JP2006337207A - Electronic force balance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子天びんに関し、特に被計量物の荷重と電磁力とを平衡させ、電磁力を発生するに要した電流を測定して皿上荷重の計量を行う高精度の電子天びんに関する。 The present invention relates to an electronic balance, and more particularly to a high-accuracy electronic balance that balances a load of an object to be weighed and an electromagnetic force, measures a current required to generate the electromagnetic force, and measures a load on the pan.
従来、電子天びんにおいては、被計量物の荷重と電磁力をバランスさせ、その電磁力を発生させるために要した電流から計量値を算出する方式のものが一般的に用いられている。図6は従来の電磁力平衡方式の電子天びんの構成例を示したものである。被計量物を搭載する受け皿51が薄肉部を有する2本の梁52a、52bと可動柱53からなる荷重検出機構5に設けられている。被計量物の荷重、すなわち皿上荷重Wは可動柱53に伝達されると共に、その皿上荷重Wは支点54において支持された平衡ビーム55を介して、永久磁石56の磁界強度に比例する磁束密度とコイル57に流れるコイル電流の積に比例して発生する電磁力と比較され、その偏差が変位センサ58で検出され、バランス状態になるようPID制御部59によってコイル電流Iが制御される。そして、このコイル電流Iは基準抵抗体60で電圧信号に変換された後、A/D変換器61及び演算処理部62で演算処理され皿上荷重Wの計量値が表示部63に表示される。
2. Description of the Related Art Conventionally, electronic balances that balance the load and electromagnetic force of an object to be weighed and calculate a measured value from an electric current required to generate the electromagnetic force are generally used. FIG. 6 shows a configuration example of a conventional electromagnetic force balance type electronic balance. A tray 51 on which an object to be weighed is mounted is provided on a load detection mechanism 5 including two beams 52 a and 52 b having thin portions and a movable column 53. The load of the object to be weighed, that is, the dish load W is transmitted to the movable column 53, and the dish load W is a magnetic flux proportional to the magnetic field strength of the permanent magnet 56 via the balanced beam 55 supported at the
このような電子天びんにおいては、使用経過に伴い、あるいは温度変化などの環境変化に伴なってゼロ/スパンのドリフトが発生するので、通常内部分銅による校正を手動あるいは一定周期ごとに行う手段が用いられている。また、環境変化のうち周囲温度の影響は特に大きく、中でも前記永久磁石56の温度変化による磁界強度変化の影響が大きいので、前記永久磁石56の近くに温度センサ64を配置し、温度補正回路65を介して前記A/D変換器61の基準電圧源66に温度係数を持たせて温度補正したり、あるいは前記温度センサ64の出力信号を前記演算処理部62のCPUに取り込んで演算処理により温度の影響を補正するなどの手段が採られている。
In such electronic balances, zero / span drift occurs with the course of use or with environmental changes such as temperature changes. It has been. Of the environmental changes, the influence of the ambient temperature is particularly large. In particular, the influence of the magnetic field intensity change due to the temperature change of the permanent magnet 56 is large. Therefore, a temperature sensor 64 is disposed near the permanent magnet 56 and the temperature correction circuit 65 is arranged. The temperature of the
しかしながら、高精度の電子天びんになると、上記の経年変化や温度の影響だけでなく湿度の影響も無視できなくなる。この湿度の影響は内部分銅の校正にも影響するので、湿度センサを内蔵して、校正時の湿度を測定して、その湿度値によって内部分銅の質量を補正する手段が開示されている。
従来の電子天びんは、上記のように構成されており、電子天びん内の湿度が高くなると、電磁力平衡機構部の可動部に使用する部品(たとえば、永久磁石の磁界中に吊設したコイル、該コイルの引き出し線の樹脂系材料、接着剤など)が吸湿したり、表面に水分が付着したりするなどによりその部分の質量が大きくなり、逆に湿度が低くなると、質量が小さくなり、そのため、環境パラメータの一つである湿度変化が原因でゼロ点がシフトするいわゆるゼロ点ドリフトが生じる。 A conventional electronic balance is configured as described above, and when the humidity in the electronic balance becomes high, components used for the movable part of the electromagnetic force balance mechanism part (for example, a coil suspended in a magnetic field of a permanent magnet, The coil lead wire resin material, adhesive, etc.) absorbs moisture, or moisture adheres to the surface, and the mass of the portion increases. Conversely, when the humidity decreases, the mass decreases. A so-called zero point drift occurs in which the zero point shifts due to a change in humidity, which is one of the environmental parameters.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、湿度変化によるゼロ点ドリフトが小さい高精度の電子天びんを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a highly accurate electronic balance in which a zero point drift due to a change in humidity is small.
