JP3757226B2 - Carrier type 3-wire strain measurement system - Google Patents

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本発明は、抵抗式ひずみゲージを含むブリッジ回路の電源として交流電源電圧を用いる搬送波型3線式ひずみ測定システムに関する。   The present invention relates to a carrier-type three-wire strain measurement system that uses an AC power supply voltage as a power supply for a bridge circuit including a resistance strain gauge.

物体に生じるひずみを抵抗式ひずみゲージ(ひずみに応じて抵抗値が変化するひずみゲージ)を用いて測定する場合、物体に貼着するひずみゲージの微小な抵抗値変化を検出するために、通常、複数の固定抵抗値の抵抗体からなる抵抗回路にひずみゲージを接続してブリッジ回路(詳しくはホイートストンブリッジ回路)を構成するようにしている。そして、このブリッジ回路に電源電圧を付与しつつ、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた信号電圧をブリッジ回路から出力させ、この信号電圧に基づいてひずみ測定を行うようにしている。   When measuring strain generated in an object using a resistance-type strain gauge (a strain gauge whose resistance value changes according to the strain), in order to detect a minute resistance value change of the strain gauge attached to the object, A strain gauge is connected to a resistance circuit composed of a plurality of resistors having a fixed resistance value to constitute a bridge circuit (specifically, a Wheatstone bridge circuit). Then, while applying a power supply voltage to the bridge circuit, a signal voltage corresponding to a change in the resistance value of the strain gauge is output from the bridge circuit, and the strain measurement is performed based on the signal voltage.

この場合、ブリッジ回路の電源電圧として、交流電圧を使用する搬送波型のひずみ測定システムが一般に知られている。この搬送波型のひずみ測定システムでは、前記ブリッジ回路から出力される信号電圧は、電源電圧と同一周波数の搬送波(キャリア)をひずみゲージの抵抗値変化に応じて振幅変調したものとなり、この信号電圧から、搬送波成分を除去することで、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた信号成分を得るようにしている。   In this case, a carrier-type distortion measurement system that uses an AC voltage as the power supply voltage of the bridge circuit is generally known. In this carrier-type strain measurement system, the signal voltage output from the bridge circuit is obtained by amplitude-modulating a carrier wave having the same frequency as the power supply voltage in accordance with a change in the resistance value of the strain gauge. By removing the carrier wave component, a signal component corresponding to the change in resistance value of the strain gauge is obtained.

一方、ひずみゲージを含むブリッジ回路の構成及びその出力の測定手法として、所謂3線式のものが知られている。この3線式の測定手法を図9を参照して説明する。図示のように、ひずみゲージAの一端には、第1リード線a1が接続されると共に、他端には、第2及び第3リード線a2,a3の2本のリード線が接続される。これらのリード線a1〜a3は、通常はひずみゲージAにあらかじめ結線されている。このひずみゲージAと合わせてブリッジ回路Bを構成するための抵抗回路Cは、図示のように直列に接続された3個の固定抵抗値の抵抗体D2〜D4を備え、ひずみゲージAの一端が前記第1リード線a1を介して抵抗体D4に接続されると共に、他端が第2リード線a2を介して抵抗体D2に接続される。これにより、ひずみゲージAを第1〜第4辺(4つの辺)のうちの一つである第1辺b1に含むブリッジ回路Bが構成される。   On the other hand, a so-called three-wire type is known as a configuration of a bridge circuit including a strain gauge and a method for measuring its output. The three-wire measurement method will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the first lead wire a1 is connected to one end of the strain gauge A, and the two lead wires of the second and third lead wires a2 and a3 are connected to the other end. These lead wires a1 to a3 are usually connected to the strain gauge A in advance. The resistance circuit C for constituting the bridge circuit B together with the strain gauge A includes three fixed resistance resistors D2 to D4 connected in series as shown in the figure, and one end of the strain gauge A is The other end is connected to the resistor D2 via the second lead wire a2 while being connected to the resistor D4 via the first lead wire a1. Thereby, the bridge circuit B including the strain gauge A on the first side b1 which is one of the first to fourth sides (four sides) is configured.

このブリッジ回路Bは、より詳しくは、その第1辺b1がひずみゲージAと第1リード線a1とから構成され、この第1辺b1にひずみゲージAの他端を介して隣接する第2辺b2が前記第2リード線a2と抵抗体D2とから構成される。そして、第1辺b1の対辺である第3辺b3と、第2辺b2の対辺である第4辺b4とがそれぞれ抵抗体D3,D4から構成される。また、第1辺b1と第4辺b4との交点I1(第1リード線a1と抵抗体D4との接続点)と、第2辺b2と第3辺b3との交点I2(抵抗体D2と抵抗体D3との接続点)とがブリッジ回路Bの一対の電源入力部I1,I2(これらはブリッジ回路Bの一対の対角点である)とされ、この電源入力部I1,I2間に電源電圧ein(搬送波型のひずみ測定システムでは交流電圧)が付与される。また、第1辺b1と第2辺b2との交点O1(ひずみゲージAの他端)と、第3辺b3と第4辺b4との交点O2(抵抗体D3と抵抗体D4との接続点)とがブリッジ回路Bの一対の出力部O1,O2(これらはブリッジ回路Bの他の一対の対角点である)とされ、この出力部O1,O2間に発生する電圧eoutが前記信号電圧として得られる。この場合、出力部O1の電位は、前記第3リード線を介して抽出される。   More specifically, the bridge circuit B has a first side b1 composed of a strain gauge A and a first lead wire a1, and a second side adjacent to the first side b1 via the other end of the strain gauge A. b2 includes the second lead wire a2 and the resistor D2. A third side b3 that is the opposite side of the first side b1 and a fourth side b4 that is the opposite side of the second side b2 are configured by resistors D3 and D4, respectively. Further, an intersection point I1 (a connection point between the first lead wire a1 and the resistor D4) between the first side b1 and the fourth side b4, and an intersection point I2 (the resistor D2 with the second side b2 and the third side b3). (A connection point with the resistor D3) is a pair of power input portions I1 and I2 of the bridge circuit B (these are a pair of diagonal points of the bridge circuit B), and a power source is connected between the power input portions I1 and I2. A voltage ein (an AC voltage in a carrier type strain measurement system) is applied. Further, the intersection point O1 (the other end of the strain gauge A) between the first side b1 and the second side b2 and the intersection point O2 (the connection point between the resistor D3 and the resistor D4) between the third side b3 and the fourth side b4. ) Is a pair of output portions O1 and O2 of the bridge circuit B (these are the other pair of diagonal points of the bridge circuit B), and the voltage eout generated between the output portions O1 and O2 is the signal voltage. As obtained. In this case, the potential of the output unit O1 is extracted through the third lead wire.

