JP3049532B2 - ひずみゲージ式変換器およびひずみゲージ式変換器の初期値変動量検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ひずみゲージ式変換器
およびひずみゲージ式変換器の初期値変動量検出方法に
関し、より詳細には、圧力、変位、荷重、加速度等の物
理量を受けてひずみを生じる起歪体の起歪部に添着さ
れ、前記ひずみに対応した抵抗変化を示すひずみゲージ
により物理量を電気量に変換するひずみゲージ式変換器
およびそのひずみゲージ式変換器に生ずる初期値変動量
を検出する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ひずみゲージ式の物理量−電気量変換器
（以下単に「変換器」ということがある）としては、従
来より種々の物理量、例えば圧力、変位、荷重、加速度
等を電気量（電気信号）に変換する圧力変換器、変位変
換器、荷重変換器、加速度変換器等が広く使用されてい
る。

【０００３】このような従来の変換器は、受感部を介し
て作用する物理的な力を受けその力に応じた変形をする
起歪体の起歪部と、この起歪部に添着され該変形に応じ
た抵抗値変化を示すひずみゲージと、このひずみゲージ
の電気信号出力を外部測定器に伝達するケーブルと、上
記ひずみゲージを外部と遮断するためのケーシング部材
等を主要構成部材として構成されている。

【０００４】このように構成された従来の変換器におい
ては、ひずみゲージの微小の抵抗変化を増大化させたり
温度補償や寄生ひずみ等による誤差消去をするために、
ホイートストンブリッジ回路（ここでは単に「ブリッジ
回路」と称する）が使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ブリッジ回路構成となした変換器においては、長期にわ
たり使用しているうちに、ひずみゲージの素材、ベー
ス、接着剤などが経時変化をして初期値（「無負荷時出
力」または「イニシャル値」ともいう）の変化が生じ
る。

【０００６】より詳しく説明すると、ひずみゲージの経
時変化の要因としては、抵抗素子が加工ひずみの開放に
よって抵抗値が変化したり、接着剤あるいはゲージベー
スが吸湿により体積が膨潤することにより抵抗素子へひ
ずみを与える機械的要因、ゲージベースおよび接着剤の
絶縁性が低下し、ゲージ抵抗に並列に加わることにな
り、ゲージの合成抵抗を変化させる電気的な要因、湿気
または水分によって抵抗素子が電解または腐食を起こし
て抵抗値の変化をもたらす化学的要因などが考えられ
る。

【０００７】このような初期値の変動は、ひずみゲージ
の測定すべき物理量の中に混入されてしまい、分離する
ことが非常に因難であるため、測定値の精度を低下さ
せ、計測データの信頼性を阻害させていた。特に、土木
建築の現場で施工管理あるいは維持管理などのために実
際に使用されている計器類、特に埋設されて使用される
変換器の場合、掘り起こして点検することは不可能に近
いため初期値の変動量を検出することが不可能であり、
換言すれば、埋設型の変換器の計測データの信頼性を確
認する方法が何ら確立されていない実情にある。

【０００８】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、その第１の目的は、簡素で且つ安価な構成であ
るにも拘らず、変換器単位で初期値変動量を検出し得る
機能を有するひずみゲージ式変換器を提供することにあ
る。