上記の目的を達成するため、本発明の電子天びんは、皿上荷重と電磁力を平衡させ前記皿上荷重の計量を行う電子天びんにおいて、湿度変化によるゼロ点ドリフトを補正するために前記皿上荷重作用部に配設された湿度変化による質量変化が既知の湿度補正部材と、皿上荷重と電磁力を平衡させる電磁力平衡機構部の温度を測定する温度センサと、予め複数の温度点で測定された荷重計量値と基準温度での荷重計量値を記憶する記憶手段と、測定された温度に対応して前記記憶値に基づいて荷重計量値を演算する補正演算手段とを備えるものである。 In order to achieve the above object, the electronic balance of the present invention is an electronic balance that balances the load on the dish and the electromagnetic force and measures the load on the dish. At a plurality of temperature points in advance, a humidity correction member having a known mass change due to a humidity change disposed in the load acting unit, a temperature sensor for measuring the temperature of the electromagnetic force balancing mechanism unit that balances the load on the dish and the electromagnetic force, and A storage means for storing the measured load measurement value and the load measurement value at the reference temperature, and a correction calculation means for calculating the load measurement value based on the stored value corresponding to the measured temperature are provided. .
また、本発明の電子天びんは、湿度補正部材の取付け位置を電磁力平衡機構部に複数個所または連続移動可能に設けるとともに、ゼロ点ドリフトが最適に補正できる位置に前記湿度補正部材を取り付けるようにした。
さらに本発明の電子天びんは、ゼロ点ドリフトが最適に補正できる質量、表面積及び材質を有する湿度補正部材を電磁力平衡機構部に取り付けるようにした。
本発明の電子天びんは、上記のように構成されており、湿度変化が原因のゼロ点ドリフトを小さくすることができる。
In the electronic balance of the present invention, the humidity correction member is attached to the electromagnetic force balance mechanism at a plurality of positions or continuously movable, and the humidity correction member is attached at a position where the zero point drift can be optimally corrected. did.
Furthermore, in the electronic balance of the present invention, a humidity correction member having a mass, a surface area, and a material capable of optimally correcting the zero point drift is attached to the electromagnetic force balance mechanism.
The electronic balance of the present invention is configured as described above, and can reduce the zero point drift caused by humidity change.
本発明の電子天びんは、温度変化が原因による天びんのゼロ点ドリフトと湿度変化が原因によるゼロ点ドリフトの両方が補正でき、温度及び湿度変化に対してゼロ点ドリフトの小さい天びんを実現することができる。 The electronic balance of the present invention can correct both the zero-point drift caused by temperature changes and the zero-point drift caused by changes in humidity, and can realize a balance with a small zero-point drift against changes in temperature and humidity. it can.
本発明が提供する電子天びんはつぎのような特徴を有している。第1の特徴は皿上荷重と電磁力を平衡させ前記皿上荷重の計量を行う電子天びんにおいて、湿度変化によるゼロ点ドリフトを補正するために前記皿上荷重作用部に配設された湿度変化による質量変化が既知の湿度補正部材と、皿上荷重と電磁力を平衡させる電磁力平衡機構部の温度を測定する温度センサと、予め複数の温度点で測定された荷重計量値と基準温度での荷重計量値を記憶する記憶手段と、測定された温度に対応して前記記憶値に基づいて荷重計量値を演算する補正演算手段とを備えている点である。
第2の特徴は湿度補正部材の取付け位置を電磁力平衡機構部に複数個所または連続移動可能に設けるとともに、ゼロ点ドリフトが最適に補正できる位置に前記湿度補正部材を取り付けるようにした点にある。
The electronic balance provided by the present invention has the following characteristics. The first feature is an electronic balance that balances a dish load and an electromagnetic force and measures the dish load. In order to correct a zero point drift due to a humidity change, a humidity change disposed in the dish load operating unit is provided. A humidity correction member with known mass change due to temperature, a temperature sensor that measures the temperature of the electromagnetic force balance mechanism that balances the load on the dish and the electromagnetic force, and a load measurement value and a reference temperature measured in advance at a plurality of temperature points. Storage means for storing the load measurement value, and correction calculation means for calculating the load measurement value based on the stored value corresponding to the measured temperature.
The second feature is that the humidity correction member is attached to the electromagnetic force balance mechanism at a plurality of positions or continuously movable, and the humidity correction member is attached at a position where the zero point drift can be optimally corrected. .
