JPH01105108A

JPH01105108A - 直線化回路を含む変換増幅器

Info

Publication number: JPH01105108A
Application number: JP26080887A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Sagara; 相良　竜雄; Shoji Sakurai; 桜井　昭次
Original assignee: Ohkura Electric Co Ltd
Current assignee: Ohkura Electric Co Ltd
Priority date: 1987-10-17
Filing date: 1987-10-17
Publication date: 1989-04-21
Also published as: JPH0529847B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「本発明はセンサー出力の変換及び増幅をする変換増幅器
に関し、とくに変換用ブリッジ回路及び非直線性補正即
ち直線化回路を有する変換増幅器に関する。

良ヱ立且」半導体ストレンゲージ等のセンサーの抵抗値を検出し変
換するブリッジ回路の出力は、ストレンゲージの歪等の
センサー人力に対して直線的関係にあるべきだがその関
係が常に実現されているとは限らないので、入出力間の
関係を直線化するため各種のリニアライザーが使われて
いる。第７図は、検出用ブリッジ回路１を含む変換増幅
回路における従来のリニアライザーの一例を示す、ブリ
ッジ回路ｌの出力側に接続された主増幅器２の出力をリ
ニアー補正回路３ヘフイードバツクする。

この補正回路３は、主増幅器２の出力における非直線性
に応じてブリッジ回路１の入力電圧ｖ８を制御する。

センサー抵抗値ｒｌ及びｒ２に作用する測定量をＴとし
、ブリッジ回路１の入力電圧をＶｎとすれば、その出力
電圧Ｖｏは次式で与えられる。

Ｖｏ−ＶＢ４Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　＠　　＠　　＊　　　（１）ここに
、ｆはブリッジ回路ｌのセジサー抵抗値ｒｌ及びＴ９と
固定抵抗値ｒ３及びｒ４並びにセンサーの感度等の関数
であり、上記センサー特性の直線性が満足されていると
きはｆが定数となり、その場合の出力電圧Ｖｏは第８図
のように直線となる。しかし、上記センサー特性が直線
的でない場合には係数ｆが測定量Ｔの関数となって、出
力電圧は第８図のカーブｖＭやｖＮのように曲線となる
０曲線的な特性となった場合でも、（１）式から予想さ
れるようにブリッジ回路１の入力電圧ＶＢを適当に制御
すれば非直線性の補正をすることができる。

即ち、ブリッジ回路ｌの出力の勾配が測定量Ｔの増大に
応じて徐々に小さくなる飽和形の非直線性カーブＶＷの
場合に、第７図の回路において、主増幅回路２の出力に
比例してブリッジ電圧ＶＢをリニアー補正回路３により
増加してやれば非直線性が補正される。リニアー補正回
路３の動作を説明するに、まず主増幅回路２の出力電圧
Ｖｏが零で可変抵抗器ＲＶ、の可動接触子が中央にある
ときにトランジスタＱの電流ｉ６がブリッジ回路１に適
した値になるように電源電圧Ｅｂ及び抵抗Ｒ５を定める
。

次に可動接触子の位置を中央から抵抗Ｒ３側（増幅器Ｉ
Ｃ，の＋側）に近づければ、主増幅回路２の出力Ｖｏの
増大に応じてｆ）は増加し、その割合は可動接触子位置
が抵抗Ｒ３に接する位置で最大となる。逆に可動接触子
の位置を中央から抵抗Ｒ４側（増幅器ＩＣ，の−側）に
近づければ、　ｉ６は主増幅回路２の出力ｖＯの増加に
対して減少方向に変化し、その割合は可動接触子位置が
抵抗Ｒ４に接する位置で最大となる。

しかし、第７図の従来のリニアライザー回路では非線形
が第８図のカーブｖＭの様に単調な凸形や単調な凹形の
場合の補正を行なえるが、第８図のカーブｖＮのような
Ｓ字形の場合の補正はできない、また高精度の補正も困
難である。

