JP4776808B2 - 質量計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は質量計測装置に係り、特に温度変化に対する計量値の補正を正確に行えるようにした質量計量装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁平衡式の秤量装置をはじめとして、微細な質量の計測が可能な質量計測装置においては、電磁部等の荷重センサの温度特性、或いはこの荷重センサに荷重を伝達する機構の温度特性等に起因して、温度変化に対応して計量値が変動してしまう。とりわけ、質量計測装置として最も高精度な機構を構成できる電磁平衡式の装置においては上記温度の影響は大きく、このため装置の外部温度や、計量装置内温度を検知し、この検知結果に基づいて計量値を補正する手法が採用されている。以下、特に断らないかぎり実施例も含めて電磁平衡式の装置を例に説明刷る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電磁平衡式の質量計測装置においては、装置周囲の温度変化或いは装置自体の発熱等の温度変化の影響を受け、計量値が変化することが知られており、上述のような対策が実施されている。計量値の変化は、マグネット自体が有している温度係数、或いは機械的構成を有する機構部、具体的には電磁平衡式計量装置における荷重伝達機構、この機構を案内するロバーバル機構など各種の機構を構成する多数の部品の線膨張係数の相違による機構の僅かな変形等に起因する。
【０００４】
通常この計量値の補正は、電磁部、例えばこの電磁部の一部を構成するマグネット１０（図１参照）近傍に配置された温度センサにより計測された温度データに基づいてソフト的に補正されることにより実現されている（特開平５−５９２５３号、特開平７−９８２３４１号、特開平７−１２０２９９号等）。
【０００５】
電磁部に温度センサを配置する方式は、定常状態における計量時には比較的良好な補正が可能であるが、計測装置外部の温度の変化が過渡期にあるときには、電磁部の温度センサから出力された温度データによっては十分な補正を行うことができない。このため、計量装置の周囲の温度を検知する温度センサを設けたものも提案されている（特開２０００−３９３５６号等）。しかし、この温度センサはあくまでも計量装置の周囲の温度を計測するにとどまり、この周囲の温度が計量装置内の機構や計量センサ等に与える温度的影響を直接検知するものではない。
【０００６】
即ち、電磁平衡式計量装置の機構を構成する各部品の線膨張係数の相違による機構の僅かな変形等は各部材の変形の複雑な組み合わせにより生じるものであるため、外部温度を計測しても、結局のところその変形の影響を定量的に捉えることは非常に困難である。このため計量値の変化は主として電磁部の温度係数に依存するものとして、この電磁部の検知温度により計量値が補正されているのが実情である。
【０００７】
また、電磁部は熱容量が大きく、しかも図１の構成からも明らかなとおり装置の中心部に配置されることが多いため、外部の温度変化による影響を比較的受け難く、従ってこの電磁部の温度変化と計量値の変化は比較的良好に対応する。これに対して、複雑な構成を有する荷重伝達機構やロバーバル機構等の機構部は、前述のとおりその配置部からしても前記電磁部よりも外部温度の影響を受け易い位置にある。従って、これらの機構部の温度特性をより正確に検知することができれば、計量値の補正をより正確に行うことが期待できる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記に基づき構成されたものであって、質量計測装置の各機構部を構成する部品のうち、ロバーバル機構を構成する部品やこのロバーバル機構に案内されて作動するビーム等、温度変化が計量値に大きく影響する部品に対して、当該部品と同じ熱伝導率及び熱容量を有する材料からなる部材を、温度検知用参照部材（以下単に「参照部材」と称する）としてこれら部品とは別途に形成し、この参照部材に対して温度センサを設けて温度を検知し、当該参照部材において検知した温度データにより計量値の補正を行うよう構成したことを特徴とする質量計測装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
