JP3473197B2 - 電子天びん - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電磁力平衡型の電子
天びんに関し、更に詳しくは、被測定荷重による荷重受
部の変位検出信号をデジタル変換し、そのデジタル変換
データを用いて平衡動作を制御する、いわゆるデジタル
サーボ機構を備えた電子天びんに関する。 【０００２】 【従来の技術】電磁力平衡型の電子天びんにおいては、
一般に、被測定荷重による荷重受部のバランス点からの
ずれを変位センサで検出し、その検出結果に応じた電流
を、静磁場内に置かれたフォースコイルに流すことによ
って、被測定荷重に対応した電磁力を発生して荷重受部
のバランス点からのずれを修正するサーボ系を備えてお
り、被測定荷重と発生電磁力とが平衡して荷重受部がバ
ランス点にある状態でフォースコイルに流れる電流の大
きさから、被測定荷重の大きさを求める。 【０００３】このような電磁力平衡型の電子天びんにお
けるサーボ系としては、従来、アナログサーボが多用さ
れていたが、変位センサの出力の増幅信号をデジタル変
換して、そのデジタル変換データを用いたデジタル演算
によってフォースコイルに流すべきフィードバック電流
値を決定する、いわゆるデジタルサーボ方式のものも提
案されている（例えば特開平３−６５３２６号）。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、電子天びん
のサーボ系に上述のようなデジタルサーボ方式を採用す
る場合、変換速度が速く、かつ、ビット数の多いＡ−Ｄ
変換器を用いる必要があり、しかも、Ａ−Ｄ変換器のゼ
ロ点やスパンがドリフトしたり、あるいはリニアリティ
が変化すると、測定値に影響を及ぼすため、このような
ドリフト等の生じない安定度の高い方式を採用したＡ−
Ｄ変換器が必要となり、これらの全てを満足するＡ−Ｄ
変換器は極めて高価となるという問題がある。 【０００５】本発明の目的は、Ａ−Ｄ変換器のゼロ点や
スパンのドリフト、あるいはリニアリティが変化して
も、測定値に影響を与えることがなく、もって簡単な方
式の安価なＡ−Ｄ変換器を用いて、高分解能で高精度の
デジタルサーボ方式の電子天びんを提供することにあ
る。 【０００６】 【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、図１に例示するように、磁
界中に設けたフォースコイル２に電流を流すことによっ
て発生する電磁力を被測定荷重Ｗと平衡させ、その平衡
状態でフォースコイル２に流れる電流の大きさから被測
定荷重を求める天びんにおいて、被測定荷重Ｗによる荷
重受部１の変位の検出信号Ｄをデジタル化するＡ−Ｄ変
換器６と、そのＡ−Ｄ変換器６からのデジタルデータを
用いてフォースコイル２に流すべきフィードバック電流
値を決定するデジタル演算・制御手段７と、そのデジタ
ル演算・制御手段７から供給されるデータに応じた電流
をフォースコイル２に供給する電流供給手段８を備えて
いるとともに、Ａ−Ｄ変換器６には、荷重受部１の変位
検出信号Ｄと、当該変位検出信号Ｄの基準点信号Ｄ0 と
が、あらかじめ設定された周期で選択的に入力され、デ
ジタル演算・制御手段７は、そのＡ−Ｄ変換器６からの
刻々のデジタルデータを用いて、変位検出信号Ｄのデジ
タル変換データが基準点信号Ｄ0 のデジタル変換データ
に一致するよう、フィードバック電流値を決定すること
によって特徴づけられる。 【０００７】 【作用】通常のデジタルサーボ方式を採用した電子天び
んにおいては、荷重受部の変位検出信号のデジタル変換
データを用いたＰＩＤ演算等によって、偏差が０となる
よう、つまり荷重受部の変位検出値が０となるように、
フィードバック電流値を決定する。従って変位検出信号
をデジタル化するＡ−Ｄ変換器に例えばゼロ点ドリフト
が生じた場合、見かけ上偏差が０となるようにサーボ系
が有効に機能しても、実際にはドリフト分の偏差が残っ
た状態で系がバランスしてしまい、バランス点がずれ、
測定値に影響を及ぼす。 【０００８】一方、本発明では、Ａ−Ｄ変換器６へのア
ナログ入力が、荷重受部１の変位の検出信号Ｄと、その
変位検出信号の基準点信号Ｄ0 に周期的に切り換えら
