(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重による変位或いは変形を電気量に変換して当該荷重を計量し、かつ当該変位部或いは変形部の温度を計測し、当該計測温度と当該変位部或いは変形部が有する温度係数とによって計量荷重を補正するようにした温度補正手段を有し、かつ当該変形或いは変位部に対する荷重の継続的な負荷により生じるクリープ現象によって計量値が変化する電子秤において、クリープ現象により変化した計量値の量を、温度を要因と仮定したときに当該クリープ現象による計量値の変化と同一の計量値の変化を生じる温度の値に換算し、この換算値を等価温度とする手段を有し、前記クリープ現象による計量値の変化の補正を、当該算出した等価温度を補正値として温度補正手段によって補正するよう構成したことを特徴とする温度補正手段を用いてクリープ補正をする電子秤。
【請求項２】
荷重による電磁部の変位を平衡させる電気量を出力して当該電気量から当該荷重を計量し、かつ当該電磁部温度を計測し、当該計測温度と当該電磁部が有する温度係数とによって計量値を補正するようにした温度補正手段を有し、かつ当該電磁部に対する荷重の継続的な負荷により生じるクリープ現象によって計量値が時間の経過を要因として変化する現象を有する電磁平衡式の電子秤において、クリープ現象により変化した計量値の量を、温度を要因と仮定したときに当該クリープ現象による計量値の変化と同一の計量値の変化を生じる温度の値に換算し、この換算値を等価温度とする手段を有し、前記クリープ現象による計量値の変化の補正を、当該算出した等価温度を補正値として温度補正手段によって補正するよう構成したことを特徴とする温度補正手段を用いてクリープ補正をする電子秤。
【請求項３】
電磁部温度を計測する手段のうち少なくとも一つは電磁部のマグネットに配置されていることを特徴とする請求項２記載の温度補正手段を用いてクリープ補正をする電子秤。
【請求項４】
荷重により起歪体が変形し、この変形を電気量に変化して当該荷重を計量し、かつ変形部の温度を計測し、当該計測温度と当該変形部が有する温度係数とによって計量荷重を補正するようにした温度補正手段を有し、かつ当該変形部に対する荷重の継続的な負荷により計量値が時間の経過を要因として変化する現象を有するロードセル式の電子秤において、クリープ現象により変化した計量値の量を、温度を要因と仮定したときに当該クリープ現象による計量値の変化と同一の計量値の変化を生じる温度の値に換算し、この換算値を等価温度とする手段を有し、前記クリープ現象による計量値の変化の補正を、当該算出した等価温度を補正値として温度補正手段によって補正するよう構成したことを特徴とする温度補正手段を用いてクリープ補正をする電子秤。
【請求項５】
秤量物の荷重の負荷時間を計測する手段と、時間の経過を要因とする計量値の変化を測定する手段と、当該計量値の変化量に対応する等価温度を算出する手段とを有し、電子秤の調整時においては、秤量物の荷重の負荷時間を計測する手段により計測された荷重の負荷時間と、時間の経過を要因とする計量値の変化を判定する手段とにより当該計量値の変化を測定し、かつ当該変化量に対応する等価温度を算出し、電子秤の通常使用時においては、算出された等価温度により温度補正手段において温度補正として当該時間の経過を要因とする計量値の変化を補正することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の温度補正手段を用いてクリープ補正をする電子秤。
【請求項６】
秤量物の荷重の負荷時間を計測する手段により当該負荷時間が予め設定された時間になったと判定されたときに、計量値データと時間データが計量値変化測定手段に出力されるよう構成したことを特徴とする請求項５記載の温度補正手段を用いてクリープ補正をする電子秤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁平衡式秤量装置、起歪体を用いたロードセル式秤量装置等の電子秤に係り、特に時間の経過を要因とする装置の感度変化を温度補正手段を用いて補正できるようにした電子秤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁平衡式秤量装置、或いは起歪体を用いたロードセル式秤量装置等の所謂電子秤と称される高感度の秤量装置においては、その高い感度故に外乱の影響も大きい。特に温度（温度の変化）は感度変化を起こす大きな要因となっている。
