JPH06313724A - ロードセル秤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度補償のための調整作業が簡単なロードセ
ル秤を提供すること。 【構成】 荷重に応じた電気信号を出力するロードセル
と、このロードセルの出力を入力しロードセルの出力の
変動からロードセルの振動数を検出する振動数検出手段
と、測定対象が取り除かれたことを判断する判断手段
と、この判断手段により測定対象が取り除かれたことが
判断されると前記振動数検出手段により検出された前記
ロードセルの振動数に基づいて前記ロードセルの出力補
正値を設定する設定手段と、前記ロードセルの出力を前
記設定手段で設定された出力補正値を用いて重量値に変
換して出力する出力手段とを設け、温度で変化するロー
ドセルの固有振動数に基づいてロードセルの出力を補正
をするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロードセル秤に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ロードセルは、一般的に、起歪体に歪ゲ
ージを貼り付たもので、この起歪体に荷重が加わると、
バネ定数に応じた歪が発生し、歪に応じて歪ゲージの電
気抵抗が変化するため、その歪ゲージに流れる電流が変
化する。このロードセルを用いた秤は、ロードセルの出
力である歪ゲージに流れる電流に応じて荷重を表示する
様に構成されている。ところで、起歪体のバネ定数は温
度の関数であるので、同じ荷重でも温度によって起歪体
に生ずる変形量すなわち歪が異なる。このように同じ荷
重のときにもロードセルの出力は温度によって異なって
しまうので、これを解消するため、温度補償抵抗を設け
ることが行なわれている。図５に示したものは温度補償
抵抗を設けたロードセルの結線図で、歪ゲージＲｇでブ
リッジが形成されており、このブリッジの入力側に温度
補償抵抗Ｒｓが設けられている。そして、ブリッジの端
子１がロードセルの出力となる。このように結線すると
ロードセルの温度特性は、次元が違うが原理的には起歪
体のバネ定数の温度特性と、温度補償抵抗Ｒｓの温度特
性とを合成したものとなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、バネ定数の温
度特性は各起歪体ごとにばらつくことなくかつ既知（サ
ンプルの測定により求める）である。このため、個体間
で温度特性のバラツキがない温度補償抵抗Ｒｓを用意す
ることができれば、バネ定数とちょうど逆特性の温度補
償抵抗Ｒｓを用意して取り付けることにより、各ロード
セルの温度特性をフラットにすることができる（出力レ
ベルは各個体間で違う）。しかし、実際に供給される温
度補償抵抗Ｒｓは個体間で温度特性がばらついている。
このため、温度補償抵抗Ｒｓを組み込んだロードセル
は、各製品ごとに異なった温度特性を持つ。

【０００４】このように、従来の、温度補償抵抗Ｒｓを
設ける温度補償方法では、温度補償抵抗Ｒｓの温度特性
のバラツキのため各製品ごとに温度特性が異なるので、
全製品について、少なくとも二つの異なる温度、例えば
０℃、２０℃、５０℃での出力測定による温度特性の測
定と、この測定に基づいた温度特性の調整（図５の結線
によれば、温度補償抵抗Ｒｓの抵抗値を例えばレーザー
トリミング等で調整することで温度特性を調整すること
ができる）を行なわなければならない。ここで、各温度
での出力の測定は、製品をその温度にまで至らせて安定
させなければならず、長時間を有するものであり、好ま
しくない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、荷重に応じた
電気信号を出力するロードセルと、このロードセルの出
力を入力しロードセルの出力の変動からロードセルの振
動数を検出する振動数検出手段と、測定対象が取り除か
れたことを判断する判断手段と、この判断手段により測
定対象が取り除かれたことが判断されると前記振動数検
出手段により検出された前記ロードセルの振動数に基づ
いて前記ロードセルの出力補正値を設定する設定手段
と、前記ロードセルの出力を前記設定手段で設定された
出力補正値を用いて重量値に変換して出力する出力手段
とを設けた。

【０００６】

【作用】判断手段により測定対象が取り除かれたことが
判断されると、振動検出手段により検出されたロードセ
ルの固有振動数に基づいてロードセルの出力補正値が設
定手段により設定され、この出力補正値を用いて出力手
段によりロードセルの出力が重量値に変換されて出力さ
れる。

