(57)【要約】【課題】計量装置に電源投入した直後に生じる重量信号のドリフトを、簡単な構成によって補償する。【解決手段】計量装置が有する重量測定系に起因して変化する重量信号が計量装置への電源投入時から或る時間の経過後にほぼ最終値に到達するまでの信号変化過程にほぼ等しい信号を、基準とする信号を入力したとき、出力するようにＣＰＵ２４が伝達関数を同定し、計量装置の稼働時に、伝達関数に基準とする信号を入力したときの時間応答出力計算値に相当する補償信号を、ＣＰＵ２４が生成する。ＣＰＵ２４は、稼働時に補償信号を計量装置の重量信号に作用させて、重量信号の温度変化を補償する。【選択図】        図１
2004279209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計量装置が有する重量測定系に起因して変化する重量信号が前記計量装置への電源投入時から或る時間の経過後にほぼ最終値に到達するまでの信号変化過程にほぼ等しい信号を、基準とする信号を入力したとき、出力するように同定された伝達関数を有し、前記計量装置の稼働時に、前記伝達関数に前記基準とする信号を入力したときの時間応答出力計算値に相当する補償信号を生成する補償信号生成手段と、
前記稼働時に前記補償信号を前記計量装置の重量信号に作用させて、前記重量信号の変化を補償する演算手段とを、
具備する計量装置における重量信号補償装置。
【請求項２】
請求項１記載の重量信号補償装置において、前記補償信号生成手段は、前記計量装置の周囲気体温度を直接に前記気体からまたは前記重量測定系の構成部品から間接的に測定する温度センサを備え、前記基準とする入力信号の大きさまたは前記伝達関数のゲインを、前記温度センサの出力信号の関数とした重量信号補償装置。
【請求項３】
請求項１記載の重量信号補償装置において、前記計量装置への電源供給停止時から電源の供給が再開されるまでの時間経過を測定する経過時間測定手段が設けられ、この経過時間測定手段によって測定された時間に応じて、前記補償信号生成手段の補償信号を変更する補償信号変更手段が設けられている重量信号補償装置。
【請求項４】
計量装置が有する重量測定系に起因して変化する重量信号が前記計量装置への電源投入時から或る時間の経過後にほぼ最終値に到達するまでの信号変化過程にほぼ等しい信号を、基準とする信号を入力したとき、出力する伝達関数の型式が予め決定されており、稼働のための前記計量装置への電源供給直後に得られる重量信号の値から前記伝達関数が持つ定数を決定し、前記決定された定数を持つ前記伝達関数に前記基準とする信号を入力したときの時間応答出力計算値に相当する補償信号を生成する補償信号生成手段と、
前記稼働時に前記補償信号を前記計量装置の重量信号に作用させて、前記重量信号の温度変化を補償する演算手段とを、
具備する計量装置における重量信号補償装置。
【請求項５】
計量装置が有する重量測定系に起因して変化する重量信号が前記計量装置への電源投入時から或る時間の経過後にほぼ最終値に到達するまでの信号変化過程にほぼ等しい信号を、基準とする信号を入力したとき、出力する伝達関数が予め決定されており、前記計量装置への電源供給直後に得られる重量信号の値から前記伝達関数に入力されたと見なせる前記基準とする信号の大きさを決定し、この決定された基準信号を入力したときの時間応答出力計算値に相当する補償信号を生成する補償信号生成手段と、
前記稼働時に前記補償信号を前記計量装置の重量信号に作用させて、前記重量信号の温度変化を補償する演算手段とを、
具備する計量装置における重量信号補償装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計量装置に電源を供給したとき、この計量装置を流れる電流による発熱によって重量信号に生じるドリフトを補償する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
計量装置としては、例えばロードセルのような重量センサ、測定回路及びＡ／Ｄ変換回路を備えるものがある。これらの部分は、電源の供給によって発熱する。上述した重量センサ等に含まれる抵抗器、半導体等の温度が上昇することによって、重量信号の零点やスパンに変動が生じる。
【０００３】
電源投入直後の重量信号は、上記のように変動する性質を持っているので、計量装置への電源投入直後のタイミングから計量値を計量装置の表示装置に表示したならば、重量信号が大きくドリフトする。このドリフト期間に計量装置を使用すると正しい重量を表示しない。また、計量装置の調整時におけるドリフト期間に零点調整やスパン調整が行われると、その後に行われる重量測定は正確なものではなくなる。この点を改善するため、電源投入時から重量信号が安定するのに充分な時間が経過するまで、計量装置に計量値を表示させないようにし、計量装置を使用できないようにしている。また、電源投入時から充分に時間が経過した後に、スパン調整している。しかし、このような使用不能な時間が存在しないことが望ましく、電源投入直後に計量信号のドリフトを補償する装置が必要になる。
【０００４】
このような補償手段を備えた計量装置の例が、特許文献１、２に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−２２８１２１号公報
【特許文献２】
特開平６−３０７９６５号公報
【０００６】
特許文献１の技術では、計量装置の調整モードにおいて、電源投入後から予め設定した時間まで、重量測定信号の零点の測定値を演算回路のメモリに記憶させ、電源投入後の時間と零点測定値とを対応させたテーブルをメモリ内に作成する。計量装置の使用モードには、時間経過に応じた零点測定値をテーブルから読み出して、現在の測定値から読み出した値を減算して、零点ドリフトを補償する。
【０００７】
特許文献２の技術では、計量装置の重量センサの内部の温度を検出する温度センサを設け、電源投入後の重量測定信号の零点出力の変化量を、センサ内部の温度と、経過時間との関数として捉えている。重量センサの調整モードにおいて、予め重量センサの異なる内部温度ごとに、電源投入時から経過時間に応じて変化する零点出力を測定して、メモリに記憶させる。測定出力に対して重量センサの内部温度と経過時間とを変数としたテーブルを作成し、計量装置の使用モードにおいて、重量センサの内部温度と電源投入時からの経過時間とを測定して、これらに対応する測定記憶値をテーブルから読み出して、現在の測定値から読み出した値を減算して、零点のドリフトを補償している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の技術では、重量センサの周囲の温度変化を考慮せずに、テーブルを作成しているので、周囲温度が変化したときに、正しく零点のドリフトを調整することができない。
【０００９】
