JPH0762627B2 - 非直線性補償機能を備えた荷重変換器 - Google Patents
非直線性補償機能を備えた荷重変換器Info
- Publication number
- JPH0762627B2 JPH0762627B2 JP61085094A JP8509486A JPH0762627B2 JP H0762627 B2 JPH0762627 B2 JP H0762627B2 JP 61085094 A JP61085094 A JP 61085094A JP 8509486 A JP8509486 A JP 8509486A JP H0762627 B2 JPH0762627 B2 JP H0762627B2
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- Japan
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- temperature
- load
- strain
- gauge
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （ａ） 技術分野 本発明は、荷重変換器に関し、より詳細には、起歪体の
起歪部に添着された荷重変換用のひずみゲージで構成さ
れたホイートストンブリッジの電源供給路に、前記起歪
部の近傍に添着された非直線性補償用の半導体ゲージが
回路挿入されてなる非直線性補償機能を備えた荷重変換
器に関するものである。
起歪部に添着された荷重変換用のひずみゲージで構成さ
れたホイートストンブリッジの電源供給路に、前記起歪
部の近傍に添着された非直線性補償用の半導体ゲージが
回路挿入されてなる非直線性補償機能を備えた荷重変換
器に関するものである。
（ｂ） 従来技術 従来の荷重変換器は、一般に４枚のひずみゲージにより
ホイートストンブリッジが構成され、このホイートスト
ンブリッジにブリッジ電源を印加し、このホイートスト
ンブリッジの出力端から印加荷重に対応した出力信号を
得るようになっている。
ホイートストンブリッジが構成され、このホイートスト
ンブリッジにブリッジ電源を印加し、このホイートスト
ンブリッジの出力端から印加荷重に対応した出力信号を
得るようになっている。
第５図は、そのような荷重変換器の回路構成を示す回路
図である。
図である。
同図において、R1〜R4は、ひずみゲージであり、４枚を
もってホイートストンブリッジが構成されており、ひず
みゲージR1とR2およびひずみゲージR3とR4の両接続点に
はブリッジ電源BVからブリッジ電圧eiが印加されてお
り、またひずみゲージR2とR3およびひずみゲージR1とR4
の両接続点からは出力電圧eoが出力されるようになって
いる。
もってホイートストンブリッジが構成されており、ひず
みゲージR1とR2およびひずみゲージR3とR4の両接続点に
はブリッジ電源BVからブリッジ電圧eiが印加されてお
り、またひずみゲージR2とR3およびひずみゲージR1とR4
の両接続点からは出力電圧eoが出力されるようになって
いる。
ところが、このようなひずみゲージより構成されたホイ
ートストンブリッジを有する荷重変換器は、第６図に示
すように荷重変換特性が非直線性と温度依存性を有して
いる。このような問題があることから、高精度の荷重変
換器を製作する場合、第７図に示すように荷重変換特性
の非直線性を補償するためにブリッジ電圧供給路に半導
体ゲージSGを直列に回路挿入し、さらに温度依存性を補
償するために温度感度抵抗SRを半導体ゲージSGに直列に
接続する方法が試みられている。この半導体ゲージSG
は、ひずみゲージが添着された起歪部の近傍のひずみを
生ずる位置に設けられるが、温度感度抵抗SRは、ひずみ
には不感なる位置に設けられる。
ートストンブリッジを有する荷重変換器は、第６図に示
すように荷重変換特性が非直線性と温度依存性を有して
いる。このような問題があることから、高精度の荷重変
換器を製作する場合、第７図に示すように荷重変換特性
の非直線性を補償するためにブリッジ電圧供給路に半導
体ゲージSGを直列に回路挿入し、さらに温度依存性を補
