JP2000227343A - 計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品のばらつきなどによる計測誤差を低コス
トでかつ正確に補正して高精度な計測を行うことのでき
る計測装置を提供する。 【解決手段】 物理量を計測して計測値に応じたアナロ
グの検出信号を出力するセンサー５と、センサー５から
の検出信号をディジタルデータに変換するＶ／Ｆコンバ
ーター７およびＣＰＵ８と、Ｖ／Ｆコンバーター７から
のディジタルデータを補正するための補正データを記憶
するＥＥＰＲＯＭ９と、ＥＥＰＲＯＭ９から補正データ
を読み出し、その補正データに基づいてＶ／Ｆコンバー
ター７からのディジタルデータを補正するＣＰＵ８とを
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、各種の物理量を
計測する計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種の物理量を計測する計測
装置がある。図９は、たとえば重量を計測する計測装置
を示す回路ブロック図である。この計測装置は、重量を
計測するためのセンサー２１と、増幅器からなる増幅回
路２２と、電圧信号を周波数信号に変換するＶ／Ｆコン
バーター２３と、Ｖ／Ｆコンバーター２３から出力され
る周波数信号を入力して重量値に変換し、インターフェ
ース２４を介して表示器２５に表示するＣＰＵ２６とを
備えている。

【０００３】通常、このような計測装置では、部品のば
らつきや回路の動作による出力誤差などにより、計測し
た値に誤差を生じる場合がある。たとえば、上記センサ
ー２１は、図１０に示すように、４つの歪みゲージ２７
からなるブリッジ回路（ホイートストーンブリッジ）を
有し、荷重が加わったときに発生する歪みを歪みゲージ
２７により感知している。

【０００４】この場合、１または複数の歪みゲージ２７
の抵抗値にばらつきがあれば、ブリッジ回路の平衡状態
がくずれて出力端子２８に誤差電圧が表れ、真正の重量
値を正確に計測できないことがある。また、増幅回路２
２やＶ／Ｆコンバーター２３の出力にも、回路の動作に
よる誤差を生じる場合がある。

【０００５】そこで、このような計測装置では、それぞ
れの部品あるいは回路に対して零調整などを行い、ばら
つきによる計測誤差を補正している。たとえば、上記セ
ンサー２１では、図１０に示すように、ある歪みゲージ
２７にボリューム抵抗２９を並列接続して、ボリューム
抵抗２９の調整を行い、ブリッジ回路が平衡状態になる
ようにしている。

【０００６】しかしながら、上記調整作業は、各製品の
ボリューム抵抗２９に対して行うので、非常に手間であ
り、かつ作業に時間がかかる。そのため、作業コストの
増大を招いていた。そこで、部品のばらつきを抑制する
ために、高精度な部品を用いることも考えられるが、こ
のような部品は通常高価であり、部品コストが膨らむと
いった弊害を生じる。

【０００７】また、個々の部品について調整を行い計測
誤差を補正したとしても、製品を組み上げたときの状態
によって、さらに計測誤差を生じる場合もあり、製品と
して計測精度を損なうといったおそれがある。

【０００８】

【発明の開示】本願発明は、上記した事情のもとで考え
出されたものであって、部品のばらつきなどによる計測
誤差を正確にかつ低コストで補正して高精度な計測を行
うことのできる計測装置を提供することを、その課題と
する。

【０００９】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を講じている。

【００１０】本願発明の第１の側面によれば、物理量を
計測して計測値に応じたアナログの検出信号を出力する
検出手段と、検出手段からの検出信号をディジタルデー
タに変換する変換手段と、変換手段からのディジタルデ
ータを補正するための補正データを記憶する記憶手段
と、記憶手段から補正データを読み出し、その補正デー
タに基づいて変換手段からのディジタルデータを補正す
る補正手段とを備えることを特徴とする、計測装置が提
供される。

【００１１】なお、検出手段によって計測する対象とし
ては、重量、圧力、温度、流量などが考えられるが、こ
れらに限るものではない。

【００１２】好ましい実施の形態によれば、補正手段
は、変換手段からのディジタルデータに応じて、記憶手
段から補正データを選択的に読み出す。

【００１３】他の好ましい実施の形態によれば、検出手
段は重量を計測する。

【００１４】他の好ましい実施の形態によれば、記憶手
段は、真正の物理量の値と予め計測した値との誤差を補
正データとして記憶する。

【００１５】他の好ましい実施の形態によれば、記憶手
段は、真正の物理量の値と予め計測した値との誤差に基
づいて求められる誤差傾向を表す数式を補正データとし
て記憶する。