このような3線式のものは、第1リード線a1と第2リード線a2とが、それぞれブリッジ回路Bの異なる辺(第1辺b1、第2辺b2)に含まれることとなる。このため、第1リード線a1,a2の長さや材質、径を同一として、環境温度の変化による第1及び第2リード線a1,a2の抵抗値変化がほぼ同一となるようにしておけば、ブリッジ回路Bの出力電圧eoutは、第1及び第2リード線a1,a2の抵抗値変化の影響を受けないものとなる。このため、3線式のひずみ測定手法は、第1リード線a1,a2の長さが比較的長いものとなる場合に、第1及び第2リード線a1,a2の抵抗値変化の影響を排除し得る有用な手法として多くのひずみ測定で用いられている。   In such a three-wire type, the first lead wire a1 and the second lead wire a2 are included in different sides (first side b1, second side b2) of the bridge circuit B, respectively. For this reason, if the length, material, and diameter of the first lead wires a1 and a2 are the same, and the resistance value changes of the first and second lead wires a1 and a2 due to changes in the environmental temperature are substantially the same, The output voltage eout of the bridge circuit B is not affected by the resistance value change of the first and second lead wires a1 and a2. For this reason, the three-wire strain measurement method eliminates the influence of changes in the resistance values of the first and second lead wires a1 and a2 when the lengths of the first lead wires a1 and a2 are relatively long. It is a useful technique that can be used in many strain measurements.

ところで、3線式のひずみ測定システムでは、前記第1〜第3リード線a1〜a3が比較的長いものとなる。特に、多数のひずみゲージを物体に貼り付けて多点ひずみ測定を行う場合には、各ひずみゲージを共通の抵抗回路に切り替え接続して、各測定点毎に順番にブリッジ回路を構成することが一般的であるので、各ひずみゲージに対応する第1〜第3リード線a1〜a3が長いものとなりやすい。そして、このような場合において、ブリッジ回路Bの電源として交流電源を用いる搬送波型のひずみ測定システムでは、ひずみゲージAに接続されるリード線a1〜a3間に存在する浮遊容量が、ブリッジ回路Bの出力電圧eoutに影響を及ぼし、ひずみ測定の誤差要因となることが一般に知られている。例えば、ひずみゲージAのひずみが生じていない状態でも、浮遊容量の影響によってブリッジ回路Bの不平衡(初期不平衡)を生じ、該ブリッジ回路Bの出力電圧eoutから測定されるひずみ値は0にならない。また、浮遊容量は環境温度等によって変化し、その結果、ひずみゲージのひずみが一定であっても、ブリッジ回路Bの出力電圧eoutが変化してしまう。従って、搬送波型のひずみ測定システムでは、上記浮遊容量の影響をできるだけ排除することが重要な課題となっている。   Incidentally, in the three-wire strain measurement system, the first to third lead wires a1 to a3 are relatively long. In particular, when multipoint strain measurement is performed by attaching a large number of strain gauges to an object, it is possible to switch and connect each strain gauge to a common resistance circuit and configure a bridge circuit in order for each measurement point. Since it is general, the first to third lead wires a1 to a3 corresponding to the respective strain gauges tend to be long. In such a case, in the carrier wave type strain measurement system using an AC power source as the power source of the bridge circuit B, the stray capacitance existing between the lead wires a1 to a3 connected to the strain gauge A is It is generally known that the output voltage eout is affected and becomes a distortion measurement error factor. For example, even when no strain is generated in the strain gauge A, the bridge circuit B is unbalanced (initial unbalance) due to the stray capacitance, and the strain value measured from the output voltage eout of the bridge circuit B is zero. Don't be. Further, the stray capacitance changes depending on the environmental temperature or the like. As a result, the output voltage eout of the bridge circuit B changes even if the strain of the strain gauge is constant. Therefore, in the carrier wave type strain measurement system, it is an important subject to eliminate the influence of the stray capacitance as much as possible.

この場合、浮遊容量の影響を排除する手法としては、従来、例えば特公平2−16441号公報(特許文献1)、あるいは特公平2−16962号公報(特許文献2)に見られるものが知られている。   In this case, as a technique for eliminating the influence of the stray capacitance, conventionally, for example, one shown in Japanese Patent Publication No. 2-16441 (Patent Document 1) or Japanese Patent Publication No. 2-16962 (Patent Document 2) is known. ing.

特許文献1に見られる技術は、ブリッジ回路の出力電圧の虚数成分(容量成分)に応じた電圧をブリッジ回路の一対の出力部のうちの一つに定容量コンデンサを介して帰還することで、浮遊容量によるブリッジ回路の初期不平衡を解消するようにしたものである。また、特許文献2に見られる技術は、ブリッジ回路の出力電圧の虚数成分(容量成分)に応じて、ブッリジ回路の初期不平衡による出力電圧の虚数成分(容量成分)および実数成分(抵抗成分)を打ち消すための打ち消し信号を生成し、それをブリッジ回路の出力電圧に重畳するようにしたものである。   The technique found in Patent Document 1 is to feed back a voltage corresponding to the imaginary component (capacitance component) of the output voltage of the bridge circuit to one of the pair of output portions of the bridge circuit via a constant capacitor. It is intended to eliminate the initial imbalance of the bridge circuit due to stray capacitance. Further, the technique found in Patent Document 2 is based on the imaginary number component (capacitance component) of the output voltage of the bridge circuit, the imaginary number component (capacitance component) and the real number component (resistance component) of the output voltage due to the initial unbalance of the bridge circuit A cancellation signal for canceling is generated and superimposed on the output voltage of the bridge circuit.

しかしながら、これらの特許文献1,2に見られる技術は、ブリッジ回路の一辺にのみ、浮遊容量による容量成分が存在することを前提とするものである。このため、これらの技術を、特に3線式の搬送波型測定システムに適用しても、浮遊容量の影響を十分に排除することは困難である。なぜなら、3線式のひずみ測定システムでは、前記図9に示したように、ブリッジ回路Bの第1辺b1と第2辺b2とにそれぞれ第1リード線a1、第2リード線a2が組み込まれることとなるため、少なくともそれらの第1辺a1及び第2辺a2に浮遊容量による容量成分が組み込まれることとなる。従って、ブリッジ回路Bの一辺のみに容量成分が存在することを前提とする前記特許文献1,2の技術では、浮遊容量の影響を十分に排除することは困難であった。
特公平2−16441号公報 特公平2−16962号公報
However, the techniques found in these Patent Documents 1 and 2 are based on the premise that a capacitance component due to stray capacitance exists only on one side of the bridge circuit. For this reason, even if these techniques are applied to a three-wire carrier type measurement system, it is difficult to sufficiently eliminate the influence of stray capacitance. This is because in the three-wire strain measurement system, as shown in FIG. 9, the first lead wire a1 and the second lead wire a2 are incorporated in the first side b1 and the second side b2 of the bridge circuit B, respectively. Therefore, a capacitance component due to stray capacitance is incorporated at least in the first side a1 and the second side a2. Therefore, it has been difficult to sufficiently eliminate the influence of the stray capacitance in the techniques of Patent Documents 1 and 2 that assume that a capacitive component exists only on one side of the bridge circuit B.
Japanese Patent Publication No. 2-16441 Japanese Patent Publication No. 2-16962

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、搬送波型3線式ひずみ測定システムにおいて、ひずみゲージに接続するリード線間の浮遊容量及びその変化の影響を適正に排除し、精度の良いひずみ測定を行うことができるひずみ測定システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, and in a carrier-type three-wire strain measurement system, the stray capacitance between lead wires connected to a strain gauge and the influence of the change are appropriately eliminated, and a high-precision strain is obtained. An object of the present invention is to provide a strain measurement system capable of performing measurement.