償するために温度感度抵抗SRを半導体ゲージSGに直列に
接続する方法が試みられている。この半導体ゲージSG
は、ひずみゲージが添着された起歪部の近傍のひずみを
生ずる位置に設けられるが、温度感度抵抗SRは、ひずみ
には不感なる位置に設けられる。
しかしながら、ホイートストンブリッジに非直線性補償
用の半導体ゲージSGの他に温度感度抵抗SRを接続する
と、そこで電圧降下が生じるので、荷重変換器の出力は
ひずみゲージよりなるホイートストンブリッジだけの場
合に比較して小さくなってしまう。従って非直線性およ
び温度依存性を補償する場合において同じ荷重に対して
充分な大きさの出力が得られるようにするためには、同
じ荷重に対してひずみゲージに生じるひずみが大きくな
るようにする必要がある。
用の半導体ゲージSGの他に温度感度抵抗SRを接続する
と、そこで電圧降下が生じるので、荷重変換器の出力は
ひずみゲージよりなるホイートストンブリッジだけの場
合に比較して小さくなってしまう。従って非直線性およ
び温度依存性を補償する場合において同じ荷重に対して
充分な大きさの出力が得られるようにするためには、同
じ荷重に対してひずみゲージに生じるひずみが大きくな
るようにする必要がある。
しかしながら、起歪部に生じるひずみが大きくなる程起
歪部およびひずみゲージにかかる応力が大きくなるため
疲労寿命が短くなり、しかも静的強度に不安が生じると
いう問題が生じる。
歪部およびひずみゲージにかかる応力が大きくなるため
疲労寿命が短くなり、しかも静的強度に不安が生じると
いう問題が生じる。
（ｃ） 目的 本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その
目的とするところは、ホイートストンブリッジを構成す
る荷重変換器の非直線性および温度依存性を半導体ゲー
ジのみで補償することにより出力を徒らに低下させるこ
となくしかもより安価に高精度な荷重変換特性が得られ
る荷重変換器を提供することにある。
目的とするところは、ホイートストンブリッジを構成す
る荷重変換器の非直線性および温度依存性を半導体ゲー
ジのみで補償することにより出力を徒らに低下させるこ
となくしかもより安価に高精度な荷重変換特性が得られ
る荷重変換器を提供することにある。
（ｄ） 構成 本発明は、上記の目的を達成させるため、起歪体の起歪
部に添着された荷重変換用のひずみゲージで構成された
ホイートストンブリッジのブリッジ電源供給路に、前記
起歪部の近傍のひずみを生ずる位置に添着された非直線
性補償用の半導体ゲージが回路挿入されてなる荷重変換
器であって、前記荷重変換器の常温における非直線性を
補償する抵抗値を有すると共に、該荷重変換器出力に与
える温度影響が、該荷重変換器の非直線性補償前の出力
の温度影響と同等となるような温度による抵抗変化率と
ゲージ率変化率を有する半導体ゲージを、前記ブリッジ
電源供給路に直列に回路挿入し、温度感度抵抗を用いる
ことなく半導体ゲージのみで前記荷重変換器の非直線性
および前記荷重変換器出力の温度依存性を共に補償し得
るように構成したことを特徴とするものである。
部に添着された荷重変換用のひずみゲージで構成された
ホイートストンブリッジのブリッジ電源供給路に、前記
起歪部の近傍のひずみを生ずる位置に添着された非直線
性補償用の半導体ゲージが回路挿入されてなる荷重変換
器であって、前記荷重変換器の常温における非直線性を
補償する抵抗値を有すると共に、該荷重変換器出力に与
える温度影響が、該荷重変換器の非直線性補償前の出力
の温度影響と同等となるような温度による抵抗変化率と
ゲージ率変化率を有する半導体ゲージを、前記ブリッジ
電源供給路に直列に回路挿入し、温度感度抵抗を用いる
ことなく半導体ゲージのみで前記荷重変換器の非直線性
および前記荷重変換器出力の温度依存性を共に補償し得
るように構成したことを特徴とするものである。
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説
明する。
明する。
第１図は、本発明に係る荷重変換器の一実施例の回路構
成を示す回路図、第２図（Ａ），（Ｂ）は、半導体ゲー
