JPS6355403A - ひずみ測定器における較正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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Ｅ
Ｏ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−っは、定電圧駆動方式であり、もう−っ
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　＋２　ｒ））　　・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（１００
０ｍ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Ｅ
ｉは、（２）式の関係となる。

Ｅｉ　＝Ｉ・Ｒｇ　　　　　　　　　　　・・・・・・
（２）この場合、電源電流工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）式かられ
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２０００μｓ、１０００μｓ
、５００μを等々を発生する校正値発生回路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、校正値発生回路６５からの較正値電
圧を利得１１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Ｌｏｔにおいて１８５
０με（με：１０−１１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、校正値発生回路６５で発生可能な較正値のうち上
記ひずみ量１８５０μＥに最も近い値例えば２０００μ
εを選ぶ（その選択機構は図示していない）。すると、
校正値発生回路６５からは公称ゲージ抵抗１２０Ωで補
正された２０００μεに相当する較正値電圧（一般に１
με＝１μＶとする）が出力され利得調整回路６８に注
入され゛る。この校正値発生回路６５から出力される較
正値２０００μεと荷重変換器の定格ひずみ１８５０μ
εとは、ずれているので、２０００μεに対応する荷重
を、次の（４）式により算出する。

（２０００／１８５０）Ｘ１０＋１０．８（ｔ）・・・
・・・（４） この２０００μεの較正値出力（電圧または波形）を１
０．８ｔとして測定出力の較正を行なう。すなわち、可
変抵抗６８ａ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、そのときのブリッ
ジ出力電圧ＥＯがバッファー増幅ａ７０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（こ
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、
何らかの倍数関係の限られた較正値、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４Ｘ５＝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５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測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、上記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す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ポルチーシボロワ等に
よる増幅度がｒｌＪの緩衝増幅回路である６３は緩衝増
幅回路２の出力を受け、可変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校正値発生回路
である。７は各桁が４ビツト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、校正値発生回路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昆（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１ｏ、比較回路１１、電流制御回路１
２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、校正値発生回路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−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、１
７．１７’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１
７−１７’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１μ
εひすみに対して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１
９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２０００μ
Ｅ接点、１０００μＥ接点、５００με接点、１００μ
ε接点および５０με接点であり、３０ｆ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、２０００μＥ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１０００με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）
は校正値発生回路６を構成している。また、２０００μ
Ｅ接点〜５０με接点のそれぞれの出力電圧を、■１〜
■５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。

ｒＶ１＝　（（ｒ２＋ｒｓ　＋ｒａ　＋ｒｓ　＋ｒｓ）
／ｒｏ）　　・Ｅｓ　＝２０００μＶ Ｖ２＝＝　（（ｒｅ　＋ｒ４＋ｒｓ　十ｒｓ）／ｒｏ’
ｔ・Ｅｓ＝１０００μｖ Ｖｓ　＝　（（ｒ＋　＋ｒｓ　＋ｒｓ　）／ｒｅ　）・
Ｅｓ＝５００μｖ Ｖ４＝（（ｒｓ＋ｒｓ）／ｒｅ）　　・Ｅｓ＝１００μ
Ｖ Ｖ５＝　（ｒｓ／ｒｅ）　　＃Ｅｓ　＝５０ｔｔＶＪ・
・・・・・（５） ただし、ｒｏ　＝＝ｒｔ　＋ｒ２＋ｒｘ　＋ｒ４＋ｒ５
　＋ｒｓ 上記共通接点３Ｏｆ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ビツ
トからなる設定信号としての抵抗値制御出力信号で、３
１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、校正値発生回
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、０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０が接続状態になり、Ｌレベルで開放状態
になる。３８ａ　〜３８ｅ　、３９ａ〜３９ｏおよび４
０ａ〜４０ｅはそれぞれ入力抵抗であ、す、それぞれの
抵抗値は、入力抵抗３８ａ　、３８ｂ　。

３８ｃ３８ｄがそれぞれ８Ω、４Ω、２Ω、ｌΩ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
。４３８〜４３ｃ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、８０Ω、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０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〜３
７ｅ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○
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６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、４８８〜４８ｃ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３５ｅ、３６ｅおよび３７ｅの制御入力端子Ｃに
接続されている。