れ、デジタル演算・制御手段７には変位検出信号Ｄとそ
の基準点信号Ｄ0 のそれぞれのデジタル変換データが供
給される。そして、デジタル演算・制御手段７では、変
位検出信号Ｄのデジタル変換データが基準点信号Ｄ0 の
デジタル変換データと一致するようにフィードバック電
流値を決定する。すなわち、デジタル演算・制御手段７
においては、変位検出信号Ｄのデジタル変換データが絶
対的に０を表す値となるようにフィードバック電流値の
大きさを制御するのではなく、そのデジタル変換データ
が基準点信号Ｄ0 を表す値となるようにフィードバック
電流値の大きさを制御する。 【０００９】従って、本発明の構成において、Ａ−Ｄ変
換器６に例えばゼロ点ドリフトが生じて、その分だけ変
位検出信号Ｄのデジタル変換データが変化しても、基準
点信号Ｄ0 のデジタル変換データについても、同じＡ−
Ｄ変換器６によってデジタル化されているが故に同じ量
だけ変化しており、これらの両データが一致するように
フィードバック電流値を制御すれば、Ａ−Ｄ変換器６の
ドリフト分はキャンセルされ、バランス点のずれや測定
値への影響は生じない。また、変位検出信号Ｄとその基
準点信号Ｄ0 の両デジタル変換データを一致させるよう
に制御が行われる関係上、Ａ−Ｄ変換器６のスパンドリ
フトやリニアリティの変化が生じても、系のゲインの増
減に影響を及ぼすものの、バランス点はずれず、従って
測定値が影響を受けることがない。 【００１０】 【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の全体
構成を示すブロック図で、図２は図１において一点鎖線
で囲んだ部分の具体的回路構成例を示す図である。 【００１１】被測定荷重Ｗが負荷される測定皿１ａは、
図中上下方向に変位自在の荷重受部１に支承されてい
る。荷重受部１にはフォースコイル２が装着されてお
り、このフォースコイル２は、永久磁石を主体とする磁
気回路（図示せず）が作る静磁場内に配置されており、
そこに流れるフィードバック電流の大きさに応じた電磁
力を発生して、以下に示すように、被測定荷重Ｗに抗し
て荷重受部１が所定位置に位置するようにバランスさせ
る。 【００１２】荷重受部１の変位は、例えば２つのフォト
センサを用いた変位センサ３によって検出される。変位
センサ３の出力はプリアンプ４で増幅され、変位検出信
号Ｄとしてスイッチ５を介してＡ−Ｄ変換器６に入力さ
れる。スイッチ５には、プリアンプ４からの変位検出信
号Ｄのほかに、変位センサ３の基準点に相当する信号Ｄ
0 、すなわち、図２の例では変位センサ３を構成する２
つのフォトセンサの中点の電位信号、つまり基本的に０
Ｖとなる信号Ｄ0 が導かれている。そして、このスイッ
チ５はデジタル演算・制御部７からの制御信号によって
一定の周期で切り換えられ、従ってＡ−Ｄ変換器６のア
ナログ入力には、一定の周期で変位検出信号Ｄと基準点
信号Ｄ0 とが交互に入力されることになる。 【００１３】Ａ−Ｄ変換器６は、一定周期のトリガーパ
ルスＰT の入力により、電圧が−Ｖ〜＋Ｖの間で変化す
るのこぎり波を発生するのこぎり波発生回路６１と、そ
ののこぎり波発生回路６１の出力と当該Ａ−Ｄ変換器６
へのアナログ入力を比較するコンパレータ６２、そのコ
ンパレータ６２の出力とクロックパルスＰC とを入力と
するＡＮＤゲート６３、そのＡＮＤゲート６３を通過し
たクロックパルスＰCを計数し、リセットパルスＰR の
到来によってその計数値を出力すると同時にリセットす
るカウンタ６４によって構成されており、図３に各部の
信号波形を示すタイムチャートを例示するように、のこ
ぎり波の１周期のうち、アナログ入力つまり変位検出信
号Ｄまたは基準点信号Ｄ0 の電圧値がのこぎり波の電圧
値を越えている時間内でのクロックパルス数をカウンタ
６４で計数し、その計数値をデジタル変換値として出力
する。このＡ−Ｄ変換器６によれば、アナログ入力が０
Ｖである状態で、そのデジタル変換出力が１／２フルス
ケール値となる。なお、トリガーパルスＰT やリセット
パルスＰR 等はデジタル演算・制御部７から供給され
る。また、前記したスイッチ５についても、デジタル演
算・制御部７からの指令によって駆動制御される。 【００１４】Ａ−Ｄ変換器６のデジタル変換出力、すな
