称重传感器单元以及计量装置

文档序号:94953 发布日期:2021-10-12 浏览:42次 >En<

阅读说明:本技术 称重传感器单元以及计量装置 (Weighing sensor unit and weighing device ) 是由 武市真治 于 2021-03-17 设计创作,主要内容包括:本发明涉及称重传感器单元以及计量装置。称重传感器单元具备称重传感器、第一温度传感器以及第二温度传感器,上述称重传感器具有应变体,上述应变体包括自由端侧块、固定端侧块、将自由端侧块的上端与固定端侧块的上端连接的上侧梁部、以及将自由端侧块的下端与固定端侧块的下端连接的下侧梁部,上述第一温度传感器配置于上侧梁部或下侧梁部,上述第二温度传感器配置于自由端侧块和固定端侧块中的任一方。(The present invention relates to a load cell unit and a weighing apparatus. The load cell unit includes a load cell having a strain body including a free end side block, a fixed end side block, an upper side beam portion connecting an upper end of the free end side block and an upper end of the fixed end side block, and a lower side beam portion connecting a lower end of the free end side block and a lower end of the fixed end side block, a first temperature sensor disposed on the upper side beam portion or the lower side beam portion, and a second temperature sensor disposed on either one of the free end side block and the fixed end side block.)

称重传感器单元以及计量装置

技术领域

本发明的一个方面涉及称重传感器单元以及计量装置。

背景技术

以往,已知有日本特开2010-91325号公报中记载的称重传感器单元。在日本特开2010-91325号公报所记载的称重传感器单元中,为了抑制计量信号由于应变体的温度变化而变动,在应变体中配置温度传感器,基于由该温度传感器检测出的温度对计量信号进行补偿。

发明内容

在上述那样的称重传感器单元中,有时应变体的温度分布成为不均衡的状态(非稳定状态),但无法充分地考虑该不均衡的状态来对称重传感器的输出进行补偿,因此难以实现稳定的高精度计量。

因此,本发明的一个方面的目的在于,提供一种能够实现稳定的高精度计量的称重传感器单元以及计量装置。

本发明的一个方面涉及的称重传感器单元具备称重传感器、第一温度传感器以及第二温度传感器,上述称重传感器具有应变体,上述应变体包括自由端侧块、固定端侧块、将自由端侧块的上端与固定端侧块的上端连接的上侧梁部、以及将自由端侧块的下端与固定端侧块的下端连接的下侧梁部,上述第一温度传感器配置于上侧梁部或下侧梁部,上述第二温度传感器配置于自由端侧块和固定端侧块中的任一方。

在该称重传感器单元中,能够通过第一温度传感器来检测称重传感器整体的代表温度。由此,能够基于称重传感器整体的代表温度来对称重传感器的输出进行温度补偿。此外,通过第一温度传感器以及第二温度传感器,能够获取应变体的两个部位的温度。由此,能够获取(计算)在应变体产生的温度差(热不平衡),基于该温度差对称重传感器的输出进行温度补偿,即进行考虑了不均衡的状态的温度分布的温度补偿。其结果为,在称重传感器单元中,能够实现稳定的高精度计量。

也可以是,在本发明的一个方面涉及的称重传感器单元中,第一温度传感器以及第二温度传感器集中设置于应变体的上表面和下表面中的一方。根据该结构,容易简单地构成来自各温度传感器的布线。另外,与在应变体的侧面配置各温度传感器的情况相比,布线不易影响到应变体的变形,能够将对计量的精度造成的不良影响控制在最小限度。另外,由于应变体一般为对称结构,因此通过将第一温度传感器以及第二温度传感器集中设置于同一面,不会受到由上表面、下表面的温度差引起的噪声的影响,能够获取稳定的温度变化。

也可以是,在本发明的一个方面涉及的称重传感器单元中,在与从自由端侧块朝向固定端侧块的方向交叉且与上下方向交叉的宽度方向上,第一温度传感器以及第二温度传感器配置于应变体的中央。根据该结构,第一温度传感器以及第二温度传感器能够在宽度方向上检测应变体的平均温度。

也可以是,本发明的一个方面涉及的称重传感器单元具备第三温度传感器,上述第三温度传感器配置于自由端侧块和固定端侧块中的任意另一方。根据该结构,除了通过第一温度传感器以及第二温度传感器获取的应变体的两个部位的温度差以外,还能够通过第一温度传感器以及第三温度传感器,进一步获取应变体的两个部位的温度差。由此,能够基于该温度差对称重传感器的输出进行温度补偿,能够实现更稳定的高精度计量。

也可以是,在本发明的一个方面涉及的称重传感器单元中,称重传感器具有将与应变体的变形量相应的计量值作为模拟值输出的受感部,上述称重传感器单元具备:转换部,将由受感部输出的模拟值转换为数字值;以及温度差补偿部,基于由第一温度传感器检测出的第一温度与由第二温度传感器检测出的第二温度的温度差,对于由转换部转换后的数字值,进行不均衡的状态的温度补偿。根据该结构,能够基于应变体的该温度差来进行不均衡的状态的温度补偿。

也可以是,本发明的一个方面涉及的称重传感器单元具备:受感部,将与应变体的变形量相应的计量值作为模拟值输出;转换部,将由受感部输出的模拟值转换为数字值;以及温度差补偿部,基于由第一温度传感器检测出的第一温度与由第二温度传感器检测出的第二温度的温度差,以及第一温度与由第三温度传感器检测出的第三温度的温度差,对于由转换部转换后的数字值,进行不均衡的状态的温度补偿。根据该结构,能够基于应变体的该温度差来进行不均衡的状态的温度补偿。

