JPS60105922A - ロ−ドセル秤 - 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】 発明の技術分野 本発明は、荷重に応じて抵抗値を変化させるロードセル
部分からのアナログ量をデジタル値に変換して測定値と
するようにしたロードセル秤に関するものである。

技術的背景およびその問題点 従来、ロードセル秤においてはその動作のチェックは当
然骨なわれているものであるが、たとえば、西ドイツ国
などにおいてはダブルチェック機能のあることを要求さ
れている。このダブルチェックとは秤が使用されている
とき、その動作が正常か否かを自動的に判定する機能を
有することを云い、異常な場合は使用不能とするもので
ある。

従来のロードセル秤にはこのダブルチェックの機能はな
い。

発明の目的 本発明は、ダブルチェック機能を有するロードセル秤を
得ることを目的とする。

発明の概要 本発明は、通常の計量動作をする回路の他に定格荷重を
印加したときに発生する出力電圧と等しい出力電圧を発
生するテスト電圧発生回路を設け、これにより、ロード
セルに定格荷重を印加したときの計量値とテスト電圧と
による結果とを比較してアナログ部の動作が正常か否か
をチェックしうるように構成したものである。

発明の実施例 まず、電圧ＶＥの電源１が接続されたロードセル２が設
けられ、このロードセル２はブリッジ結合された四個の
ストレインゲージ３と一辺に挿入されたＲ　ｚ　１なる
一個のブリッジバランス補正用抵抗としての調整抵抗４
とよりなる。このロードセル２はＳｌ、Ｓ２．Ｓ３の三
個のスイッチ部よりなるアナログスイッチ５に接続され
ている。すなわち、＋側がスイッチＳ１に接続され、−
側が接地されたスイッチＳ２に接続されている。そして
、前記ロードセル２の出力電圧はＶＬである。

また、前記電源１を共通の電源として基準電圧発生器６
とテスト電圧発生器７とが接続されている。前記基準電
圧発生器６は１，２．３と表示した三個の素子とｒ、ｓ
、Ｒ：ｚと表示した四個の抵抗とを有し、出力側には可
変抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６とが直列接続され、これらの接続
中点よりＶｒなる出力がとられている。そして、前記テ
スト電圧発生器７は、４＋　５＋　６と表示された五個
の素子とＲ３，Ｒ４と表示された四個の抵抗とを有し、
可変抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１ｏとが直列接続されてこれらの
接続中点よりＶ＾なる出力電圧がとられ、この出力は前
記アナログスイッチ５のスイッチＳ３に接続されている
。

さらに、前記基準電圧発生器６にはゼロ点設定電圧発生
器８が接続されている。このゼロ点設定電圧発生器８は
７と表示した素子と可変抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８とよりなり
、Ｖｚなる出力電圧を発生する。

ついで、前記アナログスイッチ５は、ロードセル信号増
幅器９に接続されている。このロードセル信号増幅器９
は８と表示した増幅器を有してこの増幅器の＋側に前記
アナログスイッチ５が接続され、−側には利得決定用の
帰還抵抗回路網が接続されている。この帰還抵抗回路網
は、抵抗Ｒ１１゜Ｒ１２と９と表示した利得１倍の増幅
器とよりなり、この増幅器の＋側には前記ゼロ点設定電
圧発生器８の出力側が接続されている。

しかして、前記ロードセル信号増幅器９の出力電圧はＶ
ｏであり、このロードセル信号増幅器９はＡ／Ｄコンバ
ータ１０に接続されている。このＡ／Ｄコンバータ１ｏ
は二重積分形のものでコンパレータ機能を有する積分器
１１とカウンタ１１２とカウンタ２　Ｉ３とを内蔵し、
これらのカラン月　１２、カウンタ２１３にはｆｃなる
周波数のパルスを発生するクロック発振器Ｉ４が接続さ
れている。また、このＡ／Ｄコンバータ１０の出力側に
はマイクロコンピュータシステム１５が接続され、この
マイクロコンピュータシステム１５には表示部１６、操
作キー１７が接続されている。また、このマイクロコン
ピュータシステム１５にはアナログスイッチコントロー
ラ１８が接続され、このアナログスイッチコントローラ
１８は前記アナログスイッチ５のスイッチＳｌ、Ｓ２、
Ｓ３のそれぞれに接続されている。

このような構成において、各部の動作をつぎに説明する
。まず、テスト電圧発生器７の出方電圧ＶＡは次式によ
り示される。

Ｊｌｆｕ圧発生圧発生上６−ＴＶ？−神ル→Ｉ−Ｌ　１
１−される。

ゼロ点設定電圧発生器８の出力電圧Ｖｚは次式により示
される。

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（３）ロードセル２の出力ＶＬは次式により示される
。

ｘ Ｖｔ、＝　−・　Ｋ　−ＶＥ　＋　ＶＬＪＩ　・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・　・・・・・・・・・・・・（４）Ｆｎ 但し、Ｆｎ　：ロードセルの定格荷重 Ｆｘ　：ロードセルの負荷荷重 Ｋ　：ロードセルの感度　′ Ｖｕ＋：ロードセルのブリッジアンバランスロードセル
信号増幅器９の出力’Ｖｏはアナログスイッチ５の状態
に応じて次の（５）、（６）、（７）式のように示され
る。