わち変位検出信号Ｄのデジタル変換データと、基準点信
号Ｄ0 のデジタル変換データは、それぞれデジタル演算
・制御部７に取り込まれ、フォースコイル２に流すべき
フィードバック電流値の大きさの決定に供される。デジ
タル演算・制御部７では、以下に例示する手法によって
フィードバック電流値を決定し、その決定結果を電流供
給部８に供給すると同時に、その刻々のフィードバック
電流値を平均化処理した上で一定の係数（スパン係数）
を乗じる等によって測定値（計量表示値）を決定し、そ
の値を表示器９に表示させる。 【００１５】電流供給部８は、デジタル演算・制御部７
から供給されたデータに応じた大きさの電流を発生して
フォースコイル２に流すためのもので、例えばＤ−Ａ変
換器とその出力電圧を電流に変換する電圧／電流変換回
路を用いたもの、あるいは定電流源とその出力電流をス
イッチングするスイッチング回路を備えるとともに、そ
のスイッチング回路の動作を入力データに応じて制御す
ることによって、一定波高値・一定周期のパルス電流
で、しかもそのデューティを入力データの大きさに応じ
て変化させる、いわゆるパルス幅変調方式を用いたもの
等、公知の回路を採用することができる。なお、この電
流供給部８には、フォースコイル２が置かれる静磁場を
生成するための永久磁石の近傍の温度を測定する温度セ
ンサ１０の出力が導入されており、この温度センサ１０
の出力によって、永久磁石の温度変化による発生電磁力
の変化を補償すべく、フィードバック電流の大きさが補
正される。 【００１６】さて、デジタル演算・制御部７において
は、変位検出信号Ｄと基準点信号Ｄ0のデジタル変換デ
ータがＡ−Ｄ変換器６を通じて交互に入力され、これら
を用いて、変位検出信号Ｄのデジタル変換データが基準
点信号Ｄ0 のデジタル変換データと一致するように、フ
ィードバック電流値を決定する。すなわち、例えば変位
検出値をＰＩＤ（比例・積分・微分）演算してフィード
バック電流値を決定する場合、単純に変位検出信号Ｄの
デジタル変換データをパラメータとして演算を行うので
はなく、変位検出信号Ｄのデジタル変換データと基準点
信号Ｄ0 のデジタル変換データの差をパラメータとして
ＰＩＤ演算する。 【００１７】ここで、Ａ−Ｄ変換器６に基準点信号Ｄ0
が入力されている状態においては、デジタル演算・制御
部７にはその時点における変位検出信号Ｄの情報が供給
されない。そのため、基準点信号Ｄ0 のデータを取り込
んでいる状態においては、デジタル演算・制御部７はそ
の直前のフィードバック電流値を継続してフォースコイ
ルに流すべく、電流供給部８にデータを送る。スイッチ
５の切り換えは、Ａ−Ｄ変換周期（例えば１ｍｓ）ごと
に行ってもよいが、制御の安定が良くなるように、変位
検出信号Ｄを重点的にＡ−Ｄ変換し、基準点信号Ｄ0 は
相対的に少ない頻度でＡ−Ｄ変換するように設定するこ
とが望ましい。 【００１８】さて、以上のような本発明の実施の形態に
よると、Ａ−Ｄ変換器６にゼロ点のやスパンのドリフト
があったり、リニアリティの変化があっても、サーボ系
は常に変位検出信号Ｄのデジタル変換値が基準点信号Ｄ
0 のデジタル変換値と一致するように機能して荷重受部
１を平衡させるため、デジタル変換データに含まれるド
リフト分等は各デジタル変換データどうしでキャンセル
され、バランス点は常に一定となり、被測定荷重Ｗの測
定値に誤差が生じることがない。なお、Ａ−Ｄ変換器６
のスパンやリニアリティが変化した場合には、系のゲイ
ンが変化するものの、バランス点がずれないが故に測定
値そのものには影響を及ぼさない。 【００１９】ここで、以上の実施の形態においては、変
位検出信号Ｄの基準点信号Ｄ0 を、変位センサ３を構成
する２つのフォトセンサの中点から取り出した基本的に
０Ｖとなる信号としたが、本発明はこれに限定されず、
図４に要部の回路構成図を示すように、電源Ｖの出力の
１／２の値等を変位センサ３の基準点信号Ｄ0 としても
よい。この場合、先に示したのこぎり波方式のＡ−Ｄ変
換器６を用いる場合、のこきり波を０〜＋Ｖの間で変化
するものとする。このことから明らかなように、図５に
示したような１／２Ｖの基準点信号Ｄ0 を採用すれば、
片極性入力のＡ−Ｄ変換器の使用が可能となる。 【００２０】また、本発明の構成において、プリアンプ
