JPH07218324A - 電子天びん - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フォースコイルに流れる電流（コイル電流）
を電圧信号に変換するための基準抵抗が数ｐｐｍ程度の
温度係数を持っていても、コイル電流に正確に比例した
電圧信号を得ることができ、安価な基準抵抗を用いて高
精度化を達成することのできる電子天びんを提供する。 【構成】基準抵抗７に対して熱抵抗が略零の位置関係で
発熱用抵抗１３を配置するとともに、この発熱用抵抗１
３に流す電流ｉをコイル電流Ｉの大きさに基づいて制御
する回路手段１４を設け、コイル電流Ｉによる基準抵抗
７の発熱量と、発熱用抵抗１３の発熱量との和が略一定
となるように発熱用抵抗１３に流れる電流ｉを制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁力平衡型の電子天び
んに関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁力平衡型の電子天びんでは、一般
に、永久磁石による磁界中に可動のフォースコイルを配
置するとともに、このフォースコイルにレバー等を介し
て秤量皿を連結した機構を持ち、被測定荷重が秤量皿に
作用することによるレバー等の変位を変位センサで検出
して、その変位が零になるようにフォースコイルに流れ
る電流を制御する。そして、そのフォースコイルに流れ
る電流の大きさから、被測定荷重を算出するようになっ
ている。

【０００３】ここで、フォースコイルに流れる電流の大
きさから表示器に表示すべき計量値を求めるに当たって
は、実際には、コイル電流を基準抵抗に流すことによっ
てアナログ電圧信号に変換した後、その電圧信号をＡ−
Ｄ変換器によってデジタル化し、これを荷重データとし
てマイクロコンピュータに採り込み、平均化処理等を施
して表示すべき計量値を得ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な従来の電子天びんのうち、高精度のものにおいては、
基準抵抗として温度係数ができるだけ零に近いもので、
しかも許容電力が実際に使用される電力に比して数倍な
いし数十倍のものを使用する必要がある。

【０００５】すなわち、基準抵抗はそこに流れるコイル
電流により発熱し、その温度が変化するが、この温度変
化によって基準抵抗の抵抗値が変化してしまうと、正し
くコイル電流を表す荷重データを得ることができない。
そこで、基準抵抗としては温度係数が可能な限り零に近
いもので、しかも許容電力が大きい抵抗体を使用して、
コイル電流が流れることによる温度変化を少なくし、ま
た、温度変化があっても抵抗値が変化しにくいものを使
用しなければならない。

【０００６】ここで、電子天びんの高精度化を追求して
いくためには、基準抵抗として温度係数が零のものが必
要となるが、絶対零の温度係数を持つ抵抗体は実質的に
は存在せず、この点が天びんの高精度化の限界となる。
また、絶対零ではなくても可能な限り零に近い抵抗体
で、しかも許容電力の大きいものを用いる場合でも、そ
のコストが高いという問題がある。

【０００７】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、基準抵抗の温度係数が数ｐｐｍ程度あって、ま
た、許容電力がさほど大きくなくても、コイル電流を正
確に表す荷重データを得ることができ、安価な基準抵抗
を用いて高精度化を達成することのできる電子天びんの
提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、実施例図面である図１を参照しつつ説明す
ると、本発明の電子天びんは、磁界中のフォースコイル
４に流れる電流を電圧信号に変換する基準抵抗７に対し
て熱抵抗が略零となるような位置に発熱用抵抗１３を配
置するとともに、この発熱用抵抗１３に流す電流をコイ
ル電流の大きさに基づいて制御する回路手段１４を有
し、その回路手段１４は、コイル電流が流れることによ
る基準抵抗７の発熱量と、発熱用抵抗１３の発熱量との
和が略一定となるよう、発熱用抵抗１３に流れる電流を
制御することによって特徴づけられる。

【０００９】

【作用】本発明は、基準抵抗７にコイル電流が流れるこ
とによる自己加熱に起因する温度変化分を、これと熱抵
抗がほぼ零となる位置関係で置かれた発熱用抵抗１３の
発熱量を加減することによって、相殺的に解消しようと
するものである。

