JPH1164123A - ロードセルのスパン温度補償装置 - Google Patents

ロードセルのスパン温度補償装置

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JPH1164123A
JPH1164123A JP24048897A JP24048897A JPH1164123A JP H1164123 A JPH1164123 A JP H1164123A JP 24048897 A JP24048897 A JP 24048897A JP 24048897 A JP24048897 A JP 24048897A JP H1164123 A JPH1164123 A JP H1164123A
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英裕 宮本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブリッジ回路に接続した抵抗が温度センサと
して機能し、簡単なラーニングによりロードセルの温度
変化関数又は係数を求めることができ、高精度にスパン
の温度補償を行えるようにすること。 【解決手段】 起歪体に設けられている歪ゲージG1
4 で構成されたブリッジ回路11を備えるロードセル
において、ブリッジ回路11の入力側に直列接続され温
度変化によって抵抗値Ry が変化しこの抵抗値の変化に
よってブリッジ回路11の両方の出力端14、15に生
成される荷重電圧(Vp −Vm )の温度変化に基づくス
パン変化を粗補償する補償抵抗体12と、ブリッジ回路
11の一方の出力端15に生成する温度電位Vp に基づ
いてブリッジ回路11の両方の出力端に生成される粗補
償済み荷重電圧(Vp −Vm )に含まれている温度変化
に基づくスパン変化を細かく補償して微補償済みデジタ
ル荷重電圧を生成する温度補償手段と、を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、計量装置の重量
センサとして使用する歪ゲージ式ロードセルの出力の、
温度変化によるスパン変化を補償するロードセルのスパ
ン温度補償装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の上記歪ゲージ式ロードセルのスパ
ン温度補償装置として、図8に示すように、歪ゲージG
1 〜G4 からなるブリッジ回路の正負の各入力電圧端
に、それぞれ直列に温度依存性の高い補償抵抗体1、2
を挿入したものがある。この補償抵抗体1、2による
と、補償抵抗体1、2の温度変化に伴う抵抗値Rm の変
化によってブリッジ回路に入力する入力電圧を変化させ
ることができ、これによって、ロードセルを構成する起
歪体の温度変化に基づくヤング率の変化を相殺してブリ
ッジ回路の出力電圧(荷重電圧)の温度変化に基づくス
パン変化を補償することができ、その結果、補償済みの
荷重電圧(Vp −Vm )を出力させることができる。
【0003】上記従来のスパン温度補償装置によると、
スパン変化を補償抵抗体1、2によって補償しているの
で、スパン変化を高精度に補償しようとすると、その補
償精度に応じて高精度の抵抗値、及び温度特性が高精度
の補償抵抗体1、2を接続する必要がある。しかし、高
精度の補償抵抗体1、2にもその抵抗値と温度特性にば
らつきがあるので、高精度の補償抵抗体1、2を採用し
ても、スパンの温度補償の高精度化には或る一定の限界
がある。そして、高精度の補償抵抗体1、2は高価であ
るという問題もある。
【0004】そこで、スパン変化を上記温度補償装置よ
りも高精度に補償することができるスパンの温度補償装
置が開示されている(特開平−166297号参照)。
このスパンの温度補償装置は、図9に示すように、ブリ
ッジ回路の電源側の一方の端部に直列に温度依存性の高
い補償抵抗体3を挿入して、この補償抵抗体3によって
ロードセル4を構成する起歪体の温度変化に基づくヤン
グ率の変化を粗補償して、ブリッジ回路の荷重電圧のス
パン変化を粗補償することができる。そして、ロードセ
ル4の起歪体の近傍に温度センサ5を設けてあり、この
温度センサ5によりロードセル4の温度を計測し、マイ
クロコンピュータ6がこの計測して得られた温度データ
を使用して上記粗補償済みの荷重電圧に対して数値計算
処理をすることにより更に細かくスパン変化の温度補償
を行う。
【0005】図9に示す上記従来のスパンの温度補償装
置によると、補償抵抗体3により荷重電圧を粗補償して
いるので、高精度の補償抵抗体を使用する必要がなく経
済的である。そして、マイクロコンピュータ6が温度デ
ータを使用して粗補償済みの荷重電圧に対して数値計算
処理を行うことにより比較的高精度のスパンの温度補償
を実現することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図9に示す従
来のロードセルのスパン温度補償装置によると、温度に
よって変化する要素が、起歪体のヤング率、補償抵抗体
3の抵抗値RN 、及び温度センサ5の感度の3種類があ
り、起歪体のヤング率は、物理的にひじょうに安定して
いるので各温度補償装置に設けられているそれぞれの起
歪体の間でも一定とみなすことができるので、スパンの
温度補償の高精度化の妨げとなっていないが、補償抵抗
体3によるブリッジ回路の入力電圧の変化量(ヤング率
補償量)と温度センサ5により計測された温度データ
は、互いに全く別の物理量であり、かつ、温度センサ5
の温度特性及び補償抵抗体の抵抗値RN の温度特性にば
らつきがあるために、互いの関数関係(デジタル補償関
数又はデジタル補償係数)を高精度に決定することが困
難である。従って、マイクロコンピュータ6は、正確で
あるとはいえない上記デジタル補償関数又は係数を使用
して数値計算処理を行うこととなるので、高精度にスパ
ン変化の温度補償を行うことができないという問題があ
る。
【0007】ただし、荷重を計測する前に、ロードセル
4に予め定めた荷重を掛けた状態で、予め定めた温度だ
け変化させてそのときのスパン変化を記憶させるという
ラーニングを行っておくことにより、上記デジタル補償
関数又は係数を高精度に決定することができ、これによ
り、高精度のスパンの温度補償を実現することが可能と
考えられる。しかし、この方法には、ロードセル4に予
め定めた互いに相違する荷重を異なる温度において正確
に負荷すること自体が困難であるという問題がある。
【0008】そして、補償抵抗体3と別個に温度センサ
5を設ける必要があるので、その温度センサ5により構
造が複雑となるし、その温度センサ5の分だけコスト高
になるという問題もある。
【0009】本発明は、温度センサ5が不要であり、簡
単なラーニングによりロードセルの温度補償関数又は係
数を求めることができ、高精度にスパンの温度補償を行
うことができるロードセルのスパン温度補償装置を提供
することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係るロード
セルのスパン温度補償装置は、起歪体とこの起歪体に設
けられている歪ゲージで構成されたブリッジ回路とを備
えるロードセルにおいて、上記ブリッジ回路の入力側に
直列接続され温度変化によって抵抗値が変化しこの抵抗
値の変化によって上記ブリッジ回路の両方の出力端に生
成される荷重に対応する上記ロードセルの出力電圧(以
下、「荷重電圧」という。)の温度変化に基づくスパン
変化を粗補償する補償抵抗体と、上記ブリッジ回路の一
方の出力端に生成する温度によって変化する電位(以
下、「温度電位」という。)に基づいて上記ブリッジ回
