JP2677067B2 - Magnetostrictive torque measuring device - Google Patents

Magnetostrictive torque measuring device

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JP2677067B2
JP2677067B2 JP22391891A JP22391891A JP2677067B2 JP 2677067 B2 JP2677067 B2 JP 2677067B2 JP 22391891 A JP22391891 A JP 22391891A JP 22391891 A JP22391891 A JP 22391891A JP 2677067 B2 JP2677067 B2 JP 2677067B2
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phase
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田 宗 勝 島
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、自動車のドライブシャ
フトなどや、工作機械のスピンドルなど、あるいは電気
モータの回転軸などの軸において、その軸(被測定軸)
に加わるトルクを当該軸の磁気歪作用を利用して非接触
にて検出するのに利用される磁歪式トルク測定装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive shaft of an automobile, a spindle of a machine tool or the like, or an axis of a rotary shaft of an electric motor (axis to be measured)
The present invention relates to a magnetostrictive torque measuring device used for non-contact detection of torque applied to a shaft by utilizing a magnetostrictive action of the shaft.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のトルク測定装置としては、軸
(被測定軸)の磁気歪作用を利用したものがある(例え
ば、特開昭62−179627号,特開昭63−117
230号,特開平1ー170823号等)。
2. Description of the Related Art As a torque measuring device of this type, there is a device utilizing a magnetostrictive action of a shaft (shaft to be measured) (for example, JP-A-62-179627 and JP-A-63-117).
230, JP-A-1-170823).

【0003】図1は、被測定軸の磁気歪作用を利用した
トルク測定装置のトルク検出部の一例を示し、図2は、
前記トルク測定装置のトルク検出回路を構成するブリッ
ジ回路および信号処理回路の一例を示したものである。
FIG. 1 shows an example of a torque detecting section of a torque measuring device utilizing the magnetostrictive action of a shaft to be measured, and FIG.
3 is a diagram showing an example of a bridge circuit and a signal processing circuit which constitute a torque detection circuit of the torque measuring device.

【0004】図1に示すトルク測定装置のトルク検出部
1は、磁気歪作用を有する被測定軸2を備え、トルクを
伝達するこの被測定軸2には、形状異方性を付与するた
めの部分らせん状溝3,4が左右対称に設けてあり、前
記部分らせん状溝3,4に対向して励磁兼検出用のコイ
ル5,6を図示しないヨーク等により非接触に保持した
構造をなしている。
A torque detector 1 of the torque measuring device shown in FIG. 1 includes a shaft to be measured 2 having a magnetostrictive action, and the shaft 2 to be measured for transmitting torque is provided with shape anisotropy. Partial spiral grooves 3 and 4 are provided symmetrically, and the structure is such that the coils 5 and 6 for excitation and detection facing the partial spiral grooves 3 and 4 are held in a non-contact manner by a yoke or the like not shown. ing.

【0005】図2に示すトルク測定装置のトルク検出回
路10のブリッジ回路において、Z(〜),Z
(〜)は図1に示したコイル5,6のインピーダンス
ベクトルであって、〜はインピーダンスが複素数である
ことを示している。また、以下においては、交流信号で
あることを示すのにも〜なる同じ記号を用いることとす
る。
In the bridge circuit of the torque detection circuit 10 of the torque measuring device shown in FIG. 2, Z 1 (...), Z
2 (~) is the impedance vector of the coils 5 and 6 shown in FIG. 1, and ~ indicates that the impedance is a complex number. Further, in the following, the same symbol, which is used to indicate that it is an AC signal, will be used.

【0006】図2に示すトルク検出部10のブリッジ回
路において、符号7,8は抵抗値がR,Rの固定抵
抗であって、これらの抵抗7,8とコイル5,6とでブ
リッジ回路を形成している。また、符号11,12は抵
抗値がRex,Rexであるブリッジバランスをと
るための可変抵抗である。
In the bridge circuit of the torque detector 10 shown in FIG. 2, reference numerals 7 and 8 are fixed resistors having resistance values R 1 and R 2 , and the resistors 7 and 8 and the coils 5 and 6 form a bridge. Forming a circuit. Reference numerals 11 and 12 are variable resistors having bridge resistances having resistance values of Rex 1 and Rex 2 .

【0007】そして、ブリッジ回路には、信号処理回路
の発振器13よりV・ejwtなる交流電圧が供給され
る。ここにおいて、Vは振幅,ω=2πfは角振動数
(f:周波数)である。
An AC voltage of V · e jwt is supplied to the bridge circuit from the oscillator 13 of the signal processing circuit. Here, V is the amplitude, and ω = 2πf is the angular frequency (f: frequency).

【0008】このブリッジ回路の出力電圧は差動増幅器
14によって
The output voltage of this bridge circuit is generated by the differential amplifier 14.

【0009】 [0009]

【0010】に増幅され、同期検波器15によって同期
検波され、装置出力△V(−)は直流として出力され
る。また、同期検波の参照信号(位相,θt)は、発振
器13より移相器16を介して供給される。
The signal is amplified to and is synchronously detected by the synchronous detector 15, and the device output ΔV (-) is output as a direct current. The reference signal (phase, θt) for synchronous detection is supplied from the oscillator 13 via the phase shifter 16.

【0011】このような図1,図2に示す構成の磁歪式
トルク測定装置によって、被測定軸2に加えられたトル
クTを測定するに際しては、トルクTが印加されていな
い状態で可変抵抗11,12の抵抗値Rex,Rex
を調整して、ブリッジのバランスをとり、{△V
(〜)=0(〜)}としておく。
When the torque T applied to the shaft 2 to be measured is measured by the magnetostrictive torque measuring device having the structure shown in FIGS. 1 and 2, the variable resistor 11 is not applied. , 12 resistance values Rex 1 , Rex
Adjust 2 to balance the bridge, {△ V
(~) = 0 (~)}.

【0012】その後、図1に示すようにトルクTが印加
されると、一方のコイル5のインピーダンスが増加する
と共に他方のコイル6のインピーダンスが減少するた
め、ブリッジ出力電圧にアンバランスが生じて{△V
(〜)≠0(〜)}となる。そして、このアンバランス
は、印加トルクTの大きさに比例するため、装置出力は
Thereafter, when torque T is applied as shown in FIG. 1, the impedance of one coil 5 increases and the impedance of the other coil 6 decreases, so that an imbalance occurs in the bridge output voltage. △ V
(~) ≠ 0 (~)}. Since this imbalance is proportional to the magnitude of the applied torque T, the device output is

【0013】 [0013]

【0014】の関係となる。The relationship is as follows.

【0015】ところで、自動車や工作機械などの実動軸
類には、十分な機械的強度が要求されるため、トルク測
定装置の一部を兼ねることとなる軸材としては熱処理を
施した鋼が用いられることが多い。
By the way, since actual shafts such as automobiles and machine tools are required to have sufficient mechanical strength, heat-treated steel is used as the shaft material that also serves as a part of the torque measuring device. Often used.

【0016】そして、鋼を使った磁歪式トルク測定装置
においては、トルクに対する装置感度を得るため、比較
的高い回路増幅率が必要とされる。
In the magnetostrictive torque measuring device using steel, a relatively high circuit amplification factor is required to obtain device sensitivity to torque.

【0017】そのため、温度変化に対して敏感となり、
トルク測定装置のゼロ点が温度とともにドリフトしてし
まうことが多い。
Therefore, it becomes sensitive to temperature changes,
The zero point of a torque measuring device often drifts with temperature.

【0018】そこで、トルクのみ印加したときのブリッ
ジ回路出力の位相、すなわちトルク位相に対して、温度
のみ一様に変えたときのブリッジ回路出力の位相、すな
わち温度位相を離し、温度位相で検波することによりゼ
ロ点のドリフトをなくす対策がなされている。
Therefore, the phase of the bridge circuit output when only the temperature is uniformly changed, that is, the temperature phase is separated from the phase of the bridge circuit output when only the torque is applied, that is, the torque phase, and the temperature phase is detected. As a result, measures have been taken to eliminate the zero point drift.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】温度位相が未調整の段
階においては磁歪式トルク測定装置の温度位相は装置ご
とに異なっている。
At the stage where the temperature phase is not adjusted, the temperature phase of the magnetostrictive torque measuring device differs from device to device.

【0020】そこで、従来の温度位相をトルク位相から
離す手法においては、まず、室温においてトルク検出回
路のブリッジバランスをとり、トルク検出部を一様に所
定の温度まで上げ、未調整の段階における温度位相を調
べることが基本的に必要である。
Therefore, in the conventional method of separating the temperature phase from the torque phase, first, the bridge of the torque detection circuit is balanced at room temperature, the torque detection unit is uniformly raised to a predetermined temperature, and the temperature in the unadjusted stage is adjusted. It is basically necessary to examine the phase.

【0021】次に、温度位相を所定の角度以上トルク位
相から離す調整作業を行なう。
Next, an adjustment work is performed to separate the temperature phase from the torque phase by a predetermined angle or more.

【0022】この温度位相はコイルの温度係数によって
決まっており、温度係数の大小関係を変えることで温度
位相を動かせることまでわかっているので、一方のコイ
ル辺に温度係数をもつ小抵抗を入れ、温度位相が所定の
角度以上トルク位相から離れるまで調整をくり返し行な
うようにしていた。
This temperature phase is determined by the temperature coefficient of the coil, and it is known that the temperature phase can be moved by changing the magnitude relationship of the temperature coefficient. Therefore, a small resistor having a temperature coefficient is inserted on one coil side, The adjustment is repeated until the temperature phase deviates from the torque phase by a predetermined angle or more.