【００１０】すなわち、基準抵抗７には被測定荷重Ｗの
大きさに比例したコイル電流が流れ、その電流の大きさ
に応じた発熱量のもとに温度が変化することになるが、
この基準抵抗７に対して熱抵抗がほぼ零となるように発
熱用抵抗１３を配置し、両者の発熱量の和が常にほぼ一
定となるように発熱用抵抗１３に流す電流を制御する
と、基準抵抗７の温度はコイル電流の大きさにかかわら
ず一定となる。従って、温度係数が数ｐｐｍ程度の抵抗
体を基準抵抗７としても、自己加熱による温度変化が殆
ど生じないが故に、コイル電流に正確に比例する電圧信
号が得られる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明実施例の構成を示すブロック図
である。被測定荷重Ｗは秤量皿１上に載せられる。この
秤量皿１は、支点２ａに支持されたレバー２の一端側に
連結されており、そのレバー２の先端部分の変位は変位
センサ３によって検出される。レバー２の他端側には巻
き枠４ａが固着されており、その巻き枠４ａにフォース
コイル４が巻回されている。

【００１２】変位センサ３の出力はＰＩＤ制御回路５に
導入され、このＰＩＤ制御回路５では、変位センサ３の
出力の大きさに応じた電流をフォースコイル４に流す。
フォースコイル４は永久磁石を主体とする磁気回路６が
作る静磁界中に配置されており、ＰＩＤ制御回路５から
の電流がフォースコイル４に電流が流れることによっ
て、その電流の大きさと磁場の強さに応じた電磁力が発
生する。この電磁力はフォースコイル４および巻き枠４
ａを介してレバー２に伝達され、被測定荷重Ｗに抗して
レバー２の変位が零となるように作用して系を平衡させ
る。従って、系の平衡状態においてフォースコイル４に
流れる電流の大きさは、磁気回路６による磁場の強さが
一定であれば被測定荷重Ｗに比例したものとなる。

【００１３】フォースコイル４に流れる電流は基準抵抗
７に流され、ここで電圧信号に変換された後にＡ−Ｄ変
換器８に導入される。Ａ−Ｄ変換器８からのデジタルデ
ータは、従って、フォースコイル４に流れる電流の大き
さ、ひいては秤量皿１に作用する被測定荷重Ｗの大きさ
を表すデータ、つまり荷重データとなってマイクロコン
ピュータ９に採り込まれる。

【００１４】マイクロコンピュータ９は荷重データのほ
かに、前記した磁気回路６内の永久磁石の近傍に置かれ
た温度センサ１０からの温度検出信号をＡ−Ｄ変換器１
１でデジタル化した温度データをも採り込んでおり、こ
の温度データを用いて、永久磁石の温度変化に起因する
磁場変化を補償しつつ、荷重データを平均化する等によ
って表示器１２に表示すべき計量値を決定する。

【００１５】さて、基準抵抗７に近接して、この基準抵
抗７との熱抵抗がほぼ零となるような位置関係で、発熱
用抵抗１３が設けられている。そしてこの発熱用抵抗１
３には、演算回路１４から供給される電流ｉが流され
る。この電流ｉは、基準抵抗７に流れる電流であるコイ
ル電流Ｉの大きさに応じて演算回路１４によって一意的
に求められる。

【００１６】すなわち、演算回路１４は、ＰＩＤ制御回
路５の出力であるコイル電流Ｉを入力し、このコイル電
流Ｉと、基準抵抗７の抵抗値Ｒ、および発熱用抵抗１３
の抵抗値Ｒ´とから、電流Ｉが流れることによる基準抵
抗７の発熱量と、電流ｉが流れることによる発熱用抵抗
１３の発熱量との和が一定となるよう、その電流ｉの大
きさを決定する。式で表せば、

【００１７】

【数１】

【００１８】となるような電流ｉを算出して、発熱用抵
抗１３に供給する。つまり、演算回路１４は、コイル電
流Ｉから

【００１９】

【数２】

【００２０】によって電流ｉを演算し、発熱用抵抗１３
に流す。その結果、基準抵抗７に流れる電流Ｉの大きさ
に関わらず、この基準抵抗７と発熱用抵抗１３の発熱量
の和は常に一定となり、また、これら両者は熱抵抗がほ
ぼ零となるような位置関係で配置されているため、両者
の発熱量の和を適当な値に設定しておくことにより、こ
れら両者の温度は一定に保たれる。

