JPH0479404B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子天びんに関し、更に詳述すると、
電子天びんの温度補償装置に関する。

例えば電磁力平衡型の電子天びんでは、一般
に、皿をロバーバル機構等によつて変位自在に支
障するとともに、そのロバーバル機構には、皿へ
の作用荷重に対抗する力を発生するための電磁力
発生ユニツトを連結した構成を有している。そし
て、皿に荷重が作用することによつて生じるメカ
ニズムの変位は変位センサによつて検出され、そ
の検出信号をフイードバツク信号としたサーボ回
路により、電磁力発生ユニツトが駆動制御され
る。すなわち、このサーボ回路では、変位センサ
による変位検出結果が常に零となるよう、変位検
出信号の大きさに基づいて変化する電流を電磁力
発生ユニツトに供給し、皿に作用する被測定荷重
によるメカニズムの変位を常にバランス位置（零
点）に復帰させるような電磁力を発生させる。こ
のような構成により、メカニズムがバランス位置
に静止している状態においては、電磁力発生ユニ
ツトが発生している電磁力、換言すればこのユニ
ツトに流れている電流と、皿に作用している被測
定荷重とがバランスした状態となり、その電流の
大きさから被測定荷重の大きさを求めることがで
きる。なお、このサーボ回路内には、変位検出信
号を電力増幅して電磁力発生ユニツトに供給する
ための増幅器のほかに、通常はその前段にPID
（比例、微分、積分）制御回路等を挿入して、系
を高応答化すると同時に安定化させ、なおかつ強
い制動性能が得られるように考慮されている。

ところで、以上のような電子天びんにおいて
は、一般に、電磁トランス、電子部品等から発生
する熱のため、天びん機構に温度分布が生じ、機
構部を構成する部材に伸縮および弾性係数変化が
生じ、その結果、通電後数分ないし数十分にわた
りゼロドリフト等の影響が現れる。

このような現象に対処するため、従来、発生熱
量をできるだけ抑え、使用する弾性支点のバネ常
数を小さくして機械的感度を高くする方法でゼロ
ドリフトを小さくするとともに、バイメタルまた
は温度センサを用いて温度上昇を検出して、機械
的バランス調整を行つたり、あるいは、後述する
ように電磁力発生装置の近傍に設けた１個の温度
センサの出力による電気的補償を行つていた。

ところが、このような従来の対策では、天びん
のドリフトがその温度上昇に対し一次関数的に現
れない場合には、完全に補償することが不可能で
あつた。

すなわち、従来の１個の温度センサを用いた電
気的補償手法においては、天びん機構内において
熱容量の大きな電磁力発生ユニツトの近傍に温度
センサを設け、そのセンサ出力によつて天びん機
構の温度を代表させ、その出力信号を用いて天び
んの秤量量出力を電気的に補償しているが、この
補償方法では、第４図に例示するように、通電後
所定の時間が経過するまでの過渡状態において凸
状に変化するゼロドリフトが発生してしまうこと
が頻発する。

本発明の目的は、天びん機構内にバネ常数の大
きい弾性支点等を使用しても、通電後の発熱によ
るゼロドリフトを極めて小さく保つことのできる
電子天びんを提供することにある。

この目的を達成するため、本発明の電子天びん
は、皿部をのぞく天びん機構部を熱良導体よりな
る容器内に収容するとともに、その容器内には、
当該天びん機構内で熱源に近い第１の場所と、熱
源から遠く、第１の場所に対して通電後に過渡的
に温度差が生じる第２の場所との温度差を検出す
るための温度差検出用温度センサ群と、当該天び
ん機内の電磁力発生ユニツト近傍の温度を検出す
るための代表温度検出用温度センサを設け、上記
温度差検出用温度センサ群による上記第１と第２
の場所間の温度差信号と、上記代表温度検出用温
度センサの出力信号の二つの変量の双方を用いて
天びんの秤量出力のドリフトを補正する補正回路
手段を備えたことによつて特徴づけられる。

天びん機構内の温度を電磁力発生装置等の近傍
において検出してドリフトを補償しているにも拘
らず、第４図のグラフにおいて過渡状態で凸状の
ドリフトが生じる原因は、天びんのドリフトが天
びん機構の温度上昇に基づく単なる拡大的な熱膨
張のみならず、天びん機構部での温度分布が定常
化するまでの間で、温度差による歪みが生じてい
ることによる。

