JP2577291Y2 - ひずみゲージ式変換器における温度測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案はひずみゲージ式変換器に
おける温度測定装置に係り、特に土木計測の分野等にお
いて使用される測温機能付きひずみゲージ変換器に対し
て適用され、従来から測温モードで必要とした２個の測
温用定電流回路を単一の定電流供給源で構成し、測定精
度の向上と回路の簡素化を実現した装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ひずみゲージブリッジを検出部に応用し
たひずみゲージ式変換器は多種多様な分野において利用
されているが、岩盤やダム等の構造物における土圧や水
圧、又は地すべり等の計測については土木変換器が用い
られる。そして、この種の土木変換器では、被測定物の
熱応力の算出や変換器の温度特定を補正するために測温
機能を付加した構成が採用されていることが多い。

【０００３】従来から、前記の測温機能付き土木変換器
を用いた場合におけるシステムは図３に示されるような
回路構成を有し、変位や圧力等の検出箇所に設置される
検出部1と、その検出信号を処理する測定部2とからな
る。同図において、検出部1は、ゲージ抵抗Rg1,Rg2,Rg
3,Rg4で構成されたひずみゲージブリッジ3とその一方の
出力端子に接続された白金抵抗Rptとで構成され、再現
性の優れた白金抵抗Rptが測温抵抗素子として利用され
ている。一方、測定部2は、前記の検出部1とケーブルで
接続されており、その回路構成は、定電流ブリッジ電源
4と、検出部1側のひずみゲージブリッジ3の各入力端子
を定電流ブリッジ電源4又は接地回路との接続状態に切
換えるスイッチ回路SW1,SW2と、検出部1の白金抵抗素子
Rptの端子及びひずみゲージブリッジ3の他方の出力端子
が接続された差動増幅器5と、差動増幅器5の出力を量子
化するA/D変換器6と、A/D変換器6の出力を取込んでデー
タ処理を実行するマイクロコンピュータ回路(以下、「マ
イコン回路」という)7と、差動増幅器5に対する各入力回
路に接続された[スイッチ回路SW5及び測温用定電流回路
8]と[スイッチ回路SW6及び測温用定電流回路9]とからな
り、マイコン回路7が検出部1から得られたデータを処理
して測温データと変換データを出力させるようになって
いる。

【０００４】ここに、前記のシステムで測温を行う際に
は、先ずスイッチ回路SW1及びSW2を接地回路側への接続
状態にしてひずみゲージブリッジ3と定電流ブリッジ電
源4を切り離しておき、スイッチ回路SW5とスイッチ回路
SW6をオン状態にして差動増幅器5の出力のA/D変換デー
タをマイコン回路7へ取込んで電圧差データΔVを得る。

【０００５】そして、マイコン回路7では、電圧差デー
タΔVに基づいて、予め内蔵ＲＯＭに格納されている電
圧-温度対照テーブルを参照して温度データを求め、そ
れを検出部1の設置箇所の温度データとする。即ち、前
記の測温モードにおいて、スイッチ回路SW5側について
みると、ゲージ抵抗Rg3とRg4からなる並列回路と白金抵
抗Rptとが直列接続された回路に対して測温用定電流回
路8で通電している閉回路が構成され、また、スイッチ
回路SW6側についてみると、ゲージ抵抗Rg1とRg2の並列
回路に対して測温用定電流回路9で通電している閉回路
が構成されるため、Rg1／Rg2＝Rg3／Rg4又はその差がRp
tと比較して無視できる程度に小さい場合は、それらの
各閉回路構成状態における差動増幅器5の出力電圧ΔVが
白金抵抗Rptでの電圧降下に相当することを利用して温
度を検出している。従って、前記のシステムでは検出部
1をコンクリート構造物等に埋設する際に温度計を並設
する必要がなく、測温モードにおける測定部2側のスイ
ッチ操作によって検出部1から温度データを検出するこ
とが可能になる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】ところで、前記のシス
テムにおいては、[スイッチ回路SW5及び測温用定電流回
路8]と[スイッチ回路SW6及び測温用定電流回路9]とを独
立に設けており、各スイッチ回路SW5とSW6がオンに設定
されたときに構成される各閉回路に対して測温用定電流
回路8と9が独自に通電を行うようになっている。

【０００７】この場合、測温用定電流回路8,9が全く同
一の特性を有していれば問題はないが、それらの特性が
異なっていると白金抵抗Rptでの電圧降下が正確に求め
られず、当然に測温結果に誤差が生じることになる。そ
して、測温用定電流回路8,9は同一仕様で製作しても微
妙に電流値が異なる場合が多いために同一特性のものを
用意することが困難であり、また両者の特性の相違を調
整することは温度及び経時的特性の変化まで考慮すると
非常に煩雑になる。更に、測温用定電流回路8,9を独立
に２つ用意しなければならないことは、当然に回路規模
を大きくすると共にコスト高を招くという欠点がある。