特許文献２の技術では、重量センサの周囲温度を考慮しているので、特許文献１での問題は生じない。しかし、様々な温度ごとに電源投入時からの経過時間と、様々な時間ごとの零点測定値を記憶しなければならず、テーブルの構成が複雑になり、メモリに多くの容量が必要になる。
【００１０】
また、特許文献２の技術では、ストレインゲージ式の重量センサのように、ストレインゲージの実際の温度変化が、温度センサによって検出されている温度変化よりも速い場合に問題が生じる。ストレインゲージ式のロードセルでは、電源投入時の零点ドリフトの最大の要因は、通電によるストレインゲージの発熱によりストレインゲージに生じる抵抗値変化である。重量センサに対して電源が投入されてから、しばらくして電源が遮断され、幾分の時間の経過後に、電源が投入された場合、ストレインゲージの温度は速い時間に上下するので、重量センサの内部に温度センサを設けているとしても、ストレインゲージの温度変化に温度センサの出力が追従していない。従って、温度センサの出力は、ストレインゲージの温度を正しく反映していなく、正しい補償ができない。上記の各問題点は、重量信号の零点の変動として捉えたが、重量信号のスパンにおいても同様な問題点が生じる。
【００１１】
本発明は、計量装置に電源投入した直後に重量信号の測定系に含まれる部品の発熱によって生じる重量信号のドリフトを、簡単な構成によって補償する補償装置を提供することを目的とする。また、本発明は、重量センサの内部温度、例えば重量を電気信号に変換する変換部の温度を温度センサが正確に測定していないときでも、電源投入時の重量測定系の重量信号の変化を正しく補償することができる補償装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の１態様の計量装置における重量信号補償装置は、補償信号生成手段を有している。この補償信号生成手段が重量信号を補償する計量装置では、電源投入時に、例えば無負荷の状態であっても、この計量装置に含まれる重量測定系、例えばロードセル、具体的にはストレインゲージ式ロードセル、このロードセルからの信号を増幅する増幅手段、この増幅手段の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段を含む重量測定系における構成部品の発熱に起因して、重量信号が変化する。その重量信号は、前記電源投入時から或る時間の経過後にほぼ最終値に到達するように変化する。この変化の過程を、基準とする信号を入力したとき、前記信号変化過程にほぼ等しい信号を出力することができるように、前記計量装置の調整時に同定された伝達関数を、前記補償信号生成手段が有している。この補償信号生成手段は、計量装置の稼働時に、伝達関数に前記基準とする信号を入力したときの時間応答出力計算値に相当する補償信号を生成する。補償信号生成手段としては、例えばデジタルフィルタを使用することができ、構成の簡易化のため、巡回型のデジタルフィルタを使用することが望ましい。計量装置の稼働時に前記補償信号を前記計量装置の重量信号に作用させて、演算手段が前記重量信号の温度変化を補償する。補償信号は、零点の変動の補償用とすることもできるし、スパンの変動の補償用とすることもできる。
【００１３】
このように構成した補償装置では、補償信号生成手段によって補償信号を生成するように構成しているので、テーブルに多数のデータを記憶する必要が無く、補償信号生成手段の構成を簡略化することができる。特に、巡回型のデジタルフィルタを補償信号生成手段として使用した場合には、遅延用のメモリと、いくつかの乗算手段と、加算手段とによって構成することができ、更に補償信号生成手段の構成を簡略化することができる。
【００１４】
補償信号生成手段は、計量装置の周囲気体温度を直接に前記気体からまたは前記重量測定系の構成部品から間接的に測定する温度センサを備えることができる。その場合、基準とする入力信号の大きさまたは伝達関数のゲインを、温度センサの出力信号の関数とする。
【００１５】
計量装置の周囲気体温度が異なると、計量装置への電源投入時から或る時間の経過後にほぼ最終値に到達するまでの信号変化過程も異なり、補償信号生成手段の伝達関数も、周囲気体温度ごとに異なる。しかし、伝達関数の相違は、或る周囲気体温度における測定信号変化過程に基づいて同定した伝達関数におけるゲインを周囲気体温度の関数と見なして、ゲインを変更することによって、或いは伝達関数に入力する基準信号を周囲気体温度の関数と見なして変更することによって対応することができる。
【００１６】
計量装置への電源供給停止時から電源の供給が再開されるまでの時間経過を測定する経過時間測定手段を設けることができる。この場合、経過時間測定手段によって測定された時間に応じて、補償信号生成手段の補償信号が補償信号変更手段によって変更される。
【００１７】
このように構成した場合、例えば計量装置に電源が供給された後、電源が遮断され、短期間に再び電源が供給されたような場合でも、再び電源が供給された後に発生する補償信号は、電源が供給されていなかった期間における温度低下を見込んだものとなる。従って、正確な補償を行うことができる。温度センサを重量センサに設けて、重量センサの内部温度を測定するように構成し、その温度変化に基づいて伝達関数の特性を変更するように構成したとしても、上述したように温度センサが正確に重量センサの内部温度を測定していないことがある。このようなときでも、上述したような構成であるので、電源投入時の重量測定系の重量信号の変化を正しく補償することができる
【００１８】
本発明の他の態様による計量装置も補償信号生成手段を有している。この補償信号生成手段は、計量装置が有する重量測定系に起因して変化する重量信号が前記計量装置への電源投入時から或る時間の経過後にほぼ最終値に到達するまでの信号変化過程にほぼ等しい信号を、基準とする信号を入力したとき、出力する伝達関数の型式が予め決定されており、稼働のための前記計量装置への電源供給直後に得られる重量信号の値から前記伝達関数が持つ定数を決定し、前記決定された定数を持つ前記伝達関数に前記基準とする信号を入力したときの時間応答出力計算値に相当する補償信号を生成する。伝達関数の型式としては、例えば１次遅れ系、無駄時間プラス１次遅れ系、高次遅れ系のような伝達関数の一般式を意味する。この一般式には、少なくとも１つの定数が含まれているが、この定数の値が、計量装置に稼働のために電源が供給された直後に得られる重量信号の値に基づいて決定される。稼働時に前記補償信号を前記計量装置の重量信号に作用させて、前記重量信号の温度変化を演算手段が補償する。
【００１９】
このように構成すると、計量装置の稼働のために、計量装置に電源が供給された直後に、伝達関数の定数が定められるので、稼働時の計量装置の周囲温度を考慮した状態で、伝達関数の定数が決定される。従って、温度センサ等を設け、その温度センサの値から伝達関数の定数を決定する必要がなく、温度センサが不要になる。
【００２０】