【００２１】従って、基準抵抗７として、数ｐｐｍ程度
のある程度の大きさの温度係数を持つ抵抗体を用いて
も、Ａ−Ｄ変換器８には常にフォースコイル４に流れる
電流Ｉに正確に比例した電圧信号が供給される。

【００２２】なお、発熱用抵抗１３の温度係数は任意で
あり、また、この発熱用抵抗１３と基準抵抗７とを、熱
抵抗がほぼ零となるように配置する方法としては、例え
ば両者をセラミック抵抗とした場合には、基板上にこれ
らの抵抗７および１３を相互に錯綜するようにパターニ
ングする方法、あるいは基準抵抗７に対して、コイル様
の発熱用抵抗１３を巻きつけたり、線または板状の発熱
用コイル１３を貼り付ける等の方法を採用することがで
きる。

【００２３】また、演算回路１４による電流ｉの演算方
法として、上記したような厳密な演算ではなく、より簡
易な演算に代えることができる。例えば、基準抵抗７と
発熱用抵抗１３の抵抗値をほぼ同一にしておくととも
に、演算回路１４では、基準抵抗７に流れるコイル電流
Ｉの最大値（フルスケール電流，１００％）としたと
き、この基準抵抗７と発熱用抵抗１３に流れる電流の合
計が常にその最大値となるように、補数演算を行う方法
を採用することができる。この場合、抵抗の発熱量はそ
こに流れる電流の２乗に比例するから、両抵抗の発熱量
の和のコイル電流Ｉに対する関係は、コイル電流Ｉが零
の場合とフルスケール値の場合において両抵抗の発熱量
の和が一致し、コイル電流Ｉが５０％の場合には両抵抗
の発熱量の和がこれよりも少なくなる、全体として下に
凸の放物線状の発熱量となるが、基準抵抗７のみを設け
た従来の電子天びんに比して、基準抵抗７の自己加熱に
よる温度変化は大幅に緩和される。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フォースコイルに流れる電流を電圧信号に変換してＡ−
Ｄ変換器に供給するための基準抵抗に対して、熱抵抗が
略零となるような位置関係に発熱用抵抗を配置するとと
もに、その発熱用抵抗には、基準抵抗に流れるコイル電
流の大きさに基づき、当該発熱用抵抗と基準抵抗との発
熱量の和が略一定となるような電流を流すように構成し
ているから、秤量皿上の荷重の大きさに応じて基準抵抗
に流れるコイル電流の大きさが変化して、この基準抵抗
単独の発熱量が変化しても、発熱用抵抗はその変化分を
相殺するように発熱する結果、基準抵抗の温度はコイル
電流の大小に関係なく常に一定となる。

【００２５】従って、本発明の採用により、基準抵抗と
して、例えば数ｐｐｍ等のある程度の大きさの温度係数
を持ち、しかも許容電力が実際の使用電力より僅かに大
きな安価な抵抗体を採用しても、コイル電流の変化によ
る温度変化が零ないしは殆ど生じないが故に、常にコイ
ル電流を正確に比例した電圧信号を得ることが可能とな
る。よって、従来のこの種の電子天びんに比して、同等
の性能を得るに当たってはコストを低減することができ
る。また、電子天びんの高性能を追求していくに当たっ
て、温度係数が絶対零の抵抗が存在しない限り避けられ
ない、基準抵抗の自己加熱に起因する誤差の発生、とい
う問題を解消することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の構成を示すブロック図

【符号の説明】

１ 秤量皿 ２ レバー ３ 変位センサ ４ フォースコイル ５ ＰＩＤ制御回路 ６ 磁気回路 ７ 基準抵抗 ８ Ａ−Ｄ変換器 ９ マイクロコンピュータ １２ 表示器 １３ 発熱用抵抗 １４ 演算回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁界中に置かれた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ると
   ともに、そのコイル電流を基準抵抗に流すことによって
   電圧信号に変換した後、Ａ−Ｄ変換器でデジタル化して
   荷重データを得る電子天びんにおいて、上記基準抵抗に
   対して熱抵抗が略零となるような位置に発熱用抵抗が配
   置されているとともに、この発熱用抵抗に流す電流を制
   御する回路手段を有し、その回路手段は、コイル電流が
   流れることによる上記基準抵抗の発熱量と、上記発熱用
   抵抗の発熱量の和が略一定となるよう、当該発熱用抵抗
   に流れる電流を制御することを特徴とする電子天びん。