JP3753208B2 - 電子式秤量装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は自動校正機構を有する電子式の秤量装置に係り、特に校正を過不足なく行なうよう校正時期を設定する電子式秤量装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子式の秤量装置の一つとして、秤量物の荷重と平衡する電磁力を発生させてこの秤量物の荷重を計測する電磁平衡式秤量装置(以下「電子天秤」とする)にあっては、電磁部の温度依存特性が重量表示の出力に大きく影響する。
ここで、上記電子天秤は下記式で示される原理に基づいて秤量物の荷重が測定される。
F=kIB
F:付加された荷重と釣り合う力
I:前記力Fを発生させるための電流
B:電磁部のマグネットの磁束密度
k:定数
【0003】
上記式において、磁束密度Bは図8(A)に線図TB´として示す如く−200〜−300ppm/℃の温度係数を有している。ここで上記式から所定の荷重と釣り合う力Fと定数kは一定であるので、上記磁束密度Bの温度依存性に対応して、電流Iは逆に+200〜+300ppm/℃の温度係数を持つことになる。つまりこのことは、電子天秤に付加された荷重に対する重量表示Wが図8(B)において線図TW´として示すように+200〜+300ppm/℃の温度係数をもってしまうことを意味する。
【0004】
例えば秤量200g、最小表示0.1mgの高精度の電子天秤であれば、分解能は200万分の1となるが、この電子天秤の場合には上記温度係数を有する場合、表示が+400〜600カウント/℃(1カウント=0.5ppm )となってしまい、このままでは使用に耐えない。このため温度補正が行なわれる。しかし、温度補正の調整時の誤差、例えば温度設定の誤差、調整時の空気の流動、振動等による誤差等のため、補正によって温度係数を完全に0ppm とすることはできない。例えば図9の線図TWa、TWbで示すように温度補正によっても±2ppm /℃の温度係数が残ったとすると、上記高精度電子天秤では±4カウント/℃の誤差が発生してしまう。
このため、上記高精度の電子天秤を始めとして比較的高い精度を要求される秤量装置では、校正分銅が内蔵されており、秤量装置の周囲の温度が予め定められた量変化した時に自動的に内蔵の校正分銅により校正が行なわれるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図10はこの校正方法を示す。即ち、一定の温度ΔTβの変化に対応して温度T0 、T1 ・・・・T4 において校正が行なわれる。この校正によりTWa或いはTWbに沿って重量表示Wが変化するのを、TWsで示す適正表示(温度係数0ppm )を中心として一定の許容値Eの範囲内に入るよう校正を行なう。このように校正時期を設定することにより校正は適正に行なわれ、重量表示のずれは常時許容値内となり適正な表示が行なわれるはずである。
【0006】
しかしながら実際には図10に示す校正の実施方法では不要な校正を行なったり、反対に必要な校正が行なわれなくなる等の問題が生じるのである。これは、マグネットの磁束密度の温度特性が実際には図8に示すような直線TB´ではなく、図11(A)に示すように僅かに曲線を描いた曲線TBとなること、従って同図(B)に示されるように重量表示も直線TW´ではなく実際には曲線TWとなることに由来する。
【0007】
以上の結果、温度補正を行なった後、更に前記の場合と同様±2ppm/℃の誤差が残ったとすると、図9に示す直線TWa(+2ppm/℃) 、直線TWb(−2ppm/℃) 、直線TWs(0ppm/℃) とはならず、図12に示す如く曲線Ta、曲線Tb、曲線Tbとなる。このような曲線において前記の方法によって校正を行なうと次のような問題が生じる。
【0008】
先ず曲線Taに沿って重量表示の変化が生じる場合を例にとると、図13に示すように温度T0 からT2 の間では、重量表示は真値JWにほぼ等しい表示出力となっているにも係わらず不要な校正動作を行なうことになってしまう。また反対に例えば温度T3 とT4 の間では重量表示は急激に立ち上がる曲線Taに沿って急激に変化し、例えば時間T4 直前のT4 ´では許容値を越える誤差が出ているにもかかわらず、校正が行なわれない事態が生じる。
【0009】