４を線形アンプとせず、荷重受部１のバランス点に対す
る変位量が小さいほど利得が大きくなるような非線形ア
ンプとし、あるいはプリアンプ４としてゲイン可変のも
のを用いて、変位量が小さいほど高ゲインとなるように
ゲインを切り換えるようにすれば、バランス点近傍にお
いて変位検出信号Ｄ、および基準点信号Ｄ0 のＡ−Ｄ変
換分解能が相対的に向上する結果、天びんとしての分解
能を向上させることができる。系の安定を得るため、こ
の処理を行う場合には、デジタル演算によりゲインを下
げ、系としてのゲインを一定に保つのがよい。 【００２１】更に、図１の例において荷重受部１に対し
てフォースコイル２による電磁力を直接的に作用させた
が、本発明は、支点を中心として回動自在のレバーの一
方の側に測定皿を、他側にフォースコイルを設けて、そ
のレバーの回動変位を変位センサで検出するような天び
ん機構を採用できることは言うまでもない。 【００２２】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
荷重受部の変位検出結果をＡ−Ｄ変換器によってデジタ
ル化し、デジタル演算によってフィードバック電流値を
決定するデジタルサーボ方式の電子天びんにおいて、Ａ
−Ｄ変換器に対して荷重受部の変位検出信号とその基準
点信号を選択的に入力してデジタル化し、これら両デジ
タル値が一致するようにフィードバック電流値を決定す
るように構成したから、Ａ−Ｄ変換器のゼロ点やスパン
のドリフト、あるいはリニアリティが変化しても荷重受
部のバランス点がずれることがなく、正確な測定値を得
ることができる。従って、Ａ−Ｄ変換器として、分解能
は高いものの、ゼロ点ドリフトやスパンドリフト等の安
定性に若干の問題のある、のこぎり波とアナログ入力を
比較する簡単方式のものや、片極性入力のＡ−Ｄ変換器
等、安価なＡ−Ｄ変換器をを用いて高精度の電子天びん
を得ることができる。
天びんに関し、更に詳しくは、被測定荷重による荷重受
部の変位検出信号をデジタル変換し、そのデジタル変換
データを用いて平衡動作を制御する、いわゆるデジタル
サーボ機構を備えた電子天びんに関する。 【０００２】 【従来の技術】電磁力平衡型の電子天びんにおいては、
一般に、被測定荷重による荷重受部のバランス点からの
ずれを変位センサで検出し、その検出結果に応じた電流
を、静磁場内に置かれたフォースコイルに流すことによ
って、被測定荷重に対応した電磁力を発生して荷重受部
のバランス点からのずれを修正するサーボ系を備えてお
り、被測定荷重と発生電磁力とが平衡して荷重受部がバ
ランス点にある状態でフォースコイルに流れる電流の大
きさから、被測定荷重の大きさを求める。 【０００３】このような電磁力平衡型の電子天びんにお
けるサーボ系としては、従来、アナログサーボが多用さ
れていたが、変位センサの出力の増幅信号をデジタル変
換して、そのデジタル変換データを用いたデジタル演算
によってフォースコイルに流すべきフィードバック電流
値を決定する、いわゆるデジタルサーボ方式のものも提
案されている（例えば特開平３−６５３２６号）。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、電子天びん
のサーボ系に上述のようなデジタルサーボ方式を採用す
る場合、変換速度が速く、かつ、ビット数の多いＡ−Ｄ
変換器を用いる必要があり、しかも、Ａ−Ｄ変換器のゼ
ロ点やスパンがドリフトしたり、あるいはリニアリティ
が変化すると、測定値に影響を及ぼすため、このような
ドリフト等の生じない安定度の高い方式を採用したＡ−
Ｄ変換器が必要となり、これらの全てを満足するＡ−Ｄ
変換器は極めて高価となるという問題がある。 【０００５】本発明の目的は、Ａ−Ｄ変換器のゼロ点や
スパンのドリフト、あるいはリニアリティが変化して
も、測定値に影響を与えることがなく、もって簡単な方
式の安価なＡ−Ｄ変換器を用いて、高分解能で高精度の
デジタルサーボ方式の電子天びんを提供することにあ
る。 【０００６】 【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、図１に例示するように、磁
界中に設けたフォースコイル２に電流を流すことによっ
