JPS62249024A - 力測定装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は力の測定装置に関し、特に弦を与える張力が
変化するとその固有振動数が変化する現象を利用した力
の測定装置の温度誤差の補償に関するものである。

〈従来の技術〉 弦に与える張力が変化するとその固有振動数が変化する
現象を利用した力の測定装置は、例えば特開昭５９−１
３１１３１号公報に示されている。

その装置は、剛体の基部から主弾性体と副弾性体とが水
平に平行して伸延し、両弾性体の先端間に弦が張られ、
主弾性体の先端に載皿が設けられている。弦は、磁極の
間を通過し、両端が発振器に接続されていて、発振電流
によって磁極間でフレミングの右手の法則に従う振動を
営む。この発振周波数は弦の固有振動数に等しく、弦に
加わる張力の変化に対応して変化する。よって、載皿に
荷重が載荷すると、その荷重に応じて弦の張力が変化す
るから、発振器の発橡周波数の変化から荷重の大きさを
知ることができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 周囲温度が変化すると、主弾性体及び副弾性体のばね常
数が変化する。弦には、測定精度を上げるために通常主
、副弾性体を撓ませてその反力によって初期張力が与え
られているので、はね常数の変化は先づ初期張力の変化
を起こし、これが重量測定値の零点移動となって現われ
、この零点移動が温度誤差の主因である。この零点移動
は、温度に関してほぼ直線的であるが、厳密には高次の
曲線的に変化する。

く問題点を解決するための手段〉 この発明による力測定装着は、従来装置と同様に、主弾
性体と、副弾性体と、弦と、この弦の固有振動数より上
記主弾性体に加わった力を求める力計算手段とを有する
。これに加え、この発明の特徴である温度センサと、こ
のセンサが検出した温度に基いて必要な補償値を求める
温度補償計算手段と、この温度補償値を上記力計算手段
が得た力の値に加減算する加減算器とを有する。

ここで、温度センサは、主弾性体または副弾性体に直接
設けても、或いは若干離れた位置に設けても良い。また
、力計算手段と温度補償計算手段と加減算器とは、１個
の電子計算機回路を用いてそれらの計算を一挙に行わせ
ることもできる。

〈作　　用〉 周囲温度が変化すると、前述のような理由により弦の固
有振動数が変化することによって、零点の移動が起こる
。温度補償計算手段は、温度センサが検出した温度に基
いてその時の零点移動量を計算し、これを温度補償値と
して出力する。加減算器は、力計算手段が得た力の値に
上述の温度補償値を加減算し、これによって零点を修正
する。

その結果、常に零点移動のない状態で力の測定を実施す
ることができる。また、温度センサとしては、サーミス
タのような非直線性のものも存在するが、その非直線性
の補償の計算を上記温度補償計算手段に含めて同時に行
うこともできる。

く実　施　例〉 第１図において、１は基部２を固定された主弾性体で、
先端部３に載皿４が設けられている。５は基部２から主
弾性体１に平行に伸延する副弾性体で、その先端部と主
弾性体先端部３との間に金属線の弦６が張られている。

弦６は、磁極ゲ、７間の磁界中を通過しており、両端が
発振器８に結合されていて、発振器８は弦６の固有振動
数に等しい周波数で発振を営む。なお、発振器８の詳細
は、前記特開昭５９−１３１１３１号公報に示されてい
るので、詳しい説明を省略する。

発振器８の発振数はカウンタ９で計数され、その計数値
が一定値に達するまでの間、ゲート１０を開く。１１は
クロック発振器で、そこで発生したクロックパルスは、
ゲート１０が開いている間だけこれを通過し、カウンタ
１２によって計数される。従って、カウンタ１２の計数
値は、弦６の固有振動周期に正確に比例する。弦６の固
有振動数は、載皿４上の荷重に対応しているので、重含
計算部１３では、カウンタ１２の計数値から載皿４上の
荷重の値Ｗを算出する。

一方、副弾性体５にはその屈曲部５ａに隣接して温度セ
ンサ１４が取付けられており、これによって得られた温
度情報はＡＤ変換器１５においてデジタル化され、その
デジタル温度情報Ｔは温度補償計算部１６に送入され、
る。一般に、温度センサの出力は温度に対して必ずしも
直線的でなく、殊にサーミスタの場合は並列抵抗を用い
ても非直線性を十分改善しきれないので、そのような場
合は、温度補償計算部１６では、先づ正しい温度値Ｔへ
の換算を行い、次いでその温度値Ｔに対応する温度補償
値△Ｄを算出する。或いは、供給されたデジタル温度情
報から一挙に温度補償値△Ｄを算出する。

