(57)【要約】【課題】ヒステリシス誤差を補正する高精度の電子天びんを提供する。【解決手段】校正用の分銅Ａ、Ｂと、この分銅Ａ、Ｂを個別に分銅受け１３Ａ、１３Ｂ上に上げ下ろしする分銅加除装置１５と、前記分銅加除装置１５を制御して校正を行なう校正プログラムと、荷重検出器２からの荷重検出信号を重量値に変換し記憶する演算処理プログラムを記憶し実行する演算制御部３を内設する。校正時、荷重を０とした後、順次分銅Ａ、分銅Ｂの荷重を加え、次に、順次分銅Ｂ、分銅Ａの荷重を減らし各状態での計量値を更新記憶する。そして荷重０、荷重Ａでのヒステリシス量Ｈ０、Ｈａを算出し、荷重０、荷重Ａ、荷重Ａ＋荷重Ｂでのヒステリシス量Ｈ０、Ｈａ、０を通る２次方程式を導き、任意の荷重でのヒステリシス量Ｈｎを前記２次方程式より算出する。計量値に前記ヒステリシス量Ｈｎを加算してヒステリシス誤差を補正する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
皿上荷重を負荷する荷重負荷手段と、負荷された荷重を電気信号として検出する荷重検出手段と、前記電気信号を重量値に変換して表示する計量手段を有する電子天びんにおいて、第１および第２分銅と、前記分銅のいずれか一方または両方の荷重を除加する分銅荷重除荷手段と、無負荷、第１分銅負荷、第１、２分銅負荷と段階的に負荷を増加し、次いで第２分銅除去、第１分銅除去と段階的に負荷を減少し、各負荷状態での重量の計量と記憶を行い、同一負荷での計量値差をヒステリシス量として検出するヒステリシス検出手段と、通常の計量時には、現在の皿上荷重が、より小さい皿上荷重から到達したもの、またはより大きい皿上荷重から到達したもののいずれかを判別する判別手段を備え、現在の皿上荷重がより大きい皿上荷重から到達したものである場合には、計量された重量値に前記ヒステリシス量を加算して前記重量値の補正を行なうことを特徴とする電子天びん。
【請求項２】
分銅を３個以上内蔵し、ヒステリシス量の補正を行う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し、特に電磁力平衡方式の電子天びんに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子天びんには、電磁力平衡方式による荷重／電流変換機構が広く利用されている。図４は、電磁力平衡方式による電子天びんの概略構成図を示したもので、受け皿４１に載置される被計量物の荷重を平衡ビーム４２の一端に作用させると共に、支点４２ａをはさんだ反対側に復元力として電磁力を作用させるようにしたはかり機構部４と、永久磁石５１ａを用いた磁場発生器５１とその磁界中に吊設されたフォースコイル５２からなる電磁力発生機構部５と、前記平衡ビーム４２の位置の変位を電気信号に変換するための光源６１、シャッタ６２及び光電変換素子６３からなる変位検出器６と、前記フォースコイル５２に流すコイル電流５２ａを制御して平衡ビーム４２の平衡をとるサーボ増幅器７１と前記コイル電流５２ａを電圧信号７２ａに変換する電流／電圧変換器７２からなる制御機構部７と、前記電圧信号７２ａをサンプリングしてＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器８１、このＡ／Ｄ変換器８１からの数値データをディジタルフィルタで平滑処理して被計量物の荷重を重量値データに変換し、これを表示器８２に表示するマイクロコンピュータ８３からなる信号処理・表示部８から構成されている。
【０００３】
図５は、前記電磁力発生機構部５の動作原理図を示すもので、磁場発生器５１によって発生する磁界の磁束密度をΦ、フォースコイル５２の全長をＬ、フォースコイル５２に流すコイル電流をｉ、電磁力をＦとすると、（１）式で表わされる矢印方向の電磁力Fが発生する。
Ｆ＝ΦｉＬ                    （１）
そしてまた、被計量物の荷重をＷ、被計量物の荷重作用点と支点４２ａ間の距離をａ、支点４２ａと電磁力作用点間の距離をｂ（図４参照）とすると、電磁力Ｆの回転モーメントｂＦと荷重Ｗの回転モーメントａＷは、前記サーボ増幅器７１によりバランスするように制御されるので、コイル電流ｉは、（２）式に示すように荷重Ｗに比例する。