本発明の別の態様でも、補償信号生成手段が設けられている。補償信号生成手段は、計量装置が有する重量測定系に起因して変化する重量信号が前記計量装置への電源投入時から或る時間の経過後にほぼ最終値に到達するまでの信号変化過程にほぼ等しい信号を、基準とする信号を入力したとき、出力する伝達関数が予め決定されている。稼働のための計量装置への電源供給直後に得られる重量信号の値から前記伝達関数に入力されたと見なせる前記基準とする信号の大きさが決定される。この決定された基準信号を入力したときの時間応答出力計算値に相当する補償信号を補償信号生成手段が生成する。稼働時に前記補償信号を前記計量装置の重量信号に作用させて、前記重量信号の温度変化を演算手段が補償する。
【００２１】
この態様でも、計量装置の周囲気体温度によって変化する基準信号の大きさを、稼働モードにおいて計量装置に電源を供給した直後の重量信号に基づいて決定している。従って、温度センサを設けて、その温度センサの値から、周囲気体温度に対応した基準信号の値を推定する必要が無く、温度センサが不要になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
計量装置において、電源が投入された重量測定系部品は、これらに流れる電流によって発熱し、温度上昇が生じる。これによって、計量装置からの重量信号にドリフトが生じる。やがて、重量測定系部品が熱平衡すると、ドリフトも飽和し、一定の大きさの最終値に収束する。
【００２３】
図３（ａ）は、時刻ｔ０において計量装置に電流が供給された場合に、重量信号Ｗが最終値Ａｘに向かって零点ドリフトし、収束する状態を示している。電源供給による重量測定系部品の温度上昇による、時間経過に対する重量信号の変化は、一般式、例えば１次遅れの伝達関数Ｇ（ｓ）＝１／（Ｔｓ＋１）を持つシステムに、図３（ｂ）に示すように高さＡｘのステップ信号を入力した場合の時間応答出力信号とみなすことができる。この現象は、零点変動のみではなく、スパン特性にも表れる。伝達関数Ｇ（ｓ）の定数である時定数Ｔで表される遅れ特性は、主として測定系の重量・電気信号変換部、信号増幅部を構成する電子部品の発熱、放熱応答特性から形成される熱応答であって、重量測定系に固有の性質である。
【００２４】
重量センサの周囲気体温度が異なったとき、重量・電気信号変換部の電流加熱による熱平衡温度も異なり、重量信号の変化量が異なる。
【００２５】
図４は、電流加熱による重量センサの重量・電気信号変換部や増幅部が時間経過と共に温度上昇し、零点出力が時間経過と共に曲線状に変化する様子を示している。周囲気体温度の違いによる重量センサ内部の温度によって、最終値の大きさが異なることと、通電前の零点出力が異なることを表している。
【００２６】
電源供給後、重量信号がそれぞれの温度において全変化量の約６０パーセントまで変化するのに要する時間Ｔは、ほぼ一定である。この現象は重量測定系の周囲気体温度に対応した大きさのステップ信号を、放熱、発熱特性を表す時定数Ｔの１次遅れ要素を持つ伝達関数Ｇ（ｓ）に入力したときの出力信号として表すことができる。
【００２７】
本発明による零点等のドリフトの補償技術の第１のものは、予め計量装置の調整モードにおいて、計量装置への電源供給開始時からの重量信号の時間経過に伴う変化過程を、或る基準入力信号が或るシステムに入力された場合の出力信号であると見なして、当該或るシステムの伝達関数を入力及び出力信号から同定し、計量装置の稼働時には、基準入力信号を前記或るシステムに入力し、その出力信号である時間応答波形信号によって、重量信号を補償しようとするものである。
【００２８】
この技術では、調整モードにおいて、計量装置の重量測定系の周囲気体温度をほぼ一定にしておき、計量装置に電源を供給し、重量測定系が熱平衡するまでの重量信号の変化を測定する。この出力変化を熱応答系にステップ信号を入力したときの過渡応答特性と見なして、熱応答系の伝達関数Ｇ（ｓ）を同定する。
【００２９】
経験的にＧ（ｓ）は１次遅れ系で近似できるので、ステップ信号入力に対して電源投入後、約６３．２パーセント応答する時間Ｔを測定して、Ｇ（ｓ）＝１／（１＋Ｔｓ）を決定すればよい。即ち、伝達関数の定数を決定できる。但し、重量センサの性質によっては、高次遅れ系、無駄時間プラス１次遅れ系などの型式に近似することもできる。
【００３０】
過渡応答特性は、重量測定系の熱容量、伝熱、放熱特性によって決定されるが、過渡応答特性の最終値、即ち、変化量の大きさは、重量測定系の稼働開始時点での周囲気体温度によって決まる。重量測定系の温度によって、電源が供給されたとき、電流加熱によって熱平衡する温度が異なり、その値に応じて重量センサの重量信号の変化量も異なる。
【００３１】
従って、入力するステップ信号の高さの値を周囲気体温度の関数とする。そのため、予め調整モードにおいて、複数種類の周囲気体温度に重量測定系を充分に長い時間にわたって置いて、その後に電源を供給して、重量信号の変化量を測定し、温度と変化量との関係を最小自乗法などの推定法を使用して、関数化しておく。
【００３２】
補償の対象を重量センサの出力信号の零点の変動にとって説明する。重量センサの周囲気体温度または重量センサの内部温度を測定する温度センサを設け、計量装置の稼働モードでは、温度センサから得られる温度データによってステップ信号の高さを決める。重量センサの内部に温度センサの感温部分を配置したならば、電流加熱による温度上昇の影響を受ける場合には、温度センサは直接に周囲気体温度を測定するようにする。
【００３３】
計量装置の調整モードにおいて、ステップ信号の高さと熱応答に関する伝達関数が定められていると、計量装置に電源を供給したときからの時間経過に伴う零点変化量を、計量装置の稼働モードにおいて重量信号を測定せずに、時間経過に伴って演算によって得られる。従って、計量装置に電源が投入された直後から、計量装置に荷重が負荷されても、零点変動を補償することができる。
【００３４】
計量装置では、一旦供給された電源が遮断され、再び供給されることがある。この場合、一旦加熱され温度上昇した重量・電気信号変換部等が冷却され、電源供給によって再び温度上昇する。零点出力は、この温度変化に応じて変化する。この温度変化は重量センサの内部に温度センサを設けても、温度センサが重量・電気信号変換部、例えばストレインゲージ式ロードセルのストレインゲージそのものの温度に時間遅れなく追従できないので、従来の方法は、比較的短い時間の間に、電源を供給、遮断した場合、零点変化を正しく表すことができない。
【００３５】
電源が遮断された場合、重量・電気信号変換部では予め定められた熱応答特性に応じて放熱が行われ、温度降下する。そこで、本発明は、計量装置の電源を遮断したときから、再び電源が供給されるまでの時間を計時手段によって測定している。計時手段としては、例えば計量装置のバッテリー電源などでバックアップされたクロックカウンタを使用する。電源が再び供給されたとき、電源が遮断されていた期間には、大きさ零のステップ信号が伝達関数に入力されていたものとして、応答値を計算することができる。