路の両方の出力端に生成される上記粗補償済み荷重電圧
に含まれている温度変化に基づくスパン変化を数値計算
で細かく補償して微補償済みの荷重に対応するデジタル
信号(以下、「微補償済みデジタル荷重信号」とい
う。)を生成する温度補償手段と、を具備することを特
徴とするものである。
【0011】第2の発明に係るロードセルのスパン温度
補償装置は、起歪体とこの起歪体に設けられている歪ゲ
ージで構成されたブリッジ回路とを備えるロードセルに
おいて、上記ブリッジ回路の入力側に直列接続され温度
変化によって抵抗値が変化しこの抵抗値の変化によって
上記ブリッジ回路の両方の出力端に生成される荷重に対
応する上記ロードセルの出力電圧(以下、「荷重電圧」
という。)の温度変化に基づくスパン変化を粗補償する
補償抵抗体と、上記ブリッジ回路の両方の出力端に生成
される上記粗補償済み荷重電圧に含まれている温度変化
に基づくスパン変化を下記の式により表せられる演算に
よって細かく補償して微補償済みの荷重に対応するデジ
タル信号(以下、「微補償済みデジタル荷重信号」とい
う。)を生成する温度補償手段と、を具備することを特
徴とするものである。 X=〔S/(1+ε)〕・(Rx,t /Rs, tS ) ε=K・(Px,t −Pz, tS −C・Rx,t ) K=〔α・(t2 −t1 )・Pz, t1 +Pz, t2 −Pz,
t1 〕/〔(Pz, t2 −Pz, t1 )・Pz, t1 〕 として表すことができる。
【0012】但し、Xは被計量物の微補償済みデジタル
荷重信号、Sは秤量荷重若しくはそれに近い荷重のデジ
タル値、Rx,t は荷重計測時の温度と基準温度との温度
差がtにおいて計測荷重を負荷した時の上記粗補償済み
荷重電圧をアナログ・デジタル変換して得たデジタル荷
重信号、Rs, ts はスパン調整時の温度と基準温度との
温度差がtS において秤量荷重若しくはそれに近い荷重
を負荷した時の上記粗補償済み荷重電圧と風袋荷重を負
荷した時の上記粗補償済み荷重電圧との差の電圧をアナ
ログ・デジタル変換して得たデジタル荷重信号、Kはラ
ーニング時に一定荷重が負荷された一定荷重状態におけ
る上記ブリッジ回路の一方の出力端に生成する温度によ
って変化する電位(以下、「温度電位」という。)に基
づいて決まる固定係数、Px,t は荷重計測時の温度と基
準温度との温度差がtにおいて計測荷重を負荷した時の
上記ブリッジ回路の一方の出力端に生成する温度電位を
アナログ・デジタル変換して得たデジタル温度信号、P
z, tS はスパン調整時の温度と基準温度との温度差がt
S の温度において風袋荷重が負荷されている時の上記温
度電位をアナログ・デジタル変換して得たデジタル温度
信号、Cはスパン調整により求められる固定係数、αは
補償抵抗体を除くロードセル自体の出力の温度変化係数
(/°C)、(t2 −t1 )はラーニング時の温度t1
とt2 の温度差(°C)、Pz, t1 はラーニング時の基
準温度に対する温度差t1 の温度における上記一定荷重
が負荷された状態の上記温度電位をアナログ・デジタル
変換して得たデジタル温度信号、Pz, t2 はラーニング
時の基準温度に対する温度差t2 の温度における上記一
定荷重が負荷された状態での上記温度電位をアナログ・
デジタル変換して得たデジタル温度信号である。
【0013】第3の発明に係るロードセルのスパン温度
補償装置は、起歪体とこの起歪体に設けられている歪ゲ
ージで構成されたブリッジ回路とを備えるロードセルに
おいて、上記ブリッジ回路の入力側に直列接続され温度
変化によって抵抗値が変化しこの抵抗値の変化によって
上記ブリッジ回路の両方の出力端に生成される荷重に対
応する上記ロードセルの出力電圧(以下、「荷重電圧」
という。)の温度変化に基づくスパン変化を粗補償する
補償抵抗体と、上記ブリッジ回路の両方の出力端に生成
される上記粗補償済み荷重電圧に含まれている温度変化
に基づくスパン変化を下記の式により表せられる演算に
よって細かく補償して微補償済みの荷重に対応するデジ
タル信号(以下、「微補償済みデジタル荷重信号」とい
う。)を生成する温度補償手段と、を具備することを特
徴とするものである。 X=Rx,t ・Pt 但し、Xは被計量物の微補償済みデジタル荷重信号、R
x,t は荷重計測時の温度と基準温度との温度差がtにお
いて計測荷重を負荷した時の上記粗補償済み荷重電圧を
アナログ・デジタル変換して得たデジタル値、Ptはラ
ーニング時に決まる二次以上の高次のデジタル補償関数
の上記温度差tにおけるデジタル値であり1/(α
(t)・β(t))のデジタル値で表され、α(t)は
補償抵抗体を除くロードセル自体の出力の温度変化関
数、β(t)は上記ブリッジ回路の一方の出力端に生成
される温度によって変化する電位(以下、「温度電位」
という。)の温度変化関数である。
【0014】第4の発明に係るロードセルのスパン温度
補償装置は、第1、第2、又は第3の発明において、上
記温度電位は、上記ブリッジ回路の両方の各出力端に生
成される温度電位の平均値であることを特徴とするもの
である。
【0015】本発明によると、補償抵抗体は、温度変化
によって抵抗値が変化して、この抵抗値の変化によって
ブリッジ回路の両方の出力端に生成される荷重電圧の温
度変化に基づくスパン変化を粗補償することができる。
そして、温度補償手段は、ブリッジ回路の一方の出力端
に生成される温度電位に基づいて上記粗補償済みの荷重
電圧に含まれている温度変化に基づくスパン変化を更に
細かく補償して微補償済みデジタル荷重信号を生成する
ことができる。
【0016】第2の発明は、第1の発明のロードセルと
補償抵抗体が一次の温度特性を持つものとしたものであ
る。Xは、微補償済みデジタル荷重信号である。この微
補償済みデジタル荷重信号は、補償抵抗体によって粗補
償された粗補償済み荷重電圧を、温度補償手段によって
更に細かくスパン変化の温度補償が行われてこの温度補
償手段によって出力される出力信号である。Kはラーニ
ング時に決まる固定係数(デジタル補償係数)である。
この固定係数Kは、ロードセルの異なる各温度において
一定荷重が負荷されている時に出力される温度電位Pz,
t1 、Pz, t2の各デジタル値と(t2 −t1 )とに基
づいて求めることができる。
【0017】第3の発明は、第1の発明のロードセルと
補償抵抗体が二次以上の高次の温度特性を持つものとし
たものである。Xは、微補償済みデジタル荷重信号であ
る。温度補償手段は、補償抵抗体によって粗補償された
粗補償済み荷重電圧Rx,t にデジタル補償関数Ptを乗
算して更に細かくスパンの温度補償を行い微補償済みデ
ジタル荷重信号Xを生成する。このPtは、ラーニング
時に決まる二次以上の高次のデジタル補償関数であり1
/(α(t)・β(t))のデジタル値で表され、α
(t)は一定荷重が負荷されている時における補償抵抗
体を除くロードセル自体の出力の温度変化関数、β
(t)は上記一定荷重が負荷されている時における上記
ブリッジ回路の一方の出力端に生成される温度電位の温
度変化関数である。
【0018】ロードセルの温度変化関数β(t)を温度
差tに対応する変数値とし、1/(α(t)・β
(t))を関数γ(t)の関数値として、このβ(t)
とγ(t)の各組合せに対して二次以上の高次の回帰分
析を行い、関数γ(t)を所定の高次関数として求め
る。このγ(t)は、荷重計測時における温度電位β
(t)を関数γ(t)に代入してこの関数値γ(t)を
計算することができ、X=Rx,t・Ptによりスパンの
温度補償された微補償済みデジタル荷重信号を生成する
ことができる。Ptはγ(t)のアナログ・デジタル変
