JPH0246881B2 - TEIKOBURITSU JINOHENDORYONOHYOJISOCHI - Google Patents
TEIKOBURITSU JINOHENDORYONOHYOJISOCHIInfo
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- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
<産業上の利用分野>
本発明は、例えばロードセル等に用いられる抵
抗ブリツジの変動量を検出してデジタル表示する
ための装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a device for detecting and digitally displaying the amount of variation in a resistance bridge used in, for example, a load cell.
<従来の技術>
近年、荷重の測定装置にロードセルを用いるこ
とが発達しつつあり、また、その変動量をデジタ
ル表示することが多用されつつある。<Prior Art> In recent years, the use of load cells as load measuring devices has been developing, and digital display of the amount of variation thereof has been increasingly used.
第6図にこのような装置の従来例を示す。ブリ
ツジ回路1を構成する4辺のうち、AとBは変化
する抵抗、例えばロードセルであり、通常は等し
い抵抗値Rをもつている。ロードセルの場合、荷
重が加わると、例えばAはR(1−K)となり、
BはR(1+K)となる。CとDは標準抵抗で、
抵抗値はC、Dともに相等しく、例えばRであ
る。ブリツジ回路の2接続点a,b間に直流電圧
4が印加され、他の2接続点c,d間の電位が抵
抗3を介して増幅器5に入力される。なお、抵抗
器6及びコンデンサ7の並列回路は、増幅器5の
増幅度を定めると共に、出力の応答を遅らせ、雑
音の影響を除去するためのフイルタの役目をして
いる。増幅器5の出力はA−Dコンバータ8によ
りデジタル信号に変換され、演算回路9を経てデ
ジタル表示装置10により表示される。 FIG. 6 shows a conventional example of such a device. Of the four sides constituting the bridge circuit 1, A and B are variable resistances, such as load cells, and usually have the same resistance value R. In the case of a load cell, when a load is applied, for example, A becomes R(1-K),
B becomes R(1+K). C and D are standard resistances,
The resistance values are equal for both C and D, for example, R. A DC voltage 4 is applied between two connection points a and b of the bridge circuit, and a potential between two other connection points c and d is inputted to an amplifier 5 via a resistor 3. Note that the parallel circuit of the resistor 6 and the capacitor 7 determines the amplification degree of the amplifier 5, and serves as a filter for delaying the output response and removing the influence of noise. The output of the amplifier 5 is converted into a digital signal by an A-D converter 8, passed through an arithmetic circuit 9, and displayed on a digital display device 10.
<発明が解決しようとする課題>
ところで、ロードセルにより荷重測定を行う場
合においては、抵抗ブリツジ回路の1/1000程度の
微小変化を高精度に測定する必要があり、そのた
め、ブリツジ回路に電流を供給するための電源
や、出力を増幅する増幅器、あるいは各部の抵抗
器等に高度に安定した素子を用いる必要がある。<Problems to be Solved by the Invention> By the way, when measuring load with a load cell, it is necessary to measure minute changes of about 1/1000 of the resistance bridge circuit with high precision, and therefore it is necessary to supply current to the bridge circuit. It is necessary to use highly stable elements for the power supply to do this, the amplifier to amplify the output, and the resistors in each part.
すなわち、第6図に示した従来例において、ブ
リツジ回路の要素A,Bの抵抗値変化はせいぜい
1/1000程度しか期待できないので、直流電圧4を
10Vとして、増幅器5の入力信号は10〜30mV程
度しかなく、これを安定に増幅してデジタル表示
を行わせるためには、電圧源4の安定度が充分高
いこと、増幅器5の増幅度が安定し、かつ、良好
な直線性を有し、更にそのドリフトが充分に小さ
いこと、標準抵抗C,D及び抵抗3,6等の抵抗
値の温度変化が充分小さいこと等が厳しく要求さ
れるとともに、A−D変換器8としても相応の精
度のものが必要となり、極めて高価なものとなつ
てしまうという問題があつた。 In other words, in the conventional example shown in Fig. 6, the change in resistance value of elements A and B of the bridge circuit can only be expected to be about 1/1000 at most.
At 10V, the input signal of the amplifier 5 is only about 10 to 30mV, and in order to stably amplify this and display it digitally, the stability of the voltage source 4 must be sufficiently high, and the amplification degree of the amplifier 5 must be stable. In addition, it is strictly required to have good linearity, have a sufficiently small drift, and have a sufficiently small temperature change in the resistance values of standard resistors C, D, resistors 3, 6, etc. The problem is that the A-D converter 8 also needs to be of a certain degree of precision, making it extremely expensive.
本発明はこのような点に鑑みてなされたもの
で、高安定回路素子を用いることなく、しかも簡
単な回路構成のもとに抵抗ブリツジの変動量を正
確に検出してデジタル表示することのできる装置
の提供を目的としている。 The present invention has been made in view of these points, and is capable of accurately detecting and digitally displaying the amount of variation in a resistance bridge without using a highly stable circuit element and with a simple circuit configuration. The purpose is to provide equipment.