也可以是,本发明的一个方面涉及的称重传感器单元具备温度补偿部,上述温度补偿部基于第一温度,对于由转换部进行转换且由温度差补偿部进行补偿之前的数字值,进行稳定状态的温度补偿。根据该结构,通过温度补偿部,能够基于作为称重传感器整体的代表温度的第一温度来进行稳定状态的温度补偿。在此,由温度补偿部进行的温度补偿主要对热平衡状态下的输出的偏差进行补偿,另一方面,由温度差补偿部进行的温度补偿主要对热不平衡状态下的输出的偏差进行补偿。因此,根据该结构,能够简单地划分两者的调整。

也可以是,在本发明的一个方面涉及的称重传感器单元中,第二温度传感器配置于自由端侧块以及固定端侧块中接近热源的一方。根据该结构,能够立即检测由热源进行的热传导,能够在早期阶段补偿由于热源而在应变体产生的热不平衡。

也可以是,在本发明的一个方面涉及的称重传感器单元中,第二温度传感器配置于固定端侧块。一般而言,设置于应变体的布线大多集中于固定端侧块一侧。因此,在第二温度传感器配置于固定端侧块的情况下,与第二温度传感器配置于自由端侧块的情况相比,至少能够抑制来自第二温度传感器的布线影响到上侧梁部或下侧梁部。具体而言,能够减少布线跨越应变体的挠性部分(薄壁部分),能够排除布线对计量精度造成的影响。

本发明的一个方面涉及的计量装置具备:上述称重传感器单元;输送传送机,一边使作为计量对象的物品载置在输送面上一边进行输送;驱动部,驱动输送传送机;第一框架部,支承输送传送机以及驱动部;脚部;以及第二框架部,由脚部支承,自由端侧块与第一框架部连接,并被附加由输送传送机输送的物品的重量,固定端侧块与第二框架部连接,第二温度传感器配置于自由端侧块。

本发明的一个方面的计量装置具备:上述称重传感器单元;料斗部,具有闸门,使从外部投入的物品暂时滞留,之后排出;支承部,支承料斗部;驱动部,对闸门进行开闭驱动;以及主体,容纳驱动部,自由端侧块与支承部连接,并被附加滞留于料斗部的物品的重量,固定端侧块与主体连接,第二温度传感器配置于固定端侧块。

在这些计量装置中,由于具备上述称重传感器单元,因此能够实现稳定的高精度计量。

附图说明

图1是表示第一实施方式涉及的计量装置的结构图。

图2是表示图1的称重传感器单元的计量信号处理基板的框图。

图3是表示图1的称重传感器单元的应变体的立体图。

图4是表示图1的称重传感器单元的受感部的概略电路图。

图5是表示与相对于称重传感器单元的温度变化的输出变动相关的试验结果的图表。

图6是表示第二实施方式涉及的称重传感器单元的结构图。

图7是表示图6的称重传感器单元的应变体的立体图。

图8是表示与相对于称重传感器单元的温度变化的输出变动相关的试验结果的图表。

图9是表示与相对于称重传感器单元的温度变化的输出变动相关的试验结果的图表。

图10是表示第三实施方式涉及的计量装置的结构图。

图11是说明应变体中的位置与温度的关系的一个例子的图。

具体实施方式

以下,参照附图对实施方式进行详细说明。在各图中,对相同或相当的部分标注相同的附图标记,并省略重复的说明。术语“上”以及“下”对应铅垂方向的上下方向。

[第一实施方式]

图1是表示计量装置70的结构图。图2是表示称重传感器单元1的结构图。图3是表示称重传感器单元1的应变体20的概略电路图。图4是表示称重传感器单元1的受感部30的结构图。图1所示的计量装置70一边将从上游侧供给的物品T向下游侧输送,一边测量该物品T的重量。

计量装置70具备:称重传感器单元1;输送传送机71,一边使作为计量对象的物品T载置在输送面71s上一边进行输送;驱动部72,驱动输送传送机71;第一框架部73,支承输送传送机71以及驱动部72;脚部74;以及第二框架部75,由脚部74支承。作为输送传送机71,没有特别限定,可以采用各种传送机。驱动部72例如包括电机等。称重传感器单元1收纳于计量装置70的计量箱76。称重传感器单元1具备称重传感器10、第一温度传感器41、第二温度传感器42以及计量信号处理基板50。

如图1、图2以及图3所示,称重传感器10是根据物品T的重量而得到计量信号(计量值)的装置。称重传感器10具有应变体20以及受感部30。应变体20呈矩形块状的外形。应变体20具有所谓的罗伯威尔机构。应变体20在铝合金或不锈钢等金属块上形成贯通孔而构成,并且具有对称结构。

应变体20包括:自由端侧块20a;固定端侧块20b;上侧梁部20c,将自由端侧块20a的上端与固定端侧块20b的上端连接;以及下侧梁部20d,将自由端侧块20a的下端与固定端侧块20b的下端连接。应变体20具有根据施加于自由端侧块20a的载荷而变形为大致平行四边形状的特性。自由端侧块20a与第一框架部73连接,并被附加由输送传送机71输送的物品T的重量。固定端侧块20b与第二框架部75连接。自由端侧块20a与固定端侧块20b为大致相同的大小。在上侧梁部20c配置有第一温度传感器41。至少配置有第一温度传感器41的上侧梁部20c的形状相对于四个凹口部的中心对称(在宽度方向上也对称,在作为上侧梁部20c的延伸方向的左右方向上也对称)。

受感部30包括四个应变计31,将与应变体20的变形量相应的计量信号作为模拟值输出。应变计31贴附于上侧梁部20c的两个部位的凹口部(薄壁部分,挠性部分)的上表面,和下侧梁部20d的两个部位的凹口部的下表面。四个应变计31构成电桥电路35,在应变体20变形时,从电桥电路35输出与该变形量相应的计量信号。需要说明的是,在电桥电路35中,通过将具有温度系数的电阻线35x插入到惠斯通电桥内,从而进行补偿电桥平衡的零点漂移的补偿。在电桥电路35中,配合应变体20的杨氏模量的变化,设置用于对施加于惠斯通电桥的电压进行调整的感温电阻器35y,进行输出灵敏度的补偿。