換値である。
【0019】このように、デジタル補償関数Ptはラー
ニング時に、一定荷重が負荷された状態で得られた関数
α(t)とβ(t)の積の逆数として求めることがで
き、そして、このデジタル補償関数Ptの荷重計測時に
おける値は、荷重計測時の温度における風袋荷重が負荷
されて、計測荷重が負荷されていない時に出力される温
度変化関数β(t)のデジタル値に基づいて生成するこ
とができる。
【0020】第4の発明によると、ブリッジ回路の両方
の各出力端に生成される温度電位の平均値を温度電位と
し、この平均温度電位に基づいて粗補償済み荷重電圧に
含まれている温度変化に基づくスパン変化を細かく補償
して微補償済みデジタル荷重信号を生成することができ
る。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明に係るロードセルのスパン
温度補償装置の第1実施形態を各図を参照して説明す
る。図1は、この実施形態のロードセルのスパン温度補
償装置を備えた計量装置の電気回路を示すブロック図で
ある。このロードセルのスパン温度補償装置は、同図に
示すように、ロードセルのホイートストンブリッジ回路
11の入力側に補償抵抗体12を直列接続し、補償抵抗
体12の抵抗値Ry の変化が、ロードセルのブリッジ回
路11の出力端14、15に生成される荷重に対応する
ロードセルの出力電圧(以下、「荷重電圧」という。)
(Vp −Vm )の温度変化に基づくスパン変化を粗補償
し、中央演算処理装置(以下、CPU20という。)が
構成する温度補償手段が、ブリッジ回路11の一方の出
力端15に生成される温度によって変化する出力と入力
電源のグランド側との電位差(以下、「温度電位」とい
う。)Vp に基づいて上記粗補償済み荷重電圧(Vp
m )に含まれている温度変化に基づくスパン変化を細
かく補償して微補償済みの荷重に対応するデジタル信号
(以下、「微補償済みデジタル荷重信号」という。)を
生成する構成である。
【0022】ブリッジ回路11は、従来公知の起歪体に
設けた例えば4つの歪ゲージG(G1 〜G4 )からなる
ものであり、また、補償抵抗体12は、歪ゲージGの温
度係数よりも十分に大きい温度係数の銅、ニッケル、チ
タン等で形成され、その抵抗値Ry は、ブリッジ回路1
1の温度による出力スパン変化を粗補償し得る値に設定
されている。例えば、歪ゲージGの抵抗値Rが350Ω
とすると、補償抵抗体12の抵抗値Ry は約48Ωとな
る。ただし、G1 〜G4 の各抵抗値をRとする。
【0023】また、ブリッジ回路11の両方の出力端1
4、15の電圧差として生じる粗補償済みの荷重電圧V
p −Vm は、増幅器16で増幅され、その出力は、スイ
ッチ回路18のスイッチSW1を介してA/D変換回路
19に入力し、このデジタル荷重信号は、CPU20に
入力してスパン変化を細かく補償する演算処理がなされ
る。
【0024】そして、ブリッジ回路11の一方の出力端
15に生成する温度電位Vp は、増幅器21とスイッチ
SW2を介してCPU20に入力して上記粗補償済みの
荷重電圧(Vp −Vm )のスパン変化を細かく補償する
演算処理に使用される。また、スイッチ回路18のスイ
ッチSW1、SW2は、CPU20から出力する切換信
号Sによってa接点側とb接点側とに切換制御されるよ
うに構成されている。つまり、重量を計測する重量計測
モードのときは、SW1がON、SW2がOFFとな
り、温度を計測する温度計測モードのときは、SW1が
OFF、SW2がONとなる。
【0025】そして、ロードセルのスパン変化の温度補
償に際しては、補償抵抗体12がロードセルの温度を検
出する温度センサとして使用され、この補償抵抗体12
の抵抗値Ry の変化に基づいて変化する出力端15に生
成する温度電位Vp は、増幅器21、スイッチSW2を
介してCPU20に入力して処理される。従って、ロー
ドセルのスパン変化の温度補償用として別の感温素子は
不要となる。
【0026】次に、上記構成のスパンの温度補償装置に
よるスパン変化の温度補償について説明する。図1に示
す計量装置に電源が投入されると、ブリッジ回路11と
補償抵抗体12には温度に左右されない電源電圧Vが印
加され、これによってブリッジ回路11からは、起歪体
の歪量に比例する荷重電圧(Vp −Vm )が出力され
る。そして、ロードセル温度が何らかの原因で次第に上
昇すると、起歪体のヤング率の減少によって起歪体の歪
量が増加し、その結果、ブリッジ回路11の負荷をかけ
た状態の荷重電圧は、ロードセルの温度t(温度tは、
基準温度t0 に対する温度差である。)の上昇と共に上
昇する。即ち、荷重とロードセル出力(Vp −Vm )と
の関係においてロードセルの出力スパンが増加してい
く。また、補償抵抗体12の抵抗値Ry も温度上昇と共
に上昇していく。そして、補償抵抗体12の抵抗値の上
昇によって、ブリッジ回路11に加えられている電圧E
c (図1参照)が減少するので、ブリッジ回路11の荷
重電圧V0 (x,t)(=Vp−Vm )は下降する。V
0 (x,t)のxは荷重、tは基準温度t0 に対する温
度差である。
【0027】ここで、荷重電圧V0 (x,t)の上昇率
と補償抵抗体12の抵抗値の上昇による荷重電圧V
0 (x,t)の下降率とが、略等しくなるように補償抵
抗体12の抵抗値Ry を設定してあるので、ブリッジ回
路11の荷重電圧V0 (x,t)の温度変化に基づくス
パン変化を補償抵抗体12により粗補償することがで
き、粗補償済みの荷重電圧V0 (x,t)を生成するこ
とができる。また、ロードセルの温度が下がる場合は、
上記と逆の作用によって同様にして温度による荷重電圧
0 (x,t)のスパン変化を粗補償することができ
る。従って、ロードセルの出力スパンは、ブリッジ回路
11の荷重電圧V0 (x,t)において、電気的に粗補
償されたものとして出力される。
【0028】次に、上記構成のロードセルのスパン温度
補償装置において、粗補償済みの荷重電圧V0 (x,
t)(=Vp −Vm )に含まれているスパン変化を更に
細かく温度補償を行う温度補償手段について説明する。
温度補償手段は、CPU20と記憶部22に記憶されて
いる図7に示すフローチャートを内容とするプログラム
とから構成されている。温度補償手段は、ブリッジ回路
11の両方の出力端14、15に生成される粗補償済み
の荷重に対応する電圧(粗補償済み荷重電圧)(Vp
m )に含まれている温度変化に基づくスパン変化を下
記の式により表せられる演算によって細かく補償して微
補償済みの荷重に対応するデジタル信号(微補償済みデ
ジタル荷重信号)Xを生成する手段である。 X=〔S/(1+ε)〕・(Rx,t /Rs, tS ) ・・・(1) ε=K・(Px,t −Pz, tS −C・Rx,t ) K=〔α・(t2 −t1 )・Pz, t1 +Pz, t2 −Pz, t1 〕/〔(Pz, t 2 −Pz, t1 )・Pz, t1 〕 C=(Ps, tS −Pz, tS )/Rs, tS として表すことができる。
【0029】但し、Xは被計量物の微補償済みデジタル
荷重信号、Sは秤量荷重若しくはそれに近い荷重のデジ
タル値(以下、「秤量荷重等のデジタル値」とい
う。)、Rx,t は荷重計測時の温度と基準温度t0 (例
えば20°C)との温度差がtにおいて計測荷重を負荷
した時の上記粗補償済み荷重電圧をアナログ・デジタル
変換して得たデジタル値(デジタル荷重信号)、Rs, t
s はスパン調整時の温度と基準温度t0 との温度差がt
S において秤量荷重(風袋荷重を含む)若しくはそれに
近い荷重を負荷した時の上記粗補償済み荷重電圧と風袋