【００３６】
この状態を図５に示す。図５は、Ｇ（ｓ）＝１／（１＋Ｔｓ）で表される重量センサの熱応答系において、周囲気体温度がθで、電源供給後の電流加熱による零点変化量の最終値がＺ（θ）である場合に、計量装置に時刻０で電源の供給を開始し、時刻ｔ１で電源を遮断し、時刻ｔ２で再び電源を供給した場合の零点出力の変化を示している。図５において、時刻０から時刻ｔ１までの時間ｔ１が、計量装置に備えられているクロックカウンタによってカウントされ、Ｚ（θ）が予め定めた温度センサの出力と零点変化量との関数から与えられるので、Ａ点の大きさ（時刻ｔ１での零点変化量）は、
Ｚ（θ、ｔ１）＝Ｚ（θ）・｛１−ｅｘｐ（−ｔ１／Ｔ）｝
によって計算できる。時刻ｔ１において計量装置の電源が遮断されると、重量・電気信号変換部の温度が低下していく。そして、時刻ｔ２に電源が供給されたとする。時刻ｔ１からｔ２までの時間（ｔ２−ｔ１）は、バックアップされているクロックカウンタによって計測されている。Ｂ点の大きさ（時刻ｔ２における零点変化量）は、
Ｚ（θ、ｔ２）＝Ｚ（θ）・｛１−ｅｘｐ（−ｔ１／Ｔ）｝｛ｅｘｐ［−（ｔ２−ｔ１）／Ｔ］｝＝  Ｚ（θ、ｔ１）｛ｅｘｐ［−（ｔ２−ｔ１）／Ｔ］｝
である。従って、Ｃ点の大きさ（時刻ｔ３における零点の変化量）は、
Ｚ（θ、ｔ３）＝｛Ｚ（θ）−Ｚ（θ、ｔ２）｝｛ｅｘｐ［−（ｔ３−ｔ２）／Ｔ］｝＋Ｚ（θ、ｔ２）
と表される。Ｚ（θ、ｔ３）の値によって、零点補償値を求め、これを稼働中の重量センサの出力信号から減算することによって、電源の供給、遮断が繰り返されて、重量・電気信号変換部の温度が過渡的な値をとっても、正確に重量センサの零点を補償することができる。
【００３７】
特許文献２に示されている様な技術では、多くの温度条件の下で、多くの時間ごとに零点変化量を記憶させる必要があるので、多くのメモリを必要とするが、本発明では、予め定められた伝達関数を表す式に計測した時間を代入して計算させることによって補償信号が得られるので、多くのメモリが不要である。
【００３８】
実際に演算回路において上記の各式に時間を代入して計算させるよりも、熱応答の伝達関数Ｇ（ｓ）を差分方程式に変換し、この差分方程式に基づいて図６に示すような１次遅れの巡回型デジタルフィルタを作成し、基準入力信号を入力して、補償信号を出力させる。この場合でも、多くのメモリは不要である。
【００３９】
本発明の技術は、アナログ的にも実現が可能である。重量測定系の熱平衡特性に相当する伝達関数を表す回路を、抵抗器とコンデンサとからなるアナログフィルタによって構成する。一定電圧を感温抵抗器で分圧したものを使用して、周囲気体温度に応じて大きさが変化する電圧信号を作成し、この電圧信号をこのアナログフィルタへの入力信号とする。このアナログフィルタの出力をＡ／Ｄ変換器によってデジタル化し、演算回路に入力して、重量センサからの重量信号と演算して、零点の補償を行う。
【００４０】
このように、入力信号回路とアナログフィルタ回路を構成すれば、電源投入と同時に、周囲気体温度に応じた高さのステップ電圧信号が上記のアナログフィルタに入力され、重量信号の変化と同じようにアナログフィルタの出力が変化し、電源を遮断した状態のときも、本来、重量測定系に電圧が与えられ、信号測定状体であれば、検出されるであろう重量信号の変化を表すことができる。
【００４１】
本発明による零点変動の補償の別の解決技術は、計量装置の稼働モードにおいて、電源の供給が行われるごとに、電源供給後の比較的短い経過時間の間に、複数回分の重量信号を時間経過と共に測定し、これら測定値から最終変化値を予測する関数の定数を決定し、これら定数を組み込んだ関数を使用して、変化が収束するのに充分長い時間が経過するまでの零点変化量を算出して、出力し、その出力信号によって零点を補償するものである。この関数の一般式は、例えば１／１＋Ｔｓのように予め定められている。
【００４２】
電源供給時点の重量・電気信号変換部等の温度がどのような値であっても、そのときの重量信号の変化を短い時間だけ測定し、これら測定値によって長い時間の経過後に重量信号が取る値を推定できる関数の定数を決定し、決定された定数を含めて関数を作成し、その作成後には、重量信号を測定しなくても、重量信号の変化量の推定出力が得られ、この推定出力によって、重量信号の変化を補償する。
【００４３】
上記定数である長い時間経過後の重量信号の大きさを、電源供給後できるだけ速く推定することによって、電源供給後の速いタイミングから零点補償を可能にし、計量装置を使用状態に速くすることができる。上記定数の一部である時定数Ｔは予め調整モードにおいて重量信号の変化を測定することによって、定めておくこともできる。
【００４４】
本発明の第１の解決技術を詳細に説明する。図２において縦軸に重量信号の大きさＷ、横軸に経過時間ｔをとって、電源供給後に初めて重量信号がサンプリングされる時刻を時刻ｔ０として、そのときのサンプリング重量値をＷ（ｔ０）とする。重量測定系の部品の温度が電流加熱によって時間経過と共に上昇するので、重量センサから出力された重量信号も時間経過と共に変化し、図２のようにほぼ１次遅れ応答の波形となる。重量信号は、時刻ｔ０から充分に時間が経過した時刻ｔｎにおいてほぼ最終値Ｗ（ｔｎ）となり、時刻ｔ０における重量０からＡｘｎだけ変化して安定する。この応答波形は、近似的に時定数Ｔの時間応答式
ｗ（ｔ）＝Ｗ（ｔ）−Ｗ（ｔ０）＝Ａｘｎ［１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ）］・・・・・（１）
で表され、時定数Ｔの値は、重量測定系に使用されている部品の熱容量、熱伝導度によって決まる固有の値である。
【００４５】
また、上記の時間応答式は、高さがＡｘｎのステップ入力信号が、伝達関数
Ｇ（ｓ）＝１／（１＋Ｔｓ）・・・（２）
のシステムに入力されたときの過渡応答、または高さが１のステップ入力信号が、伝達関数
Ｇ（ｓ）＝Ａｘｎ／（１＋Ｔｓ）
のシステムに入力された場合の過渡応答を表す。
【００４６】
応答変化量Ａｘｎは、電源供給時点の測定系周辺の温度、その時点で測定系の部品が保持している温度と、電源供給後の加熱によって熱平衡した後の測定系の部品が保持している温度との差によって決定される。従って、Ａｘｎは、電源供給直後の測定系を構成する部品が保持している温度によって異なる。
【００４７】
Ａｘｎを重量測定系の温度θの関数としてＡｘｎ（θ）と表すと、（１）式は、
ｗ（ｔ）＝Ｗ（ｔ）−Ｗ（ｔ０）＝Ａｘｎ（θ）［１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ）］・・・・・（３）
と表される。従って、伝達関数Ｇ（ｓ）も、重量測定系の温度がθのとき、
Ｇ（ｓ）＝Ａｘｎ（θ）／（１＋Ｔｓ）
と表される。これは、（２）式で表される伝達関数の系に大きさＡｘｎ（θ）のステップ信号を入力すると考えることも可能である。