【０００３】
図４は電子秤のうちでも、特に高い分解能を有している電磁平衡式秤量装置（電子天秤）を示す。この電子天秤ではマグネット２１、ポールピース２２、ヨーク２３により磁気回路が形成され、秤量皿２４に荷重ＷＮが負荷されると、この荷重ＷＮは支点２５を中心としてビーム２６を揺動変位させようとし、この変位は位置センサ２８により検出される。位置センサ２８の変位信号に対応して電流制御部２９はフォースコイル２７に電流を流し、これにより前記ビーム２６を平衡させる。こフォースコイル２７に出力される電流はＡ／Ｄ変換部３１を経て演算手段３３にデジタル出力され、演算手段においてこの電気量から荷重ＷＮの計量値が算出され、表示手段３４に表示される。なお図中ロバーバル機構等は省略されている。
【０００４】
この電子天秤において、前記マグネット２１の磁界の強さの温度係数は−２００〜−３００ｐｐｍ／℃とかなり大きいため、秤量装置としての感度を保持する必要上マグネット２１近傍に温度センサ３０を設けて温度を計測し、この温度センサ３０から出力された温度データはＡ／Ｄ変換部３２を介して演算手段３３に出力され、この温度データにより計量値を温度補正するよう構成されているものが多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
秤量皿に荷重を負荷し計量値が安定したならばこれを読み取り、直ちに荷重を除くといった使用方法の場合には正しい質量表示を行う上記電子天秤も、試料を長時間負荷して、この試料の経時的変化をみるような場合、試料により負荷された荷重の計量値が、試料自体の経時的変化に起因する変化とは別な変化を起こす場合がある。
【０００６】
図５は電子天秤おける経時的な計量値の変化を示す。時間ｔ１において荷重を負荷し、かつ時間ｔ２において荷重を除いた場合、この間の経過時間Δｔにおける荷重の計量値の変化を示している。線図Ｌ１、Ｌ２は計量値の変化の例を、またＬ３は負荷された荷重の真値それぞれ示している。図からも明らかなとおり時間の経過を要因として計量値が変化するクリープ現象を生じていることがわかる。
【０００７】
従来は、フォースコイル２７に電流を流すことによる発熱で、マグネット２１が温度変化し、かつこのマグネット２１の温度変化によってマグネット２１によ磁界が変化すること、即ちマグネット２１の温度のみを変化の要因として温度補正することにより計量値を補正しており、荷重負荷時にクリープが発生しないよう温度センサ３０の位置を調整していた。しかしこのように調整された温度センサの位置は、電子秤の周囲の温度変化を検出する点からは最適な位置ではなく、現実には温度補正のみでは電子秤の精度の確保に限界があった。また電子秤に負荷された荷重によって機構部分に加わるストレスにより、フォースコイルの発熱よりも速い成分のクリープが発生することもあり、温度センサの位置を調整するだけではクリープの発生を防止しきれない場合も生じている。
【０００８】
このため、高分解能の秤量装置においてより高い精度を得るには、特にクリープの補正に当たっては、長期間の試験によりこの秤量装置のクリープ特性を検出し、かつこの検出したデータにより温度補正とは別な演算回路によりクリープ補正を行うようになっている。この結果、演算回路は複雑化しかつ装置全体は高価なものとなることは否めない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点に鑑み構成したものであって、荷重による変位或いは変形を電気量に変換して当該荷重を計量し、かつ当該変位部或いは変形部の温度を計測し、当該計測温度と当該変位部或いは変形部が有する温度係数とによって計量荷重を補正するようにした温度補正手段を有し、かつ当該変形或いは変位部に対する荷重の継続的な負荷により生じるクリープ現象によって計量値が変化する電子秤を前提とし、クリープ現象により変化した計量値の量を、温度を要因と仮定したときに当該クリープ現象による計量値の変化と同量の計量値の変化を生じる温度の値に換算し、この換算値を補正値（等価温度）とする手段を有し、前記クリープ現象による計量値の変化の補正を、当該算出した等価温度を補正値として温度補正手段によって補正するよう構成したことを特徴とする温度補正手段を用いてクリープ補正をする電子秤である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