ジの抵抗温度特性図およびゲージ率温度特性図である。
成を示す回路図、第２図（Ａ），（Ｂ）は、半導体ゲー
ジの抵抗温度特性図およびゲージ率温度特性図である。
第１図において、R1,R3およびR2,R4は、荷重変換器の起
歪部に接着、蒸着その他の手段により添着された荷重変
換用のひずみゲージである。SGは、荷重変換器の荷重変
換特性の非直線性を補償する半導体ゲージであり、ひず
みゲージR1〜R4で構成されるホイートストンブリッジの
入力端とブリッジ電源BVとの間、即ちブリッジ電源供給
路に直列に回路挿入されている。図においては、ブリッ
ジ電圧eiの供給路の正側と負側の双方に回路挿入されて
いるが、一方側のみに設けてもよい。ここに用いられる
非直線性補償用の半導体ゲージSGは、第２図（Ａ）の破
線で示す抵抗温度特性と、同図（Ｂ）の破線で示すゲー
ジ率温度特性を有するものが、これまで得られていたが
このような特性を有するものは、温度上昇によって抵抗
値が大きくなり、またゲージ率が小さくなると荷重変換
器出力の温度影響（温度による出力の変化）を負にする
方向（温度上昇により出力が低下する方向）に働く。
歪部に接着、蒸着その他の手段により添着された荷重変
換用のひずみゲージである。SGは、荷重変換器の荷重変
換特性の非直線性を補償する半導体ゲージであり、ひず
みゲージR1〜R4で構成されるホイートストンブリッジの
入力端とブリッジ電源BVとの間、即ちブリッジ電源供給
路に直列に回路挿入されている。図においては、ブリッ
ジ電圧eiの供給路の正側と負側の双方に回路挿入されて
いるが、一方側のみに設けてもよい。ここに用いられる
非直線性補償用の半導体ゲージSGは、第２図（Ａ）の破
線で示す抵抗温度特性と、同図（Ｂ）の破線で示すゲー
ジ率温度特性を有するものが、これまで得られていたが
このような特性を有するものは、温度上昇によって抵抗
値が大きくなり、またゲージ率が小さくなると荷重変換
器出力の温度影響（温度による出力の変化）を負にする
方向（温度上昇により出力が低下する方向）に働く。
一般に荷重変換器出力の温度影響は、正（温度上昇によ
り出力が増大する）であるので、現状の半導体ゲージの
温度による抵抗値およびゲージ率の特性変化により、荷
重変換器出力の温度影響を少なくする方向に働くが、荷
重変換器出力の温度影響を完全に無くすことはできな
い。
り出力が増大する）であるので、現状の半導体ゲージの
温度による抵抗値およびゲージ率の特性変化により、荷
重変換器出力の温度影響を少なくする方向に働くが、荷
重変換器出力の温度影響を完全に無くすことはできな
い。
そこで、本発明においては、半導体ゲージの中に添加す
る不純物（例えばボロン、リン等）の量を調整して、第
２図（Ａ）および（Ｂ）にそれぞれ実線にて示すよう
に、温度による抵抗の変化率をより大きくしたり、温度
によるゲージ率の変化率をより小さくしたりすることに
よって初期の目的を達成しようとするものである。
る不純物（例えばボロン、リン等）の量を調整して、第
２図（Ａ）および（Ｂ）にそれぞれ実線にて示すよう
に、温度による抵抗の変化率をより大きくしたり、温度
によるゲージ率の変化率をより小さくしたりすることに
よって初期の目的を達成しようとするものである。
そこで、実際に必要とする特性を算出する手順につい
て、以下説明する。
て、以下説明する。
（１） 先ず、ひずみゲージR1〜R4でなる荷重変換器の
低温での出力、常温での出力、高温での出力を測定によ
り求める。
低温での出力、常温での出力、高温での出力を測定によ
り求める。
常温においては、非直線性（以下「NL」という）も測定
する。
する。
（２） 次に、常温のときのNL値からそのNLを０％R.O
（Rated Output）にするのに必要な半導体ゲージの種類
（Ｐ型であるかＮ型であるかについての種類）および抵
抗値を次式により算出する。
（Rated Output）にするのに必要な半導体ゲージの種類
（Ｐ型であるかＮ型であるかについての種類）および抵
抗値を次式により算出する。