荷重を負荷した時の上記粗補償済み荷重電圧との差の電
圧をアナログ・デジタル変換して得たデジタル荷重信
号、Kはラーニング時に一定荷重が負荷された一定荷重
状態における上記ブリッジ回路11の一方の出力端15
に生成する温度によって変化する電位(以下、「温度電
位」という。)に基づいて決まる固定係数、Px,t は荷
重計測時の温度と基準温度t0 との温度差がtにおいて
計測荷重を負荷した時の上記ブリッジ回路11の一方の
出力端15に生成する温度電位をアナログ・デジタル変
換して得たデジタル値(デジタル温度信号)、Pz, tS
はスパン調整時の温度と基準温度t0 との温度差がtS
の温度において風袋荷重が負荷されている時の上記温度
電位をアナログ・デジタル変換して得たデジタル値(デ
ジタル温度信号)、Cはスパン調整により求められる固
定係数、αは補償抵抗体12を除くロードセル自体の出
力の温度変化係数(/°C)、(t2 −t1 )はラーニ
ング時の温度t1 とt2 の温度差(°C)、Pz, t1
ラーニング時の基準温度t0 に対する温度差t1 の温度
における上記一定荷重が負荷された状態の上記温度電位
をアナログ・デジタル変換して得たデジタル値(デジタ
ル温度信号)、Pz, t2 はラーニング時の基準温度t0
に対する温度差t2 の温度における上記一定荷重が負荷
された状態での上記温度電位をアナログ・デジタル変換
して得たデジタル値(デジタル温度信号)である。
【0030】次に、温度補償手段が粗補償済み荷重電圧
(Vp −Vm )に含まれている温度変化に基づくスパン
変化を細かく補償して微補償済みデジタル荷重信号Xを
生成する手順を図7に示すフローチャートに従って説明
する。まず、CPU20の制御により、図1に示すスイ
ッチSW1がON、スイッチSW2がOFFの状態に夫
々設定されて、ブリッジ回路11の出力端14、15に
生成されるアナログ荷重電圧V0 (x,t)(=Vp
m )は、増幅器16、スイッチSW1、A/D変換回
路19を介してCPU20に入力し、この入力した信号
はCPU20によって演算処理されて重量が算出され
る。そして、電源投入直後の初期状態の時に入力したブ
リッジ回路11のデジタル荷重信号Rx,tが秤の零点と
して記憶される。次に、この計量装置の載台上に被計量
物が載置されると、粗補償済みデジタル荷重信号Rx,t
がCPU20に入力して、このCPU20が粗補償済み
デジタル荷重信号Rx,t を記憶する(S100)。この
Rx,t は零点重量が差し引かれているものとする。そし
て、温度計測タイミングであるか否かを判定して、温度
計測タイミングであり、YESと判定したときは、この
被計量物の荷重計測時の温度と基準温度t0 との温度差
がtにおいて被計量物を負荷した時のブリッジ回路11
の一方の出力端15に生成する温度電位VP (x,t)
のデジタル温度信号Px,t を、前回の温度計測タイミン
グ時に演算して記憶されているデジタル温度信号を消去
して記憶部22に記憶する(S104)。しかる後に、
上記演算により得られた粗補償済みデジタル荷重信号R
x,t 及びデジタル温度信号Px,t を(1)式に代入して
演算を行い、微補償済みデジタル荷重信号Xを生成する
(S106)。
【0031】ただし、ステップS102において、温度
計測タイミングでなくてNOと判定したときは、記憶部
22に記憶されている前回の温度計測タイミング時に演
算して得られたデジタル温度信号Px,t と粗補償済みデ
ジタル荷重信号Rx,t を(1)式に代入して演算を行
い、微補償済みデジタル荷重信号Xを生成する。
【0032】なお、(1)式の上記但し書きで説明した
ように、t2 、t1 、Pz, t1 、Pz, t2 は、ロードセ
ル製作時におけるラーニングの段階で得られ、Ps,
tS 、Pz, tS 、Rs, tS は、計量装置の調整時におけ
るスパン調整時に得られており、秤量荷重等のデジタル
値S、及びCの各係数も予め得られてそれぞれ記憶部2
2に記憶されている既知の値である。
【0033】次に、上記ラーニングにおいてt1
2 、Pz, t1 、Pz, t2 を求めて(1)式の固定係数
Kを演算して、このKを記憶部22に記憶する手順を図
5に示すフローチャートを参照して説明する。このフロ
ーチャートに示すプログラムは、図には示さないがラー
ニング用の別個のマイクロコンピュータと接続する記憶
部に記憶されており、このプログラムに従ってラーニン
グ用マイクロコンピュータが処理する。なお、t1 は基
準温度t0 に対する温度差であり、この温度差t1の時
の温度は、計量装置の使用温度範囲の下限温度である。
2 は基準温度t0に対する温度差であり、この温度差
2 の時の温度は、計量装置の使用温度範囲の上限温度
である。そして、ラーニングにおいては例えばロードセ
ルの自重のみが負荷されている一定荷重が掛かっている
状態でPz, t1 、Pz, t2 の計測が行われる。
【0034】まず、図1に示す補償抵抗体12が接続さ
れているロードセルの温度を温度計(図示せず)で測定
して基準温度t0 との温度差がt1 となっているか否か
を判定し(S200)、温度差がt1 でありYESと判
定したときは、この一定荷重状態におけるブリッジ回路
11の一方の出力端15に生成する温度電位VP z(t
1 )のデジタル値、即ち、デジタル温度信号Pz, t1
記憶部22に記憶する(S202)。次に、ロードセル
の温度を上昇させて、ロードセルの温度を温度計で測定
して基準温度t0 との温度差がt2 となっているか否か
を判定し(S204)、温度差がt2 でありYESと判
定したときは、この一定荷重状態におけるブリッジ回路
11の一方の出力端15に生成する温度電位VP z(t
2 )のデジタル値、即ち、デジタル温度信号Pz, t2
記憶部22に記憶する(S206)。そして、デジタル
温度信号Pz, t1 及びPz, t2 が記憶部22に記憶され
たか否か、即ち、ラーニングが終了したか否かを判定し
て(S208)、ラーニングが終了しYESと判定した
ときは、固定係数Kを、 K=〔α・(t2 −t1 )・Pz, t1 +Pz, t2 −Pz,
t1 〕/〔(Pz, t2 −Pz, t1 )・Pz, t1 〕 の演算を行って記憶部22に記憶する(S210)。こ
れでラーニング及び固定係数Kの演算を終了する。な
お、αは補償抵抗体12を除くロードセル11自体の出
力の温度変化係数(/°C)であり、予め求められて記
憶部22に記憶されている。また、ステップS200で
NOと判定したときは、ステップS204に進み、ステ
ップS204でNOと判定したときは、ステップS20
8に進む。そして、ステップS208でNOと判定した
ときは、Pz, t1 とPz, t2 の両方が得られるまでラー
ニングを続ける。
【0035】次に、計量装置の秤調整時におけるスパン
調整において、Rz, tS 、Pz, tS、Rs, tS 、Ps, t
S を求めて記憶部22に記憶すると共に、(1)式の固
定係数Cを演算して求めて記憶部22に記憶する手順を
図6に示すフローチャートを参照して説明する。なお、
S は基準温度t0 に対する温度差であり、この温度差
S の時の温度は、スパン調整時の温度である。そし
て、スパン調整においてはロードセルに風袋荷重が負荷
された状態でRz, tS 、Pz, tS が計測され、ロードセ
ルに秤量荷重若しくはそれに近い荷重が負荷された状態
でRs, tS 、Ps,tS の計測が行われる。ただし、以下
の説明では、ロードセルに秤量荷重を負荷した状態でR
s, tS 、Ps, tS の計測を行うこととする。また、図6
に示すフローチャートに示す処理は、記憶部22に記憶
