JPH0762628B2 - 荷重変換器の非直線性補償方法 - Google Patents
荷重変換器の非直線性補償方法Info
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- JPH0762628B2 JPH0762628B2 JP61094888A JP9488886A JPH0762628B2 JP H0762628 B2 JPH0762628 B2 JP H0762628B2 JP 61094888 A JP61094888 A JP 61094888A JP 9488886 A JP9488886 A JP 9488886A JP H0762628 B2 JPH0762628 B2 JP H0762628B2
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Description
（ａ） 技術分野 本発明は、荷重変換器の非直線性補償方法に関し、より
詳細には、起歪体の起歪部にホイートストンブリッジを
構成する荷重変換用のひずみゲージが添着された荷重変
換器における荷重変換特性の非直線性を補償する方法に
関するものである。 （ｂ） 従来技術 荷重変換器は、一般に図示しない起歪体の起歪部に４枚
のひずみゲージSG1,SG2,SG3およびSG4が添着されてお
り、これらのひずみゲージSG1〜SG4によって第１図に示
すようなホイートストンブリッジ（以下単に「ブリッ
ジ」という）BRが構成されている。このようなブリッジ
BRは、ブリッジ電源BVからブリッジ電圧を受けており、
起歪体に荷重が印加されたとき起歪部に生ずるひずみを
検出するひずみゲージSG1〜SG4の抵抗値が変化すると、
不平衡になり、出力eoを生じる。 第２図は、荷重変換器の例えば四角柱状をなす起歪体に
加わる荷重とブリッジBRのひずみ出力eoとの関係を示す
荷重変換特性図であり、この荷重変換特性は、実線で示
すように非直線性を有している。この非直線性を補償す
るには、第１図に示すように、ブリッジ電源BVとブリッ
ジBRの入力端との間、即ち、ブリッジ電源供給路の正極
側または負極側あるいは双方に直列に半導体ゲージRgを
回路挿入すればよいと考えられる。即ち、ブリッジBRに
半導体ゲージRgを直列に介してブリッジ電圧を印加する
ようにし、半導体ゲージRgの抵抗値がひずみを受けるこ
とにより変化することを利用して荷重の大きさに応じて
ブリッジBRの入力端に加わる電圧を変化させることによ
り、非直線性補償前には、非直線性を有していた特性
を、直線性を有するように補償しようとするものであ
る。 尚、第１図中、Rxは、温度感度補償抵抗、Rrは、半導体
ゲージRgの抵抗値を調整する調整抵抗である。 ところで、半導体ゲージRgによる荷重変換特性の非直線
性の補償は、特定の温度下でのみ実現することは必らず
しも難しくはないが、温度が変化しても非直線性を充分
に補償できるようにすることは非常に困難である。何と
なれば、第３図の特性図に示すように温度によって荷重
変換特性が大きく変化し、温度が例えば−10℃,25℃,60
℃と高くなる程、無負荷時出力と定格負荷時出力とを結
ぶ直線と実際の荷重変換特性との最大偏差a1,a2,a3は、
次第に大きくなるからである。従って、保証温度範囲の
すべての温度について非直線性を補償することは、現実
には行なわれていない。 （ｃ） 目的 本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、ひずみゲージにより構成されたホイート
ストンブリッジを備えた荷重変換器の非直線性を容易に
且つ良好に補償でき、保証温度範囲を拡大し得る荷重変
換器の非直線性補償方法を提供することにある。 （ｄ） 構成 本発明は、上記の目的を達成するために、前記荷重変換
器の常温における非直線性と保証温度範囲の所定の高い
温度における非直線性および／または所定の低い温度に
おける非直線性とをそれぞれ測定し、これら各温度にお
ける非直線性から前記荷重変換器の温度変化１℃当りの