第一温度传感器41是配置于上侧梁部20c的温度传感器。第二温度传感器42是配置于固定端侧块20b的温度传感器。第一温度传感器41以及第二温度传感器42集中设置于应变体20的上表面。第一温度传感器41以及第二温度传感器42配置在应变体20的宽度方向的中央。宽度方向是与从自由端侧块20a朝向固定端侧块20b的方向正交且与上下方向正交的方向。第一温度传感器41以及第二温度传感器42例如由电阻值根据温度而变化的感温电阻(测温元件)构成。

由这样的感温电阻进行的补偿具有将进行后述的A/D转换之前的输出的变动幅度(动态范围)抑制得较小的效果。仅通过感温电阻无法完全补偿变动幅度,但通过预先减小变动幅度,能够将在后级的计量信号处理基板50中分配为成为补偿对象的输出的变动幅度的A/D转换后的值(所谓的计数值)分配为更小的变化。因此,该结构能够提高相对于进行补偿的输出的变动的分辨率,并且提高补偿精度。但是,由感温电阻进行的补偿不是必须的结构。如果能够仅通过计量信号处理基板50来进行所需的精度的补偿,则也可以省略感温电阻的配置。

计量信号处理基板50是对从称重传感器10输出的计量信号进行放大、A/D转换、温度补偿等处理的基板。计量信号处理基板50具有信号放大器51x、信号放大部51y、A/D转换器(转换部)52x、A/D转换部52y以及运算部53。

信号放大器51x使从称重传感器10输出的计量信号放大。信号放大部51y包括:使与由第一温度传感器41检测出的第一温度相关的第一温度信号放大的信号放大器;以及使与由第二温度传感器42检测出的第二温度相关的第二温度信号放大的信号放大器。各个信号放大器经由布线分别与第一以及第二温度传感器41、42连接。信号放大部51y由与设置于应变体20的温度传感器的数量相同数量的信号放大器构成。

A/D转换器52x将由信号放大器51x放大后的作为模拟值的计量信号转换为作为数字值的重量计数x。A/D转换部52y包括:将由信号放大部51y放大后的作为模拟值的第一温度信号转换为作为数字值的第一温度计数t的A/D转换器;以及将由信号放大部51y放大后的作为模拟值的第二温度信号转换为作为数字值的第二温度计数t1的A/D转换器。各个A/D转换器经由布线与信号放大部51y的各个信号放大器连接。A/D转换部52y由与设置于应变体20的温度传感器的数量相同数量的A/D转换器构成。

运算部53包括均衡温度补偿部(温度补偿部)53a以及不均衡温度补偿部(温度差补偿部)53b。运算部53例如由CPU(Central Processing Unit:中央处理器)构成,通过CPU按照规定的程序进行动作,从而实现其功能。

均衡温度补偿部53a基于第一温度计数t,对重量计数x进行温度均衡且稳定状态的温度补偿。需要说明的是,在本实施方式中,温度的状态有“温度均衡且稳定状态”、“温度不均衡且稳定状态”以及“温度不均衡且非稳定状态”三种状态。“温度均衡且稳定状态”是应变体20全部为相同温度的状态。“温度不均衡且稳定状态”是自由端侧块20a以及固定端侧块20b之间存在温度差,但在该差中没有时间变化的状态。例如“温度不均衡且稳定状态”相当于热源的输出(发热量)稳定后经过长时间,即使经过时间温度分布也不变的状态。“温度不均衡且非稳定状态”是在自由端侧块20a以及固定端侧块20b之间存在温度差,在该差中产生时间变化的状态。例如“温度不均衡且非稳定状态”相当于热源的功率刚上升之后(后述)等的状态。

具体而言,均衡温度补偿部53a进行下式(1)的温度补偿,计算补偿后重量计数y。在下式(1)中,前半部分为温度零补偿项,后半部分为温度灵敏度补偿项。在下式(1)中,d、e、f、p、q、r是预先设定的系数。系数能够通过使用恒温槽等使称重传感器10的温度变化必要次数,并用二次函数近似成为稳定状态时的温度与输出变动的关系来计算。

y=(x-dt2+et+f)*(s/(pt2+qt+r))…(1)

关于上式(1),进行详细说明。

首先,关于不对称重传感器10施加负载的状态(未产生由外力引起的变形的状态)的输出,确定用于进行补偿的系数。此时,将上式(1)的乘法符号的右侧的部分设为1(忽略)。在无负载状态下,得到在三点的温度(低温、常温、高温,但是,代入到数学式的值是绝对温度)下的输出。此时的温度需要在稳定的温度下,在恒温槽内长时间放置称重传感器10来进行测量。一般表观的输出会产生偏差,但对其进行校正,从而确定成为恒定的值那样的系数d、e、f。系数d、e、f的正负在现阶段存在个体差异。由此,能够进行零点的温度均衡且稳定状态的温度补偿。该温度不需要为三点,也可以为两点或四点。如果为n点,则将乘法符号(*)的左侧的项作为温度t的n-1次式而立式(在该情况下,应确定的常数的系数为n个)。

例如,常温大约为使用装置的环境的温度(外部气体温度)。但是,不一定与实际使用的场所严格相等。例如,高温以及低温也可以是与称重传感器10的耐用温度相同程度或其外侧的(更高或更低)温度。高温-常温之间与低温-常温之间,由于求出的值的精度变好,因此可以尽可能地使差变大。另外,高温-常温之间与低温-常温之间,优选为相同程度的差。作为一个例子,常温也可以设为高温与低温的平均值。

