JPH0447761B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体歪ゲージを用いた歪測定回路
に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

半導体歪ゲージを用いた歪測定回路の従来例を
第１図に示す。図において、１は半導体歪ゲージ
１Ａで構成したブリツジ回路、２は温度補償電圧
発生回路であり、トランジスタ２Ａと抵抗器２
Ｂ，２Ｃにより構成し前記ブリツジ回路１と定電
圧源との間に接続している。３は前記ブリツジ回
路１の電源電圧としての定電圧を得る定電圧ダイ
オード（ツエナダイオード）、４は演算増幅器４
Ａを用いた差動増幅回路であり、その入力端を前
記ブリツジ回路１の出力端に接続している。

この歪測定回路においては、ブリツジ回路１に
温度補償電圧発生回路２を介して電源電圧が印加
されており、ブリツジ駆動電圧は、温度補償電圧
発生回路２の働き、つまり温度が上昇（あるいは
低下）すると降下電圧が減少（あるいは増加）す
るに電圧調整作用により、温度の変化に応じて増
減する。これにより、半導体歪ゲージ１Ａのゲー
ジフアクタが温度の上昇に伴つて低下することを
補償し、歪ゲージの温度による感度変化をなくし
ている。ブリツジ回路１の出力は差動増幅回路４
により増幅され、出力電圧e₀となる。

このように温度補償が行われて歪ゲージ１Ａの
温度による感度変化が防止されるが、半導体歪ゲ
ージ１Ａの抵抗温度特性にバラツキがあると、歪
が零であつてもブリツジ回路１の出力は第２図の
実線あるいは点線のように温度の変化に伴つて変
化する。即ち、零点温度誤差を生じることにな
る。

これを補償するために、第３図に示すようにブ
リツジの一辺に抵抗器１Ｂを直列に、また他の辺
に抵抗器１Ｃを並列にそれぞれ接続したものがあ
る。

このように抵抗器１Ｂ，１Ｃを付設すれば、零
点温度誤差を零とすることができるが、調整時に
は両抵抗器１Ｂ，１Ｃを関連して変える必要があ
り、種々の抵抗値の抵抗器を各製品毎に用意して
おかなければならないため、工程管理などが煩雑
になる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、零点温度特性を簡単な構成で
容易に調整できる歪測定回路を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明は、少なくとも２辺に半導体歪ゲージを
有するブリツジ回路に温度補償電圧発生回路を介
して電源電圧を印加し、ブリツジ回路の出力を演
算増幅器を用いた差動増幅回路で増幅する歪測定
回路において、前記演算増幅器の二つの入力端子
間に可変抵抗器を接続する一方、基準電圧回路を
設け、この基準電圧回路に前記可変抵抗器の摺動
子を抵抗器を介して接続し、常温におけるブリツ
ジ回路の駆動電圧と基準電圧の比を一定の値と
し、かつ可変抵抗器によりブリツジ回路の出力端
電位が基準電圧と等しくなるように調整して所要
の零点温度特性を実現可能としたものである。

〔発明の実施例〕

第４図は本発明の一実施例を示すもので、１は
半導体歪ゲージ１Ａで構成したブリツジ回路、２
は温度補償電圧発生回路、３及び３′はツエナダ
イオード、４は演算増幅器４Ａを用いた差動増幅
回路であり、演算増幅器４Ａの入力端子に前記ブ
リツジ回路１の出力端をそれぞれ接続するととも
に、両入力端子間に可変抵抗器５を接続してい
る。

前記ツエナダイオード３′はツエナダイオード
３と直列に接続することにより測定回路の電源と
しての定電圧源の一部を構成するとともに、基準
電圧回路を構成している。この基準電圧回路には
演算増幅器４Ａの基準側の入力端子（非反転入力
端子）を抵抗器を介して接続するとともに、前記
可変抵抗器５の摺動子を抵抗器６を介して接続し
ている。

なお、基準電圧回路は、常温におけるブリツジ
回路１の駆動電圧と基準電圧e_rの比が２：１とな
るように基準電圧e_rを設定する。

次に、作用について述べる。ただし、歪に対す
る出力電圧の発生に関しては、従来例では出力電
圧e₀が零電位に対して出力され、本実施例では基
準電圧e_rに対して出力される点を除けば、従来例
と略同様であり、ここでは零点温度補償作用につ
いて説明する。