この温度補償値△Ｄは、加減算器１７において重量計算
部１３からの重量信号Ｗに合算されて温度補償を行い、
その温度補償された重量信号Ｗ。が表示器１８において
表示される。

温度補償計算部１６の動作について更に詳しく述べると
、その計算はメモリＲＯＭが記憶している基準に従って
行わわる。例えば、メモ！ＪＲＯＭに温度と温度補償値
との関係を示す高次数式（第２図の曲線２０に相当）が
記憶されていたとすると、温度補償計算部では与えられ
た温度値Ｔに基いてその数式に従って温度補償値を算出
する。

補度補償式が２次式の場合は、成る温度のセンサの出力
がＴのときのデータＤ１標準温度でセンサからの出力が
Ｔ。のときの値をり。とすれ、ばＤ　＝　ａ−Ｔ２＋ｂ
−Ｔ＋Ｏ・−・・−・・（１）Ｄ　：　ａ−’ｒ　２＋
１）−Ｔｏ＋Ｃ−・・−（２）となるから補償値はその
差の（３）式のようになる。

△Ｄ　：　ａ−Ｔ２＋ｂ−’ｒ−ａｅ’ｒ　２−ｂ−Ｔ
　−、・−・（３）温度補償式（３）のａ、ｂは定数で
あり、Ｔｏも使用する温度センサによって決まる定数な
ので、実際の演算に於ては、次のように簡素化している
。

△ｖ　＝　ａ−Ｔ２＋ｂ−Ｔ−Ｅ−＝−（４）但しＦ２
　＝　ａ−Ｔ　　＋’ｂ−Ｔ。

従って補償量△Ｄは温度センサの出力をめ変換して得た
値Ｔと定数ａ、ｂ％Ｅを上式（４）にて計算している。

第３図は、この計算を行う際のフローチャートを示し、
ステップ３２において載皿４上の重量Ｗが重量計算部１
３で算出され、ステップ３３でセンサー４によって温度
Ｔが計測されると、ステップ３４ではメモＩＪＲＯＭよ
り計算式と常数とが取出されて（４）式による計算がな
され１、補償値ΔＤが算出すわ、る。次に、ステップ３
５では計測型ｔＷから補償値△Ｄを差引く計算が行われ
、正しい重量Ｗ。

が算出さね、ステップ３６でこの重量Ｗ。が表示される
。

温度補償式が複雑な場合は、第２図に示す近似直線２１
に従って温度補償値を算出することも可能である。この
場合の補償量は、（５）式のようになる。

△Ｄ＝ｂ（Ｔ−Ｔ）・・・・・（５） 近似直線２１に従って計算したのでは十分な温度補償が
得られない場合は、温度区間を例えば２１（Ｔ″ＣＣ以
下２２（Ｔ−Ｔ″Ｃ）、２３（Ｔ２°Ｃ２上）に区分し
、それ、ぞれの区間を直線２４．２５．２６で表わした
折線近似方式を採用するとよい。第４図はその場合の計
算のフローチャートを示し、温度値Ｔが与えられると、
ステップ２７において温度Ｔ□との比較が行われ、温度
値ＴがＴ０以下と判断されればステップ２８において直
線２４が表わす数式に基いて温度補償値が計算される。

ステップ２７において温度値ＴがＴ工を越えていると判
断され、ると、更にステップ２９において温度で２と比
較され、温度値ＴがＴ２と比較され、温度値ＴがＴ２以
下と判断されれば、ステップ３０において直線２５を表
わす数式に基いて温度補償値が計算される。そして、ス
テップ２９において温度値Ｔが温度Ｔ２を越えていると
判断されれば、ステップ３１において直線２６を表わす
数式に基いて温度補償値が計算される。

