JP2020095058A - 物理量測定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このような背景に関連する技術としては、特許文献1(特開2004−340695号公報)および特許文献2(特開2007−333544号公報)などが知られている。
例えば、特許文献1には、ひずみゲージ式測定器における測定モード自動設定システムおよび測定モード判別方法、即ち、所定の複数の端子に対するひずみゲージ等の接続状態を測定器側から検知し、対応する測定モードを判定する方法が記載されている。
前記モード判別手段による判別結果に基づいて計測系を切り替えて、測定モードに応じた計測を行なう計測手段と、
を具備し、ひずみゲージ等を用いた測定系の接続状態および測定モードを判別するようにしている。
図11は、従前の一般的なひずみゲージを用いてホイートストンブリッジ回路(以下、「ブリッジ回路」という場合がある)を構成してなる各種の回路構成を示す回路図であり、図11(a)は、1ゲージ法2線式の構成を示し、図11(b)は、1ゲージ法3線式の構成を示し、図11(c)は、2ゲージ法の構成を示し、図11(d)は、4ゲージ法(フルブリッジ法と称する場合もある)のひずみゲージ式センサの構成を示すものである。
図11(b)の1ゲージ法3線式の回路構成では、ひずみゲージRaとひずみ測定装置との間を3本のリード線で結線し、例えば、リード線の温度影響を除いたり、リード線の静電容量の影響を受けないようにしている。
図11(c)の2ゲージ法の回路構成は、ブリッジ回路の隣接する2辺に2つのひずみゲージRa、Rbを接続してなるものであり、図11(d)は、ひずみゲージRa、Rb、Rc、Rdをブリッジ回路の各辺に接続してなるものである。
また、従来の接続端子100は、例えば、図12に示すように、5ピンの接続端子A、B、C、D、Eが端子台101の上に配置され、各端子は、端子台102に形成された雌ねじにプラスねじ(雄ねじ)をねじ込むか、半田付けすることで、ひずみゲージ等で構成される物理量検出センサに結線されたリード線の端部を接続固定するように構成されている。
物理量測定装置へのひずみゲージの接続方法は、上述したように、1ゲージ法2線式、1ゲージ法3線式、2ゲージ法、4ゲージ法と数種類ある。
また、ひずみゲージだけでなく、電圧や熱電対の入力にも対応する場合には、電圧発生源や熱電対を、5ピン端子台の、例えば、2ピン目と4ピン目に接続していた。
ところが、端子台(接続端子)が5ピンのものを使用すると、物理的なスペースが広く必要となり、必然的に端子台を設ける筐体も大きくなる。
また、5ピンの端子台101へひずみゲージ式変換器を接続する場合、5本のリード線全てを接続端子100に接続するため、5本分のねじ締付または半田付けを行う必要がある。
また、電圧発生源や熱電対を接続する場合は、端子台の接続先がさらに複雑となる。
例えば、ひずみゲージの場合は、1ゲージ法2線式の接続先は、5ピン端子台の1ピン目(A端子)と2ピン目(B端子)であるのに対し、熱電対の接続先は、ピン端子台の2ピン目(B端子)と4ピン目(D端子)となる。
このように、ひずみゲージの場合と、電圧や熱電対の場合とで接続方法が異なり、配線が煩雑であるため、作業効率の低下や誤配線が生じ易い、という問題があった。
上述した特許文献1および特許文献2のいずれにおいて、上述した課題を何ら解決するに至っていない。
また、第3の目的は、物理量検出センサ用接続端子に接続された前記物理量検出回路に応じて、内部回路が所定モードまたは所定モードとは異なる1以上の種類のモードに簡易且つ正確に設定される物理量測定装置を提供することにある。
前記複数の接続端子の一部は、所定モードの物理量検出回路に専用のコネクタであり、
前記複数の接続端子の他の一部は、前記所定モードとは異なる1以上の種類のモードの物理量検出回路に共用の個別の複数の接続端子であって、
前記複数のモードのいずれかを選択することで、所望のモードに応じた回路を形成する物理量測定装置に接続して使用し得るように構成したことを特徴としている。
第1の接続端子に高電位の電源を供給する経路に設けられた第1のスイッチと、第2の接続端子と第1のAD変換器の第1の入力端子との間に設けられた第2のスイッチと、
前記第2の接続端子と第3の接続端子との間に設けられた第3のスイッチと、
前記第3の接続端子と低電位の電源との間に直列に接続された第5の固定抵抗に対し並列され、ブリッジ回路の1辺に前記第5の固定抵抗を接続する第1の切片と接続しない第2の切片との間を切換える切換えスイッチと、
前記ブリッジ回路の一部をなす第3の固定抵抗および第4の固定抵抗との中間点と前記第1のAD変換器の第2の入力端との間に設けられた第5のスイッチと
を有し、
前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第5のスイッチのオン/オフ動作並びに前記切換スイッチの切換え動作により、1ゲージ法2線式モード、1ゲージ法3線式モード、2ゲージ法モード、フルブリッジ法モードのいずれかのモードを形成し得るように構成したことを特徴としている。
また、請求項12に記載の発明によれば、物理量検出センサ用接続端子に接続された前記物理量検出回路に応じて、内部回路が所定モードまたは所定モードとは異なる1以上の種類のモードに簡易且つ正確に設定される物理量測定装置を提供することができる。
次に、本発明に係る物理量検出センサ用接続端子および物理量測定装置の複数の実施形態について、順次説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る物理量検出センサ用接続端子の外観構成を示す平面図である。
本実施形態の物理量検出センサ用接続端子は、物理量検出センサを含む物理量検出検出回路と当該物理量の値を決定する物理量測定装置(後述する本発明に係る物理量測定装置)との間の配線を中継接続する複数の接続端子である。