て発生する電磁力を被測定荷重Ｗと平衡させ、その平衡
状態でフォースコイル２に流れる電流の大きさから被測
定荷重を求める天びんにおいて、被測定荷重Ｗによる荷
重受部１の変位の検出信号Ｄをデジタル化するＡ−Ｄ変
換器６と、そのＡ−Ｄ変換器６からのデジタルデータを
用いてフォースコイル２に流すべきフィードバック電流
値を決定するデジタル演算・制御手段７と、そのデジタ
ル演算・制御手段７から供給されるデータに応じた電流
をフォースコイル２に供給する電流供給手段８を備えて
いるとともに、Ａ−Ｄ変換器６には、荷重受部１の変位
検出信号Ｄと、当該変位検出信号Ｄの基準点信号Ｄ0 と
が、あらかじめ設定された周期で選択的に入力され、デ
ジタル演算・制御手段７は、そのＡ−Ｄ変換器６からの
刻々のデジタルデータを用いて、変位検出信号Ｄのデジ
タル変換データが基準点信号Ｄ0 のデジタル変換データ
に一致するよう、フィードバック電流値を決定すること
によって特徴づけられる。 【０００７】 【作用】通常のデジタルサーボ方式を採用した電子天び
んにおいては、荷重受部の変位検出信号のデジタル変換
データを用いたＰＩＤ演算等によって、偏差が０となる
よう、つまり荷重受部の変位検出値が０となるように、
フィードバック電流値を決定する。従って変位検出信号
をデジタル化するＡ−Ｄ変換器に例えばゼロ点ドリフト
が生じた場合、見かけ上偏差が０となるようにサーボ系
が有効に機能しても、実際にはドリフト分の偏差が残っ
た状態で系がバランスしてしまい、バランス点がずれ、
測定値に影響を及ぼす。 【０００８】一方、本発明では、Ａ−Ｄ変換器６へのア
ナログ入力が、荷重受部１の変位の検出信号Ｄと、その
変位検出信号の基準点信号Ｄ0 に周期的に切り換えら
れ、デジタル演算・制御手段７には変位検出信号Ｄとそ
の基準点信号Ｄ0 のそれぞれのデジタル変換データが供
給される。そして、デジタル演算・制御手段７では、変
位検出信号Ｄのデジタル変換データが基準点信号Ｄ0 の
デジタル変換データと一致するようにフィードバック電
流値を決定する。すなわち、デジタル演算・制御手段７
においては、変位検出信号Ｄのデジタル変換データが絶
対的に０を表す値となるようにフィードバック電流値の
大きさを制御するのではなく、そのデジタル変換データ
が基準点信号Ｄ0 を表す値となるようにフィードバック
電流値の大きさを制御する。 【０００９】従って、本発明の構成において、Ａ−Ｄ変
換器６に例えばゼロ点ドリフトが生じて、その分だけ変
位検出信号Ｄのデジタル変換データが変化しても、基準
点信号Ｄ0 のデジタル変換データについても、同じＡ−
Ｄ変換器６によってデジタル化されているが故に同じ量
だけ変化しており、これらの両データが一致するように
フィードバック電流値を制御すれば、Ａ−Ｄ変換器６の
ドリフト分はキャンセルされ、バランス点のずれや測定
値への影響は生じない。また、変位検出信号Ｄとその基
準点信号Ｄ0 の両デジタル変換データを一致させるよう
に制御が行われる関係上、Ａ−Ｄ変換器６のスパンドリ
フトやリニアリティの変化が生じても、系のゲインの増
減に影響を及ぼすものの、バランス点はずれず、従って
測定値が影響を受けることがない。 【００１０】 【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の全体
構成を示すブロック図で、図２は図１において一点鎖線
で囲んだ部分の具体的回路構成例を示す図である。 【００１１】被測定荷重Ｗが負荷される測定皿１ａは、
図中上下方向に変位自在の荷重受部１に支承されてい
る。荷重受部１にはフォースコイル２が装着されてお
り、このフォースコイル２は、永久磁石を主体とする磁
気回路（図示せず）が作る静磁場内に配置されており、
そこに流れるフィードバック電流の大きさに応じた電磁
力を発生して、以下に示すように、被測定荷重Ｗに抗し
て荷重受部１が所定位置に位置するようにバランスさせ
る。 【００１２】荷重受部１の変位は、例えば２つのフォト
センサを用いた変位センサ３によって検出される。変位
センサ３の出力はプリアンプ４で増幅され、変位検出信
号Ｄとしてスイッチ５を介してＡ−Ｄ変換器６に入力さ
れる。スイッチ５には、プリアンプ４からの変位検出信