本発明のひずみ測定システムは、抵抗式ひずみゲージの一端に接続された第1リード線と、他端に接続された第2リード線とを複数の固定抵抗値の抵抗体からなる抵抗回路に接続することにより、第1辺が該ひずみゲージ及び第1リード線から構成されると共に、その第1辺に前記ひずみゲージの他端を介して連接する第2辺が前記第2リード線及び固定抵抗値の抵抗体から構成され、且つ、これらの第1辺及び第2辺のそれぞれの対辺となる第3辺及び第4辺が固定抵抗値の抵抗体から構成されるブリッジ回路を形成し、このブリッジ回路の第1辺と第4辺との交点と、第2辺と第3辺との交点とを一対の電源入力部として該電源入力部に交流電源電圧を付与しつつ、前記第1辺と第2辺との交点としての前記ひずみゲージの他端と、前記第3辺と第4辺との交点とを一対の出力部として該出力部に発生する信号電圧を前記ひずみゲージの他端に前記第2リード線とは別に接続された第3リード線を用いて測定し、その測定した信号電圧からひずみゲージに生じたひずみを測定する搬送波型3線式ひずみ測定システムにおいて、前記ブリッジ回路の第2辺を構成する抵抗体及び第2リード線のうちの該抵抗体を前記ひずみゲージの近傍に配置して、該抵抗体及び第2リード線をこの順番で前記ひずみゲージの他端から直列に連接し、該第2リード線の該抵抗体と反対側の端部を前記第3辺を構成する抵抗体に接続したことを特徴とするものである。   In the strain measurement system of the present invention, a first lead wire connected to one end of a resistance strain gauge and a second lead wire connected to the other end are connected to a resistor circuit composed of a plurality of resistors having fixed resistance values. Thus, the first side is composed of the strain gauge and the first lead wire, and the second side connected to the first side via the other end of the strain gauge is the second lead wire and the fixed resistance. A bridge circuit composed of a resistor having a fixed resistance value, and a third side and a fourth side, which are opposite sides of the first side and the second side, are formed of a resistor having a fixed resistance value. Using the intersection of the first side and the fourth side of the bridge circuit and the intersection of the second side and the third side as a pair of power input units, while applying an AC power supply voltage to the power input unit, the first side And the other end of the strain gauge as an intersection of the second side, Using a third lead wire connected to the other end of the strain gauge separately from the second lead wire, with the intersection of the three sides and the fourth side serving as a pair of output portions, In a carrier-type three-wire strain measurement system that measures and measures strain generated in a strain gauge from the measured signal voltage, the resistor of the second side of the bridge circuit and the resistance of the second lead wire A body is disposed in the vicinity of the strain gauge, and the resistor and the second lead wire are connected in series from the other end of the strain gauge in this order, and the end of the second lead wire opposite to the resistor body The portion is connected to a resistor constituting the third side.

詳細は後述するが、搬送波型3線式ひずみ測定システムにおいて、前記第1〜第3リード線の間の浮遊容量の影響を好適に排除するためには、ブリッジ回路の第1〜第4辺のうち、前記第1リード線及び第2リード線が組み込まれる辺、すなわち第1辺及び第4辺の容量成分(浮遊容量によってこれらの辺に等価的に組み込まれる容量成分(より詳しくは、これらの辺のそれぞれの抵抗値成分に対して並列な等価容量として表される容量成分))が等しくなるようにすればよい。   Although details will be described later, in the carrier-type three-wire strain measurement system, in order to suitably eliminate the influence of the stray capacitance between the first to third lead wires, the first to fourth sides of the bridge circuit Of these, the side where the first lead wire and the second lead wire are incorporated, that is, the capacitance component of the first side and the fourth side (capacitance component equivalently incorporated into these sides by stray capacitance (more specifically, these components) The capacitance components)) expressed as parallel equivalent capacitances may be equal to the resistance value components of the sides.

ここで、本発明によれば、ブリッジ回路の第2辺を構成する抵抗体及び第2リード線のうちの抵抗体がひずみゲージの近傍に配置される。そして、該抵抗体及び第2リード線が、この順番で該ひずみゲージの他端から直列に連接され、さらに、該第2リード線の、該抵抗体と反対側の端部がブリッジ回路の第3辺を構成する抵抗体に接続される。すなわち、より厳密に言えば、ひずみゲージの他端に、ブリッジ回路の第2辺の構成要素である抵抗体の一端が接続され、この抵抗体の他端に第2リード線の一端が接続され、該第2リード線の他端が、ブリッジ回路の第3辺を構成する抵抗体の一端に接続される。なお、この場合、別の言い方をすれば、第2リード線は、第2辺の構成要素である抵抗体を介してひずみゲージに接続されることとなる。また、第2リード線の、該抵抗体と反対側の端部は、ブリッジ回路の第2辺と第3辺との交点に相当するものとなる。   Here, according to the present invention, the resistor constituting the second side of the bridge circuit and the resistor of the second lead wires are arranged in the vicinity of the strain gauge. The resistor and the second lead wire are connected in series from the other end of the strain gauge in this order, and the end of the second lead wire on the side opposite to the resistor is connected to the bridge circuit first. It is connected to a resistor that constitutes three sides. More specifically, to be more precise, one end of a resistor that is a component of the second side of the bridge circuit is connected to the other end of the strain gauge, and one end of the second lead wire is connected to the other end of the resistor. The other end of the second lead wire is connected to one end of a resistor constituting the third side of the bridge circuit. In this case, in other words, the second lead wire is connected to the strain gauge via a resistor which is a component on the second side. The end of the second lead wire on the side opposite to the resistor corresponds to the intersection of the second side and the third side of the bridge circuit.

このような接続構成によれば、ブリッジ回路の第1辺及び第4辺の容量成分をほぼ等しくすることが可能となる。なお、この場合において、第1〜第3リード線は、その長さはほぼ等しいことが好適であり、また、それらの第1〜第3リード線を互いに沿わせるようにして(束になるようにして)配線することが好適である。   According to such a connection configuration, the capacitance components of the first side and the fourth side of the bridge circuit can be made substantially equal. In this case, it is preferable that the first to third lead wires have substantially the same length, and the first to third lead wires are aligned with each other (to be bundled). Wiring) is preferred.

このように、本発明によれば、第1リード線及び第2リード線が組み込まれるブリッジ回路の第1辺及び第4辺の容量成分(第1〜第3リード線間の浮遊容量による容量成分)をほぼ等しくすることができることから、その浮遊容量やその変化の影響をほとんど受けない信号電圧をブリッジ回路から出力することが可能となる。従って、ひずみゲージに接続するリード線間の浮遊容量及びその変化の影響を適正に排除し、精度の良いひずみ測定を行うことができる。   As described above, according to the present invention, the capacitance components of the first side and the fourth side of the bridge circuit in which the first lead wire and the second lead wire are incorporated (capacitance component due to the stray capacitance between the first to third lead wires). ) Can be made substantially equal, it is possible to output from the bridge circuit a signal voltage that is hardly affected by the stray capacitance or the change. Therefore, it is possible to appropriately eliminate the stray capacitance between the lead wires connected to the strain gauge and the influence of the change, and perform accurate strain measurement.

本発明の搬送波型3線式ひずみ測定システムの一実施形態を以下に図1〜図8を参照して説明する。図1は、本実施形態のひずみ測定システムの全体構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態のひずみ測定システムは、ひずみゲージ1(抵抗式ひずみゲージ)と、ブリッジボックス2と、測定器3とを備えている。ひずみゲージ1とブリッジボックス2とはケーブル4を介して接続され、ブリッジボックス2と測定器3とはケーブル5を介して接続されている。   An embodiment of a carrier-type three-wire strain measurement system of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the strain measurement system of the present embodiment. As shown in the figure, the strain measurement system of the present embodiment includes a strain gauge 1 (resistance strain gauge), a bridge box 2, and a measuring instrument 3. The strain gauge 1 and the bridge box 2 are connected via a cable 4, and the bridge box 2 and the measuring instrument 3 are connected via a cable 5.