また図14の如く重量表示出力Wが曲線Tcに沿って変化する場合には重量表示は例えば温度T0 とT1 の間では急激に下降する曲線Tc に沿って急激に変化し、例えば時間T1 直前のT1 ´では許容値を越える誤差が出ているにもかかわらず、校正が行なわれない事態が生じる。また温度温度T2 からT4 の間では、重量表示は真値JWにほぼ等しい表示出力となっているにも係わらず不要な校正動作を行なうことになってしまう。
【0010】
以上のように従来の校正方法では、適正な重量表示を行なうために過不足無く校正を行なうことができず、不要な校正を行なったり反対に必要な時に校正が行なわれない場合が生じる。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の問題点に鑑み構成されたものであり、先ず温度変化に対する重量表示の変化は直線ではなく実際には曲線として現れることを前提とし、秤量装置の有する実際の温度特性を記憶する手段と、この記憶手段の曲線に基づいて校正時期を定める演算部とを有し、演算部は、第1回の校正時の温度を第1の基準温度とし、記憶されている曲線に基づき予め定められた重量表示の最大許容誤差に対応しかつ当該第1の基準温度から増加した側の第2回校正温度、及び最大許容誤差に対応しかつ基準温度から減少した側の第2回校正温度をそれぞれ設定する手段と、測定温度が上記増加側の第2回校正温度或いは減少側の第2回校正温度となった時に校正動作信号を発する手段と、この校正動作信号を発した第2回校正温度を第2の基準温度に設定する手段と、第2の基準温度に対して前記記憶されている曲線に基づき前記重量表示の最大許容誤差に対応しかつ当該第2の基準温度から増加した側の第3回校正温度、及び同様に第2の基準温度から減少した側の第3回校正温度を新たに設定する手段と、以後同様に第n番の基準温度に対して前記記憶されている曲線に基づき前記重量表示の最大許容誤差に対応しかつ当該第n回の基準温度から増加した側の第n+1回校正温度、及び同様に第n番の基準温度から減少した側の第n+1回校正温度を新たに設定する手段とを有することにより、実際に校正を行なった校正温度を順次基準温度として、次回の校正温度を順次差し替えて校正時期を設定するようよう構成したことを特徴とする秤量装置である。
【0012】
【発明の実施の形態】
電子天秤等の秤量装置の記憶手段には、個々の温度で測定され、かつ曲線で表示された重量表示の特性(温度特性)が記憶される。秤量装置は温度検知手段、自動校正装置、演算部を有し、温度検知手段は秤量装置、特に温度依存性を有する電磁部の温度を測定している。
【0013】
一方演算部では第1回の校正時の温度を基準温度として、次回の校正を行なう温度が、記憶手段に記憶されている曲線と、予め定められた最大許容誤差とからこの基準温度から増加した側における第2回校正温度、及び最大許容誤差に対応しかつ基準温度から減少した側における第2回校正温度をそれぞれ設定する。
測定温度が増加側又は減少側の何れかの第2回校正温度となったならば演算部は自動校正装置に対して信号を発して自動校正を行い、かつ第2回の校正を行なった温度を第2の基準温度として取り込む。
【0014】
上記取り込んだ第2の基準温度と前記曲線に基づいて、前記最大許容誤差に対応してこの第2の基準温度から増加した側における第3回校正温度、及び最大許容誤差に対応しかつ基準温度から減少した側における第3回校正温度をそれぞれ設定し、前の基準温度及び校正温度と差し替える。この様にして実際に校正を行なった次回の校正温度を第3、第4の基準温度とすることにより校正温度を算出しして前回の校正温度と差替え、差し替えた校正温度を基準として順次校正を行なう。
【0015】
【実施例】
以下本発明の実施例を具体的に説明する。
【0016】
図1において、1は本発明の一実施例である電子天秤を示す。同装置において、装置本体1の重量検出部2から電流として出力された荷重検出値は基準抵抗R1にて電圧ΔVに変換され、A/D変換部3に入力される。同A/D変換部3は基準電圧SV1 により前記電圧ΔVに応じたデジタル値に変換し、このデジタル値を演算部として中心的機能を果たす中央処理装置(CPU)4に出力する。
【0017】
一方電子天秤本体1には温度センサ5が設けられ、温度センサ5の検知信号は別のA/D変換部6に出力され、かつ同A/D変換部6において基準電圧SV2 により前記温度信号に応じたデジタル値に変換し、このデジタル値が中央処理装置(CPU)4に出力される。7は測定値や各種設定値等を表示する表示器、8はキイスイッチ等の設定手段、9は記憶手段である。
【0018】
以上の電子天秤において記憶手段には適正な校正を行なうため、次のようなデータが設定記憶される。