【０００９】また、本発明の第２の目的は、たとえ、埋
設された状態でも地上から簡単にしかも短時間で初期値
変動量を検出しあるいは初期値変動量を除去して物理量
の真値に対応する計測データを求めることのできるひず
みゲージ式変換器の初期値変動量検出方法を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記第１の目
的を達成するために、圧力、変位、荷重、加速度等の物
理量を受けてひずみを生じる起歪体の起歪部に添着され
前記ひずみに対応した抵抗変化を示すひずみゲージによ
り前記物理量を電気量に変換するひずみゲージ式変換器
において、前記起歪体の起歪部に添着された第１〜第４
のアクティブゲージと、前記第１のアクティブゲージと
実質上同一位置とみなし得る位置に添着され且つ前記第
１のアクティブゲージのひずみ出力特性、経時変化特
性、ゲージ率および温度特性などのひずみゲージ特性が
実質上同一とみなし得る第５のアクティブゲージと、前
記第２のアクティブゲージと実質上同一位置とみなし得
る位置に添着され且つ前記第２のアクティブゲージのひ
ずみ出力特性、経時変化特性、ゲージ率および温度特性
などのひずみゲージ特性が実質上同一とみなし得る第６
のアクティブゲージと、前記第３のアクティブゲージの
近傍であって前記物理量によるひずみを実質上生じない
前記起歪体の剛体部に添着され且つ少なくとも前記第３
のアクティブゲージの経時変化特性と実質上同一とみな
し得る経時変化特性を有する第１のダミーゲージと、前
記第４のアクティブゲージの近傍であって前記物理量に
よるひずみを実質上生じない前記起歪体の剛体部に添着
され且つ少なくとも前記第４のアクティブゲージの経時
変化特性と実質上同一とみなし得る経時変化特性を有す
る第２のダミーゲージと、を備え、前記第１〜第４のア
クティブゲージをもって第１のブリッジ回路を形成し、
前記第５および第６のアクティブゲージと前記第１およ
び第２のダミーゲージをもって第２のブリッジ回路を形
成し、前記第１および第２のブリッジ回路の出力に基づ
き前記物理量に対応したひずみ出力成分と前記経時変化
に伴う初期値変動成分とを分離し得るように構成したこ
とを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明は、上記第１の目的を達成す
るために、圧力、変位、荷重、加速度等の物理量を受け
てひずみを生じる起歪体の起歪部に添着され前記ひずみ
に対応した抵抗変化を示すひずみゲージにより前記物理
量を電気量に変換するひずみゲージ式変換器において、
前記起歪体の起歪部に添着された第１〜第４のアクティ
ブゲージと、これら第１〜第４のアクティブゲージの各
近傍であって前記物理量によるひずみを実質上生じない
前記起歪体の剛体部に対をなして添着され且つ少なくと
も対をなす前記アクティブゲージの経時変化特性と実質
上同一とみなし得る経時変化特性を有する第１〜第４の
ダミーゲージと、を備え、前記第１〜第４のアクティブ
ゲージをもって第１のブリッジ回路を形成し、前記第１
〜第４のダミーゲージをもって第２のブリッジ回路を形
成し、前記第１および第２のブリッジ回路の出力に基づ
き前記物理量に対応したひずみ出力成分と前記経時変化
に伴う初期値変動出力成分とを分離して検出し得るよう
に構成したことを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明は、上記第２の目的を達成す
るために、圧力、変位、荷重、加速度等の物理量を受け
てひずみを生じる起歪体の起歪部に添着され前記ひずみ
に対応した抵抗変化を示すひずみゲージにより前記物理
量を電気量に変換するひずみゲージ式変換器の初期値変
動量を検出する方法であって、前記起歪体の起歪部に添
着された第１〜第４のアクティブゲージをもって第１の
ブリッジ回路を形成すると共に、前記第１のアクティブ
ゲージと実質上同一位置とみなし得る位置に添着され且
つ前記第１のアクティブゲージのひずみ出力特性、経時
変化特性、ゲージ率および温度特性などのひずみゲージ
特性が実質上同一とみなし得る第５のアクティブゲージ
と、前記第２のアクティブゲージと実質上同一位置とみ
なし得る位置に添着され且つ前記第２のアクティブゲー
ジのひずみ出力特性、経時変化特性、ゲージ率および温
度特性などのひずみゲージ特性が実質上同一とみなし得
る第６のアクティブゲージと、前記第３のアクティブゲ
ージの近傍であって前記物理量によるひずみを実質上生
じない前記起歪体の前記剛体部に添着され且つ少なくと
も前記第３のアクティブゲージの経時変化特性と実質上
同一とみなし得る経時変化特性を有する第１のダミーゲ
ージと、前記第４のアクティブゲージの近傍であって前
記物理量によるひずみを実質上生じない前記起歪体の剛
体部に添着され少なくとも前記第４のアクティブゲージ
の経時変化特性と実質上同一とみなし得る第２のダミー
ゲージとをもって第２のブリッジ回路を形成し、前記第
２のブリッジ回路の出力を２倍した値から前記第１のブ
リッジ回路の出力を減算することにより、前記経時変化
に伴う初期値の変動量を求めることを特徴とするもので
ある。

【００１３】さらにまた、本発明は、上記第２の目的を
達成するために、圧力、変位、荷重、加速度等の物理量
を受けてひずみを生じる起歪体の起歪部に添着され前記
ひずみに対応した抵抗変化を示すひずみゲージにより前
記物理量を電気量に変換するひずみゲージ式変換器の初
期値変動量を検出する方法であって、前記起歪体の起歪
部に添着された第１〜第４のアクティブゲージをもって
第１のブリッジ回路を形成すると共に、前記第１〜第４
のアクティブゲージの各近傍であって前記物理量による
ひずみを実質上生じない前記起歪体の剛体部にそれぞれ
対をなして添着され且つ少なくとも対をなす前記アクテ
ィブゲージの経時変化特性と実質上同一とみなし得る経
時変化特性を有する第１〜第４のダミーゲージとをもっ
て第２のブリッジ回路を形成し、前記第１のブリッジ回
路の出力から第２のブリッジ回路の出力を減算すること
により前記経時変化に伴う初期値変動量を検出除去し前
記物理量に対応した出力を得るようにしたことを特徴と
するものである。

【００１４】

【作用】上記のように構成されたひずみゲージ式変換器
の第１のブリッジ回路は、物理量に応じたひずみ量を電
気量に変換するために、すべて起歪部に添着された４枚
のアクティブゲージをもって形成してある。

【００１５】一方、第２のブリッジ回路は、物理量に応
じたひずみ量を電気量に変換するために起歪部に添着さ
れた２枚のアクティブゲージと、計測すべき物理量には
不感にして、経時的な変化には感応するように剛体部に
添着された２枚のダミーゲージとをもって形成してあ
る。

【００１６】ここで、第１のブリッジ回路の被測定物理
量に相当する出力成分をＫ１、ひずみゲージ素材、ゲー
ジベース、接着剤などの経時変化に相当する出力成分を
Ｄ１、クリープに相当する出力成分をＣ１とすると、第
１のブリッジ回路の出力ｅｏ１は、 ｅｏ１＝Ｋ１＋Ｄ１＋Ｃ１ ……（１） のように表わすことができる。

【００１７】また、第２のブリッジ回路の被測定物理量
に相当する出力成分をＫ２、上記経時変化に相当する出
力成分をＤ２、クリープに相当する出力成分をＣ２とす
ると、ひずみ検出機能としてはハーフブリッジであるか
ら、ひずみ量に関係する上記Ｋ２とＣ２の成分は、１／
２となり、上記Ｄ２に対する条件は、同一であると考え
られるから、第２のブリッジ回路の出力ｅｏ２は、 ｅｏ２＝（Ｋ２／２）＋Ｄ２＋（Ｃ２／２）……（２） のように表わすことができる。

