JPH0810121B2

JPH0810121B2 - ひずみ測定器における較正装置

Info

Publication number: JPH0810121B2
Application number: JP19901786A
Authority: JP
Inventors: 真司久保寺
Original assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 1986-08-27
Filing date: 1986-08-27
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPS6355403A

Description

【発明の詳細な説明】（ａ）技術分野本発明は、ひずみ測定器における較正装置に関し、よ
り詳しくは、ひずみゲージを用いた抵抗ブリッジからな
る測定ブリッジにブリッジ電源から定電流を印加し該測
定ブリッジから得られる出力を増幅し測定出力を得るひ
ずみ測定器における較正装置に関するものである。

（ｂ）従来技術一般にひずみ測定器においては、ひずみ量を電気量に
変換するために少なくとも一辺にひずみゲージを含むホ
イートストンブリッジが入力側に接続されている。第５
図に示すように入力抵抗、出力抵抗共にRgなるホイート
ストンブリッジ60の入力端子61および61′に電圧Ｅを印
加するブリッジ電源62が接続されている場合において、
出力端子63,63′間のブリッジ出力電圧Eoと入力端子61,
61′間のブリッジ入力電圧Eiとの関係を説明する。尚、
64,64′はブリッジ電源62からブリッジ入力端子61,61′
までの接続ケーブルの線抵抗で、ｒはその抵抗値であ
る。

上記ホイートストンブリッジを駆動するのに二つの方
式がある。その一つは、定電圧駆動方式であり、もう一
つは定電流駆動方式である。

先ず定電圧駆動方式の場合は、ブリッジ入力電圧Eiと
ブリッジ出力電圧Eoとの関係は、（１）式のようにな
る。

Ei＝｛Rg/（Rg＋2r）｝・Ｅ ……（１）従って、接続ケーブルが長い場合には線抵抗ｒが大き
くなり該差が生じる。またこの該差を除去するためにリ
モートセンシング法を用いると、リモートセンシング用
の配線が別途必要となり、ブリッジ電源62からブリッジ
入力端子61,61′までの距離が長い（1000mに及ぶことが
ある）場合は、リモート・センシング用の配線分が不経
済であるばかりでなく設置、結線等の作業性も低下す
る。

一方、定電流駆動方式の場合には、ブリッジ入力電圧
Eiは、（２）式の関係となる。

Ei＝Ｉ・Rg ……（２）この場合、電源電流Ｉが一定であるから線抵抗ｒの影
響を受けなくなる。しかしながら、（２）式からわかる
ようにブリッジ抵抗Rgが変ると、つまり実際の測定にお
いては異なる抵抗（公称ゲージ抵抗）のひずみゲージと
交換すると、入力電圧Eiが変化する。一般に、第５図に
示すブリッジ回路がひずみゲージで構成されている場合
においては、（３）式が成立する。

Eo＝Ｋ・ε・Ei/4 ……（３）ただし、上記（３）式において、Ｋはゲージ率、εは
ひずみである。従って、測定値となるブリッジ出力電圧
Eoは、本来ひずみεのみの関数でなければならないとこ
ろ、ブリッジ入力電圧Eiが変数として加わるため正確な
測定ができないか、あるいは一種類のゲージ抵抗のひず
みゲージしか使用できないという不都合がある。そこ
で、複数のゲージ抵抗で補正された較正値、例えば公称
ゲージ抵抗120Ωおよび350Ωのひずみゲージでそれぞれ
構成されたホイートストンブリッジに適合するように補
正された較正値2000με,1000με,500με等々を発生
する較正値発生回路65を設け、使用するひずみゲージの
公称ゲージ抵抗に応じて選択スイッチ66によって発生す
る較正値を適宜選択し、較正動作スイッチ67をONにして
利得調整回路68に注入する較正装置が既に考えられてい
る。つまり、この較正装置においては、較正値発生回路
65からの較正値電圧を利得調整回路68に注入し、外部操
作可能な可変抵抗器68aによって増幅器68bの利得を調整
してメータ（指示計）69の指針をフルスケール位置ある
いは所定の目盛線に合わせて基準位置（基準値）を設定
し得るように構成されている。このように構成された第
５図の較正装置において例えば、ゲージ抵抗が120Ωの
ひずみゲージによりホイートストンブリッジ60が組まれ
た荷重変換器であって、定格容量10tにおいて1850με
（με:10^-6ひずみ）のひずみを発生する荷重変換器の
較正を行なう場合について説明する。