号Ｄのほかに、変位センサ３の基準点に相当する信号Ｄ
0 、すなわち、図２の例では変位センサ３を構成する２
つのフォトセンサの中点の電位信号、つまり基本的に０
Ｖとなる信号Ｄ0 が導かれている。そして、このスイッ
チ５はデジタル演算・制御部７からの制御信号によって
一定の周期で切り換えられ、従ってＡ−Ｄ変換器６のア
ナログ入力には、一定の周期で変位検出信号Ｄと基準点
信号Ｄ0 とが交互に入力されることになる。 【００１３】Ａ−Ｄ変換器６は、一定周期のトリガーパ
ルスＰT の入力により、電圧が−Ｖ〜＋Ｖの間で変化す
るのこぎり波を発生するのこぎり波発生回路６１と、そ
ののこぎり波発生回路６１の出力と当該Ａ−Ｄ変換器６
へのアナログ入力を比較するコンパレータ６２、そのコ
ンパレータ６２の出力とクロックパルスＰC とを入力と
するＡＮＤゲート６３、そのＡＮＤゲート６３を通過し
たクロックパルスＰCを計数し、リセットパルスＰR の
到来によってその計数値を出力すると同時にリセットす
るカウンタ６４によって構成されており、図３に各部の
信号波形を示すタイムチャートを例示するように、のこ
ぎり波の１周期のうち、アナログ入力つまり変位検出信
号Ｄまたは基準点信号Ｄ0 の電圧値がのこぎり波の電圧
値を越えている時間内でのクロックパルス数をカウンタ
６４で計数し、その計数値をデジタル変換値として出力
する。このＡ−Ｄ変換器６によれば、アナログ入力が０
Ｖである状態で、そのデジタル変換出力が１／２フルス
ケール値となる。なお、トリガーパルスＰT やリセット
パルスＰR 等はデジタル演算・制御部７から供給され
る。また、前記したスイッチ５についても、デジタル演
算・制御部７からの指令によって駆動制御される。 【００１４】Ａ−Ｄ変換器６のデジタル変換出力、すな
わち変位検出信号Ｄのデジタル変換データと、基準点信
号Ｄ0 のデジタル変換データは、それぞれデジタル演算
・制御部７に取り込まれ、フォースコイル２に流すべき
フィードバック電流値の大きさの決定に供される。デジ
タル演算・制御部７では、以下に例示する手法によって
フィードバック電流値を決定し、その決定結果を電流供
給部８に供給すると同時に、その刻々のフィードバック
電流値を平均化処理した上で一定の係数（スパン係数）
を乗じる等によって測定値（計量表示値）を決定し、そ
の値を表示器９に表示させる。 【００１５】電流供給部８は、デジタル演算・制御部７
から供給されたデータに応じた大きさの電流を発生して
フォースコイル２に流すためのもので、例えばＤ−Ａ変
換器とその出力電圧を電流に変換する電圧／電流変換回
路を用いたもの、あるいは定電流源とその出力電流をス
イッチングするスイッチング回路を備えるとともに、そ
のスイッチング回路の動作を入力データに応じて制御す
ることによって、一定波高値・一定周期のパルス電流
で、しかもそのデューティを入力データの大きさに応じ
て変化させる、いわゆるパルス幅変調方式を用いたもの
等、公知の回路を採用することができる。なお、この電
流供給部８には、フォースコイル２が置かれる静磁場を
生成するための永久磁石の近傍の温度を測定する温度セ
ンサ１０の出力が導入されており、この温度センサ１０
の出力によって、永久磁石の温度変化による発生電磁力
の変化を補償すべく、フィードバック電流の大きさが補
正される。 【００１６】さて、デジタル演算・制御部７において
は、変位検出信号Ｄと基準点信号Ｄ0のデジタル変換デ
ータがＡ−Ｄ変換器６を通じて交互に入力され、これら
を用いて、変位検出信号Ｄのデジタル変換データが基準
点信号Ｄ0 のデジタル変換データと一致するように、フ
ィードバック電流値を決定する。すなわち、例えば変位
検出値をＰＩＤ（比例・積分・微分）演算してフィード
バック電流値を決定する場合、単純に変位検出信号Ｄの
デジタル変換データをパラメータとして演算を行うので
はなく、変位検出信号Ｄのデジタル変換データと基準点
信号Ｄ0 のデジタル変換データの差をパラメータとして
ＰＩＤ演算する。 【００１７】ここで、Ａ−Ｄ変換器６に基準点信号Ｄ0
が入力されている状態においては、デジタル演算・制御
部７にはその時点における変位検出信号Ｄの情報が供給
されない。そのため、基準点信号Ｄ0 のデータを取り込