ケーブル4は、第1〜第3の3本のリード線4a,4b,4cを有しており、これらを互いに沿わせつつ、図示しないカバーチューブやバンド部材等により束ねたものである。第1リード線4a及び第3リード線4cは、それぞれひずみゲージ1の一端1a、他端1bにあらかじめ半田付けなどにより接続されている。また、ひずみゲージ1の他端1bには、第3リード線4cと共に、固定抵抗値の抵抗体6があらかじめ半田付けなどにより接続されており、この抵抗体6のひずみゲージ1側と反対側の端部に第2リード線4bが半田付けなどにより接続されている。従って、抵抗体6及び第2リード線4bは、この順番で、ひずみゲージ1の他端1bから直列に連接されている。この場合、抵抗体6は、ひずみゲージ1の近傍(ひずみゲージ1と抵抗体6との間の距離が第1〜第3リード線4a,4b,4c長さに比して十分に小さくなるような位置)に配置されている。そして、第1〜第3リード線4a,4b,4cは、ほぼ同一の長さとされるとともに、その材質および径も互いに同一とされている。また、これらの第1〜第3リード線4a,4b,4cのひずみゲージ1と反対側の端部は、ブリッジボックス2に設けられた接続端子2a,2b,2cに各々接続されている。   The cable 4 has first to third three lead wires 4a, 4b, 4c, which are bundled by a cover tube, a band member or the like (not shown) while being along each other. The first lead wire 4a and the third lead wire 4c are connected to one end 1a and the other end 1b of the strain gauge 1 by soldering in advance. A resistor 6 having a fixed resistance value is connected to the other end 1b of the strain gauge 1 together with the third lead wire 4c in advance by soldering or the like. The second lead wire 4b is connected to the end by soldering or the like. Accordingly, the resistor 6 and the second lead wire 4b are connected in series from the other end 1b of the strain gauge 1 in this order. In this case, the resistor 6 is in the vicinity of the strain gauge 1 (the distance between the strain gauge 1 and the resistor 6 is sufficiently smaller than the lengths of the first to third lead wires 4a, 4b, and 4c. Are placed at the same position). The first to third lead wires 4a, 4b, and 4c have substantially the same length, and the materials and diameters thereof are also the same. Further, the ends of the first to third lead wires 4a, 4b, 4c opposite to the strain gauge 1 are connected to connection terminals 2a, 2b, 2c provided on the bridge box 2, respectively.

なお、抵抗体6としては、通常的な抵抗素子を用いればよいことはもちろんであるが、ひずみゲージ1とは別のひずみゲージを用いてもよい。   Note that, as the resistor 6, a normal resistance element may be used, but a strain gauge different from the strain gauge 1 may be used.

ブリッジボックス2は、前記ひずみゲージ1及び抵抗体6と併せてブリッジ回路(ホイートストンブリッジ回路。詳細は後述する)を構成するための抵抗回路7を内臓していると共に、該ブリッジ回路に与える電源電圧(交流電圧)einを外部から導入するための一対の電源入力端子2d,2eと、該ブリッジ回路の出力(信号電圧)eoutを外部に出力するための一対の出力端子2f,2gとを備えている。   The bridge box 2 incorporates a resistance circuit 7 for constituting a bridge circuit (Wheatstone bridge circuit; details will be described later) together with the strain gauge 1 and the resistor 6 and a power supply voltage applied to the bridge circuit. (AC voltage) A pair of power input terminals 2d and 2e for introducing ein from the outside, and a pair of output terminals 2f and 2g for outputting the output (signal voltage) eout of the bridge circuit to the outside Yes.

この場合、図示のように、第3リード線4cを接続する接続端子2cは、ブリッジボックス2の内部で出力端子2fに同電位に導通されている。また、第2リード線4bを接続する接続端子2b及び第1リード線4aを接続する接続端子2aはそれぞれ、ブリッジボックス2の内部で電源入力端子2d,2eに同電位に導通されている。   In this case, as shown in the figure, the connection terminal 2c for connecting the third lead wire 4c is electrically connected to the output terminal 2f at the same potential inside the bridge box 2. Further, the connection terminal 2b for connecting the second lead wire 4b and the connection terminal 2a for connecting the first lead wire 4a are electrically connected to the power input terminals 2d and 2e in the bridge box 2 at the same potential.

前記抵抗回路7は、接続端子2bと2aとの間に直列に接続された一対の固定抵抗値の抵抗体8,9からなり、これらの抵抗体8,9の中点がスイッチボックス2の内部で前記出力端子2gに同電位に導通されている。   The resistor circuit 7 includes a pair of resistors 8 and 9 having a fixed resistance value connected in series between the connection terminals 2 b and 2 a, and the middle point of these resistors 8 and 9 is the inside of the switch box 2. Thus, the output terminal 2g is electrically connected to the same potential.

なお、上記したブリッジボックス2の端子同士の導通や、抵抗回路7に関する導通・接続は、例えば図示しない回路基板の回路パターンによってなされている。また、前記抵抗体6,8,9の抵抗値は、ひずみゲージ1の公称抵抗値(ひずみゲージ1のひずみを生じていない状態での抵抗値)と同一とされている。   In addition, the conduction | electrical_connection between the terminals of the above-mentioned bridge box 2, and the conduction | electrical_connection and connection regarding the resistance circuit 7 are made | formed by the circuit pattern of the circuit board which is not shown in figure, for example. The resistance values of the resistors 6, 8, and 9 are the same as the nominal resistance value of the strain gauge 1 (resistance value in a state where the strain gauge 1 is not strained).

以上のようなひずみゲージ1とブリッジボックス2との接続構成並びに該ブリッジボックス2の構成によって、回路構成上は、図2に示すようなブリッジ回路10が構成されることとなる。このブリッジ回路10では、その4つの辺のうちの第1辺10a(図の左上の辺)がひずみゲージ1と第1リード線4aとから構成され、この第1辺10aにひずみゲージ1の他端1bを介して連接する第2辺10b(図の右上の辺)が抵抗体6と第2リード線4bとから構成される。また、第1辺10aの対辺である第3辺10c(図の右下の辺)と、第2辺10bの対辺である第4辺10d(図の左下の辺)とがそれぞれ抵抗体8,9により構成される。   A bridge circuit 10 as shown in FIG. 2 is configured on the circuit configuration by the connection configuration between the strain gauge 1 and the bridge box 2 and the configuration of the bridge box 2 as described above. In this bridge circuit 10, the first side 10a (upper left side in the figure) of the four sides is composed of the strain gauge 1 and the first lead wire 4a, and the other side of the strain gauge 1 is connected to the first side 10a. A second side 10b (upper right side in the figure) connected via the end 1b is composed of the resistor 6 and the second lead wire 4b. The third side 10c (lower right side in the figure) that is the opposite side of the first side 10a and the fourth side 10d (lower left side in the figure) that is the opposite side of the second side 10b are the resistor 8, 9.