が　　　　　　−ロ従って、本発明が解決しようとする問題点は、検出用ブ
リッジ回路を有する変換増幅回路における多様な非線形
出力に対する高精度の線形化補正にある。

。　　　占　　　　　　　　　　。

第１図を参照するに、本発明による直線化回路を含へ？
変換増幅器においては、それぞれ可動接触子１４ａ、　
　１５ａ及びｌｅａ等が付された複数の可変抵抗１４．
１５及び１８等を補正用増幅回路１７の入力端子に並列
接続する。その補正用増幅回路１７の出力を変換ブリッ
ジ回路ｌの入力側にブリッジ回路電圧Ｖａとして加える
。そのブリッジ回路ｌの出力Ｖ。

を主増幅回路２に接続する。前記主増幅回路２の出力に
複数の区分検出回路ｔｏ、　１１及び１２等を並列に接
続し、さらに各区分検出回路１０．１１又は１２等を対
応する前記可変抵抗１４．１５及び１８等にそれぞれ接
続する。

各区分検出回路１Ｏ１１１又は１２にはそれぞれ特定ノ
入力設定値Ｖｓｌ　、　　Ｖｎ２、Ｖｎ３　（ｍＶｓｎ
、第２図参照）を設定する。また区分検出回路ｔｏ、　
ｔｔ及び１２への共通入力として主増幅回路２の出力Ｖ
ｏに対応する電圧Ｖｏ’を加える。第２図を参照するに
、前記電圧Ｖｏ’が区分検出回路１０．１１又は１２の
前記設定値Ｖｓｎを超過したときには、前記電圧Ｖｏ’
の特定設定値超過分（ＶＯ’　−Ｖｓｎ）に比例した大
きさの電流Ｉｎ（Ｉｌ　、　　１ｇ又は！３）を、当該
設定値の区分検出回路に対応する前記可変抵抗１４．１
５又は１Ｂの可動接触子１４ａ、　１５ａ又はｌｅａに
流れさせる０本発明によれば、前記可変抵抗１４．１５
又は！６における前記可動接触子１４ａ、１５ａ又は１
８ａの位置を調整して、前記ブリッジ回路１の入力たる
ブリッジ電圧ＶＢの主増幅回路２の出力Ｖｏへの依存度
を調整することにより前記主増幅回路２の出力Ｖｏを制
御してその直線化を行なう。

１月まず区分検出回路１２の動作を説明するが、他の区分検
出回路１Ｇ及び！！の動作も特定設定値Ｖｓｎの大きさ
を除き同様である０区分検出回路１２の正入力側の電圧
Ｖｏ’は、主増幅回路２の出力Ｖｏと基準電圧点Ｅとの
間の抵抗Ｒ１ｌ及びＲ１□によってその出力Ｖａを分圧
したものである。よってこの電圧Ｖｏ’は、主増幅回路
２の出力Ｖｏの増減に対応して増減する。

（１）Ｖｏ’が特定設定値Ｖｓ３以下のとき：増幅器Ｉ
Ｃ３の出力が負であり、ダイオードＤｉの働きによりト
ランジスタＱには制御信号が伝わらず、トランジスタＱ
がオフで可変抵抗１Ｂから６電流！３は零である。この
ときの増幅器■Ｃ３の負入力側電圧Ｖｓ３　　（即ちこ
の場合の特定設定値）は次式で与えられる。

ＶＳ３　＝　　（ＲＩ７ＥＳ）／（ＲＩ？”ＲＩＢ）　
　　　　　　”　　”　　・　（２）ここに、Ｅｓは基
準電圧点Ｅの電圧である。

（２）Ｖｏ’が特定設定値Ｖｓ３を超えるとき：増幅器
ＩＣ３の出力が正に転じ、ダイオードＤｉがオンとなり
、トランジスタＱが導通して可変抵抗１Ｂから次式で与
えられる電流■３が流れる。

ここに注意すべきことに、Ｉ３は、正の領域でのみ存在
し且つ（３）式から明らかな様に負荷抵抗即ち可変抵抗
１８の大きさ及び可動接触子１８ａの電位に影響されず
、しかもＩ３の大きさは上記主増幅回路２の出力ｖＯの
上記分電圧Ｖｏ’　と設定値ｖＳ３　との差電圧に比例
する。