図1において、本発明に係る第1の実施形態の物理量検出センサ用接続端子(端子台12)は、複数のピンからなる多芯型のコネクタ11と、ネジ止め(および/または半田付け)可能な複数の接続端子(121)とを備える。
端子台12の接続端子121(接続端子A〜接続端子C)は、ねじ止め(および/または半田付け)可能である。また、これらの接続端子をねじ止めした後でハンダ付けすることも可能である。
コネクタ11は、センサを含む所定の第1の物理量検出回路(フルブリッジ法のブリッジ回路に相当する)に専用の固定された配線を接続するコネクタ(専用コネクタ)である。
上記センサを含む所定の第1の物理量検出回路とは、4枚のひずみゲージを含んで構成されたブリッジ回路であり、外部と接続する接続配線が固定されていることを特徴とする。例えば、図11(d)に示したような、ブリッジ回路の4辺各々に物理量検出センサとしてのひずみゲージRa、Rb、Rc、Rdを配したゲージ回路などが該当する。
第1の物理量検出回路は、図11(b)に示すような所定の限定された回路であって、上述のとおり接続する配線は固定されているので、誤接続の恐れはない。
一方、第2の物理量検出回路〔複数モード(図11(a)、(b)、(c))参照〕については、物理量測定装置との接続を選択的に行う必要があるので、接続端子(接続端子A〜接続端子C)に接続することによって配線の自由度を確保することができる。さらに、従前よりもピン端子の個数が減じられているので誤接続が生じる割合を軽減することができる。
図2(a)は、ブリッジ回路の1辺に1枚のひずみゲージRaを含めて構成されたセンサ31と端子台12(または22)の接続端子(A、B)との2線式の配線接続方法を示す。図2(b)は、ブリッジ回路の1辺に1個のひずみゲージRaを含んで構成されるセンサ32と端子台12(22)の接続端子(A、B、C)との1ゲージ法3線式の配線接続方法を示す。また、図2(c)は、ブリッジ回路の1辺にひずみゲージRaを配置構成されたセンサ31(a)および他の1辺に配されたひずみゲージRbを配置構成されたセンサ31(b)と端子台12(22)のピン端子(A、B、C)との配線接続方法を示す。
さらに、図2(d)は、ブリッジ回路の4辺各々にひずみゲージRa、Rb、Rc、Rdを配した物理量検出回路としてのひずみゲージ式センサ33の各センサと多芯型のコネクタ11のピン端子(11a〜11d)との配線接続方法を示す。図2(e)は、電池等の電圧発生源34と端子台12(22)の接続端子(A、B)との配線接続方法を示す。 図2(f)は、熱電対35と端子台12(22)の接続端子(A、B)との配線接続方法を示す。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る物理量検出センサ用接続端子の外観構成を示す平面図である。
この第2の実施形態の物理量検出センサ用接続端子は、物理量検出センサを含む物理量検出検出回路と当該物理量の値を決定する物理量測定装置(後述する本発明に係る物理量測定装置)との間の配線を中継接続する複数の接続端子である。
図3において、第2の実施形態の物理量検出センサ用接続端子は、複数のピンを備えた多芯型のコネクタ11と、ねじ止め可能な接続端子221(接続端子A、接続端子B、接続端子C)とを備える。
接続端子221は、ワンタッチで配線端部の着脱が可能である。例えば、差し込み式に構成することができる。
図4は、本発明の第3の実施形態に係る物理量測定装置の一回路構成および外部に配置される物理量検出センサであるひずみゲージと接続端子との配線接続を示す回路図であり、X−X線破線をもって示す右側の部分は物理量測定装置の回路構成を示し、X−X線破線の左側の部分は、1ゲージ法2線式のひずみゲージ(センサ31)と端子台12(22)とを示す。
図4に示す第3の実施形態に係る物理量測定装置は、内部配線の複数箇所にオン/オフ・スイッチ(ここではスイッチSW1〜スイッチSW7)を備え、1以上の測定モード(ここではモード1〜モード6)を、前記オン/オフ・スイッチの2値状態または切換え状態に対応した回路を構成することで実現している。
図5は、物理量測定装置における各種測定モード(モード1〜モード6)と複数のスイッチ(スイッチSW1〜スイッチSW7)各々のオン/オフ状態および切換え状態との対応関係を示す説明図である。
ここで、図4の回路図および図5の説明図を用いて物理量測定装置の内部回路と各スイッチとの関係を説明する。
第1の接続端子Aに第1のオペアンプIc1aを介して電源eiから高電位の電源を供給する経路に設けられた第1のスイッチSW1と、第2の接続端子Bと第1のAD変換器1の第1の入力端子との間に設けられた第2のスイッチSW2と、
前記第2の接続端子Bと第3の接続端子Cとの間に設けられた第3のスイッチSW3と、
前記第3の接続端子Cと低電位の電源(電源eiに対し、抵抗R1と抵抗R2により分圧された電源)との間に第2のオペアンプIc1bを介して直列に接続された第5の固定抵抗R5に対し並設され、ブリッジ回路の1辺に前記第5の固定抵抗R5を接続する第1の切片SW4bと接続しない第2の切片SW4cとの間を切換える切換えスイッチSW4と、
前記ブリッジ回路の一部をなす第3の固定抵抗R3および第4の固定抵抗R4との中間点と前記第1のAD変換器1の第2の入力端との間に設けられた第5のスイッチ(SW5)と、
を有し、
前記第1のスイッチSW1、前記第2のスイッチSW2、前記第3のスイッチSW3、前記第5のスイッチSW5のオン/オフ動作並びに前記切換スイッチSW4の切換え動作により、内部回路を、1ゲージ法2線式モード、1ゲージ法3線式モード、2ゲージ法モード、フルブリッジ法モードのいずれかのモードを形成し得るように構成されている。
前記第1の接続端子Aと第2のAD変換器2の第1入力端との間に設けられたスイッチと前記第2の接続端子Bと前記第2のAD変換器2の第2入力端との間に設けられたスイッチとからなる第7のスイッチSW7としての第2の連動スイッチとをさらに有し、