【００１８】そこで、上記（２）式を２倍してから
（１）式を減算すると、 ２｛（Ｋ２／２）＋（Ｄ２）＋（Ｃ２／２）｝−｛Ｋ１＋Ｄ１＋Ｃ１｝ ＝Ｋ２＋２Ｄ２＋Ｃ２−Ｋ１−Ｄ１−Ｃ１ ＝（Ｋ２−Ｋ１）＋（２Ｄ２−Ｄ１）＋（Ｃ２−Ｃ１） ＝Ｄ２ または Ｄ１ …………（３） となる。何となれば、第１のブリッジ回路のひずみゲー
ジと第２のブリッジ回路のひずみゲージとは、少なくと
も対をなすひずみゲージ同士が、実質上同一とみなし得
る位置またはその近傍に添着され、ひずみ出力特性、経
時変化特性、ゲージ率および温度特性が実質上同一とみ
なし得るものを用いているから、Ｋ１＝Ｋ２，Ｄ１＝Ｄ
２，Ｃ２＝Ｃ１とみなすことができ、上記（３）に示す
ように、経時変化に起因して生ずる出力成分Ｄ１または
Ｄ２が求められる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００２０】図２は、本発明の第１実施例に係るひずみ
ゲージ式変換器の一例である間隙水圧計の縦断面図であ
る。

【００２１】同図において、１は、ケーシングであり、
一端（図において下端）側には、直径が異なる座ぐり穴
が開けられて第１〜第３の段部１ａ，１ｂ，１ｃが形成
されてなる開口部１ｄが設けられており、その開口端１
ｄの内側には、雌ねじ１ｅが形成され、また、他端側
（図において上端側）には、小径の穴１ｆとそれよりも
大径の座ぐり穴が１ｇが穿設され、その座ぐり穴１ｇの
開口端部には雌ねじ１ｈが形成されている。

【００２２】そして、ケーシング１の開口部１ｄ内の第
１の段部１ａには、導電ピン２ａ，２ａが気密状に一面
側から他面側に貫通して設けられた気密端子２ｂ付きの
端子板２が図示は省略したがねじにより取付けられてい
る。

【００２３】ケーシング１の開口部１ｄ内の第２の段部
１ｂには、起歪体３の厚肉円筒部３ａの開口端（図にお
いて下端）側が溶接により気密状に固着されている。

【００２４】さらに、ケーシング１の開口部１ｄ内の第
３の段部１ｃには、１枚乃至複数枚のフィルタ４が、係
止された状態で、雌ねじ部１ｅに螺合されたリングナッ
ト５によって固定されている。

【００２５】一方、ケーシング１の他端部の小径の穴１
ｆは、各心線６ａ，６ａ…が導電ピン２ａ，２ａ…に接
続されたコード６が挿通され、そのコード６とケーシン
グ１の座ぐり穴１ｇの間隙には、ゴムブッシュ７が介挿
されてリングナット８によって締め付けられて外部から
の水の浸入を防止している。

【００２６】起歪体３の厚肉円筒部３ａで囲まれる内方
側は、薄肉のダイアフラム状に形成された起歪部３ｂが
設けられ、さらに、その中心部領域は、厚肉とされて中
心厚肉剛体部３ｃが設けられており、起歪部３ｂの非受
圧面側（図において上面）の中心寄り部位と周辺寄り部
位には、それぞれ第１〜６のアクティブゲージＲａ１〜
Ｒａ６が、例えば、スパッタリング法により成膜されて
添着されている。

【００２７】そして、起歪体３の中心厚肉剛体部３ｃの
非受圧面側には、被測定物理量としての水圧によっては
実質上ひずみを出ぜず、起歪体３のアクティブゲージＲ
ａ１〜Ｒａ６と同じ温度条件、湿度条件、等を受けるよ
うに第１および第２のダミーゲージＲｄ１，Ｒｄ２が、
同じくスパッタリング法により、上記第１〜第６のアク
ティブゲージＲａ１〜Ｒａ６と同時に同一条件で形成さ
れている。

【００２８】これら各ひずみゲージＲａ１〜Ｒａ６，Ｒ
ｄ１，Ｒｄ２の各ゲージタブと、それぞれ対応する各導
電ピン２ａ，２ａ…とは、それぞれ細いゲージリード９
によって接続されている。

【００２９】次に、図１、図３、図４、図５をも参照し
て、起歪体および起歪体の起歪部に添着されたひずみゲ
ージならびにひずみゲージによって形成されるブリッジ
回路の構成について詳しく説明する。

【００３０】図３および図４は、図２中の起歪体３とそ
の起歪体の起歪部にひずみゲージが添着された状態を示
す縦断面図および平面図である。

【００３１】図５は、起歪部の表面に形成された一対の
ゲージパターンの構成を部分的に示す平面図である。

【００３２】図６および図７は、図３および図４とは異
なる起歪体の構成例を示す縦断面図および平面図であ
る。

【００３３】これらの図において、起歪体３は、一端
（図においては下端）が開口された略円筒状を呈し、厚
肉に形成されて大きな剛性を付与された厚肉円筒部３ａ
と、薄肉に形成されて可撓性を付与された起歪部３ｂ
と、この起歪部３ｂの中心領域が厚肉に形成されて大き
な剛性を付与された中心厚肉剛体部３ｃとを有する。

【００３４】上記起歪部３ｂおよび中心厚肉剛体部３ｃ
の部位には、図５に示すように、１つの基板（ゲージベ
ース）１２ａ上に同一のゲージパターン１２ｂ，１２ｃ
が互いに相手側の蛇行状をなす凹部１２ｄ部に自己のグ
リッド部１２ｅが入り込むように近接して且つそれぞれ
の受感軸１２ｆが同一方向を向くようにして同一材料を
もって、例えばスパッタリング法によって同時に形成さ
れて成るダブル型ひずみゲージ１２が添着されている。

