JPH08201202A - ひずみゲージ式変換器のブリッジ平衡調整回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一般的な固定抵抗器を用いてブリッジの平衡
調整が容易に迅速に且つ正確に行え、長期に亘り安定し
て平衡状態を保持することができるひずみゲージ式変換
器のブリッジ平衡調整回路を提供する。 【構成】 ４つの例えばひずみゲージのような抵抗体Ｒ
1 〜Ｒ4 をもってブリッジ回路が形成され、正・負の入
力端ｂ，ｄ間には、ブリッジ電源Ｅの正・負電極が接続
されている。もし、ブリッジ回路に不平衡がある場合、
先ず、粗調整用固定抵抗器Ｒ11，Ｒ12のいずれかを、抵
抗体Ｒ3 またはＲ4 のいずれかに並列に接続する。その
後、中間調整用固定抵抗器Ｒ13、またはＲ14を同様に並
列接続する。最後に、微調整用直列抵抗器Ｒ15を選択・
接続し、次いで、上記調整用固定抵抗器が加えられた状
態で微調整用固定抵抗器Ｒ16，Ｒ17を選択接続すること
で、簡単、迅速、且つ正確にブリッジ回路の平衡調整を
行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ひずみゲージ式変換器
のブリッジ平衡調整回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ひずみゲージ式変換器のブリッジ
平衡調整回路は、一般に図８に示すような回路で構成さ
れる。図８に示す回路例は、ホイートストンブリッジ回
路を形成する４個の抵抗体Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 のア
ンバランスを調整するのに可変抵抗器ＶＲ1 を用いた場
合である。抵抗器Ｒ25は、可変抵抗器ＶＲ1 の感度を減
縮させる抵抗である。ホイートストンブリッジ回路は、
ブリッジ電源Ｅにより励起される。

【０００３】図９は、ホイートストンブリッジ回路を構
成する４個の抵抗体Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 のアンバラ
ンスを調整するのに、複数段の固定抵抗器Ｒ31〜Ｒ37を
用いた場合の一例を示している。本回路において、各抵
抗器の記号と共に示した括弧内の数値または記号は、抵
抗値を表している。記号∞は、抵抗器不接続と等価であ
る。よって、抵抗器Ｒ31、Ｒ34およびＲ36は、実質的に
回路への接続はなされない。これらの抵抗器の内、特に
抵抗器Ｒ37の抵抗値１０．８３ＭΩは超高抵抗値であ
る。

【０００４】図８に示す可変抵抗器を用いた平衡調整回
路（以降、「可変抵抗平衡調整回路」ともいう）の長所
としては、下記の点が挙げられる。 １）調整が容易である。 短所としては、下記の点が挙げられる。 11）微細な調整が困難である。 12）安定性（対温度、対振動、対時間、等）に劣る。 13）取付け空間が大きくなり易い。

【０００５】また、図９に示す固定抵抗器を用いた平衡
調整回路（以降、「固定抵抗平衡調整回路」ともいう）
の長所としては、下記の点が挙げられる。 ２）安定性が高い。 短所としては、下記の点が挙げられる。 14）製作性の低い超高抵抗値の抵抗器を必要とする。

【０００６】このような２種類のホイートストンブリッ
ジ回路の平衡調整回路は、それぞれ上掲の様な長所およ
び短所を有している。現実的な製品における平衡調整回
路は、該当する製品に於いて求められる特性を基に、短
所を出来るだけ補いつつ何れかの一方を一般的に選択す
ればよい。例えば、取付けスペースの十分ある製品にお
いては、可変抵抗器として高安定で多回転型のポテンシ
ョメータを用いて可変抵抗平衡調整回路を構成する。こ
の構成により、上掲の短所11）を押え長所１）の活用を
図る。

【０００７】また、スペースが無いか、または振動を受
ける製品においては、固定抵抗平衡調整回路を構成す
る。この場合の平衡調整は、多種類の抵抗値の抵抗器を
予め準備しておき、これらの中から適当な抵抗値の抵抗
器を選択して行う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一部の
製品においては、調整抵抗の取付けスペースが限られ、
且つ振動を受けるにも拘らず、長期安定性を要求される
ものがある。この様な製品において、更にブリッジ平衡
特性の高安定性の要求に応えなければならない。この種
の製品に対して、上記の図８、図９に示す例では求めら
れる要求を十分に満たすことはできない。