（スイッチＳ２のみがＯＮ状態のとき）（スイッチＳ３
のみがＯＮ状態のとき）つぎに、Ａ／Ｄコンバータ１０
の積分器１１の出力をＶｏｚとし、積分定数をＣｚ、Ｒ
ｚとしたとき、その出力Ｖｏｚは次式で示される。

（８）式において、Ｖ　ｏｘ　＝　Ｏとなるときにコン
パレータが信号を発して積分器１１の動作を停止させる
。このときの時間が１３となっている。

また、ｔ１〜ｔ２を一定値に定められた期間Ｔ、Ｓとし
、ｔ２〜ｔ３を期間ＴＲとすると、■ｏｌ＝０なる要件
を満すためには次式のようになる。

０ ＴＲ＝−・Ｔｓ　・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（１０）ｒ ここで、Ｔｓは一定値であるので、ＴＲはＡ／Ｄコンバ
ータ１０に与えられた入力電圧ｖＯに比例した時間とし
てめられる。このＴＲの期間内にクロック発振器１４の
クロックパルスｆｃをカウントすればデジタル値がめら
れる。いま、ｆｃ　−ＴＲ＝ＮＲ，ｆｃ　Ｔｓ　＝Ｎｓ
とすると、（１０）式は次式のようにパルス数ＮＲ、Ｎ
ｓの関係でめられる。

０ ＮＲ＝−・Ｎｓ　・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・（１１）ｒ （１１）式に（２）式、（５）式を代入すると、となり
、（１２）式にＶｚを示す（３）式とＶＬを示す（４）
式とを代入すると、 ＲＩ　ＲＢ　＋Ｒに こで、Ｖｕ＋／ＶＥ＝にはロードセル２を構成するブリ
ッジの不平衡度を示し、自−ドセル２の固有値で一定値
をもっている。したがって、（１４）式はロードセルの
駆動電源１の電圧ＶＥに無関係であることを示しており
、ＶＥが変動してもＮＲは安定であることを示している
。すなわち、ＶＥが変動しても測定値の誤差は出ない。

また、Ｒｚ２／Ｒｕ＝Ｇ３．　ＶＬＢ／ＶＥ＝ｋ。

Ｒ２／Ｒ１＝Ｇ１＋　Ｒａ　／（Ｒｔｓ　＋Ｒａ　）＝
　ｒ　１　。

Ｒａ　／　（Ｒ７＋　Ｒ８）＝　ｒ　２としたとき、（
１４）式はつぎのようになる。

＝　□Ｎ５−Ｇ３・ｒ２・Ｎｓ　＝（１６）Ｇｌｏｒｌ （１６）式を図示すると第２図のようになる。ここで、
ゼロ点Ｐのデジタル出力を特徴とする特許となり、秤量
点（秤の定格荷重点）のデジタル出力をＮＲ（Ｚ十Ｆ）
とすると、 となる。ここで、秤の定格荷重をＦ　（Ｆ）とすると、
Ｆ　＜ｐ＞’＝　Ｆ　＜ｚ　＋　ｐ＞　−Ｆ　＜ド）と
なる。したがって、５ＰＡＮ＝ＮＲ（Ｚ＋Ｆン−ＮＲ＜
ｚ＞１１ｒ１ となる。

ここで、ｒｉ　＝　Ｒｅ　／　（Ｒ５＋’Ｒａ　）であ
るので、秤の５ＰＡＮを調整するには、基準電圧発生器
６の可変抵抗Ｒ５を調整してｒｌを変化させればよし）
、ｌ また、　（１６）式において、 （Ｆｘ／Ｆｎ）　・Ｋ＋に＝０ なる条件を満すのがゼロ点であるがら、ＮＲニーＧ３＋
ｒｚ°Ｎｓ ヒなり、秤のゼロ点を調整するためには、Ｒ２＝Ｒ８／
（Ｒ７＋Ｒ８）であることがら、ゼロ点設定電圧発生器
８の可変抵抗Ｒ７を調整してｒｌを変化させればよい。

なお、Ｆ　（Ｚ）は秤の皿及びそれを支える構造物の荷
重である。

つぎに、　（１６）式と第２図に示すものにおいて、Ａ
／Ｄコンバータ１ｏのデジタル出力が＋、−の両極性で
得られるような場合、ゼロ点を設定することができる。

これは（１７）式において、ＮＲ（２）ニーＮＲとなる
ようにｒｌを定めればよい。このようにゼロ点を定めた
場合にも５ＰＡＮを調整するためにｒｌを変化したとき
ゼロ点を決定するＧ３・ｒｌ・Ｎｓの項にはｒｌは含ま
れていないので、ゼロ点の移動は次式の値のみとなり、
非常にわずかな量で５ＰＡＮの調整が容易である利点が
ある。