RB＝−ｘ・R/〔ｘ＋（ｘ＋25）KB・εＢ〕 但し、 x:NL補正前のNL［％R.O］、 KB:半導体ゲージのゲージ率、 εB:半導体ゲージにかかる定格のひずみ、 R:ブリッジを構成するひずみゲージの抵抗値、 である。
ここで、実際の例を採って計算してみることとする。
荷重変換器の常温でのNLが0.2％R.Oであったとすると、
NLを０％R.Oにするには、一例として第１図に示す本発
明の荷重変換器において、ひずみゲージR1,R3には、−2
130με（με＝10-6ひずみ）のひずみがかかり、R2,R4
には640μεのひずみがかかり、半導体ゲージSGには、6
40μεのひずみがかかり、ひずみゲージの抵抗値Ｒは、
350Ωであり半導体ゲージとしてＮ型のものを用い、ゲ
ージ率を−95として、上記式により計算すると、半導体
ゲージと抵抗RBは、53Ωとなる。
NLを０％R.Oにするには、一例として第１図に示す本発
明の荷重変換器において、ひずみゲージR1,R3には、−2
130με（με＝10-6ひずみ）のひずみがかかり、R2,R4
には640μεのひずみがかかり、半導体ゲージSGには、6
40μεのひずみがかかり、ひずみゲージの抵抗値Ｒは、
350Ωであり半導体ゲージとしてＮ型のものを用い、ゲ
ージ率を−95として、上記式により計算すると、半導体
ゲージと抵抗RBは、53Ωとなる。
（３） 上記（２）において求めた抵抗RBの抵抗値の半
導体ゲージSGを回路に挿入してNLを補正した場合、半導
体ゲージSGの温度による抵抗値の変化、ゲージ率の変化
を任意に変えたときの荷重変換器の出力の温度影響を計
算により求める。但し、ここで計算するのは、半導体ゲ
ージSGの特性変化による荷重変換器出力の温度影響の変
化量である。
導体ゲージSGを回路に挿入してNLを補正した場合、半導
体ゲージSGの温度による抵抗値の変化、ゲージ率の変化
を任意に変えたときの荷重変換器の出力の温度影響を計
算により求める。但し、ここで計算するのは、半導体ゲ
ージSGの特性変化による荷重変換器出力の温度影響の変
化量である。
第３図（Ａ）は、温度によるゲージ率の変化に伴う出力
の温度影響の変化を示し、同図（Ｂ）は、温度による抵
抗値の変化に伴う出力の温度影響の変化を示す。
の温度影響の変化を示し、同図（Ｂ）は、温度による抵
抗値の変化に伴う出力の温度影響の変化を示す。
（４） ところで、実際NL補償前の荷重変換器の出力の
温度影響はｘ％／℃であり、従って、半導体ゲージSGの
特性変化に伴う出力の温度影響の変化をｘと等しくし、
逆特性（負号−）にすればNL補償後の出力の温度影響が
零となる。
温度影響はｘ％／℃であり、従って、半導体ゲージSGの
特性変化に伴う出力の温度影響の変化をｘと等しくし、
逆特性（負号−）にすればNL補償後の出力の温度影響が
零となる。
ここで、ｘを、通常のひずみゲージをもって組まれたホ
イートストンブリッジを有する荷重変換器で一般に考え
られる0.03〜0.05％／℃とした場合の出力の温度影響が
零となるような半導体ゲージSGの抵抗値の変化率とゲー
ジ率の変化率との関係を求めると、第４図に示す関係に
なる。
イートストンブリッジを有する荷重変換器で一般に考え
られる0.03〜0.05％／℃とした場合の出力の温度影響が
零となるような半導体ゲージSGの抵抗値の変化率とゲー
ジ率の変化率との関係を求めると、第４図に示す関係に
なる。
尚、出力の温度影響は、下記の式で表わされる。
出力の温度影響〔％／℃〕 ＝〔（ｔ′での出力）−（常温ｔでの出力）〕 ／〔（常温ｔの出力）×（ｔ′−ｔ）〕 上述した第４図に示す値に半導体ゲージSGの特性を選べ
ば、NL補償後の荷重変換器の出力は、温度によらず一定
となる。
ば、NL補償後の荷重変換器の出力は、温度によらず一定
となる。
尚、本発明は、上述した実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施
が可能である。
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施
が可能である。
例えば、半導体ゲージSGに並列にその半導体ゲージSGの
抵抗値を調整する調整抵抗を付設してもよい。
抵抗値を調整する調整抵抗を付設してもよい。
