JPH08159884A - 単電源を使用したロードセル式重量計の温度特性の補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単電源を使用したロードセル式重量計に無負
荷時の指示値の変動が無い温度特性の補正を施す。 【構成】 電源電圧V_DD及び基準電圧V_SSとは異なる第３
の電圧V_Pを設け、ロードセル に 貼付された歪みゲージ
の出力が増幅器で増幅された電圧V₁と、前記第３の電圧
V_Pとが、感温抵抗R₃と通常の抵抗R₄で分割された出力V_X
をＡ／Ｄ変換器に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】ロードセル式重量計に関し、特に
単電源を使用したロードセル式重量計の環境温度変化に
計量値が影響されない為の温度特性の補正に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に歪みゲージ自体、及び歪みゲージ
に荷重値に比例した歪みを与える起歪体は材質的に温度
特性があり、ロードセル単体の出力の温度による影響を
無くすることは非常に困難である。この為に従来よりロ
ードセル単体の出力の温度特性と逆の温度特性を有する
感温抵抗を使用してロードセルの温度特性を補正する方
法が種々提案され実施されている。

【０００３】従来より比較的低コストである単電源を使
用したロードセル式重量計では図３で代表される回路
で、電源電圧V_DD と歪みゲージブリッヂとの間にロード
セルの温度特性と逆の温度特性を有する感温抵抗を挿入
し、入力電圧を制御する方法が一般的に取られていた。

【０００４】しかしこの方法では、図３のV_SS =0V と
し、R_G1 =R_G2 =R_G3 =R_G4とすると、ブリッヂ回路の出力
V_G+は、ブリッヂの合成抵抗をR_Gと置くと V_G+ =1/2*R_G/(R_G+R₃)*V_DD ・・・（１） で表される。ここで、ロードセルの温度特性が 600ppm/
℃とすると、ブリッヂ回路に約-600ppm/℃の温度特性を
持つようにR₃は設定される。しかしその際、増幅器の+
入力端子の電圧V_G+も-600ppm/℃で変動してしまい、結
果的に、増幅器出力V₁は、V_G+の電圧降下分下がること
になる。

【０００５】即ち、１℃当たりのV₁の変動電圧ΔV₁は、
V_G+の電圧降下分をΔV_G+とすると ΔV₁ =ΔV_G+ =1/2*R_G/(R_G+R₃)*(-600ppm)*10^-6・・・
（２）で表される。ここで、R_G=350Ω、R₃=72Ω、R₃の
温度特性を3,500ppm/℃、V_DD =5V とすると、温度補正
はほぼ-600ppmとなるので、（２）式より、ΔV₁ =1/2*3
50/(350+72)*(-600^-6)*5 =-1.24mVとなり、無負荷時と
秤量負荷時のV₁の変動を0.6Vとすると、1℃変化すると
約1/500変化することになる。このことは、環境温度が
１℃変化すると、１目度量が秤量の1/1,000 の重量計で
はゼロ点が２目ずれてしまうことであり、1/3,000 の重
量計では、６目もずれてしまうことを示している。

【０００６】この様な単電源での欠点を補うために図４
に示すように温度補正用の感温抵抗を正負の電源に接続
する方法が用いられている。R₃ =R₃' R_G1 =R_G2 =R_G3 =R
_G4とすると、ゲージの出力は0Vであり、温度が変動して
もゲージ出力は変わらないことになる。しかし、Ａ／Ｄ
変換器、特にロードセル式重量計に使用されるＡ／Ｄ変
換器に置いては、負の電圧を変換出来る物は少なく、秤
の無負荷状態での出力V₀は正の値に調整される必要があ
る。V₀が一定値を持つと言うことは、前述のように温度
が変動することにより出力値V₀が変動することになり、
本質的な解決にはならず、また感温抵抗は一般的に高価
であり、２個使用することはコスト増の要因ともなり望
ましい物ではない。一方、温度の変化に依るロードセル
の状態の変化や、増幅器のオフセット電圧の変化等によ
り、無負荷の指示値が変動することが知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、単電
源を使用したロードセル式重量計で前記した無負荷時の
指示値の変化が無い温度特性の補正を施し、低コストで
高精度のロードセル式重量計を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】電源電圧V_DD及び基準電
圧V_SSとは異なる第３の電圧V_Pを設け、ロードセルに貼
付された歪みゲージの出力を増幅器で増幅した電圧V
₁と、前記第３の電圧V_Pとを、感温抵抗R₃と通常の抵抗R
₄で分割した出力V_XをＡ／Ｄ変換器に接続する。

