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JP5339846B2 - Load cell and weight measuring device - Google Patents
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JP5339846B2 JP2008270514A JP2008270514A JP5339846B2 JP 5339846 B2 JP5339846 B2 JP 5339846B2 JP 2008270514 A JP2008270514 A JP 2008270514A JP 2008270514 A JP2008270514 A JP 2008270514A JP 5339846 B2 JP5339846 B2 JP 5339846B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately correct the variation of a load signal by the force applied to a strain inducing unit due to atmospheric pressure difference, by detecting the atmospheric pressure difference between the inside and outside of a load cell body by a pressure difference detection means without using a special bellows and by correcting the load signal based on this atmospheric pressure difference. <P>SOLUTION: A part of or a whole strain inducing unit 5 formed on the load cell body 2 consisting of a metal elastic body is disposed in an air-tight chamber 3 which is a space closed to the atmosphere, a differential pressure sensor 12 is placed for detecting the difference between the pressure of the air-tight chamber 3 and the atmospheric pressure, and the load signal generated in accordance with the strain on the strain inducing unit 5 is corrected based on the pressure difference detected by the differential pressure sensor 12. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、起歪部の一部もしくは全部が閉鎖空間にあり、閉鎖空間の有する圧力と大気圧との間に差が生じることによって起歪部に力が加わり荷重信号が変動するのを補正するようにしたロードセルおよび重量測定装置に関するものである。   The present invention corrects that a load signal fluctuates due to a force applied to the strain generating part due to a difference between the pressure and atmospheric pressure of the closed space when a part or all of the strain generating part is in the closed space. The present invention relates to a load cell and a weight measuring device.

一般に、ロードセルは、荷重を受けることによって伸縮歪みを起こす起歪体の上に貼付したストレインゲージをブリッジ回路に接続し、荷重に比例した電圧信号変化を取り出すように構成されている。   In general, a load cell is configured to connect a strain gauge affixed on a strain generating body that causes expansion / contraction strain by receiving a load to a bridge circuit and take out a voltage signal change proportional to the load.

この種のロードセルを、温度高低変化の激しい劣悪な環境に置かれる計量装置等に使用するために、耐湿性の向上を図ることが行われている。例えば特許文献1に開示されたロードセル50では、図7に示されるように、ロードセル本体(弾性体)51の上部に薄肉の起歪部52を有して内部に閉鎖空間53が形成され、外部との気体の流通が完全に遮断された構造にされている。このような遮断構造を取る理由は、水蒸気を含む外気が閉鎖空間53内に侵入して、起歪部52に貼付されたストレインゲージG〜Gや配線端子上で水分化することよるストレインゲージの絶縁抵抗の低下や腐食等を防止するためである。なお、このロードセル50においては、閉鎖空間53を気密化するために、ロードセル本体51の底部の開放孔が金属円板54を溶接することにより閉止され、側壁部の開放孔が電源供給および荷重信号の取り出し配線接続用の気密端子55を溶接することにより閉止されている。 In order to use this type of load cell in a weighing device or the like that is placed in an inferior environment where the temperature changes greatly, it is attempted to improve moisture resistance. For example, in the load cell 50 disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 7, the load cell main body (elastic body) 51 has a thin strain-generating portion 52 at the upper portion thereof, and a closed space 53 is formed inside. And the gas flow is completely blocked. The reason for adopting such a blocking structure is that the outside air containing water vapor enters the closed space 53 and is strained by moisture on the strain gauges G 1 to G 4 and wiring terminals attached to the strain-generating portion 52. This is to prevent a decrease in the insulation resistance of the gauge and corrosion. In the load cell 50, in order to make the closed space 53 airtight, the open hole in the bottom of the load cell main body 51 is closed by welding the metal disk 54, and the open hole in the side wall is supplied with power supply and load signal. The airtight terminal 55 for connecting the lead-out wiring is closed by welding.

また、ロードセル本体51の側壁部に細孔(図示せず)を設け、この細孔から乾燥した窒素ガスを注入して閉鎖空間53内の空気と置換させ、窒素ガス注入後にその細孔を溶接で埋めて、外気遮断性を保つ対策も取られている。この場合、ロードセル本体51の内部に形成された閉鎖空間(気密室)53内の気圧は1気圧前後の一定圧力P1に保たれる。   Also, pores (not shown) are provided in the side wall portion of the load cell main body 51, and dry nitrogen gas is injected from the pores to replace the air in the closed space 53. After the nitrogen gas is injected, the pores are welded. Measures are taken to fill the area with air and keep the outside air blocking. In this case, the atmospheric pressure in the closed space (airtight chamber) 53 formed inside the load cell main body 51 is maintained at a constant pressure P1 of about 1 atm.

このようにして製作されたロードセルは、その設置時点で大気圧がP2であれば起歪部はP1−P2の圧力差に相当する力を受け、この圧力差(差圧)の大小に応じてあたかも初期荷重Wiが増減された状態となる。そして、ロードセル使用中に大気圧は変化するので、圧力差の大きさは常に変動し、初期荷重Wiもその圧力差の大きさに応じて常に変動することとなる。さらに、この圧力差は、大気圧が一定であっても気温が変化すると気密室内気体も温度変化し、気体体積が膨張あるいは収縮することによっても生じる。また、ロードセルが負荷を受け、起歪部が押し下げられて気密室の容積が小さくなることによっても圧力差が生じる。   In the load cell manufactured in this way, if the atmospheric pressure is P2 at the time of installation, the strain generating part receives a force corresponding to the pressure difference of P1−P2, and according to the magnitude of this pressure difference (differential pressure). It is as if the initial load Wi has been increased or decreased. Since the atmospheric pressure changes during use of the load cell, the magnitude of the pressure difference always varies, and the initial load Wi also always varies according to the magnitude of the pressure difference. Furthermore, this pressure difference is also caused by the temperature of the gas in the airtight chamber changing when the air temperature changes even if the atmospheric pressure is constant, and the gas volume expanding or contracting. Further, the load cell receives a load, and the strain difference is pushed down to reduce the volume of the hermetic chamber, whereby a pressure difference is generated.

いずれにしても圧力差が生じれば見かけの風袋荷重の変動として荷重信号に現れ、荷重信号に誤差を与えることになる。風袋荷重の変動による零点誤差は、使用の直前に零点調整し直せば解消するが、ロードセルを用いて、長期間継続的に被計量物が滞在し続ける状態で重量測定が行われるような場合には零点調整はできないので、この零点変化は重量測定誤差となってしまう。   In any case, if a pressure difference is generated, it appears in the load signal as a change in the apparent tare load, and an error is given to the load signal. Zero error due to tare load fluctuations can be resolved by adjusting the zero point immediately before use.However, when a load cell is used and weight measurement is performed while the object to be weighed stays on for a long time. Since zero adjustment is not possible, this zero point change causes a weight measurement error.

次に、別の事例として、図8に示されるロードセルについて説明する。このロードセル60は、ロードセル本体(弾性体)61と、このロードセル本体61の上面側中央部に突出形成される荷重受け部62とを備え、負荷荷重fが上下に作用する方向に小さなばね定数を持つベローズ63と、底蓋64と、ロードセル本体61とによって形成された気密室65内に起歪部66を有する構成とされている。なお、この例の場合にも、図7に示されるロードセルと同様、配線取り出し口、気密端子、窒素ガス注入孔等を有しているが図示省略されている。   Next, as another example, a load cell shown in FIG. 8 will be described. The load cell 60 includes a load cell main body (elastic body) 61 and a load receiving portion 62 that is formed to protrude from the central portion on the upper surface side of the load cell main body 61, and has a small spring constant in the direction in which the load load f acts vertically. A strain generating portion 66 is provided in an airtight chamber 65 formed by the bellows 63, the bottom lid 64, and the load cell main body 61. In the case of this example as well, as with the load cell shown in FIG. 7, it has a wiring outlet, an airtight terminal, a nitrogen gas injection hole, etc., but is not shown.