接着,关于对称重传感器10施加了负载的状态(产生了由外力引起的变形的状态)的输出,确定用于进行补偿的系数。在此,常数s是施加的负载的大小(重量),不是待定乘数。在施加了负载的状态下,得到从零点起变动后的输出值(与零点的输出的差为跨度值)。即使在施加了相同负载的情况下,由于该输出值根据温度而变化,因此需要进行补偿。同样地得到稳定的在三点的温度(低温、常温、高温,同样是绝对温度)下的输出。然后,得到系数p、q、r。这也可以通过获取的输出的数量(测量的温度的数量)来自由地确定数学式的次数。因此,获取的温度可以为两点或四点。如果为n点,则将乘法符号(*)的右侧的项作为温度t的n-1次式(的倒数)而立式(在该情况下,应确定的常数的系数为n个)。

通过以上,基于上述(1),能够根据重量计数x(表观的值)得到补偿后重量计数y(真实值)。该补偿后重量计数值y在称重传感器10的温度处于均衡状态的条件下,高精度地补偿由称重传感器10的温度引起的输出的变动。但是,可以得知,在称重传感器10的温度不均衡的情况下,会产生因产生温度梯度而引起的进一步的输出的变动,偏离真实值。因此,为了补偿由这样的温度的不均衡引起的输出的偏差,进一步设置不均衡温度补偿部53b。

不均衡温度补偿部53b基于第一温度计数t与第二温度计数t1的温度差,对于由均衡温度补偿部53a进行的温度补偿后的补偿后重量计数y,进行不均衡的状态的温度补偿。不均衡的状态是产生温度梯度的状态,是不限于是稳定状态还是非稳定状态而可能产生的状态。不均衡的状态是应变体20根据部位而成为不同温度、产生不均匀的温度分布的状态。不均衡的状态例如包括温度分布是动态的、随时间变化的状态。作为一个例子,不均衡的状态包括使装置开始工作,主要从热源(电机)接受热传导,从热源侧产生热量的流入,而逐渐升温的状态。在该情况下,热源侧的温度也向相反侧传递。成为热源侧为比较高的温度、相反侧为比较低的温度的温度梯度。另外,不均衡的状态包括温度分布是静态的、不随时间变化的状态。作为一个例子,包括装置起动后经过十分钟时间,装置变热,商品处理量也稳定的状态。此时,应变体20的电机侧比相反侧温度高,产生温度梯度,但热量的流入与流出平衡,不产生温度变化。在本实施方式中,不均衡的状态包括上述的“温度不均衡且稳定状态”以及“温度不均衡且非稳定状态”(在以下的“不均衡的状态”中也是同样)。

具体而言,不均衡温度补偿部53b进行下式(2)的温度补偿,计算不均衡温度补偿后重量计数y’。在下式(2)中,j是预先设定的系数。系数能够通过使称重传感器10产生有意的温度差来计算。在该温度差产生中,可以利用通过使电机类运转而产生的发热。此外,通过有意地使用加热器等来赋予热量,能够缩短时间。在如下式(2)那样将补偿式设为一次函数的情况下,某个温度差与该温度差下的输出的组需要一点,能够根据联立一次方程式来求出作为解的补偿系数。另外,补偿式越高次的函数,补偿精度越高,但所需的温度差数据的点数可能增加。

y’=y-j*(t1-t)…(2)

关于上式(2),进行详细说明。

首先,得到补偿后重量计数y与不均衡温度补偿后重量计数y’的关系式。如果产生温度分布,则存在输出的偏差,假定该偏差取决于应变体20的中心部的温度与端部的温度之差。另外,假定应变体20可以从一方朝向另一方产生热梯度(因此,假定端部的测量可以是至少一个)。在此,加热一方的端部而人为地产生热梯度,产生此时的中央与一端部的温度差(t-t1),求出与该温度差使输出偏差多少对应的系数j。在此,在t1=0的情况下,常数项为0(包含于计算y时的f),因此不明的常数仅为j的一个。也能够制作二次的项,设为-{j1(t-t1)+j2(t-t1)^2}等,但在该情况下,为了确定待定乘数,需要两个温度差和该温度差下的输出的组(j、j1、j2的正负因个体而异)。但是,与能够根据决定而自动设定装置的恒温槽相比,非稳定状态的人为设定更费时费力。因此,考虑到制作所需的时间和精力,将获取的温度差的数量设为最小限度的一点。这样,可以划分调整稳定状态和非稳定状态,并且可以自由地设定各自的精度(求出到哪个次数)。

在这样构成的称重传感器单元1中,首先,通过上述的模拟补偿(由电阻线35x进行的零点漂移的补偿以及由感温电阻器35y进行的输出灵敏度的补偿),对称重传感器10的输出实施粗补偿。接着,基于由第一温度传感器41检测出的第一温度(称重传感器10整体的代表温度),对称重传感器10的输出实施稳定状态的温度补偿。然后,对于实施了温度补偿的输出,进一步实施不均衡的状态的温度补偿。需要说明的是,代表温度是高精度地表示应变体20的上表面的两个应变计31的温度的温度。关于如何得到妥当的代表温度以及验证是否妥当,将在后面详细叙述。

以上,在称重传感器单元1中,能够通过第一温度传感器41来检测称重传感器10整体的代表温度。由此,能够对称重传感器10的输出进行基于称重传感器10整体的代表温度的温度补偿。此外,通过第一温度传感器41以及第二温度传感器42,能够获取应变体20的两个部位的温度。由此,能够获取(计算)在应变体20产生的温度差(热不平衡),并基于该温度差来对称重传感器10的输出进行温度补偿,即考虑了不均衡的状态的温度分布的温度补偿。

其结果为,在称重传感器单元1中,能够实现稳定的高精度计量。例如,在一般的计量机中,在该电源刚接通之后,由于各个电气部件发热而计量值变动,因此需要在稳定之前设置一定的计量禁止时间,与此相对,在搭载有称重传感器单元1的计量装置70中,通过进行不均衡的状态的温度补偿,能够缩短稳定所需的时间,提高可用性。