【０００９】この場合、現実的には固定抵抗平衡調整回
路を採用するとすれば、超高抵抗値の抵抗器を含めて多
種類の抵抗器を準備し、長時間の調整工数を掛けること
を余儀無くされる。特に抵抗値が大きいＭΩ台で、小
型、高精度、低価格の抵抗器は、一般的には得難い状況
にあり、現時点では、現実性に乏しい。本発明は、極力
少ない個数の一般的な固定抵抗器を用いてブリッジの平
衡調整が容易且つ正確に行い得ると共に、長期に亘り安
定した平衡状態を保持し得るひずみゲージ式変換器のブ
リッジ平衡調整回路を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明のひずみゲージ式変換器のブリッジ平衡調整
回路は、ブリッジ電源の正・負入力端間に直列に接続さ
れた第１の２辺と、同じく前記正・負入力端間に直列に
接続された第２の２辺とで構成されるホイートストンブ
リッジ回路の平衡を調整するひずみゲージ式変換器のブ
リッジ平衡調整回路において、前記ホイートストンブリ
ッジ回路の、前記第２の２辺の少なくとも何れか１辺と
並列に接続された第１の固定抵抗器群と、前記第２の２
辺間の接続点と一端が接続された第２の固定抵抗器と、
前記第２の２辺と前記第１の２辺との間の２つの接続点
の一方の接続点と、前記第２の固定抵抗器の他端との間
に接続された第３の固定抵抗器と、前記第２の２辺と前
記第１の２辺との間の２つの接続点の他方の接続点と、
前記第２の固定抵抗器の他端との間に接続された第４の
固定抵抗器とを有し、前記ホイートストンブリッジ回路
の平衡調整を行うに際し、前記第１の固定抵抗器群で粗
調整を行い、前記第２〜第４の固定抵抗器で微調整を行
い得るように構成したことを特徴としている。

【００１１】また、上記目的を達成するため、本発明の
ひずみゲージ式変換器のブリッジ平衡調整回路は、ブリ
ッジ電源の正・負入力端間に直列に接続された第１の２
辺と、同じく前記正・負入力端間に直列に接続された第
２の２辺とで構成されるホイートストンブリッジ回路の
平衡を調整するひずみゲージ式変換器のブリッジ平衡調
整回路において、前記ホイートストンブリッジ回路の前
記第１の２辺のうちの１辺と前記第２の辺のうちの１辺
であって互いに隣接して接続される２つの辺の少なくと
も何れか１辺と並列に接続された第１の固定抵抗器群
と、前記第２の２辺間の接続点と一端が接続された第２
の固定抵抗器と、前記第２の２辺と前記第１の２辺との
間の２つの接続点の一方の接続点と、前記第２の固定抵
抗器の他端との間に接続された第３の固定抵抗器と、前
記第２の２辺と前記第１の２辺との間の２つの接続点の
他方の接続点と、前記第２の固定抵抗器の他端との間に
接続された第４の固定抵抗器とを有し、前記ホイートス
トンブリッジ回路の平衡調整を行うに際し、前記第１の
固定抵抗器群で粗調整を行い、前記第２〜第４の固定抵
抗器で微調整を行い得るように構成したことを特徴とし
ている。

【００１２】また、本発明に係る前記第１の固定抵抗器
群および前記第２〜第４の固定抵抗器は、所定の数値間
隔で設定された標準抵抗値の抵抗器であることをことを
特徴としている。また、本発明に係る、前記ブリッジ平
衡調整回路は、長期に亘って安定性が要求される圧力伝
送器に用いることを特徴としている。

【００１３】

【作用】上記のように構成されたひずみゲージ式変換器
のブリッジ平衡調整回路は、４つの抵抗体で構成される
ホイートストンブリッジ回路の不平衡を、第１の抵抗器
群で粗調整あるいは中間調整を行い、第２、第３および
／または第４の固定抵抗器で微調整を行うことで、容易
に、迅速に、且つ正確にホイートストンブリッジ回路の
平衡調整を行うことができ、しかも振動を受けるような
環境下でも長期に亘って安定して平衡状態を保持するこ
とができる。

【００１４】第２の固定抵抗器は、第３および第４の固
定抵抗器の作用を緩慢とする抵抗器として働き、第１の
固定抵抗器に比し第３および第４の固定抵抗器の感度を
より鈍感とする作用があるので、第３および第４の固定
抵抗器に超高抵抗値の抵抗器を用いないですむ。

【００１５】

【実施例】次に添付図面を参照して本発明によるひずみ
ゲージ式変換器のブリッジ平衡調整回路の実施例を詳細
に説明する。図１は、本発明のひずみゲージ式変換器の
ブリッジ平衡調整回路の一実施例の構成を示す回路図で
ある。

【００１６】〈回路構成例〉図１において、ホイートス
トンブリッジ回路は、例えばひずみゲージなどの４個の
抵抗体Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 によって構成される。こ
のホイートストンブリッジ回路の不平衡成分を７個の固
定抵抗器Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13、Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17の
中から所定の演算により求めた抵抗値に近い適宜な抵抗
値を持つ抵抗器を選択して調整する。ホイートストンブ
リッジ回路のブリッジ電源入力端ｂ，ｄ間には、ブリッ
ジ電源Ｅからブリッジ電圧が印加されるようになってい
る。

【００１７】なお、このブリッジ電源Ｅの供給路に感度
調整抵抗器Ｒ21が直列に接続され、さらに感度調整抵抗
器Ｒ21に並列に感度調整抵抗器Ｒ22が接続されている。
不平衡成分を調整するための７個（実際には、７個に限
らない）の固定抵抗器は、機能により大別して粗調整抵
抗器と微調整抵抗器とに分類され得る。つまり、粗調整
抵抗器は、第１の抵抗器群としての４個の固定抵抗器Ｒ
11、Ｒ12、Ｒ13、Ｒ14である。