（ｅ） 効果 以上詳述したように本発明によれば、起歪体の起歪部に
添着された荷重変換用のひずみゲージで構成されたホイ
ートストンブリッジのブリッジ電源供給路に、前記起歪
部の近傍のひずみを生ずる位置に添着された非直線性補
償用の半導体ゲージが回路挿入されてなる荷重変換器で
あって、前記荷重変換器の常温における非直線性を補償
する抵抗値を有すると共に、該荷重変換器出力に与える
温度影響が、該荷重変換器の非直線性補償前の出力の温
度影響と同等となるような温度による抵抗変化率とゲー
ジ率変化率を有する半導体ゲージを、前記ブリッジ電源
供給路に直列に回路挿入し、温度感度抵抗を用いること
なく半導体ゲージのみで前記荷重変換器の非直線性およ
び前記荷重変換器出力の温度依存性を共に補償し得るよ
うに構成したから、起歪部に添着されたひずみゲージで
構成されたホイートストンブリッジを有する荷重変換器
の荷重−出力変換特性の非直線性および該荷重変換器の
出力の温度依存性を同時に補償し得、従来のものに比較
して広い温度範囲にわたって精度の高い荷重検出を行い
得ると共に、従来は必須であるとされていた温度感度抵
抗を用いない構成としたから、安価に製作し得ることは
もとより、温度感度抵抗を用いない分、ブリッジ電圧降
下がないので充分な大きさの出力が得られ、従来のよう
に、ブリッジ電圧降下を起歪部に生じるひずみを大きく
することで補うような場合に比べ疲労寿命が延長され、
静的強度に不安の生じる虞のない荷重変換器を提供する
ことができる。
添着された荷重変換用のひずみゲージで構成されたホイ
ートストンブリッジのブリッジ電源供給路に、前記起歪
部の近傍のひずみを生ずる位置に添着された非直線性補
償用の半導体ゲージが回路挿入されてなる荷重変換器で
あって、前記荷重変換器の常温における非直線性を補償
する抵抗値を有すると共に、該荷重変換器出力に与える
温度影響が、該荷重変換器の非直線性補償前の出力の温
度影響と同等となるような温度による抵抗変化率とゲー
ジ率変化率を有する半導体ゲージを、前記ブリッジ電源
供給路に直列に回路挿入し、温度感度抵抗を用いること
なく半導体ゲージのみで前記荷重変換器の非直線性およ
び前記荷重変換器出力の温度依存性を共に補償し得るよ
うに構成したから、起歪部に添着されたひずみゲージで
構成されたホイートストンブリッジを有する荷重変換器
の荷重−出力変換特性の非直線性および該荷重変換器の
出力の温度依存性を同時に補償し得、従来のものに比較
して広い温度範囲にわたって精度の高い荷重検出を行い
得ると共に、従来は必須であるとされていた温度感度抵
抗を用いない構成としたから、安価に製作し得ることは
もとより、温度感度抵抗を用いない分、ブリッジ電圧降
下がないので充分な大きさの出力が得られ、従来のよう
に、ブリッジ電圧降下を起歪部に生じるひずみを大きく
することで補うような場合に比べ疲労寿命が延長され、
静的強度に不安の生じる虞のない荷重変換器を提供する
ことができる。
第１図は、本発明に係る荷重変換器の一実施例を示す回
路図、第２図（Ａ）および（Ｂ）は、半導体ゲージの抵
抗温度特性図およびゲージ率温度特性図、第３図（Ａ）
は、温度によるゲージ率の変化と出力の温度影響の変化
との関係を示す特性図、第３図（Ｂ）は、温度による抵
抗値の変化と出力の温度影響の変化との関係を示す特性
図、第４図は、非直線性補償後の荷重変換器の出力の温
度影響が零となるような半導体ゲージの抵抗値の変化率
とゲージ率の変化率との関係を示す特性図、第５図は、
荷重変換器に添着されたひずみゲージで構成されるホイ
ートストンブリッジの基本的回路図、第６図は、第５図
のように回路構成された荷重変換器の荷重変換特性図、
第７図は、半導体ゲージの他に温度感度抵抗を回路挿入
した場合の参考例を示す回路図である。 R1〜R4……ひずみゲージ、 SG……半導体ゲージ、 BV……ブリッジ電源。
路図、第２図（Ａ）および（Ｂ）は、半導体ゲージの抵
抗温度特性図およびゲージ率温度特性図、第３図（Ａ）
は、温度によるゲージ率の変化と出力の温度影響の変化
との関係を示す特性図、第３図（Ｂ）は、温度による抵
抗値の変化と出力の温度影響の変化との関係を示す特性