また、上述のようにメモ！Ｊ　ＲＯＭが記憶している数
式に基く計算を行う代りに、下表のようにメモ！Ｊ　Ｒ
ＯＭの各温度に対応する番地に当該温度での温度補償値
をチーブｌしのような形式で記憶させておき、これを読
出して使用することも可能であ更に、メモｕＲＯＭの容
量が大きくなるが、温度と荷重のマトリクスの形式で温
度補償値を記憶させておくときは、温度による零点移動
の補償だけでなく、温度による一切の誤差の補償を一挙
に行うことができる。

前述のＡＤ変換器１５としては、電圧、電流、信号等の
ＡＤ変換用として市販されているＩＣ回路を使用する他
に、第５図或いは第６図に示すような回路を使用しても
良い。

第５図において、サーミスタ３７及び補償抵抗３８より
なる並列回路とコンデンサ３９とは、演算増幅器４０′
＆び分圧抵抗４１．４２と共に発振増幅器４３を構成す
る。発振増幅器４３は、サーミスタ３７の抵抗値Ｒｔ及
び補償抵抗３８の抵抗値Ｒの合成抵抗値Ｒ８と、コンデ
ンサ３９の容量＠Ｃとで決る周期で矩形波発振をし、そ
の発振周期ｔはサーミスタ３７の温度Ｔｔ。

に比例するので、 Ｔｔ＝に１・ｔ＝に２・Ｒｅ−Ｃ 但しに工、Ｋ２は常数 となる。

発振周期ｔを測定するために、発振波を波形整形回路４
４で双方向性パルスに変換し、その立上りパルスでフリ
ップフロップ４５ヲセツトシ、立下リパルスでリセット
する。そして、フリッププロップ４５のセット期間中、
アンドゲート４６を通してクロックパルスＣＰをカウン
タ４７に導入して計数させ、かつ上記立上りパルスによ
ってカウンタ４７ヲリセツトする。すると、カウンタ４
７の計数値は温度に比例するから、こわを温度情報Ｔと
して温度補償計算部１６に供給する。

第６図においては、サーミスタ３７と補償抵抗３８の並
列回路に定電流を供給すると、その電圧降下ｅは合成抵
抗値Ｒ８に比例し、従ってサーミスタ温度Ｔ℃に比例す
る。この電圧ｅを電圧−周波数変換回路４８においてこ
ねに比例する周波数のくり返し波に変換し、時間ゲート
波によって一定時間開かれるゲート４９を通してカウン
タ５０に送入する。すると、カウンタ５０の計数値は周
波数に比例するかう、サーミスタ温度Ｔｔにも比例する
。よって−この計数値を温度情報Ｔとして温度補償計算
部に供給する。

〈発明の効果〉 以上のように、この発明によるときは、特開昭５９−１
３１１３１号公報に示されているような力測定装置にお
ける温度誤差を効果的に補償することができる。そして
、その補償は電気的に行っているために、バイメタル等
による機械的補償手段に較べ、構造が簡単であり、どの
ような温度変化曲線を呈していても精密な補償を行うこ
とができる。しかも、この発明の対象となる種類の力測
定装置は、元来が弦の固有振動数変化から力を計算する
ための演算処理部を有しているので、こわをそのま＼利
用することにより極めて簡単かつ安価に温度補償を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例のブロック図、第２図はその
零点変化及び補償値計算数式の説明図、第３図及び第４
図はその各計算態様のフローチャート、第５図及び第６
図は第１図示の実施例におけるＡＤ変換器の回路例のブ
ロック図である。 １・・・主弾性体、２・−・基部、４・・・載皿、５・
・・副弾性体、６・・・弦、７〜１３・・・力計算手段
、１４・・・温度センサ、１６・・・温度補償値計算手
段、　１７・・・加減算器。 特許出願人　　大和製衡株式会社 代　理　人　　　清　　水　　　哲　ほか２名第１図 巣２図 巣３図 冒４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）実質的に剛体である基部から伸延し先端に測定し
   ようとする力を印加するよう構成した主弾性体と、上記
   基部から上記主弾性体に平行に伸延する副弾性体と、上
   記主及び副弾性体の先端間に張られた弦と、この弦の固
   有振動数より上記主弾性体に印加された力を計算する力
   計算手段とを有する力測定装置において、上記主または
   副弾性体の近傍に温度センサを取付け、この温度センサ
   によって求められた温度に対応して必要な補償値を求め
   る温度補償値計算手段と、この温度補償値を上記力計算
   手段が得た力の値に加減算する加減算器とを有すること
   を特徴とする力測定装置。