<課題を解決するための手段>
上記の目的を達成するための構成を、第1図に
示す基本概念図を参照しつつ説明すると、本発明
では、抵抗ブリツジイに第1の直流電流(I1)を
供給する第1の電源ロに加え、この第1の直流電
流(I1)と一定の比率を持つ第2の直流電流
(I2)を出力する第2の電源ハと、その第2の直
流電流(I2)をチヨツピングするスイツチング素
子ニを設ける。<Means for Solving the Problems> A configuration for achieving the above object will be explained with reference to the basic conceptual diagram shown in FIG. 1. In the present invention, a first direct current (I 1 ), a second power supply C outputs a second DC current (I 2 ) having a constant ratio to this first DC current (I 1 ), and A switching element D is provided for chopping the DC current (I 2 ).
また、抵抗ブリツジイの出力電圧を入力し、位
相を補償しつつ増幅してその平均電圧E0を検出
する出力電圧平均化増幅回路ホと、この出力電圧
平均化増幅回路ホの出力の大きさに比例するパル
ス幅を持つ一定周期のパルス信号を発生するパル
ス発生回路ヘを設ける。 In addition, there is an output voltage averaging amplifier circuit E which inputs the output voltage of the resistor bridge, amplifies it while compensating the phase, and detects the average voltage E0 , and the magnitude of the output of this output voltage averaging amplifier circuit E. A pulse generation circuit is provided for generating a constant period pulse signal having a proportional pulse width.
更に、パルス発生回路ヘからのパルス信号と同
期してスイツチング素子ニを開閉駆動するスイツ
チング駆動回路トと、同じパルス信号のパルス幅
内に通過するクロツクパルスを計数するクロツク
計数回路4、およびその計数結果を表示するデジ
タル表示器リを設ける。 Furthermore, a switching drive circuit drives the switching elements to open and close in synchronization with the pulse signal from the pulse generation circuit, a clock counting circuit 4 that counts the clock pulses passing within the pulse width of the same pulse signal, and the counting result. A digital display will be provided to display the information.
そして、抵抗ブリツジイに、その不平衡による
出力電圧を打ち消す向きに、上述の第2の直流電
流(I2)をチヨツピングしてなるパルス電流がフ
イードバツクされるとともに、デジタル表示器リ
にはそのパルス電流のパルス幅に応じた値が抵抗
ブリツジリの変動量として表示されるよう構成し
ている。 Then, a pulse current obtained by chopping the second DC current (I 2 ) described above is fed back to the resistance bridge in a direction that cancels out the output voltage due to the unbalance, and the digital display shows the pulse current. The configuration is such that a value corresponding to the pulse width of is displayed as the amount of variation in resistance fluctuation.
<作用>
抵抗ブリツジイに抵抗値変化が生じて不平衡状
態となると、抵抗ブリツジイには第1の電源ロか
らの直流電流(I1)に加えて、この不平衡に基づ
く出力電圧を打ち消す向きにパルス状の電流が流
れる。<Function> When a resistance value change occurs in the resistor bridge, resulting in an unbalanced state, in addition to the direct current (I 1 ) from the first power source, the resistor bridge receives a direct current (I 1 ) from the first power source, which also flows in a direction that cancels out the output voltage due to this unbalance. A pulsed current flows.
抵抗ブリツジイの出力電圧は、抵抗値変化のな
い平衡状態においては第2図1に示すように0レ
ベルを保つが、不平衡状態になると上述したパル
ス電流により第2図2,3に示すように、このパ
ルス電流の周期に呼応して、本来の不平衡による
向きの(I1による)電圧Efと、これと逆向きの電
圧Epが交互に表れる交流電圧となる。この電圧
を位相を補償しつつ増幅して平均化し、その平均
電圧E0の大きさに比例したパルス幅のパルス信
号によつてスイツチング素子ニを開閉制御するこ
とで、平均電圧E0は常に0を保つようにフイー
ドバツク制御されると同時にパルス電流のパルス
幅XTは前述した本来の不平衡電圧Efに比例する
ことになる。 The output voltage of the resistor bridge maintains the 0 level as shown in Fig. 2 1 in an equilibrium state with no change in resistance value, but in an unbalanced state, the output voltage increases as shown in Figs. 2 and 3 due to the above-mentioned pulse current. In response to the period of this pulse current, an alternating current voltage is created in which a voltage E f in the direction due to the original unbalance (due to I 1 ) and a voltage E p in the opposite direction appear alternately. By amplifying and averaging this voltage while compensating its phase, and controlling the opening and closing of the switching element using a pulse signal with a pulse width proportional to the magnitude of the average voltage E 0 , the average voltage E 0 is always 0. At the same time, the pulse width XT of the pulse current becomes proportional to the original unbalanced voltage E f described above.