【００３５】このダブル型ひずみゲージ１２には、２つ
のゲージ素子が形成されているが、基本的に本実施例で
は、これら２つのゲージ素子を異なるブリッジ回路の一
辺にそれぞれ組み込むようにしている。

【００３６】すなわち、図３、図４において、起歪部３
ｂの厚肉円筒部３ａ寄りの部位２個所に添着されたダブ
ル型ひずみゲージ１２−１の場合、一方のゲージパター
ン１２ｂを第１のアクティブゲージＲａ１として使用
し、他方のゲージパターン１２ｃを第５のアクティブゲ
ージＲａ５として使用しており、また、ダブル型ひずみ
ゲージ１２−３の場合、同様にして、一方のゲージパタ
ーン１２ｂを第３のアクティブゲージＲａ３として使用
し、他方のゲージパターン１２ｃを第１のダミーゲージ
Ｒｄ１として使用している。

【００３７】また、図３、図４において、起歪部３ｂの
中心厚肉剛体部３ｃ寄りの部位２個所に添着されたダブ
ル型ひずみゲージ１２−２の場合、一方のゲージパター
ン１２ｂを第２のアクティブゲージＲａ２として使用
し、他方のゲージパターン１２ｃを第６のアクティブゲ
ージＲａ６として使用しており、またダブル型ひずみゲ
ージ１２−４の場合、２つのゲージパターン１２ｂおよ
び１２ｃのうちのいずれか一方のみを第４のアクティブ
ゲージＲａ４として使用している。

【００３８】また、図３、図４において、起歪体３の厚
肉円筒部３ａの非受圧面側の部位に添着されたダブル型
ひずみゲージ１２−５の場合、２つのゲージパターン１
２ｂ、および１２ｃのうちのいずれか一方のみを第１の
ダミーゲージＲｄ１として使用し、また、起歪体３の中
心厚肉剛体部３ｃに添着されたダブル型ひずみゲージ１
２−６の場合２つのゲージパターン１２ｂおよび１２ｃ
のうちいずれか一方のみを第２のダミーゲージＲｄ２と
して使用している。

【００３９】上記のダブル型ひずみゲージ１２−１〜１
２−６は、同一の条件で、同時的に形成されるものを使
用する。

【００４０】このようにして起歪体３の起歪部３ｂおよ
び中心厚肉剛体部３ｃにそれぞれ添着されたダブル型ひ
ずみゲージ１２−１〜１２−６は、図１に示すように結
線されて共通のブリッジ電源電圧を受ける２つのブリッ
ジ回路を形成する。 すなわち、第１のブリッジ回路Ｂ
１は、第１のアクティブゲージＲａ１と第３のアクティ
ブゲージＲａ３とが対向辺に接続され、第２のアクティ
ブゲージＲａ２と第４のアクティブゲージＲａ４とが隣
接する対向辺に接続されて形成されている。

【００４１】また、第２のブリッジ回路Ｂ２は、第５の
アクティブゲージＲａ５と第１のダミーゲージＲｄ１と
が対向辺に接続され、第６のアクティブゲージＲａ６と
第２のダミーゲージＲｄ２とが隣接する対向辺に接続さ
れて形成されている。

【００４２】これらの２つのブリッジ回路Ｂ１およびＢ
２において、対応するブリッジ辺に接続されたひずみゲ
ージ同士を対として、環境条件（配置条件）やひずみゲ
ージ特性が実質上同一とみなし得るような配慮がなされ
ている。

【００４３】すなわち、第１のアクティブゲージＲａ１
と第５のアクティブゲージＲａ５との対、および、第２
のアクティブゲージＲａ２と第６のアクティブゲージＲ
ａ６との対は、２つのゲージパターンを同一基板上に近
接してスパッタリングにより形成することで、互いに実
質上同一位置とみなし得る位置に添着させており、ま
た、各対のひずみゲージの出力特性、経時変化特性、ゲ
ージ率および温度特性も実質上同一とみなし得る程度に
揃えてある。

【００４４】また、第３のアクティブゲージＲａ３と第
１のダミーゲージＲｄ１との対、第４のアクティブゲー
ジＲａ４と第２のダミーゲージＲｄ２との対も、同一基
板ではないが同一の製造条件で製作されたひずみゲージ
１２−３と１２−５および１２−４と１２−６を使用す
ることで、少なくとも経時変化特性を実質上同一とみな
し得るもの同士を使用し、且つ各対をなすアクティブゲ
ージとダミーゲージは、それぞれ起歪部３ｂその近傍の
中心厚肉剛体部３ｃとの部位に添着してある。

【００４５】次に、このような構成より成る間隙水圧計
の作用について説明する。

【００４６】間隙水圧計は、例えば地盤内土粒子や海洋
構造物の波浪による間隙水圧を測定するものであるが、
これを土中等に埋設すると、間隙水がフィルタ４を通過
しその間隙水圧でダイアフラム状の起歪部３ｂを変形さ
せ、この起歪部３ｂの変形量をひずみゲージ１２−１〜
１２−４（アクティブゲージＲａ１〜Ｒａ４）で電気抵
抗値に変換し、これをゲージリード９、導電ピン２ａ、
心線６ａを内蔵したコード６を順次介して外部のひずみ
測定器に出力させるという基本的な作用は、従来の間隙
水圧計と同様である。

【００４７】しかし本発明に係る間隙水圧計は、いわゆ
る初期値変動（ゼロドリフト）量を検出し得る機能を有
している点で従来のものと相違している。

【００４８】以下、２つの初期値変動量検出機能につい
て詳しく説明する。この間隙水圧計の起歪体３の起歪部
３ｂおよび中心厚肉剛体部３ｃにそれぞれ添着されたア
クティブゲージＲａ１〜Ｒａ６およびダミーゲージＲｄ
１，Ｒｄ２は、上述した図１の回路図のように結線され
て２つのブリッジ回路Ｂ１，Ｂ２が形成される。