（３）第２図は、この場合Ｉ３である上記可動接触子電
流Ｉｎの上記変化を示す。

要するに１区分検出回路１Ｏ１１１，１２は、主増幅回
路２の出力Ｖｏが設定値以下の場合には出力を発生せず
、主増幅回路の出力Ｖｏが設定値を超過したときに、そ
の設定値超過分に比例した電流を可変抵抗の可動接触子
１４ａ、１５ａ及び１６ａに発生させる。

次に補正用増ｌ１ｇ１回路１７の動作を説明する。

（４）可変抵抗１４．１５．１８がない場合：補正用増
幅回路１７は単なる反転増幅器として動作する０両入力
端子における比較の基準レベルをＯｖとしているので、
抵抗ＲＩ９の両端電位はともにＯｖとなる。また、補正
用増幅回路！７はその両入力端子間の電位差をなくすよ
うに動作するので、　ｅｇもＯｖとなる。

（５）可変抵抗１４．１５．１Ｂはあるがそれらの可変
抵抗に電流がない場合（Ｉ＋〜ｌ３＝Ｏ）：ｅ２＝ＯＶ
であり両入力端子間の電位差もＯｖであるから、これら
の可変抵抗の存在は全く影響を与えない。

（６）可変抵抗１４．１５、ＩＢがあり、工３のみが流
れ、　Ｉ、　＝　１２＝０である場合：ｉ）可動接触子
１ｆｉａが可変抵抗１Ｂの中央にあるとき　（第１図）抵抗１？ｔｏ側から可変抵抗１Ｂへ流込む電流ｉ３１と
抵抗Ｒ２０，Ｉ？２を側から可変抵抗１６へ流込む電流
ｉ３２とが等しくなるように設計できるので両入力端子
間の電位差をＯｖとすることができる。従って、可変抵
抗１８が全く影響を及ぼさず、補正用増幅回路１７の出
力ＶＢに変化を生じさせず、主増幅回路２の出力Ｖｏに
対する補正量を零とすることができる。

ｉｉ）　　可動接触子１１３ａが可変抵抗１ＢのＲ１１
１側の端末にあるとき（第４図）電流ｉ３□による可変抵抗１６の電圧降下ΔＥを零とす
るようにＶＢが減少し、それに応じｅ２も減少する。従
って、ブリッジ回路ｌの出力’ｂ　Ｉ＃性に対して負の
補正をすることができる。

第５図はブリッジ電圧Ｖの変化分ΔＶＢ（＄）と主増幅
器回路２の出力Ｖｏ　（定格出力電圧値に対する百分率
で表した値）との関係を示す。

同図の点線は可変抵抗１Ｂによる変化域を示す、第５図
の例に於て電流Ｉ８、■２、Ｉ３に対応するしきい値、
即ち上記区分検出回路の設定値ｖｓ、　、　　Ｖｓ２、
Ｖｓ３はそれぞれ主増幅器回路２の出力Ｖｏの２５　Ｋ
、５ｏｚ、７５篤とされている。同図の負側点線ａは可
動接触子１８ａが可変抵抗１８のＲ１９側の端末にある
時のｖＯ−ΔＶＢ特性を示す、この可動接触子１８ａを
可変抵抗１８の上記端末（第４図位置）からその中央（
第１図位置）へ近付ければこの負領域内におけるＶｏ−
ΔｖＢ特性の傾斜を調整することができる。

１ｉｉ）　　可動接触子１８ａがｅ２例の端末にあると
き　（第３図）電流ｉ３ｔによる可変抵抗１６の電圧降下ΔＥを零とす
るようにＶＢが増大する。従って、ブリッジ回路１の出
力ｖｌ特性に対し正の補正をすることができる。第５図
の正側の点線すの傾斜は第３図の場合におけるｖＯ−Δ
ｖＢ特性を示す、可動接触子ｌｅａを可変抵抗１８の上
記端末（第３図位置）からその中央（第１図位置）へ近
付ければこの正領域内におけるＶｏ−ΔｖＢ特性の傾斜
を調整することができる。