そして、第1辺10aと第4辺10dとの交点としての接続端子2aと、第2辺10bと第3辺10cの交点としての接続端子2bとがブリッジ回路10の一対の電源入力部I1,I2となり、これらの電源入力部I1,I2にブリッジボックス2の電源入力端子2e,2dを介して交流電源電圧einが付与されることとなる。さらに、第1辺10aと第2辺10bとの交点としてのひずみゲージ1の他端1bと、第3辺10cと第4辺10dとの交点としての抵抗体8,9の中点とがブリッジ回路10の一対の出力部O1,O2となり、これらの出力部O1,O2から、ブリッジボックス2の出力端子2f,2gを介してブリッジ回路10の出力(信号電圧)eoutが取り出されることとなる。この場合、ひずみゲージ1の他端1bの電位は、第3リード線4c、接続端子2cを介して出力端子2fに抽出される。   The connection terminal 2a as the intersection of the first side 10a and the fourth side 10d and the connection terminal 2b as the intersection of the second side 10b and the third side 10c are a pair of power input portions I1, The AC power supply voltage ein is applied to the power input portions I1 and I2 via the power input terminals 2e and 2d of the bridge box 2. Furthermore, the other end 1b of the strain gauge 1 as an intersection of the first side 10a and the second side 10b and a midpoint of the resistors 8 and 9 as an intersection of the third side 10c and the fourth side 10d are bridged. The pair of output portions O1 and O2 of the circuit 10 is obtained, and the output (signal voltage) eout of the bridge circuit 10 is taken out from the output portions O1 and O2 via the output terminals 2f and 2g of the bridge box 2. In this case, the potential of the other end 1b of the strain gauge 1 is extracted to the output terminal 2f via the third lead wire 4c and the connection terminal 2c.

図1の説明に戻って、前記ケーブル5は、一対の電源供給線5a,5bと一対の信号線5c,5dとを図示しないカバーチューブやバンド部材等により束ねて構成されており、電源供給線5a,5bをそれぞれブリッジボックス2の電源入力端子2d,2eに接続すると共に、信号線5c,5dをそれぞれブリッジボックス2の出力端子2f,2gに接続している。なお、ケーブル5は、電源供給線5a,5bと、信号線5c,5dとで各別に備えてもよい。   Returning to the description of FIG. 1, the cable 5 is configured by bundling a pair of power supply lines 5a and 5b and a pair of signal lines 5c and 5d by a cover tube, a band member, or the like (not shown). 5a and 5b are connected to power input terminals 2d and 2e of the bridge box 2, respectively, and signal lines 5c and 5d are connected to output terminals 2f and 2g of the bridge box 2, respectively. The cable 5 may be provided separately for the power supply lines 5a and 5b and the signal lines 5c and 5d.

前記測定器3は、ケーブル5の電源供給線5a,5b及び信号線5c,5dの、ブリッジボックス2側と反対側の端部をそれぞれ接続する接続端子3a,3b,3c,3dを備えると共に、接続端子3a,3b間に、前記ブリッジ回路10に付与すべき所定周波数(例えば5kHz、10kHz)の交流電源電圧einを発生する交流電源部11と、接続端子3c,3dから入力されるブリッジ回路10の出力eoutからひずみ測定処理(ひずみ測定値を求める処理)を行うひずみ測定処理部12とを内臓している。   The measuring instrument 3 includes connection terminals 3a, 3b, 3c, 3d for connecting the ends of the power supply lines 5a, 5b and signal lines 5c, 5d of the cable 5 opposite to the bridge box 2 side, respectively. An AC power supply unit 11 that generates an AC power supply voltage ein having a predetermined frequency (for example, 5 kHz, 10 kHz) to be applied to the bridge circuit 10 between the connection terminals 3a and 3b, and a bridge circuit 10 that is input from the connection terminals 3c and 3d. And a strain measurement processing unit 12 that performs a strain measurement process (a process for obtaining a strain measurement value) from the output eout.

この場合、ひずみ測定処理部12は、ブリッジ回路10の出力eoutから、交流電源電圧einと同相の成分(実数成分)を検波し、その同相成分から交流電源電圧einと同一周波数の成分を除去してなる信号成分(ひずみゲージ1の抵抗値変化に応じた信号成分)を基に、ひずみ測定値を求めるようにしている。このようなひずみ測定処理部12の回路構成は、公知のものでよいので、ここではこれ以上の説明を省略する。   In this case, the distortion measurement processing unit 12 detects a component (real number component) in phase with the AC power supply voltage ein from the output eout of the bridge circuit 10, and removes a component having the same frequency as the AC power supply voltage ein from the inphase component. The strain measurement value is obtained based on the signal component (signal component corresponding to the change in the resistance value of the strain gauge 1). Since the circuit configuration of such a strain measurement processing unit 12 may be a known one, further description thereof is omitted here.

なお、本実施形態では、ブリッジボックス2と測定器3とが別体に構成されたものを例示したが、それらが一体に構成されていてもよい。その場合には、ケーブル5は不要である。   In the present embodiment, the bridge box 2 and the measuring device 3 are illustrated as separate components, but they may be configured integrally. In that case, the cable 5 is unnecessary.

次に、本実施形態のひずみ測定システムの作動を説明する。本実施形態では、前記した構成によって、図3に示すように前記第1〜第3リード線4a〜4cが並列して延在している。このため、第1リード線4aと第3リード線4cとの間、並びに、第2リード線4bと第3リード線4cとの間に、それぞれ参照符号Cx、Cyで代表的に示すように浮遊容量が存在することとなる。この場合、前記ブリッジ回路10は、等価的に図4に示すブリッジ回路10’で表される。すなわち、ブリッジ回路10は、第1辺10a’が、抵抗体13と前記浮遊容量Cxに対応する容量成分14との並列回路から構成され、第2辺10b’が抵抗体15と前記浮遊容量Cyに対応する容量成分16との並列回路から構成され、さらに、第3辺10c’及び第4辺10d’がそれぞれ前記抵抗体8,9から構成されるブリッジ回路10’とほぼ等価になる。ここで、ブリッジ回路10’(以下、等価ブリッジ回路10’という)の第1〜第4辺10a’〜10d’は、それぞれブリッジ回路10の第1〜第4辺10a〜10dに相当する辺である。また、この等価ブリッジ回路10’の第1辺10a’の抵抗体13は、ひずみゲージ1と第1リード線4aとの合成抵抗値を有する抵抗体であり、第2辺10b’の抵抗体15は、前記抵抗体6と第2リード線4bとの合成抵抗値を有する抵抗体である。   Next, the operation of the strain measurement system of this embodiment will be described. In the present embodiment, the first to third lead wires 4a to 4c extend in parallel with each other as shown in FIG. Therefore, floating between the first lead wire 4a and the third lead wire 4c, and between the second lead wire 4b and the third lead wire 4c, as representatively indicated by reference numerals Cx and Cy, respectively. There will be capacity. In this case, the bridge circuit 10 is equivalently represented by a bridge circuit 10 'shown in FIG. That is, in the bridge circuit 10, the first side 10a ′ is configured by a parallel circuit of the resistor 13 and the capacitance component 14 corresponding to the stray capacitance Cx, and the second side 10b ′ is configured by the resistor 15 and the stray capacitance Cy. The third side 10c ′ and the fourth side 10d ′ are substantially equivalent to the bridge circuit 10 ′ configured by the resistors 8 and 9, respectively. Here, the first to fourth sides 10a ′ to 10d ′ of the bridge circuit 10 ′ (hereinafter referred to as equivalent bridge circuit 10 ′) are sides corresponding to the first to fourth sides 10a to 10d of the bridge circuit 10, respectively. is there. The resistor 13 on the first side 10a ′ of the equivalent bridge circuit 10 ′ is a resistor having a combined resistance value of the strain gauge 1 and the first lead wire 4a, and the resistor 15 on the second side 10b ′. Is a resistor having a combined resistance value of the resistor 6 and the second lead wire 4b.