ｉ＝ａＷ／（ｂΦＬ）          （２）
【特許文献１】特公平７−１５４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電子天びんは、上記のように構成されているが、被計量物を段階的に定格最小値から増加させながら計量した場合と、定格最大値から段階的に減少させながら計量した場合とを比較すると、同一被計量物であるにも関わらず、図６に示したようなヒステリシス誤差が発生する。例えば、０〜２００ｇ定格の電子天びんにおいて、１００ｇ（定格値の５０％に相当）の分銅Ａを計量する場合、最初分銅Ａを載せてその重量Ｍ１を計量した状態で、さらに分銅Ｂを載せた後これを取り除き、分銅Ａだけを残して重量Ｍ２を計量すると、重量Ｍ１に対し重量Ｍ２にΔＨ50（−０．１ｍｇ）のヒステリシス誤差が発生する。このヒステリシス誤差は、重量定格値の大きい電子天びんほど大きくなり、またΔＨ５で示したように定格値の５％など最小、最大に近づくほど小さくなる傾向がある。
【０００５】
この原因として、コイル電流ｉによって発生する磁化力が磁場発生器５１に用いられている永久磁石５１ａに影響を与えるためであると考えられる。図７はコイル電流ｉにより発生する磁束密度Φの変化を示したもので、コイル電流ｉが最小値（０％）から増加する場合の磁束密度Φ（図のＣ曲線）より、コイル電流ｉが最大値（１００％）から減少する場合の磁束密度Φ（図のＤ曲線）の方が大きくなる。このような磁束密度Φに現れるヒステリシス特性の幅を縮小するには、コイル電流ｉを小さくすることが好ましいが、それには永久磁石５１ａを大きくしたり保持力の大きな永久磁石５１ａを用いる必要がある。実際には、磁束密度Φの安定性や形状に制限があるために磁束密度Φをあまり高くすることができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、コイル電流の増減によって生じる磁束密度のヒステリシス特性に起因するヒステリシス誤差を低減した電子天びんを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明の電子天びんは、皿上荷重を負荷する荷重負荷手段と、負荷された荷重を電気信号として検出する荷重検出手段と、前記電気信号を重量値に変換して表示する計量手段を有する電子天びんにおいて、第１および第２分銅と、前記分銅のいずれか一方または両方の荷重を除加する分銅荷重除荷手段と、無負荷、第１分銅負荷、第１、２分銅負荷と段階的に負荷を増加し、次いで第２分銅除去、第１分銅除去と段階的に負荷を減少し、各負荷状態での重量の計量と記憶を行い、同一負荷での計量値差をヒステリシス量として検出するヒステリシス検出手段と、通常の計量時には、現在の皿上荷重が、より小さい皿上荷重から到達したもの、またはより大きい皿上荷重から到達したもののいずれかを判別する判別手段を備え、現在の皿上荷重がより大きい皿上荷重から到達したものである場合には、計量された重量値に前記ヒステリシス量を加算して前記重量値の補正を行なうよう構成されている。
さらに本発明の電子天びんは、３個以上の分銅を内蔵し、ヒステリシス量の補正を行なうよう構成したものである。したがって、ヒステリシス量による計量誤差を低減できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電子天びんは、ヒステリシス特性により発生する誤差を小さくすることができ、より正確な計量が行なえるとともに、電子天びん自体の性能評価に及ぼすヒステリシス特性の影響を小さくすることができるので、より正しい性能評価を行なうことができる。また、ヒステリシス特性発生の原因となっている、磁気回路を小さくすることができるので、電子天びん自体の小形化も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。図１に実施例による電子天びんの概略構成図（Ａ）とその荷重負荷部１のＡ−Ａ断面図（Ｂ）を示す。本電子天びんは、図１に示すように被計量物Ｍあるいは内蔵の分銅Ａ、Ｂのいずれか一方または両方の荷重を荷重受けビーム１１に負荷するための荷重負荷部１と、前記荷重受けビーム１１の他端の変位を検出するとともに、この変位が０となるような電磁力を負荷し、この電磁力の発生に必要な電流Ｉを荷重検出信号として取り出す荷重検出部２及び被計量物Ｍの重量を計量するとともに前記電流ＩにＰＩＤ動作を付与するための演算制御部３から構成されている。