【0023】このように、温度位相をトルク位相から離
す従来の手法では、以上に述べた調整作業の内容からわ
かるように、調整に多大な工数を必要としており、効率
的でないという課題があった。
As described above, the conventional method for separating the temperature phase from the torque phase requires a great number of man-hours for the adjustment, which is not efficient, as can be seen from the contents of the adjustment work described above. .

【0024】[0024]

【発明の目的】本発明は、温度位相をトルク位相から離
すためのより効率のよいすぐれた手法を見い出すべく、
ブリッジ回路の特性やブリッジ回路の出力特性やコイル
の温度係数等について鋭意検討の結果なされたもので、
その目的とするところは、温度位相をトルク位相から離
すに際して多大な調整工数を必要とせず、しかも温度ド
リフトが少なく、安定してトルクの測定を行なうことが
可能である磁歪式トルク測定装置を提供することにあ
る。
OBJECTS OF THE INVENTION The present invention seeks to find a more efficient and superior method for separating the temperature phase from the torque phase.
It was made as a result of extensive studies on the characteristics of the bridge circuit, the output characteristics of the bridge circuit, the temperature coefficient of the coil, etc.
The purpose is to provide a magnetostrictive torque measuring device that does not require a great amount of adjustment man-hours when separating the temperature phase from the torque phase, has a small temperature drift, and can stably measure the torque. To do.

【0025】ところで、本発明に至る過程において、ブ
リッジ回路の特性やブリッジ回路の出力特性等について
鋭意検討したが、このようなブリッジ回路について述べ
てある文献としては、 西野治著 『ブリッジ回路とその応用』,オーム社(昭
52年) 原宏著 『わかりやすいブリッジ回路』,産報(196
6年) 渡辺理著 『ひずみゲージとその応用[改訂版]』,日
刊工業新聞社(昭52年) 等がある。
In the process leading to the present invention, the characteristics of the bridge circuit, the output characteristics of the bridge circuit, and the like have been earnestly examined. Application ”, Ohmsha (1978) Hiroshi Hara,“ Understandable Bridge Circuit ”, Industry Report (196)
6 years) Osamu Watanabe, "Strain gauge and its application [revised version]", Nikkan Kogyo Shimbun (sho 52), etc.

【0026】それらには、ブリッジ感度が各辺のインピ
ーダンスが等しいとき、最も大きくなること等が述べら
れているが、本発明の内容である磁歪式トルク測定装置
に固有なブリッジ回路出力の詳細な特性についての記述
はなかった。
Although it is described therein that the bridge sensitivity becomes maximum when the impedances of the respective sides are equal, the details of the bridge circuit output peculiar to the magnetostrictive torque measuring device which is the content of the present invention are described. There was no description of the characteristics.

【0027】本出願人は、温度位相をトルク位相から離
すより効果的な対策を見い出し別途出願している。
The present applicant has found a more effective measure for separating the temperature phase from the torque phase and has filed a separate application.

【0028】それは、コイル辺の一方に温度係数をもた
ない小抵抗を挿入すると共にコイル辺の他方に温度係数
をもつ小抵抗を挿入し、コイルと小抵抗からなるインピ
ーダンスベクルトをそれぞれZ(〜),Z(〜)、
角度をそれぞれθ,θとあらわしたときにθ<θ
の関係に設定した後ブリッジバランスを設定させたブ
リッジ回路を具備した構成とすることによって、温度位
相を離すという内容のものである。
That is, a small resistor having no temperature coefficient is inserted in one of the coil sides and a small resistor having a temperature coefficient is inserted in the other side of the coil, and an impedance vector consisting of the coil and the small resistor is inserted into Z 1 respectively. (~), Z 2 (~),
When the angles are expressed as θ 1 and θ 2 , respectively, θ 1
The temperature phase is separated by providing a bridge circuit in which the bridge balance is set after setting the relationship of 2 .

【0029】本発明は、上記発明と目的とするところは
同じであるが、後で詳しくその内容について説明するよ
うに、全く別の発想,考え方に基づくものである。
The present invention has the same object as the above invention, but is based on a completely different idea and concept, as will be described in detail later.

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる磁歪式ト
ルク測定装置は、相互に隣り合う2辺を被測定軸に設け
たコイル辺とすると共に他の2辺を固定抵抗としてブリ
ッジを組み、前記2辺のコイル辺および前記2辺の固定
抵抗辺に対し各々並列に2つのブリッジバランス調整用
の可変抵抗を設けたブリッジ回路を備え、前記被測定軸
に印加されたトルクを磁気歪作用により前記ブリッジ回
路で検出する磁歪式トルク測定装置において、前記2辺
のコイル辺のコイル巻数をそれぞれ違えて各々のインピ
ーダンスの大きさに差を持たせると共に、コイル巻数の
多い方のコイル辺に温度係数をもたない小抵抗を挿入
し、コイルと小抵抗からなる前記コイル辺のインピーダ
ンスベクトルおよびコイル辺のみからなるインピーダン
スベクトルをそれぞれZ(〜),Z(〜)、角度を
それぞれθ,θとあらわしたときに
In a magnetostrictive torque measuring device according to the present invention, two sides adjacent to each other are coil sides provided on a shaft to be measured, and the other two sides are fixed resistors to form a bridge. A bridge circuit in which two variable resistors for bridge balance adjustment are respectively provided in parallel with the two coil sides and the two fixed resistance sides is provided, and the torque applied to the shaft to be measured is magnetostrictive. In the magnetostrictive torque measuring device for detecting with the bridge circuit, the coil sides of the two sides are made different from each other to give different impedance magnitudes, and the coil side having the larger number of coil turns has a temperature coefficient. Insert a small resistor that does not have an impedance vector of the coil side consisting of the coil and the small resistance and an impedance vector consisting of only the coil side. Z 1 (~), Z 2 (~), angle when expressed θ 1, θ 2, respectively

【0031】 [0031]

【0032】でかつθ<θの関係に設定した後ブリ
ッジバランスを設定させたブリッジ回路を具備した構成
としたことを特徴としており、本発明に係わる磁歪式ト
ルク測定装置の実施態様においては、温度のみが変化し
たときのブリッジ回路出力の位相である温度位相に、同
期検波のタイミングを設定した構成とし、同じく実施態
様において、トルクのみ印加したときのブリッジ回路出
力の位相であるトルク位相に対し、同期検波のタイミン
グをトルク位相+90゜に設定した構成としたことを特
徴としており、上記した磁歪式トルク測定装置に係わる
発明の構成を前述した従来の課題を解決するための手段
としている。
In addition, the present invention is characterized in that it is provided with a bridge circuit in which the bridge balance is set after the relationship of θ 12 is set. In the embodiment of the magnetostrictive torque measuring device according to the present invention, The temperature phase, which is the phase of the bridge circuit output when only the temperature changes, is set to the timing of synchronous detection, and in the same embodiment, the torque phase that is the phase of the bridge circuit output when only torque is applied is set. On the other hand, it is characterized in that the timing of synchronous detection is set to the torque phase + 90 °, and the configuration of the invention relating to the above-mentioned magnetostrictive torque measuring device serves as means for solving the above-mentioned conventional problems.

【0033】以下に、数式および数値解析例等を用い、
本発明の構成をさらに詳細に説明する。
Below, using mathematical expressions and numerical analysis examples,
The configuration of the present invention will be described in more detail.

【0034】〔動作原理、ブリッジ回路特性、ブリッジ
回路出力特性〕まず、磁歪式トルク測定装置の動作原理
ならびにブリッジ回路特性,ブリッジ回路出力特性等に
ついて数式を使って述べる。
[Operation Principle, Bridge Circuit Characteristic, Bridge Circuit Output Characteristic] First, the operation principle of the magnetostrictive torque measuring device, the bridge circuit characteristic, the bridge circuit output characteristic, etc. will be described using mathematical expressions.

【0035】図3は、単純化したブリッジ回路を示すも
のであり、ブリッジ回路の出力△V(〜)は、つぎの数
式1で表わされる。
FIG. 3 shows a simplified bridge circuit, and the output ΔV (∼) of the bridge circuit is expressed by the following mathematical formula 1.

【0036】[0036]

【数式1】[Formula 1]

【0037】 [0037]

【0038】したがって、コイル5,6のインピーダン
スZ(〜),Z(〜),固定抵抗7,8の抵抗値R
,Rを含めると、△V(〜)は数式2,数式3で示
される。
Therefore, the impedances Z 1 (~), Z 2 (~) of the coils 5, 6 and the resistance value R of the fixed resistors 7, 8 are set.
Including 1 and R 2 , ΔV (∼) is expressed by Equations 2 and 3.

【0039】[0039]

【数式2】[Formula 2]

【0040】 [0040]

【0041】[0041]

【数式3】[Equation 3]

【0042】 [0042]

【0043】また、V(〜)は、発振器13からのブリ
ッジ印加電圧であって、数式4で表わされる。
Further, V (-) is a bridge applied voltage from the oscillator 13 and is expressed by the equation (4).