なお、前記図3における第1リード線4aと第2リード線4bとの間にも浮遊容量が存在するが、それに対応する容量成分は、図4の等価ブリッジ回路10’では、電源入力部I1,I2間に介装されることとなる。このため、その容量成分は、等価ブリッジ回路10’の出力eout(これはブリッジ回路10の出力にほぼ等しい)に影響を及ぼさないと考えてよい。従って、その容量成分は図4では省略している。   Note that stray capacitance also exists between the first lead wire 4a and the second lead wire 4b in FIG. 3, but the corresponding capacitance component is the power supply input section I1 in the equivalent bridge circuit 10 ′ of FIG. , I2 is interposed. Therefore, it may be considered that the capacitance component does not affect the output eout of the equivalent bridge circuit 10 ′ (which is substantially equal to the output of the bridge circuit 10). Therefore, the capacitance component is omitted in FIG.

また、厳密には、第3辺10c’の抵抗体8と並列な容量成分、並びに第4辺10d’の抵抗体9と並列な容量成分も存在する。但し、これらの容量成分の値は、第1辺10a’及び第2辺10b’の容量成分14,16に比して十分に小さく、また、第3辺10c’と第4辺10d’とで互いにほぼ同一の値になると考えてよい。従って、第3辺10c’及び第4辺10d’の容量成分は、これらの辺の交点であるブリッジ回路10’の出力部O2の電位、ひいては、ブリッジ回路10’の出力eoutにほとんど影響を及ぼさないと考えてよい。このため、これらの容量成分も図4では省略している。補足すると、出力部O2の電位は、電源電圧einの1/2に維持されることとなる。   Strictly speaking, there is a capacitive component in parallel with the resistor 8 on the third side 10c 'and a capacitive component in parallel with the resistor 9 on the fourth side 10d'. However, the values of these capacitance components are sufficiently smaller than the capacitance components 14 and 16 of the first side 10a ′ and the second side 10b ′, and the third side 10c ′ and the fourth side 10d ′ It can be considered that the values are almost the same. Therefore, the capacitance components of the third side 10c ′ and the fourth side 10d ′ have little influence on the potential of the output part O2 of the bridge circuit 10 ′ that is the intersection of these sides, and consequently the output eout of the bridge circuit 10 ′. You can think of it not. For this reason, these capacitive components are also omitted in FIG. Supplementally, the potential of the output unit O2 is maintained at ½ of the power supply voltage ein.

上記等価ブリッジ回路10’において、その電源入力部I1,I2に交流電源電圧einを付与したときの、出力eoutのうち、ひずみ測定のための基本信号となる、交流電源電圧einと同相の成分eoutR(eoutの実部成分。以下、実出力成分eoutRという)は、前記抵抗体13,15の抵抗値、並びに容量成分14,16の容量値をR1,R2,C1,C2としたとき、次式(1)により与えられる。   In the equivalent bridge circuit 10 ′, the component eoutR in phase with the AC power supply voltage ein, which becomes a basic signal for distortion measurement, of the output eout when the AC power supply voltage ein is applied to the power supply input portions I1 and I2. The real part component of eout (hereinafter referred to as the real output component eoutR) is given by the following equation when the resistance values of the resistors 13 and 15 and the capacitance values of the capacitance components 14 and 16 are R1, R2, C1, and C2, respectively. Given by (1).

Figure 0003757226
ここで、この式(1)の大括弧[ ]内の第1項に関し、ひずみゲージ1のひずみが生じていない初期状態ではR1=R2であるので、上記第1項は、容量成分14,16の容量値C1,C2によらずに、上記初期状態では0になる。すなわち、第1項は、等価ブリッジ回路10’のゼロ点(あるいは初期不平衡)には影響を及ぼさない。該第1項は、主に、ひずみゲージ1の抵抗値変化(R1の変化)に対する実出力成分eoutRの変化の度合い、すなわち感度に影響する項である。但し、容量成分14,16の容量値C1,C2の総和が例えば1000pF〜10000pFの範囲で変化しても、上記第1項による等価ブリッジ回路10’の実出力成分eoutRの変化は微小である。実際、交流電源電圧einの周波数を例えば10kHz、ひずみゲージ1の抵抗値(公称抵抗値)を120Ωとしたとき、容量値C1,C2の総和が例えば1000pF〜10000pFの範囲で変化しても、第1項による実出力成分eoutRの変化は、0.5%以下であり、実用上、無視しても支障が無い程度である。従って、第1項に関しては、容量値C1,C2の変化は、ブリッジ回路10を用いたひずみ測定値の精度にほとんど影響を及ぼさないと考えてよい。
Figure 0003757226
Here, regarding the first term in the square brackets [] in the formula (1), R1 = R2 in the initial state where the strain of the strain gauge 1 is not generated. Regardless of the capacitance values C1 and C2, the initial value is zero. That is, the first term does not affect the zero point (or initial unbalance) of the equivalent bridge circuit 10 ′. The first term is a term that mainly affects the degree of change in the actual output component eoutR with respect to the change in the resistance value of the strain gauge 1 (change in R1), that is, the sensitivity. However, even if the sum of the capacitance values C1 and C2 of the capacitance components 14 and 16 changes within a range of, for example, 1000 pF to 10000 pF, the change in the actual output component eoutR of the equivalent bridge circuit 10 ′ according to the first term is very small. Actually, when the frequency of the AC power supply voltage ein is 10 kHz, for example, and the resistance value (nominal resistance value) of the strain gauge 1 is 120 Ω, the sum of the capacitance values C1 and C2 may be changed in the range of 1000 pF to 10,000 pF, for example. The change in the actual output component eoutR due to the first term is 0.5% or less, which is practically negligible. Therefore, regarding the first term, it can be considered that changes in the capacitance values C1 and C2 have little influence on the accuracy of the strain measurement value using the bridge circuit 10.

一方、式(1)の大括弧[ ]内の第2項は、容量成分14,16の容量値C1,C2が等しければ、0となるが、等しくない場合には、0にならない。つまり、第2項は、主に、等価ブリッジ回路10’のゼロ点(あるいは初期不平衡)に影響を及ぼすものとなる。また、容量値C1,C2の総和が変化すると、第2項による実出力成分eoutRの変化の度合いは、第1項よりも大きなものとなりやすい。   On the other hand, the second term in square brackets [] in equation (1) becomes 0 if the capacitance values C1 and C2 of the capacitance components 14 and 16 are equal, but does not become 0 if they are not equal. That is, the second term mainly affects the zero point (or initial unbalance) of the equivalent bridge circuit 10 '. Further, when the sum of the capacitance values C1 and C2 changes, the degree of change in the actual output component eoutR due to the second term tends to be larger than that in the first term.