【０００８】そこで、本考案は、測温用定電流の供給回
路を単一の出力源で構成させて検出部での測温を可能に
した装置を提供し、それによって前記の不利・不具合を
解消させることを目的として創作された。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第一の考案は、ひずみゲ
ージブリッジと前記ひずみゲージブリッジの一方の出力
端子に測温抵抗素子を接続させた検出部と、前記検出部
に接続されており、測温モードとひずみ変換モードを切
換えながら前記検出部から得られる各種計測データを処
理する測定部からなる測定装置において、前記測定部
が、定電流ブリッジ電源と、前記ひずみゲージブリッジ
の各入力端子を前記定電流ブリッジ電源又は接地回路と
の接続状態に切換える第一及び第二のスイッチ回路と、
前記測温抵抗素子の端子と前記ひずみゲージブリッジの
他方の出力端子が接続された差動増幅器と、単一の測温
用定電流回路と、前記測温用定電流回路を前記差動増幅
器の非反転入力端子又は反転入力端子、若しくは自己の
オフ端子との接続状態に切換える第三スイッチ回路を具
備したことを特徴とするひずみゲージ式変換器における
温度測定装置に係る。

【００１０】第二の考案は、第一の考案における測温用
定電流回路を用いずに定電流ブリッジ電源を測温用定電
流の供給源として利用し、同考案の第三スイッチ回路に
相当するものとして、定電流ブリッジ電源の＋側の出力
端子を前記差動増幅器の非反転入力端子又は反転入力端
子、若しくは自己のオフ端子との接続状態に切換える第
四スイッチ回路を設けたことを特徴とするひずみゲージ
式変換器における温度測定装置に係る。

【００１１】

【作用】第一の考案について； 測温モードで、第一及び第二のスイッチ回路をひずみゲ
ージブリッジの各入力端子と接地回路との接続状態にし
て、ひずみゲージブリッジを定電流ブリッジ電源から切
り離すことについては従来と同様であるが、その切り離
し状態で単一の測温用定電流回路のみを用いて測温を実
行させる。即ち、第三スイッチ回路が測温用定電流回路
と差動増幅器の各入力端子の接続状態を切換え、その時
に構成される各閉回路に対して同一の測温用定電流回路
で通電することにより各閉回路での電圧降下が差動増幅
器の出力として得られ、その各電圧降下の差が測温抵抗
素子での電圧降下を与えることから測温データを求める
ことが可能になる。一方、変換モードでは、第三スイッ
チ回路をオフ端子への接続状態にして測温用定電流回路
をひずみゲージブリッジから切離し、逆に第一及び第二
のスイッチ回路をひずみゲージブリッジの各入力端子と
定電流ブリッジ電源との接続状態にして通常のひずみ測
定を行うことになる。

【００１２】第二の考案について； この考案では、第一の考案のように測温用定電流回路を
設けず、定電流ブリッジ電源を測温用電流の供給源とし
て兼用させる。測温モードにおいて、定電流ブリッジ電
源は第一及び第二のスイッチ回路によってひずみゲージ
ブリッジの入力端子から完全に切り離されているが、＋
側の出力端子を第四スイッチ回路で差動増幅器の非反転
入力端子又は反転入力端子、若しくは自己のオフ端子と
の接続状態に切換えさせれば、第一の考案と同様の原理
で測温データを求められる。但し、定電流ブリッジ電源
を利用すると、一般にその出力電流が第一の考案におけ
る測定用定電流回路の出力電流より大きいために差動増
幅器の出力も大きくなるが、それはレベルレンジの問題
に過ぎず、測定部におけるデータ処理段階で一定係数を
乗算しておけば足りる。

【００１３】

【実施例】以下、本考案の実施例を図１及び図２を参照
して詳細に説明する。 実施例１； この実施例は第一の考案に対応するものであり、図１は
図３と同様に測温機能付き土木変換器における検出部及
び測定部のシステム回路を示す。ここに、検出部1の構
成は図３の場合と同様であり、また測定部2についても
図３における[スイッチ回路SW5及び測温用定電流回路8]
と[スイッチ回路SW6及び測温用定電流回路9]が[スイッ
チ回路SW3及び測温用定電流回路10]の単一回路として構
成されている点を除いて同様の回路構成になっている。
従って、図１において図３と同一の符号で示される回路
要素は同一の回路要素を示しており、各要素についての
解説は省略する。