非直線性の変化量を求め、一方、前記ホイートストンブ
リッジのブリッジ電源供給路に直列に回路挿入したなら
ば前記荷重変換器の常温における前記非直線性が補償さ
れる半導体ゲージの種類および抵抗値を所定の演算式に
より求め、該抵抗値を有する半導体ゲージを上記の如く
回路挿入した場合のその半導体ゲージの温度によるゲー
ジ率および抵抗値の変化量を測定してこれらゲージ率変
化量および抵抗値変化量から温度によるゲージ率の変化
率および抵抗値の変化率を求め、さらに上記温度による
ゲージ率および抵抗値の各変化率と温度変化１℃当りの
非直線性の変化量との関係を所定の演算式により求め、
前記関係から温度変化に伴なうゲージ率および抵抗値の
変化による非直線性の変化量が、前記ホイートストンブ
リッジを構成する荷重変換器の温度による非直線性の変
化量と絶対値で略同じ大きさを有し且つ逆特性を有する
半導体ゲージを、別途半導体ゲージを製造する過程で半
導体ゲージの中に入れる不純物の量を調整することによ
り製造しておいた各種の温度によるゲージ率の変化率お
よび抵抗値の変化率を有する半導体ゲージの中から選択
し、このようにして選択された半導体ゲージを前記起歪
部の近傍であって且つ起歪部と同等または対応したひず
みを生ずる部位に添着し且つ前記ブリッジ電源供給路に
直列に回路挿入することにより、温度による非直線性の
変化を補償するものである。 以下に、本発明を第４図〜第11図を参照しつつ詳細に説
明する。 先ず、荷重変換器（半導体ゲージ等他の回路部品を
接続しない）について、常温（25℃）での荷重変換特性
を実測する。第４図がその実測により得た特性であると
する。 尚、第４図において、ａは、実線で示す特性曲線と、無
負荷時出力と定格負荷時出力を結ぶ直線との間の差が最
も大きい部分の差の値、即ち最大偏差である。そして、
定格荷重（定格負荷）時出力でその最大偏差ａを割った
ものを非直線性といい、本明細書では以後「NL」と称す
ることとする。そして、そのNLの単位は％RO（Rated O
utput）である。 次に、高温（例えば上限温度）でのNLと、低温（例
えば下限温度）でのNLも測定する。その温度は高温が例
えば60℃、低温が例えば−10℃である。この高温（60
℃）および低温（−10℃）でのNLの測定は、いずれか一
方の温度での測定を行なうだけでもよいし、また必らず
しも全品行なう必要がなく、抜き取りで行なってもよ
い。 次に、上記，で述べたNLの測定結果に基づいて
NLの温度による変化の特性を求める。第５図はそれを表
わした図であり、概ね直線性を有することが分る。これ
により、ホイートストンブリッジを構成する荷重変換器
の温度変化１℃当りのNLの変化量Xtが求まる。 次に、常温（25℃）下におけるNLを０％ROにする半
導体ゲージの種類（Ｎ型かＰ型かの別）と抵抗値RBとを
計算により求める。即ち、第６図に示される回路におけ
る半導体ゲージRgの抵抗値RBは、次式で簡易的に算出す
ることができる。 RB＝−ｘ・〔(R+Rx)／｛ｘ＋（ｘ＋25）・KB・εＢ｝〕
……（１） 但し、 x:NL補償前の荷重変換器のNL（％RO）、 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（単独）、 Rx:半導体ゲージ以外にブリッジに接続される抵抗の抵
抗値、 である。 ただし、半導体ゲージのひずみ−抵抗特性は厳密には、
直線的でないので、（１）式を用いると１割程度誤差が
ある。 しかし、以後の式においては、この影響がほとんど現わ
れないので、半導体ゲージのひずみ−抵抗変化特性は直
線的であるとして計算を行なっている。 因に、常温でのNLが0.2％ROであったとして、このNLを
０％ROに補償する場合の例を具体的に考えてみる。Rx
（この場合、温度感度補償抵抗の抵抗値）を50ΩとしＲ
を350Ωとし、ひずみゲージSG1,SG3には、−2130με
（με＝10-6ひずみ）のひずみが、ひずみゲージSG2,SG
4には、640μεのひずみがそれぞれかかり、そして、半
