JP2000088891A - ブリッジ回路及びこれを用いた検出器 - Google Patents

ブリッジ回路及びこれを用いた検出器

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JP2000088891A
JP2000088891A JP10257160A JP25716098A JP2000088891A JP 2000088891 A JP2000088891 A JP 2000088891A JP 10257160 A JP10257160 A JP 10257160A JP 25716098 A JP25716098 A JP 25716098A JP 2000088891 A JP2000088891 A JP 2000088891A
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resistor
bridge
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Masanao Shiyouji
雅直 少路
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Shimadzu Corp
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
    • G01R17/10AC or DC measuring bridges
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Abstract

(57)【要約】 【課題】雰囲気温度に関わらず安定した出力を得るブリ
ッジ回路およびこれを用いた検出器を提供する。 【解決手段】4つの抵抗体1〜4が四辺形を形成するよ
うに接続されたホイートストンブリッジ回路を有し、前
記回路の一部の抵抗体1が、目的となる被測定部位に取
り付けられてその部位における被測定現象が変化するこ
とにより、ブリッジの電圧の不平衡を出力する回路にお
いて、ホイートストンブリッジ回路の2つの対角間のそ
れぞれの電圧を測定し、上記2つの電圧値から温度補正
した出力電圧を求めることにより、雰囲気温度の影響を
除去した測定ができるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はブリッジ回路および
このブリッジ回路を用いた検出器に関し、さらに詳細に
は雰囲気温度の変動によるドリフトを低減させたブリッ
ジ回路とこの回路を用いた各種検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】抵抗体の抵抗値が圧力、温度、真空度な
ど観測する物理量の変動に応じて変動することを利用し
て、抵抗体を用いてブリッジ回路を構成し、この抵抗変
化から物理量の変動を検出する各種検出器が実用化され
ている。例えば、ガスクロマトグラフの圧力センサーや
熱伝導度検出器をはじめ、歪ゲージや真空計や温度検出
器等にも適用されている。
【0003】図1は、このようなブリッジ回路を用いた
検出器の1つであるガスクロマトグラフ等に用いる圧力
センサの概略構成図である。図において1は感圧用の抵
抗体であり、圧力測定のために抵抗体を密閉容器に入れ
観測すべき雰囲気気体が密閉容器内に導入されるように
なっている。抵抗体2、3、4はセンサ内で感圧用の抵
抗体1と組み合わされて四辺形のブリッジを構成するた
めの抵抗であり、5は定電流回路、6は増幅回路、7は
電圧測定回路、8、9は電圧測定点である。この回路は
ホイートストンブリッジ回路として知られているもので
ある。定電流回路5はブリッジを構成する4つの抵抗に
測定用の定電流(数mA程度)を流す。感圧用の抵抗体
1、抵抗体2〜4で構成されたブリッジにおける電圧測
定点8、9の間の電圧は増幅回路6により増幅された
後、電圧測定回路7により測定される。感圧用の抵抗体
1と抵抗体2〜4とは、感圧抵抗体1が被測定圧力にさ
らされていない標準状態のときにほぼ等しい抵抗値とな
るように調整して取り付けてある。したがって、電圧測
定点8、9の間の電圧差が標準状態ではほぼ零であるの
で、電圧測定回路により測定される電圧も同様にほぼ零
となる。ここで、感圧用の抵抗体1が被測定圧力にさら
されると、その圧力により感圧用の抵抗体1が歪む。感