【００４８】
重量測定系において熱容量の大きい部品は重量センサであり、実際の重量測定系での電源投入時の特性は、重量センサの重量・電気信号変換部の性質によって主に支配される。そこで、本発明を重量センサに基づく零点変化に事例を取って以下に説明する。
【００４９】
計量装置の調整モードでは、計量装置を周囲気体温度がほぼ一定である雰囲気中に置く。計量装置への電源供給後、測定回路素子と演算回路素子との動作が完全に正常になった後に最初に行われるＡ／Ｄ変換による重量信号の出力をＷ（ｔ）＝Ｗ（ｔ０）とする。このタイミングをｔ０とする。サンプリング時間間隔をΔｔとすると、時間間隔がΔｔである各時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・・における重量信号のデジタル値Ｗ（ｔ）を順に演算回路のメモリに記憶させる。この動作を、充分に測定系が熱平衡し、重量信号が一定の値に収束するのに充分な時間が経過した時刻ｔｎまで行う。予め予備テストによって応答波形を観測すれば、ｔｎの値を決定することは容易に行える。サンプリング時間間隔Δｔは、電源投入から熱平衡するまでの時間に比べて充分に短い値である。各サンプリングデータを記憶した後に、データ処理を行う。
【００５０】
データ処理では、各記憶値の中で適当に定めた時間間隔ｍΔｔを持つ時刻ｔｋとｔ（ｋ＋ｍ）との２つの時刻での零点変動値ｖｋ、ｖ（ｋ＋ｍ）と、ｖｎ＝Ａｘｎ（θ）の値とを使う。ｖｋの値は、
ｖｋ＝Ｗ（ｔｋ）−Ｗ（ｔ０）＝Ｗ（ｔｋ）−Ｗ（０）・・・（４）
として求められる。（３）式よりｔ＝ｔｋ及びｔ＝ｔ（ｋ＋ｍ）において、
ｗ（ｔｋ）＝ｖｋ＝Ａｘｎ（θ）［１−ｅｘｐ（−ｔｋ／Ｔ）］
ｗ（ｔｋ＋ｔｍ）＝ｖ（ｋ＋ｍ）＝Ａｘｎ（θ）［１−ｅｘｐ（−ｔ（ｋ＋ｍ））／Ｔ）］
であるので、
ｖｎ−ｖｋ＝Ａｘｎ（θ）［ｅｘｐ（−ｔｋ／Ｔ）］＝ｗｋ
ｖｎ−ｖ（ｋ＋ｍ）＝Ａｘｎ（θ）［ｅｘｐ（−ｔ（ｋ＋ｍ）／Ｔ）］＝ｗ（ｋ＋ｍ）・・・（５）
となる。従って、
ｗｋ／ｗ（ｋ＋ｍ）＝ｅｘｐ（−ｔｋ／Ｔ）／ｅｘｐ（−ｔ（ｋ＋ｍ）／Ｔ）・・・・（６）
であるので、両辺の自然対数をとると、
ｌｏｇ｛ｗｋ／ｗ（ｋ＋ｍ）｝＝ｌｏｇ｛ｅｘｐ（−ｔｋ／Ｔ）／ｅｘｐ（−ｔ（ｋ＋ｍ）／Ｔ）｝＝ｌｏｇ｛ｅｘｐ（−ｔｋ／Ｔ）｝−ｌｏｇ｛ｅｘｐ（−ｔ（ｋ＋ｍ）／Ｔ）｝＝［ｔ（ｋ＋ｍ）／Ｔ］−［ｔｋ／Ｔ］＝｛ｔ（ｋ＋ｍ）−ｔｋ｝／Ｔ
となる。従って、時定数Ｔは、
Ｔ＝｛ｔ（ｋ＋ｍ）−ｔｋ｝／ｌｏｇ｛ｗｋ／ｗ（ｋ＋ｍ）｝・・・（７）
によって求めることができる。時定数Ｔを正確に求めるためには、上記と同様な計算を、２つの時刻のそれぞれ異なる複数の組合せを使用して演算し、複数の時定数Ｔを求め、これらを平均したものを時定数Ｔとして使用することもできる。
【００５１】
時定数Ｔの決定法の別のものとして、時定数Ｔは応答がＡｘｎ（θ）｛１−ｅｘｐ（−１）｝＝０．６３２１２Ａｘｎ（θ）に到達する時間から決定されるので、ｖ１からｖｎまでの中で、最も０．６３２１２Ａｘｎ（θ）に近い値を探す。０．６３２１２Ａｘｎ（θ）に近い値に対応する時刻が時定数Ｔである。複数回のテストを行い、テストごとに時定数Ｔを求め、各時定数の平均値を算出し、この平均値を時定数Ｔとして使用することもできる。
【００５２】
このようにして時定数Ｔが決定されると、次に重量測定系の周囲温度θを変更して、測定系が充分に周囲温度に等しくなった時点で電源を供給し、重量信号を測定して、電源投入時の変化がほぼ一定の値に飽和した時点で、電源投入時からの変化量Ａｘｎ（θ）を求める。複数の周囲気体温度と、温度ごとのＡｘｎ（θ）とから、例えば最小自乗法によって任意の温度θにおけるＡｘｎ（θ）が求められるように、関数Ａｘｎ（θ）の推定式を作成する。時定数ＴもＡｘｎ（θ）と同様に各周囲気体温度別にデータを求め、周囲気体温度の関数Ｔ（θ）の形で表すこともできる。
【００５３】
重量信号に対する補償は、次のようにして行う。稼働モードにおいて、計量装置への電源供給に続いて、温度センサの出力を測定して、周囲気体温度θを求め、Ａｘｎ（θ）の推定式にθを代入して、Ａｘｎ（θ）を求める。基準入力信号であるステップ信号を上記の伝達関数Ｇ（ｓ）へ入力したときの時間応答関数として、ｗ（ｔ）＝｛Ｗ（ｔ）−Ｗ（ｔ０）｝＝Ａｘｎ（θ）（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ））を決定する。
【００５４】
ｗ（ｔ）は、電源供給時から時間ｔが経過した時点での変化量の推定値を表している。従って、電源供給開始時点から常にどのタイミングにおいても、重量測定系が熱平衡した状態の零点を得るためには、電源供給後の経過時点ｔにおいてｗ（ｔ）を計算し、現在の重量信号から熱平衡した重量信号までの変化分｛Ａｘｎ（θ）−ｗ（ｔ）｝を補償値として求め、重量信号に加算すればよい。
【００５５】
電源供給後から、継続して、上記の補償演算を行わせても、ｗ（ｔ）はやがてＡｘｎ（θ）の値に接近するので、最終的には補償値は零となり、問題はない。しかし、計量精度から見て、充分に零に接近する時間を予め定めて、この定めた時間を補償演算を行わせる最大時間とすることが望ましい。
【００５６】
このように、本発明の補償手段では、変化過程を遅れ要素を持つ伝達関数で近似し、基準信号を入力したときの時間応答値として変化量を推定しているので、多くのメモリ容量を必要としない。
【００５７】
また、本発明の補償手段は、電源が供給されてからしばらくして電源が遮断され、比較的短い時間の後に、また電源が投入されても、正しく電源供給時の零点変化を含む重量信号の変化を補償できるようにされている。
【００５８】
即ち、上述した伝達関数Ｇ（ｓ）は、
Ｇ（ｓ）＝Ｈ（ｓ）／Ｆ（ｓ）＝１／（１＋Ｔｓ）
と表される。従って、Ｆ（ｓ）は、
Ｆ（ｓ）＝（１＋Ｔｓ）・Ｈ（ｓ）で表される。これを時間空間に変換すると、
ｆ（ｔ）＝Ｔ＊ｄｈ（ｔ）／ｄｔ＋ｈ（ｔ）
となる。これを差分方程式に変形すると、
ｆ（ｎΔｔ）＝Ｔ［ｈ（ｎΔｔ）−ｈ（（ｎ−１）Δｔ）／Δｔ］＋ｈ（ｎΔｔ）
となり、ｈ（ｎΔｔ）は、
ｈ（ｎΔｔ）＝Ａｈ（（ｎ−１）Δｔ）＋Ｂｆ（ｎΔｔ）
となる。但し、Ａ＝（Ｔ／Δｔ）／｛（Ｔ／Δｔ）＋１｝
Ｂ＝１／｛（Ｔ／Δｔ）＋１｝
である。但し、Δｔは、ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・・の時間間隔であり、Ｔよりも充分に小さい値である。上記の式に基づいて図６に示すような巡回型デジタルフィルタを作成する。この巡回型フィルタは、ｈ（ｎ−１）を得るための遅延素子２と、Ａ、Ｂを乗算するための乗算器４、６と加算器８とによって構成されている。
【００５９】
図５において、ｔ≦ｔ１までは、図６のフィルタにΔｔごとにｆ（ｎΔｔ）＝Ｚ（θ）を入力して、ｈ（ｎΔｔ）を得る。Ｚ（θ）はＡｘｎ（θ）である。従って、時刻ｔ１までは基準ステップ信号としてＡｘｎ（θ）が与えられている。