この例では、荷重受け部62から荷重fを受けると、起歪部66は曲げ歪みを生ずる。このとき、気密室65と外部の大気圧との気圧差によってベローズ63に力が作用し、このベローズ63から起歪部66に力が伝達され、荷重信号に誤差が生じる。   In this example, when the load f is received from the load receiving portion 62, the strain generating portion 66 generates a bending strain. At this time, a force acts on the bellows 63 due to a pressure difference between the hermetic chamber 65 and the external atmospheric pressure, and the force is transmitted from the bellows 63 to the strain generating portion 66, causing an error in the load signal.

上述のような気圧差の影響を除くようにしたロードセル構造に関しては、特許文献2にて提案されているものがある。この文献に開示された方法は、起歪部に荷重を伝達する荷重受け部の上下にベローズを設け、気密室内の気圧が大気圧より大きい場合に、上側のベローズは荷重受け部を押し上げる力として作用し、下側のベローズは荷重受け部を押し下げる力として作用するので、両方の力が相殺して荷重受け部は気圧差による力の作用を受けないようにされたものである。   As for the load cell structure in which the influence of the pressure difference as described above is excluded, there is one proposed in Patent Document 2. In the method disclosed in this document, bellows are provided above and below a load receiving portion that transmits a load to the strain generating portion, and when the air pressure in the hermetic chamber is greater than the atmospheric pressure, the upper bellows pushes up the load receiving portion. The lower bellows acts as a force that pushes down the load receiving portion, so that both forces cancel each other out so that the load receiving portion is not affected by the force due to the pressure difference.

特開2005−140646号公報JP 2005-140646 A 特開平5−209796号公報JP-A-5-209796

ところで、前記特許文献2に記載されたベローズは、図7に記載のような弾性体の上面に起歪部と荷重受け部とを有するロードセルに装着することができない。一方、図8に記載のロードセルの荷重受け部であれば、そのベローズを装着することは可能である。そこで、図8に記載のロードセルに対して、図9に示されるように、気密室の上下蓋a,bに十分な剛性を持たせ、荷重受け部cとの間にベローズd,eをそれぞれ装着したとする。   By the way, the bellows described in Patent Document 2 cannot be mounted on a load cell having a strain generating portion and a load receiving portion on the upper surface of an elastic body as shown in FIG. On the other hand, if it is the load receiving part of the load cell shown in FIG. 8, it is possible to mount the bellows. Therefore, for the load cell shown in FIG. 8, as shown in FIG. 9, the upper and lower lids a and b of the hermetic chamber have sufficient rigidity, and the bellows d and e are respectively provided between the load receiving portion c and the load cell. Assume that it is installed.

この場合、ロードセルの荷重受け部cに対して荷重の加わる方向は常に垂直方向であるとは限らず、起歪部の中心点Oを回転中心にして図中仮想線で示されるように傾斜する。ここで、ベローズd,eが対称位置になければ上下のベローズd,eは荷重受け部cの傾斜によって記号d´,e´で示されるように異なる形状に歪むことになり、気密室の内外で気圧差が生じたときに上下のベローズd,eから荷重受け部cに対し異なる力が作用することになる。この結果、上下のベローズd,eから荷重受け部cに作用する力が相殺せず、荷重変動誤差として現れるという問題点がある。   In this case, the direction in which the load is applied to the load receiving portion c of the load cell is not always the vertical direction, but is inclined as indicated by a virtual line in the figure with the center point O of the strain generating portion as the rotation center. . Here, if the bellows d and e are not in a symmetrical position, the upper and lower bellows d and e are distorted into different shapes as indicated by the symbols d ′ and e ′ due to the inclination of the load receiving portion c, and the inside and outside of the hermetic chamber When a difference in atmospheric pressure occurs, different forces act on the load receiving portion c from the upper and lower bellows d and e. As a result, there is a problem that forces acting on the load receiving portion c from the upper and lower bellows d and e do not cancel each other and appear as load fluctuation errors.

また、このようなベローズを用いる方式では、長期間に亘って通気性遮断を維持するには金属製ベローズを用いなければならず、装着コストも含めてコストアップが避けられないという問題点もある。   Further, in such a system using a bellows, a metal bellows must be used in order to maintain a breathable cutoff for a long period of time, and there is also a problem that an increase in cost is inevitable including a mounting cost. .

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、特別なベローズを用いずに差圧検出手段によってロードセル本体内外の気圧差を検出し、この気圧差に基づいて荷重信号を補正するようにして、気圧差によって起歪部に力が加わり荷重信号が変動するのを的確に補正することのできるロードセルおよび重量測定装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and detects a pressure difference between the inside and outside of the load cell body by a differential pressure detection means without using a special bellows, and corrects a load signal based on the pressure difference. Thus, it is an object of the present invention to provide a load cell and a weight measuring device capable of accurately correcting a load signal fluctuating due to a force applied to a strain generating part due to a pressure difference.

前記課題を達成するために、第1発明によるロードセルは、
ロードセル本体に形成された起歪部の一部もしくは全部が大気に対して閉鎖された閉鎖空間に配されるとともに、前記起歪部の歪みに応じて荷重信号生成するストレインゲージと、前記閉鎖空間の有する圧力と大気の有する圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、前記差圧検出手段により検出された差圧に基づいて前記荷重信号の変動を補正する荷重信号補正手段とを備えるロードセルにおいて、
前記ストレインゲージから出力される荷重信号と前記差圧検出手段から出力される差圧信号とをそれぞれ独立に検出するように構成し、
前記荷重信号補正手段は、ロードセルの調整時に、前記差圧信号の変化に対する前記荷重信号における風袋荷重変動量の関係を示す関数を定め、ロードセルの使用時に、入力された差圧信号に応じて前記関数を用いて算出される風袋荷重変動量に基づいて荷重信号を補正するように構成することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a load cell according to the first invention is provided.
Some or all of the strain generating portion formed on the load cell body is disposed in a closed space that is closed to the atmosphere Rutotomoni, a strain gauge for generating a load signal in response to the distortion of the strain generating portion, said closure A differential pressure detecting means for detecting a differential pressure between a pressure in the space and a pressure in the atmosphere; and a load signal correcting means for correcting a variation in the load signal based on the differential pressure detected by the differential pressure detecting means. In the load cell provided ,
A load signal output from the strain gauge and a differential pressure signal output from the differential pressure detection means are configured to detect each independently,
The load signal correcting means determines a function indicating a relationship of a tare load fluctuation amount in the load signal with respect to a change in the differential pressure signal when adjusting the load cell, and according to the input differential pressure signal when using the load cell. The load signal is corrected based on the tare load fluctuation amount calculated using the function .

前記第1発明において、前記荷重信号補正手段は、前記差圧検出手段により検出された差圧と、前記閉鎖空間の温度または大気の温度との関係から算出される風袋荷重変動量をもって前記荷重信号を補正するのが好ましい(第発明)。 In the first aspect of the invention, the load signal correcting means has the tare load fluctuation amount calculated from the relationship between the differential pressure detected by the differential pressure detecting means and the temperature of the enclosed space or the temperature of the atmosphere. Is preferably corrected ( second invention).

また、第発明に係る重量測定装置は、第1発明に係るロードセルと、このロードセルに接続される制御装置とにより構成される重量測定装置であって、前記制御装置は、前記差圧検出手段により検出された差圧に基づいて、前記荷重信号の変動を補正する荷重信号補正手段を備えることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a weight measuring device comprising the load cell according to the first aspect of the present invention and a control device connected to the load cell, wherein the control device comprises the differential pressure detecting means. The load signal correcting means corrects the variation of the load signal based on the differential pressure detected by the above.

ここで、前記荷重信号補正手段は、前記差圧検出手段により検出された差圧と、前記閉鎖空間の温度または大気の温度との関係から算出される風袋荷重変動量をもって前記荷重信号を補正するのが好ましい(第発明)。 Here, the load signal correction means corrects said difference detected by the pressure detecting means differential pressure, the load signal with the tare weight fluctuation amount is calculated from the relationship between temperature or temperature of the atmosphere of the closed space ( 4th invention) is preferable.