前記第1のスイッチSW1、前記第2のスイッチSW2、前記第3のスイッチSW3、前記第5のスイッチSW5、前記第6のスイッチSW6および第7のスイッチSW7のオン/オフ動作並びに前記切換えスイッチSW4の切換え動作により、前記内部回路が、電圧発生源の測定モードまたは熱起電力測定モードに切換わるように構成されている。
図4の電気回路では、図5に示すモード1の場合として、図11(a)に示すように、ブリッジ回路の1辺にひずみゲージ1枚を配した「1ゲージ法2線式」の場合の回路構成を示している。
この1ゲージ法2線式での測定の場合、電源(高電位側)eiからオペアンプIc1aを経て第1の接続端子Aへの給電路を制御する第1のスイッチSW1、第2の接続端子Bから第1のAD変換器1の第1の入力端への出力経路を制御する第2のスイッチSW2、第2の接続端子Bと第3の接続端子Cとの間を短絡制御する第3のスイッチSW3、ブリッジ回路の固定抵抗R3とR4との接続点と第1のAD変換器1の第2の入力端との間を通電制御する第5のスイッチSW5を、いずれもオン状態とする。
一方スイッチSW6、スイッチSW7をオフ状態とし、切換えスイッチSW4については、共通端子SW4aと第1の端子SW4bとの間を導通させるように設定する。
上記設定により、端子台12(第2の実施形態にあっては、端子台22)の第1の接続端子Aと第2の接続端子Bとの間にひずみゲージ(センサ31)が接続される。
このときのひずみゲージ(センサ31)の出力を第1のAD変換器1で測定する。但し、第1のAD変換器1への入力には2ルートが有り、その1つは、端子台12(22)の第2の接続端子Bから、第2のスイッチSW2を介して第1のAD変換器1へと入力されルートである。他の1つは、ブリッジ回路を構成する抵抗R3と抵抗R4との中間点(接続点)から第5のスイッチSW5を介して第1のAD変換器1の第2の入力端へと入力されるルートである。なお、第1のAD変換器1で測定した出力電圧値(ひずみゲージ(センサ31)の出力)は、ひずみ測定装置か適当なコンピュータ処理により、ひずみ量に換算することができる。
図6の電気回路では、図5に示すモード2の場合として、ブリッジ回路の1辺にセンサを配した1ゲージ法3線式の場合の物理量検出回路としての回路構成を示している。
この1ゲージ法3線式での測定の場合、第1のスイッチSW1、第2のスイッチSW2、第5のスイッチSW5をオン状態とし、第3のスイッチSW3、第6のスイッチSW6、第7のスイッチSW6をオフ状態とし、切換えスイッチSW4については、共通端子SW4aと第1の切片SW4bとの間を導通させるように設定する。
このときのひずみゲージ(センサ31)の出力を第1のAD変換器1で測定する。但し、第1のAD変換器1への入力には2ルートが有り、その1つは、端子台12(22)の第2の接続端子Bから、第2のスイッチSW2を介して第1のAD変換器1へと入力される。他の1つは、ブリッジ回路を構成する抵抗R3と抵抗R4との中間点から第5のスイッチSW5を介して第1のAD変換器1へと入力される。なお、第1のAD変換器1で測定した電圧値(ひずみゲージ(センサ31)の出力)は、適当なコンピュータ処理により、ひずみ量に換算することができる。
図7の電気回路では、図5に示すモード3の場合として、ブリッジ回路の隣接する2辺にセンサを配したひずみゲージを2枚使用する2ゲージ法の場合の回路構成を示している。
この2ゲージ法による測定の場合、第1のスイッチSW1、第2のスイッチSW2、第5のスイッチSW5をそれぞれオン状態とし、第3のスイッチSW3、第6のスイッチSW6、第7のスイッチSW7それぞれをオフ状態とし、切換えスイッチSW4については、共通端子SW4aと第2の切片SW4cとの間を導通させるように設定する。
このとき、切換えスイッチSW4の共通端子SW4aと切片SW4cが短絡していることで、第2のオペアンプ増幅器IC1bは抵抗R5による電圧降下の影響を受けない電圧を出力する。このときのひずみゲージ(センサ31(a)、センサ31(b))の出力を第1のAD変換器1で測定する。但し、第1のAD変換器1への入力には2ルートが有り、その1つは、端子台12(22)の第2の接続端子Bから、第2のスイッチSW2を介して第1のAD変換器1へと入力される。他の1つは、抵抗R3と抵抗R4との中間点から第5のスイッチSW5を介して第1のAD変換器1の第2の入力端へと入力される。なお、第1のAD変換器1で測定した電圧値(ひずみゲージ(センサ32)の出力)は、適当なコンピュータ処理により、ひずみ量に換算することができる。
図8の電気回路では、図5に示すモード4の場合(ひずみゲージ式センサの場合)として、ブリッジ回路の4辺にひずみゲージRa〜Rdを配したセンサ33をもって測定する回路構成を示している。
この検出センサ33(ひずみゲージ式センサ)をもって測定する場合、第1のスイッチSW2、第2のスイッチSW2をオン状態とし、第3のスイッチSW3、第5のスイッチSW5、第6のスイッチSW、第7のスイッチSW7をオフ状態とし、切換えスイッチSW4については、共通端子SW4aと第2の切片SW4cとの間を導通させるように設定する。
このとき、切換えスイッチSW4の共通端子SW4aと第2の切片SW4cが短絡していることで、オペアンプIC1bは、抵抗R5による電圧降下の影響を受けない電圧を出力する。このときのひずみゲージ33の出力を第1のAD変換器1で測定する。但し、第1のAD変換器1への入力には2ルートが有り、その1つは、端子台12(22)の第2のピン端子B(12b)から、スイッチSW2を介して第1のAD変換器1へと入力される。他の1つは、ひずみゲージRcとRdとの中間点から第4のピンD(11d)を介して第1の第1のAD変換器1へと入力される。なお、第1のAD変換器1で測定した電圧値は、適当なコンピュータ処理により、荷重、圧力、加速度、変位トルク等の物理量に換算することができる。