導体ゲージRgには定格640μεがかかり、そのゲージ率
が−95でＮ型であるとすると、半導体ゲージRgの抵抗RB
は60Ωとなる。 ところで、半導体ゲージRgの温度による抵抗値およびゲ
ージ率の変化は、第７図（Ａ）および（Ｂ）に示すよう
に直線的変化である。即ち、半導体ゲージRgの温度によ
る抵抗値の変化率Ｑ（1/℃）は、次の（２）式より得ら
れる。 Ｑ＝［（t2℃での抵抗値）−（t1℃での 抵抗値）］／［（t2℃−t1℃）・ （t1℃での抵抗値）］ ……（２） また、半導体ゲージRgの温度によるゲージ率の変化率Ｐ
（1/℃）は、次の（３）式より得られる。 Ｐ＝［（t2℃でのゲージ率）−（t1℃で のゲージ率）］／［（t2℃−t1℃）・ （t1℃でのゲージ率）］ ……（３） 尚、t1℃を基準温度とする。 半導体ゲージRgの温度による抵抗値RBの変化率Ｑおよび
ゲージ率KBの変化率Ｐは、半導体ゲージRgの中に入れる
不純物（例えばボロン、リン等）の量を調整することに
より変えることができる。 そこで、半導体ゲージRgにより常温での非直線性の
補償をした場合における温度変化に伴なう抵抗値変化に
よるNLの変化、およびゲージ率変化によるNLの変化を計
算により求める。 即ち、常温より１℃変化したときのNLの変化率Xtp,Xtq
は、次の（４），（５）式により求められる。 抵抗値変化だけの場合、 Xtq=(50+X)[{R+RＢ(1+Q)(1+KＢ・εＢ)}/{R +RＢ(1+Q)・(1+0.5・KＢ・εＢ)} -{R+RＢ(1+KＢ・εＢ)}/{R+RＢ(1+0.5・KＢ・εＢ)}〕……
（４） ゲージ率変化だけの場合、 Xtp=(50+x)
詳細には、起歪体の起歪部にホイートストンブリッジを
構成する荷重変換用のひずみゲージが添着された荷重変
換器における荷重変換特性の非直線性を補償する方法に
関するものである。 （ｂ） 従来技術 荷重変換器は、一般に図示しない起歪体の起歪部に４枚
のひずみゲージSG1,SG2,SG3およびSG4が添着されてお
り、これらのひずみゲージSG1〜SG4によって第１図に示
すようなホイートストンブリッジ（以下単に「ブリッ
ジ」という）BRが構成されている。このようなブリッジ
BRは、ブリッジ電源BVからブリッジ電圧を受けており、
起歪体に荷重が印加されたとき起歪部に生ずるひずみを
検出するひずみゲージSG1〜SG4の抵抗値が変化すると、
不平衡になり、出力eoを生じる。 第２図は、荷重変換器の例えば四角柱状をなす起歪体に
加わる荷重とブリッジBRのひずみ出力eoとの関係を示す
荷重変換特性図であり、この荷重変換特性は、実線で示
すように非直線性を有している。この非直線性を補償す
るには、第１図に示すように、ブリッジ電源BVとブリッ
ジBRの入力端との間、即ち、ブリッジ電源供給路の正極
側または負極側あるいは双方に直列に半導体ゲージRgを
回路挿入すればよいと考えられる。即ち、ブリッジBRに
半導体ゲージRgを直列に介してブリッジ電圧を印加する
ようにし、半導体ゲージRgの抵抗値がひずみを受けるこ
とにより変化することを利用して荷重の大きさに応じて
ブリッジBRの入力端に加わる電圧を変化させることによ
り、非直線性補償前には、非直線性を有していた特性
を、直線性を有するように補償しようとするものであ
る。 尚、第１図中、Rxは、温度感度補償抵抗、Rrは、半導体
ゲージRgの抵抗値を調整する調整抵抗である。 ところで、半導体ゲージRgによる荷重変換特性の非直線
性の補償は、特定の温度下でのみ実現することは必らず
しも難しくはないが、温度が変化しても非直線性を充分
に補償できるようにすることは非常に困難である。何と
なれば、第３図の特性図に示すように温度によって荷重
変換特性が大きく変化し、温度が例えば−10℃,25℃,60
℃と高くなる程、無負荷時出力と定格負荷時出力とを結
ぶ直線と実際の荷重変換特性との最大偏差a1,a2,a3は、
次第に大きくなるからである。従って、保証温度範囲の
すべての温度について非直線性を補償することは、現実
