JPH0432617Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はブリツジ回路を使用したブリツジ型イ
ンピーダンス検出器に関する。

従来のブリツジ型インピーダンス検出器は、４
個のインピーダンス素子によつて構成されたブリ
ツジ回路を有しており、その中すくなくとも一つ
は温度変化を検出するためのサーミスタ等の検出
素子である。前記検出素子のインピーダンスの変
化を検出するために、前記ブリツジ回路の一方の
対の結節点に入力信号を供給し、他方の対の結節
点から出力信号を得ている。しかしながら、前記
方式のブリツジ型インピーダンス検出器において
は、入力信号源端子と出力信号の基準電位が共通
でないために、入力信号源と出力信号を処理する
回路間の絶縁を高く保持する必要があつた。一
方、前記絶縁を高く保持する必要がないように、
ブリツジ回路の出力端子に差動増幅器を設けた回
路も考えられた。

しかしながら、前記回路においては、インピー
ダンスの変化に対応する微小信号を検出するため
に差動増幅器のコモンモード雑音を低く抑える必
要があり又、温度に依存しない回路を構成する必
要がある。

このために極めて高価となる欠点を有してい
た。

この欠点を解消するため、従来は特開昭52−
63772号広報に開示されているような「ブリツジ
励起回路」が用いられていた。

このブリツジ励起回路では出力端子の一方の電
位と接地電位の差を差動増幅器によつて検出し
て、この差動増幅器の出力を入力信号源端子の一
方の端子に帰還することにより前記出力端子の一
方の電位と接地電位が常に等しくなるようにされ
る。

また、入力信号として一定の直流電圧を与える
ため入力信号源端子間にツエナーダイオードを接
続するとともに入力信号源端子のもう一方の端子
に定電流源を接続して、入力信号源端子の電位に
かかわらず入力信号源端子間の電圧を前記ツエナ
ーダイオードのツエナー電圧になるようにしてい
る。

ところが、このような入力信号の与え方には次
のような欠点があつた。

(A) 前記定電流源の出力電流は前記ツエナーダイ
オードと前記ブリツジ回路とに分流されるの
で、前記ブリツジ回路の抵抗値の変化によつて
前記ツエナーダイオードに流れる電流が変化
し、従つてそのツエナー電圧も変化する。

特に、本考案の関わるインピーダンス検出に
前記ブリツジ回路を用いるときには、このよう
な抵抗値の変化は本質的に起こり得る。

前記ツエナーダイオードに流れる電流が少な
くなると、ツエナーダイオードの負性抵抗に起
因する雑音が発生するし、前記ツエナーダイオ
ードに流れる電流を充分大きくすると消費電力
の増加とともに発熱によるツエナー電圧の温度
変化が増加する。

(B) また市販のツエナーダイオードのツエナー電
圧値は離散的であり、入力信号がその値に制限
されるので、前記ブリツジ回路の所要電圧に見
合つた電圧値と温度安定度を満足出来ない場合
があつた。また、それに見合つた特別に作成し
たツエナーダイオードは非常に高価であつた。

従つて、入力信号の温度変化を充分小さく出
来なかつた。上記Ａ，Ｂのいずれかにおいて
も、前記定電流源の出力電流が常に一定である
にも関わらず入力信号の温度やブリツジ回路の
動作状態による変化が存在する。

本考案は上記欠点に鑑み成されたもので、ブリ
ツジ回路の一端を接地電位に保持するとともに、
ブリツジ駆動電源を精密安定化することにより簡
単な構成で精密な信号を出力できるブリツジ型イ
ンピーダンス検出器を提供することを目的とす
る。

以下、本考案の一実施例を用いて詳説する。

図は本考案のブリツジ型インピーダンス検出器
の回路図である。

図において、ブリツジ回路１０は４個の抵抗器
R₁₁，R₁₂，R₁₃，R₁₄によつて構成されている。
結節点Ｂは演算増幅器２３の出力端子に接続され
ている。前記演算増幅器２３の反転入力端子は結
節点Ｃに接続され、非反転入力端子は接地されて
いる。従つて、結節点Ｃの電位は実質上結節点
Ａ，Ｂ間の電圧と無関係に接地電位に保持され
る。

演算増幅器２３のこのような使用方法は前掲特
開昭52−63772号公報に開示されている。

結節点Ｄの電位は演算増幅器２５を介して出力
電圧U_Aとして出力される。出力電圧U_Aは結節点
Ｃ，Ｄ間の電圧に比例した電圧であり又、接地電
位を基準とした電圧でもある。出力電圧U_Aは表
示装置（図示せず）等に入力される。抵抗器
R₁₁，R₁₂，R₁₃，R₁₄の内、少なくとも１個はス
トレインゲージ、サーミスタ等の検出素子であ
り、その抵抗値は測定電圧の大きさに関連して可
変である。又、結節点Ａ，Ｂ間には一定の電圧が
供給される。直流電源２１から出力される一定の
直流出力電圧Ｕは抵抗器R₁₅を介して演算増幅器
２７の反転入力端子へ入力される。