本発明によれば、閉鎖空間の圧力と大気圧との差圧に基づいて荷重信号の変動を補正するように構成されているので、特別なベローズを用いなくても、ロードセル本体内外の気圧差によって起歪部に力が加わり荷重信号が変動するのを的確に補正することができる。したがって、簡易で、かつ低コストの装置によって気圧差に基づく荷重信号の変動を補正することができる。   According to the present invention, since it is configured to correct the variation of the load signal based on the differential pressure between the pressure in the enclosed space and the atmospheric pressure, the pressure difference between the inside and outside of the load cell body can be obtained without using a special bellows. As a result, it is possible to accurately correct the force applied to the strain generating portion and the fluctuation of the load signal. Therefore, the fluctuation of the load signal based on the pressure difference can be corrected by a simple and low-cost device.

次に、本発明によるロードセルおよびそれを用いる重量測定装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。   Next, specific embodiments of a load cell and a weight measuring device using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.

〔第1の実施形態〕
図1には、本発明の第1の実施形態に係るロードセルの縦断面図が示され、図2には、本実施形態のロードセルに装着される電気回路ユニットの回路構成図が示されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a load cell according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a circuit configuration diagram of an electric circuit unit attached to the load cell of this embodiment. .

本実施形態のロードセル1は、大気に対して閉鎖した閉鎖空間である気密室3を有する全体として円盤形状の金属製弾性体よりなるロードセル本体(起歪体)2を備え、このロードセル本体2の上面側中央部に荷重導入部4が突出形成されて構成されている。荷重導入部4の外周側であって、ロードセル本体2の外表面と内表面との間には薄肉の円板状または円環状をなす起歪部5が設けられ、この起歪部5の応力の極大または極小となる部分にはストレインゲージG,G,G,Gが貼付されている。 The load cell 1 of the present embodiment includes a load cell main body (distortion body) 2 made of a disc-shaped metal elastic body as a whole having an airtight chamber 3 which is a closed space closed to the atmosphere. A load introducing portion 4 is formed so as to protrude from the center portion on the upper surface side. On the outer peripheral side of the load introduction part 4 and between the outer surface and the inner surface of the load cell body 2, there is provided a thin-walled disc-shaped or annular strain-generating portion 5, and the stress of the strain-generating portion 5 Strain gauges G 1 , G 2 , G 3 , and G 4 are affixed to the maximum or minimum portion of.

ストレインゲージG〜Gはストレインゲージブリッジ回路を形成しており、その端子はリード線6によって気密室3内に配される回路基板7の端子に接続されている。また、回路基板7の端子は、ロードセル本体2の一側の開口を塞ぐ気密端子8の導通ピン9に接続され、この導通ピン9は配線ケーブル10の心線に接続されている。また、ロードセル本体2と配線ケーブル10とは接続金具11によって固定されている。ここで、接続金具11は、一端がロードセル本体2に穿設された開口部に挿入されてねじ固定され、他端に配線ケーブル10が挿通固定されて構成されている。 The strain gauges G 1 to G 4 form a strain gauge bridge circuit, and its terminals are connected to terminals of a circuit board 7 arranged in the hermetic chamber 3 by lead wires 6. Further, the terminal of the circuit board 7 is connected to a conduction pin 9 of an airtight terminal 8 that closes an opening on one side of the load cell body 2, and the conduction pin 9 is connected to a core wire of the wiring cable 10. Further, the load cell main body 2 and the wiring cable 10 are fixed by a connection fitting 11. Here, the connection fitting 11 is configured such that one end is inserted into an opening formed in the load cell main body 2 and fixed with screws, and the wiring cable 10 is inserted and fixed at the other end.

前記ロードセル本体2の気密室3の側壁には差圧センサ(差圧検出手段)12が配され、この差圧センサ12の金属製外枠が側壁に溶接にて固着されている。また、ロードセル本体2の開口側である下端側には金属蓋13が溶接にて固着されている。ここで、差圧センサ12を構成するダイヤフラムは金属製であり、また気密端子8の導通ピン9が埋め込まれた気体封止板にはガラス材が使用され、気密室3は完全に通気が遮断されるように構成されている。   A differential pressure sensor (differential pressure detecting means) 12 is disposed on the side wall of the hermetic chamber 3 of the load cell main body 2, and a metal outer frame of the differential pressure sensor 12 is fixed to the side wall by welding. A metal lid 13 is fixed to the lower end side, which is the opening side of the load cell main body 2, by welding. Here, the diaphragm constituting the differential pressure sensor 12 is made of metal, and a glass material is used for the gas sealing plate in which the conduction pin 9 of the airtight terminal 8 is embedded, and the airtight chamber 3 is completely blocked from ventilation. It is configured to be.

また、ロードセル本体2の側壁には気体注入孔2´が設けられ、この気体注入孔2´から窒素ガスが注入されて空気と置換され、気密室3内を約1気圧に保ったところで溶接にて注入部が封止される。窒素ガスは水蒸気を含まないので、ロードセル周辺の大気温度の上下によって内部が結露する現象は起きず、ストレインゲージや配線接続ハンダ部の絶縁抵抗の低下が防止される。   Further, a gas injection hole 2 'is provided in the side wall of the load cell main body 2. Nitrogen gas is injected from the gas injection hole 2' to be replaced with air, and welding is performed when the inside of the hermetic chamber 3 is maintained at about 1 atm. Thus, the injection part is sealed. Since the nitrogen gas does not contain water vapor, the phenomenon that the inside is dewed by the rise and fall of the ambient temperature around the load cell does not occur, and the decrease in the insulation resistance of the strain gauge and the wiring connection solder portion is prevented.

前記気密室3内には、ストレインゲージG,G,G,Gから出力される荷重信号および差圧センサ12の感圧ゲージから出力される差圧信号を増幅する増幅回路、それらの信号をデジタル化するA/D変換回路、荷重信号を演算し差圧補正する演算回路、差圧補正したデジタル荷重信号を外部へ出力する出力回路を含む電気回路ユニット14(図2参照)が内蔵されている。 In the airtight chamber 3, there are an amplification circuit for amplifying the load signal output from the strain gauges G 1 , G 2 , G 3 , G 4 and the differential pressure signal output from the pressure sensitive gauge of the differential pressure sensor 12, and An electric circuit unit 14 (see FIG. 2) includes an A / D conversion circuit that digitizes the above signal, an arithmetic circuit that calculates a load signal and corrects the differential pressure, and an output circuit that outputs the digital load signal corrected for the differential pressure to the outside. Built in.

図2において、ストレインゲージ(S.G)G〜Gからの荷重信号は増幅器A1にて増幅された後、A/D変換器A/D1にてデジタル化され、差圧センサ12のダイヤフラム上に形成されたゲージ(P.S)15からの差圧信号は増幅器A2にて増幅された後、A/D変換器A/D3にてデジタル化される。また、気密室3内の気体温度信号を出力する温度センサ(T.S)16(増幅器を内蔵する)からの温度信号はA/D変換器A/D2にてデジタル化される。これら各信号は入出力回路I/Oを介して中央演算処理装置CPUに取り込まれる。また、この入出力回路I/Oは、メモリMに記憶されたプログラムに基づき中央演算処理装置CPUからの命令によって制御される。 In FIG. 2, the load signals from the strain gauges (SG) G 1 to G 4 are amplified by the amplifier A 1, digitized by the A / D converter A / D 1, and the diaphragm of the differential pressure sensor 12. The differential pressure signal from the gauge (PS) 15 formed above is amplified by the amplifier A2, and then digitized by the A / D converter A / D3. A temperature signal from a temperature sensor (TS) 16 (which incorporates an amplifier) that outputs a gas temperature signal in the hermetic chamber 3 is digitized by an A / D converter A / D2. These signals are taken into the central processing unit CPU via the input / output circuit I / O. The input / output circuit I / O is controlled by a command from the central processing unit CPU based on a program stored in the memory M.

