(57)【要約】【課題】環境温度の変化中においても計量皿付近と校正用分銅付近との間の浮力差による計量の誤差を抑制する電子天びんを提供する。【解決手段】  内蔵された感度校正用の分銅を用いて感度校正を行うことが可能な電子天びんは、荷重と平衡する電磁力を発生するフォースコイル及び磁石を有する電磁力平衡部と、前記磁石の温度を検出する温度検出部と、前記感度校正の実行中において、検出された前記温度の変化量に応じて、校正感度を補正する制御部と、を備えることにより、上記課題の解決を図る。【選択図】図２
2020134453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内蔵された感度校正用の分銅を用いて感度校正を行うことが可能な電子天びんであって、
荷重と平衡する電磁力を発生するフォースコイル及び磁石を有する電磁力平衡部と、
前記磁石の温度を検出する温度検出部と、
前記感度校正の実行中において、検出された前記温度の変化量に応じて、校正感度を補正する制御部と、
を備えることを特徴とする電子天びん。
【請求項２】
前記制御部は、前記感度校正の実行中に前記温度の変化が生じた場合、現時点での前記分銅による感度と所定の係数とに前記温度の変化量のべき乗を乗じて、前記校正感度を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子天びん。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子天びんに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁式天びん（以下、「電子天びん」と称する。）には、校正用分銅を内蔵しているものがある。そのような校正用分銅内蔵型の電子天びんは、その分銅をモータ駆動機構などにより内部で載せ降ろしができるように構成されている。電子天びんにおいては、一般に、あらかじめ設定された前回感度校正時からの経過時間や、天びん機構部の温度等の環境条件が規定値以上に変化し感度校正を必要とする場合に、自動的に天びんに内蔵された校正用分銅を荷重検出部に加除し、その状態での荷重データと基準質量値とを用いて、感度係数を校正して更新する機能、いわゆる自動感度校正機能を有するものもある。。
【０００３】
電子天びんでは、荷重検出部にさまざまな電子部品が使われているが、各構成部品は温度により僅かに特性が変化する。これを温度特定という。例えば、電磁力を発生させるマグネットは温度によりその強さが僅かに変化する。
【０００４】
そこで、例えば、温度変化に対するマグネットの磁束量の変化に対応する補正を行い、荷重の測定値の信頼性をより向上させる技術が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９７３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の通り、電子天びんの各構成部品は温度特性をもっており、温度により僅かに特性が変化するため、環境温度に応じて校正用分銅により荷重検出部の感度を校正する必要がある。例えば、エアコン利用環境下で電子天びんを使用している場合を想定する。エアコンの電源のＯＮ／ＯＦＦ時においては、そのＯＮ／ＯＦＦによる温度の影響を受ける一定の空間の温度（環境温度）が変化するため、荷重検出部の感度を校正する必要がある。
【０００７】
しかしながら、環境温度の変化中は、電子天びんの周囲温度と、電子天びん本体の内部温度との相対差が一定にならない。すなわち、環境温度の変化に対して、電子天びんのひょう量室の計量皿付近の温度は、電子天びんの周囲温度になじむが、電子天びん本体の内部温度は、電子天びんの周囲温度になじむまで時間がかかる。その結果、計量皿付近の温度と、電子天びん本体内の校正用分銅付近の温度との間の相対差が変化し、一定にならない。これにより、計量皿付近と校正用分銅付近との間に浮力差が生じ、計量値に誤差を生じる。
【０００８】
本発明は、一側面として、環境温度の変化中においても計量皿付近と校正用分銅付近との間の浮力差による計量の誤差を抑制する電子天びんを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面における電子天びんは、内蔵された感度校正用の分銅を用いて感度校正を行うことが可能な電子天びんであって、荷重と平衡する電磁力を発生するフォースコイル及び磁石を有する電磁力平衡部と、前記磁石の温度を検出する温度検出部と、前記感度校正の実行中において、検出された前記温度の変化量に応じて、校正感度を補正する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