【０００９】

【作用】容易に設定できる第３の電圧V_Pの値を、無負荷
時のロードセルの出力が増幅された出力電圧、V₁,₀と等
しい値とすることで、無負荷状態で温度変化があっても
指示値は変化しないものとなる。

【００１０】

【実施例】図１及び図２は本発明の実施例の要部を詳細
に示したブロック図、図５及び図６は本発明の実施例の
説明に用する回路図である。

【００１１】図５に示す様に感温抵抗Ｒ₃を配すると、 V_X =R₄/(R₄+R₃)*(V₁-V_P)+V_P ・・・（３） で表される。ここで、V₁ =V_PとなるようにV_Pを設定すれ
ばV_X =V_Pとなり、R₃の値に関係せず一定値となる。この
ことは、無負荷状態の増幅器出力V₁をV₁,₀とすると、V_P
=V₁,₀ となるようにすれば無負荷状態で温度変化があ
っても指示値が変化しないことを示している。

【００１２】任意のV_Pを得ることは、図５に示すよう
に、V_DD、V_SS及びR₁、R₂によって容易であり、R₁に可変
抵抗器を使用して、V_Pを調整可能にすることも容易であ
る。ロードセルの温度補正は、（３）式の増幅器出力V₁
の計数、R₄／(R₄+R₃) がロードセルの温度特性を打ち消
すような温度特性を持つようにR₄の値、及び感温抵抗R₃
の値を設定すればよい。

【００１３】他の実施例である図６に示す更に単純な図
５に示す回路と等価な回路で同一の結果を得ることが出
来る。即ち、図６はキルヒホッフの法則より (V_DD-V_X)/R₁+(V₁-V_X)/R₃ =V_X/R₂ ・・・（４） が成立する。よって R₂ R₃(V_DD-V_X)+R₁ R₂(V₁-V_X) =R₁ R₃ V_X この式を変形して V_X(R₁ R₂+R₂ R₃+R₃ R₁) =R₂ R₃ V_DD+R₁ R₂ V₁ ・・・（５） を得る。（５）式をV_Xについて解くと V_X =(R₁ R₂ V₁+R₂ R₃ V_DD)/(R₁ R₂+R₂ R₃+R₃ R₁) =R₁ R₂/(R₁ R₂+R₂ R₃+R₃ R₁)*(V₁+R₃/R₁*V_DD) =R₁ R₂/(R₁ R₂+R₂ R₃+R₃ R₁)*[V₁+{R₂/(R₁+R₂)-R₂/( R₁+R₂)+R₃/R₁｝*V_{D D} ] =R₁ R₂/(R₁ R₂+R₂ R₃+R₃ R₁)*{V₁-R₂／(R₁+R₂)*V_DD+(R₁ R₂+R₂ R₃+R₃ R₁ )/R₁(R₁+R₂)*V_DD} =R₁ R₂/(R₁ R₂+R₂ R₃+R₃ R₁)*{V₁-R₂/(R₁+R₂)*V_DD}+R₂/(R₁+R₂)*V_DD ={R₁ R₂/(R₁+R₂)}/{R₁ R₂/(R₁+R₂)+R₃}*{V₁-R₂/(R₁+R₂)*V_DD}+R₂／(R₁+ R₂)*V_DD ・・・（６）となる。 ここで、R₄ =R₁ R₂/(R₁+R₂)とおくと、 V_X =R₄/(R₄+R₃)*{V₁-R₂/(R₁+ R₂)*V_DD}+R₂/(R₁+R₂)*V_DD ・・・（７）を得 る。よって、R₂/(R₁+R₂) =V₁/V_DDとなるようにR₁、R₂を
置けば、（７）式より、V_X=R₂/(R₁+R₂)*V_DD となり、V_X
はR₃の値に関係せず一定となり、増幅器で増幅されたロ
ードセルの出力V_Xには温度影響がないものとなる。一
方、V₁の係数、R₄/(R₄+R₃)がロードセルの温度特性を相
殺するようにR₃を選ぶことでロードセルの温度補正が出
来る。ここで、VP =R2/(R1+R2)*VDDとおくと、（７）式
は（３）式と一致する。