図2において、符号17で示されるのは、電気回路ユニット14やストレインゲージ(S.G)G〜G、ゲージ(P.S)15、温度センサ(T.S)16に電源を供給する電源ラインであり、符号18にて示されるのは、デジタル荷重信号や各種信号(警報信号、設定信号、調整時に使用する温度信号、差圧信号)を入出力する双方向のデータバスラインである。なお、上記メモリMは、演算処理プログラムが記憶されたROM,電源供給中に演算データなどを記憶するRAM、電源が供給されなくてもデータを記憶することのできる不揮発性RAMなどから構成されている。 In FIG. 2, reference numeral 17 indicates power supply to the electric circuit unit 14, the strain gauges (SG) G 1 to G 4 , the gauge (PS) 15, and the temperature sensor (TS) 16. A power supply line that is indicated by reference numeral 18 is a bidirectional data bus line that inputs and outputs digital load signals and various signals (alarm signals, setting signals, temperature signals used during adjustment, differential pressure signals). is there. The memory M includes a ROM that stores an arithmetic processing program, a RAM that stores arithmetic data while power is being supplied, a non-volatile RAM that can store data even when power is not supplied, and the like. Yes.

次に、気密室3の内外の気圧差に基づく荷重信号の補正方法の概要について説明する。   Next, an outline of a load signal correction method based on the pressure difference between the inside and outside of the hermetic chamber 3 will be described.

(1)重量測定値の精度の上で差圧センサの温度特性が無視できる場合
まず、差圧センサ12を大気中(差圧=0の状態)に置いて、差圧センサ12の出力を測定する。このときの出力値がオフセット出力電圧Voffであり、Voff=V0とする。
次に、図1に示されるようにロードセル本体2に差圧センサ12を取り付けるとともに、このロードセル1を気圧調整室内に入れて、予め調整モードにて気圧調整室の気圧を変化させる。
最初に、差圧センサ12の出力がV0になるように気圧を調整する。このときの気圧調整室の気圧をP0とすると、このP0は気密室3内の気圧に等しい。
(1) When the temperature characteristics of the differential pressure sensor can be ignored in terms of the accuracy of the weight measurement value First, the differential pressure sensor 12 is placed in the atmosphere (differential pressure = 0), and the output of the differential pressure sensor 12 is measured. To do. The output value at this time is the offset output voltage Voff, and Voff = V0.
Next, as shown in FIG. 1, the differential pressure sensor 12 is attached to the load cell main body 2, and the load cell 1 is placed in the atmospheric pressure adjustment chamber, and the atmospheric pressure in the atmospheric pressure adjustment chamber is changed in advance in the adjustment mode.
First, the atmospheric pressure is adjusted so that the output of the differential pressure sensor 12 becomes V0. If the pressure in the pressure adjusting chamber at this time is P0, this P0 is equal to the pressure in the airtight chamber 3.

次に、気圧調整室の気圧をP0から、P1、P2、P3、・・・と変化させながら荷重信号出力と差圧センサ12の出力信号とを測定する。荷重信号出力がW0から、W1、W2、W3、・・・と変化し、差圧センサ12の出力がオフセット出力値V0から、V1、V2、V3、・・・と変化したものとする。これらのデータを測定し、表1に示されるように記録する。なお、オフセット出力値V0は予めロードセルの測定回路に記憶させる。   Next, the load signal output and the output signal of the differential pressure sensor 12 are measured while changing the pressure in the pressure adjusting chamber from P0 to P1, P2, P3,. Assume that the load signal output changes from W0 to W1, W2, W3,..., And the output of the differential pressure sensor 12 changes from the offset output value V0 to V1, V2, V3,. These data are measured and recorded as shown in Table 1. The offset output value V0 is stored in advance in the load cell measurement circuit.

Figure 0005339846
Figure 0005339846

この表1のデータから差圧センサの信号出力vxに対する荷重出力信号変化量wxの関係式を、図3(a)から最小2乗法などの方法で決定し、次式を得る。
wx=f(vx) ・・・・・(1)
From the data in Table 1, a relational expression of the load output signal change amount wx with respect to the signal output vx of the differential pressure sensor is determined by a method such as the least square method from FIG. 3A to obtain the following expression.
wx = f (vx) (1)

図3(a)では、P1、P2、・・・>P0なる気圧P1、P2、・・・を与えたが、P1´、P2´、・・・<P0なる気圧P1´、P2´、・・・を与えると、V1´、V2´・・・<V0なる差圧信号が出力され、v1´=V1´―V0<0、v2´=V2´―V0<0、・・・なる差圧分のマイナス信号が出力され、この差圧による荷重変化も w1´=W1´―W0<0、w2´=W2´―W0<0、・・・となってマイナス値となる。これらのデータにより、vx<0の領域においては、図3(b)に示されるように、wx´=f´(vx)を決定することができる。   In FIG. 3 (a), P1, P2,...> P0 atmospheric pressures P1, P2,... Are given, but P1 ′, P2 ′,. .., V1 ', V2' ... <V0 differential pressure signal is output, and v1 '= V1'-V0 <0, v2' = V2'-V0 <0,. Minus signal is output, and the load change due to this differential pressure also becomes a negative value as w1 ′ = W1′−W0 <0, w2 ′ = W2′−W0 <0,. With these data, wx ′ = f ′ (vx) can be determined in the region of vx <0, as shown in FIG.

以上のようにして差圧信号出力vxに対する荷重変化量wxの関係式が求められた後、ロードセンサ1の稼働運転時には次のような処理が行われる。   After the relational expression of the load change amount wx with respect to the differential pressure signal output vx is obtained as described above, the following processing is performed when the load sensor 1 is in operation.

まず、稼働運転に際してロードセル1に電源を入れると、初期処理プログラムによってロードセル1の荷重信号Wxを初期荷重W0として読み取るとともに、差圧センサ12の出力Vxを読み取る。この出力VxがVxiであったとする。   First, when the load cell 1 is turned on during operation, the load signal Wx of the load cell 1 is read as the initial load W0 and the output Vx of the differential pressure sensor 12 is read by the initial processing program. Assume that this output Vx is Vxi.

初期荷重W0の値は、予めロードセルに負荷されている風袋荷重Wiと、現時点の差圧による荷重変化分wxiとによって次式で表される。
W0=Wi+wxi ・・・・・(2)
よって、風袋荷重Wiは、次式により求められる。
Wi=W0−wxi ・・・・・(3)
ここで、wxiは、差圧センサ12の出力vxi=Vxi−V0と、上記(1)式にvxi、wxiを代入した式wxi=f(vxi)によって求められるので、風袋荷重Wiを求めることができる。求められたWiを真の風袋による初期風袋荷重としてメモリに記憶させる。つまり、風袋荷重は真の風袋による初期風袋荷重Wiと差圧による荷重変動成分wxiとで構成される。
The value of the initial load W0 is expressed by the following equation using a tare load Wi that is previously loaded on the load cell and a load change wxi due to the current differential pressure.
W0 = Wi + wxi (2)
Therefore, the tare load Wi is obtained by the following equation.
Wi = W0−wxi (3)
Here, wxi is obtained by the output vxi = Vxi−V0 of the differential pressure sensor 12 and the equation wxi = f (vxi) obtained by substituting vxi and wxi into the above equation (1), so that the tare load Wi can be obtained. it can. The obtained Wi is stored in the memory as the initial tare load by the true tare. That is, the tare load is composed of the initial tare load Wi due to the true tare and the load fluctuation component wxi due to the differential pressure.