前記制御部は、前記感度校正の実行中に前記温度の変化が生じた場合、現時点での前記分銅による感度と所定の係数とに前記温度の変化量のべき乗を乗じて、前記校正感度を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一側面によれば、環境温度の変化中においても計量皿付近と校正用分銅付近との間の浮力差による計量の誤差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における電子天びんの一例を示す斜視図である。
【図２】本実施形態における電子天びん本体の構成例を示すブロック図である。
【図３】本実施形態における感度校正の補正処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上述の通り、環境温度の変化中は、電子天びんの周囲温度と、電子天びん本体の内部温度との相対差が一定にならないため、計量皿付近と校正用分銅付近との間に浮力差が生じ、その結果、計量値に誤差を生じる。
【００１４】
例えば、環境温度Ｔoutが一定の場合、計量皿付近の温度Ｔpanと、電子天びん本体内の校正用分銅付近の温度Ｔwtとの相対温度ΔＴ１（＝Ｔpan−Ｔwt）は一定となり、計量皿付近と校正用分銅付近との間に浮力差は問題にならない。
【００１５】
一方、環境温度Ｔoutが変化中の場合、計量皿付近の温度Ｔpanと、電子天びん本体内の校正用分銅付近の温度Ｔwtとの相対温度ΔＴ１（＝Ｔpan−Ｔwt）も変化するため、計量皿付近と校正用分銅付近との間に浮力差が生じ、計量値に誤差を生じる。
【００１６】
例えば、空気密度の温度当たりの変化は、−４μｇ／ｃｃ／℃であり、物体に与えられる浮力も、それに応じて変化する。校正用分銅がステンレス鋼（比重７．９８ｇ／ｃｃ）製１００ｇである場合、計量皿付近と内蔵分銅付近の相対温度差に対し、５０μｇ／℃の誤差を生じる。
【００１７】
この誤差は、上記の相対温度を計測して校正感度を補正して抑制することは理論上は可能である。
【００１８】
しかしながら、複数の温度計測手段それぞれの特性差を管理し、複数の温度計測手段をそれぞれの適切な位置に配置構成をして、正確な補正を行うことは非常に困難である。また、計量皿付近に、その付近の温度を計測する計測デバイスを配置することは、計量試料の操作性や計量皿周辺のメンテナンスや掃除を阻害することになり、好ましくない。そのように設置された計測デバイスを別の位置に配置し、温度の相関性をもって代替えする必要があり、困難である。
【００１９】
ところで、電子天びんには、最も温度特性が大きい永久磁石の付近の温度を高分解能にて計量し、計量値を補正する補正手段を備えるものもある。発明者らは、実使用上想定する環境温度変化の程度内においては、その補正手段による校正処理中の永久磁石付近の温度の単位時間当たりの変化量ΔTmagと、上記相対温度ΔＴ1とは、ほぼ相関することを見出した。
【００２０】
そこで、校正処理中の永久磁石の温度変化量ΔＴmagに基づいて、校正感度を補正することで、校正誤差の抑制を実現することができる。以下に本発明の実施形態の一例を詳述する。
【００２１】
図１は、本実施形態における電子天びんの一例を示す斜視図である。電子天びん１は、風防ケース２と、電子天びん本体４とを備える。風防ケース２は、例えば、天板２ａ、左側壁２ｂ、右側壁２ｃ、前側壁２ｄ、及び後側壁２ｅより形成される。天板２ａ、左側壁２ｂ、右側壁２ｃ、及び前側壁２ｄは、例えば、透明なガラス製やプラスチック製である。後側壁２ｅは、例えば、ガラス、金属又はプラスチック製である。天板２ａ、左側壁２ｂ、及び右側壁２ｃはそれぞれ、スライド可能なように風防を構成する枠体に取り付けてあり、それぞれ手掛け３ａ，３ｂ，３ｃが設けられている。手掛け３ａ，３ｂ，３ｃを後側壁２ｅ側へスライドさせると、それに伴い天板２ａ、左側壁２ｂ、及び右側壁２ｃもスライドして、電子天びん本体４の計量皿５へ試料を載置することができる。
【００２２】
電子天びん本体４の上部中央には計量皿５が設置されており、計量対象の試料を載置することができる。また、電子天びん本体４の前面には、入力部６と表示部７が設けられている。入力部６は、計量を開始させる指示を行ったり、校正処理を開始されたり等、電子天びん１を動作させる場合に指示を入力する際に用いられる。表示部７には、計量結果や入力部６による入力に応じたメニュー等が表示される。