には行なわれていない。 （ｃ） 目的 本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、ひずみゲージにより構成されたホイート
ストンブリッジを備えた荷重変換器の非直線性を容易に
且つ良好に補償でき、保証温度範囲を拡大し得る荷重変
換器の非直線性補償方法を提供することにある。 （ｄ） 構成 本発明は、上記の目的を達成するために、前記荷重変換
器の常温における非直線性と保証温度範囲の所定の高い
温度における非直線性および／または所定の低い温度に
おける非直線性とをそれぞれ測定し、これら各温度にお
ける非直線性から前記荷重変換器の温度変化１℃当りの
非直線性の変化量を求め、一方、前記ホイートストンブ
リッジのブリッジ電源供給路に直列に回路挿入したなら
ば前記荷重変換器の常温における前記非直線性が補償さ
れる半導体ゲージの種類および抵抗値を所定の演算式に
より求め、該抵抗値を有する半導体ゲージを上記の如く
回路挿入した場合のその半導体ゲージの温度によるゲー
ジ率および抵抗値の変化量を測定してこれらゲージ率変
化量および抵抗値変化量から温度によるゲージ率の変化
率および抵抗値の変化率を求め、さらに上記温度による
ゲージ率および抵抗値の各変化率と温度変化１℃当りの
非直線性の変化量との関係を所定の演算式により求め、
前記関係から温度変化に伴なうゲージ率および抵抗値の
変化による非直線性の変化量が、前記ホイートストンブ
リッジを構成する荷重変換器の温度による非直線性の変
化量と絶対値で略同じ大きさを有し且つ逆特性を有する
半導体ゲージを、別途半導体ゲージを製造する過程で半
導体ゲージの中に入れる不純物の量を調整することによ
り製造しておいた各種の温度によるゲージ率の変化率お
よび抵抗値の変化率を有する半導体ゲージの中から選択
し、このようにして選択された半導体ゲージを前記起歪
部の近傍であって且つ起歪部と同等または対応したひず
みを生ずる部位に添着し且つ前記ブリッジ電源供給路に
直列に回路挿入することにより、温度による非直線性の
変化を補償するものである。 以下に、本発明を第４図〜第11図を参照しつつ詳細に説
明する。 先ず、荷重変換器（半導体ゲージ等他の回路部品を
接続しない）について、常温（25℃）での荷重変換特性
を実測する。第４図がその実測により得た特性であると
する。 尚、第４図において、ａは、実線で示す特性曲線と、無
負荷時出力と定格負荷時出力を結ぶ直線との間の差が最
も大きい部分の差の値、即ち最大偏差である。そして、
定格荷重（定格負荷）時出力でその最大偏差ａを割った
ものを非直線性といい、本明細書では以後「NL」と称す
ることとする。そして、そのNLの単位は％RO（Rated O
utput）である。 次に、高温（例えば上限温度）でのNLと、低温（例
えば下限温度）でのNLも測定する。その温度は高温が例
えば60℃、低温が例えば−10℃である。この高温（60
℃）および低温（−10℃）でのNLの測定は、いずれか一
方の温度での測定を行なうだけでもよいし、また必らず
しも全品行なう必要がなく、抜き取りで行なってもよ
い。 次に、上記，で述べたNLの測定結果に基づいて
NLの温度による変化の特性を求める。第５図はそれを表
わした図であり、概ね直線性を有することが分る。これ
により、ホイートストンブリッジを構成する荷重変換器
の温度変化１℃当りのNLの変化量Xtが求まる。 次に、常温（25℃）下におけるNLを０％ROにする半
導体ゲージの種類（Ｎ型かＰ型かの別）と抵抗値RBとを
計算により求める。即ち、第６図に示される回路におけ
る半導体ゲージRgの抵抗値RBは、次式で簡易的に算出す
ることができる。 RB＝−ｘ・〔(R+Rx)／｛ｘ＋（ｘ＋25）・KB・εＢ｝〕
……（１） 但し、 x:NL補償前の荷重変換器のNL（％RO）、 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（単独）、 Rx:半導体ゲージ以外にブリッジに接続される抵抗の抵
抗値、 である。 ただし、半導体ゲージのひずみ−抵抗特性は厳密には、