そこで本発明では、従来のような天びん機構内
温度を代表する出力を発生する温度センサ（代表
温度検出用温度センサ）に加えて、天びん機構内
で熱源に近い場所と、熱源から遠い場所との温度
差を検出するための温度センサ群（温度差検出用
温度センサ群）を設け、代表温度検出用温度セン
サによる温度上昇信号と、温度差検出用温度セン
サ群による温度差信号の双方を用いて秤量出力を
補正することで、上記した過渡状態における凸状
のドリフトを除去している。

本発明実施例を、以下、図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明実施例の断面図である。

皿１は、可動柱２、上の平行リンク３、下の平
行リンク４および固定柱５の支点６，６よりなる
ロバーバル機構により支持され、可動柱２は弾性
リンク７を介してビーム８の作用点に連結され、
電磁力発生ユニツト９の可動コイル１０がビーム
８の力点に連結され、ビーム８の先端には変位セ
ンサ１１が設けられている。

このような機構部および電磁力発生ユニツト９
は、熱の良導体、例えばアルミ板よりなる容器１
２内に収容されて外部と遮断されている。

容器１２の上方空間にはプリント回路基板１３
上に搭載された電子回路が設けられている。この
電子回路内に、パワートランジスタ、消電力の大
きな抵抗器のような特に発熱量の大きい部品が含
まれている場合には、回路基板１３に近接した容
器内面にスチロール等の断熱材よりなる板材１４
を貼り付けてもよい。

さて、熱源である回路基板１３の近くに設けら
れた上の平行リンク３の近傍と、回路基板１３か
ら相当離れた下の平行リンク４の近傍には、それ
ぞれ温度センサ１５および１６が配設されてい
る。また、天びん機構内の過渡的な温度分布の影
響を受けにくい、熱容量の大きな構成部材である
電磁力発生ユニツト９内のマグネツトの中にも、
従来と同様に温度センサ１７が配設されており、
これらの各センサの出力が以下に示すように天び
んへの通電によるゼロドリフトの補償に供され
る。

第２図は本発明実施例の電子天びんの電気回路
を示すブロツク図である。

変位センサ１１の出力信号は増幅器１８により
増幅され、制御器１９にてPID制御、位相制御等
が行われた後、電力増幅器２０にて増幅されて電
磁力発生ユニツト９の可動コイル１０に流され
る。この可動コイル１０に電流が流れることによ
つて、電磁力発生ユニツトにはビーム８の変位を
零に保つような電磁力が発生する。この平衡状態
でのコイル電流ｉを抵抗Ｒの両端から検出するこ
とにより秤量信号が得られる。この秤量信号はＡ
−Ｄ変換器２１でデジタル信号に変換され、コン
ピユータ等により構成されたデータ処理部へ出力
される。以上は公知の回路構成である。

さて、上述した温度センサ１５と１６は、ブリ
ツジ回路等を用いた温度差検出回路２２に組み込
まれ、この温度差検出回路２２は温度センサ１５
と１６の出力差、つまり上の平行リンク３と下の
平行リンク４の温度差に相当する信号を出力する
ように構成されている。また、温度上昇検出回路
２３は、上述した温度センサ１７を包含し、熱容
量の大きい電磁力発生ユニツト９のマグネツト近
傍の温度信号を出力する。

そしてこれら温度差検出回路２２および温度上
昇検出回路２３の出力は、それぞれ増幅器１８と
制御器１９の間に設けられた加算点２４および２
５に入力され、これらの双方が可動コイル１０に
流れる電流、つまり秤量信号に対して補償を加え
るように構成されている。すなわち、温度センサ
１５と１６の出力差の変化と、温度センサ１７の
出力の変化がそれぞれ当該天びんのゼロ点ドリフ
トに及ぼす影響度についてあらかじめ実験的に調
査しておき、それに応じたゲインのもとに温度差
検出回路２２および温度上昇検出回路２３の出力
が加算点２４および２５を介して上記した公知の
サーボ回路に入力されるよう、これらの各回路の
増幅度が調整される。その結果、この実施例で
は、サーボ回路が平衡状態になつた状態で、天び
ん機構は本来のバランス位置に位置決めされず、
温度差検出回路２２と温度上昇検出回路２３から
の入力信号の合計に相当する分だけずれた位置で
バランスすることになる。換言すれば、サーボ回
路においては、このような補償が行われない状態
では変位の目標値が０となつているわけである
が、この実施例に基づく補償を行うことにより、
変位の目標値が温度差検出回路２２および温度上
昇検出回路２３の出力の合計に相当する分だけ、
見かけ上変化することになる。ここで、天びん機
構およびサーボ回路を含めた系は、機構内に温度
差がなく、かつ、その温度が一定であるという条
件下（理想温度状態）において、本来のバランス
位置でバランスさせるのに要する電磁力（電流）
の大きさをもつて秤量信号が０となるように設計
されており、上記した補償を行わない場合には、
サーボ回路は上記した理想温度状態ではない状態
でも天びん機構を本来のバランス位置でバランス
させようと機能するため、その結果としてゼロ点
ドリフトが生じるわけである。これに対し本発明
実施例では、荷重が０で系が平衡している状態
で、天びん機構は本来のバランス位置から、言わ
ばその時点における温度状態の理想温度状態から
の逸脱量に応じた分だけずれた位置でバランスす
るようにサーボ回路が機能し、その結果としてこ
の状態で秤量信号が０、つまりゼロ点ドリフトが
解消されるわけである。

