JPH059726B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は計量装置に係る。本装置は正確に目方
が計られた試料を得ることを重要である水分計に
用いることを先ず意図している。

［発明の解決すべき課題］ 本装置はメータ自体の一部をなすケース中で計
量が行なわれるようにしたものである。

またほとんどの秤の様な釣合い錘を用いない計
量装置即ちそのおく姿勢が重要でない計量装置を
作ることが望ましい。

［課題の解決手段］ 上記課題を解決するための本発明方法によれ
ば、(i)つり手段によつてベース上に第１物体３；
２３；６８及び第２物体８；２６；６６を支持
し、このつり手段は少なくとも或る限度の距離に
わたる１つのモードの前記第１及び第２の物体の
振動運動を実質的に妨げない様にし、前記つり手
段は、ベースと第１及び第２の物体夫々との間に
作用する整合ばね手段と、第１及び第２の物体を
接続する別のばね手段とより成り、それら物体の
前記１つのモードの固有振動が対抗するように
し、且つ前記整合ばね手段を前記別のばね手段の
撓みに応答して撓ませ、然して上記対向する力が
上記つり手段によりベースに伝達されて前記第１
及び第２の物体をそを周囲より実質的に隔離し；
(ii)前記第２物体に既知質量の荷重をかけ；(iii)前記
第１及び第２の物体及びそのつり手段を前記１つ
のモードで振動せしめ、；(iv)この振動の共振周波
数を計測し；(v) 前記(ii)、(iii)及び(iv)のステツプ
を
種々の既知質量について繰返し；(iv)前記(ii)、(iii)
及
び(iv)のステツプを未知質量についても行ない；(vii)
前記ステツプ(iv)の共振周波数を既知質量の荷重に
関する共振周波数に関係せしめて未知質量を決定
することを特徴とする。

又上記方法を実施する本発明装置は、第１物体
３；２３；６８、未知質量の荷重を載せるように
した第２物体８；２８；６６、ベース１；２１；
６０，６２、上記ベースと上記物体はそれぞれと
の間に作用する整合ばね手段２，１３；２２，２
３；６５，６７と、上記物体間を連結する別のば
ね手段９；２９；８３とより成るつり手段、及
び、上記第１、第２物体の固有振動の共振周波数
に基づき上記未知質量の荷重の質量を計測する手
段１２；３２；７６とより成り、然して少なくと
も或る限度にわたる１つのモードの前記第１、第
２物体の振動運動が実質的に妨げられず、且つ上
記第１、第２物体それぞれの上記モードの固有振
動が互いに対向し、この対向する力が上記つり手
段を介して上記ベースに伝達されて上記第１、第
２物体が実質的に周囲から隔離されている事を特
徴とする。

［発明の作用］ 固有振動というのは、ばね特性をできるだけ利
用したばね懸架物体の普通の運動を意味する。例
えばコイルばねの場合は、たとえばねの撓みによ
る振動がコイルの長手方向を横切る方向であつて
も、この運動はコイルの縦方向になる。

振動は最初にコイルがいずれかの物体上に取り
付けられ、他方の物体上の磁極と協働する電磁手
段によつて発生されることが好都合である。この
コイルに予期される共振周波数に近い周波数のパ
ルスをあたえると振動を発生し、パルスが停止さ
れた時は実質的に自由共調運動が持続する。コイ
ルは、パルス間のインターバルに振幅を検出する
のに用いることができ、所与の振幅が得られた時
にパルスは停止される。振動は振幅によつて影響
されるのでこのようにすることが望ましい。或い
は、所定数の後にパルスを停止してもよい。次い
でコイルは振動の固有振動数を検出するための用
いるが他方の質量及びばね定数の値が既知である
ためこれは試料の質量の直接の尺度となる。ばね
定数は温度の関数であるが、例えば検出した振動
の電子的処理に於て修正係数を導入してこれを解
消したり或は非常に小さい温度定数を有するばね
材料を使用することができる。

第１物体及び荷重のかけられた第２物体は、同
じ質量範囲内にあり、各物体が整合ばね手段だけ
でベース部分から支持されるのが望ましい。これ
ら物体は反対方向に動き、それらばねの力成分は
振動の方向に於て相殺され、かくて振動系をベー
ス部材から隔離する。

［実施例］ 本発明をより良く解説するために、添付図面を
参照して若干の実施例について以下に説明する。

第１図の計量装置は、固定したケース１を有
し、この内部にケースの壁に取り付けられたばね
２によつて、既知質量の構造物３が吊架されてい
る。ばね２はケース１及びその周囲から構造物３
を隔絶することのできる任意の手段としてのみ略
示する。精度をよくするために構造物３はその支
持体と強固に接触すべきではない。何となれば支
持体は以下に述べる振動系の共振周波数に影響を
及ぼす恐れがあるからである。