直線的でないので、（１）式を用いると１割程度誤差が
ある。 しかし、以後の式においては、この影響がほとんど現わ
れないので、半導体ゲージのひずみ−抵抗変化特性は直
線的であるとして計算を行なっている。 因に、常温でのNLが0.2％ROであったとして、このNLを
０％ROに補償する場合の例を具体的に考えてみる。Rx
（この場合、温度感度補償抵抗の抵抗値）を50ΩとしＲ
を350Ωとし、ひずみゲージSG1,SG3には、−2130με
（με＝10-6ひずみ）のひずみが、ひずみゲージSG2,SG
4には、640μεのひずみがそれぞれかかり、そして、半
導体ゲージRgには定格640μεがかかり、そのゲージ率
が−95でＮ型であるとすると、半導体ゲージRgの抵抗RB
は60Ωとなる。 ところで、半導体ゲージRgの温度による抵抗値およびゲ
ージ率の変化は、第７図（Ａ）および（Ｂ）に示すよう
に直線的変化である。即ち、半導体ゲージRgの温度によ
る抵抗値の変化率Ｑ（1/℃）は、次の（２）式より得ら
れる。 Ｑ＝［（t2℃での抵抗値）−（t1℃での 抵抗値）］／［（t2℃−t1℃）・ （t1℃での抵抗値）］ ……（２） また、半導体ゲージRgの温度によるゲージ率の変化率Ｐ
（1/℃）は、次の（３）式より得られる。 Ｐ＝［（t2℃でのゲージ率）−（t1℃で のゲージ率）］／［（t2℃−t1℃）・ （t1℃でのゲージ率）］ ……（３） 尚、t1℃を基準温度とする。 半導体ゲージRgの温度による抵抗値RBの変化率Ｑおよび
ゲージ率KBの変化率Ｐは、半導体ゲージRgの中に入れる
不純物（例えばボロン、リン等）の量を調整することに
より変えることができる。 そこで、半導体ゲージRgにより常温での非直線性の
補償をした場合における温度変化に伴なう抵抗値変化に
よるNLの変化、およびゲージ率変化によるNLの変化を計
算により求める。 即ち、常温より１℃変化したときのNLの変化率Xtp,Xtq
は、次の（４），（５）式により求められる。 抵抗値変化だけの場合、 Xtq=(50+X)[{R+RＢ(1+Q)(1+KＢ・εＢ)}/{R +RＢ(1+Q)・(1+0.5・KＢ・εＢ)} -{R+RＢ(1+KＢ・εＢ)}/{R+RＢ(1+0.5・KＢ・εＢ)}〕……
（４） ゲージ率変化だけの場合、 Xtp=(50+x)
【〔R+RＢ{1+KＢ・εＢ(1+P)}〕／〔R +RＢ{1+0.5KＢ・εＢ・(1+P)}〕 −{R+RＢ(1+KＢ・εＢ)}/{R+RＢ(1+0.5KＢ・εＢ)}〕】…
…（５） ここで、 R:ブリッジ抵抗、 RB:半導体ゲージRgの抵抗、 KB:半導体ゲージRgのゲージ率、 εB:半導体ゲージRgにかかるひずみ、 x:補償前のNL、 とする。 第８図は、半導体ゲージRgの抵抗値変化によるNLの変化
を示す変化図、第９図は、半導体ゲージRgのゲージ率変
化によるNLの変化図である。 そして、このように抵抗変化によるNLの変化、ゲージ率
変化によるNLの変化を求めることにより、半導体ゲージ
Rgのみの特性変化が荷重変換器のNLへ影響を及ぼさない
抵抗値の変化率Ｑとゲージ率変化率Ｐの関係が求まる。
第10図は、NLの変化が零となるゲージ特性の変化図であ
る。 ところで、非直線性補償前の荷重変換器は、前述のの
項で求めたNLの温度特性を有している。従って、半導体
ゲージRgの特性の変化によるNLの変化量（Xtp＋Xtq）と
荷重変換器の温度によるNLの変化量（Xt）との絶対値を
略同じ大きさに、符号を反対（逆特性）にすれば、半導
体ゲージRgにより非直線性補償後の荷重変換器のNLの温
度による変化を完全に補償することができる。 第11図は、補償前の荷重変換器のNLの温度による変化量
に応じて、NLを不変にするに必要な半導体ゲージを選択
するのに便利な半導体ゲージの特性図である。 同図において、破線はXtが0.001％／℃の場合を示し、
実線はXtが0.002％／℃の場合を示し、一点鎖線はXtが
0.003％／℃の場合を示す。例えば、Xtが0.001％／℃を
例に採ると、半導体ゲージRgの抵抗値RBの変化率Ｑが0.