４９ａ　〜４９ｄ　、　５０ａ　〜５０ｄおよび５１ａ
〜５１ｄはそれぞれ４ビツトの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ビツトＢＣＤ出力端
子、Ｂ２．Ｂ３はそれぞれ１０位、１００位の４ビツト
ＢＣＤ出力端子、工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、５８゜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１
３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５
７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Ｌｏｔ、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校正値選
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３
０ａ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ｊｏｂ、１
００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
ージのゲージ抵抗（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２０００
μＶの電圧が印加される。そして、デジタルスイッチ数
の「８」に対応するＢＣＤが、１０位位桁ＣＤ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１０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ＢＣ
Ｄ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５０
ａ〜５０ｄはすべてＬレベル。

また、１００位桁ＢＣＤ出力信号のうち４９ａ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３
８ａと３８０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を介して接地され、その出力はＯ
ｖを保持する。次に１位桁の回路においては、アナログ
スイッチ３７ｄのみがＯＮとなり、入力抵抗４０ｄのみ
が演算増幅器４１ｃ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４１ａの出力電圧は、２０００　（μＶ）Ｘ
５００＝１　　（Ｖ）となり。

演算増幅器４１ｃの出力電圧は、２０００　（μｖ）ｘ
８＝ｏ、ｏ　１６　　（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゜０１６　　＝１
．０１６　　Ｖとなり、較正値２０００μεが公称ゲー
ジ抵抗５０３Ω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
の浜給電流を■とすると、（６）式となる。

Ｅｉ＝Ｉ・ＲＲ・・・・・・（６） Ｅｏ＝Ｋ・ε−Ｉ　−Ｒｇ　／４　　　　　・−Ｃ７）
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であ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）２
式となる。

Ｅｔ　＝Ｇ−Ｅｏ　　　　　　　　　　　−・・・（８
）Ｅｔ＝Ｇ−Ｋ・ε・工・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）２式より次の（１０）式が得られる。

Ｅｔ　　＝Ｇ　−Ｋ　・　Ｉ　　・Ｅｃ　　　　　　　
　−−００）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
較正値２０００μεと荷重変換器の定格ひずみ１８５０
μεとはずれているので、荷重変換器に発生する２００
０μεに対応する荷重を次の式（１１）により算出する
。

（２０００／１８５０）ｘｌＯ＝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を常閉接点９ａ側に倒し
た状態で帰還抵抗２１をｍ整してメータ２２の指針を１
０．８ｔ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の指針を１０．８　ｔ
に合わせず、以下に説明するように、フルスケール（１
０ｔ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０■であり、従って入力
抵抗２０に印加される電圧もＯｖが保持されている。こ
こで、ゲージ率に＝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＝ＩＶ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Ｏｖ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
荷重変換器の定格ひずみは１８５０μＥであるからブリ
ッジ出力端子１７．１７’間の電圧ＥＯは、（７）式よ
り Ｅｏ＝Ｋ・ε・工・ＲｆＣ／４＝２．０　×１８５０Ｘ
１０−１１Ｘ２Ｘ１０−３Ｘ５０８＋４’＝０．９３９
８　　ｘｌＯ−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　　ｘｏ、９３９８
　Ｘ　１０−３＝０．９２５　Ｖ・・・・・・（１４）
すなわち、フルスケール Ｖ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）Ｘ９．２５　　ｔ＝１
０ｔ　　　　　　　　　　　・・・・・・（１５）とな
り、今、上記荷重変換器に印加された未知の荷重が１０
ｔ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、ひずみゲージの個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
３５０Ω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９９
９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・測定の操作性
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、校正値発生回路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
゜５Ω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校正値発生回路においては、
５０με、１００μｆ、５００μＥ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〜１００
００μＥの範囲に亘ってｌμＥ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、−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・・・・・・校正値発生回路、 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・・・・・・校正値発生用分圧抵抗、３０・
・・・・・校正値選択スイッチ、３１・・・・・・抵抗
値制御出力信号、３５ａ〜３５ｅ、３６ａ〜３６ｅ、３
７ａ〜３７ｅ・・・・・・アナログスイッチ、３８ａ〜
３８ｅ、３９ａ〜３９ｅ、４０ａ〜４０ｅ、４６ａ〜４
６ｃ・・・・・・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 (1)

【特許請求の範囲】
1. （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。