JPS63241429A

JPS63241429A - 電子天びん

Info

Publication number: JPS63241429A
Application number: JP7846887A
Authority: JP
Inventors: Kunio Shimauchi; 邦夫島内; Tadashi Nagaoka; 長岡　正; Akira Kawamoto; 河本　晟
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1987-03-30
Filing date: 1987-03-30
Publication date: 1988-10-06
Anticipated expiration: 2011-08-07
Also published as: JP2522293B2

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】〈産業上の利用分野〉本発明は電子天びんに関し、更に詳しくは、電磁力平衡
型の電子天びんに関する。

〈従来の技術〉電磁力平衡型の電子天びんにおいては、一般に、永久磁
石の作る磁界中にコイルを設け、このコイルに電流を流
すことによって発生する電磁力と皿上荷重とを平衡させ
て、この平衡させるに要した電流値と、別途設定された
基準電圧値とから皿上荷重を求める。この基準電圧値と
は、例えばコイルの電流値をデジタル変換する天びんに
あってはＡ−Ｄ変換器の基準電圧値であって、また、コ
イルにパルス状の電流を流してそのパルスデューティ比
を変化させることによって電磁力の大きさを変化させる
天びんにあっては、パルス電流の振幅を決定する電圧値
をいう。

このような電子天びんにおいては、その感度の温度係数
は永久磁石の発生磁界強さの温度係数（以下、永久磁石
の温度係数と称する）に大きく依存する。永久磁石の温
度係数は、おおよそ数百ｐｐｍ／’Ｃであり、これを補
償するために、従来例えば第９図に示すような対策が採
られている。すなわち、永久磁石内に温度センサ９１を
配設して、その出力信号と基準電圧源９２からの出力電
圧とを信号合成回路９３で合成して、永久磁石の温度係
数とほぼ同じ温度係数を有する電圧Ｖを作り出し、その
電圧Ｖを、コイルしに流れる電流Ｉを出力抵抗Ｒで電圧
値Ｖに変換してＡ−Ｄ変換器９４でデジタル化するに当
たっての、基準電圧としている。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところが、以上の従来の温度補償方法によると、基準電
圧源９２は、永久磁石と熱容量が相違し、また、互いの
配設位置も相違しているため、必ずしもこれら両者の温
度が一致せず、従って、基準電圧源９２としてはその温
度係数が小さいことが必要であって、極めて高価な部品
を使用しなければならないという問題があった。しかも
、高価な部品を使用して温度係数の小さい基準電圧源９
２を用いても、周囲温度の急激な変化に対しては、充分
な温度補償ができないという問題があった。

く問題点を解決するための手段〉本発明は上記の各問題点を解決すべくなされたもので、
その構成を実施例に対応する第１図、第２図を参照しつ
つ説明すると、本発明は、永久磁石１の磁界中に置かれ
たコイルしに電流を流すことによって発生する電磁力と
皿上荷重とを平衡させ、この平衡のために要した電流値
Ｉと、別途設定された基準電圧値とから皿上荷重を求め
る天びんにおいて、永久磁石１内に、この永久磁石１の
温度係数と近似する温度係数の電圧特性を有するツェナ
ーダイオードＺｄを配設し、このツェナーダイオードＺ
ｄに所定の電流ｉを流すよう構成して、このツェナーダ
イオードの電圧値Ｖを荷重決定のための基準電圧値とす
るよう構成したことによって、特徴づけられる。

く作用〉定電圧要素としてのツェナーダイオードは、−最に、電
圧の温度係数が小さいものほど高価で、永久磁石１の温
度係数、すなわち数百ｐｐｍ／　’Ｃ程度の温度係数の
ものは極めて安価に入手できる。本発明はこの点に着眼
している。

ツェナーダイオードＺｄを永久磁石１内に配設すること
により、その温度は永久磁石１の温度とほぼ同一となる
。このツェナーダイオードＺｄの温度係数を永久磁石１
の温度係数と同一もしくは近いものとしておけば、その
電圧値■は永久磁石１の温度変化に起因する磁界強さの
変化に追従して変化し、所期の目的を達成できる。

〈実施例〉本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第１図は本発明実施例の電磁力発生部の構造を示す縦断
面図である。