【００６０】
時刻ｔ０において計量装置に電源が供給されると、計量装置のＣＰＵのプログラムが起動され、温度センサの温度出力θを読み込んで、基準入力信号ｆ（ｎΔｔ）＝Ｚ（θ）を決定する。アナログ回路が正常に動作するタイミングを待って、ＣＰＵが重量信号の読み込みを開始すると共に、Δｔごとに巡回型フィルタの出力ｈ（ｎΔｔ）を計算する。｛Ｚ（θ）−ｈ（ｎΔｔ）｝を求めて、補償値とし、同時刻に得られた重量信号に、この補償値を加算して、重量信号を補償する。
【００６１】
時刻ｔ１において、電源が遮断されると、ｈ（ｎΔｔ）の値は、電源バックアップメモリに記憶される。このタイミングのフィルタ出力値をｈ（ｎΔｔ）＝ｈ（ｔ１）とする。
【００６２】
時刻ｔ２において、電源が再び供給されると、ＣＰＵは直ちに電源遮断時に記憶したｈ（ｔ１）をメモリから読み出し、フィルタの出力値として、巡回型フィルタの入力を０とおいて、即ち、基準入力信号として０を入力し、電源が遮断されていた時間ｔ２−ｔ１の時間分だけ、ｎを１から増加させて、ｔ＝ｔ２におけるフィルタ出力値ｈ（ｔ２）を求める。時定数Ｔは時間間隔Δｔよりも大きいので、係数Ａの値は１よりも小さい。従って、ｈ（ｔ２）はｈ（ｔ１）よりも小さい値となる。なお、この計算は、実際の時間ｔ２−ｔ１よりも非常に短い時間のうちに行われる。このｈ（ｔ２）の値をフィルタ出力値とし、かつ基準入力を再びｆ（ｎΔｔ）＝Ｚ（θ）としてΔｔごとに、出力を計算して、時刻ｔ２以後のフィルタ出力値ｈ（ｔ）を求める。上記と同様にして、｛Ｚ（θ）−ｈ（ｔ）｝を求めて、これを補償値として、同時刻に得られた重量信号に、この補償値を加算して、重量信号を補償する。
【００６３】
無論、時刻ｔ２におけるプログラムの立ち上がり時には、温度θを測定して、新しいＺ（θ）を求めておく。時刻ｔ２−ｔ１が長く、周囲気体温度が次第に変化して、θの値が例えばθ３に変化した場合には、Ｚ（θ）＝Ｚ（θ３）が決定され、この値が時刻ｔ２以後の基準入力としてフィルタに入力され、図５に点線で示すような応答が出力される。
【００６４】
クロックカウンタは、電源が供給されるごと、電源が遮断されるごとにリセットされるが、それ以外の時間にはクロックをカウントし続け、演算回路は、フィルタ回路出力値を計算するとき、カウンタの値を読み取る。
【００６５】
このように、本発明の計量装置は、重量測定系の電源が供給、遮断されても、それによる電流加熱と放熱とによる重量信号の変化の状況を、シミュレーションする機能を有している。
【００６６】
次に、本発明の第２の解決技術について説明する。伝達関数を１次遅れ系とするなら、時定数Ｔと、ゲインまたは基準入力信号とを、測定重量信号から稼働モード時に推定する。少なくとも電源供給直後のサンプリング時刻０から同時刻ｔ１またはｔ２まで、計量動作不可能な時間帯として、それぞれの時刻にサンプリングした重量値をＷ（ｔ０）、Ｗ（ｔ１）、Ｗ（ｔ２）とすると、（４）式より、重量信号の変化量ｖ１、ｖ２が
ｖ１＝Ｗ（ｔ１）−Ｗ（ｔ０）
ｖ２＝Ｗ（ｔ２）−Ｗ（ｔ１）
として求められる。ｖ１、ｖ２の最終値をｖｎ＝Ａｘｎとすると、ｗ１＝ｖｎ−ｖ１、ｗ２＝ｖｎ−ｖ２とすると、（５）、（６）式より、
ｗ１／ｗ２＝ｅｘｐ（−ｔ１／Ｔ）／ｅｘｐ（−ｔ２／Ｔ）
となり、式（７）から、
Ｔ＝（ｔ２−ｔ１）／ｌｏｇ（ｗ１／ｗ２）＝Δｔ／ｌｏｇ（ｗ１／ｗ２）
として、時定数Ｔが稼働モードにおいて算出される。これによって、伝達関数Ｇ（ｓ）＝１／（１＋Ｔｓ）を稼働モードにおいて同定する。ＴとＷ（ｔ０）、Ｗ（ｔ１）とを使用すれば、以下のようにようにして、定数である最終値Ａｘ１を算出できる。
【００６７】
時刻ｔ１において重量信号Ｗ（ｔ１）が測定されているので、
Ｗ（ｔ１）−Ｗ（ｔ０）＝Ａｘ１［１−ｅｘｐ（−ｔ・Ｔ）］
と求められる。よって、Ａｘ１は、
Ａｘ１＝ｗ０＝｛Ｗ（ｔ１）−Ｗ（ｔ０）｝／［１−ｅｘｐ（−ｔ・Ｔ）］・・・・（８）
と求められる。但し、電源供給直後に零点変化量を推定するために重量信号を測定している間には、負荷荷重は掛けない。時定数Ｔは伝達関数Ｇ（ｓ）のｓ項の係数である。Ａｘ１は伝達関数の出力応答信号を得るために入力されるステップ信号の高さ、或いは高さが１のステップ信号が入力される伝達関数のゲインである。
Ｗ（ｔ１）から最終値Ａｘ１までの偏差分ｗ１は、
ｗ１＝Ａｘ１−Ａｘ１［１−ｅｘｐ（−ｔ１／Ｔ）］＝Ａｘ１＊ｅｘｐ（−ｔ１／Ｔ）
であるので、時刻ｔ１における重量値の熱平衡後の重量値との偏差分を補償した推定重量Ｗ（ｔ）’は、
Ｗ（ｔ）’＝Ｗ（ｔ１）＋ｗ１＝Ｗ（ｔ１）＋Ａｘ１＊ｅｘｐ（−ｔ１／Ｔ）
と表せる。調整モードにおいて、時定数Ｔを予め求めていると、時刻ｔ２以降には、零点の変動を補償することができる。図２においてｗ２を
ｗ２＝Ａｘ１−Ａｘ１［１−ｅｘｐ（−ｔ２／Ｔ）］＝Ａｘ１＊ｅｘｐ（−ｔ２／Ｔ）
と計算する。従って、時刻ｔ２においてサンプリングされた重量信号Ｗ（ｔ２）の熱平衡までの変動分を補償した重量値Ｗ（ｔ２）’は、
Ｗ（ｔ２）’＝Ｗ（ｔ２）＋Ａｘ１＊ｅｘｐ（−ｔ２／Ｔ）
と演算できる。以下、同様にして、サンプリング時刻ごとに、補償を行うことができる。時刻ｔ２以降におけるサンプリング重量値から、荷重が載荷されていても補償を可能とするために、（８）式の値を継続的に使用する。
【００６８】
このように演算することで、電源投入後の短い時間の後に、零点ドリフトの補償された計量動作を行うことが可能になる。しかも、Ａｘ１を決定するために、温度センサは不要である。
【００６９】
例えばｔｎ＝１２０秒であるような計量装置において、この補償を行わない場合には、計量を開始するまでに１２０秒もの時間、待つ必要があるが、この補償を行うと、Δｔ＝２０ｍ秒の場合、電源供給後、アナログ回路の安定する数１０ｍ秒の短い時間だけ、待機した後に始まる時刻ｔ０から時刻ｔ２に至る４０ｍ秒または時刻ｔ３に至る６０ｍ秒後には、計量開始可能となる。
【００７０】
電源供給後できるだけ速く計量が開始できるように、時刻ｔ０、ｔ１の２回のサンプリングで、最終値Ａｘ１を決定した。しかし、計量装置の測定系には各種のノイズが混入することがあるので、時刻ｔｍ（最終値Ａｘ１にほぼ等しい測定値が得られる時刻よりもかなり短い時刻）までの各サンプリング値を使用して、推定最終値Ａｘ１、Ａｘ２・・・・Ａｘｍを求め、これらの平均値を推定最大変化量Ａｘｎとして使用することもできる。この場合、Ｗ（ｔｍ）までのサンプリング値には、加熱による重量変化分以外の変化分が含まれてはならないので、計量は時刻ｔ（ｍ＋１）以後になる。
【００７１】
上記の例では、基準入力信号をステップ信号としたが、実際の重量測定系への電源供給時の出力変化が、ステップ入力で近似する場合よりも緩やかである場合には、基準入力信号を、電源が供給されてから一定時間の間は時間経過と共に増加し、その後に一定レベルに飽和するランプ入力とすることもできる。
【００７２】