されているプログラムに従ってCPU20が行う。
【0036】まず、図1に示すロードセルに載台の荷重
(特許請求の範囲に記載の風袋荷重は、載台の荷重(ロ
ードセルの自重を含む)を言い、この載台の荷重を風袋
荷重と言う。)のみが負荷されている状態でオペレータ
がこの計量装置に設けられている零調整ボタンを押し、
この零調整ボタンが押されたか否かをCPU20が判定
し(S300)、零調整ボタンが押されてYESと判定
したときは、CPU20がこの風袋荷重負荷状態におけ
るブリッジ回路11の両方の出力端14、15に生成さ
れている粗補償済みアナログ荷重電圧V0 (z,tS
(=Vp −Vm)のデジタル値、即ち、デジタル荷重信
号Rz, tS を零荷重として記憶部22に記憶する(S3
02)。更に、この風袋荷重負荷状態におけるブリッジ
回路11の一方の出力端15に生成するアナログ温度電
位VP z(tS )のデジタル値、即ち、デジタル温度信
号Pz, tS を記憶部22に記憶する(S304)。次
に、オペレータがロードセルに秤量荷重を負荷し、スパ
ン調整ボタンを押し、このスパン調整ボタンが押された
か否かをCPU20が判定し(S306)、スパン調整
ボタンが押されてYESと判定したときは、CPU20
がこの秤量荷重負荷状態におけるブリッジ回路11の両
方の出力端14、15に生成される粗補償済みアナログ
荷重電圧V0 (sP ,tS )のデジタル値、即ち、デジ
タル荷重信号RsP ,tS を記憶部22に記憶する(S
308)。更に、この秤量荷重負荷状態におけるブリッ
ジ回路11の一方の出力端15に生成されるアナログ温
度電位VP (s,tS )のデジタル値、即ち、デジタル
温度信号Ps, tS を記憶部22に記憶する(S31
0)。しかる後に、CPU20が(RsP ,tS −Rz,
tS )=Rs, tS の演算を行ってRs, tS を求め(S3
12)、更に、(1)式の固定係数Cを、 C=(Ps, tS −Pz, tS )/Rs, tS の式の演算を行うことにより求めて記憶部22に記憶す
る(S314)。これでスパン調整が終了する。なお、
Rs, tS は、スパン調整時の温度と基準温度との温度差
がtS において秤量荷重を負荷した時の粗補償済み荷重
電圧RsP ,tS と風袋荷重を負荷した時の粗補償済み荷
重電圧Rz, tS との差の電圧のデジタル値である。
【0037】ただし、ステップS300でNOと判定し
たときは、零調整ボタンが押されてYESと判定と判定
するまでステップS300の判定を繰り返し行い、ステ
ップS306でNOと判定したときは、スパン調整ボタ
ンが押されてYESと判定するまでステップS306の
判定を繰り返し行う。そして、ステップS306におい
て、秤量荷重(S)を負荷した時の粗補償済み荷重電圧
RsP ,tS を求めたが、秤量荷重の代わりに、秤量荷重
に近い予め定めた所定の荷重を負荷してその時の粗補償
済み荷重電圧を求めてもよい。
【0038】上記構成のロードセルのスパン温度補償装
置によると、補償抵抗体12により、温度変化に基づく
ロードセル出力(荷重電圧)のスパン変化を粗補償し
て、この粗補償された荷重電圧V0 (x,t)をブリッ
ジ回路11の一方の出力端15に生成される温度電位V
P (x,t)に基づいて更に細かくスパンの温度補償を
行い微補償済みデジタル荷重信号Xを生成することがで
きる。このように、上記実施形態の温度補償装置では、
図9に示す従来のスパンの温度補償装置に設けられてい
る温度センサ5を使用していないので、温度センサ5に
基づく誤差は全く存在せず、(1)式に示すデジタル補
償係数を正確に求めることができ、これによって、高精
度にロードセルのスパン変化の温度補償を行うことがで
きる。そして、温度センサ5を省略した分だけコストの
低減を図ることもできる。
【0039】そして、(1)式におけるデジタル補償係
数である固定係数Kは、ロードセル製作時におけるラー
ニングにおいて、ロードセルを異なる2つの各温度(基
準温度t0 に対する温度差t1 とt2 の2つの温度)に
おける一定の荷重が負荷された状態で演算して得られる
デジタル温度信号Pz, t1 、Pz, t2 と、(t2
1 )と、に基づいて求めることができる。このよう
に、ロードセルに互いに相違する荷重を正確に掛ける必
要がなく、一定の荷重を負荷した状態で温度補償係数で
ある固定係数Kを求めることができるので、この固定係
数Kを正確に求めることができ、従って、スパン変化の
正確な温度補償を行うことができる。
【0040】次に、(1)式を導き出す手順を説明し、
これによって(1)式が粗補償済み荷重電圧Rx・tに
含まれている温度変化に基づくスパン変化を正確に補償
して微補償済み荷重電圧Xを生成することができること
の証明を行う。まず、ロードセル出力の温度変化係数α
(/°C)と基準温度t0 に対する温度差t(°C)の
積α・tは、
【0041】
【数1】
【0042】の式で表せられる。αはロードセル出力の
温度変化係数であり、起歪体のヤング率Eの温度変化に
依存する係数であり、ゲージ抵抗の抵抗温度係数をも含
むものである。βは補償抵抗体12の温度変化係数(/
°C)、R0 は基準温度t0 時の補償抵抗体12の抵抗
値、Rは基準温度t0 時の歪ゲージGの抵抗値、γはデ
ジタル補償係数である。つまり、ロードセル出力の温度
変化に基づくスパン変化α・tは、補償抵抗体12によ
るアナログ補償量R0 ・β・t/(R+R0 )とCPU
20によるデジタル補償量γ・tにより補償することが
できる。そして、ラーニングというのは、夫々のロード
セルに対する固有のγに対応する補償係数を求めて記憶
部22に記憶することである。上記実施形態では、この
γに対応する補償係数Kを求めて、このKを使用して粗
補償済み荷重電圧Rx,tに含まれている温度変化に基
づくスパン変化を正確に補償して微補償済み荷重電圧X
を生成する。以下、(1)式を導く説明をする。まず、
γは、
【0043】
【数2】
【0044】となる。上式でαは既知の値であるから、
(3)式の第2項を求めればγを求めることができる。
そこで、(3)式の第2項を求める。ここで、図3にお
いて、温度差tにおける温度において、無負荷時の正側
出力温度電位VP z(t)は下記(4)式で表せられ
る。ただし、以下、基準温度t0 に対する温度差tの温
度を単に温度tという。
【0045】
【数3】
【0046】ここで、温度t1 及びt2 における無負荷
時の正側出力アナログ温度電位VPz(t1 )及びVP
z(t2 )の各A/D変換値をPz, t1 及びPz, t2
すると、Pz, t2 /Pz, t1 は、
【0047】
【数4】
【0048】となる。(5)式で表せられる比を(4)
式により一次近似すると、
【0049】
【数5】
【0050】このように、γは、ロードセルの温度変化
係数αと、互いに異なる温度t1 、t2 における無負荷
時の各正側出力アナログ温度電位VP z(t)のA/D
変換値Pz, t1 、Pz, t2 と、その温度差(t2
1 )によって求めることができる。ここで、図1に示
すブリッジ回路11の出力端14、15に生成されるア
ナログ荷重電圧V0 (x,t)=Vp −Vm は、
【0051】
【数6】
【0052】で表せられる。ただし、E0 は基準温度t
0 時の起歪体のヤング率(kg/mm2 )、R0 は基準
温度t0 時の補償抵抗体12の抵抗値、KG は歪ゲージ
Gのゲージ率、Rは歪ゲージGの抵抗値、Vはロードセ
ルの入力電圧、σ(x)は荷重Xに対する応力関数(k
g/mm2 )である。次に、(3)式を(9)式に代入
すると、
【0053】
【数7】