従って、容量値C1,C2あるいはその変化による等価ブリッジ回路10’の実出力成分eoutRへの影響、ひいては、ブリッジ回路10の出力eoutによるひずみ測定への影響をできるだけ小さくする上では、式(1)の大括弧[ ]内の第2項が極力小さくなるようにすることが望ましい。そして、このためには、第1辺10a’の容量成分14の容量値C1と第2辺10b’の容量成分16の容量値C2とができるだけ等しくなるようにすることが望ましい。   Therefore, in order to minimize the influence on the actual output component eoutR of the equivalent bridge circuit 10 ′ due to the capacitance values C1 and C2 or the change thereof, and consequently the influence on the distortion measurement due to the output eout of the bridge circuit 10, the expression (1) It is desirable that the second term in square brackets [] be as small as possible. For this purpose, it is desirable that the capacitance value C1 of the capacitance component 14 of the first side 10a 'and the capacitance value C2 of the capacitance component 16 of the second side 10b' be as equal as possible.

この場合、本実施形態のひずみ測定システムでは、前記したように、容量成分14,16の元となる浮遊容量を発生する第1〜第3リード線4a〜4cは、互いに沿わせて配線され、また、それらの長さがほぼ同一とされると共に、それらの材質及び径も同一とされている。このため、前記容量成分14,16の容量値C1,C2はほぼ等しいものとなる。また、環境温度の変化等によるこれらの容量値C1,C2の変化は同じように生じるので、環境温度が変化しても、それらの容量値C1,C2はほぼ等しいものに維持される。   In this case, in the strain measurement system of the present embodiment, as described above, the first to third lead wires 4a to 4c that generate the stray capacitance that is the source of the capacitance components 14 and 16 are wired along each other, In addition, their lengths are substantially the same, and their materials and diameters are also the same. For this reason, the capacitance values C1 and C2 of the capacitance components 14 and 16 are substantially equal. Further, since the changes in the capacitance values C1 and C2 due to changes in the environmental temperature and the like occur in the same way, even if the environmental temperature changes, the capacitance values C1 and C2 are maintained substantially equal.

従って、前記式(1)の大括弧[ ]内の第2項は、常に、ほぼ0に維持されることとなる。この結果、第1〜第3リード線4a〜4c間の浮遊容量に起因する前記容量成分14,16の容量値C1,C2やその変化は、等価ブリッジ回路10’の実出力成分eoutR、ひいては、ブリッジ回路10の出力eoutのうち、実際のひずみ測定のために用いる実部成分にほとんど影響を及ぼさないこととなる。この結果、本実施形態のひずみ測定システムによれば、第1〜第3リード線4a〜4c間の浮遊容量の影響を受けることなく、精度よくひずみ測定を行うことができる。   Therefore, the second term in the square brackets [] in the formula (1) is always maintained at almost zero. As a result, the capacitance values C1 and C2 of the capacitance components 14 and 16 and their changes resulting from the stray capacitance between the first to third lead wires 4a to 4c are the actual output component eoutR of the equivalent bridge circuit 10 ', and Of the output eout of the bridge circuit 10, the real component used for actual strain measurement is hardly affected. As a result, according to the strain measurement system of the present embodiment, the strain measurement can be accurately performed without being affected by the stray capacitance between the first to third lead wires 4a to 4c.

図5〜図8は、本実施形態の実施例に係る測定データと比較例に係る測定データとをそれぞれ実線、破線で例示するグラフである。これらの図5〜8の実施例は、いずれも本実施形態のひずみ測定システム(図1のシステム)において、ひずみゲージ1のひずみが生じていない状態で、環境温度(前記ケーブル4の雰囲気温度)を3種類の温度0℃、25℃、50℃に維持して、ひずみ測定を行ったときのひずみ測定値のデータを示すものである。また、図5〜図8の比較例は、いずれも、ひずみゲージとブリッジボックスとの接続構成(ブリッジ回路へのひずみゲージの組み込み構成)を前記図9に示した従来の構成と同一とし、これ以外の構成を本実施形態と同一としたひずみ測定システムにおいて、上記実施例と同じ温度条件で、ひずみ測定を行ったときのひずみ測定値のデータを示すものである。なお、図5〜図8の横軸は環境温度、縦軸は環境温度が25℃であるときのひずみ測定値を基準(0)とした、ひずみ測定値の相対値(25℃のときのひずみ測定値からの変化量)である。   5 to 8 are graphs illustrating the measurement data according to the example of the present embodiment and the measurement data according to the comparative example as solid lines and broken lines, respectively. In the examples of FIGS. 5 to 8, in the strain measurement system (system of FIG. 1) of the present embodiment, the ambient temperature (atmosphere temperature of the cable 4) in a state where the strain of the strain gauge 1 is not generated. 3 shows the data of strain measurement values when strain measurement is carried out while maintaining three temperatures at 0 ° C., 25 ° C., and 50 ° C. Further, in all of the comparative examples of FIGS. 5 to 8, the connection configuration of the strain gauge and the bridge box (configuration of incorporating the strain gauge into the bridge circuit) is the same as the conventional configuration shown in FIG. In the strain measurement system in which the configuration other than that is the same as that of the present embodiment, data of strain measurement values when strain measurement is performed under the same temperature conditions as in the above example are shown. 5 to 8, the horizontal axis is the environmental temperature, and the vertical axis is the relative value of the strain measurement value (strain at 25 ° C.) based on the strain measurement value when the environment temperature is 25 ° C. Change from measured value).

この場合、図5の実施例では、交流電源電圧einの周波数を5kHzとし、前記第1〜第3リード線4a〜4cの径(導線部の径)を0.18mmとしている。図5の比較例も同様である。また、図6の実施例では、交流電源電圧einの周波数を5kHzとし、前記第1〜第3リード線4a〜4cの径(導線部の径)を0.5mmとしている。図6の比較例も同様である。また、図7の実施例では、交流電源電圧einの周波数を20kHzとし、前記第1〜第3リード線4a〜4cの径(導線部の径)を0.18mmとしている。図7の比較例も同様である。また、図8の実施例では、交流電源電圧einの周波数を20kHzとし、前記第1〜第3リード線4a〜4cの径(導線部の径)を0.5mmとしている。図8の比較例も同様である。   In this case, in the embodiment of FIG. 5, the frequency of the AC power supply voltage ein is 5 kHz, and the diameters of the first to third lead wires 4a to 4c (the diameter of the conducting wire portion) are 0.18 mm. The same applies to the comparative example of FIG. Further, in the embodiment of FIG. 6, the frequency of the AC power supply voltage ein is 5 kHz, and the diameters of the first to third lead wires 4a to 4c (the diameter of the conducting wire portion) are 0.5 mm. The same applies to the comparative example of FIG. Further, in the embodiment of FIG. 7, the frequency of the AC power supply voltage ein is 20 kHz, and the diameters of the first to third lead wires 4a to 4c (the diameter of the conducting wire portion) are 0.18 mm. The same applies to the comparative example of FIG. Further, in the embodiment of FIG. 8, the frequency of the AC power supply voltage ein is 20 kHz, and the diameters of the first to third lead wires 4a to 4c (the diameter of the conducting wire portion) are 0.5 mm. The same applies to the comparative example of FIG.

なお、いずれの実施例においても第1〜第3リード線4a〜4cの長さ(ケーブル4の長さ)は20mとしており、これは比較例についても同様である。   In any of the embodiments, the length of the first to third lead wires 4a to 4c (the length of the cable 4) is 20 m, and this is the same for the comparative example.