【0044】[0044]

【数式4】(Equation 4)

【0045】 [0045]

【0046】一方、バランス条件は△V(〜)=0
(〜)であるから、数式3より数式5を得る。
On the other hand, the balance condition is ΔV (∼) = 0.
Since it is (~), Equation 5 is obtained from Equation 3.

【0047】[0047]

【数式5】[Formula 5]

【0048】 [0048]

【0049】そして、バランスがとれているときには、
数式5から数式6が導かれる。
When the balance is good,
Equation 6 is derived from Equation 5.

【0050】[0050]

【数式6】[Formula 6]

【0051】 [0051]

【0052】ここで、数式6におけるインピーダンスZ
(〜),Z(〜)を数式7および数式8のようにそ
れぞれ置き換えると、次の数式9および数式10が導か
れる。
Here, the impedance Z in Equation 6
Substituting 1 (~) and Z 2 (~) into Equations 7 and 8 respectively yields Equations 9 and 10 below.

【0053】[0053]

【数式7】[Formula 7]

【0054】 [0054]

【0055】[0055]

【数式8】[Formula 8]

【0056】 [0056]

【0057】[0057]

【数式9】[Formula 9]

【0058】 [0058]

【0059】[0059]

【数式10】[Formula 10]

【0060】 [0060]

【0061】つまり、バランスが成立しているときに
は、インピーダンスZ(〜)とZ(〜)の各々の角
度θ,θが等しいことになる。
That is, when the balance is established, the angles θ 1 and θ 2 of the impedances Z 1 (-) and Z 2 (-) are equal.

【0062】さて、被測定軸2にトルクTが印加される
と、あるいはトルク検出部1の温度が変わると、コイル
5,6のインピーダンスZ(〜),Z(〜)は数式
11および数式12のようにそれぞれ変化する。
Now, when the torque T is applied to the shaft 2 to be measured or the temperature of the torque detecting portion 1 changes, the impedances Z 1 (~) and Z 2 (~) of the coils 5 and 6 are given by Equation 11 and Each changes as in Expression 12.

【0063】[0063]

【数式11】[Formula 11]

【0064】 [0064]

【0065】[0065]

【数式12】[Equation 12]

【0066】 [0066]

【0067】したがって、ΔV(〜)はΔV(〜)≠0
(〜)となる。
Therefore, ΔV (∼) is ΔV (∼) ≠ 0
(~).

【0068】また、数式3,数式11および数式12か
ら数式13を導き、さらに、この数式13を変形すると
数式14が得られる。
Equation 13 is derived from Equations 3, 11 and 12, and is further modified to obtain Equation 14.

【0069】[0069]

【数式13】[Formula 13]

【0070】 [0070]

【0071】[0071]

【数式14】[Formula 14]

【0072】 [0072]

【0073】ここで、バランスがとれているときの数式
5の値に[ ]を付記して数式15のように表わすこと
により識別するようにしている。
Here, the value of the equation 5 when balanced is added by [], and is expressed by the equation 15 for identification.

【0074】[0074]

【数式15】[Formula 15]

【0075】 [0075]

【0076】さて、ここで、数式14は数式16のよう
に表わすことができる。
Now, Equation 14 can be expressed as Equation 16.

【0077】[0077]

【数式16】[Formula 16]

【0078】 [0078]

【0079】この近似は、十分満足できる近似であっ
て、結果にほとんど影響をおよぼさないことが確認され
ている。
It has been confirmed that this approximation is a sufficiently satisfactory approximation and has almost no effect on the result.

【0080】また、数式16における{ }でくくった
部分は、バランス条件である数式5または数式15によ
り数式17と変形できる。
The part enclosed by {} in the equation 16 can be transformed into the equation 17 by the equation 5 or the equation 15 which is the balance condition.

【0081】[0081]

【数式17】[Formula 17]

【0082】 [0082]

【0083】そして、数式18を数式17に代入すると
数式19を得ることができ、このとき、θはインピー
ダンスZ(〜)の角度である。
By substituting the equation 18 into the equation 17, the equation 19 can be obtained, where θ 1 is the angle of the impedance Z 1 (-).

【0084】[0084]

【数式18】[Formula 18]

【0085】 [0085]

【0086】[0086]

【数式19】[Formula 19]

【0087】 [0087]

【0088】つまり、数式16における{ }でくくっ
た部分は、図3から明らかなように、インピーダンスZ
(〜)と抵抗値Rとの大きさの関係で決定されるブ
リッジ回路の感度ファクターであり、この感度ファクタ
ーはX=1のとき最大値となる。
That is, the part enclosed by {} in the equation 16 is impedance Z as is apparent from FIG.
It is the sensitivity factor of the bridge circuit determined by the relationship between the magnitude of 1 (-) and the resistance value R 1, and this sensitivity factor has the maximum value when X = 1.

【0089】すなわち、インピーダンスZ(〜)の大
きさと抵抗値Rの大きさが等しいとき、ブリッジ感度
ファクターが一番大きくなる。ブリッジ辺のインピーダ
ンスの大きさが等しいときにブリッジ感度が一番大きく
なることは、よく知られている事実である。
That is, when the magnitude of the impedance Z 1 (~) and the magnitude of the resistance value R 1 are equal, the bridge sensitivity factor becomes the largest. It is a well known fact that the bridge sensitivity becomes maximum when the impedances of the bridge sides are equal.

【0090】また、数式16における右側の( )でく
くった部分は、Z(〜),Z(〜)の変化量で決定
されるブリッジ回路の本質的な部分である。
The part enclosed by () on the right side of Expression 16 is the essential part of the bridge circuit determined by the variation of Z 1 (∼) and Z 2 (∼).

【0091】したがって、ΔZ(〜)/(Z)(〜)の
値がZ(〜)の大きさに左右されないのならば、Z
(〜),Z(〜)の大きさは必ずしも同じ程度とす
る必要はないこととになり、例えば、Z(〜)をZ
(〜)に対して小さくした場合、RもRに対して同
じて割合で小さくすると、数式16においてΔV(〜)
/V(〜)は変化しないこととなる(数式19参照)。
Therefore, if the value of ΔZ (-) / (Z) (-) does not depend on the magnitude of Z (-), then Z
It means that the magnitudes of 1 (-) and Z 2 (-) do not necessarily have to be the same, and for example, Z 2 (-) can be changed to Z 1
When it is made smaller with respect to (~), if R 2 is also made smaller with respect to R 1 at the same rate, ΔV (~) in Formula 16
/ V (-) does not change (see Formula 19).

【0092】なお、Z(〜),Rを小さくすると、
(〜)に比べてZ(〜)の方により多くの電流が
流れることになるが、後述するトルク依存係数,温度依
存係数は、トルク測定装置のコイルに流す実用電流値の
影響はほとんど受けない。
If Z 2 (~) and R 2 are reduced,
A larger amount of current flows in Z 2 (∼) than in Z 1 (∼), but the torque dependence coefficient and the temperature dependence coefficient described later are not affected by the practical current value flowing in the coil of the torque measuring device. I hardly receive it.

【0093】また、トルク依存係数は、Z(〜)の大き
さにもほとんど影響されない。
Further, the torque dependence coefficient is hardly affected by the magnitude of Z (-).

【0094】ここで、以下のような置き換えを行なう。Here, the following replacement is performed.

【0095】[0095]

【数式20】[Formula 20]

【0096】 [0096]

【0097】[0097]

【数式21】[Formula 21]

【0098】 [0098]

【0099】[0099]

【数式22】[Equation 22]

【0100】 [0100]

【0101】[0101]

【数式23】[Formula 23]

【0102】 [0102]

【0103】さらに、数式15,数式22および数式2
3から数式24を得る。
Further, equation 15, equation 22 and equation 2
Equation 24 is obtained from 3.

【0104】[0104]

【数式24】[Equation 24]

【0105】 [0105]

【0106】次に、数式16に数式4,数式7,数式2
0,数式21および数式23をそれぞれ代入し、インピ
ーダンスZ(〜)をZe(jθ)で表わせば数式25が
導かれる。
Next, in Equation 16, Equation 4, Equation 7, and Equation 2
Equation 25 is derived by substituting 0, Equation 21 and Equation 23 and expressing the impedance Z (-) by Ze (jθ).

【0107】[0107]

【数式25】[Formula 25]

【0108】 [0108]

【0109】一方、Δθは数式24より数式26と表
わせるので、数式25から数式27が導かれる。
On the other hand, since Δθ C can be expressed as Equation 26 from Equation 24, Equation 27 is derived from Equation 25.

【0110】[0110]

【数式26】[Equation 26]

【0111】 [0111]

【0112】[0112]

【数式27】[Equation 27]

【0113】 [0113]

【0114】そして、数式27を数式28の形に書くと
数式29および数式30が導かれ、両式において、△Z
およびθがブリッジ回路の本質的な部分と関係す
る。
When Equation 27 is written in the form of Equation 28, Equation 29 and Equation 30 are derived. In both equations, ΔZ
C and θ C are related to the essential part of the bridge circuit.

【0115】[0115]

【数式28】[Formula 28]

【0116】 [0116]

【0117】[0117]

【数式29】[Equation 29]

【0118】 [0118]

【0119】[0119]

【数式30】[Formula 30]

【0120】 [0120]

【0121】なお、数式式29における{ }でくくっ
た部分は、数式31として表わされる(数式19参
照)。
The part enclosed by {} in the mathematical expression 29 is expressed as a mathematical expression 31 (see mathematical expression 19).

