(57)【要約】【課題】流量算出時に発生する誤差をなくし、精度良く正確な流量の測定結果を得られる電子天びんなどの流量算出機能を有する電子計量装置を提供する。【解決手段】流量算出機能を有する電子計量装置は、秤量台１ａを備えた荷重センサ部１と、基準時間信号を生成するクロック発生回路４と、基準時間信号を受ける毎に荷重センサ部１から出力されたアナログの荷重信号をデジタルの荷重データに変換するＡ／Ｄ変換部２と、基準時間信号を受ける毎にＡ／Ｄ変換部２から出力された荷重データを補正演算して計量値に換算し、この計量値の単位時間あたりの変化量を算出して流量を求める演算処理部３と、この演算処理部３から出力された計量値や流量値などのデータを表示する表示部６と、各種データを記憶するメモリ５と、キースイッチ部７とインターフェイス部８からなり各種データを入出力する入出力部と、からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重センサ部と、基準時間信号を生成するクロック部と、このクロック部からの基準時間信号を受けると前記荷重センサ部から出力されたアナログの荷重信号をデジタルの荷重データに変換するＡ／Ｄ変換部と、前記クロック部からの基準時間信号を受けると前記Ａ／Ｄ変換部から出力された荷重データを補正演算して計量値に換算し、この計量値の単位時間あたりの変化量を算出して流量を求める演算処理部と、この演算処理部から出力された所定データを表示する表示部と、前記演算処理部における演算処理に必要な各種データを記憶する記憶部と、前記演算処理部と外部機器との間で各種データを入出力する入出力部と、からなることを特徴とする流量算出機能を有する電子計量装置。
【請求項２】
前記記憶部は、前記演算処理部でクロック部からの基準時間信号により新たに換算される計量値が所定回数更新される毎に記録し、前記演算処理部は、前記記憶部に前回記録された計量値と今回記録された計量値との差分を単位時間である各計量値の記録間隔で除算して流量を求めることを特徴とする請求項１記載の流量算出機能を有する電子計量装置。
【請求項３】
前記表示部に表示する所定のデータは、計量値と流量値であることを特徴とする請求項１または２記載の流量算出機能を有する電子計量装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子天びん、電子はかり等の電子計量装置に関し、特に、液体や粉粒体の流量算出機能を有する電子計量装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、微少な流量を精度よく測定したい場合には、感度が高い測定器である電子計量装置、例えば電子天びんを用いることが多い。具体的には、液体を移送するポンプなどの機器は、流量の正確さ・安定度が、機器の性能として重要になるので、機器の性能確認や機器毎の調整のため、流量を測定する場合がある。この場合に、特に流量が微少となる機器では、電子天びんと当該電子天びんに接続したパソコンなどの外部機器を利用して流量を測定するのが一般的である。
【０００３】
そして、電子天びんを利用した流量の測定は、一般に次のように行なわれる。
第１に、容器への注入量を計量する場合は、図４に示すように、電子天びんの秤量台に容器を載せて、ポンプなどの機器によりタンクから容器に注入される液体の質量を、電子天びんで計量可能に構成する一方、電子天びんに接続されたパソコンなどの外部機器では、一定間隔（記録間隔：Δｔ）毎に、電子天びんの計量値を記録できるようにする。そして、液体の注入による液体の質量変化と、記録間隔（Δｔ）により、流量を算出する。第２に、タンクから容器に排出される液体の質量を測定する場合には、図５に示すように、電子天びんの秤量台にタンクを載せて、上述と同様にしてタンク内の液体の排出量を算出する。
【０００４】
ここで、パソコンなどの外部機器による流量算出の具体的方法を説明すると、まず、外部機器は、測定開始の時刻ｔ０時の計量値ｗ０を記録する。次いで、時刻ｔ０から記録間隔（Δｔ）経過後の時刻ｔ１にて、同様に計量ｗ１を記録する。このようにして、記録間隔（Δｔ）毎の、時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２・・・ｔｎの時の計量値ｗ０、ｗ１、ｗ２・・・ｗｎを刻々と記録する。そして、時刻ｔｎ時の流量Ｑｎを、「その時の計量値と前回の計量値との差分により求める」とすることで、次の式から所定の時刻ｔｎ  における流量Ｑｎを求めることができる。
Ｑｎ  ＝（ｗｎ  −  ｗｎ−１）／Δｔ
【０００５】