また第3の特徴はゼロ点ドリフトが最適に補正できる質量、表面積及び材質を有する湿度補正部材を電磁力平衡機構部取り付けるようにした点にある。
したがって最良の形態の基本的な構成は、請求項1、2、3の特徴を備えた構成を具備する電子天びんである。
A third feature is that an electromagnetic force balance mechanism is attached to a humidity correction member having a mass, a surface area and a material capable of optimally correcting the zero point drift.
Therefore, the basic configuration of the best mode is an electronic balance having the configuration having the features of
以下実施例により本発明の電子天びんを詳細に説明する。図1は、本発明の電子天びんに用いる電磁力平衡機構部1の側面図(A)と上面図(B)、図2は電磁力平衡機構部1に用いる荷重検出セル2の側面図、図3は電子天びんの動作を説明する動作原理図である。
本電子天びんは、図1、2に示すような単体ブロックからなる荷重検出セル2を使用して荷重を電流量に変換する電磁力平衡機構部1と、図3に示すフォースコイル12の流すコイル電流Iを制御するサーボ増幅器3と、被計量物の荷重計量値の表示を行う計量表示部4等から構成されている。
Hereinafter, the electronic balance of the present invention will be described in detail by way of examples. FIG. 1 is a side view (A) and a top view (B) of an electromagnetic force balance mechanism 1 used in an electronic balance of the present invention, and FIG. 3 is an operation principle diagram illustrating the operation of the electronic balance.
The electronic balance includes an electromagnetic force balance mechanism unit 1 that converts a load into a current amount using a
前記荷重検出セル2は、強力アルミニウム合金等の単体ブロックにドリル加工やワイヤ放電加工を行い図2に示すような複数の孔や太線で示したスリットを設けるようにしたもので、これによってロバーバル機構22やレバーブロック23が形成されている。前記ロバーバル機構22は、上下方向に移動可能な可動柱24と他端側にあって固定して用いられる固定柱25とを、一定間隔に可撓部eを設けた上下2本の梁26a、26bで連結した四辺形を構成している。
The
上記レバーブロック23は連結部27の上下に形成された力点バネ27a、27bと支点バネ28に連結されており、前記可動柱24の上部から皿上荷重Wを加えると、力点バネ27a、27bは下方に移動し、レバーブロック23は支点バネ28を中心に時計方向に回転する。 The lever block 23 is connected to force point springs 27a and 27b formed on the upper and lower sides of the connecting portion 27 and a fulcrum spring 28. When a plate load W is applied from the upper part of the movable column 24, the force point springs 27a and 27b are Moving downward, the lever block 23 rotates clockwise about the fulcrum spring 28.
また前記電磁力平衡機構部1は、図1に示すように前記荷重検出セル2と該荷重検出セル2のレバーブロック23の両側面に4個のカラー10を介してネジとナットで固定された平衡フレーム11と、該平衡フレーム11の左端に螺着されたフォースコイル12を巻着した枠体13と、前側右端のネジ軸に進退可能にナットで固定された長手方向のバランスをとるおもり板14と、後側右端のネジ軸を偏心にして回転し長手方向と直角する方向のバランスをとるおもり板15a、15bと、前記荷重検出セル2の上面右端に螺着された先端断面が放物線形状の支柱16上に嵌合した測定皿17と、該測定皿17の裏側に止め具17aで固定された湿度補正部材6と、前記フォースコイル12に所定の磁束密度の磁場を発生するための磁場発生装置19から構成されている。そして、前記荷重検出セル2と前記磁場発生装置19はベース板20にネジ止め等により固定されている。
The electromagnetic force balance mechanism 1 is fixed with screws and nuts via four
上記湿度補正部材6は、前記電磁力平衡機構部1の可動部位の中で最も湿度の影響を受けやすい部位の湿度変化による荷重変化を補正するために用い、本構成においてはフォースコイル12に使用されている絶縁皮膜用樹脂と同等の吸着、吸湿性を有する材質のもの、例えばポリイミド系樹脂をワッシャ形状に加工したものを使用する。この湿度補正部材6の表面積と質量はゼロ点ドリフトの時間的変化にも適合するものを用いるのが好ましい。 The humidity correction member 6 is used for correcting a load change due to a humidity change in a part that is most susceptible to humidity among the movable parts of the electromagnetic force balance mechanism 1, and is used for the force coil 12 in this configuration. A material having the same adsorption and hygroscopic properties as the insulating coating resin that is used, for example, a polyimide resin processed into a washer shape is used. It is preferable that the surface area and mass of the humidity correction member 6 be adapted to the temporal change of the zero point drift.