（７）可変抵抗１４．１５、ＩＢがあり、有限な大きさ
の電流１．、ｒ２及び■３がある場合：可変抵抗１Ｂの
上記作用の説明から類推されるように、区分検出回路１
０．１１．１２ノ設定値Ｖｓｌ。

Ｖｓ２．　　Ｖｓ３が主増幅回路出力Ｖｏノ２５％、５
０　！、７５　％にそれぞれ対応させである場合には、
可動接触子１４ａ、１５ａ及び１θａ並びに抵抗１４．
１５及びＩＢの作用によって、第５図の実線、−点鎖線
及び点線とハツチングとで表される可変領域Ｉ、■■及
びＩＩＩの特性がそれぞれ得られる。

実際に得られるブリッジ電圧Ｖａの変化は上記電流１１
、　■２及び■３による変化分を加算した値となる。

ここで注目すべきことは、電流Ｉ３の回路における接触
子ＩＢａをどのように操作しても、主増幅回路出力Ｖｏ
の７５ｚ以下の領域は影響されないことである。これに
より、区分された複数の領域間に相互干渉のない効率的
な補正が可能となる。電流■ｚの回路における接触子１
５ａについても同様である。

従って、測定量人力Ｔに対するブリッジ回路ｌの出力ｖ
１特性と上記（１）式との関係から本発明の目的である
検出用ブリッジ回路を有する変換増幅回路における多様
な非線形出力に対する高精度の線形化補正を達成するこ
とができる。

支ム」第１図の実施例は、以上説明した本発明による直線化回
路を含む変換増幅器の一実施例を示す。

ブリッジ回路１の出力ｖ１特性が測定量Ｔに対して第６
図の実線Ｓ字状の特性（補正前の当初特性）を持ったセ
ンサー出力である場合について、第１図の実施例の補正
作用を説明する０区分検出回路１Ｏ１１１及び１２の上
記特定設定値Ｖｓｎはそれぞれ２５％、５０％及び７５
％に設定されているものとする。測定量Ｔの入力がＯＸ
の点の調整は、主増幅回路２内の零調整回路（図示せず
）により出力信号Ｖｏが零となるようにすることによっ
て行なう。

測定量Ｔが２５％の点の調整は、主増幅回路２のスパン
調節（主増幅回路２内の調節回路、図示せず）によって
行なう、これにより、当初出力に相当する第６図の実線
５字特性上の点Ｐ、を２５ｚの出力点Ｐｚに補正するこ
とができる。従って、補正後の測定量Ｔの入力０−２５
％に対する出力Ｖｏの特性は、−点鎖線で示されような
カーブとなる。

また、測定量Ｔ　２５ト５０％に対する特性は、測定量
７５０％の点において可変抵抗１４上の可動接触子１４
ａの位置調節によって行なう、即ち可動接触子１４ａの
調節により、測定量７５０＄に対する当初出力点Ｐ３を
主増幅回路出力Ｖｏ５０　％の点Ｐ４に調節することが
できる。またこの調節が入力Ｔ２５Ｘ以下の領域に対し
て非干渉であることは前記の通りである。補正後の測定
量Ｔの入力２５−５０％に対する特性は一点鎖線で示さ
れようなカーブとなる。

測定量７７５％の点の調整は、可変抵抗１５上の可動接
触子１５ａの位置調節によって行なう、これにより、測
定量７７５％に対する補正前の当初出力の点Ｐ５を主増
幅回路出力Ｖｏ　７５　％の点Ｐ６に補正することがで
きる。従って、補正後の測定量Ｔの入力５０−７５％に
対する特性は一点鎖線で示されようなカーブとなる。ま
た、可動接触子１５ａによる調節は、測定量Ｔ５（１以
下の入出力特性に対して非干渉である。