【００４９】すなわち、第１のブリッジ回路Ｂ１は、被
測定物理量である間隙水圧を電気量に変換するためにす
べて起歪部３ｂに添着された４枚のアクティブゲージＲ
ａ１〜Ｒａ４をもって形成してある。

【００５０】一方、第２のブリッジ回路Ｂ２は、物理量
である間隙水圧に応じたひずみ量を電気量に変換し得る
ように起歪部３ｂに添着された２枚のアクティブゲージ
Ｒａ５，Ｒａ６と、計測すべき間隙水圧には不感でひず
みゲージの経時的な変化には感応するように厚肉円筒部
３ａおよび中心厚肉剛体部３ｃにそれぞれ添着された２
枚のダミーゲージＲｄ１およびＲｄ２とをもって形成し
てある。

【００５１】ここで、第１のブリッジ回路Ｂ１の間隙水
圧に相当する出力成分をＫ１、ひずみゲージ素材、ゲー
ジベース、接着剤などの経時変化に相当する出力成分を
Ｄ１、クリープに起因して生ずる出力成分をＣ１とする
と、第１のブリッジ回路Ｂ１の出力ｅｏ１は、 ｅｏ１＝Ｋ１＋Ｄ１＋Ｃ１ ……（１） のように表わすことができる。

【００５２】また、第２ブリッジ回路Ｂ２の間隙水圧に
相当する出力成分をＫ２、経時変化に起因して生ずる出
力成分をＤ２，クリープに起因して生ずる出力成分をＣ
２とすると、この後者の第２のブリッジ回路Ｂ２の場
合、ひずみ検出機能としてはハーフブリッジであるか
ら、ひずみ量に関係する上記出力成分Ｋ２とＣ２は１／
２の出力となり、上記経時変化に起因する出力成分は同
一であると考えられる。

【００５３】従って、第２のブリッジ回路Ｂ２の出力ｅ
ｏ２は、 ｅｏ２＝（Ｋ２／２）＋Ｄ２＋（Ｃ２／２） ……（２） のように表わすことができる。

【００５４】そこで、上記（２）式に２を乗じてから
（１）式を減算すると、 ２｛（Ｋ２／２）＋Ｄ２＋（Ｃ２／２）｝−｛Ｋ１＋Ｄ１＋Ｃ１｝ ＝Ｋ２＋２・Ｄ２＋Ｃ２−Ｋ１−Ｄ１−Ｃ１ ＝（Ｋ２−Ｋ１）＋（２・Ｄ２−Ｄ１）＋（Ｃ２−Ｃ１） ∴２・ｅｏ２−ｅｏ１＝Ｄ２またはＤ１ ……（３） となる。

【００５５】何となれば、上述したように第１のブリッ
ジ回路Ｂ１と第２のブリッジ回路Ｂ２のそれぞれ対とな
る、第１のアクティブゲージＲａ１と第５のアクティブ
ゲージＲａ５および第２のアクティブゲージＲａ２と第
６のアクティブゲージＲａ６は、それぞれ実質上同一と
みなし得る位置に添着されひずみ出力特性、経時変化特
性、ゲージ率および温度特性等が実質上同一とみなし得
るものを用いており、また、対となる第３のアクティブ
ゲージＲａ３と第１のダミーゲージＲｄ１および第４の
アクティブゲージＲａ４と第２のダミーゲージＲｄ２
は、それぞれ起歪部３ｂと剛体部３ｃとに添着されては
いるものの、互いに近傍位置に配設されて環境条件は実
質上同一とみなすことができ、経時変化特性その他の特
性も実質上同一とみなし得るものを用いているから、結
局 Ｋ１＝Ｋ２、Ｄ１＝Ｄ２、Ｃ２＝Ｃ１ とみなすことができるから、上記（３）式に示すよう
に、経時変化に起因して生ずる出力成分、すなわち初期
値変動量Ｄ１＝Ｄ２が求められることになる。

【００５６】この初期値変動量Ｄ１（Ｄ２）は、アナロ
グ演算回路または、アナログ量をディジタル量に変換し
た後、マイクロコンピュータ等の演算機能を利用して演
算することができ、このようにして算出された初期値変
動量を第１のブリッジ回路Ｂ１から出力される値から減
算処理することによって、被測定物理量たる間隙水圧に
真に対応した計測データを得ることができる。

【００５７】また、第２のブリッジ回路Ｂ２の出力を２
倍したデータが、第１のブリッジ回路Ｂ１の出力と同じ
であるか否かを点検することにより、第１のブリッジ回
路Ｂ１の出力値の信頼性もチェックすることができる利
点がある。

【００５８】なお、上記Ｃで示されるクリープ量がどれ
だけ有るかを判別できることが望ましいが、現時点では
計測値から分離し得る手段を見い出すにいたっていな
い。ただし、クリープに関しては、上述したようなスパ
ッタリング法によるゲージパターンの形成方法を採用す
ることによって実際には無視しても全く問題の無い程微
小なものとすることができる。

【００５９】尚、本発明は、上述した実施例にて詳述し
たものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲内で種々に変更実施が可能である。

【００６０】例えば、起歪体の構成を、図６、図７に示
すように、起歪部１０ｂに中心を狭んで対称位置に２本
のスリット１０ｅ，１０ｆを穿設することによって、一
文字状をなすビーム状起歪部１０ｂを形成せしめ、起歪
体１０の開口端部（図において下端部）を気密状に塞ぐ
ようにして受圧ダイアフラム１１を溶接にて固着し、こ
の受圧ダイアフラム１１の中心部と中心厚肉剛体部１０
ｃとの間を力伝達ロッド１０ｄによって連接するように
構成することもできる。