【００１８】また、微調整抵抗器は、第２の固定抵抗器
としての微調整直列抵抗器Ｒ15と、第３の固定抵抗器と
しての２個の固定抵抗器Ｒ16、Ｒ17であり、固定抵抗器
Ｒ15は、微調整の感度調整用（即ち、感度鈍化用）であ
る。この構成において、最終調整は、第３の固定抵抗器
としての固定抵抗器Ｒ16およびＲ17によって成される。
ここで、本発明に係るひずみゲージ式変換器のブリッジ
平衡調整回路の構成について図１を参照して説明する。
ホイートストンブリッジ回路は、例えば、ひずみゲージ
を少なくともその一辺に含む４つの抵抗体で構成され
る。このホイートストンブリッジ回路のブリッジ電源Ｅ
の正・負入力端ｂ・ｄには、ブリッジ電源Ｅの正極・負
極がそれぞれ接続され、出力端ａ，ｃ間に、ホイートス
トンブリッジ回路の不平衡に伴う出力が表われる。

【００１９】このホイートストンブリッジ回路は、別の
表現をすれば、ブリッジ電源Ｅの正・負入力端ｂ・ｄ間
には、第１の２辺を形成する抵抗体Ｒ1 とＲ2 の直列回
路と、第２の２辺を形成する抵抗体Ｒ3 とＲ4 の直列回
路が接続されていることになる。

【００２０】図１の実施例の場合、第２の２辺をなす抵
抗体Ｒ3 とＲ4 のうち一方の辺の抵抗体Ｒ4 に対し並列
に固定抵抗器Ｒ12およびＲ14が見掛け上回路挿入されて
おり、他方の辺の抵抗体Ｒ3 に対しては固定抵抗器Ｒ11
およびＲ13が接続されることになるが、実質的には、固
定抵抗器Ｒ11，Ｒ14の部分はその抵抗値が∞であるの
で、開放されていることに等しい。尚、ここでは、固定
抵抗器Ｒ11〜Ｒ14は、第１の固定抵抗器群と称すること
とする。

【００２１】そして、第２の２辺をなす抵抗体Ｒ3 とＲ
4 の接続点、即ち一方の出力端ｃには、第２の固定抵抗
器Ｒ15の一端が接続されている。また、抵抗体Ｒ3 とＲ
4 でなる第２の２辺と、抵抗体Ｒ1 とＲ2 でなる第１の
２辺との間の２つの接続点、即ち、ブリッジ電源入力端
ｂ，ｄのうち、一方の接続点のｂと上記第２の固定抵抗
器Ｒ15の他端との間には、第３の固定抵抗器Ｒ16が接続
されており、また他方の接続点ｄと上記第２の固定抵抗
器Ｒ15の他端との間に第４の固定抵抗器Ｒ17が接続され
ている。

【００２２】尚、第１の抵抗器群としての固定抵抗器Ｒ
11〜Ｒ14は、粗調整用抵抗器であると説明したが、更に
細かく機能的に分けると、固定抵抗器Ｒ11とＲ12は、粗
調整用の抵抗器であり、固定抵抗器Ｒ13とＲ14は、中間
調整用の固定抵抗器である、ということができる。

【００２３】そして、これら粗調整用の固定抵抗器Ｒ1
1，Ｒ12は、原則的には、両方同時に接続されるもので
はなく、ホイートストンブリッジ回路の不平衡の状態に
よって、一方のみが接続されるものであり、例えば、Ｒ
1 ×Ｒ3 ＞Ｒ2 ×Ｒ4 であるときは、抵抗体Ｒ3 に固定
抵抗器Ｒ11を並列に回路接続することとなり、反対にＲ
1 ×Ｒ3 ＜Ｒ2 ×Ｒ4 であるときは、抵抗体Ｒ4 に並列
に固定抵抗器Ｒ12を回路接続することとなる。

【００２４】また、上記中間調整用の固定抵抗器Ｒ13と
Ｒ14も、原則的には両方同時に接続されるものではな
く、上記した粗調整の結果、回路接続された固定抵抗器
Ｒ11またはＲ12を含めたホイートストンブリッジ回路の
各対辺の固定抵抗器の抵抗値の積のいずれが大きいかに
より、一方のみが接続されるものである。例えば、粗調
整用の固定抵抗器としてＲ12が抵抗体Ｒ4 に並列に回路
接続されたとすれば、抵抗体Ｒ1 とＲ3 の積が、抵抗体
Ｒ2 と抵抗体Ｒ4 および固定抵抗器Ｒ12の合成抵抗Ｒ2
・（Ｒ4 //Ｒ12）の積より大きい場合には、固定抵抗器
Ｒ13を抵抗体Ｒ3 に並列に回路接続し、上記積の値が逆
の関係である場合は、固定抵抗器Ｒ14を抵抗体Ｒ4 に並
列に回路接続することとなる。

【００２５】〈調整手順例〉ここで、図１の調整手順例
を、以下に説明する。ホイートストンブリッジ回路の不
平衡を調整する調整手順を大別すると、下記の２つがあ
る。 イ．ブリッジを構成する各辺の抵抗値を測定し、理論的
に補正する。 ロ．不平衡量を測定し調整抵抗値を所定の辺に加え不平
衡量を順次小さくしていく。