このパルス幅XTの測定値と等価となるクロツ
ク計数回路チの計算結果をデジタル表示器リに表
示することにより、見掛け上は零位法に基づく変
動量測定と同様になり、抵抗ブリツジイを含むフ
イードバツクループ内に使用する回路素子につい
てはあまり高安定のものを使用することなく、高
精度の測定が可能となる。 By displaying the calculation result of the clock counting circuit CH, which is equivalent to the measured value of the pulse width XT, on the digital display, the appearance is the same as measuring the amount of fluctuation based on the zero method, and the result is a measurement of the fluctuation amount including resistance bridges. It is possible to perform highly accurate measurements without using highly stable circuit elements in the ID backloop.
ここで、留意すべき点は、本発明では抵抗ブリ
ツジイそのものは零位法のように平衡状態を維持
するのではなく、第2図2,3に示すように、本
来の不平衡状態(出力Efの状態)とそれと逆向き
の不平衡状態(出力Epの状態)に繰り返し、こ
れによつて測定系全体として平衡状態を維持して
いる点である。そして、この特徴により、抵抗ブ
リツジイ自体を平衡にするための後述するような
抵抗値の直線的な調整もしくは電流値の連続的な
調整を行うことなく、かつ、その調整量をデジタ
ル化する手段を別に設けることなく、上述した逆
向きの不平衡状態の時間計測という単純な動作に
より、変動量をデジタル表示できるという利点が
ある。 Here, it should be noted that in the present invention, the resistance bridge itself does not maintain an equilibrium state as in the zero-level method, but instead maintains its original unbalanced state (output E f state) and the opposite unbalanced state (output E p state), thereby maintaining the balanced state of the measurement system as a whole. Due to this feature, there is no need to perform linear adjustment of the resistance value or continuous adjustment of the current value as described later in order to balance the resistance bridge itself, and there is a means to digitize the amount of adjustment. There is an advantage that the amount of fluctuation can be digitally displayed by the simple operation of measuring time in the reverse unbalanced state described above without providing a separate device.
零位法の原理を抵抗ブリツジの変動量測定に適
用する場合、つまり抵抗ブリツジを含んだフイー
ドバツクループを構成してその変動量を測定する
場合、抵抗ブリツジの不平衡量に応動して、基本
的には抵抗ブリツジの抵抗値を自動調整し、その
調整量をもつて測定値とするか、あるいは更に進
んで不平衡量に応動して本願でいう第1の直流電
流(I1)と逆向きの直流電流の大きさを自動調整
し、その調整量をもつて測定値とすることが考え
られる。 When applying the principle of the zero-order method to measuring the amount of variation in a resistance bridge, that is, when configuring a feedback loop that includes a resistance bridge and measuring the amount of variation, the basic In other words, the resistance value of the resistor bridge is automatically adjusted and the adjusted amount is used as the measured value, or even further, in response to the unbalanced amount, the resistance value is adjusted in the opposite direction to the first DC current (I 1 ) referred to in this application. It is conceivable to automatically adjust the magnitude of the DC current and use the amount of adjustment as the measured value.
このような零位法を単に適用した場合、測定値
をデジタル化するための手段がフイードバツク系
の外部に別途必要となるとともに、抵抗ブリツジ
の抵抗値変化に応じて抵抗値もしくは直流電流の
大きさを連続的に変化させる調整要素が必要とな
り、回路の簡単化を計れない難点がある。 If such a zero-level method is simply applied, a means to digitize the measured value will be required separately outside the feedback system, and the resistance value or the magnitude of the DC current will be changed according to the change in the resistance value of the resistor bridge. This requires an adjustment element to continuously change the value, and it is difficult to simplify the circuit.
本発明では、前記した特徴によつて、単なる零
位法の適用の場合の不具合を解消し、所期の目的
を達成している。 In the present invention, due to the above-mentioned features, the problems caused by mere application of the zero-order method are eliminated, and the intended purpose is achieved.
<実施例> 第3図は本発明実施例の回路構成図である。<Example> FIG. 3 is a circuit configuration diagram of an embodiment of the present invention.
抵抗A,B,CおよびDによつて構成された抵
抗ブリツジ1には、抵抗A,B間の接点とC,D
間の接点を介して、第1の電源11から抵抗R1
を通して第1の直流電流I1が供給され、その電流
値は抵抗R1の両端から検出される。演算増幅器
13,14、その演算増幅器出力により制御され
る電界効果型トランジスタ15,16、抵抗R2、
及び電源19が第2の電源を構成し、スイツチ1
2が閉じたとき(図示の状態)ブリツジ1に抵抗
B,C間の接点とD,A間の接点を介して第2の
直流電流I2を供給する。すなわち、抵抗ブリツジ
1には第1の直流電流I1のほかにパルス状の電流
が供給される。 Resistor bridge 1 constituted by resistors A, B, C and D has a contact point between resistors A and B and a contact point between resistors C and D.
from the first power supply 11 to the resistor R 1 through the contacts between
A first DC current I 1 is supplied through the resistor R 1 , and the current value is detected from both ends of the resistor R 1 . operational amplifiers 13, 14, field effect transistors 15, 16 controlled by the operational amplifier outputs, resistor R2 ,
and power supply 19 constitute a second power supply, and switch 1
When 2 is closed (the state shown), a second direct current I 2 is supplied to the bridge 1 through the contacts between the resistors B and C and the contacts between D and A. That is, the resistor bridge 1 is supplied with a pulsed current in addition to the first DC current I1 .