在称重传感器单元1中,第二温度传感器42配置于固定端侧块20b。设置于应变体20的布线H向固定端侧块20b一侧延伸而集中(参照图1)。因此,在第二温度传感器42配置于固定端侧块20b的情况下,与第二温度传感器42配置于自由端侧块20a的情况相比,至少能够抑制来自第二温度传感器42的布线H影响到上侧梁部20c或下侧梁部20d。具体而言,能够减少布线H跨越应变体20的凹口部(挠性部分,薄壁部分),能够排除布线H对计量精度造成的影响。需要说明的是,设置于应变体20的布线H集中于固定端侧块20b一侧,是因为计量信号处理基板50设置于固定端侧块20b一侧。这是因为,如果将计量信号处理基板50设置于自由端侧块20a一侧,则成为皮重,从计量信号处理基板50向受感部30延伸的布线H会影响到应变体20的变形。

在称重传感器单元1中,第一温度传感器41以及第二温度传感器42集中设置于应变体20的上表面。根据该结构,容易简单地构成来自第一温度传感器41以及第二温度传感器42的布线H。另外,与在应变体20的侧面配置第一温度传感器41以及第二温度传感器42的情况相比,布线H不易影响到应变体20的变形,能够将对计量的精度造成的不良影响控制在最小限度。另外,由于应变体20为对称结构,因此通过将第一温度传感器41以及第二温度传感器42集中设置于同一面,不会受到由上表面以及下表面的温度差引起的噪声的影响,能够获取稳定的温度变化。第一温度传感器41以及第二温度传感器42也可以集中设置于应变体20的下表面而不是应变体20的上表面。

一般而言,称重传感器10(应变体20)是自由端侧块20a以及固定端侧块20b与外部(装置的框架等)物理连接而使用的。因此,热量的流入以及流出主要通过经由自由端侧块20a以及固定端侧块20b的连接部分的热传导而产生。因此,主要容易在从自由端侧块20a朝向固定端侧块20b的方向上产生热梯度(温度的高低差)。然而,根据热源位于自由端侧块20a或固定端侧块20b的上方还是位于下方,在上下方向上也产生温度梯度。因此,为了更准确地补偿由热源产生的温度梯度,优选将第一温度传感器41和第二温度传感器42配置于从上下方向观察时相同的位置。在此,第一温度传感器41需要设置于上侧梁部20c或下侧梁部20d,但由于上侧梁部20c或下侧梁部20d的侧面的面积较小,因此难以配置。因此,为了将第一温度传感器41和第二温度传感器42配置于从上下方向观察时相同的位置,优选同时设置在上表面或同时设置在下表面。将上表面和下表面进行比较,更优选设置在上表面,因为在生产时以及维护时作业者更容易接近。

在称重传感器单元1中,第一温度传感器41以及第二温度传感器42在宽度方向上配置于应变体20的中央。根据该结构,第一温度传感器41以及第二温度传感器42能够在宽度方向上检测应变体20的平均温度。

在称重传感器单元1中,称重传感器10具有将与应变体20的变形量对应的计量信号作为模拟值输出的受感部30。称重传感器单元1具备A/D转换器52x以及不均衡温度补偿部53b。A/D转换器52x将由受感部30输出的模拟值的计量信号转换为数字值的重量计数x。不均衡温度补偿部53b对于由A/D转换器52x转换后的数字值且由均衡温度补偿部53a进行的温度补偿后的补偿后重量计数y,进行不均衡的状态的温度补偿。根据该结构,能够基于应变体20的该温度差来进行不均衡的状态的温度补偿。

称重传感器单元1具备均衡温度补偿部53a。均衡温度补偿部53a基于第一温度计数t,对于由A/D转换器52x转换后的数字值且由不均衡温度补偿部53b进行温度补偿前的重量计数x,进行稳定状态的温度补偿。根据该结构,通过均衡温度补偿部53a,能够基于作为称重传感器10整体的代表温度的第一温度来进行稳定状态的温度补偿。在此,由均衡温度补偿部53a进行的温度补偿主要对热平衡状态下的输出的偏差进行补偿,另一方面,由不均衡温度补偿部53b进行的温度补偿主要对热不平衡状态下的输出的偏差进行补偿。因此,根据该结构,能够简单地划分两者的调整。

另外,例如,可以进行如下划分:稳定状态的补偿(大致相对于应变体20的平均温度的补偿)通过相对于温度的高次式(二次式,需要测量在三点的温度下的温度和输出)进行补偿,不均衡的状态的补偿(也考虑了应变体20的温度分布的补偿)通过相对于温度的低次式(一次式,需要测量在一点的温度下的温度差和输出)进行补偿。进行补偿的数学式一般次数越高补偿精度越高,但相应地,应确定的系数的数量越多。即,越是进行高次的补偿,为了调整补偿式而改变应变体20的温度并获取受感部30的输出的工序(应获取的温度与输出的关系性)越多。一般而言,改变应变体20的温度而得到稳定状态下的受感部30的输出比较容易(将应变体在恒温槽中放置规定时间即可)。然而,改变应变体20的温度(在该情况下,准确地说是第一温度传感器41与第二温度传感器42的温度差)而得到不均衡的状态下的受感部30的输出比较困难。因此,如果如本实施方式那样将稳定状态下的补偿与不均衡的状态下的补偿进行划分,则通过比较考量求出的精度和调整的困难度,容易对各个补偿进行适当的调整。

图5是表示与相对于称重传感器单元的温度变化的输出变动相关的试验结果的图表。在图中,波形D1是本实施方式涉及的称重传感器单元1的结果,波形D2是比较例1涉及的称重传感器单元的结果,波形D3是比较例2涉及的称重传感器单元的结果。比较例1除了不具备第二温度传感器42以及不均衡温度补偿部53b以外,具备与称重传感器单元1相同的结构。比较例2除了不具备第一温度传感器41、第二温度传感器42、均衡温度补偿部53a以及不均衡温度补偿部53b以外,具备与称重传感器单元1相同的结构。在此试验中,在恒温槽内设置各种称重传感器单元,使槽内温度N1以常温→高温→低温→常温的顺序大致阶梯状地变化。如图4所示,在波形D2以及波形D3(比较例1以及比较例2)中,在槽内温度N1急剧变化时,输出暂时变动。与此相对,本实施方式的输出值(波形D1)的变动与波形D2以及波形D3相比变小。在称重传感器单元1中,能够较大地抑制该变动,能够确认可以得到较高的变动改善效果。

