JPH04299221A - 重量変化測定用天秤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱分析等、試料の重量
変化を測定するために用いられる天秤に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料の重量変化を測定する代表的な例は
熱分析である。これは、試料の温度が上昇する間、化学
的変化等により試料の重量がどのように変化するかを測
定するものであるが、試料の重量変化の測定には熱天秤
と呼ばれる図３のような装置を用いる。熱天秤は支点３
３でバランスされた１本のビーム３２で構成され、その
一方の端には測定対象試料３０が吊るされ、他方の端に
はシャッタ３６が固定されている。また、支点３３より
もシャッタ側の方（試料側でも構わない）にはフォース
コイル３４が吊るされている。試料３０は加熱炉３１の
ほぼ中央に吊るされ、フォースコイル３４は永久磁石３
５の形成する磁場中に吊るされている。また、シャッタ
３６の位置（高さ）は位置検出器３７（発光素子と受光
素子で構成されることが多い）により非接触で検出され
る。初期状態ではバランス制御装置３８からフォースコ
イル３４に適当な電流が流され、フォースコイル３４が
磁石３５の磁場から上下方向の力を受けることにより、
これらビーム３２、試料３０、フォースコイル３４、シ
ャッタ３６が支点３３上でバランスをとっている。

【０００３】この熱天秤による試料３０の熱分析の方法
は次の通りである。試料３０を加熱炉３１により加熱す
ると、例えば試料３０中の揮発性物質が揮発する等によ
り試料３０が軽くなり、ビーム３２の試料側が上がる。 これにより支点３３の反対側のシャッタ３６が下がると
、シャッタ３６の両側に設けられた位置検出器３７がシ
ャッタ３６の位置変化を検出する。このシャッタ３６の
位置変化の量（変位量）を表わす信号はバランス制御装
置３８に入力され、バランス制御装置３８はこの変位量
を基に、予めプログラムされた手順に従ってシャッタ３
６の位置変化を打ち消すような付加電流値を計算し、フ
ォースコイル３４に流す。この付加電流によりフォース
コイル３４は磁石３５の磁場中で再び元の位置に戻り、
天秤は初期状態のバランスを取り戻す。このバランスを
取り戻すための付加電流の大きさは試料３０の重量変化
に対応するため、この電流値を基に試料３０の重量の変
化を算出することにより、試料３０の熱分析が可能とな
る。

【０００４】ここで、シャッタ３６の変位量に対する付
加電流の値は所定の式により算出されるが、永久磁石３
５の温度が変化すると磁石３５中の磁場の強さが変化し
、磁場のある一定の強さを仮定した式ではバランスを取
り戻すことができなくなる。このため従来は、磁石３５
の温度を測定し、その温度に応じて検出された試料３０
の重量のデータを補正したり、あるいは、フォースコイ
ル３４に温度補正用のコイルを巻き、これに温度補正用
の電流を流して補正するという方法がとられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、温度による磁
場の強さの変化は磁石によって異なり、また、温度に対
する磁場の強さの変化もリニアではない。このため、重
量データに対する補正あるいは温度補正用コイルによる
補正のいずれの方法をとるにせよ、一様な補正を行なっ
ていたのでは正確な重量の変化を検出することができな
い。本発明はこのような課題を解決するために成された
ものであり、その目的とするところは、磁石の温度変化
を完全に補償して、試料の重量変化を正確に検出するこ
とのできる天秤を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明に係る天秤は、重量変化を生じ得る測定対象試料と、
永久磁石により形成される磁場中に置かれている第１コ
イルと、第１ビーム位置検出器と、それらを連結して第
１支点上でバランスがとられている第１ビームとで構成
される第１天秤と、一定の重量を保つ基準試料と、第１
コイルが置かれているのと同じ磁場中に置かれている第
２コイルと、第２ビーム位置検出器と、それらを連結し
て第２支点上でバランスがとられている第２ビームとで
構成される第２天秤と、第１ビーム位置検出器により検
出される第１ビームの位置変化を補償すべく第１コイル
に第１補償電流を流し、第２ビーム位置検出器により検
出される第２ビームの位置変化を補償すべく第２コイル
に第２補償電流を流すバランス維持手段と、第１及び第
２補償電流値を検出する補償電流検出手段と、を備える
ことを特徴とする。