稼働運転に入ると、初期風袋荷重Wiと差圧による荷重変動成分wxiからなる初期荷重W0において、荷重変動成分wxiは稼働運転中の差圧変化によって逐次変動する。
稼働運転中の初期処理プログラムに続いて動作させる通常処理プログラムにおいて、定期的に荷重信号Wxと差圧センサ12の出力信号Vxをサンプリングにて検出する。差圧センサ12の出力信号がVxのときに、記憶されている差圧センサ12のオフセット出力値V0によって、差圧出力信号vxは次式にて得られる。
vx=Vx−V0 ・・・・・(4)
そして、この差圧出力信号vxに対する荷重出力信号変化量wxを(1)式によって求める。なお、この時点でwxiをwxと置き換える。
When the operation operation is started, the load variation component wxi is sequentially changed by the differential pressure change during the operation operation in the initial load W0 including the initial tare load Wi and the load variation component wxi due to the differential pressure.
In the normal processing program that is operated following the initial processing program during operation, the load signal Wx and the output signal Vx of the differential pressure sensor 12 are periodically detected by sampling. When the output signal of the differential pressure sensor 12 is Vx, the differential pressure output signal vx is obtained by the following equation based on the stored offset output value V0 of the differential pressure sensor 12.
vx = Vx−V0 (4)
Then, the load output signal change amount wx with respect to the differential pressure output signal vx is obtained by the equation (1). At this point, wxi is replaced with wx.

気密室内外の気体の差圧の影響を考慮しない従来のロードセルにおける重量測定値の計算によれば、ロードセルに負荷される被計量物の荷重Wnは、荷重測定装置としてのスパン係数をK、零点調整時に記憶させる零点重量値をWzとすると、次式で表される。
Wn=K・(Wx−Wi−Wz) ・・・・・(5)
これに対して、本実施形態のロードセル1においては、差圧による荷重変化分wxが荷重信号Wxに加わるので、次式で表わされることになって、荷重信号Wxに含まれる差圧成分を補正することが可能となる。
Wn=K・{Wx−(Wi+wx)−Wz} ・・・・・(6)
According to the calculation of the weight measurement value in the conventional load cell that does not consider the influence of the differential pressure of the gas inside and outside the hermetic chamber, the load Wn of the object to be weighed loaded on the load cell is K, the span coefficient as the load measuring device, and the zero point When the zero point weight value stored at the time of adjustment is Wz, it is expressed by the following equation.
Wn = K · (Wx−Wi−Wz) (5)
On the other hand, in the load cell 1 of the present embodiment, the load change wx due to the differential pressure is added to the load signal Wx, so that it is expressed by the following equation, and the differential pressure component included in the load signal Wx is corrected. It becomes possible to do.
Wn = K · {Wx− (Wi + wx) −Wz} (6)

(2)差圧センサ12の温度特性を考慮する必要がある場合
まず、差圧センサ12を大気中(差圧=0の状態)に置いて、周囲気温をθ0、θ1、θ2、θ3、・・・と変化させたときのオフセット出力電圧Voffの温度変化特性を測定し、図4に示されるような温度特性関数f0(θ)、すなわち次式を求める。
Voff=f0(θ) ・・・・・(7)
(2) When it is necessary to consider the temperature characteristics of the differential pressure sensor 12 First, the differential pressure sensor 12 is placed in the atmosphere (the state where the differential pressure = 0), and the ambient temperature is set to θ0, θ1, θ2, θ3,. The temperature change characteristic of the offset output voltage Voff when it is changed is measured, and the temperature characteristic function f0 (θ) as shown in FIG.
Voff = f0 (θ) (7)

また、差圧センサ12の出力信号にスパン温度ドリフトがあれば、同じ差圧であっても大気温度の違いによって出力信号が異なる。つまり、同じ荷重信号出力変化、差圧であっても温度の違いによって差圧センサ出力信号の大きさが異なる。
本ロードセルでは、差圧の大きさが荷重信号の変化の大きさに変わるので、差圧センサ12のスパンが温度変化すれば、荷重信号の出力変化と差圧センサの出力信号の大きさとの関係が温度によって異なることになる。
Further, if there is a span temperature drift in the output signal of the differential pressure sensor 12, the output signal varies depending on the atmospheric temperature even if the differential pressure is the same. That is, even if the load signal output change and the differential pressure are the same, the magnitude of the differential pressure sensor output signal varies depending on the temperature.
In this load cell, the magnitude of the differential pressure changes to the magnitude of the change in the load signal. Therefore, if the span of the differential pressure sensor 12 changes in temperature, the relationship between the change in the output of the load signal and the magnitude of the output signal of the differential pressure sensor. Depends on the temperature.

そこで、本実施形態における差圧センサ付きロードセルを、気体調整室において、異なる温度条件を設定して調整する。例えば基準温度テスト条件として、θ0=5℃、θ1=20℃、θ2=35℃を選択し、それぞれの気体温度にて図3と同様にしてデータを測定し、図5に示されるように、vx≧0の領域における曲線m0、m1、m2に相当する関数f0(vx,θ0)、f1(vx,θ1)、f2(vx,θ2)を決定する。同様に、vx<0の領域における曲線m0´、m1´、m2´に相当する関数f0´(vx,θ0)、f1´(vx,θ1)、f2´(vx,θ2)を決定する。   Therefore, the load cell with a differential pressure sensor in the present embodiment is adjusted by setting different temperature conditions in the gas adjustment chamber. For example, θ0 = 5 ° C., θ1 = 20 ° C., θ2 = 35 ° C. is selected as the reference temperature test condition, and data is measured in the same manner as in FIG. 3 at each gas temperature, and as shown in FIG. Functions f0 (vx, θ0), f1 (vx, θ1), and f2 (vx, θ2) corresponding to the curves m0, m1, and m2 in the region of vx ≧ 0 are determined. Similarly, functions f0 ′ (vx, θ0), f1 ′ (vx, θ1), and f2 ′ (vx, θ2) corresponding to the curves m0 ′, m1 ′, m2 ′ in the region of vx <0 are determined.

いま、これらの関数が2次式で表されるとすれば、稼働運転中の任意の温度θxの場合の関数fx(vx,θx)を決めるために、上記の3つの関数f0(vx,θ0)、f1(vx,θ1)、f2(vx,θ2)を求めるために測定した差圧値(それぞれオフセット値を除いたもので、仮にv2とする)における荷重信号の変化量w20、w21、w22を上記テストの時点で記憶させておく。   Now, assuming that these functions are expressed by a quadratic expression, the above three functions f0 (vx, θ0) are used to determine the function fx (vx, θx) in the case of an arbitrary temperature θx during operation. ), F1 (vx, θ1), f2 (vx, θ2), the amount of change w20, w21, w22 of the load signal in the differential pressure values (each excluding the offset value, which is assumed to be v2). Is stored at the time of the above test.

そして、温度測定値θxがθ2<θx<θ1であるときは、v2における荷重変化量をθ1とθ2の間で決まる比率で按分して求めたw2xから、座標(v2,w2x)によって関数fx(vx,θx)を求める。すなわち、w2xを次式によって決める。
w2x=w22+{(w21−w22)/(θ2−θ1)}・(θ2−θx)
・・・・・(8)
Then, when the temperature measurement value θx is θ2 <θx <θ1, the function fx (by the coordinates (v2, w2x) is obtained from w2x obtained by dividing the load change amount in v2 by a ratio determined between θ1 and θ2. vx, θx) is obtained. That is, w2x is determined by the following equation.
w2x = w22 + {(w21-w22) / (θ2-θ1)} · (θ2-θx)
(8)

ロードセンサ1の稼働運転時には次のような処理が行われる。
まず、稼働運転に際してロードセル1に電源を入れて、初期荷重W0を測定すると同時に、気密室3内に配された温度センサ15の出力信号θxiおよび差圧センサ12の出力信号Vx=Vxiを測定する。
The following processing is performed during the operation of the load sensor 1.
First, during operation, the load cell 1 is turned on and the initial load W0 is measured. At the same time, the output signal θxi of the temperature sensor 15 and the output signal Vx = Vxi of the differential pressure sensor 12 arranged in the hermetic chamber 3 are measured. .