図、第４図は、非直線性補償後の荷重変換器の出力の温
度影響が零となるような半導体ゲージの抵抗値の変化率
とゲージ率の変化率との関係を示す特性図、第５図は、
荷重変換器に添着されたひずみゲージで構成されるホイ
ートストンブリッジの基本的回路図、第６図は、第５図
のように回路構成された荷重変換器の荷重変換特性図、
第７図は、半導体ゲージの他に温度感度抵抗を回路挿入
した場合の参考例を示す回路図である。 R1〜R4……ひずみゲージ、 SG……半導体ゲージ、 BV……ブリッジ電源。
Claims (1)
- 【請求項１】起歪体の起歪部に添着された荷重変換用の
ひずみゲージで構成されたホイートストンブリッジのブ
リッジ電源供給路に、前記起歪部の近傍のひずみを生ず
る位置に添着された非直線性補償用の半導体ゲージが回
路挿入されてなる荷重変換器であって、前記荷重変換器
の常温における非直線性を補償する抵抗値を有すると共
に、該荷重変換器出力に与える温度影響が、該荷重変換
器の非直線性補償前の出力の温度影響と同等となるよう
な温度による抵抗変化率とゲージ率変化率を有する半導
体ゲージを、前記ブリッジ電源供給路に直列に回路挿入
し、温度感度抵抗を用いることなく半導体ゲージのみで
前記荷重変換器の荷重−出力変換特性の非直線性および
前記荷重変換器出力の温度依存性を共に補償し得るよう
に構成したことを特徴とする非直線性補償機能を備えた
荷重変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61085094A JPH0762627B2 (ja) | 1986-04-15 | 1986-04-15 | 非直線性補償機能を備えた荷重変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61085094A JPH0762627B2 (ja) | 1986-04-15 | 1986-04-15 | 非直線性補償機能を備えた荷重変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62242801A JPS62242801A (ja) | 1987-10-23 |
| JPH0762627B2 true JPH0762627B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=13849016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61085094A Expired - Lifetime JPH0762627B2 (ja) | 1986-04-15 | 1986-04-15 | 非直線性補償機能を備えた荷重変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0762627B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109029236A (zh) * | 2018-07-25 | 2018-12-18 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 一种消除温度影响的工程结构机械应变测试方法及装置 |
| CN117949137B (zh) * | 2024-03-26 | 2024-06-21 | 锐马（福建）电气制造有限公司 | 一种六维力传感器温度补偿方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5884543U (ja) * | 1981-12-01 | 1983-06-08 | 株式会社クボタ | ロ−ドセル |
-
1986
- 1986-04-15 JP JP61085094A patent/JPH0762627B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62242801A (ja) | 1987-10-23 |
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