【０００７】

【作用】第１天秤のバランスの崩れを補償するための第
１補償電流には、測定対象試料自身の重量変化によるも
のと、永久磁石の温度変化による第１コイル周辺の磁場
の強さの変化によるものの双方の要因が含まれる。一方
、第２天秤のバランスの崩れを補償するための第２補償
電流には、永久磁石の温度変化の要因のみが含まれる。 第１コイル及び第２コイルは同一の磁場中に置かれてい
るため、永久磁石の温度が変化すると、それによるバラ
ンスの変化は第１天秤と第２天秤に対して同時に生じ、
それを補償するための第１補償電流と第２補償電流とは
常に一定の比率となる。以上より、第１補償電流と第２
補償電流とに基づき、永久磁石の温度変化の影響を排除
して測定対象試料の重量変化のみを検出することができ
るようになる。

【０００８】

【実施例】本発明の第１実施例である熱天秤を図１に模
式的に示す。本実施例の熱天秤はＡ、Ｂの２系統の天秤
により構成され、天秤Ａには測定対象試料１０が、天秤
Ｂには分銅１１が吊るされる。測定対象試料１０は温度
変化に伴い重量変化を生ずるものであり、本熱天秤では
、試料１０を加熱炉１２により徐々に加熱して、その間
の重量変化を測定する。分銅１１はもちろん重量変化を
生じない。天秤Ａ、天秤Ｂはそれぞれ別個の支点１３、
１４により支えられており、各天秤Ａ、Ｂの他方の端部
にはシャッタ１５、１６が設けられている。各シャッタ
１５、１６の位置（高さ）はそれぞれの位置検出器１７
、１８により常時検出されている。各天秤Ａ、Ｂの支点
とシャッタとの間にはそれぞれフォースコイル１９、２
０が吊るされているが、これら２個ののフォースコイル
１９、２０は１個の永久磁石２１中に同軸で吊るされて
いる。永久磁石２１は中心と周囲にＮ及びＳ極を有し、
両者の間の空間では磁束が放射状に形成されている。両
フォースコイル１９、２０の胴回りに巻かれたコイルは
この磁束中を円周方向に横断しており、このコイルに電
流を流すことによりフォースコイル１９、２０は上下方
向の力を受ける。制御装置２２は位置検出器１７、１８
からの信号を受け、それぞれの天秤のフォースコイル１
９、２０に各天秤Ａ、Ｂのバランスを保つような電流Ｉ
Ａ、ＩＢを供給する。

【０００９】永久磁石２１はその温度に伴い、発生する
磁束量が変化する。これにより、両フォースコイル１９
、２０が置かれている空間の磁束密度が変化し、試料１
０あるいは分銅１１の重量が変化しなくても各天秤Ａ、
Ｂにおいてバランスが崩れ、見かけ上、試料１０あるい
は分銅１１の重量が変化したように検出される。ここで
、永久磁石２１の温度がΔＴだけ変化し、それにより磁
極間の磁束密度ＧがΔＧだけ変化したとする。また、こ
の磁束変化により各天秤Ａ、Ｂに生じたバランスの崩れ
を補償するために、制御装置２２から各フォースコイル
１９、２０に流される電流ＩＡ、ＩＢがそれぞれΔＩＡ
、ΔＩＢだけ変化したとする。すると、天秤Ａについて
は、 （ＩＡ＋ΔＩＡ）×ＮＡ×（Ｇ＋ΔＧ）＝ＷＡ天秤Ｂに
ついては、 （ＩＢ＋ΔＩＢ）×ＮＢ×（Ｇ＋ΔＧ）＝ＷＢという式
が成り立つ。ここで、ＮＡは天秤Ａのフォースコイル１
９の巻き数、ＮＢは天秤Ｂのフォースコイル２０の巻き
数、ＷＡは試料１０の重量、ＷＢは分銅１１の重量であ
る。両フォースコイル１９、２０の巻き数ＮＡ、ＮＢを
等しくして上記２式の両辺の比をとると、（ＩＡ＋ΔＩ
Ａ）／（ＩＢ＋ΔＩＢ）＝ＷＡ／ＷＢとなり、試料１０
の重量ＷＡは ＷＡ＝｛（ＩＡ＋ΔＩＡ）／（ＩＢ＋ΔＩＢ）｝×ＷＢ
として求められる。