【００１６】他の好ましい実施の形態によれば、補正手
段によって補正した情報を表示する表示手段を備える。

【００１７】本願発明によれば、計測された物理量を表
す検出信号は、アナログ信号からディジタル信号に変換
される。そして、このディジタル信号に応じた補正デー
タを読み出し、補正データに基づいてディジタル信号の
補正を行い、真正の物理量を取得する。上記ディジタル
信号には、補正手段の前段で発生する、たとえば部品の
ばらつきや回路の動作出力による計測誤差が全て含まれ
るので、そのような計測誤差を考慮した補正データを記
憶しておくことにより、正確な補正が行え、高精度な計
測値を得ることができる。

【００１８】本願発明のその他の特徴および利点は、添
付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より
明らかとなろう。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態を、図面を参照して具体的に説明する。

【００２０】図１は、本願発明に係る計測装置の一例を
示す外観斜視図である。この計測装置は、被計測体、た
とえば人の体重を計測するための体重計とされ、略直方
形状の本体１と、本体１上面に配され、計測した重量値
を表示する表示器２と、本体１側面に設けられた押しボ
タン式の電源スイッチ３とからなる。本体１の上面は、
人が搭乗する搭乗面４とされる。

【００２１】図２は、図１に示す体重計の回路ブロック
図である。この体重計は、重量を計測するためのセンサ
ー５と、センサー５に接続され、電圧を増幅するための
増幅回路６と、増幅回路６に接続され電圧を周波数に変
換するＶ／Ｆコンバーター７と、Ｖ／Ｆコンバーター７
に接続されＶ／Ｆコンバーター７の出力を補正するＣＰ
Ｕ８と、ＣＰＵ８に接続され補正データを記憶するＥＥ
ＰＲＯＭ９と、ＣＰＵ８にインターフェース１０を介し
て接続され計測した値を表示する表示器２とを備えてい
る。なお、図示しないが、ＣＰＵ８には、Ｖ／Ｆコンバ
ーター７の出力を補正するための実行プログラムを記憶
するＲＯＭや、変数データなどを一時記憶するためのＲ
ＡＭが接続されている。

【００２２】センサー５は、被計測体の重量を計測する
ための重量センサーである。センサー５は、平板状に形
成されたプラスチック製のベース上に、図１０に示した
歪みゲージ２７からなるブリッジ回路が設けられ、その
上からラミネートフィルムなどにより覆われてユニット
化されたものであり、搭乗面４の裏側に内装されてい
る。ただし、本実施形態では、図１０において、歪みゲ
ージ２７に並列接続されていたボリューム抵抗２９は削
除されている。

【００２３】センサー５は、搭乗面４に荷重が加わった
ときに発生する歪みを歪みゲージ２７により感知する。
すなわち、歪みゲージ２７は、歪みを検出したときにそ
の電気抵抗を変化させる。これにより、ブリッジ回路の
平衡状態がくずれ、電気抵抗の変化に応じた電圧値を出
力端子２８から出力する。

【００２４】増幅回路６は、ＯＰアンプなどの増幅器お
よびその周辺回路からなり、センサー５によって検出さ
れた電圧値を所定の増幅率で増幅し、Ｖ／Ｆコンバータ
ー７に出力する。

【００２５】Ｖ／Ｆコンバーター７は、増幅回路６から
出力された電圧値を有するアナログ信号を、その電圧値
に応じた周波数のパルス信号に変換する。

【００２６】ＣＰＵ８は、Ｖ／Ｆコンバーター７から出
力されたパルス信号のパルス数をカウントして計測値に
相当する周波数の値を取得し、ＥＥＰＲＯＭ９から読み
出した補正データに基づいて周波数の値を補正し、真正
の重量値を算出する。

【００２７】表示器２は、計測した重量値を表示するた
めのものであり、複数の７セグメントＬＥＤおよびその
周辺回路からなる。表示器２は、ＣＰＵ８から与えられ
重量値を表す表示データをダイナミック表示あるいはス
タティック表示する。