先ず、較正値発生回路65で発生可能な較正値のうち上
記ひずみ量1850μεに最も近い値例えば2000μεを選ぶ
（その選択機構は図示していない）。すると、較正値発
生回路65からは公称ゲージ抵抗120Ωで補正された2000
μεに相当する較正値電圧（一般に１με＝１μｖとす
る）が出力され利得調整回路68に注入される。この較正
値発生回路65から出力される較正値2000μεと荷重変換
器の定格ひずみ1850μεとは、ずれているので、2000μ
εに対応する荷重を、次の（４）式により算出する。

（2000/1850）×10≒10.8（ｔ） ……（４）この2000μεの較正値出力（電圧または波形）を10.8
tとして測定出力の較正を行なう。すなわち、可変抵抗6
8aを調整してメータ69の指針を10.8tの目盛に合わせ
る。次に較正動作スイッチを67をOFFにして、測定すべ
き荷重を上記荷重変換器にかけると、そとのきのブリッ
ジ出力電圧Eoがバッファー増幅器70を介して利得調整回
路68に入力されてメータ69に表示される。

しかしながら、上記較正装置では、公称ゲージ抵抗と
して、120Ωと350Ωとについてしか較正値を補正できな
い。現在一般的に使われているゲージ抵抗の中には上記
120Ωと350Ω以外に500Ω,1000Ω等があり、また変換器
（ブリッジ回路60）を複数並列接続して使用することが
実際には多々あり、このように合成されたゲージ抵抗を
も考え合わせると、ゲージ抵抗は無数に存在することと
なり、このような多種のゲージ抵抗に対する較正値を生
成することは実際上不可能である。

一方、ひずみ測定器として較正可能な較正値は連続し
て設定できることが理想であるが、実際には端数のな
い、何らかの倍数関係が限られた較正値、例えば2000μ
ε,1000με,500με,100με,50με等を段階的に発生
させる構成となっている。そこで、仮に公称ゲージ抵抗
を120Ω,350Ω,500Ω,1000Ωの４種類に限定し、較正値
は上記2000με〜50μεの５種類に限定してみても上記
各々の公称ゲージ抵抗ごとに上記各々の較正値を補正す
るには４×５＝20種類の組合せになる（ただし重複の組
合せも含んでいる）。さらに、上述した、合成された公
称ゲージ抵抗によっても補正が可能な構成にしようとす
ると、部品点数が非現実的な数字に上り大嵩化し、およ
そ実用性のないものとなってしまう。

（ｃ）目的本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、その目
的とするところは、簡略な回路構成で、測定ブリッジに
組まれるひずみゲージのゲージ抵抗がいかなる値のもの
であっても常に正確な較正値電圧を発生させることがで
き、しかも操作が極めて簡単で、定電流駆動方式の利点
を悉く享受し得るひずみ設定器における較正装置を提供
することにある。

（ｄ）構成本発明は、上述の目的を達成させるため、ひずみゲー
ジを用いた抵抗ブリッジからなる測定ブリッジにブリッ
ジ電源から定電流を印加し該測定ブリッジから得られる
出力を増幅し測定出力を得るひずみ測定器において、あ
る基準となる抵抗値を有するひずみゲージで構成された
測定ブリッジから出力される所定のひずみ量に相当する
電圧と等しい較正値電圧を発生する較正値発生回路と、
上記測定ブリッジを構成するひずみゲージの抵抗値が上
記基準となる抵抗値と異なるときに当該ひずみゲージの
抵抗値を数値設定でき、その数値設定された抵抗値に対
応する設定信号を出力する抵抗値設定回路と、上記較正
値発生回路の入力側または出力側に回路挿入され、上記
抵抗値設定回路の上記設定信号によって設定された抵抗
値と上記基準となる抵抗値との比を上記較正値発生回路
の較正値電圧に乗算して補正された較正値電圧を生成せ
しめる補正値発生回路と、上記補正された較正値電圧お
よび上記測定ブリッジの出力を選択的に受け、上記補正
された較正値電圧を外部操作により設定される利得によ
って所定のレベルに調整して出力すると共に上記測定ブ
リッジの出力を受け上記補正された較正値電圧と関係づ
けられた測定出力を出力する利得設定回路とをもって構
成したものである。