この第2の直流電流I2は第1の直流電流I1に比
例し、ブリツジの抵抗変化率Kが最大に達したと
きでもなおスイツチ12の開く時間が残るように
制御される。実施例においては、演算増幅器1
3,14が抵抗R1とR2の両端子の電位が等しく
なるように制御しており、I1R1=I2R2の関係が成
立している。抵抗R1,R2の値は、例えばR1=200
Ω、R2=200KΩである。 This second direct current I 2 is proportional to the first direct current I 1 and is controlled so that the switch 12 remains open even when the resistance change rate K of the bridge reaches its maximum. In the embodiment, operational amplifier 1
3 and 14 are controlled so that the potentials at both terminals of resistors R 1 and R 2 are equal, and the relationship I 1 R 1 =I 2 R 2 is established. The values of resistors R 1 and R 2 are, for example, R 1 = 200
Ω, R 2 =200KΩ.
増幅器5の増幅度は極めて大きく、抵抗6およ
びコンデンサ7とともに第6図に示した従来装置
と同様の機能を有している。増幅器20、抵抗2
1及びコンデンサ22より成る回路は主として積
分器として機能し、併せて増幅器としても機能す
る。そして、これらの増幅器5、抵抗6、コンデ
ンサ7、増幅器20、抵抗21及びコンデンサ2
2からなる回路は、後述するように抵抗ブリツジ
1の出力電圧を位相補償しつつ増幅して平均化す
る。 The amplification degree of the amplifier 5 is extremely high, and together with the resistor 6 and the capacitor 7, it has the same function as the conventional device shown in FIG. Amplifier 20, resistor 2
1 and capacitor 22 primarily functions as an integrator, and also functions as an amplifier. These amplifier 5, resistor 6, capacitor 7, amplifier 20, resistor 21 and capacitor 2
2 amplifies and averages the output voltage of the resistor bridge 1 while performing phase compensation, as will be described later.
定電流源24、コンデンサ26及びそのコンデ
ンサ端子間を短絡するリセツト用トランジスタ2
5より成る回路は第4図Dにaで示すような鋸歯
状波を発生する。コンパレータ23は増幅器20
の出力レベルが鋸歯状波のレベルよりも大きいと
きHレベルを出力する。この鋸歯状波発生回路と
コンパレータ23は、抵抗ブリツジ1の出力電圧
の平均値の大きさに比例したパルス幅のパルス信
号を発生するパルス発生回路を構成している。 A constant current source 24, a capacitor 26, and a reset transistor 2 that short-circuits the capacitor terminals.
5 generates a sawtooth wave as shown at a in FIG. 4D. The comparator 23 is the amplifier 20
When the output level of is higher than the sawtooth wave level, an H level is output. This sawtooth wave generating circuit and the comparator 23 constitute a pulse generating circuit that generates a pulse signal having a pulse width proportional to the average value of the output voltage of the resistor bridge 1.
クロツクパルス発振器28は第4図Bに示すよ
うに連続して所定周期のクロツクパルスを発生し
ており、その発信出力を分周する分周回路29、
リセツト信号発生回路30により一定時間Tごと
にトランジスタ25が導通する。従つて、上述し
たパルス発生回路からのパルス信号の周期Tは一
定となる。 The clock pulse oscillator 28 continuously generates clock pulses with a predetermined period as shown in FIG.
The reset signal generating circuit 30 turns on the transistor 25 at fixed time intervals T. Therefore, the period T of the pulse signal from the pulse generating circuit described above is constant.
スイツチング駆動回路31はコンパレータ23
の出力がHレベルにあるときスイツチ12を閉
じ、Lレベルにあるときスイツチ12を開く。
ANDゲート32はコンパレータ23の出力がH
レベルのときだけ、クロツクパルスを通す。カウ
ンタ33はANDゲート32の出力クロツクパル
スを計数し、ラツチ回路34がこの計数値を一時
保持し、デジタル表示器10により表示される。 The switching drive circuit 31 is a comparator 23
The switch 12 is closed when the output is at the H level, and the switch 12 is opened when the output is at the L level.
AND gate 32 outputs H from comparator 23.
Pass the clock pulse only when the level is reached. The counter 33 counts the output clock pulses of the AND gate 32, and the latch circuit 34 temporarily holds this count value, which is displayed on the digital display 10.