即ち、対象の電子天秤に対して温度調整を行い、温度補正を行なう。この場合前記図12に示したように補正の後でも曲線Ta(図2の場合)、曲線Tc(図3の場合)等のように誤差が曲線として現れる。
【0019】
先ずこの補正誤差の生じる特性(温度特性)を測定する。この測定は電子天秤の使用者が行なうことも可能であるが、多点で温度測定を行う方法を採用する場合には精密な温度制御が必要であり、この様な制御を行なうことが一般的には困難である使用者の段階ではその実施に無理があると考えられる。このため製品出荷前に測定を行い、この測定結果を記憶手段に9に記憶させた後に出荷するのが望ましい。また高精度の電子天秤の場合にはメカニズム部分、回路部分の微妙な相違が器差として影響する可能性が高いので、個々の装置に対してそれぞれ補正誤差の測定を行い、この測定結果を各電子天秤の記憶手段にそれぞれ記憶させるのが最も望ましい。
【0020】
例えば作動範囲10℃〜30℃で、温度を1℃刻みとして、各温度Tと重量表示Wpとの関係を一点一点実測し、この20点のデータを記憶手段9に対して曲線Ta、Tc等として取り込む。また例えば前記10℃〜30℃の範囲で複数点(三点程度)の温度を選んで実測し、前記曲線Ta、Tcを予測する方法もある。この方法であれば記憶されるデータの信頼性がやや低下するものの電子天秤の使用者の段階でも実施可能である。
【0021】
また後者の方法は、予め多点で測定したデータの差替えの場合には有利である。即ち、電子天秤のマグネットの経年変化等により温度特性そのものが時間の変化と共に変化する可能性があるが、この場合でもその温度特性自体、即ちその温度特性が曲線Ta、Tc或いはTb(図12参照)の何れかで変化するかは基本的には変わらない。このため、予め温度特性が判明している場合には、以後数点の温度で重量表示Wpを出力することにより、当該測定温度において予め記織していた曲線(例えば曲線Ta)における重量表示Wpの値と変化したならば、経年変化が生じたものとして新しい曲線にTa´に差し替える等の方法が実施可能となる。
【0022】
なお前記記憶手段9に対するデータの記憶は、実際には前記曲線Ta、Tb、Tcに基づいて、例えば以下に示すように各温度域に対する重量表示Wpの値として記憶される。なおこの例は秤量200g、最小表示0.1mgの精度200万分の1の電子天秤を想定し、この場合のTa特性を示す。
〔左側は温度Tの温度域(℃)、右側の数値は重量表示Wp(g)を示す〕
(1) 10.0≦T<10.1 200.00000
(2) 10.1≦T<10.2 200.00000
(3) 10.2≦T<10.3 200.00001
(4)〜(N−3 )は省略
(N−2)29.7≦T<29.8 200.00392
(N−1)29.8≦T<29.9 200.00396
(N) 29.9≦T<30.0 200.00400
【0023】
以上の作業を図7のフロー図で示すと、第1のステップS1と第2のステップS2を実施したことになる。次に重量表示Wpの最大許容誤差emを設定し、この数値をキイスイッチ等の入力手段8を用いて記憶させる(S3)。この最大許容誤差emの設定終了後に校正を行ない、この校正時の温度T1を第1の基準温度TQ1として記憶する(S4)。なお、最大許容誤差emは、例えば前述の秤量200g/精度200万分の1の電子天秤であれば、例えばem=6カウント(3ppm )程度に設定するのが望ましい。
【0024】
上記校正を行なった電子天秤の温度特性が図4に示す曲線Taであるとすれば、図4に示すようにこの曲線Taに基づき、前記最大許容誤差emとなる温度T2(次回校正温度TH1とする)とT0(次回校正温度TL1)を求め、これを記憶する(S5)。ここで温度TH1は、図4から前記基準温度TQ1よりも増加した側で最大許容誤差emに対応する温度であり、同様に温度TL1は、前記基準温度TQ1よりも減少した側で最大許容誤差emに対応する温度である。以下後続ステップの場合も同様にTHnは基準温度TQnに対して増加側の次回校正温度、TLnは同基準温度TQnに対して減少側の次回校正温度を示す。
【0025】
以上のステップにより次回校正温度TH1、TL1が具体的に定まった状態で、温度センサ5は温度の測定を行なっており、CPU4はこの測定温度Tが前記次回校正温度TH1及びTL1の範囲内であるか否かを監視(S6、S7)し、当該温度範囲内であれば校正を行なわず(S8)、最初に設定した状態を保持して荷重測定をおこなう。
【0026】