図5〜図8から明らかなように、本実施形態に係る実施例では、環境温度0℃、50℃であるときのひずみ測定値は、25℃のときのひずみ測定値とほぼ同一になっており、環境温度の影響をほとんど受けないものとなっている。このことから、環境温度の変化によって第1〜第3リード線4a〜4c間の浮遊容量が変化しても、それは、ひずみ測定にほとんど影響を及ぼさないことが判る。しかも、この効果は、交流電源電圧einの周波数や、
第1〜第3リード線4a〜4cの径にも依存しない。
As apparent from FIGS. 5 to 8, in the examples according to the present embodiment, the measured strain values when the environmental temperature is 0 ° C. and 50 ° C. are almost the same as the measured strain values at 25 ° C. Therefore, it is hardly affected by the environmental temperature. From this, it can be seen that even if the stray capacitance between the first to third lead wires 4a to 4c changes due to the change of the environmental temperature, it hardly affects the strain measurement. In addition, this effect is caused by the frequency of the AC power supply voltage ein,
It does not depend on the diameters of the first to third lead wires 4a to 4c.

これに対して、従来技術に係る比較例では、環境温度が異なると、ひずみ測定値が実施例に比べて大きく変化する。特にその傾向は、交流電源電圧einの周波数が高い場合(20kHzの場合)に顕著となり、また、リード線の径が小さい場合(0.18mmの場合)に顕著となる。   On the other hand, in the comparative example according to the prior art, when the environmental temperature is different, the strain measurement value is greatly changed as compared with the example. In particular, this tendency becomes prominent when the frequency of the AC power supply voltage ein is high (in the case of 20 kHz), and becomes prominent when the lead wire diameter is small (in the case of 0.18 mm).

このことから、本実施形態は、第1〜第3リード線4a〜4c間の浮遊容量の影響を好適に排除できるものとなっていることが判る。   From this, it can be seen that the present embodiment can suitably eliminate the influence of stray capacitance between the first to third lead wires 4a to 4c.

本発明の搬送波型3線式ひずみ測定システムの一実施形態の全体構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment of a carrier-type three-wire strain measurement system of the present invention. 図1のシステムで構成されるブリッジ回路を示す図。The figure which shows the bridge circuit comprised with the system of FIG. 図1のシステムにおけるリード線間に存在する浮遊容量の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of stray capacitance existing between lead wires in the system of FIG. 1. 図2のブリッジ回路の等価回路を示す回路図。The circuit diagram which shows the equivalent circuit of the bridge circuit of FIG. 図1の実施形態におけるひずみ測定値の実施例と従来構成のひずみ測定システムによるひずみ測定値の比較例を示すグラフ。The graph which shows the comparative example of the example of the strain measurement value in embodiment of FIG. 1, and the strain measurement value by the strain measurement system of a conventional structure. 図1の実施形態におけるひずみ測定値の実施例と従来構成のひずみ測定システムによるひずみ測定値の比較例を示すグラフ。The graph which shows the comparative example of the example of the strain measurement value in embodiment of FIG. 1, and the strain measurement value by the strain measurement system of a conventional structure. 図1の実施形態におけるひずみ測定値の実施例と従来構成のひずみ測定システムによるひずみ測定値の比較例を示すグラフ。The graph which shows the comparative example of the example of the strain measurement value in embodiment of FIG. 1, and the strain measurement value by the strain measurement system of a conventional structure. 図1の実施形態におけるひずみ測定値の実施例と従来構成のひずみ測定システムによるひずみ測定値の比較例を示すグラフ。The graph which shows the comparative example of the example of the strain measurement value in embodiment of FIG. 1, and the strain measurement value by the strain measurement system of a conventional structure. 従来の3線式ひずみ測定システムにおけるブリッジ回路を示す図。The figure which shows the bridge circuit in the conventional three-wire-type distortion measurement system.

符号の説明Explanation of symbols

1…ひずみゲージ、4a…第1リード線、4b…第2リード線、4c…第3リード線、6…第2辺の抵抗体、7…抵抗回路、8…第3辺の抵抗体、9…第4辺の抵抗体、10…ブリッジ回路、10a〜10d…ブリッジ回路の辺、I1,I2…電源入力部、O1,O2…出力部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Strain gauge, 4a ... 1st lead wire, 4b ... 2nd lead wire, 4c ... 3rd lead wire, 6 ... 2nd side resistor, 7 ... Resistance circuit, 8 ... 3rd side resistor, 9 ... 4th side resistor, 10 ... bridge circuit, 10a to 10d ... side of bridge circuit, I1, I2 ... power input part, O1, O2 ... output part.

Claims (1)

抵抗式ひずみゲージの一端に接続された第1リード線と、他端に接続された第2リード線とを複数の固定抵抗値の抵抗体からなる抵抗回路に接続することにより、第1辺が該ひずみゲージ及び第1リード線から構成されると共に、その第1辺に前記ひずみゲージの他端を介して連接する第2辺が前記第2リード線及び固定抵抗値の抵抗体から構成され、且つ、これらの第1辺及び第2辺のそれぞれの対辺となる第3辺及び第4辺が固定抵抗値の抵抗体から構成されるブリッジ回路を形成し、このブリッジ回路の第1辺と第4辺との交点と、第2辺と第3辺との交点とを一対の電源入力部として該電源入力部に交流電源電圧を付与しつつ、前記第1辺と第2辺との交点としての前記ひずみゲージの他端と、前記第3辺と第4辺との交点とを一対の出力部として該出力部に発生する信号電圧を前記ひずみゲージの他端に前記第2リード線とは別に接続された第3リード線を用いて測定し、その測定した信号電圧からひずみゲージに生じたひずみを測定する搬送波型3線式ひずみ測定システムにおいて、
前記ブリッジ回路の第2辺を構成する抵抗体及び第2リード線のうちの該抵抗体を前記ひずみゲージの近傍に配置して、該抵抗体及び第2リード線をこの順番で前記ひずみゲージの他端から直列に連接し、該第2リード線の該抵抗体と反対側の端部を前記第3辺を構成する抵抗体に接続したことを特徴とする搬送波型3線式ひずみ測定システム。
By connecting the first lead wire connected to one end of the resistance strain gauge and the second lead wire connected to the other end to a resistor circuit composed of a plurality of resistors having fixed resistance values, the first side is The strain gauge and the first lead wire are configured, and the second side connected to the first side via the other end of the strain gauge is configured of the second lead wire and a resistor having a fixed resistance value. In addition, a bridge circuit is formed in which the third side and the fourth side, which are opposite sides of the first side and the second side, are composed of resistors having fixed resistance values, and the first side and the second side of the bridge circuit are formed. As an intersection between the first side and the second side, an AC power supply voltage is applied to the power input unit by using the intersection of the four sides and the intersection of the second side and the third side as a pair of power input units. A pair of the other end of the strain gauge and the intersection of the third side and the fourth side. A signal voltage generated at the output unit as an output unit is measured using a third lead wire connected to the other end of the strain gauge separately from the second lead wire, and is generated from the measured signal voltage at the strain gauge. In the carrier type 3-wire strain measurement system that measures the strain,
Of the resistor and the second lead wire constituting the second side of the bridge circuit, the resistor is arranged in the vicinity of the strain gauge, and the resistor and the second lead wire are arranged in this order on the strain gauge. A carrier-type three-wire strain measurement system characterized in that it is connected in series from the other end, and the end of the second lead wire opposite to the resistor is connected to a resistor constituting the third side.
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