【０００７】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図４に基づい
て説明する。本実施例のロードセル秤は、図２に示すよ
うにその本体ケース２上に測定対象を載せる載せ皿３が
設けられ、さらに、その本体ケース２に図３に示す測定
対象の重量を表示する表示器４が設けられている。つぎ
に、前記本体ケース２の内部には、図示しない歪ゲージ
が設けられている片持ち梁状のアルミニウム又はステン
レスから形成されたロードセル５が前記本体ケース２の
上面に沿わせて設けられており、このロードセル５の固
定端である一端が前記本体ケース２にねじ止され、この
ロードセル５の自由端である他端に前記本体ケース２の
上面に沿わせた平板状の皿受けフレーム６がねじ止され
ている。そして、このロードセル秤は、前記皿受けフレ
ーム６に前記載せ皿３がその下方に突設されている脚部
である段付軸７で取り付けられ、前記ロードセル５の自
由端で前記載せ皿３を支持する構造とされている。

【０００８】つづいて、図３は、このロードセル秤の電
気的構成を示すブロック図で、前記ロードセル５の出力
がアンプ８に入力され、このアンプ８の出力がローパス
フィルタ９、第一のアナログデジタルコンバータ１０を
介してマイコン１１に入力されている。そして、このマ
イコン１１で計算された重量が前記表示器４に表示され
るように構成されている。さらに、前記アンプ８の出力
は、前記ローパスフィルタ９とは別に第２のアナログデ
ジタルコンバータ１２を介して振動数検出手段となるＦ
ＦＴ１３に入力され、このＦＦＴ１３の出力が前記マイ
コン１１に入力されるように構成されている。このＦＦ
Ｔ１３は、前記ロードセル５の出力をファーストフーリ
エ変換しその振動数、すなわち前記ロードセル５の固有
振動数を求め、その値を出力している。

【０００９】また、前記マイコン１１には、２０℃にお
ける前記ロードセル５の固有振動数（載せ皿３に何も載
せていない状態の）、その固有振動数と前記ＦＦＴ１３
で求めた固有振動数とのずれ量（比率で表す）から温度
を求めるずれ量−温度対応表、温度から前記ロードセル
５の出力の温度補正係数を求める温度−温度補正係数対
応表とが予め記憶されている。これらの、対応表は、前
記ロードセル５の種類が同じであれば変わらない為、代
表の製品を一つ測定することで作成することができる。
なお、２０℃での固有振動数の測定は、個々の製品ごと
に行なわなければならないが、従来より行なわれている
２０℃でのゼロ点調整の際に同時に行なうことができ
る。

【００１０】このような構成において、マイコン１１に
より制御されるこのロードセル秤の処理動作を図１に示
すフローチャートに基づいて説明する。ここで、このマ
イコン１１は第１のアナログデジタルコンバータ１０の
出力が所定間隔、例えば２００ｍｓ毎に割込みにより入
力され、さらに、ＦＦＴ１３の出力がさらに短い間隔、
例えば１０ｍｓ毎に入力されている。

【００１１】まず、第一のアナログデジタルコンバータ
１０からの入力がゼロ範囲以内か否かを判断し（ステッ
プ１）、ゼロ範囲以内であればステップ１に戻り、ゼロ
範囲以内でなければ測定対象が載せ皿３に載せられたと
判断し、データの安定を待ってから（ステップ２）出力
手段が第一のアナログデジタルコンバータ１０からの入
力を温度補正係数（出力補正値）で補正してその値に基
づいて重量を表示する（ステップ３）。

【００１２】つぎに、ＦＦＴ１３で求められたロードセ
ル５の固有振動数を入力しその値をメモリする（ステッ
プ４）。このステップ３，４は判断手段によりロードセ
ル５からの入力がゼロ範囲以内と判断されるまで（ステ
ップ５）、すなわち、測定対象が載せ皿３から取り除か
れるまで繰り返される。したがって、少しずつ測定対象
を載せ皿３に重ねたり、重ねてある測定対象を少しずつ
取り除くことにつれて表示器４での重量表示は追随して
変化する。

【００１３】そして、測定対象がすべて取り除かれステ
ップ５でロードセル５の出力がゼロ範囲内と判断される
と、ステップ４で記憶されたロードセル５の固有振動数
を読みだす（ステップ６）。この固有振動数を図４を用
いて説明する。図４は、縦軸がロードセル５の出力で、
横軸が時間となっている。ｔ１は、載せ皿３に測定対象
を載せたタイミング、ｔ２は測定対象を載せ皿３から取
り除いたタイミング、ｔ３はロードセル５の出力がゼロ
となるタイミングである。ステップ５でロードセル５か
らの入力がゼロ範囲以内と判断されるタイミングはｔ３
とほぼ同時と考えて良い。したがって、ステップ６で読
みだした振動数は、ｔ３の直前、載せ皿３から測定対象
を取り除いた時のロードセル５の固有振動数である。