構造物３は、環状極片５及び６を備えた永久磁
石４（完全リング状磁石）を有し、極片６は極片
５の内周と環状ギヤツプを形成する中央スピゴツ
ト７を有する透磁性材料の円盤である。計量され
る試料用の承け更８はばね９によつて構造物３と
連結されている。これらのばねは円板１０を吊
り、この中心から円柱１１が上方へ延びスピゴツ
ト７を通つて承け皿８を担持している。コイル１
２もこの円柱１１に担持され、極片５とスピゴツ
ト７との間のギヤツプ中に置かれている。さらに
円板１０とケース１との間は別のばね１３によつ
てばね接続され、これらのばね１３はばね２と釣
合つている。

ばね２と１３及びばね９は第１物体である構造
物３と、第２物体である承け皿８とをケース１に
吊架するつり手段を構成する。

計量される試料は承け皿８の環状トラフ１４中
に入れられ、水平にされ、トラフが完全に満たさ
れると、８，１０，１１，１２より成る集合体は
構造物３と同じ質量範囲内にある。このときの試
料の配分は円柱１１がまつすぐになるよう承け皿
をバランスし、満たされたトラフは容積既知であ
るので、一旦質量が決定されると密度は容易に計
算できる。承け皿集合体８，１０，１１，１２は
質量既知、ばね９は既知の定格のものであるの
で、垂直振動の共振周波数から承け皿中に充填し
た物の質量が計算できる。

計量操作を行うには承け皿を満たし、コイル１
２にパルスをあたえる。これによつて承け皿８及
び構造物３の両者の垂直振動運動が発生し、磁気
構造物と承け皿集合体との質量が同じである場合
は振動の振幅が等しくなる。この運動が安定化さ
れ即ち所与の振幅に達した時にパルスを遮断する
と、この系は自由共調運動をする。ばね２及び１
３は承け皿から共振系を隔離し、これらのばねの
垂直な力成分は効果的に互いに相殺される。何と
なれば同じ質量範囲にあるそれぞれの運動体が常
に釣合つた運動を以て相反する方向に進むからで
ある。その結果得られる振動数はコイル１２中に
誘起される信号から測定することができる。これ
は主としてばね９の定格、構造物３と満たされた
承け皿８との相対的質量に依存するが、しかし或
程度振動の振幅にもよるものである。測定の一貫
性及び高精度を得るためには或る一定の振幅に於
て振動数測定を行なうことが望ましく、これは機
械的、電気的、電気機械的又は光学的の方法によ
つて測定しうる。その特別なものは後述する。

承け皿中の質量が異なると異なる振動数を与え
るが、この関係は試験によつて予め計算したり、
及び／又は測定したりすることができ、次いで直
読用に校正される。得られた自由運動振動数は、
磁場内で動いているコイル１２を用いて検出され
るのが最も好ましい。これを達成する回路構成は
後述する。

上述の如く、温度はばねに影響を及ぼすがこれ
は電子的に処理出来又はばね材料を適当に選べば
問題はない。

幾分異なる装置ではあるが、同じ原理を具体化
したものが第２図に示されている。ケース２１は
ばね２２によつて構造物２３を吊している。この
中に環状磁石２４及び極片２５及び２６より成る
磁石組立体が収容され、極片２６は座金状の極片
２５の内周縁と環状ギヤツプを形成する下方へ突
出している中央軸２７を有する円盤である。プラ
ツトフオーム２８はＳ−形のばね２９により構造
物２３の上方に支持され、このばね２９は構造物
全体に延び且つ極片２６の上方で中央に固定され
たボス３０を貫通している。プラツトフオーム２
８とボス３０との間の連結は短かい円柱３１で行
なわれている。構造物２３のベースの中央に取り
付けられたコイル３２は上方へ突出して極片２５
と軸２７との間のギヤツプ中に入つている。ばね
３３はプラツトフオーム２８をケース２１に連結
するがばね２２及び３３は第１図のばね２及び１
３に相当するものである。

第１図に於てはコイルが質量の変化部分をなす
が、第２図に於てはコイルが既知質量の１部分で
ある。第２図の承け皿は平らなプラツトフオーム
として示され、種々の計量用としてこれは極めて
適切である。この代りに中空の承け器を用いうる
ことは勿論である。上記二つの実施例に於て、コ
イル／永久磁石系の代りに電磁石／永久磁石系に
よつても振動駆動力が発生できる。