【００２６】これらの各調整において、粗調整用（中間
調整用を含む）および微調整用として抵抗値が段階的に
異なる所定数の抵抗器を予め準備しておき、先に、概説
したように、これらの抵抗値の中から適当な物を選択し
て順次調整を進める。ひずみゲージでなるホイートスト
ンブリッジ回路とブリッジ電源Ｅを備える回路で、ホイ
ートストンブリッジ回路の平衡をとるには、先ず、＋粗
調整用固定抵抗器Ｒ11または、−粗調整用固定抵抗器Ｒ
12で調整を行う。

【００２７】次に、中間調整として、＋中間調整用固定
抵抗器Ｒ13または、−中間調整用固定抵抗器Ｒ14で調整
を行う。ここで、粗調整に比べて中間調整はより高い抵
抗値を必要とする。次に微調整を行うが、＋微調整用固
定抵抗器Ｒ16または、−微調整用固定抵抗器Ｒ17には、
更に高い抵抗値が必要となる。しかしながら、微調整用
直列抵抗器Ｒ15の作用により、中間調整抵抗器Ｒ13（Ｒ
14）と同程度の標準的な抵抗値で調整が可能となる。
具体的手順を以下に例示する。

【００２８】・第１段の粗調整 上記イの理論手順において、図１のホイートストンブリ
ッジ回路の各辺の抵抗値を、Ｒ1 ＝４９９．２６２３
Ω、Ｒ2 ＝Ｒ3 ＝Ｒ4 ＝Ｒ５００Ω、と仮定する。この
条件におけるホイートストンブリッジ回路の平衡を保持
するに必要とする、図１、図２における抵抗値Ｒ12（ま
たはＲ11）を求める。この場合、Ｒ1 ・Ｒ3（４９９．
２６２３Ω×５００Ω）＜Ｒ2 ・Ｒ4 （５００Ω×５０
０Ω）であるから、一粗調整用固定抵抗器Ｒ12を、抵抗
体Ｒ4 に並列に回路接続することとなる。

【００２９】抵抗体Ｒ1 の抵抗値Ｒ1 を基準抵抗値（５
００Ω）と並列接続の仮想抵抗値Ｒx の合成と仮定した
場合、下記の関係式が成立する。但し、記号//は、並列
接続を表す。

【００３０】 Ｒ1 ＝５００//Ｒx Ｒ1 ×Ｒ3 ≒Ｒ2 （Ｒ4// Ｒ12） ……（１） Ｒ12 ≒ Ｒx 関係式（１）よりＲx ＝３３８．３９１ＫΩが求まり、
Ｒ11＝Ｒ13＝Ｒ14＝∞（接続しない状態）となる。

【００３１】しかしこの有効数値６桁の抵抗値の固定抵
抗器Ｒ12をその都度準備することは非現実的であるた
め、第１段の粗調整では、所定の規格抵抗値の中から最
適なものを選択する。本実施例の場合、Ｒ12＝３１６Ｋ
Ωを選択し、Ｒ11は接続しないこととする（開放す
る）。この抵抗値Ｒ12の接続により、第１段の粗調整と
する。

【００３２】・第２段の粗調整 抵抗Ｒ4 とＲ12との並列接続抵抗値（合成抵抗）ｒ4
は、 ｒ4 ＝Ｒ4// Ｒ12＝５００Ω//３１６ＫΩ＝４９９．２
１０Ω となる。

【００３３】ｒ4 ＝４９９．２１０Ω＜Ｒ1 ＝４９９．
２６２３Ωの関係から、 Ｒ1 ・Ｒ3 ＞Ｒ2 ・（Ｒ4// Ｒ12） であることは明らかであるから、第２段の粗調整として
抵抗器Ｒ13を抵抗体Ｒ3に並列に回路接続する。この抵
抗体Ｒ3 の含まれる辺の合成抵抗値ｒ3 は、下記の関係
式から得ることができる。

【００３４】 Ｒ1 （Ｒ3// Ｒ13）＝Ｒ2 （Ｒ4// Ｒ12） ……（２） ｒ3 ＝Ｒ3// Ｒ13＝（Ｒ4// Ｒ12）Ｒ2 ／Ｒ1 ＝４９９．２１０×５００／４９９．２６２３＝４９９．９４７６［Ω］ 上記式から求められるＲ13の抵抗値は、４．７７ＭΩで
あり、よって、抵抗体Ｒ1 〜Ｒ3 およびｒ4 で構成され
るホイートストンブリッジ回路の平衡調整には、Ｒ13＝
４．７７ＭΩが必要となる。なお、抵抗器Ｒ14は、無接
続（Ｒ14＝∞）となる。この関係から第２段の粗調整で
は、予め用意された所定の基準抵抗値の中からＲ13＝
３．３ＭΩの抵抗値の中間調整抵抗器Ｒ13を選択して抵
抗体Ｒ3 に並列に接続する。この場合、固定抵抗器Ｒ14
は接続なしとする。 ・微調整 抵抗Ｒ3 とＲ13との並列接続抵抗値は、ｒ3 ＝Ｒ3// Ｒ
13＝５００//３．３ＭΩ＝４９９．９２４５３９Ω、と
なる。Ｒ1 〜Ｒ2 、ｒ4 およびｒ3 のホイートストンブ
リッジ回路の平衡調整には、図３のＲy ＝１０．８３Ｍ
Ω、が必要となる。この超高抵抗値の固定抵抗器は入手
が困難であるため、図３の抵抗Ｒ15、Ｒ16およびＲ17を
もってこれを調整する。