【００１４】そして、このロードセル５の載せ皿３に何
も載せていない状態での固有振動数と予め記憶されてい
る２０℃でのロードセル５の固有振動数とのずれ量（比
率で表す）を求め（ステップ７）、そのずれ量と温度と
の対応表からその時の温度を求め（ステップ８）、設定
手段が予め記憶されている温度と温度補正係数との対応
表からその温度での温度補正係数を求め温度補正係数を
更新する（ステップ９）。次回の測定からこの温度補正
係数が使用されることになる。

【００１５】このように本実施例のロードセル秤は、ロ
ードセル５の固有振動数を測定対象が取り除かれた時の
振動で求め、この固有振動数から温度を求めるようにし
たので、予め用意した温度−温度補正係数対応表から温
度に応じた温度補正係数を選択することができ、しか
も、この対応表は、ロードセル５の種類が同じであれば
共通であるため、温度補償抵抗による温度補償を行なう
ときのように、各製品ごとの温度特性の測定を行なう必
要がなく、調整の手間を大幅に減らすことができ、製造
コストの削減に寄与することができる。さらに、温度補
償抵抗がない分出力が増大するので、Ｓ／Ｎ比が上昇
し、測定の精度を上昇させることができる。

【００１６】なお、本実施例では、サンプルを一台測定
して各対応表を予め用意したが、これに限定されるもの
ではなく、例えば、２０℃でのゼロ点調整の際にその温
度でのバネ定数を測定して記憶しておき、固有振動数の
測定により次式 Ｇ＝４π²Ｗ／Ｔ² １／Ｔ ：固有振動数 Ｗ ：振動系の質量 Ｇ ：バネ定数 に基づいて算出することのできるバネ定数を求めるよう
にし、そのバネ定数が２０℃でのバネ定数からどの位増
減したかを算出し、そのバネ定数の増減でどの位２０℃
の時に比べロードセル５の撓み量が増減するか算出し、
この撓み量の増減による分の出力を補正するようにして
も良く、このようにすれば、対応表を用意する必要がな
い。ここで、振動系の質量であるロードセル５のバネ上
重量は製造誤差によりばらつくので個々に測定しておか
なければならないが、ロードセル５の剛性が非常に高け
れば、Ｔの値が非常に高くなるので、Ｗの誤差の影響は
実用上無視できる範囲となり、個々に測定した測定値で
なく代表値で代用することも考えられる。このように、
固有振動数に基づいて温度補償を行なう方法は一つに限
定されるものではなく様々な方法が考えられる。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、荷重に応じた電気信号を出力
するロードセルと、このロードセルの出力を入力しロー
ドセルの出力の変動からロードセルの振動数を検出する
振動数検出手段と、測定対象が取り除かれたことを判断
する判断手段と、この判断手段により測定対象が取り除
かれたことが判断されると前記振動数検出手段により検
出された前記ロードセルの振動数に基づいて前記ロード
セルの出力補正値を設定する設定手段と、前記ロードセ
ルの出力を前記設定手段で設定された出力補正値を用い
て重量値に変換して出力する出力手段とを設けたので、
温度補償抵抗を用いることなく温度補償を行なうことが
でき、このため、各製品ごとの温度特性の測定を行なう
必要がなく、調整の手間を大幅に減らすことができ、製
造コストの削減に寄与することができ、さらに、温度補
償抵抗がない分出力が増大するので、Ｓ／Ｎ比が上昇
し、測定の精度を上昇させることができる等の効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の動作を示すフローチャート
である。

【図２】ロードセル秤を示す縦断正面図である。

【図３】電気的な構成を示すブロック図である。

【図４】荷重状態によるロードセルの出力を説明するグ
ラフである

【図５】ロードセルの一般的な接続を示す従来例であ
る。

【符号の説明】

５ ロードセル １１ 判断手段 １１ 設定手段 １１ 出力手段 １３ 振動数検出手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷重に応じた電気信号を出力するロード
   セルと、このロードセルの出力を入力しロードセルの出
   力の変動からロードセルの振動数を検出する振動数検出
   手段と、測定対象が取り除かれたことを判断する判断手
   段と、この判断手段により測定対象が取り除かれたこと
   が判断されると前記振動数検出手段により検出された前
   記ロードセルの振動数に基づいて前記ロードセルの出力
   補正値を設定する設定手段と、前記ロードセルの出力を
   前記設定手段で設定された出力補正値を用いて重量値に
   変換して出力する出力手段とを有することを特徴とする
   ロードセル秤。