【0054】で表せられる。ここで、任意の温度tにお
ける秤量負荷を掛けた時のロードセル出力のアナログ・
デジタル変換値をRs,t とし、スパン調整時の温度をt
S 、温度tS で秤量負荷時のロードセル出力のアナログ
・デジタル変換値をRs, tS とすると、
【0055】
【数8】
【0056】の関係が得られる。また、任意の温度tに
おける荷重Xを掛けた時のロードセル出力のアナログ荷
重電圧をV0 (x,t)、そのA/D変化値であるデジ
タル荷重信号をRx,t とし、秤量荷重若しくはそれに近
い荷重のデジタル値をSとすると、ロードセル出力は荷
重に対して線形性を持つから、
【0057】
【数9】
【0058】の関係が得られる。そして、(11)式を
(12)式に代入すると、荷重Xは、
【0059】
【数10】
【0060】により求めることができる。また、荷重計
測時の温度tは、その時点におけるVP z(t)のA/D変
換値Pz,t から、(6)式と同様に次のようにして求め
ることができる。
【0061】
【数11】
【0062】更に、スパン調整時の温度tS における無
負荷時の正側出力温度電位VP z(tS )のA/D変換
値をPz, tS とすると、任意の温度tとスパン調整時の
温度tS との差は、(17)式より、
【0063】
【数12】
【0064】この(19)式がデジタル補償の一般式で
あるが、現実のデジタル処理において、荷重計測の際
に、ロードセルに風袋荷重が負荷されていない状態での
P z(t)のアナログ・デジタル変換値Pz,t を計測して
処理することは困難であるので、荷重計測時の任意の温
度tにおいて荷重Xを負荷した状態の正側出力温度電位
P x(t)のA/D変換値のPx,t と、荷重計測時の
任意の温度tにおいて荷重Xを負荷した状態の荷重電圧
0 (x,t)のA/D変化値のRx,t と、を使用して
Pz,t を求めることとする。即ち、Pz,t は、
【0065】
【数13】
【0066】となる。ただし、(20)式のRx,t
S は、スパン調整時の温度tS において荷重Xを負荷し
た時のロードセル出力の荷重電圧であるので、このRx,
t S とRx,t とは互いに相違する値であるが、(Ps, t
S −Pz, tS )/Rs, tS が非常に小さいこと(約1/
1000)、Rx,t S 及びRx,t がPx,t と比較して比
較的小さいこと、更に、Rx,t S とRx,t の差が極めて
小さいことにより、(20)式の近似式が成立する。つ
まり、物理的には、歪ゲージGの歪み量が非常に小さ
く、その温度変化による歪み量の変化量は更に小さいの
で、その温度変化による歪み量の変化量はデジタル温度
電位Px,t の変化量と比較して無視することができるか
らである。このようにして、(20)式を(19)式に
代入することにより(1)式が得られる。
【0067】次に、第2実施形態のロードセルのスパン
温度補償装置を備えた計量装置を説明する。第2実施形
態と第1実施形態の計量装置が相違するところは、ロー
ドセルのスパン温度補償装置のスパン補償手段が、第1
実施形態では、ロードセルと補償抵抗体12が一次の温
度特性を持つものとして(1)式に基づいて微補償済み
デジタル荷重信号Xを生成する演算を行ったが、第2実
施形態では、ロードセルと補償抵抗体12が二次以上の
所定の高次の温度特性を持つものとして微補償済みデジ
タル荷重信号Xを生成する演算を行うところである。こ
れ以外は、第1実施形態と同等であり、同等部分の詳細
な説明を省略する。
【0068】即ち、上記(9)式のロードセルの荷重電
圧の一般式V0 (x,t)は、 V0 (x,t)=Vk ・σ(x)・α(t)・β(t)・・・・(21) Vk =V・K・R/E0 ・(R+R0 ) として表せられる。ただし、tは基準温度t0 に対する
温度差、α(t)は補償抵抗体12を除くロードセル自
体の出力の温度変化関数、β(t)は上記ブリッジ回路
の一方の出力端に生成される温度電位の温度変化関数、
0 は基準温度t0 時の起歪体のヤング率(kg/mm
2 )、R0 は基準温度t0 時の補償抵抗体12の抵抗値
(Ω)、Kは歪ゲージGのゲージ率、Rは歪ゲージGの
抵抗値(Ω)、Vはロードセルの電源電圧(V)、σ
(x)は荷重Xに対する応力関数(kg/mm2 )であ
る。
【0069】上記(21)式では、α(t)・β(t)
が温度変化を生じる要素となる。そこで、補償関数γ
(t)を下記(22)式で表せられる関数とし、 γ(t)=1/〔α(t)・β(t)〕 ・・・・(22) このγ(t)を(21)式の両辺に掛けると、 V0 (x,t)・γ(t)=Vk ・σ(x)・α(t)・β(t)・γ(t) =Vk ・σ(x)・α(t)・β(t)/〔α(t)・β(t)〕 =Vk ・σ(x) ・・・・(23) となり、右辺には温度tに関する項がなくなるために、
粗補償済み荷重電圧V0(x,t)を完全に温度補償す
ることができる。ここで、V0 (x,t)をA/D変換
した粗補償済みデジタル荷重信号をRx,t とし、γ
(t)をA/D変換したデジタル補償関数をPtとし、
微補償済みデジタル荷重信号をXとすると、微補償済み
デジタル荷重信号Xは、 X=Rx,t ・Pt ・・・・(24) で表せられる。但し、Rx,t は荷重計測時の温度と基準
温度との温度差がtにおいて計測荷重を負荷した時の上
記粗補償済み荷重電圧のデジタル値、Ptはラーニング
時に決まる二次以上の高次のデジタル補償関数であり1
/(α(t)・β(t))のデジタル値で表せられる。
即ち、(22)式で表せられるγ(t)を予めラーニン
グによって求めて記憶部22に記憶しておき、荷重計測
時に得られた粗補償済み荷重電圧Rx,t にそのγ(t)
をCPU20が乗算することにより微補償済みデジタル
荷重信号Xを生成することができる。
【0070】次に、γ(t)を例えば二次関数として補
償するときは、次のようなラーニングを行えばよい。な
お、以下、基準温度t0 に対する温度差tの時の温度を
温度tという。まず、少なくとも3点の各温度t1 、t
2 、t3 において、無負荷時の正側出力電圧VP z(t)の
各A/D変換値Pz, t1 、Pz, t2 、Pz, t3 を求め
る。これらPz, t1 、Pz, t2 、Pz, t3 は、関数β
(t)の夫々の温度におけるデジタル値である。そし
て、予め求められているロードセル自体の出力の温度変
化関数α(t)の各温度t1 、t2 、t3 に対応するデ
ジタル値At1 、At2 、At3 を求める。これらは、
関数値α(t)の夫々の温度におけるデジタル値であ
る。次に、(22)式に基づき、Pz, t1 、Pz, t2
Pz, t3 とAt1 、At2、At3 のそれぞれの積の逆
数を計算する。しかる後に、Pz, t1 、Pz, t2 、Pz,
t3 を温度tに対応する変数値、Pz,t1 、Pz, t2
Pz, t3 とAt1 、At2 、At3 のそれぞれの積の逆
数をγ(t)に対応する関数値として、それぞれの値の
組合せによる二次の回帰分析を行い、γ(t)を二次関
数として求め、それらの係数値を記憶部22に記憶す
る。これら回帰分析等の数値計算処理は、ラーニングを
コントロールするコンピュータが行う。そして、実際の
荷重計測時における温度補償では、上記ラーニング時に
記憶したγ(t)に基づき、第1実施形態と同様に、一
定の荷重が負荷された時の正側出力温度電位VP z(t)の
A/D変換値Pz,t を温度tとして関数γ(t)の値を
求め、前記(24)式よりそのγ(t)の値とロードセ
ル出力の粗補償済みデジタル荷重信号Rx,tとの積を
温度補償された微補償済みデジタル荷重信号Xとして生
成する。