【００６１】この場合、第１および第５のアクティブゲ
ージＲａ１およびＲａ５よりなるダブル型ひずみゲージ
１２−１は、起歪部１３ｂの厚肉円筒部１３ａ寄りの部
位に添着され、第２および第６のアクティブゲージＲａ
２およびＲａ６よりなるダブル型ひずみゲージ１２−２
は、起歪部１３ｂの中心厚肉剛体部１０ｃ寄りの部位に
添着されている。

【００６２】また、第３のアクティブゲージＲａ３であ
るダブル型ひずみゲージ１２−３および第１のダミーゲ
ージＲｄ１であるダブル型ひずみゲージ１２−５は、起
歪部１３ｂの厚肉円筒部１０ａ寄りの部位および厚肉円
筒部１０ａ上にそれぞれ添着されている。

【００６３】また、第４のアクティブゲージＲａ４であ
るダブル型ひずみゲージ１２−４および第２のダミーゲ
ージＲｄ２であるダブル型ひずみゲージ１２−６は、起
歪部１０ｂの中心厚肉剛体部１０ｃ寄りの部位および中
心厚肉剛体部１０ｃ上に添着されている。

【００６４】このように構成した場合、圧力−ひずみ出
力特性の直線性に優れた一文字ビーム状の起歪部１０ｂ
を採用できる点で有利である。

【００６５】また、起歪体は、さらに図８および図９に
示すような構成としたものでも本発明に適用可能であ
る。

【００６６】図８、図９において、この場合の起歪体１
３は、図２、図３、図６等に示した起歪体３と異なり、
中心厚肉剛体部３ｃがなく、一端が開口された円筒状を
呈する厚肉円筒部１３ａと円筒状の閉塞端側が薄肉のダ
イアフラム状に形成された起歪部１３ｂとを有し、円筒
状内部は、直径が異なる２つの円孔が形成されて段状部
１３ｃが設けてある。

【００６７】このように構成された起歪体１３の起歪部
１３ｂの中心部には、第１のアクティブゲージＲａ１と
第５のアクティブゲージＲａ５とよりなるダブル型ひず
みゲージ１２−１が添着されている。

【００６８】また、同じく起歪部１３ｂの中心部には、
第２のアクティブゲージＲａ２と第６のアクティブゲー
ジＲａ６よりなるダブル型ひずみゲージ１２−２が添着
されている。

【００６９】さらに、起歪体１３ｂの厚肉円筒部１３寄
りの２個所には、第３のアクティブゲージＲａ３として
用いられるダブル型のひずみゲージ１２−３および第４
のアクティブゲージＲａ４として用いられるダブル型の
ひずみゲージ１２−４が添着されている。

【００７０】これらダブル型ひずみゲージ１２−３およ
び１２−４の近傍の厚肉剛体部１３ａ上には、それぞれ
第１のダミーゲージＲｄ１として用いられるダブル型ひ
ずみゲージ１２−５および第２のダミーゲージＲｄ２と
して用いられるダブル型ひずみゲージ１２−６が添着さ
れている。

【００７１】このように添着されたひずみゲージは、図
１０に示す回路構成の如くに結線されて２つのブリッジ
回路Ｂ１，Ｂ２が形成される。

【００７２】このブリッジ回路構成は、図１に示した回
路に対し、２つの対をなす第２のアクティブゲージＲａ
２と第６のアクティブゲージＲａ６とからなるダブル型
ひずみゲージ１２−２が、同様の構成よりなるダブル型
ひずみゲージ１２−１と隣接する辺でなく対向する辺に
挿入接続され、隣接する辺には、ダブル型ひずみゲージ
１２ａ−３，１２−５が挿入接続されている点が異な
る。

【００７３】図１１および図１２は、第２の実施例に係
るもので、第２のブリッジ回路Ｂ２がすべてダミーゲー
ジで形成される点およびひずみゲージとしてダブル型で
なく、シングル型のものが使用される点が異なってい
る。

【００７４】すなわち、起歪部３ｂの厚肉円筒部３ａ寄
りの部位２個所には、第１のアクティブゲージＲａ１と
第３のアクティブゲージＲａ３が添着され、これらの近
傍の厚肉円筒部３ａ上には、第１のダミーゲージＲｄ１
と第３のダミーゲージＲｄ３が添着されている。

【００７５】また、起歪部３ｂの中心厚肉剛体部３ｃ寄
りの部位２個所には、第２のアクティブゲージＲａ２と
第４のアクティブゲージＲａ４が添着され、これらの近
傍の中心厚肉剛体部３ｃ上には、第２のダミーゲージＲ
ｄ２と第４のダミーゲージＲｄ４とが添着されている。

【００７６】このような配置関係で起歪体３上に添着さ
れたひずみゲージのうち、図１１に示すように、アクテ
ィブゲージＲａ１〜Ｒａ４は、物理量の計測データを得
るためのブリッジ回路Ｂ１を形成し、ダミーゲージＲｄ
１〜Ｒｄ４は、ひずみ検出とは無関係で、ひずみゲージ
の経時変化に起因して生ずる初期値変動成分を分離検出
するためのブリッジ回路Ｂ２を形成してある。

【００７７】ダミーゲージＲｄ１〜Ｒｄ４は、上述した
と同様に、アクティブゲージＲａ１〜Ｒａ４と同様の条
件で製作され、実質上同一とみなし得し環境下で使用さ
れるものであるため、第１のブリッジ回路Ｂ１の出力か
ら第２のブリッジ回路Ｂ２の出力を減算することによ
り、被測定物理量に正確に対応する計測データを得るこ
とができる。