このように回路構成すると、周期Tのうちの
XT時間だけブリツジ1の出力を打ち消すように
第2の電流が流される。そこで、ブリツジ1の抵
抗変化が大きくなつたときにスイツチの閉じる時
間が長くなるように系を構成すれば、この系は全
体として負帰還回路となる。従つて系が安定する
ためには抵抗6、コンデンサ7、抵抗21、コン
デンサ22、によつて定まる時定数及びリセツト
の周期Tは、帰還回路としての安定条件を満足す
るように選定する必要がある。 With this circuit configuration, the period T is
A second current is applied to cancel the output of bridge 1 for a time XT. Therefore, if the system is configured so that the switch closes for a long time when the resistance change of the bridge 1 increases, the system as a whole becomes a negative feedback circuit. Therefore, in order for the system to be stable, the time constant determined by the resistor 6, capacitor 7, resistor 21, and capacitor 22 and the reset period T must be selected so as to satisfy the stability conditions for the feedback circuit. .
すなわち、増幅器5、抵抗6、コンデンサ7か
らなるフイルタ(増幅回路)と、増幅器20、抵
抗21、コンデンサ22からなる積分器とを含め
た回路の周波数−増幅度特性および位相特性は互
いに相関する関係にあり、閉ループの増幅度が1
以上の全周波数領域いおいて、出力bの位相の、
スイツチ12のスイツチング位相に対するずれが
所定範囲内、少くとも180゜以内、に収まつていな
ければ系の安定を保つことができず、究極的に
は、この位相のずれ量は系の周波数−増幅度特性
にも影響を及ぼすことになる。また、この周波数
−増幅度特性は、以下に示すようにスイツチ12
のスイツチング周波数(周期T)の制限要因とも
なり、これらを満足するように上述の時定数を決
定して、位相補償機能を持たせることが必要とな
る。この位相補償機能は、積分回路の積分動作と
相俟つて、増幅器5の入力に生じたスイツチ12
のスイツチング動作に起因する脈動による高周波
成分を圧縮する。つまり、増幅器5の入力は第2
図に示したように、周期Tの方形波であるが、上
記各時定数が周期Tよりも充分大きければ、コン
パレータ23の入力bは積分されたものとなり、
ほぼ直流成分のみとなつて抵抗ブリツジ1の出力
電圧の平均値と比例したものとなる。なお必要に
より補助的なローパスフイルタを付加してもよ
い。 That is, the frequency-amplification characteristics and phase characteristics of the circuit including the filter (amplification circuit) consisting of the amplifier 5, resistor 6, and capacitor 7, and the integrator consisting of the amplifier 20, resistor 21, and capacitor 22 are correlated with each other. , and the closed-loop amplification is 1
In all the above frequency ranges, the phase of output b is
Unless the deviation from the switching phase of the switch 12 is within a predetermined range, at least within 180°, the system cannot be kept stable. This will also affect the temperature characteristics. Moreover, this frequency-amplification characteristic is determined by the switch 12 as shown below.
This also becomes a limiting factor for the switching frequency (period T) of the switching frequency, and it is necessary to determine the above-mentioned time constant so as to satisfy these and provide a phase compensation function. This phase compensation function, together with the integration operation of the integration circuit, reduces the switch 12 generated at the input of the amplifier 5.
compresses high frequency components due to pulsations caused by switching operations. In other words, the input of amplifier 5 is
As shown in the figure, it is a square wave with a period T, but if each of the above-mentioned time constants is sufficiently larger than the period T, the input b of the comparator 23 becomes an integrated wave,
It consists almost only of DC components and is proportional to the average value of the output voltage of the resistor bridge 1. Note that an auxiliary low-pass filter may be added if necessary.
このようにして、積分回路又はフイルタの時定
数が周期Tに比べて充分大きく、且つ増幅器5の
増幅度が充分大きい場合、負帰還作用によりブリ
ツジ1の出力は平均化されて零となつて各回路は
平衡状態に安定する。また同時に、増幅器5を含
む増幅回路及び増幅器20を含む積分回路のもつ
位相特性により位相補償機能が営まれ、結局、負
帰還をかけた状態で系が安定した状態において、
その帰還量は第2図のXTに比例することにな
る。すなわち、上述のように増幅器5の増幅度が
充分大きく、従つて系の増幅度が低周波領域にお
いて充分に大きければ、帰還量は入力と近似的に
比例し、XTは出力bに比例する。 In this way, if the time constant of the integrator circuit or filter is sufficiently large compared to the period T, and the amplification degree of the amplifier 5 is sufficiently large, the output of the bridge 1 is averaged to zero due to the negative feedback effect, and each The circuit stabilizes at equilibrium. At the same time, the phase compensation function is performed by the phase characteristics of the amplifier circuit including the amplifier 5 and the integrating circuit including the amplifier 20, and in the end, when the system is stabilized with negative feedback,
The amount of feedback will be proportional to XT in Figure 2. That is, as mentioned above, if the amplification degree of the amplifier 5 is sufficiently large, and therefore the amplification degree of the system is sufficiently large in the low frequency region, the amount of feedback is approximately proportional to the input, and XT is proportional to the output b.