【００２３】
なお、風防ケース２内に生じた静電気を除去するために、除電器（イオナイザ）を、例えば、後側壁２ｅへ取り付けてもよい。
【００２４】
図２は、本実施形態における電子天びん本体の構成例を示すブロック図である。電子天びん本体４は、金属筐体に仕切られた内部空間に、校正用分銅受け皿２２、ひょう量機構１０、制御部１７、メモリ２１を含む。
【００２５】
校正用分銅受け皿２２は、校正用分銅２３の受け皿である。校正用分銅２３は、分銅加除機構（不図示）によって校正用分銅受け皿２２に載置されたり、取り除かれたりすることで、負荷／負荷解除される。なお、分銅加除機構は、例えばモータと偏心カムおよびレバー等によって構成することができる。また、校正用分銅２３の質量は、既知である。
【００２６】
ひゅう量機構１０は、コラム１１、レバー１２、支点１３、電磁コイル（フォースコイル）１４、永久磁石１５を含む電磁力平衡部であって、さらに温度センサ１６を含んでもよい。コラム１１は、ロバーバル機構により校正用分銅受け皿２２を保持する。計量皿５は、校正用分銅受け皿２２の上方に設けられている。レバー１２は、支点１３により傾動自在に支持されており、その一端にコラム１１が固着されている。
【００２７】
電磁コイル１４は、レバー１２の他端部に固着された電磁力発生装置の可動電磁コイルである。永久磁石１５は、電子天びん本体４の金属筐体に固定されている。電磁コイル１４に電流が流れると、磁界が発生して電磁石となり、永久磁石１５との間で反発力／吸引力が働く。電磁力の大きさは、電磁コイル１４に流す電流の強さに応じて変動する。
【００２８】
測定対象物の質量を測定する際には、変位検出器（不図示）によりレバー１２の変位を検出し、レバー１２が変位しないように電磁コイル１４に流す電流がフィードバック制御される。この場合、測定対象物の質量が大きいほど電磁コイル１４に流す電流値が大きくなるため、電磁コイル１４に流す電流値に基づいて測定対象物の質量を測定することができる。
【００２９】
温度センサ１６は、永久磁石１５の温度を検出する。永久磁石１５の温度は、例えば、永久磁石の平均温度であるが、磁石の中心等の温度であってもよい。
【００３０】
制御部１７は、電子天びん１の全体の動作を制御するプロセッサであって、例えば、中央演算装置（ＣＰＵ）である。制御部１７は、計量部１８、校正処理部１９として機能する。
【００３１】
計量部１８は、光学的位置センサ（不図示）で検出された検出信号に基づいて、レバー１２の他端部の変位を算出して、レバー１２の他端部の変位が０になるように、電磁コイル１４に供給する電流の大きさを決定する制御を行う。それと共に、計量部１８は、レバー１２の他端部の変位が０となる平衡状態において、電磁コイル１４に流れる電流の大きさから計量皿５に載置された被測定物または校正用分銅受け皿２２に載置された校正用分銅２３の荷重を求める制御を行う。
【００３２】
校正処理部１９は、所定のプログラムによる命令やタイマ（不図示）による所定のタイミングの到来、または入力部６からの命令等に基づいて、測定対象物の質量を測定する際のひょう量機構１０の感度の校正処理を行う。具体的には、基準となる質量の分銅を用いて感度の校正処理が行われることにより、測定時の計量部１８の演算に用いられる感度が校正される。基準となる分銅は、作業者によって秤量皿に載置されてもよいし、電子天びん２に内蔵されていてもよい。なお、本実施形態では、電子天びん１に内蔵されている校正用分銅を用いて校正を行うこととする。
【００３３】
メモリ２１は、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置であって、計測値や校正内容等の情報が格納される。
【００３４】
図３は、本実施形態における感度校正の補正処理のフローチャートである。校正処理部１９は、所定のプログラムによる命令やタイマ（不図示）による所定のタイミングの到来、または入力部６からの指示等に基づいて校正実行命令を取得する（Ｓ１）。それから、校正処理部１９は、温度センサ１６により検知された温度情報に基づいて、永久磁石１５の温度Ｔmag1を計測する（Ｓ２）。
【００３５】
次に、計量部１８は、校正用分銅による負荷がない状態で計測を行い、計測値Ｗ１を得る（Ｓ３）。次に、計量部１８は、校正用分銅による負荷がある状態で計測を行い、計測値Ｗ２を得る（Ｓ４）。なお、図３では、校正に際して２回の計量を行ったが、これに限定されず、３回以上行ってもよい。
【００３６】