【0071】ただし、上記第2実施形態では、γ(t)
を二次関数として求めた例を示したが、上記β(t)と
α(t)の各データを採る温度点を多くすることによ
り、上記と同様の手順で三次以上のN次関数のγ(t)
を求めることができ、このN次関数のγ(t)により粗
補償済みデジタル荷重信号Rx,tのスパン変化の温度
補償を行う構成とすることができる。
【0072】そして、上記第1実施形態では、スパン補
償手段は、図1に示すブリッジ回路11の一方の出力端
15に生成される正側出力温度電位Px,t を(1)式に
代入してこの(1)式の演算を行って粗補償済みデジタ
ル荷重信号Rx,tの温度補償を行い、微補償済みデジ
タル荷重信号Xを生成する構成としたが、ブリッジ回路
11の両方の出力端14、15に生成される正側出力温
度電位Px,t と負側出力温度電位Mx,tとの平均値を
CPU20が演算して求め、この平均温度電位を(1)
式に代入してこの(1)式の演算を行って粗補償済みデ
ジタル荷重信号Rx、tの温度補償を行い、微補償済み
デジタル荷重信号Xを生成する構成としてもよい。ま
た、第2実施形態では、正側出力温度電位Px,t と負側
出力温度電位Mx,tとの平均値をCPU20が演算し
て求め、この平均温度電位をβ(t)に代入する構成と
してもよい。これにより、荷重計測の際に、ロードセル
に負荷される荷重の違いにより生じる温度電位の誤差を
解消することができる。
【0073】また、第1及び第2の各実施形態では、図
1に示すようにアナログ荷重電圧(Vp −Vm )とアナ
ログ温度電位Vp を1台のA/D変換回路19によって
デジタル値に変換する構成としたが、これに代えて、図
2に示すように、スイッチ回路18を省略して、アナロ
グ荷重電圧(Vp −Vm )とアナログ温度電位Vp を夫
々専用のA/D変換回路19、23によってデジタル値
に変換する構成としてもよい。
【0074】つまり、第1及び第2実施形態では、スイ
ッチSW1、SW2を切り換えることにより荷重電圧
(Vp −Vm )と温度電位Vp を1台のA/D変換回路
19でA/D変換することができ、ローコストとなる
が、荷重電圧(Vp −Vm )と温度電位Vp をA/D変
換するために一定の時間を要するために、荷重電圧(V
p−Vm )と温度電位Vp の計測を同時に行うことがで
きない。その為に、温度変化の速度が非常に速い場合
は、スパン変化の温度補償に若干の時間遅れが生じ、そ
の結果、温度補償に誤差が生じることがある。これに対
して、図2に示すように、A/D変換回路19と23を
設けた構成とすることにより、荷重電圧(Vp−Vm
と温度電位Vp を夫々別個に同時にA/D変換すること
ができ、各A/D変換して得られたデジタル値を別個に
随時記憶部22に記憶しておくことができるので、スパ
ン変化の温度補償に時間遅れが全く生じず、その結果、
スパン変化を正確に温度補償することができる。なお、
第1及び第2実施形態では、荷重電圧(Vp −Vm )と
温度電位Vp をA/D変換器19によりA/D変換した
が、A/D変換器19を設けずに、CPU20内に荷重
電圧(Vp −Vm )と温度電位Vp の両方又はそのいず
れか一方をA/D変換する機能を設けた構成としてもよ
い。
【0075】更に、図4に示すように、上記第1及び第
2の各実施形態のブリッジ回路11の電源の接地側に温
度によって抵抗値が変化しない固定抵抗体26を直列に
挿入してもよい。これにより、ブリッジ回路11の出力
端14、15の電位を、図1の場合と比較して上昇させ
ることができ、荷重電圧(Vp −Vm )と温度電位Vp
の出力電圧の電位を変更してA/D変換をし易くするこ
とができる。
【0076】また、第1、第2実施形態のロードセルの
スパン温度補償装置は、例えば電子秤、組合せ秤、重量
チェッカー等に適用することができる。
【0077】
【発明の効果】本発明によると、補償抵抗体により、温
度変化に基づく荷重電圧のスパン変化を粗補償して、こ
の粗補償された荷重電圧をブリッジ回路の一方の出力端
に生成される温度電位に基づいて更に細かくスパンの温
度補償を行い微補償済みデジタル荷重信号を生成する構
成である。つまり、図9に示す従来のスパンの温度補償
装置では、温度センサ5を使用しているので、補償抵抗
体3の抵抗値RN の変化によるブリッジ回路の入力電圧
の変化量(ヤング率補償量)と温度センサ5により計測
された温度データとの間の関数関係(デジタル補償関数
又は係数)に誤差が含まれる可能性が高いが、本発明に
よると、温度センサ5を使用していないので、このよう
な誤差は全く存在せず、デジタル補償関数又はデジタル
補償係数を正確に求めることができ、これによって、高
精度にロードセルのスパンの温度補償を行うことができ
る。そして、温度センサ5を省略した分だけコストの低
減を図ることもできる。
【0078】第2の発明によると、固定係数Kは、ラー
ニングにおいて、ロードセルを異なる2つの各温度(基
準温度に対する温度差t1 とt2 の2つの温度)で一定
の荷重が負荷された状態で出力される温度電位の各デジ
タル値と(t2 −t1 )とに基づいて求めることができ
るデジタル補償係数である。つまり、図9に示す従来の
スパンの温度補償装置では、荷重を計測する前に、ロー
ドセルに互いに相違する予め定めた荷重を掛けた各状態
で、予め定めた温度だけ変化させてそのときのスパン変
化を記憶させてデジタル補償関数又は係数を求めるとい
うラーニングを行う必要があり、この互いに相違する予
め定めた荷重をロードセルに正確に掛けること自体が困
難であるので、デジタル補償関数又は係数を正確に求め
ることができなかったが、第2の発明によると、ラーニ
ング時に、一定の荷重を負荷した状態で、予め定めた温
度だけ変化させてそのときの温度電位の各デジタル値と
温度差(t2 −t1 )とに基づいて固定係数Kを求める
ことができる。このように、異なる各温度においてロー
ドセルに互いに相違する荷重を掛ける必要がないので、
温度補償係数である固定係数Kを正確に求めることがで
き、これにより、スパン変化の正確な温度補償を行うこ
とができる。そして、このラーニング時のロードセルに
掛かる一定の荷重は、ロードセルに何も荷重が掛かって
いない、いわゆる無負荷の状態とするのがよい。
【0079】第3の発明によると、Ptは、ラーニング
時に決まる二次以上の高次のデジタル補償関数であり1
/(α(t)・β(t))のデジタル値で表され、α
(t)は一定の荷重が負荷されている一定荷重状態にお
ける補償抵抗体を除くロードセル自体の出力の温度変化
関数、β(t)は上記ロードセルの一定荷重状態におけ
る上記ブリッジ回路の一方の出力端に生成される温度電
位のデジタル値である。つまり、第2の発明と同様に、
ラーニング時に、ロードセルに一定の荷重が負荷されて
いる一定荷重状態で、予め定めた温度だけ変化させてそ
のときの各温度電位のデジタル値(デジタル温度信号)
と補償抵抗体を除くロードセル自体のデジタル出力値と
に基づいて高次のデジタル補償関数Ptを求めることが
できる。このように、従来のように異なる各温度におい
てロードセルに予め定めた互いに相違する各荷重を正確
に掛ける必要がないので、デジタル補償関数Ptを正確
に求めることができ、スパン変化の正確な温度補償を行
うことができる。
【0080】第4の発明によると、ブリッジ回路の両方
の各出力端に生成される温度電位の平均値を温度電位と
して使用することにより、ロードセルに負荷される荷重
の違いにより生じる温度電位の誤差を解消することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施形態に係るロードセルのス