0028（1/℃）でKBの変化率Ｐが0.0026（1/℃）というよ
うに破線上の任意の点のｘ座標、ｙ座標と一致する特性
を有する半導体ゲージRgを選べば、荷重変換器の非直線
性の温度による変化を完全に補償することができる。換
言すれば、広い温度範囲にわたって荷重変換器の非直線
性を適切にしかも能率的に補償することができる。 尚、本発明は、上述した実施例に何ら限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が
可能である。 例えば、半導体ゲージRgの温度によるゲージ率および抵
抗値の変化量と、荷重変換器のNLとの関係は、予め計算
または実測により求めておいてもよい。つまり、第11図
に示すような特性図を予め用意しておけば、荷重変換器
のNLの温度に対する変化量（％RO/℃）を実質的に無く
し得る半導体ゲージRgを能率よく選ぶことができる。 （ｅ） 効果 以上詳述したところにより明らかなように、本発明によ
れば、荷重変換器の常温における非直線性と保証温度範
囲の所定の高い温度における非直線性および／または所
定の低い温度における非直線性とをそれぞれ測定し、こ
れら各温度における非直線性から前記荷重変換器の温度
変化１℃当りの非直線性の変化量を求め、一方、前記ホ
イートストンブリッジのブリッジ電源供給路に直列に回
路挿入したならば前記荷重変換器の常温における前記非
直線性が補償される半導体ゲージの種類および抵抗値を
所定の演算式により求め、該抵抗値を有する半導体ゲー
ジを上記の如く回路挿入した場合のその半導体ゲージの
温度によるゲージ率および抵抗値の変化量を測定してこ
れらゲージ率変化量および抵抗値変化量から温度による
ゲージ率の変化率および抵抗値の変化率を求め、さらに
上記温度によるゲージ率および抵抗値の各変化率と温度
変化１℃当りの非直線性の変化量との関係を所定の演算
式により求め、前記関係から温度変化に伴なうゲージ率
および抵抗値の変化による非直線性の変化量が、前記ホ
イートストンブリッジを構成する荷重変換器の温度によ
る非直線性の変化量と絶対値で略同じ大きさを有し且つ
逆特性を有する半導体ゲージを、別途半導体ゲージを製
造する過程で半導体ゲージの中に入れる不純物の量を調
整することにより製造しておいた各種の温度によるゲー
ジ率の変化率および抵抗値の変化率を有する半導体ゲー
ジの中から選択し、このようにして選択された半導体ゲ
ージを前記起歪部の近傍であって且つ起歪部と同等また
は対応したひずみを生ずる部位に添着し且つ前記ブリッ
ジ電源供給路に直列に回路挿入することにより、温度に
よる非直線性の変化を補償するようにしたから、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
直線性を特定の温度下のみに限らず温度が変化してもそ
の非直線を充分に補償でき、しかも該荷重変換器の出力
の温度依存性を同時に極めて正確に補償し得、従来のも
のに比較して広い温度範囲にわたって非直線性を容易に
且つ良好に補正し得、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補償抵抗
を用いない構成としたから、安価に作製し得ることはも
とより、温度感度補償抵抗を用いない分、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にした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れのない荷重変換器を
提供することができる。
…（５） ここで、 R:ブリッジ抵抗、 RB:半導体ゲージRgの抵抗、 KB:半導体ゲージRgのゲージ率、 εB:半導体ゲージRgにかかるひずみ、 x:補償前のNL、 とする。 第８図は、半導体ゲージRgの抵抗値変化によるNLの変化
を示す変化図、第９図は、半導体ゲージRgのゲージ率変
化によるNLの変化図である。 そして、このように抵抗変化によるNLの変化、ゲージ率
変化によるNLの変化を求めることにより、半導体ゲージ
Rgのみの特性変化が荷重変換器のNLへ影響を及ぼさない
抵抗値の変化率Ｑとゲージ率変化率Ｐの関係が求まる。
第10図は、NLの変化が零となるゲージ特性の変化図であ
る。 ところで、非直線性補償前の荷重変換器は、前述のの
項で求めたNLの温度特性を有している。従って、半導体
ゲージRgの特性の変化によるNLの変化量（Xtp＋Xtq）と
荷重変換器の温度によるNLの変化量（Xt）との絶対値を
略同じ大きさに、符号を反対（逆特性）にすれば、半導
体ゲージRgにより非直線性補償後の荷重変換器のNLの温
度による変化を完全に補償することができる。 第11図は、補償前の荷重変換器のNLの温度による変化量
に応じて、NLを不変にするに必要な半導体ゲージを選択
するのに便利な半導体ゲージの特性図である。 同図において、破線はXtが0.001％／℃の場合を示し、
実線はXtが0.002％／℃の場合を示し、一点鎖線はXtが
0.003％／℃の場合を示す。例えば、Xtが0.001％／℃を
例に採ると、半導体ゲージRgの抵抗値RBの変化率Ｑが0.
