(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重感応部からの荷重検出データを質量値に換算するための感度係数を、荷重感応部近傍の温度を計測する温度センサの出力と、あらかじめ記憶している温度補正係数とを用いた演算によって温度補償する温度補償演算手段を備えるとともに、荷重感応部近傍の温度を温度補償範囲の上限、下限およびその間の任意の１点の温度を含む３点以上の温度に変化させ、その各温度下で当該荷重感応部に一定荷重を作用させて得られる３点以上の荷重検出データを用いて、上記温度補正係数を自動的に算出して記憶する温度補正係数演算手段を備えた電子天びんにおいて、
上記温度補正係数演算手段が、荷重感応部近傍の温度を上昇もしくは下降させつつ上記３点以上の温度下で得た荷重検出データを、当該温度を下降もしくは上昇させつつ採取したときの荷重検出データに近づく向きに、あらかじめ設定されている当該電子天びんにおける荷重検出データの温度ヒステリシス差の１／２だけ補正したうえで、上記温度補正係数の演算に供す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、感度係数を温度補償するための温度補正係数を自動的に算出するプログラム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、測定皿上の荷重が荷重感応部に伝達され、その荷重感応部による荷重検出データに感度係数（スパン係数）を乗じることによって測定皿上の質量値を求め、計量値として表示器に表示する。荷重感応部としては、例えば電磁力平衡型等が多用されるが、この電磁力平衡型の荷重感応部では永久磁石の温度係数等に起因して、荷重検出データには温度による計測誤差が含まれ、また、他の形式の荷重感応部を用いるにしても、荷重検出データには同様の温度による計測誤差が含まれる。
【０００３】
そこで、電子天びんにおいては、通常、荷重感応部近傍に温度センサを配置してその温度を検出するとともに、その温度検出データとあらかじめ記憶している温度補正係数を用いた演算によって、感度係数を温度補正することによって、計量値の温度補償をすることが行われている。この温度補正係数は、電子天びんを恒温槽等に挿入して、荷重感応部近傍を含む全体の温度を温度補償範囲の上限、下限、並びにその間の任意の１点を含む３〜５点程度の温度に変化させ、その各温度下で荷重感応部に一定荷重を作用させて得られる３〜５点程度の荷重検出データを用いて算出され、一般には、感度係数Ｋを温度Ｔの関数として、
例えば、Ｋ（Ｔ）＝ａＴ2 ＋ｂＴ＋ｃ  ・・・・（１）
の形で、各係数ａ，ｂ，ｃが求められて電子天びんに格納される。
【０００４】
また、従来、以上の温度補正係数を算出するプログラムを電子天びん自体が備えている電子天びんも実用化されている。この種の電子天びんでは、上記のように恒温槽等に挿入してその温度を複数の温度に変化させ、各温度下で一定荷重を作用させて得られる荷重検出データを記憶し、その各荷重検出データから自動的に温度補正係数を算出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電子天びんにおいては、一般に、以上のような温度による荷重検出データの変化にはヒステリシスが存在する。すなわち、同じ温度下で同じ荷重を負荷した状態における荷重検出データでも、温度を上昇させることによってその温度に到達させたときと、温度を下降させることによってその温度に到達させたときの値は、僅かではあるが互いに異なるものとなる。
【０００６】
温度補正係数を算出するプログラムを備えた従来の電子天びんにおいては、以上のような温度ヒステリシスについては考慮されておらず、例えば温度を順次上昇させつつ、複数の温度下で一定荷重を負荷して得られた荷重検出データから温度補正係数を算出していた。従って、従来、その温度補正係数が正確に算出されていても、質量測定時における電子天びんの温度履歴が温度係数の算出時の履歴と同じであれば誤差は生じないものの、反対の履歴であれば温度ヒステリシスに起因する誤差が生じ、結局、電子天びんの公称精度としては温度ヒステリシスに起因する誤差分よりも高精度にはならないという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、従来の電子天びんにおいて温度ヒステリシスに起因して除去し得なかった誤差をより小さくすることができ、もって公称精度をより高精度とすることのできる電子天びんを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の電子天びんは、荷重感応部からの荷重検出データを質量値に換算するための感度係数を、荷重感応部近傍の温度を計測する温度センサの出力と、あらかじめ記憶している温度補正係数とを用いた演算によって温度補償する温度補償演算手段を備えるとともに、荷重感応部近傍の温度を温度補償範囲の上限、下限およびその間の任意の１点の温度を含む３点以上の温度に変化させ、その各温度下で当該荷重感応部に一定荷重を作用させて得られる３点以上の荷重検出データを用いて、上記温度補正係数を自動的に算出して記憶する温度補正係数演算手段を備えた電子天びんにおいて、上記温度補正係数演算手段が、荷重感応部近傍の温度を上昇もしくは下降させつつ上記３点以上の温度下で得た荷重検出データを、当該温度を下降もしくは上昇させつつ採取したときの荷重検出データに近づく向きに、あらかじめ設定されている当該電子天びんにおける荷重検出データの温度ヒステリシス差の１／２だけ補正したうえで、上記温度補正係数の演算に供するによって特徴づけられる。