また、細胞培養などでは、培養時の条件を定量化するため、培養液や薬液を培地に投入・排出する際に、規定の目標流量に制御したい場合がある。この場合には、図６に示す構成で、上述した方法で現在の流量を求め、目標流量となるよう、目標流量と現在流量の差から、外部機器からポンプに対して流量の調整、すなわち流量制御が行われる。
【０００６】
さらに、液体だけではなく、微少量の粉体の切り出し時の流量の測定においても、感度が高い電子天びんが使用されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−５８８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来においては、パソコンなどの外部機器は、内部のクロック（例えば水晶発振子）を基にした時間管理が行われており、記録間隔（Δｔ）毎に、電子天びんの計量値を記録する処理を行う一方、電子天びんは、同じく内部のクロック（例えば水晶発振子）を基にした時間管理が行われており、所定時間毎に計量の更新を行い、外部機器からの計量値要求信号を受けると、受信直前あるいは受信直後のあらかじめ決められた一方の計量値を外部機器に送っている。このため、外部機器と電子天びんの各内部クロックの同期をとることは実際上不可能となり、各内部クロックの差を原因とした電子天びんにおける計量の更新と外部機器の計量値要求信号の送信のタイミングのずれによって、正確な流量計算ができないという不都合があった。
【０００９】
この不都合が生じる原因を、例えば、外部機器が電子天びんの計量値を１秒毎に記録（記録間隔（Δｔ＝１秒））することを目標とし、電子天びんの計量値の更新間隔が０．２秒（１秒間に５回更新）とする場合について説明する。
外部機器は、内部クロックにより、記録間隔（Δｔ＝１秒）毎に、電子天びんの計量値を記録する処理を以下の手順で行う。
（１）外部機器は、記録間隔のタイミングになると、電子天びんに対して計量値を出力させる指示である計量値要求信号の発行を行う。
（２）電子天びんは、計量値要求信号により、あらかじめ決められているところにしたがい、次に計量値が更新される際に計量値を出力するか、あるいは直前に更新された計量値を外部機器に出力する。
（３）外部機器は、電子天びんから出力された計量値を記録し、前回に記録した計量値と、記録間隔から、Ｑｎ  ＝（ｗｎ  −  ｗｎ−１）／Δｔの式により、流量を算出する。
【００１０】
図７に示すように、上記（１）での計量値要求信号の発行が、正確に１秒毎に、電子天びんに対して計量値の出力を要求し、電子天びんの計量値の更新間隔が、正確に０．２秒である場合は、計量値の更新５回毎に必ず１回、計量値が外部機器に出力され、記録される。よって、上記式に従った流量の計算は、常に正しく行われる。
【００１１】
しかし、上述したように、外部機器や電子天びんは、それぞれの機器に搭載された個々のクロックを基にした時間管理を行っており、両クロックの同期をとることは実際上不可能である。そして、外部機器と電子天びんにおける両クロックの同期がとれない限り、外部機器による一定間隔の計量値の記録処理においては、何回かに一度電子天びんの計量値の更新間隔の１回分のずれが発生することは、原理的に避けられない。その結果、実際の流量は一定であっても、計算される流量は周期的に変化し、使用者にとって使いにくいものとなっていた。
【００１２】
例えば、電子天びんの計量値の更新が、厳密に０．２秒でなく、−５％ずれた０．１９秒であった場合は、図８に示すように、外部機器が１秒毎に計量値要求信号を発行しても、−５％ずれることによって計量値の更新が５回毎で記録する場合と、６回で記録する場合が生じ、このとき計量値の実際の記録間隔は、
計量値の更新が５回で記録した場合は、０．１９秒×５回＝０．９５秒
計量値の更新が６回で記録した場合は、０．１９秒×６回＝１．１４秒
となり、外部機器は１秒毎の計量値の変化を検出できず、０．９５秒毎や１．１４秒毎の計量値の変化を記録することになる。よって実際の流量に対し、算出される流量の誤差は、更新が５回の場合は−５％、６回の場合は＋１４％となってしまう。
【００１３】
従来、上記誤差を低減する方法として、第１に、天びんの計量値の更新間隔を短くする、第２に、外部機器による計量値の記録間隔を長くする、という２つの方法が取られている。
【００１４】
すなわち、第１の方法によると、外部機器が、同じく１秒毎に計量値要求信号を発行する場合でも、電子天びんの計量値の更新間隔が０．１９秒毎から０．０１９秒毎の１／１０に短縮すると、外部機器による計量値の記録は、電子天びんの計量値の更新が、５２回毎に記録される場合と、５３回毎に記録される場合が発生することになる。