【0122】[0122]

【数式31】[Formula 31]

【0123】 [0123]

【0124】ここで、インピーダンスZ(〜)および
(〜)を数式32および数式33のように表わす。
Here, the impedances Z 1 (~) and Z 2 (~) are expressed as in Expressions 32 and 33.

【0125】[0125]

【数式32】[Equation 32]

【0126】 [0126]

【0127】[0127]

【数式33】[Formula 33]

【0128】 [0128]

【0129】そして、トルクまたは温度が印加されて、
インダクタンスLおよび抵抗Rが以下の数式で表わされ
るとする。
Then, torque or temperature is applied,
It is assumed that the inductance L and the resistance R are represented by the following mathematical formulas.

【0130】[0130]

【数式34】[Equation 34]

【0131】 [0131]

【0132】[0132]

【数式35】[Formula 35]

【0133】 [0133]

【0134】[0134]

【数式36】[Formula 36]

【0135】 [0135]

【0136】[0136]

【数式37】[Formula 37]

【0137】 [0137]

【0138】このとき、αはトルク依存係数[1/kg
m]または温度係数[1/°C]であり、tはトルク
[kgm]または温度[°C]である。LAO,RAO
等はトルクが印加されていない0°Cのときのインダク
タンスLおよび抵抗Rの値である。
At this time, α is a torque dependence coefficient [1 / kg
m] or temperature coefficient [1 / ° C], and t is torque [kgm] or temperature [° C]. L AO , R AO
Etc. are the values of the inductance L and the resistance R at 0 ° C. when no torque is applied.

【0139】すると、△Z(〜)および△Z(〜)
は、数式32〜37より、以下の数式38および数式3
9で表わせることとなる。
Then, ΔZ 1 (~) and ΔZ 2 (~)
Is the following Expression 38 and Expression 3 from Expressions 32 to 37.
It can be represented by 9.

【0140】[0140]

【数式38】[Formula 38]

【0141】 [0141]

【0142】[0142]

【数式39】[Formula 39]

【0143】 [0143]

【0144】また、数式22は数式38および数式39
により数式40のように表わせる。
Further, the formula 22 is the formula 38 and the formula 39.
Can be expressed as

【0145】[0145]

【数式40】[Formula 40]

【0146】 [0146]

【0147】さらに、数式24により△Zは以下のよ
うに表わせる。
Further, ΔZ C can be expressed by the following equation 24 as follows.

【0148】[0148]

【数式41】[Formula 41]

【0149】 [0149]

【0150】したがって、数式40および数式41よ
り、数式42が導かれる。
Therefore, the expression 42 is derived from the expressions 40 and 41.

【0151】[0151]

【数式42】[Formula 42]

【0152】 [0152]

【0153】一方、バランス条件である数式5および数
式32〜37により、数式43が導かれ、この数式43
の実数部分および虚数部分を各々対応させることによ
り、数式44および数式45が以下のように導かれる。
On the other hand, the equation 43 is derived from the equation 5 and the equations 32 to 37 which are the balance conditions.
Mathematical expressions 44 and 45 are derived as below by associating the real number part and the imaginary number part of

【0154】[0154]

【数式43】[Formula 43]

【0155】 [0155]

【0156】[0156]

【数式44】[Formula 44]

【0157】 [0157]

【0158】[0158]

【数式45】[Formula 45]

【0159】 [0159]

【0160】つまり、数式42はつぎのように表わされ
る。
That is, the equation 42 is expressed as follows.

【0161】[0161]

【数式46】[Equation 46]

【0162】 [0162]

【0163】また、θは数式40等により次式のよう
に表わされる。
Further, θ C is represented by the following equation by the equation 40 and the like.

【0164】[0164]

【数式47】[Formula 47]

【0165】 [0165]

【0166】したがって、トルク依存係数αまたは温度
係数αが一定なときにはθは定数であり、△Zはト
ルクtまたは温度tに比例することがわかり、数式29
のVdおよび数式30のθdは、△Zおよびθでそ
れぞれ決定されることがわかる。
Therefore, when the torque dependence coefficient α or the temperature coefficient α is constant, θ C is a constant, and ΔZ C is proportional to the torque t or the temperature t.
It can be seen that Vd of θ and θd of Equation 30 are determined by ΔZ C and θ C , respectively.

【0167】さて、装置出力△V(−)は△V(〜)を
同期検波したもので、検波のタイミングをθtとすると
θt+πまでは△V(〜),θt+πからθt+2πま
では−△V(〜)として積分したものが△V(−)であ
るので、数式28により次式を得る。
The device output ΔV (-) is obtained by synchronously detecting ΔV (-), and assuming that the detection timing is θt, ΔV (-) up to θt + π, and -ΔV (from θt + π to θt + 2π. Since the integrated value of ˜) is ΔV (−), the following expression is obtained from Expression 28.

【0168】[0168]

【数式48】[Formula 48]

【0169】 [0169]

【0170】この数式から、θt=θdのとき△V
(−)は0であり、θt−θd=90°のとき△V
(−)は最も大きな値となる。
From this equation, when θt = θd, ΔV
(−) Is 0, and ΔV when θt−θd = 90 °
(-) Is the largest value.

【0171】以上が、ブリッジ回路特性,ブリッジ回路
出力特性ならびに動作原理である。
The above is the bridge circuit characteristic, the bridge circuit output characteristic, and the operating principle.

【0172】〔トルク位相、温度位相、および温度依存
分の消去法等について〕ここで、ある温度でかつトルク
が印加されていないときに、ブリッジのバランスをとる
と△V(〜)=0(〜)としうる。ところが、トルクが
印加されていなくとも温度のみ変わると△V(〜)≠0
(〜)となってしまう。
[Torque Phase, Temperature Phase, and Elimination Method of Temperature Dependent Component] Here, when the bridge is balanced at a certain temperature and no torque is applied, ΔV (∼) = 0 ( ~) However, if only the temperature changes even if no torque is applied, ΔV (∼) ≠ 0
It becomes (~).

【0173】その理由は、数式46のtの係数が0でな
いためである。
The reason is that the coefficient of t in Expression 46 is not 0.

【0174】実際問題として、tの係数が0、すなわち
温度係数が同じということはありえない。
As a practical matter, it is impossible that the coefficient of t is 0, that is, the temperature coefficient is the same.

【0175】そのため、トルク測定装置のゼロ点は温度
とともにドリフトするわけである。
Therefore, the zero point of the torque measuring device drifts with temperature.

【0176】ある温度でかつトルクが印加されていない
状態でブリッジのバランスをとると、△V(〜)=0
(〜)となる。その状態において、トルクのみが印加さ
れたときの数式30のθdをトルク位相と定義する。こ
のトルク位相θdはほとんど一定であり、振幅Vdは、
トルクの大きさとともに変わる。
When the bridge is balanced at a certain temperature and no torque is applied, ΔV (∼) = 0
(~). In that state, θd in Expression 30 when only the torque is applied is defined as the torque phase. This torque phase θd is almost constant, and the amplitude Vd is
It changes with the magnitude of torque.

【0177】また、温度のみが変化したときのθdを温
度位相と定義する。この温度位相θdもほとんど一定で
あり、振幅Vdは温度変化の度合に応じてかわる。
Further, θd when only the temperature changes is defined as the temperature phase. This temperature phase θd is also almost constant, and the amplitude Vd changes depending on the degree of temperature change.

【0178】トルク位相をθd(トルク),温度位相を
θd(温度)と書くことにする。
The torque phase is written as θd (torque) and the temperature phase is written as θd (temperature).

【0179】さて、θd(トルク)とθd(温度)が9
0°程度離れている場合、検波タイミングθtをθd
(温度)とすると、温度依存分は数式48より明らかな
ように消し去ることができ、トルクに対してのみ有効に
装置出力が出ることになる。これが、温度位相で同期検
波することによる温度依存分の消去法である。
Now, θd (torque) and θd (temperature) are 9
When the distance is about 0 °, the detection timing θt is set to θd
Assuming (temperature), the temperature-dependent amount can be eliminated as is clear from the equation (48), and the device output can be effectively output only for the torque. This is the method of eliminating the temperature-dependent component by performing synchronous detection in the temperature phase.

【0180】さて、θd(トルク)とθd(温度)を比
較することは、θ(トルク)とθ(温度)を比較す
ることと本質的に同じである。というのは、数式30に
おいてθ,θは定数とみなせるからである。
Now, comparing θd (torque) and θd (temperature) is essentially the same as comparing θ C (torque) and θ C (temperature). This is because θ A and θ B in Equation 30 can be regarded as constants.

【0181】なお、θは測定不可能な量であり、測定
できるのはθdである。
It should be noted that θ C is an unmeasurable quantity, and what can be measured is θ d.

【0182】次に、θ(トルク)について図4のベク
トル図も参照して考察する。
Next, θ C (torque) will be considered with reference to the vector diagram of FIG.

【0183】数式47において、αLAとαLBの符号
は反対、αRAとαRBの符号も反対であり、それらは
結果として和となる。
In Expression 47, the signs of α LA and α LB are opposite, and the signs of α RA and α RB are also opposite, and they result in a sum.

【0184】また、一般にトルク依存係数においては、Generally, in the torque dependence coefficient,

【0185】 [0185]

【0186】という関係になっている。したがって、θ
(トルク)は次式のように表わされる。
The relationship is as follows. Therefore, θ
C (torque) is expressed by the following equation.