例えば電子天秤において、温度補正用の温度センサが電磁部、特に電磁部のマグネットに設けられている。電子秤の調整時において秤量物の荷重が負荷されると、この荷重の負荷時間が計測され、時間の経過を要因としてこの荷重の計量値の変化を計測する。
【００１１】
この計測の結果、荷重負荷後計量値が安定した時の計量値を基準とし、経時的にこの計量値が変化した場合にはクリープとして、この変化量を計測する。計量値の変化量は、この電子天秤が有している温度特性、直接的には電子天秤電磁部のマグネットの温度係数に基づいて、実際にマグネット温度が変化したと仮定した時に生じる計量値の変化量に対応する温度（以下「等価温度」とする）に換算され補正値とされる。
【００１２】
前記等価温度が算出されれば、この等価温度データを温度補正手段に出力し、時間の経過を要因とする計量値の変化を、この等価温度データを補正値とすることにより温度補正として計量値を補正する。またこの場合、マグネットの実際の計測温度も変化している場合にはこの実際の計測温度と前記等価温度を含めて温度補正手段により温度補正として計量値を補正する。
【００１３】
【実施例】
図１は本発明の一実施例を示す電子天秤のブロック図である。
図において秤量物の荷重ＷＮが負荷されると、この荷重によるビームの変位は位置センサ１が検知し、その変位信号に対応して電流制御手段２が電磁部３のフォースコイルに電流を流し、これにより前記ビームを平衡させる。この電流制御手段２から出力された電流はＡ／Ｄ変換部４を経て温度補正手段９に対し重量デジタル信号ＷＳ１として出力される。
【００１４】
一方電磁部３、特に電磁部３のマグネット（図４も合わせて参照）には温度センサ７が配置されてマグネットの温度を検知し、この温度データはＡ／Ｄ変換部８を経て計測温度デジタル信号ＴＳ１として温度補正手段９に至る。温度補正手段９においては、前記重量デジタル信号ＷＳ１と計量温度デジタル信号ＴＳ１から重量値の温度補正を行い、温度補正後の重量デジタル信号ＡＷを演算手段５に出力する。この演算手段５において重量デジタル信号ＷＳ１から秤量物の計量値が算出され、かつ表示手段６に対し計量値デジタル信号ＷＳ２として出力され、当該表示手段６において計量値が表示される。
【００１５】
次に電子秤天秤の調整時において、符号１０は時計手段であって、演算手段５から出力される計量値デジタル信号ＷＳ２の出力時間を計測するものである。１１は計量値変化測定手段であって、電子天秤に対する秤量物の荷重の負荷時間が一定時間以上となった場合に、真値に対する計量値の変化を測定する。また１２は等価温度算出手段であって、時間の経過を要因として変化した計量値の変化量と、温度の変化を要因と仮定したときに変化する計量値の変化量とが同一となるときの温度である等価温度を算出する手段である。
【００１６】
図２は上述した構成の作動状態の一例を示すフロー図であるが、その作動の状態は前記図１の構成と併せて説明する。
調整時においては、既に設定されている等価温度の影響を受けないようにするため、先ず等価温度デジタル信号ＴＳ２の出力を停止する（Ｓａ１）。この新たな状態において前記温度センサ７が電磁部３のマグネット温度を計測している状態で秤量物の荷重ＷＮが負荷される（Ｓａ２）。荷重の負荷による重量デジタル信号ＷＳ１は温度補正手段９及び演算手段５において秤量物の荷重の計量値として算出され計量値デジタル信号ＷＳ２が表示手段６に出力される。
【００１７】
前記秤量物ＷＮの負荷（Ｓａ２）の際に、この計量値デジタル信号ＷＳ２は時計手段１０によって計測され（Ｓａ３）、予め設定された一定時間の計測を行い（Ｓａ４）、計量値変化測定手段１１に対して計量値デジタル信号ＷＳ２が出力されると共に前記時計手段１０から時間データｔＳが出力され、時間の経過を要因とする計量値の変化が測定される（Ｓａ９）。これにより例えば図５の線図Ｌ１に示すような時間の経過を要因とする計量値の変化のデータを得る。この場合秤量物の荷重の真値に対する計量値の変化量を算出する。なお荷重負荷後秤量物の計量値が安定した時点での計量値がこの真値にほぼ対応する。
【００１８】