第３図は以上の本発明実施例における電源オン
後のゼロ点ドリフトの推移と、温度センサ１５お
よび１６の出力値の推移を示すグラフである。

また、第４図および第５図は比較例として掲げ
るグラフで、第４図は温度センサ１７の出力に基
づく温度上昇信号のみを用いた場合、従つて従来
と同等の温度補償対策を施した場合のゼロ点ドリ
フトの推移を、第５図は温度補償を行わない場合
のゼロ点ドリフトの推移を示すグラフである。な
お、この第４図および第５図はともに第３図と同
一目盛りで表されている。

これらのグラフから明らかなように、天びん機
構の内の温度を、電磁力発生ユニツト９のマグネ
ツト近傍等において検出して、ゼロ点ドリフトを
補償した場合には、通電後、ある時間が経過する
までにおいてドリフトが大となる時点がある。そ
して、この時点は、本発明実施例の温度センサ１
５と１６の出力値の差が最大となる時点とほぼ一
致しており、天びん機構内部での温度差によるゼ
ロ点ドリフトの存在が確認できる。そして本発明
実施例では、ゼロ点ドリフトが通電後の時間推移
に関わりなく常に小さい値を示している。

なお、以上の実施例では、温度差を検出するた
めの温度センサ１５および１６をそれぞれ上と下
の平行リンク３および４の近傍に設けたが、本発
明では、この温度センサ１５および１６を、それ
ぞれ上の平行リンク３ないしは下の平行リンク４
に直接取付け、可撓性のリード線を介して出力を
取り出すよう構成してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、電子天
びんの機構内に、天びん機構内で熱源に近い第１
の場所、および熱源から遠く、第１の場所に対し
て過渡的な温度差の生じる第２の場所との温度差
を検出するための温度差検出用温度センサ群と、
天びん機構部内の電磁力発生ユニツト近傍の温度
を検出するための代表温度検出用温度センサを設
け、従来のように天びん機構部の全体的な、ある
いは代表的な位置での温度上昇信号によるドリフ
トの補償に加えて、過渡的な温度分布の変化に起
因するドリフトをも補償し得るように構成したの
で、従来の補償方法では解消し得なかつた通電後
数分ないしは数十分後に現れる凸状のドリフトを
も補償できるようになつた。

また、天びん機構部を熱良導体で囲むことによ
り、以上の補償効果の再現性は良好なものとな
る。

そして以上のような効果は、また、弾性支点の
バネ常数をさほど小さくすることなくドリフトを
小さくすることが可能となることにもなつて、強
度の大きいバネを使用して耐衝撃性、耐久性の高
い高感度の電子天びんを実現できるようになつ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の断面図、第２図はその
回路構成を示すブロツク図、第３図は本発明実施
例の通電後経過時間とゼロ点ドリフトの関係を示
す特性図、第４図および第５図はそれぞれ比較例
による同様の特性図である。 １……皿、２……可動柱、３……上の平行リン
ク、４……下の平行リンク、５……固定柱、８…
…ビーム、９……電磁力発生ユニツト、１０……
可動コイル、１１……変位センサ、１２……容
器、１３……プリント回路基板、１４……断熱
材、１５，１６，１７……温度センサ、２２……
温度差検出回路、２３……温度上昇検出回路、２
４，２５……加算点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 皿部をのぞく天びん機構部を熱良導体よりな
   る容器内に収容するとともに、その容器内には、
   当該天びん機構内で熱源に近い第１の場所と、熱
   源から遠く、上記第１の場所に対して通電後に過
   渡的な温度差が生じる第２の場所との温度差を検
   出するための温度差検出用温度センサ群と、当該
   天びん機構内の電磁力発生ユニツト近傍の温度を
   検出するための代表温度検出用温度センサを設
   け、上記温度差検出用温度センサ群による上記第
   １と第２の場所間の温度差信号と、上記代表温度
   検出用温度センサの出力信号の二つの変量の双方
   を用いて天びんんの秤量出力のドリフトを補正す
   る補正回路手段を備えてなる電子天びん。