図9の電気回路では、図5に示すモード5の場合として、電圧発生源34から生ずる電圧を測定する場合の回路構成を示している。
この電圧発生源34から生ずる電圧を測定する場合、第5のスイッチSW5、第6のスイッチSW6をオン状態とし、第1のスイッチSW1、第2のスイッチSW2、第3のスイッチSW3、第7のスイッチSW7をオフ状態とし、切り換えスイッチSW4については、共通端子SW4aと第1の切片SW4bとの間を導通させるように設定する。
上記設定により、端子台12(22)の第1の接続端子A、第2の接続端子Bから電圧発生源34の電圧が入力され、その値を第1のAD変換器1で測定する。この場合、端子台12(22)の第1の接続端子Aからの入力は、第6のスイッチSW6を介して第1のAD変換器1へと入力される。他方、端子台12(22)の第2の接続端子Bからの入力は、同じく第6のスイッチSW6を介して図9に示す物理量測定装置の回路内共通電位に接続される。
図10の電気回路では、図5に示すモード6の場合として、熱電対35による周囲温度を測定する場合の回路構成を示している。
この熱電対35により温度を測定する場合、第5のスイッチSW5、第7のスイッチSW7をオン状態とし、第1のスイッチSW1、第2のスイッチSW2、第3のスイッチSW3、第6のスイッチSW6をオフ状態とし、切り換えスイッチSW4については、共通端子SW4aと第1の切片SW4bとの間を導通させるように設定する。
上記設定により、端子台12(22)の第1の接続端子A、第2の接続端子Bから熱電対35の起電力(電圧)が入力され、第7のスイッチSW7を介して第2のAD変換器2へと入力される。この第2のAD変換器2では、この入力から熱電対35の起電力(電圧)を測定し、適当なコンピュータ処理により、周囲温度に換算することができる。
また、物理量検出センサとして物理量測定装置と接続する接続配線が固定されていないその他の測定モード、即ち、1ゲージ法2線式モード、1ゲージ法3線式モード、2ゲージ法モード、熱電対測定等被測定対象については、従前よりも接続端子の個数が3個に減じられた接続端子(第1の接続端子A〜第3の接続端子C)に接続することで、足りるため、配線の自由度を確保し得ると共に誤接続が生じる割合を軽減することができる。
尚、第1のスイッチSW1〜第7のスイッチSW7を、第1のモード〜第6のモードに応じて、オン・オフ制御および切換え制御は、図5に示す組合せの通り、モードスイッチを選択するだけで、選択されたモードの(多芯)通り、簡易且つ確実に設定されるように構成してなるものである。
以上、本発明に係る物理量検出センサ用接続端子および当該接続端子と接続される物理量測定装置について、その要旨とするところを整理すると、以下の通りである。
前記複数の接続端子の一部は、所定モードの物理量検出回路に専用のコネクタであり、
前記複数の接続端子の他の一部は、前記所定モードとは異なる1以上の種類のモードの物理量検出回路に共用の個別の複数の接続端子であって、
前記複数のモードのいずれかを選択することで、所望のモードに応じた回路を形成する物理量測定装置に接続して使用し得るように構成したことを特徴としている(請求項1に対応する)。
また、本発明の物理量検出センサ用接続端子の前記専用コネクタは、多芯型のコネクタであることが望ましい(請求項2に対応する)。
また、本発明の物理量検出センサ用接続端子の前記所定モードの物理量検出回路は、ブリッジ回路の四辺にひずみゲージを含んで形成されてなるフルブリッジの検出回路であることが望ましい(請求項4に対応する)。
また、本発明の物理量検出センサ用接続端子の前記所定モードとは異なる1以上の種類の複数のモードの物理量検出回路は、ひずみゲージを含んで形成される1ゲージ法2線式モード、1ゲージ3線式モード、2ゲージ法モードのいずれのモードの検出回路であってもよい(請求項5に対応する)。
また、本発明の物理量検出センサ用接続端子の前記所定モードの物理量検出センサは、圧力、加速度、振動、変位、荷重、トルクのいずれかに対応して抵抗値を変化させるひずみゲージを用いて構成されたひずみゲージ式変換器であることが望ましい(請求項7に対応する)。
また、本発明の物理量検出センサ用接続端子の前記共用の個別の接続端子は、第1の接続端子と第2の接続端子と、第3の接続端子からなり、
前記専用のコネクタは、前記物理量測定装置の前記内部回路において、前記第1の接続端子、前記第2の接続端子および前記第3の接続端子とそれぞれ接続される第1の接続ピン、第2の接続ピンおよび第3の接続ピンを有すると共に、さらに前記第1のAD変換器の前記第2の入力端に接続された第4の接続ピンおよび内部で接地される第5の接続ピンからなる(請求項8に対応する)。
1つのひずみゲージの一端側に接続されたリード線を前記第1の接続端子と接続し、他端側に接続された2本のリード線のうちの一方を前記第2の接続端子に接続し、他方を前記第3の接続端子に接続することで、1ゲージ法3線式の物理量検出回路が形成され、
2つのひずみゲージのうち、一方のひずみゲージ部2本のリード線は、前記第1の接続端子と前記第2の接続端子にそれぞれ接続し、
他方のひずみゲージの2本のリード線は、前記第2の接続端子と前記第3の接続端子にそれぞれ接続することで、2ゲージ法の物理量検出回路が形成され、
前記電圧発生源の2本のリード線の一方を、前記第1の接続端子に接続し、他方を前記第2の接続端子に接続することで、電圧発生源の電圧を検出する物理量検出回路が形成され、
前記熱電対の2本のリード線の一方は、前記第1の接続端子に接続し他方を前記第2の接続端子に接続することで、熱電対を含む物理量検出回路が形成されるようにしても良い(請求項9に対応する)。
前記第2のひずみゲージの2本のリード線の一方を前記第2の接続ピンに接続し、他方を前記第3の接続ピンに接続し、前記第3のひずみゲージの2本のリード線の一方を前記第3の接続ピンに接続し、他方を前記第4の接続ピンに接続し、