んでいる状態においては、デジタル演算・制御部７はそ
の直前のフィードバック電流値を継続してフォースコイ
ルに流すべく、電流供給部８にデータを送る。スイッチ
５の切り換えは、Ａ−Ｄ変換周期（例えば１ｍｓ）ごと
に行ってもよいが、制御の安定が良くなるように、変位
検出信号Ｄを重点的にＡ−Ｄ変換し、基準点信号Ｄ0 は
相対的に少ない頻度でＡ−Ｄ変換するように設定するこ
とが望ましい。 【００１８】さて、以上のような本発明の実施の形態に
よると、Ａ−Ｄ変換器６にゼロ点のやスパンのドリフト
があったり、リニアリティの変化があっても、サーボ系
は常に変位検出信号Ｄのデジタル変換値が基準点信号Ｄ
0 のデジタル変換値と一致するように機能して荷重受部
１を平衡させるため、デジタル変換データに含まれるド
リフト分等は各デジタル変換データどうしでキャンセル
され、バランス点は常に一定となり、被測定荷重Ｗの測
定値に誤差が生じることがない。なお、Ａ−Ｄ変換器６
のスパンやリニアリティが変化した場合には、系のゲイ
ンが変化するものの、バランス点がずれないが故に測定
値そのものには影響を及ぼさない。 【００１９】ここで、以上の実施の形態においては、変
位検出信号Ｄの基準点信号Ｄ0 を、変位センサ３を構成
する２つのフォトセンサの中点から取り出した基本的に
０Ｖとなる信号としたが、本発明はこれに限定されず、
図４に要部の回路構成図を示すように、電源Ｖの出力の
１／２の値等を変位センサ３の基準点信号Ｄ0 としても
よい。この場合、先に示したのこぎり波方式のＡ−Ｄ変
換器６を用いる場合、のこきり波を０〜＋Ｖの間で変化
するものとする。このことから明らかなように、図５に
示したような１／２Ｖの基準点信号Ｄ0 を採用すれば、
片極性入力のＡ−Ｄ変換器の使用が可能となる。 【００２０】また、本発明の構成において、プリアンプ
４を線形アンプとせず、荷重受部１のバランス点に対す
る変位量が小さいほど利得が大きくなるような非線形ア
ンプとし、あるいはプリアンプ４としてゲイン可変のも
のを用いて、変位量が小さいほど高ゲインとなるように
ゲインを切り換えるようにすれば、バランス点近傍にお
いて変位検出信号Ｄ、および基準点信号Ｄ0 のＡ−Ｄ変
換分解能が相対的に向上する結果、天びんとしての分解
能を向上させることができる。系の安定を得るため、こ
の処理を行う場合には、デジタル演算によりゲインを下
げ、系としてのゲインを一定に保つのがよい。 【００２１】更に、図１の例において荷重受部１に対し
てフォースコイル２による電磁力を直接的に作用させた
が、本発明は、支点を中心として回動自在のレバーの一
方の側に測定皿を、他側にフォースコイルを設けて、そ
のレバーの回動変位を変位センサで検出するような天び
ん機構を採用できることは言うまでもない。 【００２２】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
荷重受部の変位検出結果をＡ−Ｄ変換器によってデジタ
ル化し、デジタル演算によってフィードバック電流値を
決定するデジタルサーボ方式の電子天びんにおいて、Ａ
−Ｄ変換器に対して荷重受部の変位検出信号とその基準
点信号を選択的に入力してデジタル化し、これら両デジ
タル値が一致するようにフィードバック電流値を決定す
るように構成したから、Ａ−Ｄ変換器のゼロ点やスパン
のドリフト、あるいはリニアリティが変化しても荷重受
部のバランス点がずれることがなく、正確な測定値を得
ることができる。従って、Ａ−Ｄ変換器として、分解能
は高いものの、ゼロ点ドリフトやスパンドリフト等の安
定性に若干の問題のある、のこぎり波とアナログ入力を
比較する簡単方式のものや、片極性入力のＡ−Ｄ変換器
等、安価なＡ−Ｄ変換器をを用いて高精度の電子天びん
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体構成を示すブロック
図 【図２】図１において一点鎖線で囲んだ部分の具体的な
構成例を示す回路図 【図３】図２の各部の信号波形の例を示すタイムチャー
ト 【図４】本発明の他の実施の形態の要部構成を示す回路
図 【符号の説明】 １ 荷重受部 ２ フォースコイル ３ 変位センサ ４ プリアンプ ５ スイッチ ６ Ａ−Ｄ変換器 ７ デジタル演算・制御部 ８ 電流供給部