【００３５】図４は、図１、図２および図３に基づき上
記で設定した調整抵抗値を合成して書き改めたものであ
る。これらの抵抗Ｒ15、Ｒ16およびＲ17の抵抗値は、そ
の調整範囲、規格化抵抗値等を考慮して、Ｒ15＝３．３
ＭΩ、Ｒ16（またはＲ17）＝１ＭΩとし、Ｒ17（または
Ｒ16）を調整抵抗とする。調整抵抗Ｒ17の抵抗値は、例
えば、Ｙ−Δ変換を用いて行う。

【００３６】図５に基づき、下記関係式を得る。

【００３７】 ｒx ＝｛Ｒ17（Ｒ15＋Ｒ16）＋Ｒ15・Ｒ16｝／Ｒ16 ……（３） ｒy ＝｛Ｒ17（Ｒ15＋Ｒ16）＋Ｒ15・Ｒ16｝／Ｒ17 ……（４） ｒz ＝｛Ｒ17（Ｒ15＋Ｒ16）＋Ｒ15・Ｒ16｝／Ｒ15 ……（５） また、ホイートストンブリッジ回路の平衡条件から、関
係式（６）を得る。

【００３８】 Ｒ1 （ｒ3// ｒy ）＝Ｒ2 （ｒ4// ｒx ） ……（６） 関係式（６）は、順次下記の様に変換される。

【００３９】 Ｒ1 {(１／ｒ4)＋ (１／ｒx)｝＝Ｒ2 {(１／ｒ3)＋( １／ｒy)｝ ……（７） （Ｒ1 ／ｒ4)−（Ｒ2 ／ｒ3)＝（Ｒ2 ／ｒy)−（Ｒ1 ／ｒx) ＝{(Ｒ2・Ｒ17)-( Ｒ1・Ｒ16)}／｛Ｒ17（Ｒ15＋Ｒ16)+Ｒ15 ・Ｒ16｝…（８） 上記の関係式より、下記の手順によりＲ17の抵抗値が求
められる。

【００４０】−4.7257Ｅ-5＝{(500・Ｒ17)- (499.2623Ｅ
6)} ／{(4.3 Ｅ6・Ｒ17＋3.3 Ｅ12)} −47.257＝{(500・Ｒ17−499.2623Ｅ6)}／{(4.3・Ｒ17＋
3.3 Ｅ6 ） Ｒ17（ 500＋ 4.3×47.257) ＝ 499.2623 Ｅ6 −47.257
× 3.3Ｅ6 Ｒ17＝ 343.31387Ｅ6 ／703.20553 ＝0.488 Ｅ6 Ｒ17の抵抗値は、Ｒ17＝４８８ＫΩとなり、所定の標準
抵抗値の中から最終的にＲ17＝５１０ＫΩを選択する。
以上の第１段の粗調整、第２段の粗調整（中間調整）お
よび微調整で調整が完了する。

【００４１】ただし、調整段数は、ホイートストンブリ
ッジ回路の不平衡状態（程度）によって変わる。また、
上記の調整は、理論上の調整手順イであり、簡易な調整
手順ロが採られる場合もある。例えば、下記の手順であ
る。

【００４２】(1) ホイートストンブリッジの不平衡量
をモニタしながら、Ｒ3 およびＲ4の何れか一方のブリ
ッジ辺に所定の抵抗値の抵抗器を仮接続し、不平衡量の
変化量を見ながら第１段の粗調整を行う。つまり図２に
おける、抵抗器Ｒ12の抵抗値を定める。

【００４３】(2) 抵抗値Ｒ12接続後の不平衡量をモニ
タし、不平衡量が所定の値以下かチェックする。チェッ
クした不平衡量の大きさにより、更に粗調整を行うか、
微調整を行うか、以降の調整は不要かを決める。

【００４４】(3) この実施例の場合、さらに調整を行
い、第２段の粗調整抵抗器Ｒ13の抵抗値を定める。

【００４５】(4) 更に以降の調整作業の要否を決め
る。

【００４６】(5) この実施例の場合、さらに微調整を
行い、抵抗器Ｒ16およびＲ17の選択設定を行う。

【００４７】図１および図９とを具体的数値において比
較した場合、微調整抵抗の抵抗値に略１桁（１ＭΩ：１
０．８３ＭΩ）の相違がある。この数値はあくまで一例
であり、ホイートストンブリッジの不平衡の状態、また
は粗調整の調整の状態で、微調整用の抵抗値として更に
高い値の抵抗器が必要となる場合もある。このような回
路構成とすることにより、可変抵抗器を用いずに、ホイ
ートストンブリッジ回路の厳密な平衡調整が可能とな
る。