上記の説明は、本発明を零点の変動の調整に適用したものであるが、同様にスパン補償も行うことができる。スパン補償の場合、調整モードにおいて、重量センサを無負荷とし、そのとき出力信号がほぼ零になるように調整して、上述したように電源供給時の零点変化量が充分に安定するまでの間、零点変化量ｗを所定時間間隔Δｔごとにサンプリングして、時系列零点変化量データｗ（ｔ）としてメモリに記憶させる。
【００７３】
続いて、電源を遮断して、重量センサに与えられている熱量を完全に放熱させた後、重量センサの定格容量分の負荷をかけ、出力を測定する。変化が安定するまで重量センサの出力を所定時間間隔Δｔごとに測定して、その測定データを零点変化分を含む時系列スパン変化量データｗａ（ｔ）として記憶させる。これらデータｗａ（ｔ）から対応する零点変化量ｗ（ｔ）を減算して、スパン変化分の時系列データｗｓ（ｔ）を求め、メモリに記憶させる。
【００７４】
電源供給時の重量信号の変化が緩やかな場合には、Δｔを長く取り、毎回、零点変化量ｗ（ｔ）を測定し、スパン変化量データｗａを測定して、スパン変化分の時系列データｗｓ（ｔ）を求めるようにしてもよい。
【００７５】
時刻ｔｎにおいてｗｓ（ｔｎ）がほぼ一定に達したとすると、記憶したｗｓ（ｔ０）、ｗｓ（ｔ１）・・・ｗｓ（ｔｎ）の各スパン変化分の時系列データに対して、そのときの周囲気体温度をθ１として、周囲気体温度θ１のときの電源供給後の時間経過に伴うスパン変化率ｒ（θ１、ｔ）を、
ｒ（θ１、ｔ）＝ｗｓ（ｔ）／ｗｓ（ｔｎ）
の演算によって求める。但し、ｔはｔ０乃至ｔｎである。これが、スパン変化過程を表す。重量センサの温度を、θ１以外に、θ２、θ３（θ１＜θ２＜θ３）にそれぞれ長い間保った後に、上記と同様にしてｒ（θ２、ｔ）、ｒ（θ３、ｔ）を求める。そして、対応する温度データθ１、θ２、θ３と、ｒ（θ２、ｔ）、ｒ（θ３、ｔ）とを組にして、３元一次連立方程式を解くか、最小自乗法によって温度θの関数であるｒ（θ、ｔ）を決定し、計量装置の稼働モードにおける電源供給時に、温度センサによって温度を読み込み、ｒ（θ、ｔ）を求める。
【００７６】
もし、重量センサのスパンが電源供給後に時間経過に伴って増加する性質のものであると、電源供給時のｒ（θ、ｔ０）（＜１）は、或る時間経過後の時刻ｔｎにｒ（θ、ｔｎ）＝１に変化するので、零点変化の場合と同様に、時刻ｔ０において大きさが｛１−ｒ（θ、０）｝のステップ信号が入力される１次遅れ系の伝達関数を同定し、この伝達関数の時間応答値から、電源供給後の任意の時間におけるスパン比率を得ることができる。そして、計量装置の稼働モードにおいて重量信号を測定したとき、時刻ｔ０からｔｎまでは経過時間に応じたスパン比率を上記伝達関数より求めて、そのスパン比率によってそのときの重量測定値を除算すれば、スパン補償を行うことができる。
【００７７】
計量装置の電源供給時のスパンのドリフトは、通電前の温度と、通電加熱が完了した後の温度との差によって異なり、この温度差に応じてスパンの変動量も異なるので、電源供給時のスパンドリフト補償も零点ドリフト補償と同様に行える。
【００７８】
【実施例】
図１に、本発明のうち、第１の解決技術を実施するための計量装置を示す。この計量装置は、重量センサ、例えばストレインゲージ式ロードセル１２を有している。このロードセル１２の重量信号は増幅手段、例えば演算増幅器１４によって増幅され、フィルタ手段、例えばアナログフィルタ１６によって不要な各種ノイズが除去された後、スイッチング手段、例えばアナログスイッチ１８を介してデジタル変換手段ん、例えばＡ／Ｄ変換器２０に供給される。Ａ／Ｄ変換器２０によってデジタル化されたデジタル重量信号は、入出力回路２２を介して制御手段、例えばＣＰＵ２４に供給される。ＣＰＵ２４には、記憶手段、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭからなるメモリ２６が接続されている。また、ロードセル１２及び演算増幅器１４、Ａ／Ｄ変換器２０等の計測系の周囲の気体温度を測定する温度センサ２８も設けられている。温度センサ２８は、ロードセルの起歪体におけるゲージの電流加熱による温度変化の影響を殆ど受けない部分に設置され、起歪体が感じる周囲気体の温度を検出する。温度センサ２８の出力は、アナログスイッチ３０を介してＡ／Ｄ変換器２０に供給され、デジタル温度信号に変換され、入出力回路２２を介してＣＰＵ２４に供給される。アナログスイッチ１８、３０は入出力回路２２を介してＣＰＵ２４によって開閉制御される。
【００７９】
一定時間間隔Δｔごとにクロックを発生するパルス発生器３２が設けられている。このクロックは、ゲート３４を介して経過時間測定手段、例えばカウント３６に供給されている。カウンタ３６は、そのカウント値を出力データラインｐから入出力回路２２を介してＣＰＵ２４に供給する。また、カウンタ３６は、リセット端子Ｒにリセット信号が入出力回路２０を介してＣＰＵ２４から供給されたとき、リセットされる。また、カウンタ３６のカウント値が飽和すると、ｓ端子からゲート３４にゲート閉信号が供給され、カウンタ３６へのクロック信号の入力が禁止される。パルス発生器３２、ゲート３４及びカウンタ３６はバッテリ３８によってバックアップされており、計量装置の重量測定系への電源供給が絶たれても、カウンタ３６はクロックのカウンタを行える。
【００８０】
ＣＰＵ２４には、ＣＰＵ２４にデータを設定したり、操作命令を与えるためのキースイッチ４０と、表示装置４２とが接続されている。
【００８１】
計量装置の電源スイッチがオンされると、重量信号が電流加熱によって変化する時間に比べて充分に短い時間の間に、ＣＰＵ２４が動作を開始する。また、ロードセル１２、増幅回路１４等も正常に動作する。電源が供給されてから、重量測定系の動作が立ち上がり、重量信号の測定、Ａ／Ｄ変換が可能な状態になるまでに必要な時間ｔｓは、カウンタ３６の値を読み込んで判断する。ＣＰＵ２４は、カウンタ３６の値がｔｓに相当する値よりも大きくなってから、Ａ／Ｄ変換器２０の出力信号を読み込む。
【００８２】
キースイッチ４０の操作によって、調整モードを指令すると、ＣＰＵ２４は、調整モードであることをメモリ２６中の不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭに書き込む。一旦、電源を遮断して、重量測定系での加熱による影響が完全に消えるのを待つ。次に、電源を供給すると、計量装置は調整モードで動作を開始する。即ち、電源供給後の短い時間の後に、ＣＰＵ２４が動作を開始し、カウンタ３６のカウント値を読み取り、直ちにカウンタ３６をリセットする。カウンタ３６は、リセット後、クロック信号のカウントを開始する。カウンタ３６のカウント値は、ＣＰＵ２４に周期的に読み取られる。カウント値が経過時間ｔｓに相当する値以上になると、ＣＰＵ２４は経過時間ｔをｔ０において、このときに読み込んだデジタル重量信号をＷ（ｔ０）とする。経過時間ｔｓは、重量測定系が電源供給後に機能的に正常に動作するのに必要な時間であって、重量信号が安定するまでに必要な時間と比較して極めて短い。