第4図に第3図実施例の各部の電圧波形を示
す。A図は第2図に示したブリツジ1の出力波
形、B図はクロツクパルス発振器28の出力波
形、C図はリセツト信号発生回路30の出力波
形、D図はコンパレータ23の入力端子aに入力
される鋸歯状波形と入力端子bに入力される増幅
器20の出力、すなわち、A図に示すブリツジの
方形出力波形を積分回路により平均し増幅した信
号を併記したもの、E図はコンパレータ23の出
力波形、F図はANDゲート32の出力波形であ
る。すなわち、カウンタ33の計数値はスイツチ
12が閉じている時間XTに比例する。 FIG. 4 shows voltage waveforms at various parts of the embodiment shown in FIG. Figure A is the output waveform of the bridge 1 shown in Figure 2, Figure B is the output waveform of the clock pulse oscillator 28, Figure C is the output waveform of the reset signal generation circuit 30, and Figure D is input to the input terminal a of the comparator 23. The sawtooth waveform and the output of the amplifier 20 input to the input terminal b, that is, the square output waveform of the bridge shown in Figure A are averaged and amplified by the integrating circuit, and Figure E shows the output waveform of the comparator 23. Figure F shows the output waveform of the AND gate 32. That is, the count value of the counter 33 is proportional to the time XT during which the switch 12 is closed.
次に、ブリツジ1の抵抗変分率Kとスイツチ1
2が閉じている時間比率Xの関係を考える。抵抗
A,Cの抵抗値がR(1+K)に変化し、抵抗B,
Dの抵抗値がR(1−K)に変化するものとし、
第1及び第2の電源からブリツジ回路に流れる電
流値をI1及びI2とする。スイツチ12が開いた状
態におけるブリツジの出力、すなわち増幅器5へ
の入力電圧Efは
Ef=I1RK ……(1)
であり、また、スイツチ12が閉じた状態におけ
る電圧Pは
EP=I1RK−I2R ……(2)
となる。また、周期Tのうちスイツチ12が閉じ
ている時間をXTとすれば、スイツチ12が開い
ている時間は(1−X)Tである。したがつて、
ブリツジの方形波出力の平均値E0が0になるよ
うスイツチ12の開閉を制御すれば、
I1RK(1−K)T+(I1RK−I2R)XT=0……(3)
これを解いて
K=I2/I1X ……(4)
が得られ、第2の直流電流I2が第1の直流電流I1
に比例する場合、スイツチ12が閉じる時間比率
Xはブリツジ抵抗の変化分Kに比例することが理
解される。従つて時間XTを測定することにより
抵抗変化率Kを知ることができる。 Next, the resistance variation rate K of bridge 1 and switch 1
Consider the relationship between the time ratio X when 2 is closed. The resistance values of resistors A and C change to R(1+K), and the resistance values of resistors B,
Assume that the resistance value of D changes to R(1-K),
Let I 1 and I 2 be the current values flowing from the first and second power supplies to the bridge circuit. The output of the bridge, that is, the input voltage E f to the amplifier 5 when the switch 12 is open, is E f =I 1 RK ...(1), and the voltage P when the switch 12 is closed is E P = I 1 RK−I 2 R ……(2). Furthermore, if the time during which the switch 12 is closed in the period T is XT, then the time during which the switch 12 is open is (1-X)T. Therefore,
If the opening and closing of switch 12 is controlled so that the average value E 0 of the bridge's square wave output becomes 0, I 1 RK (1 - K) T + (I 1 RK - I 2 R) XT = 0... (3) Solving this, we get K=I 2 / I 1
It will be understood that the time ratio X that the switch 12 is closed is proportional to the change K in the bridge resistance. Therefore, the resistance change rate K can be determined by measuring the time XT.
第5図に本発明の増幅回路部の変形実施例を示
す。この実施例は特に増幅回路におけるドリフト
の影響を考慮したものである。増幅器5は特にド
リフト量の少ないものを使用した場合は別にし
て、通常の素子を使用するときは自動オフセツト
調整回路を利用すればよい。このために、スイツ
チ39,40、抵抗41,44、及びコンデンサ
42を付加している。これによつて増幅回路部に
おけるドリフトの影響を除去できる。ここで、ス
スイツチ39は連動する3個の接点39a,39
b,39cから成り、スイツチ40は連動する2
個の接点40a,40bから成つている。通常は
スイツチ39が閉じ40が開いている適当な時間
間隔ごとにスイツチ39を開き、40を閉じる
と、増幅器5の出力は抵抗41を介してコンデン
サ42を充電し、このコンデンサ42の端子電圧
は増幅器43により増幅されて増幅器5に負帰還
され増幅器5の出力を増幅器43のオフセツト電
圧程度の微小な値に保つことができる。ただし、
この場合自動オフセツト調整は、公知の二重積算
形A−D変換の場合のように増幅器5の出力がほ
ぼ零になつたときに自動オフセツト調整が働くの
とは異なり、増幅器5に出力が生じている状態で
オフセツト調整をおこない、コンパレータ23か
らスイツチ12、ブリツジ1に至る主帰還ループ
を切断しておこなわねばならないので、自動オフ
セツト調整をおこなうタイミングを、例えばカウ
ンタ8が計数を行なう前後など適当なときに設け
る必要がある。 FIG. 5 shows a modified embodiment of the amplifier circuit section of the present invention. This embodiment takes into consideration the influence of drift in the amplifier circuit. Unless the amplifier 5 is one with a particularly small amount of drift, an automatic offset adjustment circuit may be used when a normal element is used. For this purpose, switches 39 and 40, resistors 41 and 44, and a capacitor 42 are added. This makes it possible to eliminate the influence of drift in the amplifier circuit section. Here, the switch 39 has three interlocking contacts 39a, 39
b, 39c, and the switch 40 is interlocked with 2
It consists of two contacts 40a and 40b. Normally, when switch 39 is closed and switch 40 is open, at appropriate time intervals, when switch 39 is opened and switch 40 is closed, the output of amplifier 5 charges capacitor 42 via resistor 41, and the voltage at the terminals of capacitor 42 is The signal is amplified by the amplifier 43 and fed back negatively to the amplifier 5, so that the output of the amplifier 5 can be maintained at a small value approximately equal to the offset voltage of the amplifier 43. however,