次に、温度θxiにおける差圧センサの出力オフセット値Voffを(7)式からVoff=f0(θxi)と求め、これを(4)式に代入して、差圧信号vxiを次式により得る。
vxi=Vxi−Voff=Vxi−f0(θxi)・・・(9)
Next, the output offset value Voff of the differential pressure sensor at the temperature θxi is obtained as Voff = f0 (θxi) from the equation (7), and is substituted into the equation (4) to obtain the differential pressure signal vxi by the following equation.
vxi = Vxi−Voff = Vxi−f0 (θxi) (9)

初期荷重信号W0に含まれる荷重変動成分wxiは、温度θxiにおける関数fxi(vx,θxi)を定めてから導くようにする。すなわち、上述のようにvx=v2のときのw20,w21,w22のいずれかを使って関数fxi(vx,θxi)を導出した後、次式によってwxiを求める。
wxi=fxi(vxi,θxi) ・・・・・(10)
The load fluctuation component wxi included in the initial load signal W0 is derived after the function fxi (vx, θxi) at the temperature θxi is determined. That is, after deriving the function fxi (vx, θxi) using any of w20, w21, and w22 when vx = v2 as described above, wxi is obtained by the following equation.
wxi = fxi (vxi, θxi) (10)

こうして、wxiが求められると、初期風袋荷重Wiを次式により求めてWiを記憶する。
Wi=W0−wxi ・・・・・(11)
そして、被計量物の荷重Wnを次式
Wn=K・{Wx−(Wi+wxi)−Wz} ・・・・・(12)
と表し、初期の差圧・温度の変動に対する荷重変動成分wxiを稼働運転中の差圧と温度によって算出されるwxに置き換えて追従させる。
Thus, when wxi is obtained, the initial tare load Wi is obtained by the following equation and Wi is stored.
Wi = W0−wxi (11)
Then, the load Wn of the object to be weighed is expressed by the following formula: Wn = K · {Wx− (Wi + wxi) −Wz} (12)
The load fluctuation component wxi with respect to the initial differential pressure / temperature fluctuation is replaced with wx calculated based on the differential pressure and temperature during operation, and is followed.

以上のような考え方に基づき、より具体的には、以下のようにして荷重信号の補正が行われる。   More specifically, based on the above concept, the load signal is corrected as follows.

(1)ロードセルの製作・調整時
ロードセル1の製作・調整時においては、まず差圧センサ12を大気中の差圧0の状態に置いて、差圧センサ12の出力信号を採取する。そして、差圧センサ12を温度試験槽に入れ、温度試験槽の温度を変化させながら差圧センサ12のオフセット電圧値を測定し、温度値とともに測定器に記憶させる。これにより、測定器において、差圧センサ12とオフセット電圧の温度特性を表す関係式である(7)式が決定される。
(1) At the time of manufacture / adjustment of the load cell At the time of manufacture / adjustment of the load cell 1, the differential pressure sensor 12 is first placed in a state of zero differential pressure in the atmosphere, and the output signal of the differential pressure sensor 12 is collected. Then, the differential pressure sensor 12 is placed in the temperature test tank, the offset voltage value of the differential pressure sensor 12 is measured while changing the temperature of the temperature test tank, and stored in the measuring instrument together with the temperature value. Thereby, in the measuring instrument, the equation (7), which is a relational expression representing the temperature characteristics of the differential pressure sensor 12 and the offset voltage, is determined.

差圧センサ12が所定のロードセル1におけるロードセル本体2に取り付けられると、このロードセルに上記測定器が接続される。そして、データバスライン18を通して(7)式の関数が送られ、電気回路ユニット14内の演算回路のメモリMに記憶される。なお、差圧センサ12についての特性データをロードセルへ送り、ロードセルの演算回路にて(7)式を決定させても良い。   When the differential pressure sensor 12 is attached to the load cell main body 2 in a predetermined load cell 1, the measuring instrument is connected to the load cell. Then, the function of the expression (7) is sent through the data bus line 18 and stored in the memory M of the arithmetic circuit in the electric circuit unit 14. In addition, the characteristic data about the differential pressure sensor 12 may be sent to the load cell, and the equation (7) may be determined by the load cell arithmetic circuit.

次に、ロードセル1を温度試験が可能な気体調整室に置き、ロードセル1の荷重信号と温度、差圧センサ12の出力信号を測定器にてモニタする。次いで、気体調整室を前述したように所定の気圧に調整し、また気圧調整室の温度をロードセル1の気密室3内(実際には窒素ガスが充填されている)の温度が所定の温度になるように調整しながら、温度データ、差圧信号、荷重信号を重量測定装置に読み込んで、代表的な荷重−差圧、温度関数f0(vx,θ0)、f1(vx,θ1)、f2(vx,θ2)を決定する。そして、決定した代表関数をメモリMに記憶させる。なお、これら関数はロードセル気密室内の演算回路にて決定しても良い。   Next, the load cell 1 is placed in a gas adjustment chamber in which a temperature test is possible, and the load signal and temperature of the load cell 1 and the output signal of the differential pressure sensor 12 are monitored by a measuring instrument. Next, the gas adjustment chamber is adjusted to a predetermined pressure as described above, and the temperature of the pressure adjustment chamber is set to a predetermined temperature in the airtight chamber 3 of the load cell 1 (actually filled with nitrogen gas). The temperature data, the differential pressure signal, and the load signal are read into the weight measuring device while adjusting so that the typical load-differential pressure, temperature function f0 (vx, θ0), f1 (vx, θ1), f2 ( vx, θ2) is determined. Then, the determined representative function is stored in the memory M. These functions may be determined by an arithmetic circuit in the load cell hermetic chamber.

(2)ロードセル使用時
ロードセル1に電源を供給すると、この電源供給時のイニシャルプログラムにて荷重信号W0と温度信号θxi、差圧信号Vxiを読み取る。そして、温度信号θxiと記憶している(7)式のf0(θ)によって差圧センサ12のオフセット信号Voff=f0(θxi)の値を算出する。また、記憶している(9)式より、温度補正した差圧信号vxiを算出する。
(2) When using the load cell When power is supplied to the load cell 1, the load signal W0, the temperature signal θxi, and the differential pressure signal Vxi are read by the initial program when the power is supplied. Then, the value of the offset signal Voff = f0 (θxi) of the differential pressure sensor 12 is calculated from the temperature signal θxi and the stored f0 (θ) in the equation (7). Further, the temperature-corrected differential pressure signal vxi is calculated from the stored equation (9).

次に、vxiおよびθxiより、記憶している代表関数から(8)式で表すような計算手続きを経て関数fxi(vx,θxi)を定め、電源供給時の差圧による荷重変動成分wxiをwxi=fxi(vxi,θxi)として求める。   Next, a function fxi (vx, θxi) is determined from a stored representative function through a calculation procedure represented by the equation (8) from vxi and θxi, and a load fluctuation component wxi due to a differential pressure at the time of power supply is expressed as wxi. = Fxi (vxi, θxi).

こうしてwxiが求められると、初期風袋荷重Wiを(10)式により求めてWiを記憶し、被計量物の荷重Wnを(12)式のように定める。この後、稼働運転の継続に対して逐次周期的に温度、差圧を検出して各時点での荷重変動成分wxを算出してwxiを更新し、荷重信号を、
Wn=K・{Wx−(Wi+wxi)−Wz}
として求める。
When wxi is obtained in this way, the initial tare load Wi is obtained from equation (10), Wi is stored, and the load Wn of the object to be weighed is determined as in equation (12). After this, the temperature and differential pressure are detected periodically and continuously with respect to the continuation of the operation operation, the load fluctuation component wx at each time point is calculated, wxi is updated, and the load signal is
Wn = K · {Wx− (Wi + wxi) −Wz}
Asking.

〔第2の実施形態〕
本実施形態は、負荷荷重の大きさに基づく差圧変化による荷重信号の変動を、気温変化による差圧変化や、大気圧変化による差圧変化に伴う荷重信号の変動と分離して補正するようにした例に関するものである。すなわち、外気圧や気温が一定であっても、負荷荷重の大きさによって零点がドリフトするのを補正するようにしたものである。
[Second Embodiment]
In the present embodiment, the variation of the load signal due to the differential pressure change based on the magnitude of the load load is corrected separately from the differential pressure change due to the temperature change and the load signal variation due to the differential pressure change due to the atmospheric pressure change. This is related to the example. In other words, even if the external air pressure and the air temperature are constant, the zero point drift is corrected depending on the magnitude of the load.