【００１５】
そして、このときの計量値の実際の記録間隔は、計量値の更新が５２回で記録した場合は、０．０１９秒×５２回＝０．９８８秒であり、計量値の更新が５３回で記録した場合は、０．０１９秒×５３回＝１．００７秒
である。したがって、目標の記録間隔１秒に対して、更新が５２回の場合は−１．２％、５３回の場合は＋０．７％となり、実際の流量に対して、算出される流量の誤差も同様となる。よって、電子天びんの計量値の更新間隔を短縮することで、計算される流量の誤差が小さくなる。
【００１６】
また、第２の方法によると、電子天びんの計量値の更新間隔は０．１９秒毎のままで、外部機器による計量値の記録間隔（計量値要求信号の発行間隔）を１秒から１０秒に変更すると、外部機器による計量値の記録は、電子天びんの計量値の更新が、５２回毎で記録される場合と、５３回毎に記録される場合が発生することになる。
【００１７】
そして、このときの計量値の実際の記録間隔は、更新が５２回の場合の経過時間は、０．１９秒×５２回＝９．８８秒であり、５３回の場合の経過時間は、０．１９秒×５３回＝１０．０７秒
である。したがって、目標の記録間隔１０秒に対して、更新が５２回の場合は−１．２％、５３回の場合は、＋０．７％となり、実際の流量に対して、算出される流量の誤差も同様となる。よって、外部機器による計量値の記録間隔を長くすることで、計算される流量の誤差が小さくなる。
【００１８】
しかしながら、第１の方法によると、電子天びんは、計量値の更新をより頻繁に行うことが必要であり、高速処理が可能となる設計が必要となって、電子天びん本体のコスト増に繋がる、という不都合がある。また、第２の方法によると、流量を算出するまでの計測時間が長くなるため、実際の流量変化に対する応答性が悪くなり、流量変化の検出が遅くなる、という不都合がある。また、第１、第２のいずれの方法も、流量を算出する場合に発生する誤差を小さくするための方法であり、理論的に誤差を完全に無くすことはできない。
【００１９】
本発明はこれら従来の不都合をすべて解消し、電子天びんなどの電子計量装置を利用した流量計測において、外部機器で流量を算出する場合に発生していた誤差の問題を無くし、正確な流量の測定結果を得られる流量算出機能を有する電子計量装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に係る流量算出機能を有する電子計量装置は、荷重センサ部と、基準時間信号を生成するクロック部と、このクロック部からの基準時間信号を受けると前記荷重センサ部から出力されたアナログの荷重信号をデジタルの荷重データに変換するＡ／Ｄ変換部と、前記クロック部からの基準時間信号を受けると前記Ａ／Ｄ変換部から出力された荷重データを補正演算して計量値に換算し、この計量値の単位時間あたりの変化量を算出して流量を求める演算処理部と、この演算処理部から出力された所定データを表示する表示部と、前記演算処理部における演算処理に必要な各種データを記憶する記憶部と、前記演算処理部と外部機器との間で各種データを入出力する入出力部と、からなる。
【００２１】
また、本発明の請求項２に係る流量算出機能を有する電子計量装置は、上述の請求項１の構成において、前記記憶部は、前記演算処理部でクロック部からの基準時間信号により新たに換算される計量値が所定回数更新される毎に記録し、前記演算処理部は、前記記憶部に前回記録された計量値と今回記録された計量値との差分を単位時間である各計量値の記録間隔で除算して流量を求めることを特徴とする。
【００２２】
さらに、本発明の請求項３に係る流量算出機能を有する電子計量装置は、上述の請求項１または２の構成において、前記表示部に表示する所定のデータが、計量値と流量値であることを特徴とする。
【００２３】
上述の構成によって電子計量装置の荷重センサ部は、アナログの荷重信号をＡ／Ｄ変換部に出力し、Ａ／Ｄ変換部は、一定の時間間隔（更新間隔）で、すなわちクロック部で生成された基準時間信号を受ける毎に、荷重信号を荷重データにデジタル変換し、演算処理部に出力する。演算処理部は、クロック部で生成された基準時間信号を受ける毎に、Ａ／Ｄ変換部から出力された荷重データに対し、補正演算を行って計量値に換算し、この計量値の単位時間あたりの変化量を算出して、より具体的には、記憶部に前回記録された計量値と今回記録された計算値との差分を各計算値の記録間隔で除算して、流量を求め、表示部に前記演算処理部から出力された計量値及び流量値を表示する。
【００２４】