【００８３】
以後、ＣＰＵ２４は、ΔｔごとにＡ／Ｄ変換器２０からデジタル重量信号とカウンタ３６のカウント値とを読み取り、時系列にＷ（ｔ１）、Ｗ（ｔ２）・・・・Ｗ（ｔｎ）としてメモリ２６に記憶させる。予め設定された重量信号の変化量が充分に安定するのに要する時間が経過したと、カウント値からＣＰＵ２４が判断したとき、データの記憶作業が終了する。このとき、温度センサ２８から温度信号がＣＰＵ２４に読み込まれ、その温度はθ１であるとする。温度信号の読み込みは、デジタル計量信号の読み込みに先立って行っても良い。
【００８４】
キースイッチ４０を操作すると、零点変化量Ａｘｎが、Ｗ（ｔｎ）−Ｗ（ｔ０）に基づいてＣＰＵ２４によって演算される。このときの温度はθ１であるのでＡｘｎはＡｘｎ（θ１）である。温度θ１とＡｘｎ（θ１）とがメモリ２６に記憶される。
【００８５】
続いて、キースイッチ４０の操作によって、時系列データＷ（ｔ０）、Ｗ（ｔ１）・・・・Ｗ（ｔｎ）のうち、予め定めた時刻ｔｋ、ｔ（ｋ＋ｍ）のＷ（ｔｋ）、Ｗ（ｔ（ｋ＋ｍ））から、ＣＰＵ２４は、上述したようにｗ（ｔｋ）、ｗ（ｔ（ｋ＋ｍ））を求め、更に上述したようにして時定数Ｔを求める。
【００８６】
計量装置の電源を遮断して、重量測定系の温度をθ２、θ３・・・・θｍと変化させ、重量測定系がそれぞれ温度θ２、θ３、・・・θｍになった時点で、計量装置の電源を供給して、θ１の場合と同様にＣＰＵ２４が演算を行う。
【００８７】
温度の違いによって、零点変化量はＡｘｎ（θ１）、Ａｘｎ（θ２）・・・・Ａｘｎ（θｍ）と求められたので、これらのデータから様々な温度における零点変化量Ａｘｎ（θ）を求めるための関数の係数を決定する。即ち、最小自乗法を使用して、Ａｘｎ（θ）を２次方程式によって表すなら、
Ａｘｎ（θ）＝ａ１＊θ２＋ａ２＊θ＋ａ３
の各係数ａ１、ａ２、ａ３を決定する。時定数Ｔも、Ａｘｎ（θ）のように各温度θ１乃至θｍにおける時定数Ｔ１乃至ＴｍからＴ（θ）を求める式を作成することも可能であるが、周囲気体温度によって変化することは少ないので、Ｔ１乃至Ｔｍのうち任意の個数のものの平均値を時定数Ｔとして使用する。
【００８８】
Ａｘｎ（θ）と時定数Ｔとは、調整モードの終了時点でメモリ２６のＥＥＰＲＯＭに記憶される。また、上述した巡回型フィルタの係数Ａ、Ｂが、Δｔと時定数ＴとによってＣＰＵ２４によって演算され、ＥＥＰＲＯＭに記憶される。
【００８９】
調整モードの終了後にキースイッチ４０の操作によって、計量装置を稼働モードに変更することができる。この時点で計量装置の電源を遮断する。ＣＰＵ２４は稼働モードであることをＥＥＰＲＯＭに記憶させる。
【００９０】
電源が遮断されることを検知したＣＰＵ２４は、カウンタ３６をリセットする。カウンタ３６はバックアップ電源３８によって動作を継続しており、カウンタを開始して、電源が遮断されている時間を測定している。
【００９１】
次に、使用者が計量装置の電源を供給すると、重量測定系に電源が供給され、ＣＰＵ２４等が動作を開始する。電源が遮断されている間もカウンタ３６はカウントを継続しているが、長い間にわたって電源が遮断されている場合には、カウンタ３６のカウント値は飽和値に達しており、カウントを停止している。
【００９２】
ＣＰＵ２４は、カウンタ３６の値を読み込み、カウンタ３６をリセットする。このように、カウンタ３６は、電源が遮断されている間、及び電源が供給されている間を、それぞれ独立してカウントする。電源が遮断されていた時間は、次に電源が計量装置に供給されたときに、ＣＰＵ２４がカウント値を読み込むことによって判る。また、電源が供給されたとき、ＣＰＵ２４は温度センサ２８から温度信号を読み込む。
【００９３】
電源供給時に読み込まれたカウント値が予め定めた値以上の場合には、長時間にわたって電源が遮断されていたとみなして、巡回型フィルタの出力ｈ（ｎΔｔ）を０にして、ＣＰＵ２４は巡回型フィルタの演算を開始する。
【００９４】
電源が遮断されることを検知したときに、ＣＰＵ２４は、重量測定系の電源が遮断された時点における巡回型フィルタの出力ｈ（ｎΔｔ）をＥＥＰＲＯＭに記憶させている。
【００９５】
電源が供給されたとき、カウンタ３６のカウント値が予め定めた値よりも小さい場合には、前回に電源を遮断してからの経過時間が短いので、前回電源を遮断したときに記憶させた出力ｈ（ｎΔｔ）をＥＥＰＲＯＭから読み出し、この値をフィルタ出力値とし、入力は０として、電源が遮断されていた時間をΔｔで除算した値（カウンタ３６のカウント値）だけ巡回演算をさせて、電源供給時のフィルタ出力ｈ（ｎΔｔ）を求める。
【００９６】
温度センサ２８の出力は、電源供給時にＣＰＵ２４によって読み取られる。ＣＰＵ２４は、この温度信号に基づいてＡｘｎ（θ）を求め、これを入力信号ｆ（ｎΔｔ）として巡回型フィルタに供給する。
【００９７】
ここまでの演算を、電源が供給された後のわずかな時間の間に行い、以後の巡回型フィルタの出力ｈ（ｎΔｔ）を求める計算は、Δｔの経過ごとに行う。このフィルタ出力を元に、補償値ｗｃを、ｚ（θ）−ｈ（ｎΔｔ）として演算する。Δｔごとにデジタル重量信号がＣＰＵ２４によって読み取られ、そのときに算出されている補償値ｗｃと加算されて、零点補償が行われる。時刻ｔｎ以後には、フィルタの出力値は入力値にほぼ等しくなっているので、補償演算を停止させることができる。また、継続的に演算を行っても良い。
【００９８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、計量装置に電源投入した直後に、重量信号の測定系に含まれる部品の発熱によって生じる重量信号のドリフトを、簡単な構成によって補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態の補償装置を備えた計量装置のブロック図である。
【図２】計量装置における電源供給後の重量信号の変化を示す図である。
【図３】計量装置の重量信号の変化を示す図と、この重量信号の変化を伝達関数によってシミュレーションする際に入力するステップ信号とを示す図である。
【図４】計量装置において、異なる温度における重量センサの零点出力の変化を示す図である。
【図５】図１の計量装置において電源の供給、遮断、電源再供給した場合の零点出力の変化を示す図である。
【図６】図１の計量装置において使用する巡回型デジタルフィルタのブロック図である。
【符号の説明】
１２  ロードセル
２４  ＣＰＵ（補償信号生成手段、演算手段）
２８  温度センサ
【図１】
2004279209.tif 000003
【図２】
2004279209.tif 000004
【図３】
2004279209.tif 000005
【図４】
2004279209.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004279209.tif 000008