【００１０】
前記荷重負荷部１は、受け皿１２を支持し、前記分銅Ａ、Ｂの分銅受け１３Ａ、１３Ｂを前記荷重受けビーム１１の長手方向と直交する方向に形成し、前記荷重受けビーム１１の一端側に固設された前記荷重受け軸１４と、前記分銅Ａ、Ｂを支持して単独または両方を上下方向に移動させて、前記分銅Ａを分銅受け１３Ａに、分銅Ｂを前記分銅受け１３Ｂに加除するように配設され、前記演算制御部３により制御される分銅加除装置１５から構成されている。
【００１１】
前記演算制御部３は、前記荷重検出部２で検出された荷重検出信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３１と、各種演算やプログラムの実行、および各周辺装置の制御を行なうＣＰＵ３２と、前記荷重検出信号を重量値に換算したり、校正を行なって後述するヒステリシス誤差を補正するための演算制御プログラムや、換算係数等を記憶するエリアを備えたメモリ３３と、外部の周辺装置と当該演算制御部３を接続するためのインターフェース３４等から構成されている。
【００１２】
上記電子天びんの受け皿１２に被計量物Ｍを載置し、皿上荷重が前記荷重受け軸１４を介して荷重受けビーム１１の一端側に加わると、その他端が変位し、この変位は変位センサ（図示省略）により検出され、Ａ／Ｄ変換器３１に導入され、ディジタル信号に変換される。このディジタル信号は、ＣＰＵ３２において演算制御プログラムによりＰＩＤ演算処理され、インターフェース３４を介して電磁力発生用の電流Ｉとして荷重検出部２にフィードバックされる。この電流Ｉは演算制御プログラムにより演算処理されて被計量物Ｍの重量値に換算されて表示器３５に表示される。
【００１３】
そして上記電子天びんの校正は、前記演算制御部３のメモリ３３に記憶されている演算制御プログラムに従って行なわれるが、この校正手順を図１の構成図及び図２に示したフローチャートを参照しながら説明する。通常校正は、前記ＣＰＵ３２のクロック信号を一定数計数するごとに発生する割り込み信号で起動される。前記演算制御部３は、前記割り込み信号を常に監視しており、前記割り込み信号の発生を確認すると前記インターフェース３４から前記分銅加除装置１５に一連の分銅加除信号が送られ校正が開始される（ＳＴ−１）。先ず分銅Ａ、Ｂが前記分銅加除装置１５により持上げられ、その荷重が除去される。この状態での計量値Ｇ１が前記メモリ３３に更新記憶される（ＳＴ−２）。次に分銅Ａが下ろされ分銅受け１３Ａに置かれる。この状態での計量値Ｇ２が更新記憶される（ＳＴ−３）。次に分銅Ａが分銅受け１３Ａに置かれたままで、分銅Ｂが分銅受け１３Ｂに置かれる。この状態での計量値Ｇ３が更新記憶される（ＳＴ−４）。次に、分銅Ｂが持上げられその荷重が除去され、分銅Ａの計量値Ｇ４が更新記憶される（ＳＴ−５）。次に分銅Ａが分銅受け１３Ａから除去され、この状態での計量値Ｇ５が更新記憶される（ＳＴ−６）。Ｇ１−Ｇ５＝Ｈ０、Ｇ２−Ｇ４＝Ｈａの演算を行いヒステリシス量Ｈ０及びＨａを更新記憶する。そして、荷重が０、分銅Ａの荷重、分銅ＡプラスＢの荷重におけるヒステリシス量がＨ０、Ｈａ、０となる２次方程式を導き出す。任意の荷重でのヒステリシス量Ｈｎはこの２次方程式から算出する（ＳＴ−７）。皿上荷重の計量を開始する。計量を行なう毎に校正割り込みチェックが行なわれ、校正毎に上記手順で、ヒステリシス量補正値が更新され、次の割り込みがあるまで計量が継続される（ＳＴ−８）。
【００１４】
本電子天びんは、校正時間以外は、皿上荷重を計量しており、皿上荷重が変化した場合、現在の皿上荷重が、それより小さい皿上荷重から増加した皿上荷重であるか、それともそれより大きい皿上荷重から減少した皿上荷重であるかを判別する。もし、現在の皿上荷重が、それより小さい皿上荷重から増加した皿上荷重であると判別された場合は、前記計量値Ｇ３で更新された換算係数を用いて重量を計量し、また大きい皿上荷重から減少した皿上荷重であると判別された場合は、その計量値に前記ヒステリシス量Ｈｎを補正値として計量値に加算する。