第３図は、マイクロプロセツサー（図示せず）
と上述の計量装置のいずれかともインタフエース
し最初の振動を駆動しそして第１図のように１２
の符号を付けたコイルから有用なパルスを得るた
めの回路を示す。

マイクロプレセツサーは、入力端子４０に於て
予期される固有共振周波数に近い負に向かうパル
スを供給するものである、これらのパルスは抵抗
器４１を経てPNPトランジスタ４２，４３のダ
ーリントン対に達し、これらトランジスタはコイ
ル１２の電圧供給回路中におかれる。端子４０が
“ハイ”（オフ状態）にあるとトランジスタ４２，
４３は遮断されているが、各パルスがこれらトラ
ンジスタをオンに切換えコイル１２に正に向かう
パルスを流し従つて計量装置の運動を生ずる。

コイル１２は、高利得の２乗回路を形成する第
一の演算増幅器４４に接続され、コイルからの低
振幅の正弦波信号を同じ周期の方形波に変換す
る。抵抗器４５は利得を制限するフイードバツク
抵抗である。演算増幅器の出力は単安定に進み
（回路動作には実質的効果を持たないので図示さ
れていない）、それからマイクロプロセツサーの
入力端子４６に至る。

コイル１２は第二の演算増幅器４７にも接続さ
れ、コイル出力は分圧回路からの低基準電圧の出
力と点Ｘに於て合計される。分圧回路はポテンシ
ヨンメータ４８及び抵抗器４９によつて形成され
る。両出力はそれぞれ抵抗器５０と５１とを通つ
て演算増幅器の負の入力に印加される。演算増幅
器の正の入力は接地されている。分圧回路に印加
された電圧Ｖは安定化されており抵抗４８と４９
の抵抗値をＲ４８とＲ４９とする。

コイル１２の電圧が−Ｖ・R48／R48＋R49よ
りも降下する時は点Ｘはアース電位以下になり、
増幅器４７の出力は“ハイ”となる。

このことは、本計量装置の振動が電位差計４８
によつて設定された所与の振幅レベルに達した時
に起る。

この演算増幅器の出力はマイクロプロセツサー
の他の入力端子５２に至る。勿論入力４０が“ロ
ー”の時には、コイル電圧は高く、演算増幅器４
７からの“ハイ”出力をブロツクする。

この回路は本計量装置及びマイクロプロセツサ
ー（MCP）のプログラムと関連して動作し、ま
た第４図に示すように、次々と多くのフアンクシ
ヨンを遂行するものである。

(i) MCPは計量装置の無荷重時共振周期のほぼ
三分の一に等しい長さの能動ローパルスを入力
４０に送る。コイル１２によつて振動が“フオ
ーワード”方向に開始される。対応するパルス
が端子４６に現われるが、コイル１２が正にな
る程５２の出力はまだ高くない。

(ii) 次いでMCPはそのパルスの長さの半分に等
しい時間待機する。すなわちコイルの戻り運動
から最大出力が生じる時の振動サイルクの中間
点まで待機する。装置が加重された時には振動
は比較的遅く、従つて無荷重時間周期の（1/3
＋1/6）に等しい時間の後には荷重された装置
はその戻り運動に於てピーク出力を発生しなけ
ればならない。

(iii) もし振動が基準電圧に勝る程の負電圧をコイ
ル１２に誘起するのに十分であれば、この時ま
でには端子５２は“ハイ”となる。今やMCP
は、無荷重の共振周期のほぼ1/8の短かい時間
に亘つてこの“ハイ”をチエツクするが、この
時間は装置が荷重されている時でも十分であ
る。というのはこの時間は大きくは変らないか
らである。

(iv) 或る振幅に達すれば、端子４６には常にコイ
ルの戻り運動で誘起されたパルスが存在する。
もし必要な振幅に達し得られなかつたならば、
MPCをして上記段階(i)へと戻す。

(v) 必要な振幅に達し得られたならば、MCPは
端子５２からトリガされ、端子４０への駆動パ
ルス出力を不能化し４６に於けるパルスを用い
て本計量装置が自由に共振しているときの一つ
又はそれ以上の周期を一定の速度で数え上げ
る。一般には分解能を大きくするために多くの
周期が数えられ且つ平均される。振幅の減衰と
かひいては周期の変化は、例えば四つの周期ま
では無視できる。

上述の計量装置は垂直な振動を有するが、これ
は必須なものではなくて、水平又は傾斜した運動
を有するものに作りかえたものも同様に作動でき
ることは勿論である。また本装置は正確にとり決
めた姿勢を保つことも必須ではなく、装置を手持
ちで操作することが許される。