測定されたクリープ量により、前述のとおり時間の経過を要因として変化した計量値の変化量と、温度の変化を要因としたときに変化する計量値の変化量とが同一となるときの温度である等価温度、つまり温度に起因しないと考えられる計量値の変化を、温度変化による計量値の変化としてとらえた場合、更に換言すれば温度が変化したと仮定したときの計量値の変化量と同一の変化量となる温度（ダミー温度）を等価温度として算出（Ｓａ１１）する。この等価温度を補正値として、或いは実際に温度変化があった場合にはこの実際の温度変化データを加えて最終的な等価温度としての補正用温度データを作成する（Ｓａ１２）。この補正用温度データは等価温度デジタル信号ＴＳ２として前記温度補正手段９に出力され（Ｓａ６）、実際には時間の経過を要因とするクリープ補正であるものを温度の変化を要因とする温度補正として、クリープ補正用の手段を設けることなく、温度補正手段９のみを用いて補正を行い（Ｓａ７）、この補正値を計量値として表示する（Ｓａ８）。
【００１９】
なお、上記の説明では、クリープ補正の内容を明瞭にするために温度センサ７から出力される温度データについては変化がないこと、つまり実際に計測した温度のデータを使用する必要がない場合を例に説明した。温度の変化により実際に計測された温度データである計測温度デジタル信号ＴＳ１による温度補正も併せて行う必要がある場合については後述する具体例を用いて説明する。
【００２０】
次に、特定の数値を用いてフローをより具体的に説明する。
先ず電子天秤は秤量１００ｇ、最小表示０．０００１ｇのものとする。また説明を分かりやすくするため、電磁部のマグネットの温度係数は−２００ｐｐｍ／℃、荷重なしの場合にフォースコイルの電流がゼロ、即ち重量データＷはゼロ、１００ｇ荷重負荷時の重量データＷは１，０００，０００とする。なお発明者等による試験の結果、フォースコイルに電流を流すことにより生じる磁界がマグネットの磁界に与える影響は、このフォースコイルの電流値と負荷された荷重の重量値とされる値との関係において２次関数、或いはこれに近似した関係をもつものが多いが、この点も説明を簡便化するため前記マグネットの磁界に与える影響を、電流値に比例するものとして以下説明する。
【００２１】
電子天秤の調整時に１００ｇの荷重を加えて１００．００００ｇ（重量データＷｓ＝１，０００，０００）を表示し、かつ最終的に１００．００１０ｇ（重量データＷｅ＝１，０００，０１０）で収束したとする。この時の温度データもＴａとして記憶する。これらの計量値の変化からマグネットによる磁界は下記式のとおり−１０ｐｐｍ減少したものと見なせる。
（Ｗｓ−Ｗｅ）／Ｗｓ＝−１０／１，０００，０００＝−１０ｐｐｍ・・（１）
ここで、マグネットの温度係数は−２００ｐｐｍ／℃であるので、上記−１０ｐｐｍの温度変化は、下記式で示される。
−１０ｐｐｍ／−２００ｐｐｍ／℃＝０．０５℃・・・・（２）
【００２２】
即ち、上記式（２）により、重量データＷが１，０００，０００の場合、この変化を温度が０．５℃変化したものと見なすことができ、この温度データ（等価温度）を用いて温度補正としてクリープ補正可能であることを示している。
よって温度補正における温度データを修正する最大値Δｔmax と重量データＷとの関係は次の式（３）のようになる。
Δｔmax ＝０．０５×Ｗ／１，０００，０００・・・・（３）
【００２３】
荷重の継続負荷時の変化量が温度に対して影響を受ける場合には、上記式（３）に対して要因として温度の変化を加える。計量時の温度をｔとし、かつ調整時の温度は前述のとおりＴａであるから、荷重継続負荷時の変化量は、温度に対してリニアであるとして下記式（４）により表される。ここでｋは荷重継続負荷時の計量値の変化量が温度に対して有している感度を決定する定数を示す。
Δｔmax ＝〔０．０５＋ｋ×（ｔ−Ｔａ）〕×Ｗ／１，０００，０００・・・（４）
【００２４】
計量値は荷重が負荷された後時間の経過と共に徐々に変化していくので、前記Δｔmax に時間要素加味して温度データを修正する。これは、回路的にはΔｔmax を入力として、これをローパスフィルタを通過させることにより実現可能であり、その変化の度合いはローパスフィルタの強さを調整することにより実施できる。ローパスフィルタとして機能させる単純な方法は移動平均処理であり、平均化を行うデータ数を変更することによりローパスフィルタの強さの調整が可能である。以上の例において、Δｔmax に対して時間要素を加味したデータΔｔを求め、温度補正手段においてこのデータΔｔを温度データに対して加算或いは減算して荷重継続負荷による変化を補正する。
【００２５】
図３は上記具体例と関連して図２に示すフローのうち、特に等価温度の算出（Ｓａ１１）から表示（Ｓａ８）までを具体的に示すフロー図である。