【００１４】本実施例の特徴は前記のように[スイッチ
回路SW3及び測温用定電流回路10]が設けられている点に
あり、以下、測温モード及び変換モードでの操作・動作
手順を順次解説する。先ず、測温モードでは、スイッチ
回路SW1とSW2を接地回路側(a側及びc側)へ接続させ、ひ
ずみゲージブリッジ3を定電流ブリッジ電源4から切り離
す。そして、その状態でオフ端子gに接続されているス
イッチ回路SW3を端子fへの接続状態に切換え、その時の
差動増幅器5の出力電圧をA/D変換器6で量子化してマイ
コン回路7へ取込み、マイコン回路7は内蔵ＲＡＭにその
電圧データV1をセーブする。次に、スイッチ回路SW3を
端子eへの接続状態へ切換え、その時の差動増幅器5の出
力電圧についてもマイコン回路7が内蔵ＲＡＭに電圧デ
ータV2としてセーブする。

【００１５】前記の電圧データV1,V2のセーブが完了す
ると、マイコン回路7では各電圧データV1,V2の差ΔV=(V
1-V2)を演算し、更にその演算値に基づいて内蔵ＲＯＭ
に格納されている白金抵抗素子に関する電圧-温度対照
テーブルから対応した温度データを求めて内蔵ＲＡＭに
セーブし、そのデータを表示・記録部へ計測データとし
て出力させる。当然に、各通電状態での電圧降下の差Δ
Vが白金抵抗Rptでの電圧降下に対応することから、その
計測データは検出部1の設置箇所の温度データを与えて
いることになる。

【００１６】そして、以上の操作・動作手順から明らか
なように、本実施例では、スイッチ回路SW3の切換えの
みで、単一の測温用定電流回路10から各切換え時に構成
される閉回路に対する通電を行うようにしている。即
ち、スイッチ回路SW3が端子fへの接続状態においてはゲ
ージ抵抗Rg3とRg4で構成される並列回路と白金抵抗Rpt
とが直列接続された回路に対して、スイッチ回路SW3が
端子eへの接続状態においてはゲージ抵抗Rg1とRg2の並
列回路に対して、それぞれ単一の測温用定電流回路10か
ら通電を行っていることになる。その結果、単一の測温
用定電流回路10から前記の各閉回路へ通電させているこ
とにより、各閉回路に対して全く同一の通電条件を実現
でき、測温モードで得られる温度データは非常に正確な
ものとなる。

【００１７】一方、測温モードから変換モードへ移行さ
せるには、スイッチ回路SW1とSW2をそれぞれ定電流ブリ
ッジ電源4側(b側及びd側)への接続状態へ切換え、且つ
スイッチ回路SW3をオフ端子の接続状態へ切換えるだけ
で足りる。この状態では、定電流ブリッジ電源4からひ
ずみゲージブリッジ3へ定電流が供給され、ひずみゲー
ジブリッジ3からその設置箇所の土圧や水圧等に対応し
た電圧が差動増幅器5を介して得られる。

【００１８】尚、本実施例で用いられている各スイッチ
回路SW1,SW2,SW3は手動操作方式によってもよいが、マ
イコン回路7に対する各モードの指示入力によって自動
的に切換えられるようにすることも可能である。

【００１９】実施例２； この実施例は第二の考案に対応するものであり、図２は
前記の実施例１と同様に測温機能付き土木変換器におけ
る検出部及び測定部のシステム回路を示す。この実施例
回路の特徴は、実施例１の場合(図１)と比較して、測温
用定電流回路10がなく、定電流ブリッジ電源4の＋側の
出力端子がスイッチ回路SW4(実施例１のスイッチ回路3
に相当)へ直接接続されている点にある。

【００２０】そして、測温モード及び変換モードでのス
イッチ回路SW1,SW2,SW4の操作手順とマイコン回路7の動
作手順も実施例１の場合と同様であり、測温モードで
は、オフ端子gに接続されているスイッチ回路SW4を端子
fと端子ｅの接続状態に順次切換え、各接続状態での差
動増幅器5の出力電圧をA/D変換器6で量子化し、それら
の電圧データV1,V2をマイコン回路7の内蔵ＲＡＭにセー
ブし、ΔV=(V1-V2)を演算して、内蔵ＲＯＭの電圧-温度
対照テーブルで温度データを求める。また、変換モード
では、スイッチ回路SW4をオフ端子の接続状態へ切換
え、スイッチ回路SW1とSW2をブリッジ電源4側(b側及びd
側)への接続状態へ切換える。