【００１５】
前記ヒステリシス量Ｈａは下記のようにして決められる。例えば、計量レンジが０〜２００ｇの電子天びんを重量値が１００．００００ｇである分銅Ａ、Ｂで校正する場合、前記計量値Ｇ２が１００．００００ｇ、前記計量値Ｇ４が９９．９９９９ｇであれば、Ｈａ（＝Ｇ２−Ｇ４）は０．１ｍｇとなる。なお、前記分銅Ａ、Ｂは、必ずしも同一重量である必要は無く、異なる重量のものを組み合わせることができる。例えば、図３に示したヒステリシス量分布特性において、ヒステリシス量が最大となる荷重が９０ｇ付近である場合は、分銅Ａの重量値を９０．００００ｇ、分銅Ｂの重量値を１１０．００００ｇとすることにより、最大ヒステリシス量での補正がより正確に行なうことができる。
【００１６】
また、本発明の電子天びんは分銅の個数を３個以上用いて上記校正を行なうことを特徴としている。例えば分銅Ａ、Ｂ、Ｃとして７０ｇ、６０ｇ、７０ｇのものを使用する場合は以下の手順にて校正を行なう。先ず分銅Ａ、Ｂ、Ｃを持上げて無負荷状態（０ｇ）にしてから順次分銅Ａ（７０ｇ）、分銅Ａ、Ｂ（１３０ｇ）、分銅Ａ、Ｂ、Ｃ（２００ｇ）を負荷した時の計量値を更新記憶した後、逆に順次分銅Ｃ、分銅Ｂ、Ｃ、分銅Ａ、Ｂ、Ｃを除去して分銅Ａ、Ｂ（１３０ｇ）、分銅Ａ（７０ｇ）、無負荷状態（０ｇ）での計量値を更新記憶する。そして無負荷状態（０ｇ）、分銅Ａ負荷（７０ｇ）、分銅Ａ、Ｂ負荷（１３０ｇ）におけるヒステリシス量Ｈ０、Ｈａ、Ｈａｂを算出し、分銅荷重０、７０ｇ、１３０ｇ、２００ｇにおいてヒステリシス量がＨ０、Ｈａ、Ｈａｂ、０ｇなる近似方程式を導き、任意の荷重でのヒステリシス量Ｈｎはこの近似方程式から算出する。皿上荷重の計量にあたっては、大きい皿上荷重から減少した皿上荷重であると判別された場合は、その計量値に前記ヒステリシス量Ｈｎを補正値として計量値に加算する。
【００１７】
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく再現性の高いヒステリシス特性を有す電子天びん、例えば半導体圧力センサなどの荷重検出部を有する電子天びんにも適用することができる。また、校正により計量されたヒステリシス量から任意の皿上荷重におけるヒステリシス量を求める手段として、実施例に示した曲線近似以外に直線近似を用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、電子天びん、特に電磁力平衡方式の電子天びんに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例による電子天びんの構成図（Ａ）とそのＡ−Ａ断面図（Ｂ）である。
【図２】校正手順を示すフローチャート図である。
【図３】電子天びんのヒステリシス量分布特性図である。
【図４】従来の電子天びんの概略構成図である。
【図５】電磁力発生機構部の動作説明図である。
【図６】電磁力平衡方式の電子天びんの計量値に生じるヒステリシス特性図である。
【図７】コイル電流と磁束密度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  荷重負荷部
１１  荷重受けビーム
１２  受け皿
１３Ａ  分銅受け
１３Ｂ  分銅受け
１４  荷重受け軸
１５  分銅加除装置
２  荷重検出部
３  演算制御部
３１  Ａ／Ｄ変換器
３２  ＣＰＵ
３３  メモリ
３４  インターフェース
３５  表示器
４  はかり機構部
４１  受け皿
４２  平衡ビーム
４２ａ  支点
５  電磁力発生機構部
５１  磁場発生器
５１ａ  永久磁石
５２  フォースコイル
５２ａ  コイル電流
６  変位検出器
６１  光源
６２  シャッタ
６３  光電変換素子
７  制御機構部
７１  サーボ増幅器
７２  電流／電圧変換器
７２ａ  電圧信号
８  信号処理・表示部
８１  Ａ／Ｄ変換器
８２  表示器
８３  マイクロコンピュータ
Ａ  分銅
Ｂ  分銅
Ｉ  電流
Ｍ  被計量物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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