以下、本発明の要旨を実施例に基づき詳述する。

第１図は、本発明に係るひずみ測定器における較正装
置の一実施例の概略構成を示すブロック図であり、第２
図は同実施例の回路構成を示す回路図である。

第１図において、１は少なくとも一辺にひずみゲージ
を含んで構成されたホイートストンブリッジ回路すなわ
ち、測定ブリッジを有し、物理量を電気量に変換する荷
重変換器、圧力変換器、変位変換器等の変換部であり、
２は変換部１からの電気量を受けるボルテージホロワ等
による増幅度が「１」の緩衝増幅回路である。３は緩衝
増幅回路２の出力を受け、変換抵抗器等によって利得が
外部設定可能な可変利得増幅器による利得設定回路であ
り、４は利得設定回路３の出力をアナログ表示するメー
タ等による表示回路である。５は一定電圧を保持する基
準電圧発生回路であり、６はこの基準電圧発生回路の出
力電圧を分圧して所定の較正値を発生する較正値発生回
路である。７は各桁が４ビットBCD出力を有するデジタ
ルスイッチを３桁分（３個）用いて構成された抵抗値設
定回路であり、８は、較正値発生回路６の出力電圧に抵
抗値設定回路７で設定された抵抗値と、後述するある基
準となる抵抗値との比（係数）を上記較正値電圧に乗じ
て補正された較正値電圧を発生する補正値発生回路であ
る。９はトランスファー接点による動作切換スイッチ
で、9aは常開接点、9bは常閉接点、9cは共通接点であ
る。つまり、常開接点9aが閉成されたとき（CALの文字
で表示された側に倒されたとき）は較正動作になり、常
閉接点9bが閉成されたとき（MEASの文字で表示された側
に倒されたとき）は測定動作となるように構成されてい
る。一方、10は変換部１のホイートストンブリッジ回路
を駆動するための供給電流を検出する電流検出回路であ
り、11はこの電流検出回路10の出力と上記基準電圧発生
回路５の出力とを比較して制御信号を出力する比較回路
であり、12はこの比較回路からの制御信号に基づいて変
換部１に供給する駆動電流を一定に保持する電流制御回
路であり、13はこの電流制御回路12の制御を受ける非安
定化電源である。尚、上記基準電圧発生回路５、電流検
出回路10、比較回路11、電流制御回路12および非安定化
電源13とをもって定電流源14を構成しており、従って、
測定ブリッジへのブリッジ電源供給方式は、定電流駆動
方式となっている。また、基準電圧発生回路５は、較正
値発生回路６と比較回路11とで共用している。

第２図において、15は少なくとも一辺に公称ゲージ抵
抗Rgなるひずみゲージを含み、入力抵抗と出力抵抗が共
に略同一の抵抗値のRgを有する測定ブリッジとしてのホ
イートストンブリッジ回路（以下「ブリッジ回路」と略
称する）であり、16,16′はブリッジ入力端子で、ブリ
ッジ電源としての定電流源14に接続され、17,17′はブ
リッジ出力端子である。尚、以下ブリッジ入力端子16−
16′間の電圧をブリッジ入力電圧と称びEiで表わし、ブ
リッジ出力端子17−17′間の電圧をブリッジ出力電圧と
称びEoで表わすものとする。18はブリッジ回路15に外乱
を与えないためにブリッジ出力抵抗Rgに比べて十分に大
きな入力インピーダンスを有するボルテージホロワで上
記ひずみゲージの１μεひずみに対して１μＶを出力
し、その入力端にはブリッジ出力端子17,17′がそれぞ
れ接続されている。