圧用の抵抗体1は歪むことにより電気抵抗値が変化する
特性を有している。よって、感圧用の抵抗体1が圧力変
化により抵抗値が変化すると、電圧測定部8、9の間に
電圧差が生じ、その電圧差は増幅回路6を介して電圧測
定回路7に入力され、その結果、被観測圧力に応じた電
圧を電圧測定部7により測定することができる。
【0004】圧力センサにおいては感圧用の抵抗体1と
したが、抵抗体は圧力のみならず温度、聴力等の物理量
に対しても抵抗値が変化する特性を有しているので、そ
れぞれの物理量を測定できるように抵抗体1を取り付け
れば、温度検出器、力検出器(例えば歪ケージ)とな
る。また、特開平9―236592号のように、密閉容
器内に抵抗体1を入れるとともにこれを加熱しておき、
密閉容器内に試料を含む測定ガスを導入して測定ガスの
熱伝導度により抵抗体1の温度が変化することを利用し
て抵抗値の変化を検出することを利用して測定ガスの検
出を行うようにすると、ガスクロマトグラフ等の熱伝導
度検出器となる。このように検出器が検出しようとする
物理現象に応じて、抵抗体の取り付け方を適当にするこ
とにより、抵抗値の変化から物理現象の変動を検出する
ことができる。
【0005】
【本発明が解決しようとする課題】従来のブリッジ回路
による測定では雰囲気温度による影響を受ける問題があ
った。例えば上述の圧力センサでは感圧用の抵抗体1は
被測定気体の圧力変化を検出するものであるが、圧力変
化とともに雰囲気温度が変動した場合、雰囲気温度の変
動による抵抗値の変化分が圧力変動による抵抗値の変化
分に重畳されるため、正確に圧力変化量を測定すること
ができなかった。また、被測定気体の圧力が一定である
ときに、温度が変化した場合に抵抗体の抵抗値が変化
し、出力がドリフトしていた。したがって、本発明は、
雰囲気温度の変化によるドリフトの影響をなくして、本
来測定しようとする物理量のみの変化を測定することが
できるブリッジ回路およびブリッジを用いた検出器を提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
になされた本発明のブリッジ回路は、4つの抵抗体が四
辺形を形成するように接続されたホイストンブリッジ回
路を有し、前記回路の一部の抵抗値が、目的となる被測
定部位に取り付けられてその部位における被測定現象が
変化することにより、ブリッジの電圧の不平衡を出力す
るブリッジ回路において、前記ホイートストンブリッジ
回路の2つの対角間のそれぞれの電圧を測定する電圧測
定手段と、上記2つの電圧測定手段の電圧値から温度補
正した出力電圧を求める演算手段とを備えたことを特徴
とする。また、前記ブリッジ回路のうちの1の抵抗体を
観測用の抵抗体として被測定対象物に接触させる手段を
備え、被測定対象の物理的変化を測定するようにしたこ
とを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明のブリッジ回路およ
びこれを用いた検出器を実施例を図2を用いて説明す
る。 1は感圧用の抵抗体、2〜4はブリッジを構成す
る抵抗体、5は定電流回路、6は増幅回路、7は電圧測
定回路(第1の電圧測定回路)、8、9、10は電圧測
定点、11は第2の電圧測定回路、12はマイコンであ
る。即ち電圧測定点10の電圧を測定する第2の電圧測
定回路11と演算のためのマイコン12を追加された構
成以外は従来例である図1のものと同じである。定電流
回路5は1〜4で構成されたブリッジに測定用の定電流
(一般に数mA)を流す。1〜4で構成されたブリッジ
における電圧測定点8、9の間の電圧は増幅回路6によ
り増幅された後、電圧測定回路7により測定される。感
圧抵抗体1が被測定圧力にさらされていない状態では感
圧用の抵抗体1とブリッジ抵抗2〜4はほぼ等しい電気
抵抗値を持つように設計されているが、生産上のばらつ
きにより、少し異なるときがある。例えばブリッジ抵抗
1、3,4の抵抗値がRΩであり、ブリッジ抵抗2の抵
抗値がR+rΩであったとすると、電圧測定点8と電圧
測定点9の間の電位差は以下の式で表される。 ΔV=RrI/(4R+r) ・・・式1 I:定電流回路5により流される電流値このとき雰囲気
温度が変化し、ブリッジ抵抗1〜4の抵抗値が当初の
(1+k)倍になったとすると、電圧測定点8と9の電