需要说明的是,在称重传感器单元1中,第二温度传感器42也可以配置于自由端侧块20a。在该情况下,由于在自由端侧块20a一侧配置有作为热源的驱动部72,因此自由端侧块20a为接近热源的一方。即,第二温度传感器42也可以配置于自由端侧块20a,该自由端侧块20a与固定端侧块20b相比更多地接受来自成为热源的驱动部72的热传导。“接近热源的一方”是一个相对概念。在自由端侧块20a一侧以及固定端侧块20b一侧双方存在热源的情况下,存在更高温的热源的一侧成为“接近热源的一方”。根据该结构,能够立即检测由热源进行的热传导,能够在早期阶段补偿由热源在应变体20产生的热不平衡。

另外,在计量装置70计量较冷的物品T的情况下,存在自由端侧块20a的温度由于较冷的物品T的温度而急剧降低的情况。在该情况下,如果第二温度传感器42配置于自由端侧块20a,则能够立即检测由较冷的物品T进行的热传导,能够在早期阶段对由于较冷的物品T而在应变体20产生的热不平衡进行补偿。

在本实施方式中,分别从精度的观点以及调整的观点来看,起到以下特别的效果。

<精度的观点>

通过位于自由端侧块20a与固定端侧块20b的中间的一个第一温度传感器41获取称重传感器10整体的代表性的温度(代表温度),可以补偿由于称重传感器10整体的平均(代表性的,以及大致中间的值)温度引起的称重传感器10整体的输出的偏差。通过位于自由端侧块20a以及固定端侧块20b中的一方的第二温度传感器42,能够补偿与不均衡的状态相关的输出的偏差。

在第二实施方式中,配置有三个温度传感器41~43。由于第二温度传感器42与第三温度传感器43处于对称的位置,因此发明人研究了将由这些第二温度传感器42以及第三温度传感器43检测出的各温度平均后的平均温度作为代表性的温度的可能性。然而,研究后发现,实际上,与使用第二温度传感器42以及第三温度传感器43的该平均温度相比,在仅使用由第一温度传感器41检测出的温度的情况下,能够表示称重传感器10(应变体20)整体的实际的代表性的温度。以下,具体地进行说明。

图11是说明应变体20中的位置与温度的关系的一个例子的图。在图中,实线是实际的应变体20的温度。实线上的三个“×”从图中的左侧起分别对应由第二温度传感器42检测出的温度、由第一温度传感器41检测出的温度(温度A)、由第三温度传感器43检测出的温度。虚线是连结实线上的最左侧的“×”和最右侧的“×”的直线。单点划线是在配置于自由端侧块20a一侧的热源的功率刚上升之后(例如电机的转速(发热量)刚提高之后)的、实际的应变体20的温度。在单点划线上的两个“×”中,左侧的“×”与紧接在此之后的由第二温度传感器42检测出的温度对应。右侧的“×”与紧接在此之后的由第三温度传感器43检测出的温度对应。双点划线是连结单点划线上的左侧的“×”和右侧的“×”的直线。在双点划线上的三个“×”中,左右正中的“×”在紧接在此之后,与由第二温度传感器42检测出的温度和由第三温度传感器43检测出的温度的平均温度(温度B)对应。

关于通过应变体20的梁部(上侧梁部20c或下侧梁部20d)的温度A进行称重传感器10的温度补偿的情况,和通过自由端(自由端侧块20a)以及固定端(固定端侧块20b)的两个部位的温度的平均温度B进行称重传感器10的温度补偿的情况的差异,如下所述。即,如图11所示,应变体20的温度梯度通过自由端、固定端的热量的流入流出而产生。假定在热量从自由端侧流入而从固定端侧流出的情况下,与固定端相比自由端温度更高。热量的传导与电阻同样地从温度较高的一方传递到较低的一方,受到传导路径的截面积和距离的影响而产生温度下降。因此,在应变体20的情况下,产生特别大的温度下降的部分是凹口部(薄壁部),与凹口部相比,除此以外的部分即自由端、固定端的块20a、20b、将凹口部之间相连的梁部的截面积非常大,因此温度下降可以忽略。这是因为,截面积越大,每单位时间的热量的移动量越大,因此温度在短时间内扩散,并且温度变得几乎相同(在早期阶段均衡)。其结果为,在凹口部,热量的每单位时间的移动量较少,因此即使跨越凹口部产生了温度差,也不会立即在两者之间(在本实施方式的情况下,是指自由端侧块20a与上侧梁部之间,以及下侧梁部与固定端侧块20a之间)传递温度,存在温度差的状态不会立即被消除。另一方面,在自由端、固定端的块20a、20b、将凹口部之间相连的梁部(上侧梁部20c或下侧梁部20d)各自的内部,由于热量的每单位时间的移动量比较大,因此即使产生温度差,也会在短时间内消除(各处的温度均衡)。在此,在凹口部贴附有应变计31,根据上述的理由,特别是在配置该应变计31的位置处温度下降变大。