先ずＡ／Ｄ変換部８を介して出力される計測温度デジタル信号ＴＳ１として温度データｔを採取し、記憶する（Ｓｂ１）。また同様にＡ／Ｄ変換部４を介して出力される重量デジタル信号ＷＳ１により重量データＷを採取して記憶する（Ｓｂ２）。これら重量データＷ及び温度データｔを変数とした計算式により、重量データＷでかつ温度データｔのときの温度データ修正値の最大値Δｔmax を算出する（Ｓｂ３）。ステップＳｂ３として示される式のうち、ａ、Ｗｂ、ｋ及びＴａは電子天秤調整時のデータや、電子天秤の機種毎に設定される固有の定数を意味する。なお、前述のように、試験の結果、ステップＳｂ３の式はＷの二次式とする方が実際の変化に則するものが多いが、この場合は個々の試験に基づいた特定の二次式がステップＳｂ３に示されることになる。
【００２６】
次に前記Δｔmax に対して時間要素を加味するため、前述の如くローパスフィルタを通してその出力信号ＴＳ２として等価温度Δｔをえる（Ｓｂ４）。なおローパスフィルタの強さは継続負荷されている荷重の計量値の変化速度に合わせて、電子天秤の機種毎に調整することになる。
【００２７】
続いて温度データｔと温度データの修正値Δｔから温度補正で使用する温度データｔc を求め（Ｓｂ５）、重量データＷをこの温度データｔc で  温度補正してＤｔc を得る（Ｓｂ６）。このＤｔc は荷重の継続負荷による誤差を補正した重量データとなり、この重量データＤｔc を更にリニアリティーやキャリブレーション等、必要とする各種補正を行って（Ｓｂ７）、最終的な計量値Ｄを表示する（Ｓｂ８）。
【００２８】
上述のように温度データを用いて時間の経過を要因とするクリープの補正は、継続的な荷重負荷がある場合に、その計量誤差が生じない位置に温度センサを配置したことと同等であり、かつ実際の温度を検出する温度センサは予め温度計測対象の温度を正確に計測できる位置に配置されているので、当然ながら温度補正そのものも正確に実行することができる。
【００２９】
以上本発明を主として電磁平行式秤量装置である電子天秤を例に説明したが、例えば起歪体を用いたロードセル式秤量装置においても起歪体固有のクリープ特性を有しており、温度補正を行っているロードセル式秤量装置であれば当然本発明の実施が可能である。また従来温度補正を行っていなくとも、ロードセル式秤量装置の分解能の向上により、温度の影響が無視出来なくなくなっている現状において、温度補正システムと平行して、この温度補正システムにクリープ補正システムを組み込んだ補正システムを搭載することは可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上本発明を各実施例により説明した如く、本発明はクリープによる計量値の変化を、温度が変化したときの計量値の変化に対応する等価温度として算出し、この等価温度を用いて温度補正手段によりクリープ補正するよう構成したので、クリープ補正をするための特別の演算手段を必要とせず、従って演算回路が複雑化することなくクリープ補正が可能となる。
【００３１】
また、温度データを用いてクリープ補正を行うものであるため、荷重の継続的負荷による計量値の変化に対しても、実際の温度の変化に対しても、温度データを変更するだけで簡単に対応することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示すプロック図である。
【図２】  本発明の作動状態の一例を示すフロー図である。
【図３】  図２に示すフローのうち特に補正用温度データの作成から表示までを具体的に示したフロー図である。
【図４】  従来の温度補正システムを示す電磁平行式電子秤の概念図である。
【図５】  電磁平行式電子秤のクリープを示す線図である。
【符号の説明】
３  電磁部
５  演算手段
６  表示手段
７  温度センサ
９  温度補正手段
１０  時計手段
１１  計量値変化測定手段
１２  等価温度算出手段
ＡＷ  温度補正後デジタル信号
ｔＳ  時間信号
ＴＳ１  計測温度デジタル信号
ＴＳ２  等価温度デジタル信号
ＷＮ  荷重
ＷＳ１  重量デジタル信号
ＷＳ２  計量値デジタル信号
【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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