上記構成の電子天びんにおいて、図3に示すように皿上荷重Wを負荷すると前記測定皿17が下降し、平衡フレーム11は支点バネ28を中心にして時計方向に回転する。この平衡フレーム11の右先端側の変位は変位センサ18によって検出され、その出力電圧信号よって前記サーボ増幅器3からフォースコイル12に流れるコイル電流Iが制御され、前記平衡フレーム11は基準位置に戻され、皿上荷重Wと電磁力Fとがバランスする。前記コイル電流Iは、電流/電圧変換器48によって電圧信号に変換され、温度センサ49の出力電圧とともに計量表示部4のインタフェース41でA/D変換され、メモリ42に記憶されている温度補正付き計量値演算処理プログラムに基づいてCPU43で演算処理が行われ、温度補正された荷重計量値が表示器44に表示される。
In the electronic balance having the above-described configuration, when a pan load W is applied as shown in FIG. 3, the measuring pan 17 is lowered, and the balance frame 11 rotates clockwise around the fulcrum spring 28. The displacement of the right end side of the balance frame 11 is detected by a displacement sensor 18, and the coil current I flowing from the servo amplifier 3 to the force coil 12 is controlled by the output voltage signal, and the balance frame 11 is returned to the reference position. The on-dish load W and the electromagnetic force F are balanced. The coil current I is converted into a voltage signal by the current / voltage converter 48, A / D converted by the interface 41 of the measurement display unit 4 together with the output voltage of the temperature sensor 49, and stored in the memory 42 with temperature correction. Based on the weighing value calculation processing program, the
本電子天びんは、一定の基準温度、基準湿度において、皿上荷重Wと電磁力Fが支点バネ28に対して作用する回転モーメントは等しく、支点バネ28からフォースコイル12、湿度補正部材6までの距離をa、bとすると、皿上荷重Wと電磁力Fとの間に次式(1)の関係が保たれる。
F=(b/a)W ・・・・・(1)
この基準状態から湿度が一定値変化したとき、前記フォースコイル12側の荷重が△W1、湿度補正部材6の荷重が△W2変化したとすると、次式(2)の関係が保たれる。
F+△W1=(b/a)W+(b/a)△W2・・・・・(2)
これより、湿度補正部材6の荷重変化△W2とフォースコイル12の荷重変化△W1の間に次式(3)の関係を持たせればゼロ点ドリフトがなくなる。
△W2=(a/b)△W1 ・・・・・・・(3)
In the present electronic balance, the rotational moment acting on the fulcrum spring 28 by the load on the pan W and the electromagnetic force F is equal at a constant reference temperature and reference humidity, and from the fulcrum spring 28 to the force coil 12 and the humidity correction member 6. When the distances are a and b, the relationship of the following formula (1) is maintained between the dish load W and the electromagnetic force F.
F = (b / a) W (1)
When the humidity changes by a certain value from this reference state, assuming that the load on the force coil 12 side is changed by ΔW1 and the load on the humidity correction member 6 is changed by ΔW2, the relationship of the following equation (2) is maintained.
F + ΔW1 = (b / a) W + (b / a) ΔW2 (2)
Accordingly, the zero point drift is eliminated if the relationship of the following equation (3) is established between the load change ΔW2 of the humidity correction member 6 and the load change ΔW1 of the force coil 12.
ΔW2 = (a / b) ΔW1 (3)
前記荷重△W1は個々の電子天びんによってばらつきがあるため、湿度補正部材6を外した状態であらかじめ同一形式の複数台の電子天びんについて荷重△W1の測定を行い、平均値化した平均荷重を△W1として用いる。一方、湿度補正部材6は質量、表面積および材質の異なるものについてあらかじめ荷重△W2を測定しておき、上式(3)を満足する湿度補正部材6を用いる。 Since the load ΔW1 varies depending on the individual electronic balance, the load ΔW1 is measured in advance on a plurality of electronic balances of the same type with the humidity correction member 6 removed, and the averaged average load is expressed as Δ Used as W1. On the other hand, the humidity correction member 6 uses a humidity correction member 6 that satisfies the above equation (3) by measuring the load ΔW2 in advance for different masses, surface areas, and materials.