0028（1/℃）でKBの変化率Ｐが0.0026（1/℃）というよ
うに破線上の任意の点のｘ座標、ｙ座標と一致する特性
を有する半導体ゲージRgを選べば、荷重変換器の非直線
性の温度による変化を完全に補償することができる。換
言すれば、広い温度範囲にわたって荷重変換器の非直線
性を適切にしかも能率的に補償することができる。 尚、本発明は、上述した実施例に何ら限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が
可能である。 例えば、半導体ゲージRgの温度によるゲージ率および抵
抗値の変化量と、荷重変換器のNLとの関係は、予め計算
または実測により求めておいてもよい。つまり、第11図
に示すような特性図を予め用意しておけば、荷重変換器
のNLの温度に対する変化量（％RO/℃）を実質的に無く
し得る半導体ゲージRgを能率よく選ぶことができる。 （ｅ） 効果 以上詳述したところにより明らかなように、本発明によ
れば、荷重変換器の常温における非直線性と保証温度範
囲の所定の高い温度における非直線性および／または所
定の低い温度における非直線性とをそれぞれ測定し、こ
れら各温度における非直線性から前記荷重変換器の温度
変化１℃当りの非直線性の変化量を求め、一方、前記ホ
イートストンブリッジのブリッジ電源供給路に直列に回
路挿入したならば前記荷重変換器の常温における前記非
直線性が補償される半導体ゲージの種類および抵抗値を
所定の演算式により求め、該抵抗値を有する半導体ゲー
ジを上記の如く回路挿入した場合のその半導体ゲージの
温度によるゲージ率および抵抗値の変化量を測定してこ
れらゲージ率変化量および抵抗値変化量から温度による
ゲージ率の変化率および抵抗値の変化率を求め、さらに
上記温度によるゲージ率および抵抗値の各変化率と温度
変化１℃当りの非直線性の変化量との関係を所定の演算
式により求め、前記関係から温度変化に伴なうゲージ率
および抵抗値の変化による非直線性の変化量が、前記ホ
イートストンブリッジを構成する荷重変換器の温度によ
る非直線性の変化量と絶対値で略同じ大きさを有し且つ
逆特性を有する半導体ゲージを、別途半導体ゲージを製
造する過程で半導体ゲージの中に入れる不純物の量を調
整することにより製造しておいた各種の温度によるゲー
ジ率の変化率および抵抗値の変化率を有する半導体ゲー
ジの中から選択し、このようにして選択された半導体ゲ
ージを前記起歪部の近傍であって且つ起歪部と同等また
は対応したひずみを生ずる部位に添着し且つ前記ブリッ
ジ電源供給路に直列に回路挿入することにより、温度に
よる非直線性の変化を補償するようにしたから、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
直線性を特定の温度下のみに限らず温度が変化してもそ
の非直線を充分に補償でき、しかも該荷重変換器の出力
の温度依存性を同時に極めて正確に補償し得、従来のも
のに比較して広い温度範囲にわたって非直線性を容易に
且つ良好に補正し得、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補償抵抗
を用いない構成としたから、安価に作製し得ることはも
とより、温度感度補償抵抗を用いない分、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にした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れのない荷重変換器を
提供することができる。
第１図乃至第３図は、荷重変換器の問題点を説明するた
めのもので、第１図は、非直線性を補償した場合の荷重
変換器の回路構成を示す回路図、第２図は、荷重変換器
の荷重変換特性図、第３図は、所定の各温度別の荷重変
換特性図、第４図乃至第11図は、本発明を説明するため
のもので、第４図は、補償前の荷重変換器の常温におけ
る荷重変換特性図、第５図は、温度と非直線性の変化と
の関係を示す特性図、第６図は、常温（25℃）下におけ
る非直線性を０％ROにする半導体ゲージの抵抗値RBを算
出する場合の回路図、第７図（Ａ）および（Ｂ）は、半
導体ゲージの温度による抵抗値およびゲージ率の変化を
それぞれ示す図、第８図は、半導体ゲージの温度変化に
伴なう抵抗変化率と非直線性の変化率との関係を示す
図、第９図は、半導体ゲージの温度変化に伴なうゲージ
率変化率と非直線性の変化率との関係を示す図、第10図
は、非直線性の変化が零となる半導体ゲージのゲージ特
性の変化図、第11図は、補償前の荷重変換器の非直線性
の温度による変化量に応じてその非直線性を不変にする
に必要な半導体ゲージを選択するのに便利な、半導体ゲ
ージの特性図である。 SG1〜SG4……ひずみゲージ、 BR……ホイートストンブリッジ、 BV……ブリッジ電源、 Rg……半導体ゲージ、 Rx……温度感度補償抵抗。
めのもので、第１図は、非直線性を補償した場合の荷重
変換器の回路構成を示す回路図、第２図は、荷重変換器
の荷重変換特性図、第３図は、所定の各温度別の荷重変
換特性図、第４図乃至第11図は、本発明を説明するため
のもので、第４図は、補償前の荷重変換器の常温におけ
る荷重変換特性図、第５図は、温度と非直線性の変化と
