され、さらに、複数のスパン値データから内蔵分銅5の真値に対する標準偏差が演算される。そして、ステップS7において、係るスパン値の経時的変動も、時間軸を統一させた形で相関モニタリングされ、スパン値の標準偏差の経時的変動も、算出したタイミングで、時間軸を統一させた形で相関モニタリングされる。
 そして、ステップS8において、図3~6に示すように、係る経時的変動が、横軸に時間、縦軸に各数値をとった相関モニタリング図としてモニター31に出力表示されると、環境評価モード終了となる。
 図3は、環境評価モードで得られる、環境測定データとゼロ点の相関モニタリング図であって、環境測定データ(温度、湿度、気圧)の経時的変動と計量データ(ゼロ点)の経時的変動を同時モニタリングした様子を示す経時変化グラフである。横軸は時間[日:時刻]を、上段の縦軸は温度[℃]、湿度[%]、気圧[hPa]を、下段の縦軸はゼロ点[g]を示す。
 環境測定データのモニタリング図(図3上段)を見ると、12月3日17時前後に、気圧の急激な低下とそれに伴う湿度上昇が生じていることが分かる。そして、ゼロ点のモニタリング図(図3下段)を見ると、12月3日17時前後に大きくマイナスに振れていることが分かる。この詳細な理由は、気圧変動によって内蔵分銅5にかかる浮力が減少してゼロ点が重くなったこと、湿度の上昇によって質量モーメントが変化して天秤の支点回りのバランスがくずれたこと、によるものである。
 しかし、図3に示すように各数値の変動が時系列のグラフとして表示されたことで、環境変化と計量データ変動の相関(対応関係)がユーザによりわかりやすい形で開示されたので、ユーザは前述の理由を理解していなくとも、図3を見れば視覚的に、ゼロ点の急激な変動は気圧の低下及び/又は湿度の上昇に起因するものだ、ということが一目で分かる。即ち、電子天秤1の周囲の環境測定データの経時的変動と計量データの経時的変動を相関させてモニタリングし、係る経時的変動をモニター31を介して表示したことで、従来明らかとなることがなかった環境測定データと計量データの相関が視覚的に開示されたので、ユーザは、電子天秤1の性能不良は周囲環境の変化によるものである、と容易に認識することができる。
 次に、図4は、同モードで得られる、環境測定データとスパン値の相関モニタリング図であって、図3における下段がスパン値となったグラフである。スパン値とは質量が既知の荷重を計量した際の計量データとゼロ点との差であるので、この場合内蔵分銅5の秤量とゼロ点の差を表している。そして、スパン値のモニタリング図(図4下段)を見ると、12月3日17時前後でデータの乱れが確認できる。この理由は、上述と同様気圧低下による浮力変化によるものである。
 また、図5は、同モードで得られる、温度変化とスパン値の相関モニタリング図である。図5を見ると、電子天秤1への電源投入直後に、天秤内部温度の上昇に伴ってスパン値が大きく変動していることが確認できる。この理由は、通常言われている質量計のパワーオンドリフトによるものである。
 しかし、両者の相関が時系列のグラフとしてユーザによりわかりやすい形で開示されたことで、ユーザは、図4を見ればスパン値の変動は気圧の低下及び/又は湿度の上昇に起因していることが一目で分かり、図5を見れば電源投入後一定時間経過するまで温度変化によってスパン値の変動が起こることが一目で分かる。
 次に、図6は同モードで得られる、環境測定データとスパン値の標準偏差の相関モニタリング図であって、図3における下段がスパン値の標準偏差となったグラフである。本実施例における標準偏差は、質量が既知である内蔵分銅5を10回繰り返し計量することで算出されたスパン値の標準偏差で示している。そして、繰り返し性を示す標準偏差のモニタリング図(図6下段)を見ると、12月4日~12月8日の間は標準偏差(誤差)が略2.5μg前後となっており、安定した計量が行われていることが分かる。即ち、電子天秤1は、大きな環境変化が無い場合であれば、2.5μgの計量精度を保証する(これを装置が保証する基本性能とする)。しかし、低気圧が通過した12月3日17時前後には、最大で9.0μgの誤差が生じているのが分かる。これは、気圧変動によるスパン値の変動によるものである。しかし両者の相関が時系列のグラフとしてわかりやすい形で開示されたことで、ユーザは図6を見れば、一般的に信頼性を示す標準偏差(誤差)が大となったのは気圧の低下及び/又は湿度の上昇に起因するものだ、ということが一目で分かる。
 ここで、ユーザは図3によって環境測定データの経時的変動と計量データの経時的変動の相関を認識することができるが、これに加えて、図4~図6に示すように、スパン値及び/又は繰り返し性を示す標準偏差の経時的変動も併せて相関表示されることで、環境変化が電子天秤1の信頼性とどのように相関しているのかが分かりやすくなる。例えば、質量の真値が200.0gであった場合に、ゼロ点の値が0.0g,秤量が200.0gだったとすると、スパン値は200.0gである。次に、ゼロ点の値が0.1g,秤量が200.1gだったとすれば、やはりスパン値は200.0gである。よって、ゼロ点が変動していてもスパン値が変動していなければ、質量計としての性能は十分に保証されていると言える。しかし、ゼロ点の値が0.1gで,秤量が200.5gであれば、スパン値は200.4gとなるので、性能不良が生じていることが分かる。