反対に測定温度Tが温度TH1又はTL1の何れかとなったときは、CPU4は校正信号を発し、内蔵分銅駆動装置10を作動させて自動校正を行なう(S9)。この場合、例えば測定温度Tが上昇し、図4で示す次回校正温度TH1である温度T2になったとするならば、この温度T2を第2の基準温度TQ2として記憶する(S10)。
【0027】
次に図5に示す様に新たに定められた第2の基準温度TQ2(温度T2)を基準として、曲線Taから前記最大許容誤差emとなる温度T3(次回校正温度TH2)とT1(次回校正温度TL2)を求め、これを記憶する(S11)。因みに最大許容誤差emは不変であるため、この場合は前回の基準温度TQ1である温度T1が低温側の次回校正温度TL2として設定されることになる。
【0028】
図6は3回目の校正を示し、この場合には更に温度が上昇し、前回の高温側次回校正温度T3に至り、この温度T3において校正を行なった状態を示す。従ってこの場合は当該温度T3が基準温度TQ3となる。高温側では曲線Taのカーブがきつくなるため、次回の校正温度TH3、TL3ともにこの基準温度TQ3に近接し、比較的僅かな温度変化で更に次回の校正が行なわれることになる。
【0029】
このようにして校正を開始する温度を設定し、かつ校正を行なった際の温度を次回の基準温度とすることにより校正の度毎に次回の校正を行なうべき温度(次回校正温度)を差し替える。
なお、このようして順次自動校正を行なう外、操作者が適宜手動で校正を行なうことも可能である。この場合には入力手段8の校正ボタンを作動させる等により適宜校正を行なうが、この場合にはこの手動校正時の温度を基準温度TQnとして次回校正温度THn、TLnを新たに設定し、次回校正温度THn、TLnとなったときに順次校正を行なう。従って操作者が自己の判断で校正を行なうことはもとより可能であり、またこの様な操作は当然のことながら自動校正動作に悪影響を与えるものではない。
【0030】
以上の如く、記憶された温度特性曲線に基づき、予め定められた最大許容誤差emに対応する次回校正温度を順次設定することにより、校正は温度の変化量とは関わりなく必ず最大許容誤差emに対応する温度で開始される。従って一定量の温度変化により校正が開始される従来装置に比較して、不必要な校正動作が生じたり、或いは必要な校正が行なわれない等の問題が生じることはなく、常時過不足なく校正が行なわれる。
【0031】
また、重量値の温度特性が温度に対してヒステリシスを有する場合には、このヒステリシスを示す複数の曲線を予め設定してこれを記憶手段に記憶させ、重量表示に対する最大許容誤差の発生が基準温度に対して温度増加によるものと温度減少によるものとで使用する曲線を選択し、この選択した曲線により次校正温度を設定することによって、上記ヒステリシスも考慮したより精密な次回校正タイミングの設定を行なうことも可能である。
【0032】
なお以上の説明では温度特性曲線がTaであることを前提に説明したが、曲線Tb、Tcの場合でも同様の順序で適正な校正タイミングを設定することができる。
【0033】
また、上記校正タイミングの設定は電磁部の温度依存特性に基づく校正の外、基準抵抗値の温度特性、電圧レファレンス素子の有する温度特性等による重量表示特性の補正に関してもそのまま利用可能であることは当業者であれば容易に想到することができるものである。因みに上記基準抵抗値の温度特性、電圧レファレンス素子の有する温度特性の何れもその特性は温度変化に対して直線ではなく、曲線を描くことが知られている。
【0034】
【発明の効果】
以上具体的に説明した如く本発明の秤量装置では、予め実測されかつ記憶された温度特性曲線に基づき、定められた最大許容誤差に対応する校正開始温度を設定することにより、校正は温度の変化量とは関わりなく必ず最大許容誤差に対応する温度で開始される。このため不必要な校正動作が生じたり、或いは必要な校正が行なわれない等の問題が生じることはなく、常時過不足なく校正が行なわれ、重量表示はより正確となり、秤量装置の信頼性をより向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す電子天秤のブロック図である。
【図2】温度変化に対する重量表示の特性を示す曲線を表示する図である。
【図3】温度変化に対する重量表示の他の特性を示す曲線を表示する図である。
【図4】本発明における第1の次回校正温度を設定する状態を説明する線図である。
【図5】本発明における第2の次回校正温度を設定する状態を説明する線図である。