このように、計量値から流量を算出する機能を、電子計量装置に搭載した演算処理部が備え、また、前記計量値の更新間隔は、電子計量装置の設計によって固有のものに決定される。具体的には、電子計量装置内部に搭載された、例えば水晶発振子からなるクロック部からの基準時間を基にした処理と部品等の設計に依存して、計量値の更新間隔が決まるので、計量値の更新間隔については、論理的に搭載したクロック部の精度に基づいて求めることが可能となる。そして、クロック部の精度は、水晶発振子ではｐｐｍオーダーであり、流量を算出する際の時間的な誤差要因としては、無視できる程度に小さい。このように、従来はパソコンなどの外部機器で行なっていた流量の算出を、電子計量装置自身で行い、完結した流量データとし、電子計量装置の表示部に流量値を表示したり、あるいは外部機器から要求された時に、この流量データを電子計量装置から外部機器に送信することにより、基準時間が同期しないことによる誤差がなくなり、精度良く流量を算出することが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本願の請求項１及び２の発明に係る電子計量装置によれば、流量算出時に発生する誤差をなくし、精度良く正確な流量の測定結果を提供することができる。また、本願の請求項３の発明に係る電子計量装置によれば、表示部に表示した正確な計量値と流量値を視覚により確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明を電子天びんに適用した場合の内部構成を示すブロック図。
【図２】同じく液体の流量算出状態を示す概略的構成図。
【図３】同じく処理動作を示すフロー図。
【図４】従来の容器への注入量を計量する場合の構成例を示す概略図。
【図５】従来の容器への排出量を計量する場合の構成例を示す概略図。
【図６】従来の流量制御を行なう場合の構成例を示す概略図。
【図７】電子天びんと外部機器との基準時間信号が同期している例を示すタイミングチャート。
【図８】電子天びんと外部機器との基準時間信号が同期していない例を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施例を説明する。
図１及び図２に示すように、電子天びん１０は、計量する液体を注入する容器２１を載置する秤量台１ａを備えた荷重センサ部１と、Ａ／Ｄ変換部２と演算処理部３に基準時間信号を出力する水晶振動子を備えたクロック部たるクロック発生回路４と、前記荷重センサ部１から出力されたアナログの荷重信号を、基準時間信号を受ける毎に荷重データにデジタル変換するＡ／Ｄ変換部２と、Ａ／Ｄ変換部２から出力された荷重データを、基準時間信号を受ける毎に計量値に換算し、この計量値の単位時間あたりの変化量を算出して流量を求めるＣＰＵからなる演算処理部３と、この演算処理部３における演算処理に必要な各種データを記憶する記憶部たるメモリ５と、計量結果などのデータを表示する表示部６と、各種データを入出力する入出力部たるキースイッチ部７及びインターフェイス部８とからなる。
【００２８】
なお、Ａ／Ｄ変換部２や演算処理部３がクロック発生回路４に相当するものを内蔵している構成の場合は、クロック発生回路４を独立して設ける必要はない。また、電子天びん１０に対する、いわゆる「風袋引き」や「計量値の出力」などの指令は、操作者によりキースイッチ部７を介して行われ、これらの指令信号は演算処理部３に入力して処理される。さらに、流量値をパソコンなどの外部機器（図示せず）に出力する場合や、前記外部機器からの指令は、インターフェイス部８を介して行なわれ、これら指令信号は演算処理部３に入力して処理される。また、図２に示すように、容器２１にタンク２２内の液体がポンプ２３によって注入されるよう構成している。
【００２９】
続いて、演算処理部３によってなされる流量算出に関する処理動作を図３に基づいて説明する。
演算処理部３の初期処理がなされた後、操作者によるキースイッチ部７のキー操作によって、流量を算出する際の単位時間である記録間隔（Ｔ）が入力される（ステップ１０１）と、入力された記録間隔（Ｔ）と、電子天びん１０に固有の計量値の更新間隔（ｔＲ）から、記録間隔に対応する計量値の更新回数（ｍ）と、実際の記録間隔（Δｔ）を算出する（ステップ１０２）。前記記録間隔（Ｔ）は、厳密な値ではなくおおまかな目安でよく、例えば、入力された記録間隔（Ｔ）が１秒、計量値の更新間隔（ｔＲ）が０．１９秒の場合、計量値の更新回数は、Ｔ／ｔＲ＝５．２６・・・となり、計量値の更新５回毎（ｍ＝５）に計量値を記録するものとなる。また、実際の記録間隔（Δｔ）は、Δｔ＝ｔＲ×ｍ＝５回×０．１９秒／回＝０．９５秒となる。そして、記録間隔に対応する計量値の更新回数（ｍ）と、実際の記録間隔（Δｔ）は、後の処理で使用するので、メモリ５に記録する。