例えば図1に示されるロードセル1に負荷荷重が加わって起歪部5がわずかに下方に撓むと、それに応じて金属蓋13も撓むが、負荷荷重の大きさに応じてわずかに気密室3の体積が異なることによりその気密室3の気圧変化が生じて、負荷荷重に対する反力を生じ、この反力が無視できない場合、以下に示すような補正を実行する。   For example, when a load is applied to the load cell 1 shown in FIG. 1 and the strain generating portion 5 is bent slightly downward, the metal lid 13 is also bent accordingly, but the airtight chamber 3 is slightly changed according to the magnitude of the load. If the volume of the airtight chamber 3 changes, a change in the atmospheric pressure of the hermetic chamber 3 occurs to generate a reaction force against the load. If this reaction force cannot be ignored, the following correction is executed.

補正対策として、ロードセルの調整時に下記の準備作業を行う。
まず、既知の重量値を持つテストサンプル(例えば分銅)ws1,ws2,ws3,ws4を用意する。
ロードセルの容量をWfとし、テストサンプルの重量値をそれぞれ、ws1=(1/4)・Wf,ws2=(1/2)・Wf,ws3=(3/4)・Wf,ws4=Wfとする。なお、本テストを行うロードセルは予め、気密室が外部と導通している状態でスパン調整がなされているものとする。
As a correction measure, the following preparatory work is performed when adjusting the load cell.
First, test samples (for example, weights) ws1, ws2, ws3, and ws4 having known weight values are prepared.
The load cell capacity is Wf, and the test sample weight values are ws1 = (1/4) · Wf, ws2 = (1/2) · Wf, ws3 = (3/4) · Wf, ws4 = Wf, respectively. . It is assumed that the load cell for performing this test has been subjected to span adjustment in a state where the hermetic chamber is electrically connected to the outside.

第1の実施形態において、気圧P0を与えるテスト(表1参照)の際に、それぞれのサンプル負荷荷重を加えて差圧センサ出力と荷重信号出力を測定する。その結果、表2に示されるデータを得る。   In the first embodiment, in the test (see Table 1) for applying the atmospheric pressure P0, each sample load load is added to measure the differential pressure sensor output and the load signal output. As a result, the data shown in Table 2 is obtained.

Figure 0005339846
Figure 0005339846

表2の例えばテスト区分1において、テストサンプルws1をロードセルに負荷し、荷重出力信号Ws1と荷重センサ出力Vs1の測定値を得たとすると、荷重信号出力変化はWs1−W0であるから、この値とテストサンプルの重量値ws1との差が気密室内の圧力増加による反力(零点変化量)とみなされる。この零点変化量は、次式で表される。
−Δws1z=(Ws1−W0)−ws1
また、負荷荷重による気密室内の圧力変化による差圧の変化量は、次式で表される。
Δvs1=Vs1−Vs0
以下、他のテストサンプルについても同様に測定して、サンプル負荷荷重毎の零点変化量と、差圧変化量とを導くことができる。
For example, in test category 1 of Table 2, when the test sample ws1 is loaded on the load cell and the measured values of the load output signal Ws1 and the load sensor output Vs1 are obtained, the load signal output change is Ws1-W0. A difference from the weight value ws1 of the test sample is regarded as a reaction force (zero change amount) due to an increase in pressure in the hermetic chamber. This zero point change amount is expressed by the following equation.
−Δws1z = (Ws1−W0) −ws1
Further, the amount of change in the differential pressure due to the pressure change in the hermetic chamber due to the load load is expressed by the following equation.
Δvs1 = Vs1−Vs0
Hereinafter, other test samples can be measured in the same manner, and the zero point change amount and the differential pressure change amount for each sample load can be derived.

次に、負荷荷重ws1,ws2,ws3,ws4に応じた零点変化量と差圧変化量のデータから、最小自乗法などの手法を用いて、図6に示されるように、零点変化量と差圧変化量の負荷荷重Wnに対する関数fw(Wn)とfz(Wn)とを求める。   Next, from the data of the zero point change amount and the differential pressure change amount according to the load loads ws1, ws2, ws3, and ws4, using a method such as a least square method, as shown in FIG. Functions fw (Wn) and fz (Wn) with respect to the load Wn of the pressure change amount are obtained.

そして、ロードセルの使用時(通常の荷重測定作業を行う時)には、まず負荷荷重による差圧変化分を、外気圧変化や気密室内の膨張による気圧変化から除去するために、一旦、気圧変化を全く考慮しない、ロードセルに対する概略の負荷荷重測定値Wn′を求め(または、負荷荷重の影響を無視して、大気圧、気密室気圧変化を補償した負荷荷重測定値をWn′として求め)、上記関数fw(Wn)、fz(Wn)にWn′を代入して零点変化分−Δws1z′と差圧変化分Δvs1′を導く。
その上で、前述の(4)式において、差圧vxを次式
vx=(Vx−Δvs1′)−V0
として、負荷荷重による差圧変化分の影響を除去する。
When using the load cell (when performing normal load measurement work), first, the pressure change is temporarily removed in order to remove the differential pressure change due to the load from the atmospheric pressure change or the atmospheric pressure change due to expansion in the airtight chamber. The approximate load load measurement value Wn ′ for the load cell is calculated without considering the load cell (or the load load measurement value that compensates for changes in atmospheric pressure and hermetic chamber air pressure is ignored as Wn ′ ignoring the influence of the load load), Substituting Wn ′ into the above functions fw (Wn) and fz (Wn), leads to a zero-point variation −Δws1z ′ and a differential pressure variation Δvs1 ′.
Then, in the above equation (4), the differential pressure vx is expressed by the following equation: vx = (Vx−Δvs1 ′) − V0
As described above, the influence of the differential pressure change due to the load is removed.

同様に、前述の(6)式において、被計量物の荷重Wnを次式
Wn=K・{Wx−(Wi+wx−Δws1z′)−Wz}
として、負荷荷重の大きさによる零点変化分の影響を除去する。
Similarly, in the above-described equation (6), the load Wn of the object to be measured is expressed by the following equation: Wn = K · {Wx− (Wi + wx−Δws1z ′) − Wz}
As described above, the influence of the zero point change due to the magnitude of the load is removed.

また、温度が変化した場合の(9)式や(12)式についても同様の演算操作で対応させる。さらに、厳密な補償とするために気温を関数として考慮する場合には、複数種類の気体温度環境のもと、第1の実施形態において、「(2)差圧センサ12の温度特性を考慮する必要がある場合」の欄(段落0042参照)で述べた方法と同様の方法にて関数fw(Wn,θx)とfz(Wn,θx)とを求めれば良い。   Further, the equations (9) and (12) when the temperature changes are also handled by the same calculation operation. Further, when considering the temperature as a function for strict compensation, in the first embodiment, “(2) Considering the temperature characteristics of the differential pressure sensor 12 under a plurality of types of gas temperature environments. The functions fw (Wn, θx) and fz (Wn, θx) may be obtained by a method similar to the method described in the “when necessary” column (see paragraph 0042).

前記各実施形態では、図1に示されるようなロードセルに適用される例について述べたが、本発明は、図8に示されるような弾性体が柱型形状の、いわゆる圧縮型ロードセルであって、柱型弾性体の一部に設けられた起歪部を金属ケースにて密封することによって起歪部の周囲に気密室を形成したロードセルに対しても適用することができる。   In each of the above embodiments, the example applied to the load cell as shown in FIG. 1 has been described. However, the present invention is a so-called compression type load cell in which the elastic body as shown in FIG. The present invention can also be applied to a load cell in which an airtight chamber is formed around a strain generating portion by sealing the strain generating portion provided in a part of the columnar elastic body with a metal case.

また、前記各実施形態では、閉鎖空間である気密室内に窒素ガスを充填するものとしたが、この窒素ガスに代えて通常の空気を充填するようにしても良いし、あるいはシリコン樹脂などのゲル状物質を充填するようにしても良い。   Further, in each of the above embodiments, nitrogen gas is filled in an airtight chamber which is a closed space. However, instead of this nitrogen gas, normal air may be filled, or a gel such as silicon resin may be used. You may make it fill with a gaseous substance.