【００１４】また、無負荷時のロードセルの出力V₁が、
増幅器のオフセット電圧やロードセルの特性などのため
温度の変動により一定値の変化があるときも、相殺する
ことが出来る。即ち、Δt℃の温度変動の時のV₁の変動
をΔV₁、R₃の変動をΔR₃、V_Xの変動をΔV_Xとすると
（７）式より ΔV_X =R₄/(R₄+R₃+ΔR₃)*{V₁+ΔV₁-R₂/(R₁+R₂)*V_DD}-R₄/(R₄+R₃)*{V₁-R₂/(R₁ +R₂)*V_DD} =R₄/(R₄+R₃+ΔR₃)*ΔV₁+{R₄/(R₄+R₃+ΔR₃)-R₄/(R₄+R₃)}{V₁-R₂/(R₁+R₂ )*V_DD} =R₄/(R₄+R₃+ΔR₃)*ΔV₁+(-ΔR₃ R₄)/(R₄+R₃+ΔR₃)(R₄+R₃)*{V₁-R₂/(R₁ +R₂)*V_DD} =R₄/(R₄+R₃+ΔR₃)*[ΔV₁-ΔR₃/(R₄+R₃)*{V₁-R₂/(R₁+R₂)*V_DD}] ここで、右辺の[ ]内の値が0で有ればΔV_X =0となるか
ら ΔV₁-ΔR₃/(R₄+R₃)*{V₁-R₂/(R₁+R₂)*V_DD} =0となるに
は、 R₂/(R₁+R₂)*V_DD-V₁ =-ΔV₁*(R₄+R₃)／ΔR₃ ∴ R₂/(R₁+R₂) =1/V_DD*{V₁-ΔV₁*(R₄+R₃)/ΔR₃} を満足するR₁、R₂を選ぶことで目的が達せられる。 ただし、R₄ =R₁ R₂/(R₁+R₂)であるから (R₁+R₂)R₄ =R₁ R₂ ∴ R₁ R₂-R₁ R₄ =R₂ R₄ ∴ R₁ =R₂ R₄/(R₂-R₄) を満足しなければな
らない。 図５においても同様に温度の変動によって一定値の変化
がある場合、その値を相殺できる値が存在することは明
白である。また、正負電源を持つ回路（図７）の場合
も、無負荷時の出力電圧V₀=V_p となるようにV_pを選ぶこ
とで、同様に解決できることは明白である。

【００１５】

【発明の効果】本発明よれば単電源使用のロードセル式
重量計の温度特性の補正が、無負荷時の指示値の変化が
無い温度特性の補正となり、さらに、無負荷時のロード
セルの出力V₁が、増幅器のオフセット電圧やロードセル
の特性などのため温度の変動により一定値の変化がある
ときも、相殺することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の要部を詳細に示したブロック
図。

【図２】本発明の他の実施例の要部を詳細に示したブロ
ック図。

【図３】従来の実施例の説明に用する回路図

【図４】正負電源における従来例

【図５】本発明の実施例の説明に用する回路図

【図６】本発明の他の実施例の説明に用する回路図

【図７】正負電源における本発明の実施例

【符号の説明】

R₁、R₂、R₄ 通常の抵抗 R₃、R₃' 感温抵抗 R_G1、R_G2、R_G3、R_G4 ストレンゲーヂ V₁ 増幅されたロードセル出力 V_P 第３の電圧 V_X 温度補正され、Ａ／Ｄ変換器に入力されるロード
セル出力 V_SS 基準電圧 V_DD 電源電圧 V_G+ 増幅器の入力端子電圧

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロードセルに貼付された歪みゲージの出
   力を増幅器で増幅した電圧V₁と、電源電圧V_DD及びV_SSと
   は異なる第３の電圧V_Pとを感温抵抗R₃と、通常の抵抗R₄
   とで分割した電圧V_XをＡ／Ｄ変換器に接続することを特
   徴とする単電源を使用したロードセル式重量計の温度特
   性の補正方法。
2. 【請求項２】 ロードセルに貼付された歪みゲージの出
   力を増幅器で増幅した電圧V₁を感温抵抗R₃を介して、R₁
   *R₂/(R₁+R₂)が請求項１に記載のR₄ と同一の値であるR₁
   とR₂とでV_DDとV_SSを分割した出力V_XをＡ／Ｄ変換器に接
   続することを特徴とする単電源を使用したロー ドセル
   式重量計の温度特性の補正方法。