In this case, the automatic offset adjustment works when the output of the amplifier 5 becomes almost zero, unlike in the case of the known double integration type A-D conversion, where the automatic offset adjustment works when the output of the amplifier 5 becomes almost zero. Since it is necessary to perform the offset adjustment in a state where the counter 8 is in a state where the main feedback loop from the comparator 23 to the switch 12 and the bridge 1 is disconnected, the automatic offset adjustment can be performed at an appropriate timing, for example, before or after the counter 8 performs counting. Sometimes it is necessary to provide
さらにこのような回路を採用した場合、高い分
解能でブリツジの変化率を計測しようとすると、
クロツクパルス発振器28の周波数を高めるか、
リセツト信号の周期Tを大きくする必要がある。
しかし、発振周波数を高くすることは限界がある
から、周期Tを大きくしなければならず、それに
伴い、抵抗6とコンデンサ7の時定数及び抵抗2
1とコンデンサ22の時定数も増大しなければな
らない。これを回避するひつの手段として、増幅
器5の出力の変化が大きくなつたときだけ主帰還
回路の系の増幅度を上昇させることによりレスポ
ンスを上昇させることができる。このような目的
のために、抵抗21と並列に、ダイオード45
a,45b、抵抗46,48及びコンデンサ47
から成る図示の回路を付加してもよい。このよう
な回路を付加することにより、増幅器5の出力が
ダイオード45a又は45bが導通するレベル以
上に変化すれば抵抗21と並列に抵抗48が挿入
されたことになり、系のゲインが上昇する。抵抗
46とコンデンサ47は微分回路を構成してお
り、ゲインが上昇したときに系が振動的になるこ
とを防止している。 Furthermore, when such a circuit is adopted, when trying to measure the rate of change of the bridge with high resolution,
Increase the frequency of the clock pulse oscillator 28 or
It is necessary to increase the period T of the reset signal.
However, since there is a limit to increasing the oscillation frequency, the period T must be increased, and accordingly, the time constant of the resistor 6 and the capacitor 7 and the resistor 2
1 and the time constant of capacitor 22 must also be increased. As one means to avoid this, the response can be increased by increasing the amplification degree of the main feedback circuit only when the change in the output of the amplifier 5 becomes large. For this purpose, a diode 45 is connected in parallel with the resistor 21.
a, 45b, resistors 46, 48 and capacitor 47
The illustrated circuit consisting of may also be added. By adding such a circuit, when the output of the amplifier 5 changes beyond the level at which the diode 45a or 45b becomes conductive, it means that the resistor 48 has been inserted in parallel with the resistor 21, and the gain of the system increases. The resistor 46 and the capacitor 47 constitute a differentiating circuit, which prevents the system from becoming oscillatory when the gain increases.
<発明の効果>
以上説明したように、本発明によれば、抵抗ブ
リツジに流す第1の直流電流I1に対して一定の比
率をもつ第2の直流電流I2をチヨツピングしてパ
ルス状にし、このパルス電流を抵抗ブリツジの不
平衡による出力電圧Efを打ち消す向きに流すこと
により、Efと、このEfと逆向きの電圧EPとを交互
に生じさせ、その交流状の出力電圧を位相を補償
しつつ増幅して平均化し、その平均E0が0とな
るように上述したパルス電流のパルス幅を制御す
るとともに、このパルス幅に対応するクロツクパ
ルス計数値を変動量測定値としてデジタル表示す
るよう構成したから、荷重の負荷時等において抵
抗ブリツジそのものは平衡状態を維持しないもの
の、系全体としては見掛け上平衡状態を維持して
零位法に基づく測定と同等の作用が得られ、I1/
I2が一定であれば従来の装置に比して高安定回路
素子を用いることなく高精度の測定が可能とな
る。<Effects of the Invention> As explained above, according to the present invention, the second DC current I 2 having a constant ratio with respect to the first DC current I 1 flowing through the resistance bridge is stepped and made into a pulse. By flowing this pulse current in a direction that cancels out the output voltage E f due to the unbalance of the resistor bridge, E f and a voltage E P in the opposite direction to E f are alternately generated, and the alternating current output voltage is is amplified and averaged while compensating the phase, and the pulse width of the above-mentioned pulse current is controlled so that the average E 0 becomes 0, and the clock pulse count value corresponding to this pulse width is digitally converted into a fluctuation measurement value. Since it is configured to display, although the resistance bridge itself does not maintain an equilibrium state when a load is applied, the system as a whole maintains an apparent equilibrium state and obtains the same effect as measurement based on the zero position method. I 1 /
If I 2 is constant, highly accurate measurements can be made without using highly stable circuit elements compared to conventional devices.