【００７８】図１３および図１４は、荷重変換器あるい
は加速度変換器に本発明を適用する場合の起歪体の変形
実施例である。

【００７９】この変形実施例に係る起歪体３は、中心厚
肉剛体部３ｃを挟むようにしてスリット３ｄ，３ｆが穿
設されて、いわゆる一文字ビーム状の起歪部３ｂが設け
られている点で、図３、図４等に示すものとは異なる。

【００８０】尚、ひずみゲージの添着位置および回路接
続構成については、既述したところより理解が可能であ
るので、その説明は省略する。

【００８１】尚、上述したほか、ひずみゲージの個数を
増やして、例えば、同様な機能を発揮させようとするひ
ずみゲージを複数添着し、それをブリッジ回路の同一の
辺に直列に接続するようにしてもよい。

【００８２】また、本発明を適用し得る変換器の種類と
しては、上述した間隙水圧計や荷重変換器に限ることな
く、変位変換器、加速度変換器、トルク変換器等、起歪
部に添着されたひずみゲージでブリッジ回路を組んで物
理量を電気量として取り出す形式の変換器のすべてに適
用が可能である。

【００８３】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、簡素で安価な構成でありながら、変換器単独で初
期値変動量を検出し得る機能を具備するひずみゲージ式
変換器を提供することができる。

【００８４】また、本発明方法によれば、たとえ埋設さ
れた状態でも地上から簡単にしかも短時間で初期値変動
量を検出しさらには初期値変動量を除去して被測定物理
量の真値に対応する計測データを求めることのできるひ
ずみゲージ式変換器の初期値変動量検出方法を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るひずみゲージ式変換器としての間
隙水圧計に使用されるブリッジ回路の構成を示す回路図
である。

【図２】本発明に係る間隙水圧計の構成を示す縦断面図
である。

【図３】図２に示される間隙水圧計の起歪体の構成を、
図４のＸ−Ｘ線矢視方向断面をもって示す断面図であ
る。

【図４】図３の平面図で、ひずみゲージの添着位置関係
を示すものである。

【図５】本発明に係るひずみゲージ式変換器の起歪体に
添着されるダブル型ひずみゲージのゲージパターンの構
成の一部を示す平面図である。

【図６】図３および図４に示すものとは異なる起歪体の
縦断面構成を示す断面図である。

【図７】図６に示す起歪体の平面図である。

【図８】図３および図６に示すものとはさらに異なる起
歪体の縦断面図である。

【図９】図８に示す起歪体の平面図である。

【図１０】図８、図９に示す起歪体に添着されたひずみ
ゲージの回路構成を示す回路図である。

【図１１】本発明に係る第２実施例の回路構成を示す回
路図である。

【図１２】同実施例に係る起歪体の構成を示す平面図で
ある。

【図１３】本発明を、荷重変換器に適用した場合におけ
る起歪体の縦断面図である。

【図１４】図１３に示す起歪体の平面図である。

【符号の説明】

１ ケーシング １ａ〜１ｃ 第１〜第３の段部 １ｄ 開口部 １ｅ 雌ねじ部 １ｆ 小径の穴 １ｇ 座ぐり穴 １ｈ 雌ねじ ２ 端子板 ２ａ 導電ピン ２ｂ 気密端子 ３ 起歪体 ３ａ 厚肉円筒部 ３ｂ 起歪部 ３ｃ 中心厚肉剛体部 ３ｄ，３ｆ スリット ４ フィルタ ５ リングナット ６ コード ６ａ 心線 ７ ゴムブッシュ ８ リングナット ９ ゲージリード １０ 起歪体 １０ａ 厚肉円筒部 １０ｂ 起歪部 １０ｃ 中心厚肉剛体部 １０ｄ 力伝達ロッド １０ｅ， １０ｆ スリット １１ 受圧ダイアフラム １２ ダブル型ひずみゲージ １２ａ 基板（ゲージベース） １２ｂ，１２ｃ ゲージパターン １２ｄ 凹部 １２ｅ グリッド部 １２ｆ 受感軸 １２−１〜６ ダブル型ひずみゲージ １３ 起歪体 １３ａ 厚肉円筒部 １３ｂ 起歪部 １３ｃ 段状部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−102116（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−23082（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−178839（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 3/04 G01L 9/04 101