前記第4のひずみゲージの2本のリード線の一方を前記第4の接続ピンに接続し、他方を前記第1の接続ピンに接続することで、フルブリッジ法の物理量検出用回路が形成されるようにしても良い(請求項10に対応する)。
また、本発明の物理量検出センサ用接続端子は、内部配線の1以上の個所にオン/オフスイッチおよび切換えスイッチを備え、2以上の測定モードを、複数の前記オン/オフスイッチの2値状態および前記切換えスイッチの切換え状態に対応した回路を形成することで、所望のモードにおいて、当該物理量の値を決定し得るように構成された物理量測定装置と所定の配線がなされている(請求項11に対応する)。
第1の接続端子に高電位の電源を供給する経路に設けられた第1のスイッチと、第2の接続端子と第1のAD変換器の第1の入力端子との間に設けられた第2のスイッチと、
前記第2の接続端子と第3の接続端子との間に設けられた第3のスイッチと、
前記第3の接続端子と低電位の電源との間に直列に接続された第5の固定抵抗に対し並列され、ブリッジ回路の1辺に前記第5の固定抵抗を接続する第1の切片と接続しない第2の切片との間を切換える切換えスイッチと、
前記ブリッジ回路の一部をなす第3の固定抵抗および第4の固定抵抗との中間点と前記第1のAD変換器の第2の入力端との間に設けられた第5のスイッチと、
を有し、
前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第5のスイッチのオン/オフ動作並びに前記切換スイッチの切換え動作により、1ゲージ法2線式モード、1ゲージ法3線式モード、2ゲージ法モード、フルブリッジ法モードのいずれかのモードを形成してなるように構成したことを特徴としている(請求項12に対応する)。
前記内部回路を、前記1ゲージ法3線式のモードに形成することができる(請求項14に対応する)。
また、本発明の物理量測定装置は、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第5のスイッチをオンとし、前記第3スイッチをオフとし、前記選択スイッチを前記第2の切片側に切換えることにより、
前記内部回路を、前記2ゲージ法のモードに形成するように構成したことができる(請求項15に対応する)。
また、本発明の物理量測定装置は、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチをオンとし、前記第3のスイッチおよび前記第5のスイッチをオフとし、前記選択スイッチを前記第2の切片側に切換えることにより、
前記内部回路を、フルブリッジのモードに形成することができる(請求項16に対応する)。
前記第1の接続端子と第2のAD変換器の第1入力端との間に設けられたスイッチと前記第2の接続端子と前記第2のAD変換器の第2入力端との間に設けられたスイッチとからなる第2の連動スイッチとをさらに有し、
前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第5のスイッチ、前記第6のスイッチおよび第7のスイッチのオン/オフ動作並びに前記切換えスイッチの切換え動作により、前記内部回路が、電圧発生源の測定モードまたは熱起電力測定モードに切換わるように構成してもよい(請求項17に対応する)。
また、本発明の物理量測定装置は、前記第5のスイッチおよび前記第7のスイッチをオンとし、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチおよび前記第6のスイッチをオフとし、前記切換えスイッチを第1の切片側に切換えることにより、前記内部回路を、前記熱電対による熱起電力の測定モードに切換わるように構成してもよい(請求項19に対応する)。
2 第2のAD変換器
11 コネクタ(多芯型)
12、22 端子台
A 第1の接続端子
B 第2の接続端子
C 第3の接続端子
11a 第1の接続ピン
11b 第2の接続ピン
11c 第3の接続ピン
11d 第4の接続ピン
11e 第5の接続ピン
11f 第6の接続ピン
20 物理量測定装置
31、32、31(a)、31(b) センサ(ひずみゲージ)
33 ひずみゲージ式センサ
34 電圧発生源
35 熱電対
Ra、Rb、Rc、Rd ひずみゲージ
R1、R2 抵抗
R3、R4、R5 ブリッジ抵抗(固定抵抗)
1C1a 第1のオペアンプ
1C1b 第2のオペアンプ
SW1〜SW7 第1〜第7のスイッチ
ei 電源
第1の接続端子に高電位の電源を供給する経路に設けられた第1のスイッチと、第2の接続端子と第1のAD変換器の第1の入力端子との間に設けられた第2のスイッチと、
前記第2の接続端子と第3の接続端子との間に設けられた第3のスイッチと、
前記第3の接続端子と低電位の電源との間に直列に接続された第5の固定抵抗に対し並列され、ブリッジ回路の1辺に前記第5の固定抵抗を接続する第1の切片と接続しない第2の切片との間を切換える切換えスイッチと、
前記ブリッジ回路の一部をなす第3の固定抵抗および第4の固定抵抗との中間点と前記第1のAD変換器の第2の入力端との間に設けられた第5のスイッチと
を有し、
前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第5のスイッチのオン/オフ動作並びに前記切換えスイッチの切換え動作により、1ゲージ法2線式モード、1ゲージ法3線式モード、2ゲージ法モード、フルブリッジ法モードのいずれかのモードを形成し得るように構成したことを特徴としている。
次に、本発明に係る物理量検出センサ用接続端子およびその物理量検出センサ用接続端子に接続された物理量検出回路に応じて、内部回路が所定モードまたは所定モードとは異なる1以上の種類のモードに簡易に且つ正確に設定される物理量測定装置の複数の実施形態について、順次説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る物理量検出センサ用接続端子の外観構成を示す平面図である。