【0187】[0187]

【数式49】[Formula 49]

【0188】 [0188]

【0189】参考までにX=1のときつまりR=Z
のときには、θ=θ/2である(図6のベクトル図
参照)。
For reference, when X = 1, that is, R 1 = Z 1
In the case of, θ 1 = θ A / 2 (see the vector diagram of FIG. 6).

【0190】また、数式2によりバランスが成り立って
いるときには、θ=θでもあるから、数式30より
Further, when the balance is established by the equation 2, since θ A = θ B , the equation 30

【0191】 [0191]

【0192】となる。It becomes:

【0193】さて、ここでトルク依存係数において、Now, in the torque dependence coefficient,

【0194】 [0194]

【0195】なのはどうしてなのかの理由についても言
及しておく。
The reason why the reason is also mentioned.

【0196】コイルのインピーダンスZ(〜)は、これ
まで述べて来たように、次式で表わされる。
The impedance Z (-) of the coil is represented by the following equation, as described above.

【0197】[0197]

【数式50】[Formula 50]

【0198】 [0198]

【0199】一方、材料の特性としての交流透磁率μ
(〜)は、数式51で表わされ、μ´およびμ″は、イ
ンダクタンスLおよび抵抗Rに対して以下の関係をな
す。
On the other hand, the AC magnetic permeability μ as a characteristic of the material
(-) Is represented by Expression 51, and μ ′ and μ ″ have the following relationship with the inductance L and the resistance R.

【0200】[0200]

【数式51】[Formula 51]

【0201】 [0201]

【0202】[0202]

【数式52】[Equation 52]

【0203】 [0203]

【0204】ここで、Racとは交流抵抗分であり、次
式のように表わせる。
Here, Rac is an AC resistance component and can be expressed by the following equation.

【0205】[0205]

【数式53】[Equation 53]

【0206】 [0206]

【0207】また、Rdcはコイルの直流抵抗分であ
り、Racに比べてその値は小さい。
Rdc is a direct current resistance component of the coil, and its value is smaller than that of Rac.

【0208】つまり、トルクを印加した際、μ´もμ″
も同程度変化するため、
That is, when torque is applied, μ ′ and μ ″
Changes to the same extent,

【0209】 [0209]

【0210】となるわけである。That is,

【0211】次に、θ(温度)について図5のベクト
ル図も参照して考察する。
Next, θ C (temperature) will be considered with reference to the vector diagram of FIG.

【0212】数式47において、αLAとαLBは同符
号、αRAとαRBも同符号であり、それらの差が関係
してくる。
In Expression 47, α LA and α LB have the same sign, and α RA and α RB have the same sign, and the difference between them is related.

【0213】一般に、温度係数には僅かの差があり温度
係数の差Δα,△αは+の場合も−の場合もありう
るので、θ(温度)は、トルク測定装置毎に異なって
くる。
In general, there is a slight difference in the temperature coefficient, and the difference Δα L , Δα R in the temperature coefficient may be + or −, so that θ C (temperature) is different for each torque measuring device. Come on.

【0214】したがって、温度ドリフトは、トルク測定
装置毎に違ってくることになる。
Therefore, the temperature drift is different for each torque measuring device.

【0215】そこで、温度係数の大小関係を調整し、θ
(温度)をθ(トルク)から離して設定しようとい
うのが、基本となる考え方である。
Therefore, by adjusting the magnitude relationship of the temperature coefficient,
The basic idea is to set C (temperature) apart from θ C (torque).

【0216】〔θ(温度)設定の考え方〕θ(トル
ク)はθでほぼ確定しており、θ>0でありかつ軸
径19mmの鋼の場合は約73°である。
[0216] [theta C (temperature) set Concept] theta C (torque) is approximately determined by theta 1, in the case of steel theta 1> 0 a is and shaft diameter 19mm is approximately 73 °.

【0217】したがって、θ(温度)の方は−の値を
とるように温度係数の大小関係を次式のように設定すれ
ばよい(数式47参照)。
Accordingly, the magnitude relationship of the temperature coefficients may be set as in the following expression so that the value of θ C (temperature) takes a negative value (see Expression 47).

【0218】[0218]

【数式54】[Equation 54]

【0219】 [0219]

【0220】数式54において、軸径が19mmの鋼の
場合、以下の値を得る。
In the formula 54, the following values are obtained for steel having a shaft diameter of 19 mm.

【0221】[0221]

【数式55】[Formula 55]

【0222】 [0222]

【0223】なお、図7はθ(温度)設定の説明図で
ある。
FIG. 7 is an explanatory diagram of θ C (temperature) setting.

【0224】つまり、θ(温度)を−の値に設定でき
れば、温度位相をトルク位相に対してθの大きさより
も大きく離せるわけである。
That is, if θ C (temperature) can be set to a negative value, the temperature phase can be separated from the torque phase by more than θ 1 .

【0225】〔実際のブリッジ回路〕実際のブリッジ回
路は、図2に示してあるように、バランス調整用の抵抗
Rex,Rexを並列に入れてある。
[Actual Bridge Circuit] In the actual bridge circuit, as shown in FIG. 2, resistors Rex 1 and Rex 2 for balance adjustment are put in parallel.

【0226】図8は実際のブリッジ回路をよりわかり易
く書き直したものである。
FIG. 8 is a rewrite of the actual bridge circuit for easier understanding.

【0227】図8は図2とまったく同じで、バランスが
成り立ったときの外付抵抗の大きさをRz,Rexr
であらわしたものである。
FIG. 8 is exactly the same as FIG. 2, and the magnitudes of the external resistors when the balance is established are Rz 1 and Rexr.
It is represented by 1 .

【0228】さて、並列に抵抗を入れたときのブリッジ
回路の各辺の合成インピーダンスをZ´(〜),R
´等と表わすことにすれば、これまで算出した式はその
まま使うことができる。
Now, the combined impedance of each side of the bridge circuit when resistors are inserted in parallel is Z 1 ′ (˜), R 1
If expressed as ′ etc., the equation calculated so far can be used as it is.

【0229】なお、本出願人が別途出願している発明に
おいては、例えば、2辺のコイル辺を有するブリッジ回
路のコイル辺の他方に温度係数をもつ小抵抗をつけてα
RBを大きくし、αRA<αRBとする。つまりαRA
−αRB<0とする。
In the invention separately filed by the present applicant, for example, a small resistance having a temperature coefficient is attached to the other side of the coil side of the bridge circuit having two coil sides by α.
RB is increased so that α RARB . That is α RA
RB <0.

【0230】また、αLA−αLB>0の関係を確実に
成り立たせるため、コイル辺の一方に温度係数をもたな
い小抵抗をつけてθ<θの関係とし、θの方をθ
よりも約1°程度小さく設定する。
Further, in order to surely establish the relationship of α LA −α LB > 0, a small resistance having no temperature coefficient is attached to one of the coil sides to establish a relationship of θ 12 and θ 1 is better. Θ
Set about 1 ° smaller than 2 .

【0231】このように角度設定してブリッジバランス
をとると、ブリッジバランスがとれた時点のコイル辺の
他方の合成インピーダンスの角度θ´は、θより若
干小さな角度となる。このとき、合成インピーダンスに
おける温度係数αLB´,αRB´は減少するが、これ
を角度変更による温度係数の変更と呼んでいる。
When the bridge is balanced by setting the angle in this way, the angle θ 2 ′ of the other combined impedance of the coil side at the time when the bridge is balanced becomes an angle slightly smaller than θ 1 . At this time, the temperature coefficients α LB ′ and α RB ′ in the combined impedance decrease, which is called the change of the temperature coefficient by changing the angle.

【0232】したがって、αLA´−αLB´>0が実
現できる。
Therefore, α LA ′ −α LB ′> 0 can be realized.

【0233】また、コイル辺の一方には、温度係数をも
たない小抵抗をつけるのでαRAも若干小さくなる。
Further, since a small resistance having no temperature coefficient is attached to one of the coil sides, α RA becomes slightly small.

【0234】以上のような構成とすることにより、数式
54の関係をほぼ成立させるようにしているのが、本出
願人により別途出願した発明の内容である。
With the above-mentioned structure, the content of the invention separately filed by the applicant of the present invention is such that the relationship of Expression 54 is substantially established.

【0235】本発明においては、以下に述べるように、
まったく別の考え方に基づく手法で数式54の関係を実
現させる。
In the present invention, as described below,
The relationship of Expression 54 is realized by a method based on a completely different concept.

【0236】[コイルの温度係数]Rの温度係数はどの
ように決まっているのか考察してみる。
[Coil Temperature Coefficient] Let us consider how the temperature coefficient of R is determined.

【0237】既に述べたようにRは、数式53よりRd
c+Racで表わされる。ここで、Rdcの方の温度係
数をαdc、Racの方の温度係数をαacとすると、
同じく数式53よりt℃のときのR(t)は、次式で表
わされる。
As described above, R is Rd from the mathematical expression 53.
It is represented by c + Rac. Here, when the temperature coefficient of Rdc is αdc and the temperature coefficient of Rac is αac,
Similarly, from Expression 53, R (t) at t ° C. is represented by the following expression.

【0238】[0238]

【数式56】[Formula 56]

【0239】 [0239]

【0240】このとき、Rdc°,Rac°を0℃での
値とし、数式53を変形すると、数式57を得る。
At this time, Rdc ° and Rac ° are values at 0 ° C. and Equation 53 is transformed to obtain Equation 57.