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力、変位、荷重、加速度等の物理量を
   受けてひずみを生じる起歪体の起歪部に添着され前記ひ
   ずみに対応した抵抗変化を示すひずみゲージにより前記
   物理量を電気量に変換するひずみゲージ式変換器におい
   て、前記起歪体の起歪部に添着された第１〜第４のアク
   ティブゲージと、前記第１のアクティブゲージと実質上
   同一位置とみなし得る位置に添着され且つ前記第１のア
   クティブゲージのひずみ出力特性、経時変化特性、ゲー
   ジ率および温度特性などのひずみゲージ特性が実質上同
   一とみなし得る第５のアクティブゲージと、前記第２の
   アクティブゲージと実質上同一位置とみなし得る位置に
   添着され且つ前記第２のアクティブゲージのひずみ出力
   特性、経時変化特性、ゲージ率および温度特性などのひ
   ずみゲージ特性が実質上同一とみなし得る第６のアクテ
   ィブゲージと、前記第３のアクティブゲージの近傍であ
   って前記物理量によるひずみを実質上生じない前記起歪
   体の剛体部に添着され且つ少なくとも前記第３のアクテ
   ィブゲージの経時変化特性と実質上同一とみなし得る経
   時変化特性を有する第１のダミーゲージと、前記第４の
   アクティブゲージの近傍であって前記物理量によるひず
   みを実質上生じない前記起歪体の剛体部に添着され且つ
   少なくとも前記第４のアクティブゲージの経時変化特性
   と実質上同一とみなし得る経時変化特性を有する第２の
   ダミーゲージと、 を備え、前記第１〜第４のアクティブゲージをもって第
   １のブリッジ回路を形成し、前記第５および第６のアク
   ティブゲージと前記第１および第２のダミーゲージをも
   って第２のブリッジ回路を形成し、前記第１および第２
   のブリッジ回路の出力に基づき前記物理量に対応したひ
   ずみ出力成分と前記経時変化に伴う初期値変動成分とを
   分離し得るように構成したことを特徴とするひずみゲー
   ジ式変換器。
2. 【請求項２】 前記第１および第５のアクティブゲージ
   の対および前記第２および第６のアクティブゲージの対
   は、各対毎に、それぞれの受感軸が同一方向を向くよう
   に同一基板上に近接して同一材料をもって同時に形成さ
   れ各対をなすひずみゲージがそれぞれアクティブゲージ
   として使用され、 一方、前記第３のアクティブゲージと、第４のアクティ
   ブゲージと、前記第１のダミーゲージと、前記第２のダ
   ミーゲージは、前記第１および第５のアクティブゲージ
   の対または前記第２および第６のアクティブゲージの対
   と実質上同一の条件で形成された各対をなすゲージ素子
   であって各対をなすゲージ素子のいずれか一方が使用さ
   れることを特徴とする請求項１に記載のひずみゲージ式
   変換器。
3. 【請求項３】 圧力、変位、荷重、加速度等の物理量を
   受けてひずみを生じる起歪体の起歪部に添着され前記ひ
   ずみに対応した抵抗変化を示すひずみゲージにより前記
   物理量を電気量に変換するひずみゲージ式変換器におい
   て、 前記起歪体の起歪部に添着された第１〜第４のアクティ
   ブゲージと、 これら第１〜第４のアクティブゲージの各近傍であって
   前記物理量によるひずみを実質上生じない前記起歪体の
   剛体部に対をなして添着され且つ少なくとも対をなす前
   記アクティブゲージの経時変化特性と実質上同一とみな
   し得る経時変化特性を有する第１〜第４のダミーゲージ
   と、 を備え、前記第１〜第４のアクティブゲージをもって第
   １のブリッジ回路を形成し、前記第１〜第４のダミーゲ
   ージをもって第２のブリッジ回路を形成し、前記第１お
   よび第２のブリッジ回路の出力に基づき前記物理量に対
   応したひずみ出力成分と前記経時変化に伴う初期値変動
   出力成分とを分離して検出し得るように構成したことを
   特徴とするひずみゲージ式変換器。
4. 【請求項４】 圧力、変位、荷重、加速度等の物理量を
   受けてひずみを生じる起歪体の起歪部に添着され前記ひ
   ずみに対応した抵抗変化を示すひずみゲージにより前記
   物理量を電気量に変換するひずみゲージ式変換器の初期
   値変動量を検出する方法であって、 前記起歪体の起歪部に添着された第１〜第４のアクティ
   ブゲージをもって第１のブリッジ回路を形成すると共
   に、 前記第１のアクティブゲージと実質上同一位置とみなし
   得る位置に添着され且つ前記第１のアクティブゲージの
   ひずみ出力特性、経時変化特性、ゲージ率および温度特
   性などのひずみゲージ特性が実質上同一とみなし得る第
   ５のアクティブゲージと、前記第２のアクティブゲージ
   と実質上同一位置とみなし得る位置に添着され且つ前記
   第２のアクティブゲージのひずみ出力特性、経時変化特
   性、ゲージ率および温度特性などのひずみゲージ特性が
   実質上同一とみなし得る第６のアクティブゲージと、前
   記第３のアクティブゲージの近傍であって前記物理量に
   よるひずみを実質上生じない前記起歪体の前記剛体部に
   添着され且つ少なくとも前記第３のアクティブゲージの
   経時変化特性と実質上同一とみなし得る経時変化特性を
   有する第１のダミーゲージと、前記第４のアクティブゲ
   ージの近傍であって前記物理量によるひずみを実質上生
   じない前記起歪体の剛体部に添着され少なくとも前記第
   ４のアクティブゲージの経時変化特性と実質上同一とみ
   なし得る第２のダミーゲージとをもって第２のブリッジ
   回路を形成し、 前記第２のブリッジ回路の出力を２倍した値から前記第
   １のブリッジ回路の出力を減算することにより、前記経
   時変化に伴う初期値の変動量を求めることを特徴とする
   ひずみゲージ式変換器の初期値変動量検出方法。
5. 【請求項５】 圧力、変位、荷重、加速度等の物理量を
   受けてひずみを生じる起歪体の起歪部に添着され前記ひ
   ずみに対応した抵抗変化を示すひずみゲージにより前記
   物理量を電気量に変換するひずみゲージ式変換器の初期
   値変動量を検出する方法であって、 前記起歪体の起歪部に添着された第１〜第４のアクティ
   ブゲージをもって第１のブリッジ回路を形成すると共
   に、 前記第１〜第４のアクティブゲージの各近傍であって前
   記物理量によるひずみを実質上生じない前記起歪体の剛
   体部にそれぞれ対をなして添着され且つ少なくとも対を
   なす前記アクティブゲージの経時変化特性と実質上同一
   とみなし得る経時変化特性を有する第１〜第４のダミー
   ゲージとをもって第２のブリッジ回路を形成し、 前記第１のブリッジ回路の出力から第２のブリッジ回路
   の出力を減算することにより前記経時変化に伴う初期値
   変動量を検出除去し前記物理量に対応した出力を得るよ
   うにしたことを特徴とするひずみゲージ式変換器の初期
   値変動量検出方法。