【００２８】ＥＥＰＲＯＭ９には、計測誤差を補正する
ための補正データが記憶されている。補正データは、真
正の重量値（たとえば分銅の重さ）を計測したときの、
この体重計が有する固有の計測誤差を調べることによっ
て予め算出され、ＥＥＰＲＯＭ９に書き込まれる。

【００２９】また、詳細は後述するが、ＣＰＵ８は、前
段のＶ／Ｆコンバーター７の出力から周波数の値を得て
いる。そのため、ＥＥＰＲＯＭ９には、補正の演算を行
う際に用いる、周波数の値を重量値に変換するための周
波数−重量変換テーブルが記憶されている。なお、この
テーブルに代わり、周波数の値を重量値に変換するため
の数式が記憶されてもよい。

【００３０】ここで、予めＥＥＰＲＯＭ９に記憶される
補正データの算出方法について説明する。この算出方法
は、組み上がった製品ごとに、重さの基準となる分銅な
どを用いて実際に重量を計測し、真正の重量値と計測値
との差を誤差として算出する。そして、搭乗面４に何も
載せない場合も含め、複数の分銅を用いて重さを変え
て、複数の重量における各誤差を算出する。

【００３１】このように、真正の重量値を変えて各誤差
を算出することにより、真正の重量値と計測値との関
係、誤差傾向が認識できる。たとえば、ある製品におい
ては、図３に示すように、真正の重量値がＷ１の場合、
取得した周波数の値（計測値）がｆ１になったとする。
なお、ＣＰＵ８は、前段のＶ／Ｆコンバーター７の出力
から周波数の値を得ているため、同図では、計測値に相
当するものとして周波数を用い、それを横軸に表わして
いる。

【００３２】ここで、破線Ａは、予め計算により求めら
れた、誤差の全くない理想的な、重量値と計測値との関
係を表す。したがって、真正の重量値がＷ１の場合、理
想的には、実線Ａによれば真正の周波数の値ｆ０が計測
されることが望ましい。したがって、この場合、ｆ１と
ｆ０との差Δｆ１が計測誤差となる。

【００３３】このような方法で、複数の真正の重量値に
対する計測値を算出して、真正の重量値と計測値との関
係が実線Ｂに示すように導かれると、この製品では、上
記関係が線形であることを認識できる。

【００３４】そして、真正の重量値と計測値との関係が
線形であるので、差Δｆ１の値は、いずれの重量値でも
一定となり、差Δｆ１を補正データとしてＥＥＰＲＯＭ
９に書き込む（図６(a) 参照）。

【００３５】また、ある製品において、図４に示すよう
に、真正の重量値と計測値との関係が非線形（実線Ｂ参
照）であると認識された場合、複数の真正の重量値の値
に基づいて複数の差の値を算出する。

【００３６】たとえば、周波数の値ｆ２に対しては差Δ
ｆ２、周波数の値ｆ３に対しては差Δｆ３をそれぞれ算
出し、これらの値を補正データとしてＥＥＰＲＯＭ９に
書き込む（図６(b) 参照）。

【００３７】さらには、図５に示すように、真正の重量
値と計測値との関係において、線形である範囲と非線形
である範囲とが混在するような場合、その範囲ごとに補
正データを記憶する。すなわち、周波数の値がｆ４〜ｆ
５の範囲では、差の値Δｆ４を１つだけＥＥＰＲＯＭ９
に書き込む。また、周波数の値がｆ５以上の範囲では、
複数の周波数の値ｆ６，ｆ７，…に対応する複数の差の
値Δｆ６，Δｆ７，…をＥＥＰＲＯＭ９に書き込む（図
６(c) 参照）。

【００３８】また、真正の重量値と計測値との関係が、
誤差傾向を表すある数式で表現できることが認識された
場合は、その数式をデータの形でＥＥＰＲＯＭ９に記憶
する。このように、数式で記憶しておくと、記憶するデ
ータ数を少なくでき、メモリ容量を削減することができ
るので、部品コストの低減化を図れるといった利点があ
る。