試料の荷重を伝達する荷重伝達機構或いはロバーバル機構を構成する部材のうち、その温度変化が計量値に影響する部材、例えば試料の荷重をビーム側に伝達する接続部材と同じ材料からなる参照部材を当該接続部材の近傍に配置する。この参照部材には温度センサが設けられ、温度センサは直接的にはこの参照部材の温度を検出する。計量値はこの参照部材において検出された温度データにより補正される。
【００１０】
次に本発明の構成の一例を示す図１を用いて、本発明を構成するに至った経緯を説明する。
図中符号１は上部副桿、２はこの上部副桿と平行に配置された下部副桿であって、両副桿１、２の一端は機構全体を支持するフレーム３に対して接続部材４、５を介して各々接続している。一方これらの上下の副桿１、２の他端には前記と同様の構成の接続部材７、８を介して浮き枠６が上下動可能に接続している。これらフレーム３、上下の副桿１、２及び浮き枠６によりロバーバル機構が構成されている。
【００１１】
一方フレーム３内には電磁部が収納されている。この電磁部はヨーク９、ヨーク９内に配置したマグネット１０と、このマグネット１０の上部に位置するポールピース１１と、このポールピース１１の周囲に位置するコイル１２とから成っている。コイル１２はボビン１３に巻き付けられており、かつボビン１３はビーム１４に固定してあり、ビーム１４と共に昇降するよう構成されている。ビーム１４は前記フレーム３に対して接続部材１５により接続しており、かつこの接続部材１５を支点として揺動するよう構成されている。
【００１２】
上記の構成において、秤量皿１６に対して試料が載置されるとその荷重は浮き枠６に伝えられ、ロバーバル機構に案内されながら接続部材１７を介してビーム１４に伝達される。これによりビーム１４には前記接続部材１５を支点として回動するように力が加わる。この力はビーム１４に接続しているボビン１３を介して前記コイル１２に伝達され、このコイル１２を変位させようとする。この変位はセンサＳにより検出され、その変位を打ち消し当該ビーム１４を平衡させるようにコイル１２に電力が供給され、この電気量を計測することにより前記試料の重量を測定する。
【００１３】
上記構成において、試料の荷重を伝達する荷重伝達機構或いはロバーバル機構を構成する部材のうち、その温度変化が計量値に影響を与えるものとして例えば接続部材１７或いは接続部材１５等が考えられる。この場合接続部材１７或いは接続部材１５等に直接温度センサを取り付けると、温度センサ或いはこの温度センサに接続するケーブル等がこれら接続部材の剛性、或いは変位に悪影響を与えることになる。
【００１４】
本発明は、接続部材１７又は接続部材１５と同じ熱伝導率及び熱容量を有する材料、例えばこの接続部材１７又は接続部材１５と同一の材料からなる部品を、温度検出専用の部材である参照部材として別途構成し、当該参照部材を、例えばこれら接続部材１７或いは接続部材１５の近傍に設け、この参照部材に温度センサ等の温度検知手段を設けて当該参照部材の温度を計測し、この計測値により、接続部材１７或いは接続部材１５における熱的影響を質量計測装置ＷＭの機構に悪影響を与えることなく、間接的にほぼ正確に検出し、これによって当該質量計測装置ＷＭの計量値を正確に補正するよう構成したことを特徴とする質量計測装置である。
【００１５】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参考に具体的に説明する。
図２において、符号２０は接続部材１５および接続部材１７と同じ材質からなる温度検出用の参照部材である。つまりこの参照部材２０は接続部材１５および接続部材１７と同じ熱伝導率、熱容量を有し、これら接続部材１５および接続部材１７と熱的に等質な構成となっている。また参照部材２０の形状及び大きさを、当該参照部材２０の対象となっている部品とほぼ同一形状かつ同大とすれば、当該参照部材２０の計測温度を前記接続部材１５や接続部材１７の温度により一層近似させることが期待できる。
【００１６】
この参照部材２０は接続部材１５及び接続部材１７と、同等の熱的影響を受ける位置、より具体的にはこれら接続部材１５及び接続部材１７が配置されている空間と連続した空間でかつ当該接続部材１５及び接続部材１７の近傍において、荷重伝達機構及びロバーバル機構の作動に影響がないよう、これらの機構からは独立してフレーム３に対して固定されている。なお、参照部材２０はこれら接続部材１５及び接続部材１７と同等の熱的影響を受けることが可能であれば、必ずしもこれら接続部材１５及び接続部材１７に近接して配置する必要はない。
【００１７】