零点温度補償についてみれば、第４図の差動増
幅回路４の部分は第６図に示す回路として取扱え
る。歪が零の場合を考えるので、ea＝e_b＝e₂、e₁
＝e_r、e₃−e₁＝e₀の対応が成立つ。また、Ｒ／α、
Ｒ／βは可変抵抗器５と抵抗器６の作用を示すも
のであり、α＝０のときが摺動子を演算増幅器４
Ａの反転入力端子側に、β＝０のときが非反転入
力端子側に回したときに対応し、α＝βが摺動子
が中央のときに対応する。

第６図における各電圧は次の式で表わされる。

e₀＝e₃−e₁＝ｋ（β−α）／１＋ｋ−α・（e₂−e₁）
…(1) 一方、ブリツジ回路１の駆動電圧は、常温で基
準電圧e_rの２倍としており、また、温度により変
化するから 2e_r＋γ・Ｔ＝2e₁＋γ・Ｔ として表わされる。ただし、γは比例定数、Ｔは
常温との温度差である。

e₂はブリツジ駆動電圧の1/2であるから、e₂＝
e₁＋γ・Ｔ／２である。したがつて、(1)式に代入
すると、 e₀＝e₃−e₁＝ｋ（β−α）／１＋ｋ＋α・γ／２・Ｔ
…(2) となる。この(2)式から、歪が零である場合に周囲
温度が変化したとき、出力e₀はα，βの値に対応
して第５図に示すように変化することになる。

これは、ブリツジ回路１の零点温度誤差に対し
てα，βの値を適当に選定する。つまり可変抵抗
器５の摺動子の位置を変えることにより零点温度
誤差を除去できることを意味する。しかも、常温
においては、出力e₀は、Ｔ＝０であるから、α，
βの値に拘らず零となり、したがつて調整も高温
または低温となつたときに可変抵抗器５を調節し
て出力電圧e₀を零に合わせるだけでよいため、調
整は簡単である。

第７図は本発明の他の実施例を示すもので、基
準電圧回路を抵抗器７Ａ，７Ｂによる分圧器によ
り構成し、定電圧回路はツエナダイオード３によ
り構成している。

このような構成としても、可変抵抗器５の摺動
子を接続する点、つまり抵抗器６の接続点の電位
e_eが演算増幅器４Ａの二つの入力端子の電位e_c，
e_dと同電位になることは前記実施例と同様であ
り、零点温度補償も同様に行われる。ただし、第
７図の場合には、ブリツジ回路の出力端子から電
流ｉが流出するため、ブリツジ回路に負荷がかか
ることになる。

〔発明の効果〕

差動増幅回路４における演算増幅器４Ａの二つ
の入力端子間に可変抵抗器５を接続する一方、常
温におけるブリツジ回路の駆動電圧との比が一定
の値となる基準電圧を発生する基準電圧回路を設
け、この基準電圧回路に前記可変抵抗器の摺動子
を抵抗器を介して接続しただけで、つまり第４図
の各部の電位e_a〜e_dが常温で歪が零のとき全て基
準電圧e_rと等しくなる構成としただけであるか
ら、回路構成は非常に簡単である。しかも、歪が
零の状態で可変抵抗器の摺動子の位置を出力電圧
が零となるように調整すればよいので、零点温度
誤差をなくすための調整は容易である。また、可
変抵抗器により零点温度誤差の補償量を連続的に
変化させることができるので、製品に対して多く
の抵抗値の抵抗器を用意しておく必要がなくな
り、工程管理の簡易化に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は歪測定回路の従来例を示す回路図、第
２図は同歪測定回路の零点温度特性図、第３図は
零点温度誤差の補償手段の一例を示す回路図、第
４図は本発明に係る歪測定回路の一実施例を示す
回路図、第５図及び第６図は同実施例の零点温度
補償作用を説明するための特性図及び回路図、第
７図は本発明の他の実施例を示す回路図である。 １…ブリツジ回路、１Ａ…半導体歪ゲージ、２
…温度補償電圧発生回路、３及び５…ツエナダイ
オード、１４…差動増幅回路、４Ａ…演算増幅
器、５…可変抵抗器、６，７Ａ及び７Ｂ…抵抗
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも２辺に半導体歪ゲージを有するブ
   リツジ回路と、このブリツジ回路と電源との間に
   接続された温度補償電圧発生回路と、前記ブリツ
   ジ回路の出力を増幅する、演算増幅器を用いた差
   動増幅回路とを備えた歪測定回路において、前記
   演算増幅器の二つの入力端子間に可変抵抗器を接
   続するとともに、常温におけるブリツジ回路の駆
   動電圧と所定の比を有する基準電圧を生じる基準
   電圧回路を設け、この基準電圧回路に前記可変抵
   抗器の摺動子を抵抗器を介して接続したことを特
   徴とする歪測定回路。