永久磁石１は、その一方の極側にポールピース２が固着
され、他方の極側はカップ状のヨーク３に固着されてお
り、これらで磁気回路を形成している。この磁気回路中
、ポールピース２の外周部とヨーク３の上部内周部間に
形成される磁界内に、コイルＬが上下方向に変位自在に
配置されている。

このコイルしは、その巻枠４を介して皿（図示せず）に
係合されており、皿上の荷重と平衡するような電磁力を
発生するよう、流れる電流■が制御される。

永久磁石１の中心に穿たれた孔内に、ツェナーダイオー
ドＺｄが配設されている。この永久磁石１の温度係数は
、例えば２５０　ｐｐｍ／”Ｃであって、ツェナーダイ
オードＺｄは同じ＜　２５０ｐｐｍ／’ｃの温度係数の
もとにその電圧が変化するものが使用されている。

第２図は本発明実施例の回路構成図である。

コイルしに流れる電流Ｉは、出力抵抗Ｒにより電圧値■
に変換され、Ａ−Ｄ変換器５によってデジタル化された
後、マイクロコンピュータに採り込まれる。

上述したツェナーダイオードＺｄには抵抗ｒを介して電
流ｉが流され、この電流ｉにより電圧Ｖ（ツェナー電圧
）が発生するよう構成されている。

そして、この電圧値Ｖは、前述したように２５０ｐｐｍ
／　”Ｃの温度係数を有しており、この電圧Ｖが上述の
Ａ−Ｄ変換器５に基準電圧として供給されている。

以上の本発明実施例によると、ツェナーダイオードＺｄ
はその熱容量が小さく、しかも永久磁石１内に配設され
ているので、その温度は永久磁石１の温度に追随し、常
にほぼ同一の温度に保たれる。

また、その電圧値■は永久磁石１の温度係数と同一であ
るから、永久磁石１の温度変化により磁界の強さが変化
しても、Ａ−Ｄ変換器５によるコイルしに流れる電流■
の値のデジタル変換時に、その補償が行われることにな
り、マイクロコンピュータには補償後のデータが採り込
まれることになる。

第３図乃至第６図は、それぞれ本発明の他の実施例の回
路構成図である。なお、これらの図において、第２図と
同一の部材については同一の符号を付してその説明を省
略する。

第３図に示す例は、ツェナーダイオードＺｄの温度係数
が永久磁石１の温度係数と多少相違しても、高精度の温
度補償を行えるよう構成した例で、ツェナーダイオード
Ｚｄを温度センサとしても併用し、その電圧値■を永久
磁石１の温度検出信号としてマイクロコンピュータに採
り込み、コイルＬに流れる電流値■のデジタル化時に電
圧値Ｖによって概略の温度補償を行った後、コンピュー
タの演算により高精度の補正を行うよう構成している。

すなわち、Ａ−Ｄ変換器５の変換信号入力段にスイッチ
Ｓ１を、基準電圧信号入力段にはスイッチＳ２を設けて
、これら両スイッチを連動させ、コイルしに流れる電流
■の電圧変換値■およびツェナーダイオードＺｄの電圧
値Ｖをそれぞれ交互にデジタル化するよう構成し、かつ
、電圧変換値■のデジタル化のための基準電圧値として
は先の実施例と同様にツェナーダイオードＺｄの電圧値
■を、ツェナーダイオードＺｄの電圧値Ｖのデジタル化
のための基準電圧値としては定電圧源Ｅからの一定電圧
値を用いるよう構成している。また、マイクロコンピュ
ータのメモリには、あらかじめツェナーダイオードＺｄ
の電圧値Ｖと荷重との関係を実測して書き込んでおく。

そして、電流■の電圧変換値■のデジタル化時に電圧値
Ｖで補償されたデータを、荷重値に換算するに当って、
ツェナーダイオードＺｄからの電圧値■のデジタルデー
タを温度データとして、再度補正するわけである。これ
により、ツェナーダイオードＺｄの温度係数が永久磁石
１の温度係数と全く同一でなくても、高精度の温度補償
を行うことができる。