校正処理部１９は、少なくとも２回の計測結果に基づいて、それぞれ試行で得られた荷重値（分銅の値）と、その試行にいいて電磁コイル１４に流した電流値とに基づいて、感度直線の傾き（すなわち、現時点での校正用分銅による感度）βを算出する（Ｓ５）。
【００３７】
校正処理部１９は、温度センサ１６により検知された温度情報に基づいて、永久磁石１５の温度Ｔmag2を計測する（Ｓ６）。校正処理部１９は、ΔTmag（=ΔTmag1−ΔTmag2）を算出する（Ｓ７）。
【００３８】
ΔTmag＝０の場合（Ｓ８でＮＯ）、すなわち、校正処理中において、計量皿付近の温度Ｔpanと、電子天びん本体内の校正用分銅付近の温度Ｔwtとの相対温度に変化がない場合、校正処理部１９は、Ｓ１０の処理を行う。
【００３９】
ΔTmag≠０の場合（Ｓ８でＹＥＳ）、すなわち、校正処理中において、計量皿付近の温度Ｔpanと、電子天びん本体内の校正用分銅付近の温度Ｔwtとの相対温度に変化がある場合、校正処理部１９は、校正感度を補正する（Ｓ９）。ここで、補正後の校正感度をα２とすると、
補正値：（α／β）＝ｋ・ΔＴmag＾ｘ
補正後の校正感度（皿上分銅での感度）：α＝β＊ｋ・ΔＴmag＾ｘ  ・・・（式１）
で表される。ここで、ｋは、k＝（α/β）/（ΔTmag＾ｘ）で表される、係数である。ｘは、所定の整数であって、例えば、一次補正の場合ｘ＝１、2次補正の場合ｘ＝２と設定される。なお、ｘの値は、実際の計測結果データに応じて設定してもよい。
【００４０】
校正処理部１９は、上記（式１）を用いて、校正処理中における補正後の校正感度を算出する。
【００４１】
校正処理部１９は、Ｓ９で算出した補正後の校正感度をメモリ２１に設定する（Ｓ１０）。これにより、次の校正処理が行われるまでは、計量部１８は、メモリからＳ１０で設定された校正感度を読み出し、読み出した校正感度を用いて計量を行う。計量結果は、表示部７に表示される。
【００４２】
本実施形態によれば、校正処理中に環境温度Ｔoutの変化により、計量皿付近の温度Ｔpanと、電子天びん本体内の校正用分銅付近の温度Ｔwtとの相対温度ΔＴ１（＝Ｔpan−Ｔwt）が変化しても、その相対温度ΔＴ１と相関関係のある永久磁石付近の温度の変化量ΔＴmagに応じて、校正感度を補正することができる。その結果、相対温度ΔＴ1から生じる浮力誤差を考慮した校正感度の補正を行うことができるため、より高精度に校正を行うことができる。
【００４３】
上述したように、本実施形態にかかる電子天びんは、
内蔵された感度校正用の分銅を用いて感度校正を行うことが可能な電子天びん（例えば、電子天びん１）であって、
荷重と平衡する電磁力を発生するフォースコイル（例えば、電磁コイル１４）及び磁石（例えば、永久磁石１５）を有する電磁力平衡部（例えば、ひょう量機構）と、
前記磁石の温度を検出する温度検出部（例えば、温度センサ１６）と、
前記感度校正の実行中において、検出された前記温度の変化量に応じて、校正感度を補正する制御部（例えば、制御部１７）と、
を備えることを特徴とする。
【００４４】
このように構成することにより、環境温度の変化中においても計量皿付近と校正用分銅付近との間の浮力差による計量の誤差を抑制することができる。
【００４５】
前記制御部は、前記感度校正の実行中に前記温度の変化が生じた場合、現時点での前記分銅による感度と所定の係数とに前記温度の変化量のべき乗を乗じて、前記校正感度を補正することを特徴とする。
【００４６】
このように構成することにより、校正処理中に環境温度Ｔoutの変化により、計量皿付近の温度Ｔpanと、電子天びん本体内の校正用分銅付近の温度Ｔwtとの相対温度ΔＴ１（＝Ｔpan−Ｔwt）が変化しても、その相対温度ΔＴ１と相関関係のある永久磁石付近の温度の変化量ΔＴmagに応じて、校正感度を補正することができる。
【００４７】
以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１      電子天びん
２      風防ケース
４      電子天びん本体
５      計量皿
６      入力部
７      表示部
１０    ひょう量機構
１１    コラム
１２    レバー
１３    視点
１４    電磁コイル（フォースコイル）
１５    永久磁石
１６    温度センサ
１７    制御部
２１    メモリ
２２    校正用分銅受け皿
【図１】
2020134453.tif 000003
【図２】
2020134453.tif 000004
【図３】
2020134453.tif 000005