本実施形態の物理量検出センサ用接続端子は、物理量検出センサを含む物理量検出検出回路と当該物理量の値を決定する物理量測定装置(後述する本発明に係る物理量測定装置)との間の配線を中継接続する複数の接続端子である。
図1において、本発明に係る第1の実施形態の物理量検出センサ用接続端子(端子台12)は、複数のピンからなる多芯型のコネクタ11と、ネジ止め(および/または半田付け)可能な複数の接続端子(121)とを備える。
端子台12の接続端子121(接続端子A〜接続端子C)は、ねじ止め(および/または半田付け)可能である。また、これらの接続端子をねじ止めした後でハンダ付けすることも可能である。
前記複数の接続端子の一部は、所定モードの物理量検出回路に専用のコネクタであり、
前記複数の接続端子の他の一部は、前記所定モードとは異なる1以上の種類のモードの物理量検出回路に共用の個別の複数の接続端子を備え、
前記共用の個別の接続端子は、第1の接続端子と第2の接続端子と、第3の接続端子からなり、
前記専用のコネクタは、前記物理量測定装置の前記内部回路において、前記第1の接続端子、前記第2の接続端子および前記第3の接続端子とそれぞれ接続される第1の接続ピン、第2の接続ピンおよび第3の接続ピンを有すると共に、さらに前記内部回路の第1のAD変換器の第2の入力端に接続された第4の接続ピンおよび前記内部回路で接地される第5の接続ピンからなり、
前記複数のモードのいずれかを選択することで、所望のモードに応じた回路を形成する物理量測定装置に接続して使用し得るように構成したことを特徴としている。
また、本発明の物理量検出センサ用接続端子の前記専用コネクタは、多芯型のコネクタであることが望ましい。
また、本発明の物理量検出センサ用接続端子の前記所定モードの物理量検出回路は、ブリッジ回路の四辺にひずみゲージを含んで形成されてなるフルブリッジの検出回路であることが望ましい。
また、本発明の物理量検出センサ用接続端子の前記所定モードとは異なる1以上の種類の複数のモードの物理量検出回路は、ひずみゲージを含んで形成される1ゲージ法2線式モード、1ゲージ3線式モード、2ゲージ法モードのいずれのモードの検出回路であってもよい。
また、本発明の物理量検出センサ用接続端子の前記所定モードの物理量検出センサは、圧力、加速度、振動、変位、荷重、トルクのいずれかに対応して抵抗値を変化させるひずみゲージを用いて構成されたひずみゲージ式変換器であることが望ましい。
また、本発明の物理量検出センサ用接続端子の前記共用の個別の接続端子は、第1の接続端子と第2の接続端子と、第3の接続端子からなり、
前記専用のコネクタは、前記物理量測定装置の前記内部回路において、前記第1の接続端子、前記第2の接続端子および前記第3の接続端子とそれぞれ接続される第1の接続ピン、第2の接続ピンおよび第3の接続ピンを有すると共に、さらに前記第1のAD変換器の前記第2の入力端に接続された第4の接続ピンおよび内部で接地される第5の接続ピンからなる。
1つのひずみゲージの一端側に接続されたリード線を前記第1の接続端子と接続し、他端側に接続された2本のリード線のうちの一方を前記第2の接続端子に接続し、他方を前記第3の接続端子に接続することで、1ゲージ法3線式の物理量検出回路が形成され、
2つのひずみゲージのうち、一方のひずみゲージ部2本のリード線は、前記第1の接続端子と前記第2の接続端子にそれぞれ接続し、
他方のひずみゲージの2本のリード線は、前記第2の接続端子と前記第3の接続端子にそれぞれ接続することで、2ゲージ法の物理量検出回路が形成され、
前記電圧発生源の2本のリード線の一方を、前記第1の接続端子に接続し、他方を前記第2の接続端子に接続することで、電圧発生源の電圧を検出する物理量検出回路が形成され、
前記熱電対の2本のリード線の一方は、前記第1の接続端子に接続し他方を前記第2の接続端子に接続することで、熱電対を含む物理量検出回路が形成されるようにしても良い。
前記第2のひずみゲージの2本のリード線の一方を前記第2の接続ピンに接続し、他方を前記第3の接続ピンに接続し、前記第3のひずみゲージの2本のリード線の一方を前記第3の接続ピンに接続し、他方を前記第4の接続ピンに接続し、
前記第4のひずみゲージの2本のリード線の一方を前記第4の接続ピンに接続し、他方を前記第1の接続ピンに接続することで、フルブリッジ法の物理量検出用回路が形成されるようにしても良い。
また、本発明の物理量検出センサ用接続端子は、内部配線の1以上の個所にオン/オフスイッチおよび切換えスイッチを備え、2以上の測定モードを、複数の前記オン/オフスイッチの2値状態および前記切換えスイッチの切換え状態に対応した回路を形成することで、所望のモードにおいて、当該物理量の値を決定し得るように構成された物理量測定装置と所定の配線がなされている。
第1の接続端子に高電位の電源を供給する経路に設けられた第1のスイッチと、第2の接続端子と第1のAD変換器の第1の入力端子との間に設けられた第2のスイッチと、
前記第2の接続端子と第3の接続端子との間に設けられた第3のスイッチと、
前記第3の接続端子と低電位の電源との間に直列に接続された第5の固定抵抗に対し並列され、ブリッジ回路の1辺に前記第5の固定抵抗を接続する第1の切片と接続しない第2の切片との間を切換える切換えスイッチと、
前記ブリッジ回路の一部をなす第3の固定抵抗および第4の固定抵抗との中間点と前記第1のAD変換器の第2の入力端との間に設けられた第5のスイッチと、
を有し、
前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第5のスイッチのオン/オフ動作並びに前記切換スイッチの切換え動作により、1ゲージ法2線式モード、1ゲージ法3線式モード、2ゲージ法モード、フルブリッジ法モードのいずれかのモードを形成してなるように構成したことを特徴としている(請求項1に対応する)。