关于温度A,如上所述,可以认为梁部的温度是大致均匀的,贴附于存在于两端的凹口部的应变计31成为接近该梁部的温度的值(后述)。另一方面,关于温度B,即使向应变体20流入流出的热量恒定,存在自由端以及固定端的温度差,在该差没有变动而处于稳定状态的情况下,温度B=温度A,可以得到与温度A同等的特性。这是因为,应变体20从四个凹口部的中心部(变形中心)观察为对称形状的较高的形状,如果温度分布达到稳定状态,则从梁部的延伸方向上观察,各凹口部处的温度下降的量相等。但是,在热量的流入流出存在变动时,即在非稳定状态的情况下,温度B≠温度A,与应变计31的实际的温度之间产生差。因此,将梁部的温度设为称重传感器10的代表温度,能够适应所有的温度状态,并提高补偿精度。需要说明的是,应变计31通常比凹口部的宽度小。应变计31一半受梁部的温度的影响,一半受自由端侧块20a或固定端侧块20b的温度的影响。如果考虑该影响的贡献率,则梁部的温度成为整体的代表性温度(与将称重传感器10的整体的温度分布进行平均而得到的值接近、符合实际情况的值)。根据以上的理由,与在自由端侧块20a和固定端侧块20b分别各配置一个合计配置两个温度传感器的情况相比,在第二实施方式中,能够提高精度。

<调整的观点>

关于温度平衡的状态下的温度补偿(“温度均衡且稳定状态”的温度补偿),能够基于自由端侧块20a与固定端侧块20b的中间的一个第一温度传感器41的第一温度来进行,根据求出的精度增加温度的获取点数而提高精度。关于温度不平衡的状态下的温度补偿(“温度不均衡且稳定状态”以及“温度不均衡且非稳定状态”的温度补偿),能够基于第一温度传感器41以及第二温度传感器42的温度差来进行,根据求出的精度来增加温度差的获取点数而提高精度。

关于基于占据输出的偏差的大部分的应变体20整体的温度变化的输出的偏差,能够使用一个第一温度传感器41简单且高精度地进行补偿。可以使用恒温槽容易地实现成为温度恒定的状态,也能够实现自动化。在使用了恒温槽的自动化中,首先,在恒温槽中配置称重传感器10。使恒温槽的温度变化,获取各温度下的称重传感器10的输出。例如,使恒温槽的温度以常温→高温→低温→常温的顺序变化,得到各温度下的称重传感器10的输出。在使恒温槽的温度变化之后,直至应变体20的温度均衡为止,优选在等待足够的时间(例如5小时)之后,获取称重传感器10的输出。此时,在称重传感器10中,固定端侧块10b被支承(固定),对于自由端侧块10a,能够通过机械臂施加或解除(接通断开)负载(具体而言,砝码的载置)。因此,通过使机械臂的负载接通断开,能够自动地同时得到在各温度下施加了负载的情况下的称重传感器10的输出,和解除了该负载的情况下的称重传感器10的输出。

关于与温度差(运转开始时、运转的设定变更时等)相应的追加的调整性的补偿,能够通过获取第一温度传感器41以及第二温度传感器42的温度来求出温度差而进行调整。关于调整比较困难的不均衡状态(不均衡且稳定状态,以及不均衡且非稳定状态)的温度调整,能够划分来进行。产生温度差的状态例如能够使加热器与自由端侧块10a以及固定端侧块10b中的一方接触而人为地产生。但是,难以像上述的恒温槽中的称重传感器10的输出的获取那样自动化。因此,通过划分温度调整来进行,与为了进行对于温度均衡(温度均衡且稳定状态)的补偿而必须得到的温度的值和输出的值的组的点数相比,能够减少为了进行在温度不均衡(不均衡且稳定状态,以及不均衡且非稳定状态)下进行的补偿而必须得到的温度差的值和输出的值的组的点数。关于这一点,也能够根据所期望的精度来获取所需的点数的温度差来进行。

[第二实施方式]

接着,对第二实施方式进行说明。在本实施方式的说明中,仅对与第一实施方式不同的点进行说明,并省略重复的说明。

图6是表示称重传感器单元100的结构图。图7是表示称重传感器单元100的应变体20的立体图。如图6以及图7所示,称重传感器单元100与上述的称重传感器单元1(参照图1)不同点在于,还具备第三温度传感器43。

第三温度传感器43是配置于自由端侧块20a的温度传感器。第三温度传感器43设置在应变体20的上表面。第三温度传感器43配置在应变体20的宽度方向的中央。第三温度传感器43例如由电阻值根据温度而变化的感温电阻(测温元件)构成。第二温度传感器42和第三温度传感器43配置在对称的位置。

第二温度传感器42以及第三温度传感器43在从自由端侧块20a朝向固定端侧块20b的方向上,配置于距应变体20中的四个凹口部的中心等距离的位置。这是为了补偿应变计31由于温度而伸缩导致输出产生偏差。第二温度传感器42以及第三温度传感器43在宽度方向上配置于应变体20的中心。这是因为,能够通过第二温度传感器42以及第三温度传感器43来检测接近该中心的温度,进而接近应变体20的整体的温度的温度。

在本实施方式中,信号放大部51y使与由第三温度传感器43检测出的第三温度相关的第三温度信号放大。A/D转换部52y将由信号放大部51y放大后的作为模拟值的第三温度信号转换为作为数字值的第三温度计数t2。

不均衡温度补偿部53b基于第一温度计数t与第二温度计数t1的温度差以及第一温度计数t与第三温度计数t2的温度差,对于由均衡温度补偿部53a进行的温度补偿后的补偿后重量计数y,进行不均衡的状态的温度补偿。例如,不均衡温度补偿部53b进行下式(3)的温度补偿,计算不均衡温度补偿后重量计数y’。

y’=y-j*(t1-t)-k*(t2-t)…(3)

另外,在式(3)中,为了以更高的精度进行补偿,也可以设为将获取的温度差分别增加到n点(n为3以上的整数),追加到t1-t的n-1次的项、t-2的n-1次的项的数学式。在该情况下,需要根据各个温度差的次数来大量获取温度差与输出的关系。