【０００９】
本発明は、感度係数の温度補正を行うための温度補正係数を、電子天びんの荷重検出データの温度ヒステリシスを考慮して算出することによって、温度ヒステリシスに起因して補償し得なかった誤差分を約１／２程度に減少させようとするものである。
【００１０】
すなわち、電子天びんにおいては、一般に、図３にグラフを例示するように、荷重感応部近傍の温度を順次変化させつつ測定皿に一定荷重を負荷したとき、同じ温度下での荷重検出データであっても、温度上昇時と温度下降時におけるデータ値は互いに異なり、ヒステリシスループを描く。従来の電子天びんでは、天びん温度をＴ1 →Ｔ2 →Ｔ3 と上昇させつつ、各温度下で一定荷重を負荷して荷重検出データＤ1 ，Ｄ2 およびＤ3 を採取し、その各データＤ1 ，Ｄ2 およびＤ3 を用いて前記（１）式の各係数を算出するか、あるいは、天びん温度をＴ3 →Ｔ2 →Ｔ1 と下降させつつ同様に一定荷重を負荷して荷重検出データＤ3 ，Ｄ2 ′およびＤ1 を採取し、その各データＤ3 ，Ｄ2 ′およびＤ1 を用いて同じく（１）式の各係数を算出していた。従って、電子天びんの使用時、つまり質量測定時における天びん温度が温度補正係数算出時における温度履歴とは反対の履歴で例えば温度Ｔ2 に達している場合には、その計量値に温度Ｔ2 におけるヒステリシス差Δ分の誤差が生じ、結局、そのヒステリシス差Δに相当する誤差分を保証することはできなかった。
【００１１】
これに対し、本発明においては、同一機種の電子天びんでは荷重検出データの温度ヒステリシスループの形が略同等となることを利用し、あらかじめ各温度下でのヒステリシス差を求めておき、個々の電子天びんの温度補正係数の算出に当たっては、例えば天びん温度を上昇させつつ一定荷重を負荷して得た荷重検出データを、天びん温度を下降させたときに得られる荷重検出データに近づく向きに、ヒステリシス差の１／２だけ補正したうえで温度補正係数の算出に供する。すなわち、図３の例では、天びん温度を例えばＴ1 →Ｔ2 →Ｔ3 に上昇させつつ一定荷重を負荷して各荷重検出データＤ1 ，Ｄ2 およびＤ3 を採取し、このうち、温度ヒステリシスの影響のある荷重検出データＤ2 については、Δ／２を減算したうえで温度補正係数の算出に供する。これにより、質量測定時における天びん温度の履歴に係わらず、例えば温度Ｔ2 における計量値は、Δ／２に相当する誤差しか生じず、従って従来の温度ヒステリシスを考慮せずに温度補正係数を算出する場合に比して、その保証精度を１／２にすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について述べる。図１は本発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。荷重感応部１は、例えは電磁力平衡型の感応部であって、測定皿１ａ上の荷重に応じた信号を出力する。この荷重感応部１からの出力信号は、Ａ−Ｄ変換器２ａによってデジタル化された後、荷重検出データＤとして演算部３に刻々と採取される。演算部３は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、不揮発性ＲＡＭ３４、および入出力インターフェース３５を主体として構成されており、入出力インターフェース３５には計量値を表示するための表示器４や、各種指令を与えるための操作キー５が接続されている。また、荷重感応部１の近傍には温度センサ６が設けられており、その温度センサ６の出力についても、Ａ−Ｄ変換器２ｂによってデジタル化された後、温度検出データＴとして刻々と演算部３に取り込まれる。
【００１３】
演算部３では、ＲＡＭ３２に書き込まれている測定プログラムに従い、荷重検出データＤを採取するごとにそのデータＤをＲＡＭ３３内に格納するとともに、例えば最新の所定個数の荷重検出データを平均化し、更にその平均値に感度係数Ｋを乗じることによって測定皿上１ａの質量値を求め、表示器４に表示する。
【００１４】
感度係数Ｋは、前記した（１）式で示される温度Ｔの関数Ｋ（Ｔ）として不揮発性ＲＡＭ３４内に記憶されており、温度センサ６からの温度検出データＴの値に応じてその値が補正される。
【００１５】
さて、ＲＯＭ３２には、測定プログラムのほかに、感度係数Ｋ（Ｔ）の２次式中の各係数、つまり温度補正係数を自動的に算出して不揮発性ＲＡＭ３４内に記憶する温度補正係数演算プログラムが書き込まれており、この温度補正係数演算プログラムは、例えば操作キー５から特定のコマンドを与えることによって起動し、天びんの出荷前に実行される。以下、その温度補正係数演算プログラムについて詳述する。