前記内部回路を、前記1ゲージ法3線式のモードに形成することができる(請求項3に対応する)。
また、本発明の物理量測定装置は、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第5のスイッチをオンとし、前記第3スイッチをオフとし、前記切換えスイッチを前記第2の切片側に切換えることにより、
前記内部回路を、前記2ゲージ法のモードに形成するように構成したことができる(請求項4に対応する)。
また、本発明の物理量測定装置は、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチをオンとし、前記第3のスイッチおよび前記第5のスイッチをオフとし、前記切換えスイッチを前記第2の切片側に切換えることにより、
前記内部回路を、フルブリッジのモードに形成することができる(請求項5に対応する)。
前記第1の接続端子と第2のAD変換器の第1入力端との間に設けられたスイッチと前記第2の接続端子と前記第2のAD変換器の第2入力端との間に設けられたスイッチとからなる第2の連動スイッチとをさらに有し、
前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第5のスイッチ、前記第1の連動スイッチおよび第2の連動スイッチのオン/オフ動作並びに前記切換えスイッチの切換え動作により、前記内部回路が、電圧発生源の測定モードまたは熱起電力測定モードに切換わるように構成してもよい(請求項6に対応する)。
また、本発明の物理量測定装置は、前記第5のスイッチおよび前記第2の連動スイッチをオンとし、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチおよび前記第1の連動スイッチをオフとし、前記切換えスイッチを第1の切片側に切換えることにより、前記内部回路を、前記熱電対による熱起電力の測定モードに切換わるように構成してもよい(請求項8に対応する)。
Claims (19)
- 物理量検出センサを含んで形成される複数モードの物理量検出回路と、前記物理量検出センサが検出した電気量を受け取って当該物理量の値を決定する物理量測定装置との間の配線を中継接続する複数の接続端子において、
前記複数の接続端子の一部は、所定モードの物理量検出回路に専用のコネクタであり、前記複数の接続端子の他の一部は、前記所定モードとは異なる1以上の種類のモードの物理量検出回路に共用の個別の複数の接続端子であって、
前記複数のモードのいずれかを選択することで、所望のモードに応じた回路を形成する物理量測定装置に接続して使用し得るように構成したことを特徴とする物理量検出センサ用接続端子。 - 前記専用コネクタは、多芯型のコネクタであることを特徴とする請求項1に記載の物理量検出センサ用接続端子。
- 前記共用の個別の複数の接続端子は、3個のねじ止め端子、半田付け端子またはワンタッチ式ピン端子のいずれかが前記コネクタと近接して端子台に配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の物理量検出センサ用接続端子。
- 前記所定モードの物理量検出回路は、ブリッジ回路の四辺にひずみゲージを含んで形成されてなるフルブリッジの検出回路であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の物理量検出センサ用接続端子。
- 前記所定モードとは異なる1以上の種類の複数のモードの物理量検出回路は、ひずみゲージを含んで形成される1ゲージ法2線式モード、1ゲージ3線式モード、2ゲージ法モードのいずれかのモードの検出回路であることを特徴とする請求項1または請求項3に記載の物理量検出センサ用接続端子。
- 前記所定モードとは異なる1以上の種類の複数のモードの物理量検出回路は、熱電対を含んで形成される温度検出モードまたは電圧発生源を含んで形成される電圧検出モードの物理量検出回路であることを特徴とする請求項1または請求項3に記載の物理量検出センサ用接続端子。
- 前記所定モードの物理量検出センサは、圧力、加速度、振動、変位、荷重、トルクのいずれかに対応して抵抗値を変化させるひずみゲージを用いて構成されたひずみゲージ式変換器であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の物理量検出センサ用接続端子。
- 前記共用の個別の接続端子は、第1の接続端子と第2の接続端子と、第3の接続端子からなり、
前記専用のコネクタは、前記物理量測定装置の前記内部回路において、前記第1の接続端子、前記第2の接続端子および前記第3の接続端子とそれぞれ接続される第1の接続ピン、第2の接続ピンおよび第3の接続ピンを有すると共に、さらに前記第1のAD変換器の前記第2の入力端に接続された第4の接続ピンおよび内部で接地される第5の接続ピンからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の物理量検出センサ用接続端子。 - 1つのひずみゲージの2本のリード線の一方を、前記第1の接続端子に接続し、他方を前記第2の接続端子に接続することで1ゲージ法2線式の物理量検出回路が形成され、
1つのひずみゲージの一端側に接続されたリード線を前記第1の接続端子と接続し、他端側に接続された2本のリード線のうちの一方を前記第2の接続端子に接続し、他方を前記第3の接続端子に接続することで、1ゲージ法3線式の物理量検出回路が形成され、
2つのひずみゲージのうち、一方のひずみゲージ部2本のリード線は、前記第1の接続端子と前記第2の接続端子にそれぞれ接続し、
他方のひずみゲージの2本のリード線は、前記第2の接続端子と前記第3の接続端子にそれぞれ接続することで、2ゲージ法の物理量検出回路が形成され、
前記電圧発生源の2本のリード線の一方を、前記第1の接続端子に接続し、他方を前記第2の接続端子に接続することで、電圧発生源の電圧を検出する物理量検出回路が形成され、