以上,在本实施方式中,也起到能够实现稳定的高精度计量等的上述作用效果。

称重传感器单元100具备第三温度传感器43。根据该结构,除了通过第一温度传感器41以及第二温度传感器42获取的应变体20的两个部位的温度差以外,还能够通过第一温度传感器41以及第三温度传感器43,进一步获取应变体20的两个部位的温度差。由此,能够对称重传感器10的输出进行基于该温度差的温度补偿。能够进一步抑制由温度变化引起的输出变动,能够实现更稳定的高精度计量。

在称重传感器单元100中,不均衡温度补偿部53b基于由第一温度传感器41检测出的第一温度与由第二温度传感器42检测出的第二温度的温度差,以及由第一温度传感器41检测出的第一温度与由第三温度传感器43检测出的第三温度的温度差,对补偿后重量计数y进行不均衡的状态的温度补偿。由此,能够进一步基于第一温度与第三温度的温度差来进行不均衡的状态的温度补偿。在不均衡的状态的温度补偿时,能够高精度地得到仅由第一温度传感器41以及第二温度传感器42无法掌握的、应变体20的温度分布成为怎样的曲线状的信息。

图8是表示与相对于称重传感器单元的温度变化的输出变动相关的试验结果的图表。在图中,波形D4是本实施方式涉及的称重传感器单元100的结果,波形D5是比较例3涉及的称重传感器单元的结果。比较例3除了不具备温度传感器41~43、均衡温度补偿部53a以及不均衡温度补偿部53b以外,具备与称重传感器单元100相同的结构。在此试验中,利用加热器对应变体的固定端侧块进行加热,使自由端侧块与固定端侧块的温度差N2如图示那样变化。如图8所示,在比较例3中,输出随着温度差N2的产生而变动。与此相对,在称重传感器单元100中,能够确认可以较大地抑制该变动。

图9是表示与相对于称重传感器单元的温度变化的输出变动相关的试验结果的图表。在图中,波形D6是本实施方式涉及的称重传感器单元100的结果,波形D7是比较例4涉及的称重传感器单元的结果,波形D8是比较例5涉及的称重传感器单元的结果。比较例4除了不具备第二温度传感器42、第三温度传感器43以及不均衡温度补偿部53b以外,具备与称重传感器单元100相同的结构。比较例5除了不具备温度传感器41~43、均衡温度补偿部53a以及不均衡温度补偿部53b以外,具备与称重传感器单元100相同的结构。在此试验中,在恒温槽内设置各种称重传感器单元,使槽内温度N3以常温→高温→低温→常温的顺序大致阶梯状地变化。如图9所示,在波形D7以及波形D8(比较例4以及比较例5)中,在槽内温度N3急剧变化时,输出暂时变动。与此相对,本实施方式的输出值(波形D6)的变动与波形D7以及波形D8相比变小。在称重传感器单元100中,能够较大地抑制该变动,能够确认可以得到较高的变动改善效果。需要说明的是,本实施方式的输出值与第一实施方式的输出值(波形D1)相比,输出的变动幅度更小(参照图5)。需要说明的是,在图5以及图9中,纵轴(输出)的标度相同。

[第三实施方式]

接着,对第三实施方式进行说明。在本实施方式的说明中,仅对与第一实施方式不同的点进行说明,并省略重复的说明。

图10是表示第三实施方式涉及的计量装置170的结构图。图10所示的计量装置170例如是组合计量机所利用的装置。计量装置170与计量装置70(参照图1)的不同点在于,具备料斗部171、支承部172、驱动部173以及主体174来代替输送传送机71、驱动部72、第一框架部73、脚部74以及第二框架部75(参照图1)。

料斗部171具有闸门G,使从外部投入的物品T暂时滞留,然后排出。支承部172支承料斗部171。驱动部173经由连杆173x对闸门G进行开闭驱动。在关闭闸门G时,驱动部173与闸门G相互分离,使得不会影响到计量。驱动部173例如包括电机等。主体174容纳驱动部173。在本实施方式中,自由端侧块20a与支承部172连接,并被附加滞留在料斗部171的物品T的重量。固定端侧块20b经由框架175与容纳驱动部173的主体174连接。

以上,在本实施方式中,也起到能够实现稳定的高精度计量等的上述作用效果。

在本实施方式中,第二温度传感器42配置于固定端侧块20b。由于在固定端侧块20b一侧配置有作为热源的驱动部173,因此固定端侧块20b是接近热源的一方。即,第二温度传感器42配置于比自由端侧块20a更多地接受来自成为热源的驱动部173的热传导的固定端侧块20b。根据该结构,能够立即检测由热源进行的热传导,能够在早期阶段补偿由热源在应变体20产生的热不平衡。本实施方式与第二实施方式同样地,也可以是具备三个温度传感器41~43的结构。

以上,对实施方式进行了说明,但本发明的一方式并不限定于上述实施方式,在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。

在上述实施方式中,第一温度传感器41也可以配置于下侧梁部20d。在上述实施方式中,第一温度传感器41、第二温度传感器42以及第三温度传感器43中的至少任一个可以配置于应变体20的下表面,也可以配置于应变体20的侧面。在上述实施方式中,第一温度传感器41、第二温度传感器42以及第三温度传感器43中的至少任一个也可以配置在宽度方向上的应变体20的中央以外的位置。

在上述实施方式中,也可以通过使上式(2)以及上式(3)中的至少任一个高次化,从而进一步提高补偿精度。在上述实施方式中,将称重传感器单元1、100应用于计量装置70、170,但并不限定于此。本发明的一方式涉及的称重传感器单元能够应用于各种公知的计量装置。

上述实施方式以及变形例中的各个结构并不限定于上述的材料以及形状,能够应用各种材料以及形状。上述实施方式或变形例中的各个结构能够任意地应用于其它实施方式或变形例中的各个结构。上述实施方式或变形例中的各个结构的一部分能够在不脱离本发明的一方式的主旨的范围内适当地省略。

根据本发明的一个方面,能够提供一种能够实现稳定的高精度计量的称重传感器单元以及计量装置。

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