【００３９】以上のように、真正の重量値と計測値との
関係に基づいて、製品ごとに誤差の傾向を表す補正値あ
るいは数式がＥＥＰＲＯＭ９にそれぞれ記憶される。

【００４０】次に、体重計の処理動作を、図７に示すフ
ローチャートを参照して説明する。まず、ユーザが体重
計に載ると（Ｓ１）、センサー５は、被計測体の重量を
電圧値として検出し（Ｓ２）、増幅回路６にその検出信
号を出力する。この検出信号には、センサー５による計
測誤差、たとえば、歪みゲージ２７の抵抗のばらつきに
よる誤差が含まれている。

【００４１】センサー５からの検出信号を受けた増幅回
路６は、その検出信号を所定の増幅率で増幅し（Ｓ
３）、Ｖ／Ｆコンバーター７に増幅信号を与える。この
増幅信号には、増幅器などの出力誤差が含まれている。

【００４２】増幅回路６からの増幅信号を受けたＶ／Ｆ
コンバーター７は、増幅信号としてのアナログ信号をデ
ィジタル信号に変換する（Ｓ４）。具体的には、電圧の
値を有する増幅信号を周波数の値を有するパルス信号に
変換しＣＰＵ８に与える。

【００４３】Ｖ／Ｆコンバーター７からのパルス信号を
受けたＣＰＵ８は、パルス信号のパスル数をカウントし
（Ｓ５）、そのパルス信号が有する周波数の値を取得す
る。すなわち、パルス信号の「ハイ」から「ロー」への
立ち下がりの数をカウントし、一定周期における立ち下
がり数に基づいて周波数の値を取得する。

【００４４】ここで、上記パルス信号には、歪みゲージ
２７の抵抗のばらつきによる誤差、増幅回路６の出力誤
差、およびＶ／Ｆコンバーター７の出力誤差が含まれて
いる。すなわち、ＣＰＵ８の前段に接続されている全て
の回路で生じる計測誤差が含まれる。

【００４５】次に、ＣＰＵ８は、取得した周波数の値に
応じた補正値をＥＥＰＲＯＭ９から読み出し（Ｓ６）、
取得した周波数の値に対して補正値を加算あるいは減算
し（Ｓ７）、真正の重量値に相当する周波数の値を算出
する。そして、その周波数の値を周波数−重量変換テー
ブルに基づいて重量値に変換し、真正の重量値を得る
（Ｓ８）。

【００４６】あるいは、ステップＳ６，７に代えて、誤
差傾向を表した数式をＥＥＰＲＯＭ９から読み出し、取
得した周波数の値を数式に当てはめて、真正の重量値に
相当する周波数の値を算出する。そして、その周波数の
値を周波数−重量変換テーブルに基づいて重量値に変換
し、真正の重量値を得る。

【００４７】その後、ステップＳ９において、ＣＰＵ８
は、補正した重量値をインターフェース１０を介して表
示器２に与え、表示器２は、補正された重量値を表示す
る。あるいは、表示器２に与える代わりに、所定のデー
タ処理を行う外部装置に上記重量値を供給してもよい。

【００４８】ところで、ＥＥＰＲＯＭ９に有限個の補正
値を補正データとして記憶する場合、実際に計測して取
得した周波数の値が、必ずしも上記補正値に対応する周
波数の値と一致するとは限らない。むしろ、一致しない
場合の方が多い可能性が高い。

【００４９】そこで、本願発明では、取得した周波数
の、ＥＥＰＲＯＭ９に記憶された前後の周波数の補正値
を用いて、取得した周波数に対応する補正値を算出する
ようにしている。すなわち、図８に示すように、計測値
ｆ８を取得した場合、ＣＰＵ８は、ＥＥＰＲＯＭ９を参
照し、計測値ｆ８の前後の周波数の値ｆ９，ｆ１０を検
索する。そして、周波数の値ｆ９，ｆ１０の各値間にお
ける計測値ｆ８の数値配分を算出し、それに基づいて計
測値ｆ８に対応する補正値を算出する。

【００５０】具体的には、たとえば、計測値ｆ８が、前
後する周波数の値ｆ９，ｆ１０を１：２の割合で分けら
れる値であるとき、前後の周波数の値ｆ９，ｆ１０に応
じた補正値を同様に１：２の割合で比例配分する。たと
えば、前の周波数の値ｆ９の補正値が「±０」、後ろの
周波数の値ｆ１０の補正値が「＋３」とすれば、計測値
ｆ８の補正値は「＋１」となる。