19は演算増幅器であり、非反転入力端は接地されてい
る。20,20′は共に等しい抵抗値Riを有する入力抵抗
で、一端は共通に接続されて演算増幅器19の反転入力端
に接続され、入力抵抗20の他端はボルテージホロワ18の
出力端に接続され、入力抵抗20′の他端は動作切換スイ
ッチ９の共通接点9cに接続されている。21は可変抵抗器
よりなる帰還抵抗で、演算増幅器19の反転入力端と出力
端間に接続されている。尚、上記入力抵抗20,20′、帰
還抵抗21および演算増幅器19をもって反転加算増幅器が
構成され、以下この回路部分を利得設定回路３と称する
こととする。22は表示器４としてのメータで、一端は利
得設定回路３の出力端に接続され、他端は接地されてい
る。この利得設定回路３の出力が1Vのときフルスケール
を指示する。一方、23は基準電圧発生回路５としての基
準電源であり、負極端は接地されその出力電圧をEsと表
わす。24〜29は較正値を発生させたための分圧抵抗で、
それぞれの抵抗値をr₁〜r₆で表わす。30は外部操作可能
なロータリースイッチよりなる較正値選択スイッチであ
り、30a〜30eはそれぞれ2000με接点、1000με接点、
500με接点、100με接点および50με接点であり、30
fは共通接点である。分圧抵抗24の一端は基準電圧23の
正極端に接続され、他端は直列に接続された分圧抵抗25
〜29を介して接地されている。また、2000με接点30a
は、分圧抵抗24と25の接続点に接続され、以下同様に10
00με接点30b〜50με接点30eは、それぞれ分圧抵抗25
と26、分圧抵抗26と27、分圧抵抗27と28、分圧抵抗28と
29の接続点に接続されている。尚、分圧抵抗24〜29と較
正値選択スイッチ30とからなる回路部分（図中破線で包
囲した部分）は較正値発生回路６を構成している。ま
た、2000με接点〜50με接点のそれぞれの出力電圧
を、V₁〜V₅で表わしたときの分圧抵抗24〜29の抵抗値r₁
〜r₆との関係は、下記（５）式のとおりに構成されてい
る。

「V₁＝｛（r₂＋r₃＋r₄＋r₅＋r₆）/r₀｝・Es＝2000μＶ V₂＝｛（r₃＋r₄＋r₅＋r₆）/r₀｝・Es＝1000μＶ V₃＝｛（r₄＋r₅＋r₆）/r₀｝・Es＝500μＶ V₄＝｛（r₅＋r₆）/r₀｝・Es＝100μＶ V₅＝（r₆/r₀）・Es＝50μＶ」 ……（５）ただし、r₀＝r₁＋r₂＋r₃＋r₄＋r₅＋r₆ 上記共通接点30fは、補正値発生回路８の入力端に接
続され、この補正値発生回路８の出力端は動作切換スイ
ッチ９の常開接点（CAL側接点）に接続されている。31
〜33は抵抗値設定回路７の各桁のそれぞれ４ビットから
なる設定信号としての抵抗値制御出力信号で、31が最下
位桁、33が最上位桁の抵抗値制御出力信号である。

第３図は、本発明の要部である補正値発生回路８の具
体的な一実施例を示す回路図である。

同図において、34は較正値入力端子で、較正値発生回
路６の共通接点30fに接続される。35a〜35e、36a〜36e
および37a〜37eは、アナログスイッチで、それぞれＩは
入力端子、Ｏは出力端子、Ｃは制御入力端子である。こ
のアナログスイッチは、制御入力端子ＣがＨレベルにな
ると、入力端子Ｉと出力端子Ｏが接続状態になり、Ｌレ
ベルで開放状態になる。38a〜38e、39a〜39eおよび40a
〜40eはそれぞれ入力抵抗であり、それぞれの抵抗値
は、入力抵抗38a,38b,38c,38dがそれぞれ８Ω,4Ω,2Ω,
1Ωであり、これらの抵抗値は入力抵抗39a〜39d、40a〜
40dにおいても同じである。尚、入力抵抗38e,39e,40eの
抵抗値は、それぞれ800Ω,80Ω,8Ωである。41a〜41cお
よび42はそれぞれ演算増幅器であり、非反転入力端が接
地されて反転増幅器を形成している。43a〜43cはそれぞ
れ演算増幅器41a〜41cの反転入力端と出力端の間に接続
された帰還抵抗であり、それぞれの抵抗値は800Ω,80
Ω,8Ωである。また、上記入力抵抗38a〜38eは、一端が
共通に接続されて演算増幅器41aの反転入力端に接続さ
れ、他端はそれぞれ上記アナログスイッチ35a〜35eの出
力端子Ｏに接続されている。そして、上記アナログスイ
ッチ35a〜35e、36a〜36eおよび37a〜37eの入力端子Ｉ
は、共通に接続されて較正値入力端子34に接続されてい
る。また、上記同様にアナログスイッチ36a〜36eおよび
37a〜37eの出力端子Ｏには、それぞれ入力抵抗39a〜39e
および40a〜40eの一端が直列接続され、他端はそれぞれ
共通に接続されてそれぞれ演算増幅器41bおよび41cの反
転入力端子に接続されている。45は演算増幅器42の反転
入力端と出力端間に接続された抵抗値Ｒの帰還抵抗であ
り、46a〜46cは抵抗値Ｒの入力抵抗で、その一端はそれ
ぞれ演算増幅器41a〜41cの出力端に接続され、他端は共
通に接続されて演算増幅器42の反転入力端に接続されて
いる。47は、補正値発生回路８の出力端子で、動作切換
スイッチ９の常開接点（CAL側接点）9aに接続されてい
る。尚、演算増幅器42の出力端は上記補正値発生回路８
の出力端子47に接続されている。