また、前記各実施形態では、差圧センサを用いるものについて説明したが、センサ内部に基準圧力を持つ部屋を内蔵させてセンサ外部気圧を測定するようにした圧力センサを気密室の内外にそれぞれ取り付け、各圧力センサの出力信号の差を求めるようにしても良い。この場合、ロードセル外部に取り付ける圧力センサの設置位置は、ロードセル上であっても良いし、ロードセルから離れた制御装置内であっても良い。   In each of the above embodiments, the differential pressure sensor is used. However, a pressure sensor in which a room having a reference pressure is built in the sensor to measure the external pressure of the sensor is attached to the inside and outside of the airtight chamber. The difference between the output signals of the pressure sensors may be obtained. In this case, the installation position of the pressure sensor attached to the outside of the load cell may be on the load cell, or may be in the control device away from the load cell.

また、各実施形態のロードセルにおいて、電気回路ユニット14の機能を有する制御装置をロードセルの外部に置き、差圧センサの信号や温度センサの信号を荷重信号と共に制御装置へ送り、この制御装置の中に設けた演算回路にて荷重信号の圧力差補正を行うようにしても良い。   In the load cell of each embodiment, a control device having the function of the electric circuit unit 14 is placed outside the load cell, and a differential pressure sensor signal and a temperature sensor signal are sent to the control device together with a load signal. The pressure difference correction of the load signal may be performed by the arithmetic circuit provided in FIG.

また、温度センサはロードセルの閉鎖空間内(気密室内)に設けるのが好ましいが、気密室の内外での温度差は小さいとみなし、気密室外に設けて大気温度を検出する方式とすることもできる。   In addition, the temperature sensor is preferably provided in the closed space (airtight chamber) of the load cell. However, it can be considered that the temperature difference between the inside and outside of the airtight chamber is small, and the temperature sensor is provided outside the airtight chamber to detect the atmospheric temperature. .

なお、各実施形態における電気回路ユニット14が、本発明における「荷重信号補正手段」に相当する。   The electric circuit unit 14 in each embodiment corresponds to the “load signal correction unit” in the present invention.

本発明の第1の実施形態に係るロードセルの縦断面図The longitudinal cross-sectional view of the load cell which concerns on the 1st Embodiment of this invention 第1の実施形態のロードセルに装着される電気回路ユニットの回路構成図1 is a circuit configuration diagram of an electric circuit unit mounted on a load cell according to a first embodiment. 差圧信号出力に対する荷重出力信号変化量の関係を示すグラフGraph showing the relationship between the load output signal change amount and the differential pressure signal output 周囲温度に対するオフセット出力電圧の関係を示すグラフGraph showing the relationship of offset output voltage to ambient temperature 差圧信号出力に対する荷重出力信号変化量の関係を示すグラフGraph showing the relationship between the load output signal change amount and the differential pressure signal output 第2の実施形態における負荷荷重に対する差圧変化量および零点変化量の関係を示すグラフThe graph which shows the relationship between the differential pressure | voltage change amount with respect to the load load in 2nd Embodiment, and a zero point change amount. 従来のロードセルの一例を示す図The figure which shows an example of the conventional load cell 従来のロードセルの他の例を示す図The figure which shows the other example of the conventional load cell ベローズを装着した従来のロードセルの問題点を説明する図Diagram explaining problems of conventional load cell with bellows

符号の説明Explanation of symbols

1 ロードセル
2 ロードセル本体(起歪体)
2´ 気体注入孔
3 内空部(気密室)
4 荷重導入部
5 起歪部
6 リード線
7 回路基板
8 気密端子
9 導通ピン
10 配線ケーブル
11 接続金具
12 差圧センサ(差圧検出手段)
13 金属蓋
14 電気回路ユニット(荷重信号補正手段)
15 温度センサ(P.S)
16 ゲージ(T.S)
17 電源ライン
18 データバスライン
A1,A2 増幅器
A/D1〜A/D3 アナログ・デジタル変換器
CPU 中央演算処理装置
I/O 入出力回路
〜G ストレインゲージ
M メモリ
1 Load cell 2 Load cell body (distortion body)
2 'gas injection hole 3 inner space (airtight chamber)
4 Load introduction part 5 Strain generation part 6 Lead wire 7 Circuit board 8 Airtight terminal 9 Conductive pin 10 Wiring cable 11 Connection fitting 12 Differential pressure sensor (Differential pressure detection means)
13 Metal lid 14 Electric circuit unit (load signal correction means)
15 Temperature sensor (PS)
16 gauge (TS)
17 power supply line 18 data bus lines A1, A2 amplifier A / D1~A / D3 analog-CPU Central Processing Unit I / O output circuit G 1 ~G 4 strain gauge M memory

Claims (4)

ロードセル本体に形成された起歪部の一部もしくは全部が大気に対して閉鎖された閉鎖空間に配されるとともに、前記起歪部の歪みに応じて荷重信号生成するストレインゲージと、前記閉鎖空間の有する圧力と大気の有する圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、前記差圧検出手段により検出された差圧に基づいて前記荷重信号の変動を補正する荷重信号補正手段とを備えるロードセルにおいて、
前記ストレインゲージから出力される荷重信号と前記差圧検出手段から出力される差圧信号とをそれぞれ独立に検出するように構成し、
前記荷重信号補正手段は、ロードセルの調整時に、前記差圧信号の変化に対する前記荷重信号における風袋荷重変動量の関係を示す関数を定め、ロードセルの使用時に、入力された差圧信号に応じて前記関数を用いて算出される風袋荷重変動量に基づいて荷重信号を補正するように構成することを特徴とするロードセル。
Some or all of the strain generating portion formed on the load cell body is disposed in a closed space that is closed to the atmosphere Rutotomoni, a strain gauge for generating a load signal in response to the distortion of the strain generating portion, said closure A differential pressure detecting means for detecting a differential pressure between a pressure in the space and a pressure in the atmosphere; and a load signal correcting means for correcting a variation in the load signal based on the differential pressure detected by the differential pressure detecting means. In the load cell provided ,
A load signal output from the strain gauge and a differential pressure signal output from the differential pressure detection means are configured to detect each independently,
The load signal correcting means determines a function indicating a relationship of a tare load fluctuation amount in the load signal with respect to a change in the differential pressure signal when adjusting the load cell, and according to the input differential pressure signal when using the load cell. A load cell configured to correct a load signal based on a tare load fluctuation amount calculated using a function .
前記荷重信号補正手段は、前記差圧検出手段により検出された差圧と、前記閉鎖空間の温度または大気の温度との関係から算出される風袋荷重変動量をもって前記荷重信号を補正することを特徴とする請求項に記載のロードセル。 The load signal correction means, characterized in that the correction and the difference detected by the pressure detecting means differential pressure, the load signal with the tare weight fluctuation amount is calculated from the relationship between temperature or temperature of the atmosphere of the closed space The load cell according to claim 1 . 請求項1に記載のロードセルと、このロードセルに接続される制御装置とにより構成される重量測定装置であって、前記制御装置は、前記差圧検出手段により検出された差圧に基づいて、前記荷重信号の変動を補正する荷重信号補正手段を備えることを特徴とする重量測定装置。   A weight measuring device comprising the load cell according to claim 1 and a control device connected to the load cell, wherein the control device is based on the differential pressure detected by the differential pressure detecting means. A weight measuring device comprising load signal correcting means for correcting fluctuation of the load signal. 前記荷重信号補正手段は、前記差圧検出手段により検出された差圧と、前記閉鎖空間の温度または大気の温度との関係から算出される風袋荷重変動量をもって前記荷重信号を補正することを特徴とする請求項に記載の重量測定装置。 The load signal correction means, characterized in that the correction and the difference detected by the pressure detecting means differential pressure, the load signal with the tare weight fluctuation amount is calculated from the relationship between temperature or temperature of the atmosphere of the closed space The weight measuring device according to claim 3 .
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