第４図に示す例は、第３図の実施例において永久磁石１
の温度データをツェナーダイオードＺｄの電圧値Ｖから
得たのに対し、別途設けられた温度センサ４０の出力電
圧Ｖ′から得ている点で相違している。すなわち、ツェ
ナーダイオードＺｄと同一の温度になる位置、つまりツ
ェナーダイオ−ドＺｄに近接して温度センサ４０を設け
て、その出力信号Ｖ′をデジタル化して温度データとし
、マイクロコンピュータにあらかじめ記憶させている信
号ｖ′と荷重との関係から、デジタル化時に電圧Ｖで概
略の補償がなされた電流Ｉの電圧変換値■のデータを再
度精密に補正する。この場合においても、スイッチＳ１
およびＳ２の連動により、電圧変換値■のデジタル化の
ための基準電圧値は電圧値Ｖが、信号Ｖ′のデジタル化
のための基準電圧値は一定電圧値が、それぞれ用いられ
る。

第５図に示す例は、第３図、第４図の実施例において、
アナログ温度信号ＶまたはＶ′をＡ−Ｄ変換器５により
デジタル変換することによって温度データを得ているの
に対し、温度により発振周波数が変化する素子、いわゆ
る周波数変化形の怒温素子５０をツェナーダイオードＺ
ｄに近接して設けて、その出力信号をカウンタ５１で計
数することによって直接的にデジタル温度データを得て
マイクロコンピュータに供給している。この例によれば
、Ａ−Ｄ変換器５にスイッチＳ、、Ｓ、を設ける必要が
なく、また、定電圧源Ｅも不要となって、その定電圧源
Ｅの有する温度係数による誤差が皆無となってより精密
な温度補償を実現できる。

第６図に示す例は、ツェナーダイオードＺｄに可変抵抗
６０を直列に接続し、この可変抵抗６０の調整によって
、ツェナーダイオードＺｄの温度係数と永久磁石１の温
度係数とを整合させ得るよう構成した例である。すなわ
ち、組み込むべき永久磁石１の温度係数の製品間のばら
つきの範囲の上限値を求めておき、ツェナーダイオード
Ｚｄの温度係数をその上限値と等しいものあるいはそれ
以上のものとしておき、可変抵抗６０を介して得られる
電圧値■をＡ−Ｄ変換器５の基準電圧値として、この電
圧値Ｖの温度係数を、可変抵抗６０の接点６０ａの位置
調整により変化させて、実際に組み込んだ永久磁石１の
温度係数に一致させ得るよう構成している。

具体的に説明すると、永久磁石１の温度係数のばらつき
の範囲が例えば２００〜２５０　ｐｐｍ／’ｃであった
とすると、２５０　ｐｐｍ／”Ｃの温度係数を有するツ
ェナーダイオードＺｄを使用する。そして、可変抵抗６
０としては、この可変抵抗６０を介して得られる電圧値
Ｖが、接点６０ａがＢの位置で２５０　ｐｐｍ／”Ｃの
温度係数、同じくＡの位置で、温度変化に関与しない抵
抗値による電圧降下により、２００　ｐｐｍ／”Ｃとな
るような抵抗値のものを使用する。実際にはツェナーダ
イオードの温度係数にもばらつきがあり、この方式では
、ツェナーダイオードの温度係数のばらつきも同時に補
正できる。

なお、第６図に示す実施例において、可変抵抗６０に代
えて複数の固定抵抗を設け、ディップスイッチ等により
そのうちの任意のものをツェナーダイオードＺｄに接続
し得るよう構成することにより、実質的に可変抵抗とす
ることもでき、更に、この切換えをマイクロコンピュー
タの制御によって自動的に行って整合させるよう構成す
ることも可能である。

また、可変抵抗６０として、負の温度係数を持つものを
使用することにより、接点６０ａの位置調整によって電
圧値■の温度係数とともにその絶対値が変化する量を小
さく抑制することができ、回路構成を簡素化できるとい
う効果がある。

更に、可変抵抗６０または上述の複数個の固定抵抗を、
ツェナーダイオードＺｄもしくは永久磁石１に対して熱
的に結合して、互いに同一の温度となるよう構成すれば
、より高精度の補償を行うことができる。このことは、
以上の各実施例におけるツェナーダイオードＺｄへの電
流ｉの供給回路の構成要素についても同様である。

また、以上の各実施例においては、コイルＬに直流電流
Ｉを流して、その電流の大きさによって電磁力の大きさ
を制御し、かつ、その電流の大きさのデジタルデータと
そのデジタル化のための基準電圧の大きさとから皿上荷
重を求める方式の電子天びんについて説明したが、本発
明は、コイルしにパルス状の電流、例えば第７図に示す
ような直流電流のＯＮ・ＯＦＦによるパルス電流、もし
くは第８図に示すように電流の流す向きをパルス状に変
化させる電流をして、そのパルスデューティ比を変化さ
せることによって電磁力の大きさを制御し、かつ、その
パルスデューティをクロックカウンタ等によって測定し
て皿上荷重値を求める方式の電子天びんにも適用するこ
とができる。この場合、基準電圧値としてはパルス電流
の振幅を決定する電圧値となり、この基準電圧値として
ツェナーダイオードＺｄの電圧値■を用いればよい。