次に、符号ＴＳ１は参照部材２０に設けられた温度センサであって、この温度センサＴＳ１から出力された参照部材２０の温度データが計量値の補正用データとして用いられる。
【００１８】
符号２１は、接続部材１７に対してより近接して配置した参照部材である。接続部材１５と接続部材１７とが僅かながら温度差が生じていれば、接続部材１７と配置空間部が連続していても、この接続部材１７に対してより近接した位置に参照部材２１を配置すればより高精度の補正が期待できる。なお符号ＴＳ３は参照部材２１に設けられた温度センサである。
【００１９】
以上、本発明を電磁平衡式の質量計量装置を例に説明したが、例えばロードセル式計量装置等、他の構成の質量計や重量計に対して、或いはこれら質量計測装置を構成の一部とする水分計等の質量計測装置を応用した装置に対しても本発明が実施可能であることは当業者において容易に推察可能である。
【００２０】
また、上記各実施例では、参照部材は何れの場合もフレーム３等、荷重を伝達し、或いは荷重を計測する機構側に設けているが、接続部材１５、１７等と配置空間が連続し、当該接続部材の温度を間接的に、かつ正確に計測できれば、当該参照部材は機構部側でなく、例えば装置の筐体の内壁等、温度計測の対象となる部材が設けられている機構とは別の対象に取り付けるように構成することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば電磁平衡式の装置のように、電磁部に荷重を伝達する機構を構成する部品のうち、その温度変化が質量計測装置の計量値に影響を与える部材と熱的に同等の性質を有する材料からなる参照部材を構成し、かつこの参照部材を温度検出の対象となる部品と熱的に同等の影響を受ける場所に配置し、かつこの参照部材の温度を計測することにより、当該荷重伝達機構に悪影響を与えることなく計量値の変化に響を与える部品の温度を間接的に計測し、かつこの計測温度データにより当該計量値の変化を効果的に補正することが可能となる。
【００２２】
また、本発明では計量値の変化の補正はあくまでもソフトウエアとして実行するため、断熱構造を設置する等して外部温度を積極的に遮断する必要がなく、このため装置の複雑化、大型化等の問題も避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施対象の一例を示す、電磁平衡式秤量装置の機構部の断面図である。
【図２】図１に示す質量計測装置ＷＭの機構中心部を示す一部破断斜視図である。
【符号の説明】
３ フレーム
６ 浮き枠
１０ マグネット
１１ ポールピース
１２ コイル
１３ ボビン
１４ ビーム
１５ 接続部材
１７ 接続部材
２０ 参照部材
２１ 参照部材
ＴＳ１ 温度センサ（参照部材２０用）
ＴＳ２ 温度センサ（電磁部用）
ＴＳ３ 温度センサ（参照部材２１用）
ＷＭ 質量計測装置

Claims (5)

1. 上下の副桿、フレーム及び浮枠によりロバーバル機構が構成され、接続部材を支点として当該ロバーバル機構に案内されて揺動するビームが設けられ、ビームの一端は接続部材を介して浮枠と接続し、かつ他端は電磁部に接続することにより、浮枠側に負荷された荷重を電磁部側に伝達するよう構成された電磁平衡式の質量計測装置において、前記接続部材を構成する材料と同じ熱伝導率及び熱容量を有する材料により参照部材が別途形成され、当該参照部材はこれら接続部材を有するロバーバル機構とは独立し、かつ当該ロバーバル機構の動作を阻害しない位置に配置され、参照部材には当該参照部材の温度を計測する手段が設けられていることを特徴とする質量計測装置。
2. 接続部材はビームの支点用接続部材であり、参照部材は当該ビームの支点用接続部材取付位置の近傍において質量計測装置のフレームに設けられていることを特徴とする請求項１記載の質量計測装置。
3. 接続部材は荷重をビーム側に伝達する荷重伝達用接続部材であり、参照部材は、当該荷重伝達用接続部材の近傍において質量計測装置のフレームに設けられていることを特徴とする請求項１記載の質量計測装置。
4. 参照部材は、ビームの支点用接続部材或いは荷重伝達用接続部材と同じ材料により形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の質量計測装置。
5. 参照部材は、ビームの支点用接続部材或いは荷重伝達用接続部材と同等の形状及び大きさに構成されていることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の質量計測装置。

Images