【００２１】ところで、この実施例の場合には、定電流
ブリッジ電源4の電流を測温モードと変換モードで兼用
しているため、測温モードにおける電流の供給レベルが
大きくなる。即ち、実施例１における測温用定電流回路
10では１mA程度の電流を流すようにしているが、定電流
ブリッジ電源4の電流はゲージ抵抗により異なるものの
一般的には５.７mA程度であり、本実施例では差動増幅
器5の出力が５.７倍になる。しかし、その相違は単純な
比例関係に過ぎないため、A/D変換器6の量子化データに
一定の係数(この場合は１／５.７)を乗算しておけば足
り、ソフトウェア的な処理だけでレベルレンジの整合性
を保つことができる。

【００２２】また、電圧データV1,V2を求める際に単一
の電流供給源(定電流ブリッジ電源4)から通電するため
に誤差のない正確な温度データが得られ、測温用定電流
回路が不要になることから当然に回路規模が小さくな
る。

【００２３】

【考案の効果】本考案のひずみゲージ式変換器における
温度測定装置は、以上の構成を有していることにより、
次のような効果を奏する。請求項１の考案は、測温機能
付きひずみゲージ式変換器に対して単一の測温用定電流
回路で通電を行うことにより測温データを得るようにし
ているため、従来のように２個の測温用定電流回路の特
性の相違によって測温データに誤差が生じてしまうこと
を防止でき、正確な温度測定が可能になる。また、測定
部側の回路構成を簡単にすることができ、コストの低減
化が図れるという利点もある。請求項２の考案は、変換
モードでのみ用いていた定電流ブリッジ電源を測温モー
ドでの電流供給源に兼用せしめたことにより、前記考案
と同様に正確な温度測定を可能にすると共に、測温用定
電流源を不要にして測定部の回路規模を小さくして更な
る低コスト化を実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係るひずみゲージ式変換器における
温度測定装置のシステム回路図である。

【図２】実施例２に係るひずみゲージ式変換器における
温度測定装置のシステム回路図である。

【図３】従来技術でのひずみゲージ式変換器における温
度測定装置のシステム回路図である。

【符号の説明】

1…検出部、2…測定部、3…ひずみゲージブリッジ、4…
定電流ブリッジ電源、5…差動増幅器、6…A/D変換器、7
…マイクロコンピュータ回路、8,9,10…測温用定電流回
路、Rg1,Rg2,Rg3,Rg4…ゲージ抵抗、Rpt…白金抵抗(測
温抵抗素子)、SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6…スイッチ回
路。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−372829（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−218903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−131080（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01L 1/22

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ひずみゲージブリッジと前記ひずみゲー
   ジブリッジの一方の出力端子に測温抵抗素子を接続させ
   た検出部と、前記検出部に接続されており、測温モード
   とひずみ変換モードを切換えながら前記検出部から得ら
   れる各種計測データを処理する測定部からなる測定装置
   において、前記測定部が、定電流ブリッジ電源と、前記
   ひずみゲージブリッジの各入力端子を前記定電流ブリッ
   ジ電源又は接地回路との接続状態に切換える第一及び第
   二のスイッチ回路と、前記測温抵抗素子の端子と前記ひ
   ずみゲージブリッジの他方の出力端子が接続された差動
   増幅器と、単一の測温用定電流回路と、前記測温用定電
   流回路を前記差動増幅器の非反転入力端子又は反転入力
   端子、若しくは自己のオフ端子との接続状態に切換える
   第三スイッチ回路を具備したことを特徴とするひずみゲ
   ージ式変換器における温度測定装置。
2. 【請求項２】 ひずみゲージブリッジと前記ひずみゲー
   ジブリッジの一方の出力端子に測温抵抗素子を接続させ
   た検出部と、前記検出部に接続されており、測温モード
   とひずみ変換モードを切換えながら前記検出部から得ら
   れる各種計測データを処理する測定部からなる測定装置
   において、前記測定部が、定電流ブリッジ電源と、前記
   ひずみゲージブリッジの各入力端子を前記定電流ブリッ
   ジ電源又は接地回路との接続状態に切換える第一及び第
   二のスイッチ回路と、前記測温抵抗素子の端子と前記ひ
   ずみゲージブリッジの他方の出力端子が接続された差動
   増幅器と、前記定電流ブリッジ電源の＋側の出力端子を
   前記差動増幅器の非反転入力端子又は反転入力端子、若
   しくは自己のオフ端子との接続状態に切換える第四スイ
   ッチ回路を具備したことを特徴とするひずみゲージ式変
   換器における温度測定装置。