【００１０】以上より、本実施例の熱天秤では、両フォ
ースコイル１９、２０に流れる電流値の比をとり、それ
を既知の分銅１１の重量に乗ずることにより、測定対象
試料１０の重量を求めることができる。この場合、磁石
２１の温度変化による影響は排除されているため、周辺
温度に影響されずに、純粋に試料１０の加熱のみによる
試料１０の重量変化を正確に測定することができる。

【００１１】なお、図１の実施例では試料１０を天秤か
ら吊り下げる形式としたが、もちろん、上皿式天秤や水
平式天秤に対しても本発明を適用することができる。

【００１２】図２に本発明の第２実施例である熱天秤を
模式的に示す。図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は永久
磁石の上部片を取り除いてフォースコイルを明瞭に示し
た平面図である。本実施例の熱天秤においてもＡ、Ｂ２
系統の天秤が設けられているが、上記第１実施例と異な
り、両天秤Ａ、Ｂは互いに平行に配置されている。両天
秤Ａ、Ｂともフォースコイル２４、２５は天秤の支点部
分に取り付けられ、天秤とフォースコイルとは同軸に回
転するようになっている。各天秤Ａ、Ｂのフォースコイ
ル２４、２５は互いに独立に回転するが、共に、半割の
円筒状永久磁石２６中に置かれ、同一の磁場（図２（ａ
）では上下方向）の中にある。これらのフォースコイル
２４、２５に電流を流すことによりフォースコイル２４
、２５は円周方向の回転の力を受け、各天秤Ａ、Ｂのア
ンバランスを補償することができることは、上記第１実
施例の場合とまったく同様である。従って、本実施例に
おいても上記各式を適用することができ、フォースコイ
ル２４、２５に流す電流の値及び分銅１１の重量から、
永久磁石２６の温度変化による磁場の強さの変化の影響
を排除して、試料１０の重量の変化を正確に測定するこ
とができる。以上、本発明を熱天秤による実施例で説明
したが、本発明は熱天秤に限らず、一般に重量変化を正
確に測定する必要のある天秤に適用できることは、上記
実施例の説明中において加熱炉が本質的役割を果たして
いないことから、十分に理解されよう。

【００１３】

【発明の効果】本発明の天秤では、永久磁石の温度変化
によりその発生する磁場の強さ（磁束密度）が変化する
と、その変化は第１、第２の両天秤に同時に影響を及ぼ
す。このため、重量変化を生じない基準試料が連結され
た第２天秤では、永久磁石の温度変化による影響のみの
情報を取り出すことができる。この情報を基に、第１天
秤で測定される試料の重量変化の情報から永久磁石の温
度変化による影響を除去して、試料の重量変化を正確に
検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の第１実施例である熱天秤の構成を
示す模式図。

【図２】　　本発明の第２実施例である熱天秤の構成を
示す模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上側の永
久磁石を取り除いた平面図。

【図３】　　従来の熱天秤の構成を示す模式図。

【符号の説明】

１０…測定対象試料　　１１…分銅 １２…加熱炉　　　１３、１４…支点 １５、１６…シャッタ　　１７、１８…シャッタ位置検
出器 １９、２０…フォースコイル　２１…永久磁石２２…制
御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量変化を生じ得る測定対象試料と、
   永久磁石により形成される磁場中に置かれている第１コ
   イルと、第１ビーム位置検出器と、それらを連結して第
   １支点上でバランスがとられている第１ビームとで構成
   される第１天秤と、一定の重量を保つ基準試料と、第１
   コイルが置かれているのと同じ磁場中に置かれている第
   ２コイルと、第２ビーム位置検出器と、それらを連結し
   て第２支点上でバランスがとられている第２ビームとで
   構成される第２天秤と、第１ビーム位置検出器により検
   出される第１ビームの位置変化を補償すべく第１コイル
   に第１補償電流を流し、第２ビーム位置検出器により検
   出される第２ビームの位置変化を補償すべく第２コイル
   に第２補償電流を流すバランス維持手段と、第１及び第
   ２補償電流値を検出する補償電流検出手段と、を備える
   ことを特徴とする天秤。