第５図、第６図及び第７図には一実用例が示さ
れている。これは片面にボス６１を備えたベース
プレート６０を有し、該ボス中に垂直柱体６２が
ねじ込まれている。ナツト６３及び座金６４がら
せんばね６５の一端をボス６１の頭部に対して締
め付けており、このばね（第１図の１３に相当す
る）の他端は中央スピンドル６６に連結されてい
る。柱体６２の頂部には二重のナツトと座金との
集合体が他のばね６７（第１図の２に相当する）
の端部が締め付けており、このばねは磁石集合体
６８に連結されている。このばねはほとんど完全
な円形ループをなす。

上記磁石集合体は、上部及び下部のリング７０
と７１との間に保持された磁石６９を具備し、下
部のリングは補助リング７２で裏打ちされてい
る。柱体６２はこれらのリングの端縁近くの孔を
自由に貫通する。磁石は、円筒状スピゴツト７４
を備えた上部極片７３を有し、該スピゴツトはス
ピンドル６６を自由に取り囲み、下部極片から半
径方向に隔置されるように下方へ突出している。
スピンドル６６上に取り付けられたコイル７６は
これら極片の間の環状ギヤツプ中に配置されてい
る。

磁石集合体は、ナツト７９及び８０によつて固
定された直径対向するボルト７７及び７８により
軸方向に締め付けられている。ボルト７７はクラ
ンプとしてのみ役立つが、ボルト７８はそれより
長く且つ付加的に種々のばねと接続するためにも
用いられる。リング７０及び７２の上方及び下方
にはそれぞれらせんばね８３（第１図の９に相当
する）の両端を置くためのスペーサ８１及び８２
が存在して磁石集合体を中央スピンドル６６に連
結している。下部ばね８３は、ボルト７８の頭８
５に隣接する座金８４と下部スペーサ８２との間
に締め付けられ、上部ばね８３はスペーサ８１と
他のスペーサ８６との間に締め付けられ、またば
ね６７はこのスペーサ８６とナツト８０の下側の
座金８７との間に締め付けられている。

スピンドル６６はその下端に、ナツト８８を備
え頭部を有し、ばね６５の他端はこのナツトの座
金８９とスペーサ９０との間に締め付けられてい
る。下部ばね８３の他端はこのスペーサ９０と他
のスペーサ９１との間に締め付けられている。コ
イル７６に対する取り付け部９２はこの上方にあ
る。さらにスピンドルの上の方にはカラー９３が
存在し、この上方順に座金９４、上部ばね８３の
他端及びさらに座金９５が支承され、これらはナ
ツト９６によつて締め付けられている。この上方
でスピンドルはスリーブ集合体９７によつて取り
囲まれ、その露出した上端９８はケース（図示せ
ず）を取り付けるためにねじ切られている。

ナツト８８と座金８９との間には、はんだタグ
（soldertag）を備えたさらに他の座金９９が存在
し、同様な部品100がスリーブ集合体９７の部分
をも形成している。外部電気的接続はここに行な
われ、また内部接続（図示せず）はスピンドルを
経てコイルまでに存在し、部品９９と１００とは
互いに絶縁されている。

前記の両ばね８３は全く同形であつて、平行リ
ンクを形成し、これは相互接続されるスピンドル
集合体と磁石集合体とが平行に動くことを確保す
るものである。他のばね６５及び６７は必須的に
異なる形状であるとはいえ、定格及び他の特性が
少くともスピンドルの軸方向の振動に対し実質上
同じである。