 即ち、既知の質量がどれだけ安定に計量されるか(既知の荷重を計量した際の秤量と無負荷時のゼロ点の差がどれだけ一定に計量されるか)を、スパン値の経時的変動をモニタリングすることで知ることができる。
 さらに、スパン値の標準偏差の経時的変動をモニタリングすることで、スパン値がどれだけ確実に再現され同一質量を何回計量しても同一の計量値を示す能力があるかを知ることができる。
 そして、これらスパン値及びスパン値の標準偏差を、環境変化と相関させることで、電子天秤1の周囲環境の変化と電子天秤1の性能不良との相関が、ユーザにいっそう分かり易くなる。
 以上により、環境測定データの経時的変動と、計量データ,スパン値,スパン値の標準偏差の経時的変動が、相関された形で時系列のグラフとして視覚的に表示されたことで、ユーザは電子天秤1の性能不良と環境変化との関係を直ちに認識できることとなって、ユーザの電子天秤1への信頼が高まることとなる。
 また、ユーザは、図3~6の相関モニタリング図から、計量データ,スパン値,スパン値の標準偏差の変動は、湿度の上昇、気圧の低下、温度上昇が一因であることを知ることができるので、退出時にエアコンを止めない,湿度を一定に保つ等、ユーザ自身で電子天秤1の周囲環境の整備に動くことができる。
 そして、こうしたユーザ自身による環境改善によって電子天秤1の提示する基本性能(精度)が保たれるので、従来に無い新たな観点(切り口)から計量精度の向上が達成されることとなる。
 また、スパン値の標準偏差の相関モニタリング図(図6)で、12月3日17時前後は誤差(標準偏差)が約10μg(約0.01mg)となっていることから、ユーザはこの相関モニタリング図を参考に、現状の環境で得られる最高性能(最小表示)は0.01mgであることが分かる。即ち、この時ユーザは、求める計量精度が1μg(0.001mg)であれば計量をやめる、求める計量精度が0.1mgであれば問題が無いため計量を続行する、等の判断がその場で可能となるため、ユーザフレンドリーである。
 以上により、ユーザは電子天秤1の基本性能が出ない場合に、その原因が設置環境に起因する性能不良なのか、計量装置本体の性能不良なのかが分からず、計量を続けて良いものか、計量値を信用して良いものかという不安と、質量計そのものへの不信感を募らせるということが無くなるので、質量計メーカの信頼回復にも繋がることとなる。
 なお、図6下段には、標準偏差としてスパン値の標準偏差を表示したが、ゼロ点や秤量を繰り返し計量して求めた標準偏差を表示しても良い。計量データであるゼロ点や秤量の標準偏差の経時的変動をモニタリングすれば、計量データがどれだけ確実に再現されているかを知ることができる。よって、ゼロ点や秤量の標準偏差を相関表示した場合であっても、ユーザはその相関モニタリング図を見れば、一般的に信頼性を示す標準偏差が大となったのは例えば気圧の低下及び/又は湿度の上昇に起因するものだ、ということが、図から一目で分かる。このため、ゼロ点や秤量の標準偏差を相関表示した場合にも、電子天秤1の周囲環境の変化と電子天秤1の性能不良との相関がユーザにいっそう分かり易くなるという、スパン値の標準偏差を用いた時と同様の効果が得られる。
 また同様に、図3下段には、計量データとしてゼロ点を表示したが、計量データとして秤量を表示しても良い。
 図7は、第2の実施例に係る環境評価モードのフローチャート図である。
 第2の実施例は、第1実施例における構成を用いて、外部CPU32に、どの環境パラメータが最も計量データ等への影響度が高いかを判定する影響度評価機能を追加したものである。即ち、図7に示すように、第2実施例では、第1実施例における環境評価モードにステップS8以降の影響度評価フローが追加されている。
 環境評価モードに入ると、第1実施例と同様、ステップS1~S7において、温度・湿度・気圧の各環境測定データ及び内蔵分銅5の計量データがサンプリングされ、環境測定データと、計量データ及びスパン値,スパン値の標準偏差が相関モニタリングされる。
 次に、ステップS8において、算出された標準偏差が基本性能(標準偏差2.5μg)を満たすか否かが判定される。YES(標準偏差が2.5μg以下)と判断された場合はステップS10に移行し、第1実施例と同様、相関モニタリング図のみがモニター31に表示されて、環境評価モード終了となる。一方、NO(標準偏差が2.5μg超)と判断された場合は、ステップS9の影響度判定手段によって、環境パラメータの影響度が判定される。ステップS9では、例えば、各モニタリングデータから各数値の単位時間当たりの変化量を求めて相関解析し、ゼロ点変動,スパン値変動,スパン値の標準偏差変動のそれぞれに対して、各環境要素(温度・湿度・気圧)の相関係数rを求め、相関係数rの絶対値が大きい順に影響が大きい環境要素であるとする、環境パラメータの影響度が評価される。そして、ステップS10において、ステップS9で得られた判定結果(評価)が、相関モニタリング図とともにモニター31に表示されると、環境評価モード終了となる。
 係る評価をユーザに提示することで、ユーザはどの環境パラメータが最も影響度が高いかを知ることができるとともに、環境測定データの変化量も開示されているので、ユーザはどの環境要素をどの程度改善すべきかを知ることができる。よって、例えば温度管理をどの程度改善すれば目的とする管理幅に計量データが入るのかが推測可能となって、ユーザは環境改善に対してより具体的に動くことが可能となる。