前記熱電対の2本のリード線の一方は、前記第1の接続端子に接続し他方を前記第2の接続端子に接続することで、熱電対を含む物理量検出回路が形成されることを特徴とする請求項8に記載の物理量検出センサ用接続端子。 - 前記多芯型のコネクタに接続される4つのひずみゲージのうち、第1のひずみゲージの2本のリード線の一方を前記第1の接続ピンに接続し、他方を前記第2の接続ピンに接続し、
前記第2のひずみゲージの2本のリード線の一方を前記第2の接続ピンに接続し、他方を前記第3の接続ピンに接続し、前記第3のひずみゲージの2本のリード線の一方を前記第3の接続ピンに接続し、他方を前記第4の接続ピンに接続し、
前記第4のひずみゲージの2本のリード線の一方を前記第4の接続ピンに接続し、他方を前記第1の接続ピンに接続することで、フルブリッジ法の物理量検出用回路が形成されることを特徴とする請求項8に記載の物理量検出センサ用接続端子。 - 内部配線の1以上の個所にオン/オフスイッチおよび切換えスイッチを備え、2以上の測定モードを、複数の前記オン/オフスイッチの2値状態および前記切換えスイッチの切換え状態に対応した回路を形成することで、所望のモードにおいて、当該物理量の値を決定し得るように構成された物理量測定装置と所定の配線がなされていることを特徴とする請求項1に記載の物理量検出センサ用接続端子。
- 物理量検出センサを含む物理量検出回路と接続して当該物理量の値を決定する物理量測定装置において、
第1の接続端子に高電位の電源を供給する経路に設けられた第1のスイッチと、第2の接続端子と第1のAD変換器の第1の入力端子との間に設けられた第2のスイッチと、
前記第2の接続端子と第3の接続端子との間に設けられた第3のスイッチと、
前記第3の接続端子と低電位の電源との間に直列に接続された第5の固定抵抗に対し並列され、ブリッジ回路の1辺に前記第5の固定抵抗を接続する第1の切片と接続しない第2の切片との間を切換える切換えスイッチと、
前記ブリッジ回路の一部をなす第3の固定抵抗および第4の固定抵抗との中間点と前記第1のAD変換器の第2の入力端との間に設けられた第5のスイッチと、
を有し、
前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第5のスイッチのオン/オフ動作並びに前記切換スイッチの切換え動作により、1ゲージ法2線式モード、1ゲージ法3線式モード、2ゲージ法モード、フルブリッジ法モードのいずれかのモードを形成してなるように構成したことを特徴とする物理量測定装置。 - 前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第5のスイッチをオンとし、前記切換えスイッチを前記第1の切片側に切換えることにより、内部回路を前記1ゲージ法2線式のモードを形成するように構成したことを特徴とする請求項12に記載の物理量測定装置。
- 前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第5のスイッチをオンとし、前記第3スイッチをオフとし、前記選択スイッチを前記第1の切片側に切換えることにより、
前記内部回路を、前記1ゲージ法3線式のモードに形成するように構成したことを特徴とする請求項12に記載の物理量測定装置。 - 前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第5のスイッチをオンとし、前記第3スイッチをオフとし、前記選択スイッチを前記第2の切片側に切換えることにより、
前記内部回路を、前記2ゲージ法のモードに形成するように構成したことを特徴とする請求項12に記載の物理量測定装置。 - 前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチをオンとし、前記第3のスイッチおよび前記第5のスイッチをオフとし、前記選択スイッチを前記第2の切片側に切換えることにより、
前記内部回路を、フルブリッジのモードに形成するように構成したことを特徴とする請求項12に記載の物理量測定装置。 - 前記第1の接続端子と前記第1のAD変換器の第3の入力端との間に接続されたスイッチと前記第2の接続端子と前記内部回路の共通電位との間に接続されたスイッチからなる第1の連動スイッチと、
前記第1の接続端子と第2のAD変換器の第1入力端との間に設けられたスイッチと前記第2の接続端子と前記第2のAD変換器の第2入力端との間に設けられたスイッチとからなる第2の連動スイッチとをさらに有し、
前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第5のスイッチ、前記第6のスイッチおよび第7のスイッチのオン/オフ動作並びに前記切換えスイッチの切換え動作により、前記内部回路が、電圧発生源の測定モードまたは熱起電力測定モードに切換わるように構成したことを特徴とする請求項12に記載の物理量測定装置。 - 前記第5のスイッチおよび前記第6のスイッチをオンとし、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第7のスイッチをオフとし、前記切換えスイッチを第1の切片側に切換えることにより、前記内部回路を、前記電圧発生源の測定モードに切換わるように構成したことを特徴とする請求項12に記載の物理量測定装置。
- 前記第5のスイッチおよび前記第7のスイッチをオンとし、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチおよび前記第6のスイッチをオフとし、前記切換えスイッチを第1の切片側に切換えることにより、前記内部回路を、前記熱電対による熱起電力の測定モードに切換わるように構成したことを特徴とする請求項17に記載の物理量測定装置。
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