位差は ΔV1=(1+k)*RrI/(4R+r) ・・・式2 となる。よって、雰囲気温度が変化する前と後では ΔΔV=ΔV1−ΔV=kRrI/(4R+r) ・・・式3 という出力の変化が観察されることになる。即ち、雰囲
気温度の変化により、出力はΔΔV=kRrI/(4R
+r)ボルトドリフトすることになる。本発明において
はブリッジ電圧測定回路11が電圧測定点10の電圧を
測定している。電圧測定点10の電圧は V10=2IR(2R+r)/(4R+r) ・・・式4 で表される。式2と式4よりV10とΔΔVは比例関係
にあることがわかる。よって、V10を計測することに
より、ΔΔVをマイコン12により予想することができ
る。これにより、出力を補正する。具体的には、予め異
なる2つの雰囲気温度でV10とΔΔVとを測定して、
比例係数を求めて、マイコンに記憶させておき、これ以
降はこの係数を用いて温度補正を行う。
【0008】なお、上記の実施例は圧力センサである
が、本発明はこれに限らず、熱伝導度検出器、歪ゲー
ジ、真空計など、種々の検出器に適用できる。
【0009】以下、本発明の実施態様をまとめておく。 (1)観測用の抵抗体1と抵抗体2とが直列接続される
第1の抵抗群、抵抗体4と抵抗体3とが直列接続される
第2の抵抗群とが、並列に接続され、第1の抵抗群と第2
の抵抗群との並列接続点間に定電流を印加する定電流回
路が接続され、第1の抵抗群の抵抗体1と抵抗体2との
中間点と、第2の抵抗群の抵抗体4と抵抗体3の中間点
との2点間の電圧を測定する第1の電圧測定回路を備えた
ホイートストンブリッジ回路において、第1の抵抗群と
第2の抵抗群との並列接続点の電圧を測定するための第2
のブリッジ電圧測定回路を備え、第2のブリッジ電圧測
定回路で測定した電圧により第1の電圧測定回路で測定
した電圧を補正することを特徴とするブリッジ回路。 (2)(1)に記載の発明において、抵抗体のうちの1
つを被測定対象物に取付手段により接触するように取り
付けるようにして、被測定対象物の圧力や温度や歪等の
物理量の変化による抵抗値の変化を電圧測定回路で検出
するようにしたことを特徴とする検出器。 (3)(2)に記載の発明において、抵抗体の1つを密
閉容器に封入し、この密閉容器内に被測定対象となる雰
囲気気体を導入するようにしたことを特徴とする圧力セ
ンサ。 (4)(2)に記載の発明において、抵抗体の1つを密
閉容器に封入し、この密閉容器内に被測定対象となる雰
囲気気体を導入するようにしたことを特徴とする真空
計。 (5)(2)に記載の発明において、抵抗体の1つを被
測定対象物の表面に取り付け、この対象物の歪を検出す
るようにしたことを特徴とする歪ゲージ。
【0010】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によるブリ
ッジ回路およびこれを用いた検出器は雰囲気温度に関わ
らず、ドリフトの少ない安定した出力を得ることがで
き、正確な測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のブリッジ回路の構成図。
【図2】本発明の一実施例であるブリッジ回路の構成
図。
【符号の説明】
1:感圧用の抵抗体 2〜4:ブリッジ抵抗 5:定電流回路 6:増幅回路 7:電圧測定回路 8、9、10:電圧測定点 11:電圧測定部 12:マイコン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4つの抵抗体が四辺形を形成するように
    接続されたホイストンブリッジ回路を有し、前記回路の
    一部の抵抗値が、目的となる被測定部位に取り付けられ
    てその部位における被測定現象が変化することにより、
    ブリッジの電圧の不平衡を出力する回路において、前記
    ホイートストンブリッジ回路の2つの対角間のそれぞれ
    の電圧を測定する電圧測定手段と、上記2つの電圧測定
    手段の電圧値から温度補正した出力電圧を求める演算手
    段とを備えたことを特徴とするブリッジ回路。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のブリッジ回路のうちの1
    の抵抗体を観測用の抵抗体として被測定対象物に接触さ
    せる手段を備え、被測定対象の物理的変化を測定するよ
    うにしたことを特徴とする検出器。
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