 或いは、影響度判定手段により得られた相関係数rから現状の環境で確定可能な計量値の最小表示の推定を行い、その旨を表示又は精度保証ができなくなった桁を削除/点滅させる等してユーザに提示する。これによりユーザは、第1実施例で標準偏差を参考に認識可能であった現状の最高性能(最小表示)が、電子天秤1によって自動的に示唆されるので、計量続行の可否判断がいっそう容易となる。
 なお、第2の実施例において、影響度評価に用いる標準偏差にスパン値の標準偏差を用いているが、これに代えてゼロ点や秤量の標準偏差を基準に判定を行っても勿論良い。
 なお、第1及び第2の実施例における環境センサ10にて検出する環境要素に、気温・湿度・気圧に加え、加速度計14を追加して振動を検出することも有効である。実施例で示す計量精度の高い電子天秤は、地震発生時は勿論のこと、地震収束後もしばらく続く人間には感じられない程度の地盤の揺れや、人の往来による揺れの影響を十分に受けるので、僅かでも揺れのある環境で計量を行うと計量誤差が生じるためである。また、この他の環境要素として、風・音圧・重力等を検出し、実施例に組み入れることも当然に可能である。
 また、第1及び第2の実施例において、環境センサ10だけでなく、データロガー20を電子天秤1に内蔵しても良い。或いは、データロガー20に代えて電子天秤1に通常内蔵されている内部メモリを本願の記憶手段として用いても良い。同様に、外部PC30が担っている各機能を電子天秤1の構成で負担しても良い。即ち、外部CPU32における処理を内部CPU3で行い、モニター31に表示される相関モニタリング図及び評価を計量値等表示部4に表示させても良い。これにより、計量装置を構成する装置が全て質量計に内蔵されることとなり、電子天秤1本体周りの構成が簡潔となるとともに、計量装置がユニット化し、ユーザの取り扱い性が向上する。
 また、第1及び第2の実施例における相関モニタリング図の表示方法は、同一の時間軸で対応するように相関された表示であれば、いかなる表示形式であってもよい。
 さらに、第1及び第2の実施例における相関モニタリング図は、必要に応じて、外部PC30に接続されるプリンタから出力される紙に表示されるように構成しても良い。即ち、表示部として、紙を介して視覚に認識させるようにしても良い。
1 電子天秤(質量計)
2 荷重測定機構
3 内部CPU
4 従来同様の計量値等を表示する表示部
5 内蔵分銅
6 内蔵分銅加除機構
7 モータ
8 モータ駆動回路
10 環境センサ(環境測定手段)
20 データロガー(記憶手段)
30  外部PC
31  外部PCのモニター(表示部)
32  外部CPU(演算処理部)
100 計量装置

Claims (7)

  1.  計量データを検出する荷重測定機構と、
     前記荷重測定機構が設置された環境の物理量を検出する環境測定手段と、
     前記荷重測定機構において検出された計量データと前記環境測定手段で検出した環境測定データとを記憶する記憶手段と、
     前記記憶手段に記憶された計量データと環境測定データとを用いて演算処理を行う演算処理部と、を備え、
     前記演算処理部は、前記計量データと前記環境測定データのそれぞれの経時的変動を相関させて記録し、前記経時的変動を表示部を介して視覚に認識させるように構成されたことを特徴とする計量装置。
  2.  前記演算処理部は、無負荷時の計量データであるゼロ点、又は負荷時の計量データである秤量の少なくとも一方を、前記記録データと相関させて前記表示部を介して視覚に認識させるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の計量装置。
  3.  前記演算処理部は、質量が既知の荷重を計量した際の計量データ及び無負荷時の計量データとの差であるスパン値を演算し、前記記録データと相関させて前記表示部を介して視覚に認識させるように構成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の計量装置。
  4.  前記演算処理部は、前記質量が既知の荷重を繰り返し複数回計量して求めた前記スパン値の標準偏差を演算し、前記記録データと相関させて前記表示部を介して視覚に認識させるように構成されたことを特徴とする請求項3に記載の計量装置。
  5.  前記演算処理部は、前記ゼロ点または前記秤量を繰り返し計量して標準偏差を求め、前記記録データと相関させて前記表示部を介して視覚に認識させるように構成されたことを特徴とする請求項2に記載の計量装置。
  6.  前記経時的変動は、時間軸に対して表された経時変化グラフとして前記表示部に表示されるように構成されたことを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の計量装置。
  7.  前記環境測定手段は、前記荷重測定機構を有する質量計に設けられたことを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の計量装置。
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