前記湿度補正部材6の形状およびその取付位置は、上記実施例に限定されるものではなく、例えば、図1に示すように、円形状の湿度補正部材6Aを荷重検出セル2の可動柱24のコラム部24aに固着してもよい。これらの湿度補正部材6、6Aを各電子天びんに共用で用いることにより湿度補正が単純化され、製作手間が簡素化される。
The shape of the humidity correction member 6 and its mounting position are not limited to the above-described embodiment. For example, as shown in FIG. 1, a circular humidity correction member 6A is attached to the movable column 24 of the
図4、5は決められた形状の湿度補正部材を用いて、個々の電子天びんのゼロ点ドリフトに合わせて正確な湿度補正を行う場合の実施例を示したものである。図4は前記電磁力平衡機構部1のおもり板14を螺着しているネジ軸を延長したネジ軸14aにネジ孔付の湿度補正部材6Bを螺合して支点バネ28までの距離を可変できるようにしたものである。また図5は平衡フレーム11の側面に複数のタップ孔11aを形成して湿度補正部材6Cをネジ止めして支点バネ28までの距離を可変できるようにしたものである。前記湿度補正部材6Bと6Cは補正の方向が逆方向であり、どちらの方向の補正にも対応可能である。いずれも個々に電子天びんを恒温恒槽に設置しゼロ点を校正した後、一定の湿度変化を与えて生じるゼロドリフトを測定し、このゼロ点ドリフトを最小にする位置に前記湿度補正部材6B、6Cを固定する。また前記湿度補正部材6、6A、6B、6Cで質量、表面積、材質の異なるものを備えることにより、個々の電子天びんのゼロ点ドリフトや湿度変化に対するドリフトの時間遅れに合わせてさらにより正確な湿度補正を行うことができる。 4 and 5 show an embodiment in which accurate humidity correction is performed in accordance with the zero point drift of each electronic balance using a humidity correction member having a predetermined shape. FIG. 4 shows that the screw shaft 14a with the screw shaft 14a on which the weight plate 14 of the electromagnetic force balance mechanism 1 is screwed is screwed with the humidity correction member 6B with a screw hole to change the distance to the fulcrum spring 28. It is something that can be done. FIG. 5 shows a configuration in which a plurality of tap holes 11a are formed on the side surface of the balance frame 11 and the humidity correction member 6C is screwed to vary the distance to the fulcrum spring 28. The humidity correction members 6B and 6C have the opposite directions of correction, and can be corrected in either direction. In either case, after the electronic balance is individually installed in a thermostatic chamber and the zero point is calibrated, the zero drift caused by giving a constant humidity change is measured, and the humidity correction member 6B is placed at a position where the zero point drift is minimized. Fix 6C. Further, by providing the humidity correction members 6, 6A, 6B, and 6C with different masses, surface areas, and materials, the humidity can be more accurately adjusted to the time delay of the drift of each electronic balance with respect to zero point drift and humidity change. Correction can be performed.
上記実施例においては、電磁力平衡機構部1に単体ブロックより製作された荷重検出セル2を使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これを個別部品で構成したり異なる材料を使用することも可能である。これにより湿度変化による荷重変化の起こる部位も変わるので、湿度補正部材の取り付け位置も皿上荷重側に限定されるものではない。また、湿度補正部材の取付位置を図示しない長孔にして連続調整可変にすることも可能である。
In the above embodiment, the
本発明は湿度の影響が無視できない高精度の電子天びんに用いられる。 The present invention is used for a high-precision electronic balance in which the influence of humidity cannot be ignored.
1 電磁力平衡機構部
2 荷重検出セル
3 サーボ増幅器
4 計量表示部
5 荷重検出機構
6、6A、6B、6C 湿度補正部材
10 カラー
11 平衡フレーム
11a タップ孔
12 フォースコイル
13 枠体
14 おもり板
14a ネジ軸
15a、15b おもり板
16 支柱
17 測定皿
17a 止め具
18 変位センサ
19 磁場発生装置
20 ベース板
22 ロバーバル機構
23 レバーブロック
24 可動柱
24a コラム部
25 固定柱
26a、26b 梁
27 連結部
27a、27b 力点バネ
28 支点バネ
41 インタフェース
42 メモリ
43 CPU
44 表示器
48 電流/電圧変換器
49 温度センサ
51 受け皿
52a、52b 梁
53 可動柱
54 支点
55 平衡ビーム
56 永久磁石
57 コイル
58 変位センサ
59 PID制御部
60 基準抵抗体
61 A/D変換器
62 演算処理部
63 表示部
64 温度センサ
65 温度補正回路
66 基準電圧源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electromagnetic force
44 Display 48 Current / Voltage Converter 49 Temperature Sensor 51 Trays 52a, 52b Beam 53
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