〈発明の効果〉以上説明したように、本発明によれば、永久磁石内に、
この永久磁石の温度係数と近似する温度係数を有するツ
ェナーダイオードを配設し、このツェナーダイオードに
は所定の電流を流すよう構成して、そのツェナーダイオ
ードの電圧値を基！Ｖ電圧値として皿上荷重値を求める
よう構成したから、ツェナーダイオード温度が永久磁石
温度に高速度で追従して基準電圧値を変え、周囲温度の
急激な変化に対しても充分な安定した怒度の温度補償を
行うことができる。しかも、永久磁石の温度係数と同等
の数百ｐｐｍ／”Ｃ程度の温度係数を持つツェナーダイ
オードは、数ｐｐｍ／　’Ｃ程度の小さい温度係数を持
つツェナーダイオード、これはしばしば従来の小さい温
度係数の基準電圧源の構成要素として用いられるのであ
るが、に比してその価格が百分の一程度であって、その
コストを大幅に削減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の電磁力発生部の構造を示す縦断
面図、第２図はその回路構成図である。第３図乃至第６図はそれぞれ本発明の他の実施例の回路
構成図、第７図および第８図は本発明を適用し得る他の方式の電
子天びんのコイルＬに流れる電流Ｔの説明図、第９図は従来の温度補償回路の説明図である。１・・・永久磁石２・・・ポールピース３・・・ヨーク４・・・巻枠５・・・Ａ−Ｄ変換器４０・・・温度センサ５０・・・周波数変化形感温素子６０・・・可変抵抗Ｌ・・・コイルＳ、、Ｓ２　　・・・スイッチＺｄ　・・・ツェナーダイオード特許出願人　　　　株式会社島津製作所代　理　人　　
　　弁理士　西１）新皿と荷重第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）永久磁石の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と皿上荷重とを平衡させ、
この平衡のために要した電流値と、別途設定された基準
電圧値とから皿上荷重を求める天びんにおいて、上記永
久磁石内に、この永久磁石の発生磁界強さに係る温度係
数と近似する温度係数の電圧特性を有するツェナーダイ
オードを配設して所定の電流を流すよう構成するととも
に、そのツェナーダイオードの電圧値を上記基準電圧値
とするよう構成したことを特徴とする電子天びん。
（２）上記ツェナーダイオードの温度係数を、使用され
得る永久磁石の温度係数のばらつきの範囲の上限値以上
とするとともに、このツェナーダイオードと直列に可変
抵抗を接続して、その可変抵抗を介した上記ツェナーダ
イオードの電圧値を上記基準電圧値とするよう構成し、
上記可変抵抗の調整により、使用した永久磁石の温度係
数に応じて上記基準電圧値の温度係数を整合させ得るよ
う構成したことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記
載の電子天びん。
（３）上記可変抵抗が負の温度係数を有する抵抗体によ
り構成されていることを特徴とする、特許請求の範囲第
２項記載の電子天びん。
（４）上記ツェナーダイオードへの電流供給回路素子お
よび上記可変抵抗を、上記ツェナーダイオードと同一温
度となるよう、それぞれ熱的に結合したことを特徴とす
る、特許請求の範囲第２項または第３項記載の電子天び
ん。
（５）上記永久磁石の温度を検出する温度センサを設け
るとともに、そのセンサ出力と荷重との関係を記憶する
メモリとを備え、上記ツェナーダイオードの電圧値を基
準電圧値として求めた荷重を、上記センサ出力と上記メ
モリの内容に基づいて演算により補正するよう構成した
ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の電子天
びん。
（６）上記温度センサを上記ツェナーダイオードで兼用
させ、当該ツェナーダイオードの電圧値を上記永久磁石
の温度検出信号としたことを特徴とする、特許請求の範
囲第５項記載の電子天びん。
（７）上記温度センサが、周波数変化形の感温素子であ
ることを特徴とする、特許請求の範囲第５項記載の電子
天びん。