【0241】[0241]

【数式57】[Formula 57]

【0242】 [0242]

【0243】したがって、Rの温度係数αは次式のよ
うに表わせる。
Therefore, the temperature coefficient α R of R can be expressed by the following equation.

【0244】[0244]

【数式58】[Formula 58]

【0245】 [0245]

【0246】さて、αdcは巻線である銅線の温度係数
であり、以下の値となっている。
By the way, αdc is a temperature coefficient of a copper wire which is a winding, and has the following value.

【0247】[0247]

【数式59】[Formula 59]

【0248】 [0248]

【0249】一方、αacの方は交流透磁率の虚数部
μ″の温度係数αμ″であり、このαμ″は、交流透磁
率μ´の温度係数αμ´とほぼ同じ値であると考えられ
る。
On the other hand, αac is the temperature coefficient αμ ″ of the imaginary part μ ″ of the AC permeability, and this αμ ″ is considered to be almost the same value as the temperature coefficient αμ ′ of the AC permeability μ ′.

【0250】このαμ´はインダクタンスLの温度係数
であるので、約3×10-4/℃(30kHzでの値)で
ある(数式51および数式52参照)。
Since this αμ 'is the temperature coefficient of the inductance L, it is about 3 × 10 -4 / ° C. (value at 30 kHz) (see formula 51 and formula 52).

【0251】したがって、次式のようになる。Therefore, the following equation is obtained.

【0252】[0252]

【数式60】[Equation 60]

【0253】 [0253]

【0254】つまり、αacとαdcとは、大きさが1
桁異なっていることになる。
That is, αac and αdc have a size of 1
It will be different.

【0255】なお、Rac°>Rdc°であってαR
1×10-3/℃の大きさとなっている。
It should be noted that Rac °> Rdc ° and α R has a magnitude of 1 × 10 −3 / ° C.

【0256】次に、巻数を変えたときのαはどうなる
かを考察してみると、Rac°の大きさは巻数が増すほ
ど大きくなるので、αは数式58より小さくなること
がわかる。
Next, considering what happens to α R when the number of turns is changed, it can be seen that since the magnitude of Rac ° becomes larger as the number of turns increases, α R becomes smaller than in Equation 58.

【0257】以上述べてきたように、コイル巻数が多く
なるとαは小さくなるわけである。
As described above, α R becomes smaller as the number of coil turns increases.

【0258】次に、インダクタンスLの温度係数がコイ
ル巻数によってどうなるのかを考察する。
Next, let us consider what happens to the temperature coefficient of the inductance L depending on the number of coil turns.

【0259】コイル巻数を変えて温度係数の測定を試み
たところ、Rの温度係数は以上の推論どおり、コイル巻
数が多いほど小さくなっていた。
When an attempt was made to measure the temperature coefficient by changing the number of coil turns, the temperature coefficient of R was smaller as the number of coil turns was larger, as inferred above.

【0260】一方、インダクタンスLの温度係数の方は
巻数が多いほど若干大きくなっていた。
On the other hand, the temperature coefficient of the inductance L was slightly larger as the number of turns was larger.

【0261】その理由は、以下のように推論される。The reason is inferred as follows.

【0262】溝部でのαμ´とそのわきの平坦部のαμ
´とでは差がある(図1参照)ことが、理論的考察と間
接的な測定データとから推定された。この場合、溝部の
αμ´の方が若干小さいと考えられ、したがって、コイ
ル巻数が増すと、磁束の拡がりが大きくなるため、イン
ダクタンスLの温度係数が若干大きくなると考えること
ができる。
Αμ ′ at the groove and αμ at the flat part beside it
It was estimated from the theoretical consideration and the indirect measurement data that there is a difference with ′ (see FIG. 1). In this case, it is considered that αμ ′ of the groove is slightly smaller. Therefore, it can be considered that the temperature coefficient of the inductance L becomes slightly larger because the spread of the magnetic flux becomes larger as the number of coil turns increases.

【0263】以上の考察をまとめると、コイル巻数が多
いほどインダクタンスLの温度係数は若干大きくなり、
Rの温度係数は小さくなるということになる。
In summary, the temperature coefficient of the inductance L becomes slightly larger as the number of coil turns increases.
This means that the temperature coefficient of R becomes small.

【0264】したがって、コイル辺の一方の巻数を多く
すると共に、コイル辺の他方の巻数を少なくすると、α
LA−αLB>0,αRA−αRB<0となって、数式
54の関係をみたすことができることになる。
Therefore, if the number of turns on one side of the coil is increased and the number of turns on the other side of the coil is reduced, α
Since LA- α LB > 0 and α RA −α RB <0, the relationship of Expression 54 can be satisfied.

【0265】なお、トルク依存係数の方は、コイル巻数
によって、ほとんどかわらないことを実験において確認
している。
It has been confirmed in an experiment that the torque dependence coefficient hardly changes depending on the number of coil turns.

【0266】また、トルク依存係数および温度係数も、
トルク測定装置で用いる電流域である数十mA以下にお
いては、ほとんど電流に依存しないことがわかってい
る。
The torque dependence coefficient and temperature coefficient are also
It is known that the current hardly depends on the current in the current range of several tens mA which is used in the torque measuring device.

【0267】なお、上記の説明および後に示す実施例で
は、発明の内容を説明するために極めて限定された例示
等の記述にとどまっているが、上記の概念を利用するブ
リッジ回路における調査方法も含むことはいうまでもな
い。
In the above description and the embodiments described later, the description is limited to exemplifications and the like, which are very limited in order to explain the content of the invention, but also includes a method of investigating in a bridge circuit utilizing the above concept. Needless to say.

【0268】[0268]

【発明の作用】この発明に係わる磁歪式トルク測定装置
は、上記した構成としてあるので、温度位相をトルク位
相から離して設定する調整作業を簡単に行えるようにな
ることから、この作業工数は少ないものとなり、加え
て、位相の分離を確実に行えることから、温度ドリフト
が少なく、測定は安定して行われることとなる。
Since the magnetostrictive torque measuring device according to the present invention has the above-mentioned structure, the adjustment work for setting the temperature phase apart from the torque phase can be easily performed, so that the number of man-hours required is small. In addition, since the phases can be reliably separated, the temperature drift is small and the measurement can be stably performed.

【0269】[0269]

【実施例1】クロムモリブデン(SCM)系の鋼を素材
とし、これを機械加工して、軸径19mmのトルク測定
装置用被測定軸2とした。
Example 1 Chromium-molybdenum (SCM) -based steel was used as a raw material and was machined to obtain a shaft 2 to be measured for a torque measuring device having a shaft diameter of 19 mm.

【0270】そして、この被測定軸2には、幅1mm,
深さ1.5mm(0.5R)の部分らせん状溝3,4を
±45°方向に一対形成した(図1参照)。この場合、
溝本数は20本(20等分)で、溝部長さは10mmの
ものとした。その後、浸炭焼入れ、焼戻しを施した。
The measured shaft 2 has a width of 1 mm,
A pair of partial spiral grooves 3 and 4 having a depth of 1.5 mm (0.5 R) were formed in the directions of ± 45 ° (see FIG. 1). in this case,
The number of grooves was 20 (divided into 20 equal parts), and the groove length was 10 mm. Then, carburizing and quenching and tempering were performed.

【0271】この被測定軸2に対しては、5mm幅のコ
イル5,6を部分らせん状溝3,4に対向させて設置し
た。
With respect to the shaft 2 to be measured, coils 5 and 6 having a width of 5 mm were installed so as to face the partial spiral grooves 3 and 4, respectively.

【0272】この状態において、両コイル5,6の巻数
を考え、各種測定を試みた。
In this state, various measurements were attempted by considering the number of turns of both coils 5 and 6.

【0273】その結果は、前述した内容に集約されてい
る。
The results are summarized in the contents described above.

【0274】さて、実験の結果より、コイル5の巻数は
6層として126ターンに、また、コイル6の巻数は5
層として105ターンとすることにした。
From the result of the experiment, the number of turns of the coil 5 is 126 turns in 6 layers, and the number of turns of the coil 6 is 5.
I decided to do 105 turns as a layer.

【0275】なお、巻線には、線径0.2mmのポリウ
レタン被覆銅線を用いた。
A polyurethane-coated copper wire having a wire diameter of 0.2 mm was used for the winding.

【0276】上記のように巻数を設定したときの常温で
のインダクタンスLおよび抵抗Rの値(30kHz)
は、次式の通りであった(軸入りでの値)。
Values of the inductance L and the resistance R at room temperature (30 kHz) when the number of turns is set as described above.
Was as in the following formula (value with axis).

【0277】[0277]

【数式61】[Equation 61]

【0278】 [0278]

【0279】また、温度係数の測定も試みたところ、次
式の値を得た。
When the temperature coefficient was also measured, the value of the following equation was obtained.

【0280】[0280]

【数式62】[Equation 62]

【0281】 [0281]

【0282】ここで、θ(温度)を概算してみると、
数式47から以下の値が得られる。
Here, when θ C (temperature) is roughly estimated,
The following value is obtained from the expression 47.