【００４８】そして、固定抵抗器を用いた平衡調整であ
るため、対振動性に優れ、経時変化の面においても高い
安定性が得られる。また、より低い抵抗値での微調整が
可能であるため、低価格の固定抵抗器の入手が容易であ
り、より調整範囲が拡大し、高精度の微調整が可能とな
る。

【００４９】〈応用例〉図６は、本発明をひずみゲージ
式変換器の一種である圧力変換器（または圧力伝送器）
にひずみゲージをもって構成されるホイートストンブリ
ッジ回路のブリッジ平衡調整回路に応用した実施例の断
面図である。同図において、１は例えばガス絶縁開閉装
置（ＧＩＳ）のような被測定部に結合される雄ねじから
なる結合部１ｂを有する金属製の導入部材であり、この
導入部材１の中心軸部には、これを貫通する、被測定流
体圧を導入する圧力導入路１ａが形成されている。

【００５０】導入部材１の結合部１ｂと反対の端部に
は、金属製のダイヤフラム２ａと一体の剛性を有する円
筒部２が溶接等により気密に固着されており、上記ダイ
ヤフラム２ａの内面と導入部材１の端面間には、圧力導
入路１ａを介して導入される被測定流体が貯溜される受
圧室２ｂが形成されている。受圧室２ｂの一部を形成す
るダイヤフラム２ａの受圧面とは反対の背面側には、受
圧面と背面との圧力差によるダイヤフラム２ａの変形を
電気信号に変換するひずみゲージＳＧが接着、蒸着、ス
パッタリング、溶着、その他の手段により添着されてい
る。

【００５１】ひずみゲージＳＧは、フェノール樹脂、ポ
リイミド樹脂等からなるゲージベース上にＮｉ−Ｃｒ合
金等からなる蛇行状を呈するゲージ素子が添着されてい
る。そして、ひずみゲージＳＧは、ダイヤフラム２ａの
背面に少なくとも４枚添着されており、この４枚のひず
みゲージは例えば、図１のＲ1 〜Ｒ4 に相当するもので
ある。

【００５２】ダイヤフラム２ａの外周面には、一定間隔
を隔ててこれを覆う内筒３が同心に配置され、この内筒
３の一端縁は、導入部材１に溶接等により気密に固着さ
れていると共に、その他端開口には、気密端子４が嵌合
されている。この気密端子４を形成する金属製の蓋部材
４ａの周縁は、内筒３に溶接等で気密に固着されてい
る。この内筒３と気密端子４は、ダイヤフラム２ａの背
面側に基準圧力室を形成する。また、気密端子４を形成
する複数のピン端子４ｃは、絶縁封止材４ｂによって貫
通支持されており、この各ピン端子４ｃとひずみゲージ
ＳＧのゲージ電極間は、ゲージリードにより接続されて
いる。

【００５３】ピン端子４ｃの上端は、取付基板５に穿設
された貫通孔に嵌入され且つ半田付けによって取付基板
５と固着されている。この取付基板５の上には、アンプ
基板６が固定され、このアンプ基板６には、調整抵抗
器、ハイブリットＩＣ、トランジスタ、等、ひずみゲー
ジＳＧをもって構成されるホイートストンブリッジ回路
の上述したような平衡調整用の抵抗器や感度調整抵抗器
を始めとして、ブリッジ出力を増幅、波形整形、演算な
どの処理を施す電気回路部７が配設されている。

【００５４】アンプ基板６の他端（図６において上端）
には、微調整基板８が固定されている。この微調整基板
８には、上述した要領で決定した抵抗値を有する微調整
用の固定抵抗器Ｒ15，Ｒ16，Ｒ17を挿入する小型調整抵
抗用端子９が設けられ、この小型調整抵抗用端子９と固
定抵抗器Ｒ15，Ｒ16，Ｒ17は半田付けにて強固に固着さ
れ、従って、振動を受けても断線や接触不良を起こすこ
とはない。尚、調整用盲蓋１０は、シールド体１１に穿
設された開口を、上記の微調整用の固定抵抗器Ｒ15〜Ｒ
17を小型調整抵抗用端子９に固着せしめた後、閉塞し、
その周囲を接着剤等で気密に封止するものである。

【００５５】シールド体１１には、貫通コンデンサ１２
が気密状に嵌入固着されており、微調整基板８には、フ
ェライトビーズコア１３が設けられ、これら貫通コンデ
ンサ１２とフェライトビーズコア１３を貫通し、その一
端（下端）が微調整基板８に貫通固着されたピン状の電
源・出力端子１４が設けられている。シールド体１１の
外周面に嵌合するように外筒１５が設けられ、その一端
（下端）は、導入部材１の段部に嵌入され且つ溶接によ
り気密に固着され、その他端（上端）には、コネクタ取
付板１６が溶接等により固着されている。

【００５６】コネクタ取付板１６の中央部には、防水レ
セプタクル１７がねじ手段によって取付けられている。
この防水レセプタクル１７の接続端子１７ａと電源・出
力端子１４との間は、ケーブル１７ｂと、金属製の接続
パイプ１７ｃを介して接続される。このような構成より
なる圧力変換器は、例えば、ガス絶縁開閉装置のガス圧
監視用の出力部に、導入部材１の結合部１ｂを取付けた
状態で、被測定流体（ガス）を圧力導入路１ａに導く。