の関係を示す特性図、第６図は、常温（25℃）下におけ
る非直線性を０％ROにする半導体ゲージの抵抗値RBを算
出する場合の回路図、第７図（Ａ）および（Ｂ）は、半
導体ゲージの温度による抵抗値およびゲージ率の変化を
それぞれ示す図、第８図は、半導体ゲージの温度変化に
伴なう抵抗変化率と非直線性の変化率との関係を示す
図、第９図は、半導体ゲージの温度変化に伴なうゲージ
率変化率と非直線性の変化率との関係を示す図、第10図
は、非直線性の変化が零となる半導体ゲージのゲージ特
性の変化図、第11図は、補償前の荷重変換器の非直線性
の温度による変化量に応じてその非直線性を不変にする
に必要な半導体ゲージを選択するのに便利な、半導体ゲ
ージの特性図である。 SG1〜SG4……ひずみゲージ、 BR……ホイートストンブリッジ、 BV……ブリッジ電源、 Rg……半導体ゲージ、 Rx……温度感度補償抵抗。
Claims (1)
- 【請求項１】起歪体の起歪部にホイートストンブリッジ
を構成する荷重変換用のひずみゲージが添着された荷重
変換器における荷重変換特性の非直線性を補償する方法
において、前記荷重変換器の常温における非直線性と保
証温度範囲の所定の高い温度における非直線性および／
または所定の低い温度における非直線性とをそれぞれ測
定し、これら各温度における非直線性から前記荷重変換
器の温度変化１℃当りの非直線性の変化量を求め、一
方、前記ホイートストンブリッジのブリッジ電源供給路
に直列に回路挿入したならば前記荷重変換器の常温にお
ける前記非直線性が補償される半導体ゲージの種類およ
び抵抗値を所定の演算式により求め、該抵抗値を有する
半導体ゲージを上記の如く回路挿入した場合のその半導
体ゲージの温度によるゲージ率および抵抗値の変化量を
測定してこれらゲージ率変化量および抵抗値変化量から
温度によるゲージ率の変化率および抵抗値の変化率を求
め、さらに上記温度によるゲージ率および抵抗値の各変
化率と温度変化１℃当りの非直線性の変化量との関係を
所定の演算式により求め、前記関係から温度変化に伴な
うゲージ率および抵抗値の変化による非直線性の変化量
が、前記ホイートストンブリッジを構成する荷重変換器
の温度による非直線性の変化量と絶対値で略同じ大きさ
を有し且つ逆特性を有する半導体ゲージを、別途半導体
ゲージを製造する過程で半導体ゲージの中に入れる不純
物の量を調整することにより製造しておいた各種の温度
によるゲージ率の変化率および抵抗値の変化率を有する
複数の半導体ゲージの中から選択し、このようにして選
択された半導体ゲージを前記起歪部の近傍であって且つ
起歪部と同等または対応したひずみを生ずる部位に添着
し且つ前記ブリッジ電源供給路に直列に回路挿入するこ
とにより、温度による非直線性の変化を補償することを
特徴とした荷重変換器の非直線性補償方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61094888A JPH0762628B2 (ja) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | 荷重変換器の非直線性補償方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61094888A JPH0762628B2 (ja) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | 荷重変換器の非直線性補償方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62251604A JPS62251604A (ja) | 1987-11-02 |
| JPH0762628B2 true JPH0762628B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=14122583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61094888A Expired - Lifetime JPH0762628B2 (ja) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | 荷重変換器の非直線性補償方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0762628B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0412236A (ja) * | 1990-04-28 | 1992-01-16 | Nippon Seiki Co Ltd | 歪抵抗装置 |
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
- 1986-04-25 JP JP61094888A patent/JPH0762628B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62251604A (ja) | 1987-11-02 |
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