補助リング７２は、磁石集合体６８が荷重され
たスピンドル集合体と同じ質量範囲にするため
に、より小さい又はより大きい質量の他のリング
に取り換えうるが或は全く除去しうるものであ
る。これはあらゆる計量操作に対して変える必要
はなく、実際多くの場合に実質上永続的である。
試料の荷重は一般に、例えばＯ−300グラムの或
る範囲内にあることが知られ、従つて磁石集合体
は、それを例えば150グラムである中位の荷重に
釣合わせるように安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明計量装置の縦方向断面略図、第
２図は変型計量装置の縦方向断面略図、第３図は
かような計量装置と組合わされる制御及び読み出
し回路の回路図、第４図はマイクロプロセツサー
のプログラムを示すブロツク図、第５図は実施計
量装置の側面図、第６図は第５図の−線断面
図、第７図は実施計量装置のばね配置を示す平面
図である。 １，２１……ケース、２，１３……整合ばね、
３……既知質量構造物、５，６……極片、７……
スピゴツト、８……承け皿、９……ばね、１０…
…円板、１２……コイル、４３，４２……ダーリ
ントン接続トランジスタ、４４，４７……演算増
幅器、４８，４９……分圧回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (i) つり手段によつてベース上に第１物体
   ３；２３；６８及び第２物体８；２６；６６を
   支持し、このつり手段は少なくとも或る限度の
   距離にわたる１つのモードの前記第１及び第２
   の物体の振動運動を実質的に妨げない様にし、 前記つり手段は、ベースと第１及び第２の物
   体夫々との間に作用する整合ばね手段と、前記
   第１及び第２の物体を接続する別のばね手段と
   より成り、それら物体の前記１つのモードの固
   有振動が対向するようにし、且つ前記整合ばね
   手段を前記別のばね手段の撓みに応答して撓ま
   せ、然して上記対向する力が上記つり手段によ
   りベースに伝達されて前記第１及び第２の物体
   をその周囲より実質的に隔離し； (ii) 前記第２物体に既知質量の荷重をかけ； (iii) 前記第１及び第２の物体及びそのつり手段を
   前記１つのモードで振動せしめ、； (ii)この振動の共振周波数を測定し； (iii) 前記(ii)、(iii)及び(iv)のステツプを種々の既
   知質
   量について繰返し； (vi) 前記(ii)、(iii)及び(iv)のステツプを未知質量
   につ
   いても行ない； (vii) 前記ステツプ(iv)の共振周波数を既知質量の荷
   重に関する共振周波数に関係せしめて未知質量
   を決定する 事を特徴とする未知質量を計量する方法。 ２ 予期される共振周波数に近い周波数のパルス
   によつて振動が電磁的に発生され、これらのパル
   スは前記測定に先立つて停止する事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ２ パルスが電磁手段に印加されるが、該電磁手
   段はパルスが停止された後に次に続く固有振動に
   相当する信号をも発生する事を特徴とする特許請
   求の範囲第２項に記載の方法。 ４ 共振周波数の前記測定は所与の振動振幅で行
   なわれる事を特徴とする特許請求の範囲第１項、
   第２項又は第３項に記載の方法。 ５ 予期される共振周波数に近い周波数のパルス
   によつて振動が先ず電磁的に発生され、さらにパ
   ルスが存在しないパルスサイクルの一部分の間
   に、電磁手段が振動の振幅の指示を行なう様に働
   かせる事を特徴とする特許請求の範囲第４項に記
   載の方法。 ６ 第１物体３；２３；６８、 未知質量の荷重を載せるようにした第２物体
   ８；２８；６６、 ベース１；２１；６０、６２、 上記ベースと上記物体それぞれとの間に作用す
   る整合ばね手段２，１３；２２、２３；６５，６
   ７と、上記物体間を連結する別のばね手段９；２
   ９；８３とより成るつり手段、及び、 上記第１、第２物体の固有振動の共振周波数に
   基づき上記未知質量の荷重の質量を計測する手段
   １２；３２；７６とより成り、然して少なくとも
   或る限度にわたる１つのモードの前記第１、第２
   物体の振動運動が実質的に妨げられず、且つ上記
   第１、第２物体それぞれの上記モードの固有振動
   が互いに対向し、この対向する力が上記つり手段
   を介して上記ベースに伝達されて上記第１、第２
   物体が実質的に周囲から隔離されている事を特徴
   とする未知質量の荷重を計量する装置。 ７ パルス駆動電磁手段７，１２；２７，３２；
   ７４，７６が予期される共振周波数に近い周波数
   で振動を生ずるために設けられ、該共振周波数の
   測定に先立つて該パルスを停止する手段４７が設
   けられた事を特徴とする特許請求の範囲の範囲第
   ６項に記載の装置。 ８ 電磁手段はパルスが停止された後の次に続く
   固有振動数に相当する信号を発生するように配備
   されている事を特徴とする特許請求の範囲第７項
   に記載の装置。 ９ 所与の振動振幅を測定し、この所与振幅が得
   られたとき上記共振周波数を測定する手段を作動
   せしめる手段４８，４９を備えた事を特徴とする
   特許請求の範囲第６項、第７項又は第８項に記載
   の装置。 １０ 予期される共振周波数に近い周波数で振動
   を発生するためのパルス駆動電磁手段７，１２；
   ２７，３２；７４，７６が備えられ、パルスが存
   在しない時にパルスサイクルの一部分の間で振動
   の振幅の表示を生ずるように構成されている事を
   特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の装置。