【００５７】すると、ダイヤフラム２ａの受圧面にガス
圧が印加されるので、ダイヤフラム２ａは、そのガス圧
に対応した変形（撓み）を生じ、ひずみゲージＳＧ（図
１のＲ1 〜Ｒ4 ）は、圧力に対応した抵抗値変化を示
す。そのため、４枚のひずみゲージＳＧによって組まれ
たホイートストンブリッジ回路の出力端からは、ガス圧
に対応した電気信号（電圧）を電気回路部７に出力する
ため、電気回路部７において、適宜、増幅、波形整形、
演算等の処理が施された上、電源・出力端子１４、ケー
ブル１７ｂ、接続端子１７ａ等を順次介して外部に被測
定流体圧（ガス）に対応した検出信号を導出する。

【００５８】尚、このような圧力検出作業に入る前に、
上述したようなホイートストンブリッジ回路の平衡調整
作業が行われることは、いうまでもない。因に、上述し
た粗調整用の固定抵抗器Ｒ11〜Ｒ14の適宜なものと、感
度調整抵抗Ｒ21、Ｒ22および零温特補償抵抗などは、上
述した手順を経て計算された抵抗値や抵抗温度係数を有
するものを選択してアンプ基板６に半田付けするが、微
調整用の固定抵抗器（Ｒ15〜Ｒ17）は、上述の手順で求
めた抵抗値のものを、小型調整抵抗用端子９に装着し、
平衡調整作業が終了したら、調整用盲蓋１０をもってシ
ールド体１１に穿設された作業用開口を閉塞し、接着剤
によって気密的に封着する。

【００５９】このように構成され且つ作用する圧力変換
によれば、ホイートストンブリッジ回路の平衡調整回路
を構成する粗調整用、中間調整用、微調整用の各固定抵
抗器Ｒ11〜Ｒ17は、可変抵抗のような可動部（摺動部）
のない固定抵抗器でありしかもアンプ基板６および小型
調整抵抗用端子９にそれぞれ半田付けによって強固に固
着されているので、振動で抵抗値が変化したり、長期間
に亘り使用しても損耗により抵抗値が変化したりするこ
とが皆無であるので、長期間に亘り高い平衡安定性が保
持される。

【００６０】尚、本発明は、上述した実施例にのみ限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種
々の変形が可能である。例えば、図７に示すように、粗
調整用の固定抵抗器Ｒ12，Ｒ14を接続する回路上の位置
は、第２の２辺の少なくとも何れか１辺と並列に接続す
るのみに限らず、即ち、第２の２辺を形成する抵抗体Ｒ
3 およびＲ4 のいずれか一方の辺に並列に接続する場合
に限らず、第１の２辺を形成する抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 のう
ちの一辺を形成する抵抗体Ｒ2 に並列に接続するように
構成してもよい。

【００６１】また、図７において、第１の２辺を形成す
る２つの抵抗体Ｒ1 とＲ2 とを互いに入れ替えること、
および第２の２辺を形成する２つの抵抗体Ｒ3 とＲ4 と
を互いに入れ替えること等は全く自由である。

【００６２】また、本発明に係るブリッジ平衡調整回路
を適用するひずみゲージ式変換器としては、上述した圧
力変換器（圧力伝送器）に限られるものではなく、加速
度変換器、トルク変換器、壁面土圧計、荷重変換器、傾
斜計、変位変換器、その他、名称の如何を問わず、物理
量あるいは機械量を起歪部に受け、その起歪部に生じた
ひずみをひずみゲージによって電気量に変換するひずみ
ゲージ式変換器であって、上記ひずみゲージによってホ
イートストンブリッジ回路を形成するように構成したも
のは、すべて包含されることはいうまでもない。

【００６３】また、第１の固定抵抗器群をなす固定抵抗
器は、上述した実施例のように、常に複数個（例えばＲ
11〜Ｒ14）必要となるものではなく、極端な場合、１個
だけでよい場合もあり得る。

【００６４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、第
１に、ホイートストンブリッジ回路の平衡調整のため
に、可変抵抗器を用いず、すべて標準的な固定抵抗器だ
けを用い、且つすべて基板部材に半田付けなどの手段で
強固に固着接続する構成としたので、振動を受ける部位
に設けられるひずみゲージ式変換器におけるホイートス
トンブリッジ回路の平衡調整回路に適用しても、可変抵
抗器のような不用意な回動による抵抗値の変化、平衡調
整の繰り返しによる摺動部の摩耗による抵抗値の変化な
どの要因は全くなく、長期に亘り正確な平衡状態を保持
することができる。

【００６５】第２に、平衡調整用の固定抵抗器として、
粗調整用の第１の固定抵抗器群で粗調整および中間調整
ができ、この粗調整された不平衡出力を第２の固定抵抗
器で、減衰させた後に、第３、第４の固定抵抗器で微調
整を行うようにしたから、第３および／または第４の固
定抵抗器の抵抗値は、比較的標準的な中間調整抵抗程度
の抵抗値を用いることができ、従って、コストが低廉
で、平衡調整に要する時間が短縮化でき、固定抵抗器が
小型のもので足りることから、ひずみゲージ式変換器自
体の小型化、低コスト化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のひずみゲージ式変換器のブリッジ平衡
調整回路の一実施例を示す回路図である。