【0283】[0283]

【数式63】[Equation 63]

【0284】 [0284]

【0285】ところで、θ=73.80°,θ=7
3.26であり、θおよびθの関係はθ>θ
なっている。このままブリッジを組んでバランスをとる
と、バランスが成り立ったときのθ´(θ´はブリ
ッジ辺での合成インピーダンスの角度)はθより若干
小さい値となるため、ブリッジ辺の合成インピーダンス
における温度係数αLA´およびαRA´は若干減少し
てしまう。
By the way, θ 1 = 73.80 °, θ 2 = 7
3.26, and the relationship between θ 1 and θ 2 is θ 1 > θ 2 . If a bridge is built as it is and balanced, θ 1 ′ (θ 1 ′ is the angle of the combined impedance at the bridge side) when the balance is established becomes a value slightly smaller than θ 2 , so the combined impedance at the bridge side is The temperature coefficients α LA ′ and α RA ′ are slightly reduced.

【0286】そのため、αLA´−αLB´>0が確保
されなくなる。
Therefore, α LA ′ −α LB ′> 0 cannot be secured.

【0287】そこで、コイル辺の一方に温度係数を持た
ない小抵抗を入れ、
Therefore, a small resistor having no temperature coefficient is inserted in one of the coil sides,

【0288】 [0288]

【0289】でかつθ<θになるようにする必要が
ある。
It is necessary to satisfy θ 12 .

【0290】この角度変更による温度係数の変更につい
ての内容は、本出願人が別途出願した発明に含まれてい
る。
The contents of the change of the temperature coefficient by the change of the angle are included in the invention separately filed by the applicant.

【0291】ここでは、マンガニン線で作成した1.3
Ωの抵抗をコイル辺の一方につけた。そのときのθ
73.16°であり、θより0.1°小さいものとな
った。また、1.3Ωの抵抗をつけることにより、数式
62のαRAは、αRA=1.045×10−3/°C
となる。
Here, 1.3 created by the manganin line is used.
A resistance of Ω was attached to one side of the coil. At that time, θ 1 was 73.16 °, which was smaller than θ 2 by 0.1 °. In addition, by adding a resistance of 1.3Ω, α RA of Formula 62 becomes α RA = 1.045 × 10 −3 / ° C.
Becomes

【0292】αLB,αRBの方は、ほとんど温度係数
の変更をうけないと考えてよいので、あらためて、θ
(温度)を予想すると、以下の結果を得る。
Since α LB and α RB can be considered to undergo almost no change in the temperature coefficient, anew, θ C
Predicting (temperature) gives the following results.

【0293】[0293]

【数式64】Equation 64

【0294】 [0294]

【0295】ところで、Z=111.9Ω,Z=7
9.2Ωなので、固定抵抗はR=110Ω,R=7
8Ωとし、また、バランス調整用の抵抗はRex=R
ex=500kΩとした。
By the way, Z 1 = 111.9Ω, Z 2 = 7
Since it is 9.2Ω, the fixed resistances are R 1 = 110Ω and R 2 = 7.
8Ω, and the balance adjustment resistance is Rex 1 = R
ex 2 = 500 kΩ.

【0296】このようにして、ブリッジを組んで室温に
おいてバランスをとった。
Thus, the bridge was assembled and balanced at room temperature.

【0297】トルク検出部の温度を20°C上げた時の
温度位相は、88.4°であった。θ=36.9°,
θ=36.9°と予想されるので、数式30よりθ
(温度)は−14.6°と見積れる。したがって、θ
(温度)の値は、ほぼ予想通りになっていることになる
(数式64)。
The temperature phase when the temperature of the torque detector was raised by 20 ° C. was 88.4 °. θ A = 36.9 °,
Since θ B = 36.9 ° is expected, from Equation 30, θ C
(Temperature) is estimated to be -14.6 °. Therefore, θ C
The value of (temperature) is almost as expected (equation 64).

【0298】この温度位相に検波タイミングθtを設定
した(実作業としては、トルク測定装置出力が0になる
ように検波タイミングを設定すればよい。)温度を室温
にもどしてトルク印加したときのトルク位相は−0.3
°であった。数式30によりθ(トルク)を見積る
と、74.1°となる。
The detection timing θt is set to this temperature phase (actual work is to set the detection timing so that the output of the torque measuring device becomes 0). Torque when temperature is returned to room temperature and torque is applied Phase is -0.3
°. Estimating θ C (torque) using Equation 30 gives 74.1 °.

【0299】つまり、もとのθが73.8°なのでThat is, since the original θ 1 is 73.8 °,

【0300】 [0300]

【0301】の関係も成り立っている(数式49参
照)。
The relationship of is also established (see Formula 49).

【0302】したがって、温度位相とトルク位相は8
8.7°離れており、きわめて望ましい状態に設定でき
ていることになる。
Therefore, the temperature phase and the torque phase are 8
Since they are 8.7 ° apart, it means that they can be set in a very desirable state.

【0303】そして、室温にて±20kgmのトルク印
加テストを行なったが、+,−の感度差がほとんどな
く、加えてヒステリシスもほとんどない特性となってい
た。
Then, a torque application test of ± 20 kgm was conducted at room temperature, and it was found that there was almost no difference in sensitivity between + and-and that there was almost no hysteresis.

【0304】また、このトルク測定装置のトルク検出部
の温度を100°Cまで上げたときのゼロ点の温度ドリ
フトは、+0.1kgmであり、それ以下の温度域では
さらに小さかった。
Further, the temperature drift of the zero point when the temperature of the torque detecting portion of this torque measuring device was raised to 100 ° C. was +0.1 kgm, and it was smaller in the temperature range below that.

【0305】[0305]

【実施例2】Al:13重量%、残部FeよりなるFe
−Al合金(高感度軸材料)を素材とし、これを機械加
工して、軸径19mmのトルク測定装置用被測定軸とし
た。
Example 2 Fe: Al: 13% by weight, balance Fe
-Al alloy (high-sensitivity shaft material) was used as a raw material, and this was machined into a shaft to be measured for a torque measuring device having a shaft diameter of 19 mm.

【0306】そして、この被測定軸には、幅1mm,深
さ1.5mm(0.5R)の部分らせん状溝を±45°
方向に一対形成した(図1参照)。この場合、溝本数は
20本(20等分)で、溝部長さは10mmのものとし
た。その後、真空中で860°Cに加熱して3時間保持
し、オイル中に急冷するという熱処理を施した。
Further, a partial spiral groove having a width of 1 mm and a depth of 1.5 mm (0.5 R) is ± 45 ° on the shaft to be measured.
A pair was formed in the direction (see FIG. 1). In this case, the number of grooves was 20 (divided into 20 equal parts) and the groove length was 10 mm. After that, a heat treatment of heating to 860 ° C. in vacuum, holding for 3 hours, and quenching in oil was performed.

【0307】第1実施例で用いた軸径19mmの被測定
軸のみを交換して、試験を行うことにした。
It was decided to carry out the test by exchanging only the shaft to be measured having the shaft diameter of 19 mm used in the first embodiment.

【0308】2辺のコイル辺のコイル巻数を違えてコイ
ル辺の一方を126ターンとすると共にコイル辺の他方
を105ターンとした。そして、コイル巻数の多いコイ
ル辺に1.3Ωのマンガニン線で作成した抵抗を挿入
し、コイル辺のインピーダンスベクトルの角度の大小関
係を調べたところ、軸入りの状態ではθの方が0.1
°弱小さくなっていた。
By changing the number of coil turns of the two coil sides, one coil side has 126 turns and the other coil side has 105 turns. Then, a resistor made of a 1.3 Ω manganin wire was inserted into the coil side where the number of coil turns was large, and the magnitude relation of the angle of the impedance vector of the coil side was examined. As a result, θ 1 was 0. 1
° It was getting a little smaller.

【0309】そこで、固定抵抗は第1実施例の場合と同
様にR=110Ω,R=78Ωのままとすると共
に、バランス調整用の抵抗も同じくRex=Rex
=500kΩとし、ブリッジを組んで室温にてバランス
をとった。
Therefore, the fixed resistors are kept R 1 = 110Ω and R 2 = 78Ω as in the case of the first embodiment, and the balance adjusting resistors are also Rex 1 = Rex 2.
= 500 kΩ, a bridge was assembled and balanced at room temperature.

【0310】+4kgmのトルクを印加したのトルク位
相は、−0.2°であったことから、88.8°に検波
タイミングθtを設定した(実作業としては、感度が最
も大きくなるようにθtを設定することになる。)そし
て、トルクをかけないでのトルク検出部の温度を100
°Cまで上げたときのゼロ点のドリフトは−0.01k
gmであった。
Since the torque phase of applying a torque of +4 kgm was -0.2 °, the detection timing θt was set to 88.8 ° (in actual work, θt should be set so that the sensitivity becomes maximum). Then, set the temperature of the torque detector without applying torque to 100.
Zero point drift is -0.01k when the temperature is raised to ° C.
It was gm.

【0311】一方、トルク検出部の温度を20°Cまで
一様に上げたときの、温度位相は88.4°であった。
On the other hand, the temperature phase was 88.4 ° when the temperature of the torque detector was uniformly raised to 20 ° C.

【0312】つまり、温度位相はトルク位相に対して8
8.6°離れていることになり、位相関係が第1実施例
の被測定軸を鋼とした場合とほぼ同じになっていること
がわかる。
That is, the temperature phase is 8 with respect to the torque phase.
It means that they are separated by 8.6 °, and the phase relationship is almost the same as that when the shaft to be measured is steel in the first embodiment.