【００１６】
図２は温度補正係数演算プログラムの実行する際の動作手順を示すフローチャートである。この例では、同一機種の電子天びんの温度ヒステリシスの実測結果に基づき、後述する温度Ｔ2におけるヒステリシス差Δが書き込まれている。また、この例は、天びん温度をその温度補償範囲の下限温度Ｔ1 、上限温度Ｔ3 、およびその中間温度Ｔ2 の３点に変化させて温度係数を算出する場合の例を示している。このプログラムの実行に際しては、天びん全体の温度を複数の規定温度に変化させるべく、電子天びんを収容可能な恒温槽等を用意するとともに、分銅等の一定質量の錘を用意する。そして、まず、恒温槽等の内部に電子天びんを挿入し、天びん温度を温度補償範囲の下限値Ｔ1 にまで上昇させ、その状態で一定質量を測定皿１ａ上に負荷する。電子天びんでは、その状態における荷重検出データを刻々と採取して規定個数だけ平均化し、その値を温度上昇時における温度Ｔ1 での荷重検出データＤ1 としてをＲＡＭ３３内に記憶する。
【００１７】
次に、恒温槽等の温度制御により、天びん温度を中間温度Ｔ2 にまで上昇させた後、その状態で測定皿１ａ上に一定質量を負荷する。電子天びんでは、このときの荷重検出データを刻々と採取して規定個数だけ平均化し、その値を温度上昇中における温度Ｔ2 での荷重検出データＤ2 としてＲＡＭ３３内に記憶する。更に恒温槽等の温度制御によって天びん温度を上限温度Ｔ3 にまで上昇させ、同じくその状態で測定皿１ａ上に一定質量を負荷することにより、上記と同様にして温度Ｔ3 における荷重検出データＤ3を ＲＡＭ３３内に記憶し、測定動作を終了する。
【００１８】
この電子天びんの温度ヒステリシス特性が図３に示す通りであったとすると、以上の測定動作の結果として、ＲＡＭ３３内には、温度上昇時の温度Ｔ1、Ｔ2およびＴ3における各荷重検出データＤ1，Ｄ2およびＤ3が格納されることになる。電子天びんには、前記したように温度Ｔ2におけるヒステリシス差Δが書き込まれており、採取した温度検出データのうち、温度Ｔ2 におけるデータＤ2 については、Ｄ2 −Δ／２に補正されたうえで、温度補正係数の算出に供される。すなわち、温度Ｔ2 における荷重検出データは、実質的に、実際に採取した温度上昇時におけるＴ2 での荷重検出データＤ2 と、温度下降時におけるＴ2 での荷重検出データＤ2 ′との平均値（Ｄ2 ＋Ｄ2 ′）／２を用いるのと等価となり、温度補正係数の算出のためのデータ採取に要する時間を従来の電子天びんと同等としながら、温度ヒステリシスに起因する誤差を約１／２にすることができる。
【００１９】
ここで、恒温槽等によって天びん全体の温度を変化させるには相当の時間を要し、例えばある温度での荷重検出データを採取してから次の温度にまで天びん温度を変化させて荷重検出データを採取するのに数時間を要するのであるが、同一機種の天びんでは温度ヒステリシスループが略同一であることを利用して、そのヒステリシス差をあらかじめ電子天びんのＲＡＭ３２内に書き込んでおくだけで、温度の上昇時もしくは下降時の荷重検出データのみを採取して、温度ヒステリシスに起因する誤差約１／２にすることができ、温度の上昇および下降時の双方のデータを採取する場合に比して、そのデータ採取時間を短縮化することができる。
【００２０】
なお、以上の実施の形態では、温度補正係数の算出時に用いられる荷重検出データとして、温度補償範囲の上限、下限およひその中間の温度の合計３点のデータを用いたが、４点以上の温度におけるデータを用いてもよいことは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電子天びんの感度係数を温度補正する温度補正係数が、当該電子天びんの温度ヒステリシスを考慮して算出されるから、従来の電子天びんに比して、温度ヒステリシスに起因する最大誤差を約１／２に軽減させることが可能となり、ひいては電子天びんの公称精度を約１／２に減少させることができる。
しかも、温度補正係数を算出するための荷重データの採取は、温度の上昇時もしくは下降時のいずれかでよいため、データ採取に要する時間をヒステリシスを考慮しない従来の電子天びんと同等としながらも、上記の効果を奏することが可能となる。
【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ブロック図である。
【図２】  図１の実施の形態におけるＲＯＭ３２に書き込まれている補正係数演算プログラムの実行時における動作手順を表すフローチャートである。
【図３】  電子天びんの荷重検出データの温度ヒステリシスの例を示すグラフである。
【符号の説明】
１  荷重感応部
１ａ  測定皿
２ａ，２ｂ  Ａ−Ｄ変換器
３  演算部
３１  ＣＰＵ
３２  ＲＯＭ
３３  ＲＡＭ
３４  不揮発性ＲＡＭ
３５  入出力インターフェース
４  表示器
５  操作キー
６  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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