パン温度補償装置を適用した計量装置の電気回路を示す
ブロック図である。
【図2】同発明の他の実施形態に係るロードセルのスパ
ン温度補償装置を適用した計量装置の電気回路を示すブ
ロック図である。
【図3】同第1実施形態のブリッジ回路のブロック図で
ある。
【図4】同発明のブリッジ回路の他の例を示すブロック
図である。
【図5】同第1実施形態に係る同スパン温度補償装置の
ラーニングの手順を示すフローチャートである。
【図6】同第1実施形態に係る同スパン温度補償装置の
スパン調整の手順を示すフローチャートである。
【図7】同第1実施形態に係る同スパン温度補償装置に
より荷重電圧を温度電位に基づいてスパン変化の温度補
償を行う手順を示すフローチャートである。
【図8】従来のロードセルのスパン温度補償装置の一例
を示すブロック図である。
【図9】従来のロードセルのスパン温度補償装置の他の
例を示すブロック図である。
【符号の説明】
11 ブリッジ回路 12 補償抵抗体 G 歪ゲージ 14、15 出力端 20 CPU

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 起歪体とこの起歪体に設けられている歪
    ゲージで構成されたブリッジ回路とを備えるロードセル
    において、上記ブリッジ回路の入力側に直列接続され温
    度変化によって抵抗値が変化しこの抵抗値の変化によっ
    て上記ブリッジ回路の両方の出力端に生成される荷重に
    対応する上記ロードセルの出力電圧(以下、「荷重電
    圧」という。)の温度変化に基づくスパン変化を粗補償
    する補償抵抗体と、上記ブリッジ回路の一方の出力端に
    生成する温度によって変化する電位(以下、「温度電
    位」という。)に基づいて上記ブリッジ回路の両方の出
    力端に生成される上記粗補償済み荷重電圧に含まれてい
    る温度変化に基づくスパン変化を数値計算で細かく補償
    して微補償済みの荷重に対応するデジタル信号(以下、
    「微補償済みデジタル荷重信号」という。)を生成する
    温度補償手段と、を具備することを特徴とするロードセ
    ルのスパン温度補償装置。
  2. 【請求項2】 起歪体とこの起歪体に設けられている歪
    ゲージで構成されたブリッジ回路とを備えるロードセル
    において、上記ブリッジ回路の入力側に直列接続され温
    度変化によって抵抗値が変化しこの抵抗値の変化によっ
    て上記ブリッジ回路の両方の出力端に生成される荷重に
    対応する上記ロードセルの出力電圧(以下、「荷重電
    圧」という。)の温度変化に基づくスパン変化を粗補償
    する補償抵抗体と、上記ブリッジ回路の両方の出力端に
    生成される上記粗補償済み荷重電圧に含まれている温度
    変化に基づくスパン変化を下記の式により表せられる演
    算によって細かく補償して微補償済みの荷重に対応する
    デジタル信号(以下、「微補償済みデジタル荷重信号」
    という。)を生成する温度補償手段と、を具備すること
    を特徴とするロードセルのスパン温度補償装置。 X=〔S/(1+ε)〕・(Rx,t /Rs, tS ) ε=K・(Px,t −Pz, tS −C・Rx,t ) K=〔α・(t2 −t1 )・Pz, t1 +Pz, t2 −Pz,
    t1 〕/〔(Pz, t2 −Pz, t1 )・Pz, t1 〕 として表すことができる。但し、Xは被計量物の微補償
    済みデジタル荷重信号、Sは秤量荷重若しくはそれに近
    い荷重のデジタル値、Rx,t は荷重計測時の温度と基準
    温度との温度差がtにおいて計測荷重を負荷した時の上
    記粗補償済み荷重電圧をアナログ・デジタル変換して得
    たデジタル値、Rs, ts はスパン調整時の温度と基準温
    度との温度差がtS において秤量荷重若しくはそれに近
    い荷重を負荷した時の上記粗補償済み荷重電圧と風袋荷
    重を負荷した時の上記粗補償済み荷重電圧との差の電圧
    をアナログ・デジタル変換して得たデジタル値、Kはラ
    ーニング時に一定荷重が負荷された一定荷重状態におけ
    る上記ブリッジ回路の一方の出力端に生成する温度によ
    って変化する電位(以下、「温度電位」という。)に基
    づいて決まる固定係数、Px,t は荷重計測時の温度と基
    準温度との温度差がtにおいて計測荷重を負荷した時の
    上記ブリッジ回路の一方の出力端に生成する温度電位を
    アナログ・デジタル変換して得たデジタル値、Pz, tS
    はスパン調整時の温度と基準温度との温度差がtS の温
    度において風袋荷重が負荷されている時の上記温度電位
    をアナログ・デジタル変換して得たデジタル値、Cはス
    パン調整により求められる固定係数、αは補償抵抗体を
    除くロードセル自体の出力の温度変化係数(/°C)、
    (t2 −t1 )はラーニング時の温度t1 とt2 の温度
    差(°C)、Pz, t1 はラーニング時の基準温度に対す
    る温度差t1 の温度における上記一定荷重が負荷された
    状態の上記温度電位をアナログ・デジタル変換して得た
    デジタル値、Pz, t2 はラーニング時の基準温度に対す
    る温度差t2 の温度における上記一定荷重が負荷された
    状態での上記温度電位をアナログ・デジタル変換して得
    たデジタル値である。
  3. 【請求項3】 起歪体とこの起歪体に設けられている歪
    ゲージで構成されたブリッジ回路とを備えるロードセル
    において、上記ブリッジ回路の入力側に直列接続され温
    度変化によって抵抗値が変化しこの抵抗値の変化によっ
    て上記ブリッジ回路の両方の出力端に生成される荷重に
    対応する上記ロードセルの出力電圧(以下、「荷重電
    圧」という。)の温度変化に基づくスパン変化を粗補償
    する補償抵抗体と、上記ブリッジ回路の両方の出力端に
    生成される上記粗補償済み荷重電圧に含まれている温度
    変化に基づくスパン変化を下記の式により表せられる演
    算によって細かく補償して微補償済みの荷重に対応する
    デジタル信号(以下、「微補償済みデジタル荷重信号」
    という。)を生成する温度補償手段と、を具備すること
    を特徴とするロードセルのスパン温度補償装置。 X=Rx,t ・Pt 但し、Xは被計量物の微補償済みデジタル荷重信号、R
    x,t は荷重計測時の温度と基準温度との温度差がtにお
    いて計測荷重を負荷した時の上記粗補償済み荷重電圧を
    アナログ・デジタル変換して得たデジタル値、Ptはラ
    ーニング時に決まる二次以上の高次のデジタル補償関数
    の上記温度差tにおけるデジタル値であり1/(α
    (t)・β(t))のデジタル値で表され、α(t)は
    補償抵抗体を除くロードセル自体の出力の温度変化関
    数、β(t)は上記ブリッジ回路の一方の出力端に生成
    される温度によって変化する電位(以下、「温度電位」
    という。)の温度変化関数である。
  4. 【請求項4】 請求項1、2、又は3に記載のロードセ
    ルのスパン温度補償装置において、上記温度電位は、上
    記ブリッジ回路の両方の各出力端に生成される温度電位
    の平均値であることを特徴とするロードセルのスパン温
    度補償装置。
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