【図6】本発明における第3の次回校正温度を設定する状態を説明する線図である。
【図7】本発明にかかる秤量装置における校正時期設定のフローを示すフローチャートである。
【図8】(A)は従来直線として想定された温度変化と磁束密度との関係を示す線図、(B)は従来直線として想定された温度変化と重量表示との関係を示す線図である。
【図9】温度変化に対して補正を行なって誤差を少なくした状態において温度変化に対する重量表示の変化を直線として想定した線図である。
【図10】図9に直線として想定された線図に基づいて校正時期を設定する方法を示す線図である。
【図11】(A)は前記図8の(A)に対応し、実際には曲線として変化することを示す線図、(B)は前記図8の(B)に対応し、実際には曲線として変化することを示す線図である。
【図12】図9に対応して、実際には曲線として変化することを示す温度変化に対する重量表示の変化曲線である。
【図13】前記図12に示す曲線のうち曲線Taを基準として従来方法による校正時期決定方法を実施した際の校正温度と重量表示誤差との関係を示す線図である。
【図14】前記図12に示す曲線のうち曲線Tcを基準として従来方法による校正時期決定方法を実施した際の校正温度と重量表示誤差との関係を示す線図である。
【符号の説明】
1 電子天秤本体
2 重量検出部
4 演算装置(CPU)
7 表示手段
8 設定手段
9 記憶手段
10 内部分銅駆動装置
Claims (7)
- 内蔵分銅により自動校正を行なう機能を有する秤量装置において、秤量装置の有する実際の温度特性を示す曲線を記憶する手段と、この記憶手段が記憶した曲線に基づいて校正時期を定める演算部とを有し、演算部は、第1回の校正時の温度を第1の基準温度とし、前記記憶されている曲線に基づき予め定められた重量表示の最大許容誤差に対応しかつ当該第1の基準温度から増加した側の第2回校正温度と、当該最大許容誤差に対応しかつ基準温度から減少した側の第2回校正温度とをそれぞれ設定する手段と、測定温度が上記増加側の第2回校正温度或いは減少側の第2回校正温度となった時に校正動作信号を発する手段と、この校正動作信号を発した第2回校正温度を第2の基準温度に設定する手段と、第2の基準温度に対して前記記憶されている曲線に基づき前記重量表示の最大許容誤差に対応しかつ当該第2の基準温度から増加した側の第3回校正温度、及び同様に第2の基準温度から減少した側の第3回校正温度を新たに設定する手段と、以後同様に第n番の基準温度に対して前記記憶されている曲線に基づき前記重量表示の最大許容誤差に対応しかつ当該第n番の基準温度から増加した側の第n+1回校正温度、及び同様に第n番の基準温度から減少した側の第n+1回校正温度を新たに設定する手段とを有することにより、実際に校正を行なった校正温度を順次基準温度として、次回の校正温度を順次差し替えるよう構成したことを特徴とする電子式秤量装置。
- 前記秤量装置の有する温度特性を示す曲線は、温度に対する重量表示の変化を示す曲線でかつ予め定められた補正値により表示誤差を低減した温度−重量表示曲線であることを特徴とする請求項1記載の電子式秤量装置。
- 前記秤量装置は電子天秤であって、秤量装置の有する温度特性は、温度変化に対する電磁部マグネットの磁束密度の変化に対応する重量表示の変化曲線として示される温度特性であることを特徴とする請求項1又は2記載の電子式秤量装置。
- 前記秤量装置は電子天秤であって、秤量装置の有する温度特性は、電磁部から出力される荷重信号をA/D変換するためのA/D変換部に対して基準電圧を出力する電圧レファレンス素子の有する温度変化特性に対応する重量表示の変化曲線として示される温度特性であることを特徴とする請求項1又は2記載の電子式秤量装置。
- 前記秤量装置は電子天秤であって、秤量装置の有する温度特性は、電磁部から出力される電流を電圧に変化するための基準抵抗の有する温度変化特性に対応する重量表示の変化曲線として示される温度特性であることを特徴とする請求項1又は2記載の電子式秤量装置。
- 人為的に校正が行なわれたとき、この校正時の温度を基準温度として取込み、この基準温度と最大許容誤差とに次回の校正温度を設定することを特徴とする請求項1記載の電子式秤量装置。
- 前記秤量装置の有する温度特性を示す曲線は、温度変化に対するヒステリシスを前提とする複数の曲線として記憶手段に記憶されていることを特徴とする請求項1記載の電子式秤量装置。
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