(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量既知の内蔵分銅およびその分銅の荷重感応部に対する加除機構と、上記内蔵分銅の負荷時における荷重感応部の出力と当該内蔵分銅の質量値を用いて感度係数を算出する感度係数演算手段と、秤量室を備えた電子天びんにおいて、上記秤量室内と、上記内蔵分銅の配設位置近傍にそれぞれ温度センサが設けられているとともに、上記感度係数演算手段は、その２つの温度センサの出力を用いて、感度係数の算出時に内蔵分銅の配設位置と秤量室内の温度差に伴う空気密度の差に起因する浮力の差の分だけ補正を加えることを特徴とする電子天びん。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子天びんに関し、更に詳しくは、感動校正用の内蔵分銅およびその加除機構と、秤量室を備えた電子天びんに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子天びんにおいては、一般に、荷重感応部の出力をスパン係数等とも称される感度係数を用いて質量に変換して表示器に表示する。この感度係数は、質量既知の分銅等を荷重検出部に負荷したときの荷重感応部の出力と、その既知質量を用いて随時に算出して更新すること、つまり感度校正を行うことができるようになっている。感度係数の算出は、分銅の既知質量をＭＦ  、その分銅の負荷時における無負荷状態からの荷重感応部の出力の変化量をＷＦ  としたとき、感度係数Ｋは、例えば
Ｋ＝ＭＦ  ／ＷＦ    ・・（１）
によって算出することができ、この感度係数Ｋを用いることにより、試料を負荷したときの荷重感応部の出力の無負荷状態からの変化量Ｗから、その試料の質量Ｍを
Ｍ＝Ｋ・Ｗ  ・・（２）
によって算出・表示することができる。
【０００３】
高精度の天びんにおいては、感度校正用の質量既知の分銅を内蔵するとともに、その内蔵分銅を荷重感応部に対して負荷／負荷解除するためのいわゆる分銅加除機構を備え、スイッチ操作により、あるいは一定時間の経過等のあらかじめ設定された条件を満たした時点で、分銅加除機構が駆動制御されて内蔵分銅を荷重感応部に負荷し、そのときの荷重感応部の出力と当該分銅の既知質量を用いて、（１）式に準じて自動的に感度係数を算出・更新する機能を備えたものがある。
【０００４】
一方、高精度の電子天びんにおいては、天びん使用環境における風や対流が計量結果に影響を及ぼすことを避けるために、秤量皿を秤量室内に配置することが行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内蔵分銅とその加除機構および秤量室を備えた電子天びんにおいては、内蔵分銅は一般には秤量室外に置かれているため、内蔵分銅が置かれている場所と秤量室内とに温度差が生じることがある。特に、天びんの使用環境に冷暖房が施されているような場合には、上記の温度差は大きなものとなってしまう。
【０００６】
ここで、空気中の物体には空気による浮力が作用しているが、この浮力は空気の温度によって異なる値となる。すなわち、物体の体積１ｃｍ３  当たりに働く浮力は、空気の温度が１°Ｃ変化することによっておおよそ４μｇ／°Ｃだけ変化する。そのため、内蔵分銅により感度校正を行ったとき、その分銅の配設位置と秤量室内の温度に差がある場合には、感度校正を行った直後にその内蔵分銅と同等の密度を持つ試料を測定しても、正しい計量値を得ることができないという問題がある。
【０００７】
なお、精密な質量測定においては、試料に働いている浮力分の補正が可能なように、秤量室内の温度が同時に測定され、その温度と試料の体積ないしは密度を用いて質量測定結果を補正することが行われる。ここで、このような補正が有効なためには、質量測定結果に誤差がないことが前提となることは言うまでもないが、上記のように内蔵分銅の配置場所と秤量室内に温度差がある場合には、内蔵分銅に働く浮力と、測定時に試料に働く浮力とが異なるため、感度校正直後に測定した試料質量の測定結果に既に誤差が含まれることになり、上記のような秤量室内の温度を用いた補正を行っても試料の正しい質量値は得られない。