一方、48a〜48cは４つの入力端子を有する負論理入力
ANDゲートで、それぞれの出力端子はアナログスイッチ3
5e,36eおよび37eの制御入力端子Ｃに接続されている。4
9a〜49d、50a〜50dおよび51a〜51dはそれぞれ４ビット
のBCD信号で、それぞれアナログスイッチ35a〜35d、36a
〜36dおよび37a〜37dの制御入力端子Ｃに１対１に接続
され、かつ負論理入力ANDゲート48a〜48cのそれぞれの
入力端と１対１に接続されている。尚、49a,50a,51aは
それぞれ最下位ビット（LSB）であり、49d,50d,51dはそ
れぞれ最上位ビット（MSB）である。

52は抵抗値設定回路７としての３桁からなるデジタル
スイッチで、B1〜B3はそれぞれ抵抗値制御出力信号31〜
33に対応しB1は１位の４ビットBCD出力端子、B2,B3はそ
れぞれ10位、100位の４ビットBCD出力端子、Ｉは信号を
生成するための電源入力端子で＋5Vが供給され、Ｇは共
通接点端子で、接地されている。また、53a〜53cはそれ
ぞれ抵抗値の１位、10位、100位を数値設定するツマミ
であり、０〜９まで設定でき、54a〜54cは上記各桁の設
定ツマミで設定された数値０〜９を表示するそれぞれの
表示窓である。

第４図は、定電流源14の原理的構成を示す回路図であ
る。

同図において、55は第１図における電流検出回路10と
しての電流検出抵抗、56は比較回路11としての誤差増幅
器、57は電流制御回路12としての制御トランジスタ、5
8,58′はブリッジ電源としての定電流の出力端子で、第
２図のブリッジ入力端子16,16′にそれぞれ接続され
る。上記電流検出抵抗55の一端は出力端子58に接続され
ると共に誤差増幅器56の反転入力端に接続され、他端は
接地されると共に非安定化電源13の負極側と接続されて
いる。上記誤差増幅器56の非反転入力端子には、基準電
圧発生回路５としての基準電源23の正極端が接続され、
この誤差増幅器56の出力端子には制御トランジスタ57の
ベースが接続され、この制御トランジスタ57のコレクタ
は非安定化電源13の正極側に接続され、エミッタは出力
端子58′に接続されている。

次に、上述のように構成された本実施例の動作につい
て説明する。説明の都合上、先ず第４図のブリッジ電源
としての定電流源14の動作を先に説明する。

非安定化電源13からの供給電流が電流検出抵抗55に流
れて発生する電圧をErとすると、誤差増幅器56は、この
電圧Erと基準電源23の出力電圧Esとを比較し、Esよりも
Erが小さい場合には制御トランジスタ57のベース電位を
上昇させて供給電流を増加させ、逆にEsよりもErが大き
い場合には制御トランジスタ57のベース電位を下降させ
て供給電流を低下させ、結果として一定電流を供給す
る。