【００３０】
操作者がポンプ２３を操作して、タンク２２から秤量台１ａ上の容器２１内に測定対象である液体の注入が開始され、キースイッチ部７から流量測定の開始指示信号が入力されると、流量測定動作を開始する（ステップ１０３）。
【００３１】
クロック発生回路４からの基準時間信号を受けるとＡ／Ｄ変換部２から出力された荷重データを補正演算して計量値に換算し、この計量値は前記基準時間信号を受ける毎に更新される。計量値が更新される（ステップ１０４）と、測定開始時の最初の計量値ｗ０として、メモリ５に記録する（ステップ１０５）。演算処理部３のカウンタ（以下、ＣＮＴという。）は、計量値の更新毎に＋１を加算するもので、計量値の更新ｍ回毎に計量値を記録するために利用され、計量値の更新がｍ回後に計量値を記録するよう、ゼロに初期化される（ステップ１０６）。
【００３２】
ここで、操作者がポンプ２３を操作して液体の注入を停止するとともに、電子天びん１０に対してキースイッチ部７から流量測定の処理停止を入力する（ステップ１０７）と、流量測定は終了する（ステップ１０８）一方、流量測定の処理停止指示が入力しない場合は、処理が続行される。
【００３３】
計量値が更新される（ステップ１０９）と、ＣＮＴは１を加算し（ステップ１１０）、計量値の更新がｍ回に達すると（ステップ１１１）、そのときの計量値（ｗｉ）をメモリ５に記録する（ステップ１１２）。この計量値（ｗｉ）を表示部６に表示してもよい。そして、次回の計量値の記録は、計量値の更新が再びｍ回に達したときに行うため、ＣＮＴ値をゼロにクリアする（ステップ１１３）。
【００３４】
次いで、前回記録した計量値（ｗｉ−１）と今回の計量値（ｗｉ）、および記録間隔（Δｔ）から流量（Ｑｉ）を算出し（ステップ１１４）、算出した流量値（Ｑｉ）を表示部６に表示する（ステップ１１５）。
【００３５】
そして、流量値（Ｑｉ）を外部機器に出力する要求があれば（ステップ１１６）、インターフェイス部８を介して流量値を出力する（ステップ１１７）。その後、あるいは流量値出力の要求がない場合は、ステップ１０７に戻り、液体流量処理停止がキースイッチ部７から入力されていなければステップ１０９からステップ１１７までの動作を繰り返す一方、入力されていると処理動作を終了する（ステップ１０８）。
【００３６】
なお、流量を算出する際の記録間隔（Ｔ）の入力（ステップ１０１参照）、流量測定の開始指示（ステップ１０３参照）、流量測定の停止指示（ステップ１０７参照）は、キースイッチ部７からの入力に換えて、インターフェイス部８に接続された外部機器からの指令により行ってもよい。また、電子天びん１０における流量の表示については、電子天びん１０に余分なスペースがある場合は、そこに表示部６とは別の表示部を設けて表示させてもよいが、余分な表示スペースがない場合は、たとえば電子天びんのキースイッチ部７や別途設けた切り替えキー（図示せず）を操作することにより、表示部６本来の質量表示に代わり、この表示部６に一時的にまたは次の切替え信号が入力するまで継続的に、流量値を表示させてもよい。さらに、電子天びん１０から、パソコンなどの外部機器への流量の出力は、外部機器からの出力指令や、電子天びん１０に搭載されたキー操作により、行わせてもよい。またさらに、目標流量に対して許容範囲内か否かを確認したい場合、目標流量に対する上限値、下限値を定め、流量が上限値を上回ったり、下限値を下回った際、ブザー音や警告表示によるアラーム動作を行えば、利便性がアップする。
【００３７】
加えて、電子天びん１０を利用した流量計は、測定される流量は「質量／時間」となるが、液体が特定できれば、質量を密度で補正することにより「体積／時間」の単位に変換することも可能となる。この変化形としては、予め複数の液体の密度を電子天びん１０のメモリ５に記憶しておき、流量測定時に液体を選択することによって密度補正のデータを読み出し、「体積／時間」で流量を出力することが可能となる。
【符号の説明】
【００３８】
１      荷重センサ部
１ａ      秤量台
２      Ａ／Ｄ変換部
３      演算処理部
４      クロック発生回路
５      メモリ
６      表示部
７      キースイッチ部
８      インターフェイス部
１０      電子天びん
２１      容器
２２      タンク
２３      ポンプ
【図１】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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