測定量７１００％の点の調整は、可変抵抗ＩＢ上の可動
接触子１８ａの位置調節によって行なう、これにより、
測定量７１００％に対する補正前の当初出力の点Ｐ７を
主増幅回路出力Ｖｏ　１００　％の点Ｐ８に補正するこ
とができる。従って、補正後の測定量Ｔの入カフ５％−
１００％に対する特性は一点鎖線で示されようなカーブ
となる。また、可動接触子１８ａによる調節は、測定量
Ｔ７５％以下の入出力特性に対して非干渉である。

こうして、測定量Ｔの入力の全スパン０Ｘ−１００％に
わたり第６図のＳ字状実線で示される非線形特性を、同
図の一点鎖線のような極めて線形に近い出力Ｖｏに補正
することができる。

＆１立羞ｊ以上説明した如く、本発明による直線化回路を含む変換
増幅器は、検出素子の出力変換用ブリッジ回路に接続さ
れた主増幅回路の出力の大きさを複数の区分検出回路に
よって検出し、その出力区分ごとの補正が施されたブリ
ッジ電圧を補正用増幅回路によりブリッジ回路に加える
ので、次の効果を奏する。

（イ）検出素子の出力変換用ブリッジ回路における広い
範囲の多様な非直線性に対する補正を行なうことができ
る。

（ロ）区分検出回路の数を増やすことにより非常に高精
度の直線性補正をすることができる。

（ハ）従来の補正装置では構成回路要素間に相互作用が
あるので直線性調節作業に当っては、入力スパンのＯｔ
から１０ｏｚまで各ノードごとに順次に一旦調節した後
再度Ｏｚに戻り反復調節しなければならなかったが、本
発明によればＯｚから１００％まで各ノードごとに順次
に一回調節すれば調節作業が完了する。

（二゛）検出素子の出力変換用ブリッジ回路ごとの面倒
な計算を省略し、実設備での較正により正確な補正をす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による直線化回路を含む変換増幅器の回
路図、第２図は区分検出回路の動作特性図、３図及び第
４図は補正用増幅回路の動作説明用回路図、第５図は補
正用増幅回路の特性図、第６図は本発明装置の動作説明
図、第７図及び第８図は従来の変換増幅器補正回路の回
路図及び説明図である。１・・・ブリッジ回路、　２・・・主増幅器、　　３・
・・リニアー補正回路、　　１０．１１．１２・・・区
分検出回路、　１３・・・基準電圧電源、　１４．１５
．１Ｂ・・・可変抵抗、　　１４ａ、　　１５ａ、　Ｉ
Ｅｌａ−可動接触子、　　１７−・・補正用増幅回路、
　Ｔ・・・測定量、　Ｖｓ・・・ブリッジ入力電圧、　
　ｖＩ・・・ブリッジ出力電圧、Ｖｓｎ・・・各区分検
出回路の設定値、　　Ｖｏ・・・出力電圧。特許出願人　　大倉電気株式会社特許出願代理人　　　弁理士　　市東禮次部第１９第５図主Ａ＆惜ｔ］狩徴、９Ｖｏ（％）填１１定ｔ（％）

Claims

【特許請求の範囲】

可動接触子付の複数の可変抵抗が入力端子に並列接続さ
れた補正用増幅回路、その補正用増幅回路の出力が入力
側に接続された変換ブリッジ回路、そのブリッジ回路の
出力に接続された主増幅回路、並びに前記主増幅回路の
出力及び対応する前記可変抵抗にそれぞれ接続された複
数の区分検出回路であってそれぞれ入力設定値を有し前
記主増幅回路出力が前記設定値中の特定設定値を超過し
たときに前記主増幅回路出力の当該設定値超過分に比例
した電流を当該設定値に対応する前記可変抵抗の可動接
触子に生じさせる複数の区分検出回路を備え、前記可変
抵抗における前記可動接触子の位置を調整して前記ブリ
ッジ回路の入力を調整することにより前記主増幅回路の
出力を制御してなる直線化回路を含む変換増幅器。