さて、次に、定電流源14を除いた本実施例全体の動作
を説明する。

今、ひずみ測定器の入力として接続されるセンサが定
格容量10t、定格ひずみ1850μεの荷重変換器であっ
て、ブリッジ回路15を構成するひずみゲージが、公称ゲ
ージ抵抗508Ωのものが用いられている場合を例にして
説明する。先ず、較正のための操作としては、上記定格
ひずみ1850μεに最も近い較正値を較正値選択スイッチ
30（第２図）によって選択する。つまり、この場合選択
スイッチ30を回して2000με接点30aに共通接点30fを接
続する。次に、デジタルスイッチ52（第３図）の１位の
桁設定ツマミ53aを回してその表示窓54aが「８」を表示
するようにする。以下同様に、10位桁の表示窓54bの表
示が「０」、100位桁の表示窓54cの表示が「５」になる
ように設定ツマミ53b,53cを回す。さらに、動作切換ス
イッチ９をCAL側に倒す。この例の場合、較正値入力端
子34（第３図）に入力される電圧は、測定ブリッジを構
成するひずみゲージのゲーシ抵抗（基準となる抵抗）の
抵抗値が１Ωであると仮定したときの2000μεに相当す
る2000μＶの電圧が印加される。そして、デジタルスイ
ッチ52の１位桁BCD出力端子B1からは10進数の「８」に
対応するBCDが、10位桁BCD出力端子B2からは10進数
「０」に対応するBCDが、100位桁BCD出力端子B3からは1
0進数「５」に対応するBCDがそれぞれ出力される。つま
り、１位桁のBCD出力信号51a〜51cはＬレベル、BCD出力
信号51dはＨレベルとなり、10位桁BCD出力信号50a〜50d
はすべてＬレベル、また、100位桁BCD出力信号のうち49
aはＨレベル、49bはＬレベル、49cはＨレベル、49dはＬ
レベルとなる。従って、100位桁の回路においてはアナ
ログスイッチ35a,35cがONとなり入力抵抗38aと38cが演
算増幅器41aの入力抵抗として有効になる。そして合成
された入力抵抗は、16/10Ωとなり帰還抵抗43aは800Ω
であるから、演算増幅器41aは500倍の増幅度を持つ反転
増幅器として動作する。さらに、10位桁の回路では、ア
ナログスイッチ36a〜36dは非動作状態であり、負論理入
力ANDゲート48bの出力がＨレベルとなり、アナログスイ
ッチ36eのみONとなり、演算増幅器41bの反転入力端子は
入力抵抗39eを介して設置され、その出力は0Vと保持す
る。次に１位桁の回路においては、アナログスイッチ37
dのみがONとなり、入力抵抗40dのみが演算増幅器40cの
入力抵抗として有効になる。従って、演算増幅器41cは
８倍の増幅度を持った反転増幅器として動作する。これ
らの結果を数値で示すと、演算増幅器41の出力電圧は、
2000（μＶ）×500＝１（Ｖ）となり、演算増幅器41cの
出力電圧は、2000（μＶ）×８＝0.016（Ｖ）となり、
演算増幅器42よりなる加算増幅器で加算され、１＋0.01
6＝1.016Vとなり、較正値2000μεが公称ゲージ抵抗503
Ωで補正された出力電圧1.016Vが出力端子47より出力さ
れる。

さて、公称ゲージ抵抗とブリッジ抵抗が相等しくRgで
ある場合（一般にはそのようにブリッジを構成する）、
ブリッジ入力電圧Eiは、定電流駆動方式なので、一定の
供給電流をＩとすると、（６）式となる。

Ei＝Ｉ・Rg ……（６） Eo＝Ｋ・ε・Ｉ・Rg/4 ……（７）また、従来技術項に示した（３）式に上記（６）式を
代入すると（７）式が得られる。

そこで、利得がＧ、出力がEtでる任意の増幅系を想定
し、この増幅系に上記（７）式で示されるEoが入力され
たとき、その入出力関係は（８）式および（８）′式と
なる。

Et＝Ｇ・Eo ……（８） Et＝Ｇ・Ｋ・ε・Ｉ・Rg/4 ……（８）′ そして、補正値発生回路の出力Ecは、定電流Ｉを受け
るブリッジ回路15のひずみゲージの基準となる抵抗値Rs
を１Ωと想定すると、 Ec＝ε・Rg/Rs＝ε・Rg ……（９）と表わせるから、（８）′式より次の（10）式が得られ
る。

Et＝Ｇ・Ｋ・Ｉ・Ec ……（10）このことから利得設定回路３の出力をEtとすれば、利
得設定回路３は（10）式中の利得Ｇを持った増幅器とし
て実現される。

ところで、補正値発生回路８から出力される補正され
た補正値2000μεと荷重変換器の定格ひずみ1850μεと
はずれているので、荷重変換器に発生する2000μεに対
応する荷重を次の式（11）により算出する。