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、内蔵分銅の配設位置と秤量室内との温度差があっても、誤差のない質量測定結果を得ることのできる電子天びんの提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための構成を、実施の形態を表す図１を参照しつつ説明すると、本発明の電子天びんは、質量既知の内蔵分銅５およびその分銅５の荷重感応部３に対する加除機構６と、内蔵分銅５の負荷時における荷重感応部３の出力と当該内蔵分銅５の質量値を用いて感度係数を算出する感度係数演算手段１４と、秤量室４を備えた電子天びんにおいて、秤量室４内と、内蔵分銅５の配設位置近傍にそれぞれ温度センサ７および８が設けられているとともに、感度係数演算手段１４は、その２つの温度センサ７，８の出力を用いて、感度係数の算出時に内蔵分銅５の配設位置と秤量室４内の温度差に伴う空気密度の差に起因する浮力の差の分だけ補正を加えることによって特徴付けられる。
【００１０】
本発明は以下の点に基づいてなされたものである。
内蔵分銅５の配設位置と秤量室４内の温度を一致させるような対策を採れば、前記した浮力差に基づく誤差は生じないのであるが、現実的にはその温度差を皆無にすることは難しい。そこで、本発明では、内蔵分銅５の体積（あるいは密度）が既知であること、および、空気温度の変化に伴って単位体積当たりの物体に働く浮力の変化が既知であることを利用して、内蔵分銅５の近傍温度が秤量室４内の温度と同一である場合に比して、これら両温度が相違する場合においてその温度差に起因して内蔵分銅５に働いている浮力の過不足分を、感度校正時の演算過程で補正することによって、実質的に秤量室４内の温度と等しい温度下で内蔵分銅４が荷重感応部３に負荷された場合と同等の感度校正結果を得ている。
【００１１】
ここで、上記の温度差を用いた補正演算の具体例としては、内蔵分銅５の質量をＭＦ  、体積をＶ、空気の温度が１°Ｃ変化することによる単位体積の物体に対する働く浮力の差をβとし、無負荷状態から内蔵分銅５を負荷したときの荷重感応部３の出力の変化量をＷＦ  、秤量室４内の温度をＴ１  、内蔵分銅５の近傍の温度をＴ２  とすると、感度係数Ｋを、
Ｋ＝〔ＭＦ  −｛β×Ｖ（Ｔ１  −Ｔ２  ）｝〕／ＷＦ    ・・  （３）
として算出することによって、温度Ｔ１  とＴ２  の温度差に起因する浮力の差の分が補正された状態での感度係数Ｋを求めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の構成を示す模式図である。
秤量皿１は皿受け軸２を介して天びんケース１０内の荷重感応部３に支承されている。秤量皿１は、天びんケース１０の上方に形成された秤量室４内に収容された状態となっている。
【００１３】
天びんケース１０内には質量既知の内蔵分銅５が設けられており、この内蔵分銅５は分銅加除機構６によって荷重感応部３に対して負荷することができる。すなわち、分銅加除機構６は、例えば偏心カムと、そのカムを回動させるモータ（いずれも図示せず）、および偏心カムの回動によって上下方向に変位するアーム６ａ等を備えた公知の機構であり、通常の測定時において内蔵分銅５は、図示のように分銅加除機構６のアーム６ａによって支承されている。そして、後述する感度校正指令の発生により、制御部１５から供給される駆動信号に従ってアーム６ａが下方に変位し、内蔵分銅５が皿受け軸２に形成された分銅受け２ａの上に載った状態となる。
【００１４】
秤量室４の内部、および天びんケース１０内の内蔵分銅５の配設位置の近傍には、それぞれ温度センサ７および８が設けられており、この各温度センサ７，８の出力は、それぞれ後述する感度係数演算部１４に導入されている。
【００１５】
前記した荷重感応部３の出力は、通常の測定状態において計量値演算部１１によって質量に換算され、その換算結果が計量値として表示器１２に表示される。計量値演算部１１では、記憶部１３に記憶されている感度係数Ｋを用いて、荷重感応部３の出力Ｗを前記した（１）式によって質量値Ｍに換算する。
【００１６】
内蔵分銅５を用いた感度校正は、以下の手順で行われる。
すなわち、付設されているスイッチ（図示せず）の操作、あるいは一定時間の経過等の既設の条件を満足したときに感度校正指令が発生する。この感度校正指令の発生により、制御部１５は前記したように分銅加除機構６を駆動して内蔵分銅５を分銅受け２ａの上に載せ、荷重感応部３に負荷する。この内蔵分銅５の負荷前後の荷重感応部３の出力は感度係数演算部１４に取り込まれ、内蔵分銅５の負荷による荷重感応部３の出力の無負荷状態からの変化量ＷＦ  と、内蔵分銅５の既知質量値ＭＦ  とから感度係数Ｋを算出し、記憶部１３内に記憶されている感度係数を更新する。このとき、感度係数演算部１４では、温度センサ７および８の出力Ｔ１  およびＴ２  を用いて、前記し、かつ、下記に再掲する（３）式によって感度係数Ｋを算出する。