【００５１】記憶する補正値の数は多ければ多いほど、
誤差傾向に、より近似させることができるので、補正の
精度が上がり、体重計の計測精度も向上する。しかし、
補正値の数を多くもちすぎると、それに伴いメモリ容量
も必要となるので、適度な数の補正値を記憶させること
が望ましい。

【００５２】以上のように、ＣＰＵ８に入力されるパル
ス信号には、歪みゲージ２７の抵抗のばらつきによる誤
差、増幅回路６やＶ／Ｆコンバーター７の出力誤差など
が含まれている。つまり、ＣＰＵ８の前段に接続されて
いる全ての回路で生じる計測誤差が含まれている。その
ため、本願発明では、ＣＰＵ８において補正の演算を行
うことにより、その補正において、上記パルス信号に含
まれる計測誤差を全て吸収するようにしている。すなわ
ち、パルス信号から周波数の値を得、その周波数の値に
対応する補正データに基づいて演算を行って真正の重量
値を得るので、計測誤差のない正確な計測を行うことが
できる。

【００５３】また、部品ごとのばらつきの調整や、組み
上げたときの誤差に対する調整などが不要になるので、
製作作業時間を短縮できる。さらに、高精度な部品を使
用することによる部品コストの増加を防止できるので、
ひいては製作コストの低減化を図れる。

【００５４】もちろん、この発明の範囲は上述した実施
の形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施
形態で説明した計測装置は、体重計に限らず、はかり、
あるいは秤量装置などでもよい。

【００５５】また、重量に限らず、他の物理量を計測す
る装置に、上述した補正方法を適用してもよく、たとえ
ば圧力、温度、流量などの他の物理量を計測する装置に
適用してもよい。この場合、センサー５は重量センサに
限るものではない。

【００５６】また、上記実施形態では、ＣＰＵ８は、周
波数の値を取得していたが、電圧値を取得するようにし
てもよい。また、Ｖ／Ｆコンバーター７は、これに限ら
ず、たとえば８ビットのデータを並列出力するＡ／Ｄコ
ンバータでもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係る計測装置の一例を示す外観斜視
図である。

【図２】図１に示す計測装置の回路ブロック図である。

【図３】重量値と周波数の値との関係が線形である場合
を示す図である。

【図４】重量値と周波数の値との関係が非線形である場
合を示す図である。

【図５】重量値と周波数の値との関係が線形である範囲
と非線形である範囲とが混在する場合を示す図である。

【図６】ＥＥＰＲＯＭに記憶される補正データを格納す
るテーブルの一例を示す図である。

【図７】計測装置の動作手順を示すフローチャートであ
る。

【図８】補正値を算出する方法を説明するための図であ
る。

【図９】従来の計測装置の回路ブロック図である。

【図１０】従来の重量センサーの回路図である。

【符号の説明】

２ 表示器 ５ センサー ７ Ｖ／Ｆコンバーター ８ ＣＰＵ ９ ＥＥＰＲＯＭ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物理量を計測して計測値に応じたアナロ
   グの検出信号を出力する検出手段と、 前記検出手段からの検出信号をディジタルデータに変換
   する変換手段と、 前記変換手段からのディジタルデータを補正するための
   補正データを記憶する記憶手段と、 前記記憶手段から前記補正データを読み出し、その補正
   データに基づいて前記変換手段からのディジタルデータ
   を補正する補正手段とを備えることを特徴とする、計測
   装置。
2. 【請求項２】 前記補正手段は、前記変換手段からのデ
   ィジタルデータに応じて、前記記憶手段から前記補正デ
   ータを選択的に読み出す、請求項１に記載の計測装置。
3. 【請求項３】 前記検出手段は、重量を計測する、請求
   項１または２に記載の計測装置。
4. 【請求項４】 前記記憶手段は、真正の物理量の値と予
   め計測した値との差を補正データとして記憶する、請求
   項１ないし３のいずれかに記載の計測装置。
5. 【請求項５】 前記記憶手段は、真正の物理量の値と予
   め計測した値との差に基づいて求められる誤差傾向を表
   す数式を補正データとして記憶する、請求項１ないし３
   のいずれかに記載の計測装置。
6. 【請求項６】 前記補正手段によって補正した情報を表
   示する表示手段を備える、請求項１ないし５のいずれか
   に記載の計測装置。