（2000/1850）×10＝10.8（ｔ） ……（11）この2000μεの較正値出力を10.8tとして測定出力の
較正を行なう。

すなわち、動作切換スイッチ９を常開接点9a側に倒し
た状態で帰還抵抗21を調整してメータ22の指針を10.8t
の目盛に合わせればよい。

この較正操作の段階でメータ22の指針10.8tに合わせ
ず、以下に説明するように、フルスケール（10tの目
盛）になるように合わせて、測定値を補正するようにし
てもよい。この場合、先に求めた補正値発生回路８の出
力電圧Ec＝1.016Vは、動作切換スイッチ９を介して入力
抵抗20′に加わるので、メータ22がフルスケールになる
ように可変抵抗器21を設定する。尚、この時点におい
て、上記荷重変換器には荷重が加わっていないので、ブ
リッジ回路15の出力Eoは0Vであり、従って入力抵抗20に
印加される電圧も0Vが保持されている。ここで、ゲージ
率Ｋ＝2.0、ブリッジ回路15への供給電流Ｉ＝2mAとすれ
ば、このときの利得Ｇは、メータ22のフルスケールが1V
であるから、次の（11）式よりEt＝1Vとおいて、利得Ｇ
を求めると、Ｇ＝４・Et/K・Ｉ・Ec＝984.25 （12）となり、利得設定回路３の利得をＧ＝984.25に設定する
ことによって上記定格の荷重変換器に対する2000μεに
おける較正が行なえたことになる。

次に、動作切換スイッチ９をMEAS側に倒し、つまり常
閉接点9bを閉成して、入力抵抗20′への印加電圧を0Vと
し、測定動作に移る。そして、上記荷重変換器に測定す
べき未知の荷重（ただし説明の都合上、この荷重は10t
であるとする）が印加されたとすると、上記荷重変器／
の定格ひずみは1850μεであるからブリッジ出力端子1
7,17′間の電圧Eoは、（７）式より Eo＝Ｋ・ε・Ｉ・Rg/4＝2.0×1850×10^-6×２×10^-3 ×508÷４≒0.9398×10^-3V ……（13）となる。そして、ボルテージホロワ18は入出力が１対１
であるから（８）式に、（12）式と（13）式を代入し
て、 Et＝Ｇ・Eo＝984.25×0.9398×10^-3＝0.925V……（14）すなわち、フルスケール（10tの目盛）が1Vであるか
ら、メータ22は9.25tを指示している。そこで、（４）
式より真値＝（2000/1850）×9.25t＝10t ……（15）となり、今、上記荷重変換器に印加された未知の荷重が
10tであったとして測定される。

上述のように、本実施例によれば補正値発生回路８を
３桁のデジタルスイッチで構成しているので、少なくと
も１〜999Ωまで１Ω刻みで任意の公称ゲージ抵抗（勿
論、ひずみゲージの固有の実測抵抗値によってもよい）
が設定でき、従って、１〜999Ωまでの１Ω刻みのゲー
ジ抵抗に対する較正値の補正が可能であるため、接続ケ
ーブルの線抵抗ｒの影響を受けない定電流駆動方式の利
点をさらに拡大したひずみ測定器を得ることができる。
すなわち、定電流駆動方式の場合、ゲージ抵抗による較
正値の補正を行なわなれれば、一種類のゲージ抵抗のひ
ずみゲージにしか対応できず、また、既述したように、
補正が行ない得たとしても従来は、せいぜい120Ωと350
Ωの二種類でしか補正できなかった。そして、補正でき
るゲージ抵抗の種類を従来の方法で増やそうとすれば部
品点数が膨大な数字（単純計算でも、固定抵抗器が999
本以上、それを切換える接点も999個以上必要）にな
り、また部品点数が増加すれば組立工数が増加し、調整
・検査等の工数も膨大となり、実質上製作不可能であっ
たところ、上述した実施例によれば、僅かの部品点数
で、上述のように１〜999Ωまで、つまり999種類の補正
が可能となり、実用上、あらゆるゲージ抵抗に対応が可
能になる。その結果、定電流駆動方式の利点を活かしつ
つ、測定精度の向上と較正・測定の操作生の向上を実現
することができる。

尚、本発明は、上述の実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施で
きるものである。

例えば、較正値発生回路６は、補正値発生回路８の出
力側に設けることも可能であり、またスイッチにより測
定時に測定系から切離すように構成すれば利得調整回路
３の出力側に設けることも可能である。

また、抵抗値設定回路７および補正値発生回路８は３
桁構成に限ることなく、３桁以上、または３桁以下の構
成も可能であり、さらに整数に限ることなく、小数点以
下を設定する構成も可能である。この場合、例えばブリ
ッジ抵抗350Ωのブリッジ回路を４つ並列接続した87.5
Ω等の設定が可能になり一層実用性が向上する。

また、表示回路４はメータ22に限ることなく、さらに
アナログ表示に限ることなく表示回路４としてA/D変換
器を備えたデジタルメータを用いることも可能である。
また、利得設定回路３の出力に外部出力端子を設けてア
ナログ記録計、例えばペンレコーダ、電磁オシログラフ
等に接続することも可能である。