【0313】なお、温度係数の差の関係は、第1実施例
の場合とほぼ同じになっているものと考えられることか
ら、この実施例では、温度係数の測定等は省略した。
Since it is considered that the relationship of the temperature coefficient difference is almost the same as that of the first embodiment, the temperature coefficient measurement and the like are omitted in this embodiment.

【0314】以上のように、被測定軸に高感度軸材料で
あるFe−Al合金を使った磁歪式トルク測定装置にお
いては、温度位相を設定するだけでよく、室温において
トルク位相+90°で検波することにより、温度ドリフ
トを少なく、しかもドリフトする方向を常に一定させる
ことができる。
As described above, in the magnetostrictive torque measuring device using the Fe-Al alloy, which is a high-sensitivity shaft material, for the shaft to be measured, it suffices to set the temperature phase and detect the torque phase + 90 ° at room temperature. By doing so, the temperature drift can be reduced, and the drifting direction can be made constant at all times.

【0315】なお、軸方向に温度差が発生すると、温度
差による誤差が生ずるため、実用的な磁歪式トルク測定
装置においては、4個のコイルによって温度差による分
を補償する対策がとられている。
When a temperature difference occurs in the axial direction, an error due to the temperature difference occurs. Therefore, in a practical magnetostrictive torque measuring device, a measure for compensating for the temperature difference with four coils is taken. There is.

【0316】本発明では、その内容を説明するため、2
個のコイルの場合についてのみ述べたが、この発明を4
個のコイルの場合に適用することももちろんできる。
In the present invention, in order to explain the contents, 2
Although only the case of individual coils has been described, the present invention
Of course, it can be applied to the case of individual coils.

【0317】4個のコイルとした場合、軸方向にコイル
を4個、すなわちZ(〜),Z(〜),Z
(〜),Z(〜)の順で配置しており、Z
(〜),Z(〜)を溝部分に対向させている。
When four coils are used, there are four coils in the axial direction, that is, Z C (-), Z A (-), Z
B (-) and Z D (-) are arranged in this order, and
A (~) and Z B (~) are opposed to the groove portion.

【0318】そして、例えば、Z(〜)とZ(〜)
のペアをコイル5とすると共にZ(〜)とZ(〜)
のペアをコイル6とし、Z(〜)に対してZ(〜)
を、またZ(〜)に対してZ(〜)をぞれぞれ一定
の割合で小さくすれば、先のコイル2個の場合と同様の
作用・効果が期待できる。
Then, for example, Z A (~) and Z D (~)
And the pair of coils is the coil 5 and Z B (~) and Z C (~)
Is a coil 6, and Z B (~) with respect to Z A (~)
If Z C (-) is reduced with respect to Z D (-) at a constant rate, the same action and effect as in the case of the two coils can be expected.

【0319】[0319]

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明に係わる
磁歪式トルク測定装置では、ブリッジ回路の2辺のコイ
ル辺のコイル巻数をそれぞれ違えると共にコイル巻数の
多い方のコイル辺に温度係数をもたない小抵抗を挿入
し、インピーダンスベクトルZ(〜),Z(〜)の
角度θ,θ,を
As described above, in the magnetostrictive torque measuring device according to the present invention, the coil sides of the two sides of the bridge circuit are different in coil winding number and the coil side having the larger number of coil windings has a temperature coefficient. Insert a small resistance that does not have the angle θ 1 and θ 2 of the impedance vectors Z 1 (~) and Z 2 (~).

【0320】 [0320]

【0321】でかつθ<θの関係に設定してブリッ
ジバランスを設定したブリッジ回路を具備した構成とし
たから、温度位相をトルク位相から離す際の設定作業を
極めて簡単に行うことができるので、これまで必要であ
った多大な調整工数をなくすことができるうえ、一度の
設定作業で温度位相をトルク位相から70°以上確実に
離せることから、温度ドリフトが少なくなって、安定し
た測定が可能になるという非常に優れた効果がもたらさ
れる。
Since the configuration is such that the bridge circuit is provided in which the bridge balance is set by setting the relationship of θ 12 , the setting work for separating the temperature phase from the torque phase can be performed very easily. Therefore, it is possible to eliminate the great adjustment man-hours required up to now, and since the temperature phase can be reliably separated from the torque phase by 70 ° or more in one setting operation, temperature drift is reduced and stable measurement can be performed. It has a very excellent effect that is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】磁歪式トルク測定装置のトルク検出部の概略構
成を例示する説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a torque detection unit of a magnetostrictive torque measuring device.

【図2】磁歪式トルク測定装置のトルク検出回路である
ブリッジ回路および信号処理回路構成を例示する説明図
である。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a bridge circuit that is a torque detection circuit and a signal processing circuit of the magnetostrictive torque measuring device.

【図3】磁歪式トルク測定装置のブリッジ回路出力特性
を数式化するときに用いた、簡単化したブリッジ回路の
説明図である
FIG. 3 is an explanatory diagram of a simplified bridge circuit used when formulating a bridge circuit output characteristic of a magnetostrictive torque measuring device.

【図4】(a)インピーダンスZ(〜)のトルク印加
によるベクトル図である。 (b)インピーダンスZ(〜)のトルク印加によるベ
クトル図である。
FIG. 4 (a) is a vector diagram of impedance Z 1 (to) when torque is applied. (B) it is a vector diagram according to a torque applied in the impedance Z 2 (~).

【図5】(a)インピーダンスZ(〜)の温度印加に
よるベクトル図である。 (b)インピーダンスZ(〜)の温度印加によるベク
トル図である。
FIG. 5 (a) is a vector diagram of impedance Z 1 (˜) when temperature is applied. (B) it is a vector diagram according to the temperature applied in the impedance Z 2 (~).

【図6】インピーダンスZ(〜)のベクトル図であ
る。
FIG. 6 is a vector diagram of impedance Z A (˜).

【図7】温度位相を支配している位相の設定域を示す説
明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a setting range of a phase that controls a temperature phase.

【図8】バランス調整用の抵抗が並列に入っていること
を強調して示した実際のブリッジ回路と等価なブリッジ
回路の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a bridge circuit equivalent to an actual bridge circuit, which emphasizes that resistors for balance adjustment are connected in parallel.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 トルク測定装置のトルク検出部 2 被測定軸 5,6 コイル 10 トルク測定装置のトルク検出回路 1 Torque detecting unit of torque measuring device 2 Axis to be measured 5, 6 Coil 10 Torque detecting circuit of torque measuring device

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 相互に隣り合う2辺を被測定軸に設けた
コイル辺とすると共に他の2辺を固定抵抗としてブリッ
ジを組み、前記2辺のコイル辺および前記2辺の固定抵
抗辺に対し各々並列に2つのブリッジバランス調整用の
可変抵抗を設けたブリッジ回路を備え、前記被測定軸に
印加されたトルクを磁気歪作用により前記ブリッジ回路
で検出する磁歪式トルク測定装置において、前記2辺の
コイル辺のコイル巻数をそれぞれ違えて各々のインピー
ダンスの大きさに差を持たせると共に、コイル巻数の多
い方のコイル辺に温度係数をもたない小抵抗を挿入し、
コイルと小抵抗からなる前記コイル辺のインピーダンス
ベクトルおよびコイル辺のみからなるインピーダンスベ
クトルをそれぞれZ(〜),Z(〜)、角度をそれ
ぞれθ,θとあらわしたときにθ≒θでかつθ
<θの関係に設定した後ブリッジバランスを設定さ
せたブリッジ回路を具備したことを特徴とする磁歪式ト
ルク測定装置。
1. A bridge is formed by using two sides adjacent to each other as coil sides provided on a shaft to be measured, and the other two sides as fixed resistors to form a bridge, and the two side coil sides and the two fixed resistance sides are connected. On the other hand, in the magnetostrictive torque measuring device, which is provided with a bridge circuit in which two variable resistors for adjusting bridge balance are provided in parallel, and wherein the torque applied to the shaft to be measured is detected by the bridge circuit by a magnetostrictive action, The number of coil turns on each side of the coil is made different to give a difference in the magnitude of each impedance, and a small resistor without a temperature coefficient is inserted on the side of the coil with the most number of coil turns.
When the impedance vector of the coil side composed of the coil and the small resistance and the impedance vector of only the coil side are respectively expressed as Z 1 (-) and Z 2 (-), and the angles are expressed as θ 1 and θ 2 , respectively, θ 1 ≈ θ 2 and θ
A magnetostrictive torque measuring device comprising a bridge circuit in which a bridge balance is set after setting a relationship of 12 .
【請求項2】 温度のみが変化したときのブリッジ回路
出力の位相である温度位相に、同期検波のタイミングを
設定したことを特徴とする請求項1に記載の磁歪式トル
ク測定装置。
To 2. A temperature phase only temperature is a bridge circuit output of the phase when the changes, the magnetostrictive torque measuring apparatus according to claim 1, characterized in that setting the timing of synchronous detection.
【請求項3】 トルクのみ印加したときのブリッジ回路
出力の位相であるトルク位相に対し、同期検波のタイミ
ングをトルク位相+90゜に設定したことを特徴とする
請求項1に記載の磁歪式トルク測定装置。
To 3. A torque phase is a bridge circuit output of the phase at the time of applying torque only, magnetostrictive torque measurement according to claim 1, characterized in that the torque phase +90 degrees setting the timing of the synchronous detection apparatus.
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