また、抵抗ブリツジの変動量測定に本来の零位
法を適用した場合に比しても、抵抗値もしくは電
流値そのものを出力電圧に応じて変化させるため
の調整要素が不要となるとともに、系外に別途デ
ジタル化するための回路手段を設けることなく、
フイードバツク制御動作である第2の直流電流I2
のチヨツピング動作を利用してデジタル化を達成
しているから、回路構成の簡略化を計ることがで
きる。 In addition, compared to applying the original zero-level method to measuring the amount of variation in a resistance bridge, there is no need for an adjustment element to change the resistance value or current value itself according to the output voltage. without providing a separate circuit means for digitizing the
The second DC current I 2 is a feedback control operation.
Since digitization is achieved using the chopping operation of the circuit, the circuit configuration can be simplified.
第1図は本発明の構成を示す基本概念図、第2
図はその作用説明図、第3図は本発明実施例の回
路構成図、第4図はその各部の信号波形の説明
図、第5図は本発明の他の実施例の増幅回路部を
示す回路構成図、第6図は従来装置の構成例を示
すブロツク図である。
1……抵抗ブリツジ、5,20……増幅器、
6,21……抵抗、7,22……コンデンサ、1
0……デジタル表示器、11……第1の電源、1
2……スイツチ、19……第2の電源、23……
コンパレータ、27……パルス発生回路、28…
…クロツクパルス発振器、29……分周回路、3
0……リセツト信号発生回路、31……スイツチ
ング駆動回路、32……ANDゲート、33……
カウンタ。
Figure 1 is a basic conceptual diagram showing the configuration of the present invention;
The figure is an explanatory diagram of its operation, FIG. 3 is a circuit configuration diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 4 is an explanatory diagram of signal waveforms of each part, and FIG. 5 is an amplifier circuit section of another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of a conventional device. 1...Resistance bridge, 5, 20...Amplifier,
6,21...Resistor, 7,22...Capacitor, 1
0... Digital display, 11... First power supply, 1
2...Switch, 19...Second power supply, 23...
Comparator, 27...Pulse generation circuit, 28...
...Clock pulse oscillator, 29... Frequency division circuit, 3
0... Reset signal generation circuit, 31... Switching drive circuit, 32... AND gate, 33...
counter.
Claims (1)
1の電源と、この第1の直流電流と一定の比率を
持つ第2の直流電流を出力する第2の電源と、こ
の第2の直流電流をチヨツピングするスイツチン
グ素子と、上記抵抗ブリツジの出力電圧を入力し
て位相を補償しつつ増幅してその平均電圧を検出
する出力電圧平均化増幅回路と、この出力電圧平
均化増幅回路の出力の大きさに比例するパルス幅
を持つ一定周期のパルス信号を発生するパルス発
生回路と、このパルス信号と同期して上記スイツ
チング素子を開閉駆動するスイツチング駆動回路
と、上記パルス信号のパルス幅内に通過するクロ
ツクパルスを計数するクロツク計数回路と、その
計数結果を表示するデジタル表示器を備え、上記
抵抗ブリツジに、その不平衡による出力電圧を打
ち消す向きに上記第2の直流電流をチヨツピング
してなるパルス電流がフイードバツクされるとと
もに、上記デジタル表示器にはそのパルス電流の
パルス幅に応じた値が上記抵抗ブリツジの変動量
として表示されるよう構成されてなる、抵抗ブリ
ツジの変動量表示装置。1 A first power source that supplies a first DC current to a resistor bridge, a second power source that outputs a second DC current that has a certain ratio to this first DC current, and a second DC current that an output voltage averaging amplifier circuit that inputs the output voltage of the resistor bridge, amplifies it while compensating the phase, and detects the average voltage; a pulse generation circuit that generates a constant period pulse signal with a pulse width proportional to the pulse width; a switching drive circuit that drives the switching element to open and close in synchronization with the pulse signal; A clock counting circuit for counting clock pulses and a digital display for displaying the counting results are provided, and a pulse current generated by chopping the second DC current in a direction to cancel the output voltage due to the unbalance is applied to the resistor bridge. A resistance bridge variation display device configured to receive feedback and display a value corresponding to the pulse width of the pulse current as a variation amount of the resistance bridge on the digital display.
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JP14019479A JPH0246881B2 (en) | 1979-10-29 | 1979-10-29 | TEIKOBURITSU JINOHENDORYONOHYOJISOCHI |
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1979
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