また、上記実施例における較正値発生回路において
は、50με,100με,500με等のように予め決められた
数種類の較正値に対応する較正値電圧しか出力できない
が、抵抗値設定回路７および補正値発生回路８と同様な
構成とし、桁数を５桁とすれば、１με〜10000μεの
範囲に亘って１με単位の較正値を発生させることがで
きる。従って、この場合には（11）式および（15）式の
ような比例計算等を行なうことなく容易に較正を行なう
ことができる。

また、動作切換スイッチ９を実施例では、補正値発生
回路８の出力端と入力抵抗20′との間に設けたが第２図
において、入力抵抗20の一端（ボルテージホロワ18の出
力端側）とボルテージホロワ18の出力端とを切離し、該
入力抵抗20の一端に共通接点9cを接続し、補正値発生回
路８の出力端に常開接点9aを接続し、ボルテージホロワ
18の出力端に常閉接点9bを接続するように構成してもよ
い。このように構成すれば、入力抵抗20′を不要化でき
るばかりでなく、較正時に変換部に負荷（荷重、圧力、
力等）がかかっていると否とに関係なく、較正を行なう
ことができ、一層好都合である。

（ｅ）効果以上詳述したように、本発明によれば、簡略な構成
で、定電流源が印加される測定ブリッジに組まれたひず
みゲージがいかなる抵抗値のものであってもその抵抗値
に応じて補正された正確な較正値電圧を発生させること
ができ、しかも操作が極めて簡単で、定電流駆動方式の
利点を悉く享受し得るひずみ測定器における較正装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るひずみ測定器における較正装置
の一実施例の概略構成を示すブロック図、第２図は、同
実施例の具体的回路構成を示す回路図、第３図は、本発
明の要部である補正値発生回路の具体的な回路構成を示
す回路図、第４図は、本発明に用いられる定電流源の原
理的な回路構成を示す回路図、第５図は、従来装置のブ
ロック図である。１……変換部、２……緩衝増幅回路、３……利得設定回路、４……表示回路、５……基準電圧発生回路、６……較正値発生回路、７……抵抗値設定回路、８……補正値発生回路、９……動作切換スイッチ、 10……電流検出回路、 11……比較回路、 12……電流制御回路、 13……非安定化電源、 14……定電流源、 15……ホイートストンブリッジ回路、 18……ボルテージホロワ、 19……演算増幅器、 20,20′……入力抵抗、 21……利得設定用可変抵抗器、 22……メータ、 23……基準電源、 24〜29……較正値発生用分圧抵抗、 30……較正値選択スイッチ、 31……抵抗値制御出力信号、 35a〜35e,36a〜36e,37a〜37e……アナログスイッチ、 38a〜38e,39a〜39e,40a〜40e,46a〜46c……入力抵抗、 41a〜41c,42……演算増幅器、 43a〜43c,45……帰還抵抗、 52……３桁デジタルスイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ひずみゲージを用いた抵抗ブリッジからな
る測定ブリッジにブリッジ電源から定電流を印加し該測
定ブリッジから得られる出力を増幅し測定出力を得るひ
ずみ測定器において、ある基準となる抵抗値を有するひ
ずみゲージで構成された測定ブリッジから出力される所
定のひずみ量に相当する電圧と等しい較正値電圧を発生
する較正値発生回路と、上記測定ブリッジを構成するひ
ずみゲージの抵抗値が上記基準となる抵抗値と異なると
きに当該ひずみゲージの抵抗値を測定設定でき、その数
値設定された抵抗値に対応する設定信号を出力する抵抗
値設定回路と、上記較正値発生回路の入力側または出力
側に回路挿入され、上記抵抗値設定回路の上記設定信号
によって設定された抵抗値と上記基準となる抵抗値との
比を上記較正値発生回路の較正値電圧に乗算して補正さ
れた較正値電圧を生成せしめる補正値発生回路と、上記
補正された較正値電圧および上記測定ブリッジの出力を
選択的に受け、上記補正された較正値電圧を外部操作に
より設定される利得によって所定のレベルに調整して出
力すると共に上記測定ブリッジの出力を受け上記補正さ
れた較正値電圧と関係づけられた測定出力を出力する利
得設定回路とを具備してなることを特徴とするひずみ測
定器における較正装置。