【００１７】
Ｋ＝〔ＭＦ  −｛β×Ｖ（Ｔ１  −Ｔ２  ）｝〕／ＷＦ    ・・  （３）
このようにして算出された感度係数Ｋは、内蔵分銅５の近傍の温度と秤量室４内の温度に差があっても、実質的にその温度差のない状態で感度校正を行った場合と等価な値となる。
【００１８】
すなわち、内蔵分銅５の近傍の温度と秤量室４内の温度に差がある場合には、内蔵分銅５はその温度差に応じた分だけ秤量室４内に置いた場合に比して異なる浮力を受ける。温度が１°Ｃ相違することによって物体の単位体積当たりに働く空気による浮力の差をβ（≒４μｇ）としたとき、内蔵分銅５の体積Ｖが２５ｃｍ３  であれば、内蔵分銅５の近傍の温度Ｔ２  が秤量室３内の温度Ｔ１  よりも１°Ｃだけ低ければ、内蔵分銅５に働く浮力は、秤量室４内で内蔵分銅５に働く浮力よりもβ×Ｖ≒２００μｇだけ大きくなる。従って、荷重感応部３には、内蔵分銅５を空気温度Ｔ１  において負荷した場合に比して、約２００μｇだけ軽い荷重が作用することになる。従って、感度係数Ｋの算出時に、この浮力差分だけ内蔵分銅５の質量ＭＦ  から減じてやれば、浮力の差の影響を受けない感度係数Ｋを得ることができる。
【００１９】
なお、以上の実施の形態における計量値演算部１１，記憶部１３，感度係数演算部１４および制御部１５は、図ではそれぞれの機能を表すブロック図で示しているが、実際にはこれらはコンピュータとその周辺機器によって構成される。
【００２０】
また、以上の（３）式では、温度差に起因する浮力差分だけ内蔵分銅５の質量ＭＦ  側を補正したが、荷重感応部３の出力ＷＦ  側を補正してもよい。つまり、内蔵分銅５に働く浮力差分だけ、上記した例では２００μｇだけ、荷重感応部３に作用する荷重が軽くなっているから、その２００μｇ相当分だけ荷重感応部３の出力ＷＦ  に加えることによってその出力ＷＦ  を補正し、その補正後の出力ＷＦ  によって質量ＭＦ  を除することによって、上記と同様に浮力の差の影響を受けない感度係数Ｋを求めることができる。
【００２１】
また、本発明においては、各温度センサ７および８による温度検出結果を、表示または印字する機能を持たせてもよい。
更に、試料の体積または密度を入力する手段を設けるとともに、その入力内容と温度センサ７による秤量室４内の温度検出結果を用いて、試料に働いている浮力を算出し、その算出結果によって試料の質量測定結果を補正する機能を持たせることもできる。
【００２２】
更にまた、本発明は、内蔵分銅５の質量を外部基準分銅を用いて測定ないしは検定するような場合にも適用することができる。すなわち、外部基準分銅を秤量室３内の秤量皿１上に載せたときの荷重感応部３の出力と、その外部基準分銅の質量を用いることによって、感度係数を算出することができ、そのようにして算出された感度係数を用いて、内蔵分銅５負荷時における荷重感応部３の出力を質量に換算することによってその内蔵分銅５の質量が表示器１２に表示されるが、このとき、内蔵分銅５の負荷時の出力を、温度センサ７，８の出力を用いて、浮力差相当分だけ補正したうえで質量に換算すると、内蔵分銅５の近傍温度と秤量室４内の温度に差があっても、内蔵分銅５の正確な質量を表示することが可能となる。
【００２３】
また、本発明の思想は、内蔵分銅を備え、かつ、秤量室を持たない電子天びんにも応用することができる。この場合、秤量皿の近傍に温度センサを設け、その温度センサの出力と内蔵分銅の近傍に置かれた温度センサの出力を用いて、上記した例と同様の補正演算を行えばよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、内蔵分銅近傍温度と秤量室内の温度とを測定し、その差に応じて内蔵分銅に働いている浮力による誤差を補正するから、内蔵分銅近傍温度と秤量室内温度に差があっても、実質的にその温度差がない状態で内蔵分銅を負荷した場合と同等の感度校正を行うことが可能となり、常に正確な測定を行うことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成を示す模式図
【符号の説明】
１  秤量皿
２  皿受け軸
３  荷重感応部
４  秤量室
５  内蔵分銅
６  分銅加除機構
７，８  温度センサ
１０  天びんケース
１１  計量値演算部
１２  表示器
１３  記憶部
１４  感度係数演算部
１５  制御部
【図１】
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