【図２】図１のブリッジ平衡調整回路の調整手順を説明
するための回路図である。

【図３】図１のブリッジ平衡調整回路の調整手順を説明
するための回路図である。

【図４】図１のブリッジ平衡調整回路の調整手順を説明
するための回路図である。

【図５】図４のＹ−Δ変換を説明するための回路図であ
る。

【図６】図１のブリッジ平衡調整回路を用いた圧力変換
器の構成を説明するための断面図である。

【図７】本発明のひずみゲージ式変換器のブリッジ平衡
調整回路の他の実施例の構成を示す回路図である。

【図８】従来のひずみゲージ式変換器のブリッジ平衡調
整回路の一例を示す図である。

【図９】ひずみゲージ式変換器のブリッジ平衡調整回路
の他の例を示す図である。

【符号の説明】

Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 抵抗体（ひずみゲージ） Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13、Ｒ14 粗調整用固定抵抗器 Ｒ15 微調整用直列抵抗器 Ｒ16、Ｒ17 微調整固定抵抗器 Ｒ21、Ｒ22 感度調整抵抗器 Ｅ ブリッジ電源 １ 導入部材 ２ 円筒部 ２ａ ダイヤフラム ２ｂ 受圧室 ３ 内筒 ＳＧ ひずみゲージ ４ 気密端子 ５ 取付基板 ６ アンプ基板 ７ 電気回路部 ８ 微調整基板 ９ 小型調整抵抗用端子 １０ 調整用盲蓋 １１ シールド体 １２ 貫通コンデンサ １３ フェライトビーズコア １４ 電源・出力端子 １５ 外筒 １６ コネクタ取付板 １７ 防水レセプタクル １７ａ 接続端子 １７ｂ ケーブル １７ｃ 接続パイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥田 浩喜 東京都調布市調布ヶ丘３丁目５番地１ 株 式会社共和電業内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブリッジ電源の正・負入力端間に直列に
   接続された第１の２辺と、同じく前記正・負入力端間に
   直列に接続された第２の２辺とで構成されるホイートス
   トンブリッジ回路の平衡を調整するひずみゲージ式変換
   器のブリッジ平衡調整回路において、 前記ホイートストンブリッジ回路の、前記第２の２辺の
   少なくとも何れか１辺と並列に接続された第１の固定抵
   抗器群と、 前記第２の２辺間の接続点と一端が接続された第２の固
   定抵抗器と、 前記第２の２辺と前記第１の２辺との間の２つの接続点
   の一方の接続点と、前記第２の固定抵抗器の他端との間
   に接続された第３の固定抵抗器と、 前記第２の２辺と前記第１の２辺との間の２つの接続点
   の他方の接続点と、前記第２の固定抵抗器の他端との間
   に接続された第４の固定抵抗器とを有し、 前記ホイートストンブリッジ回路の平衡調整を行うに際
   し、前記第１の固定抵抗器群で粗調整を行い、前記第２
   〜第４の固定抵抗器で微調整を行い得るように構成した
   ことを特徴とするひずみゲージ式変換器のブリッジ平衡
   調整回路。
2. 【請求項２】 ブリッジ電源の正・負入力端間に直列に
   接続された第１の２辺と、同じく前記正・負入力端間に
   直列に接続された第２の２辺とで構成されるホイートス
   トンブリッジ回路の平衡を調整するひずみゲージ式変換
   器のブリッジ平衡調整回路において、 前記ホイートストンブリッジ回路の前記第１の２辺のう
   ちの１辺と前記第２の辺のうちの１辺であって互いに隣
   接して接続される２つの辺の少なくとも何れか１辺と並
   列に接続された第１の固定抵抗器群と、 前記第２の２辺間の接続点と一端が接続された第２の固
   定抵抗器と、 前記第２の２辺と前記第１の２辺との間の２つの接続点
   の一方の接続点と、前記第２の固定抵抗器の他端との間
   に接続された第３の固定抵抗器と、 前記第２の２辺と前記第１の２辺との間の２つの接続点
   の他方の接続点と、前記第２の固定抵抗器の他端との間
   に接続された第４の固定抵抗器とを有し、 前記ホイートストンブリッジ回路の平衡調整を行うに際
   し、前記第１の固定抵抗器群で粗調整を行い、前記第２
   〜第４の固定抵抗器で微調整を行い得るように構成した
   ことを特徴とするひずみゲージ式変換器のブリッジ平衡
   調整回路。
3. 【請求項３】 前記第１の固定抵抗器群および前記第２
   〜第４の固定抵抗器は、所定の数値間隔で設定された標
   準抵抗値の抵抗器であることをことを特徴とする請求項
   １または２に記載のひずみゲージ式変換器のブリッジ平
   衡調整回路。
4. 【請求項４】 前記ブリッジ平衡調整回路は、長期に亘
   って安定性が要求される圧力伝送器に用いることを特徴
   とする請求項１または２に記載のひずみゲージ式変換器
   のブリッジ平衡調整回路。