マス、ゼロ点の移動をΔＮＲ（２）とするととなる。

（２０）式において、（Ｆ（Ｚ）／　Ｆｎ）　・Ｋ　＋
　ｋ　＝　Ｏとなるようにロードセル２のブリッジバラ
ンスを調整することにより、ΔＮｉａ＞＝Ｏとなり、５
ＰＡＮの調整によるゼロ点の移動をなくせる利点がある
。したがって、第２図において、Ｐ点を中心とする傾斜
の直線の設定が可能であり、５ＰＡＮを調整してもＰ点
（ゼロ点）が変ることがない。このように本回路方式を
使用することにより、Ａ／Ｄコンバータ１０のデジタル
出力が両極性で得られるとき、秤の５ＰＡＮを両極性の
デジダル出力範囲で得るようにして秤の分解能を５ＰＡ
Ｎの調整を困難とすることなく高めることができる。

しかして、（１１）式に（２）式と（７）式とを代入し
たときのデジタル出力をＮＲ＜＾）とすると、となり、
（２１）式に（１）式を代入すると次のようになる。

ＲＩ　Ｒ５＋Ｒ６ ＲＩ　Ｒ６＋　Ｒ８ 但し、Ｒ４／Ｒ３＝Ｇ２．　Ｒ１０／（Ｒ９＋Ｒ１ｏ）
＝−ｒ３とする。

（２３）式はＶＥに無関係となっているので、ＶＥの変
動に対して安定なＮＲを得ることができるもさらに、（
２３）式は次式のように表わすことができる。

この（２４）式において、−Ｇ３・ｒ２・Ｎｓはゼロ点
であるから、アナログ部のテストを行なうには、（２４
）式の第１項が（１９）式に等しくなるようにｒ３を調
整すればよい。

つぎに、（１１）式に（２）式と（６）式とを代入した
ときのデジタル出力をＮＲ（０）とすると、ＩＪ１’ｒ
ｌ ＝−Ｇ３・ｒ２・Ｎｓ　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
２７）となり、（２７）式は（１７）式において（Ｆ　
（Ｚ）／　Ｆ　ｎ）　・Ｋ＋に＝Ｏのとき、ＮＲ（Ｚ）
と一致する。

ロードセル２において、（Ｆの／Ｆｎ）・Ｋ十に＝０に
なるようにロードセル２のブリッジバランスを調整して
おけば、　ＮＲ＜ｏ＞＝Ｎ＊のとなる。これを行なうた
めに、Ｒｚ　ｘなる調整抵抗４が用いられる。

しかして１通常は秤の動作は、アナログスイッチ５のス
イッチＳ１がＯＮするようにマイクロコンピュータシス
テム１５より指示されてロードセル２の信号がロードセ
ル信号増幅器９に入力されている。このときの秤の５Ｐ
ＡＮは（１９）式で示される。

アナログ部の動作テストはこの５ＰＡＮが規定の値にな
っているか否かをテストすればよい。したがって、アナ
ログ部の動作テストを行なうには、第１番目のスイッチ
Ｓ２をＯＮＬ、て（２７）式で示されるＮＲ（０）をマ
イクロコンピュータシステム１５にメモリーする。次に
スイッチＳ３をＯＮして（２３）式で示されるＮＲ（Ａ
）をマイクロコンピュータシステムにメモリーする。

したがって、５ＰＡＮをめるには。

Ｓ　ＰＡＮ　＝　ＮＲ（八）　−ＮＲ・・・・・・印面
・聞・曲・・・・・曲・・・・・・・曲・（２８）の式
によりマイクロコンピュータシステムが演算を行ない、
その結果が規定値を満足しているか否かを判定して満足
していなければエラー表示を行ない秤を使用できない状
態にセットする。このような動作は使用時に適当な周期
をもって自動的に行なわれる。

発明の効果 本発明は、ロードセルに定格荷重を印加したときに発生
する出力電圧と等しい出力電圧を発生するテスト電圧発
生器を設け、これにより出力値をめればアナログ部が正
常に動作しているが否かのチェックを行なうことができ
、したがって、自動的に周期的なチェックを行なえばア
ナログ部の異常を発見することができ、これにより、ダ
ブルチェックの機能を容易に得ることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図はブロッ
ク図、第２図は荷重とデジタル値との関係を示すグラフ
である。 １・・・電源、２・・・ロードセル、７・テスト電圧発
生器、１０・・・Ａ／Ｄコンバータ、 出　願　人　東京電気株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロードセルの出力をアナログ部で増幅した後にＡ／
   Ｄコンバータでデジタル信号に変換して重量データを得
   るようにしたものにおいて、前記ロードセルに定格荷重
   を印加したときに発生する出力電圧と等しい出方電圧を
   発生するテスト電圧発生器を設けたことを特徴とするロ
   ードセル秤。 ２、テスト電圧発生器の入力電圧をロードセルの駆動電
   源の電圧としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のロードセル秤。