図 【図２】図１において一点鎖線で囲んだ部分の具体的な
構成例を示す回路図 【図３】図２の各部の信号波形の例を示すタイムチャー
ト 【図４】本発明の他の実施の形態の要部構成を示す回路
図 【符号の説明】 １ 荷重受部 ２ フォースコイル ３ 変位センサ ４ プリアンプ ５ スイッチ ６ Ａ−Ｄ変換器 ７ デジタル演算・制御部 ８ 電流供給部
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭55−40906（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−66157（ＪＰ，Ａ)
実開 昭62−193528（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭57−75531（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01G 7/04
G01G 23/36
G01G 23/37
G01D 3/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 磁界中に設けたフォースコイルに電流を
流すことによって発生する電磁力を被測定荷重と平衡さ
せ、その平衡状態でフォースコイルに流れる電流の大き
さから被測定荷重を求める天びんにおいて、被測定荷重
による荷重受部の変位の検出信号をデジタル化するＡ−
Ｄ変換器と、そのＡ−Ｄ変換器からのデジタルデータを
用いて上記フォースコイルに流すべきフィードバック電
流値を決定するデジタル演算手段と、そのデジタル演算
手段から供給されるデータに応じた電流を上記フォース
コイルに供給する電流供給手段を備えているとともに、
上記Ａ−Ｄ変換器には、上記荷重受部の変位検出信号
と、当該変位検出信号の基準点信号とが、あらかじめ設
定された周期で選択的に入力され、上記デジタル演算手
段は、そのＡ−Ｄ変換器からの刻々のデジタルデータを
用いて、上記変位検出信号のデジタル変換データが上記
変位検出信号の基準点信号のデジタル変換データに一致
するよう、フィードバック電流値を決定することを特徴
とする電子天びん。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19019995A JP3473197B2 (ja) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | 電子天びん |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19019995A JP3473197B2 (ja) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | 電子天びん |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0943033A JPH0943033A (ja) | 1997-02-14 |
| JP3473197B2 true JP3473197B2 (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=16254108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19019995A Expired - Fee Related JP3473197B2 (ja) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | 電子天びん |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3473197B2 (ja) |
-
1995
- 1995-07-26 JP JP19019995A patent/JP3473197B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0943033A (ja) | 1997-02-14 |
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