又、演算増幅器２７の反転入力端子は抵抗器
R₁₆を介して結節点Ａに接続されており、非反転
入力端子は抵抗器R₁₇，R₁₈を介して各々接地、
結節点Ｂに接続されている。抵抗器R₁₅，R₁₆，
R₁₇，R₁₈、演算増幅器２７と直流電源２１から
成る回路の動作を以下に説明する。

まず、結節点Ａ，Ｂと接地との間のそれぞれの
電圧及び直流電源２１の直流出力電圧をそれぞれ
U_a，U_b，Ｕとし、演算増幅器２７の増幅度は充
分大きいものとする。

なお、抵抗器R₁₁，R₁₂……R₁₈の抵抗値をそれ
ぞR₁₁，R₁₂……R₁₈とする。

U_aは抵抗器R₁₅，R₁₆とによつて増幅器２７の
反転入力端子で検出され、U_bは抵抗器R₁₇，R₁₈
とによつて演算増幅器２７の非反転入力端子で検
出され、Ｕは抵抗器R₁₅，R₁₆とによつて演算増
幅器２７の反転入力端子で検出される。

演算増幅器２７はその反転入力端子の電圧と非
反転入力端子の電圧が等しくなるように結節点Ａ
の電圧を制御する。例えば、U_aが増加すると演
算増幅器２７の反転入力端子の電圧が増加し、
U_aを減少させるように制御する。

また、U_bが増加すると演算増幅器２７の非反
転入力端子の電圧が増加し、U_aを増加させるよ
うに制御する。

従つて、ブリツジ回路１０の抵抗器R₁₁，R₁₂，
R₁₃，R₁₄の抵抗値の変化に関わらず、次式が成
り立つ。

U_a×R₁₅／（R₁₅＋R₁₆）＋Ｕ×R₁₆／（R₁₅＋R₁₆）＝U_b
×R₁₇／（R₁₇＋R₁₈） 従つてR₁₅／R₁₆＝R₁₇／R₁₈とすることにより
次式が成り立つ。

U_AB＝（U_aーU_b）＝−R₁₆／R₁₅×Ｕ (1) 即ち、演算増幅器２３の制御により結節点Ｃの
電位を接地電位に保つようにU_bが変化しても、
結節点Ａ，Ｂ間電圧U_ABは比例定数−R₁₆／R₁₅
（＝Ｎ）で直流電源２１の直流出力電圧Ｕに比例
し、Ｕが一定値に保たれる限り一定値をとる。比
例定数Ｎは実数である。

Ｕを最も温度変化に対して安定な値に選び、前
記比例定数Ｎを適切に選んで、U_ABを所望の入力
信号値とする。

ＵよりU_ABを得るために必要な比例式R₁₅／R₁₆
とR₁₇／R₁₈の値は抵抗器R₁₅，R₁₆，R₁₇，R₁₈の
個々の温度係数の差の温度係数を有し抵抗器
R₁₅，R₁₆，R₁₇，R₁₈を同種のものに選ぶことに
より、それらの個々の温度係数に較べて極めて小
さな温度係数をもち温度に対して安定となる。そ
して、前記比例関係と比例定数−R₁₆／R₁₅は温
度に対して極めて安定となる。

更に、R₁₅＝R₁₇，R₁₆＝R₁₈と選ぶことにより、
前記比例関係の温度に対する安定度はさらに高ま
る。

ブリツジ回路１０を励起するためには、ブリツ
ジ回路１０を流れる電流のみを演算増幅器２３，
２７の出力端子より供給すればよい。

検出素子の変化は結節点Ｄの電位U_Dの変化と
して検出される。U_Dは次式で表される。

U_D＝U_AB×（R₁₂／（R₁₂＋R₁₄） −R₁₁／（R₁₁＋R₁₃）） (2) U_Dは演算増幅器２５によつて緩衝増幅されて、
出力電圧U_Aとして出力される。

以上述べた如く本考案によれば、ブリツジ回路
の一端を接地電位に保持しているので、信号源と
出力端子とは共通の接地電位を有する。したがつ
て、コモンモード雑音を防止するために高絶縁と
する必要はなく、廉価なブリツジ型インピーダン
ス検出器を構成できる。

また、U_ABが常に監視されそれが直流電圧Ｕの
Ｎ倍（但しＮは実数）となるようにされるから、
ブリツジ回路の抵抗値変化の影響がU_ABに及ぶこ
とはない。Ｎは温度に対して安定であり、直流電
圧Ｕを安定にすることにより、U_ABは温度変化に
対しても安定となる。更に、本考案のブリツジ型
インピーダンス検出器は前掲従来技術とは異なり
ツエナーダイオードが発生する雑音や、その消費
電圧と駆動回路等の問題を有しない。

【図面の簡単な説明】

図は本考案のブリツジ型インピーダンス検出器
の回路図。 ２１……直流電源、２３，２５，２７……演算
増幅器、R₁₁〜R₂₀……抵抗器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 後記イ乃至ホより成るブリツジ型インピーダン
   ス検出器。 (イ) 第１の結節点と第３の結節点とに接続された
   第１のインピーダンスと、第１の結節点と第４
   の結節点とに接続された第２のインピーダンス
   と、第２の結節点と第３の結節点とに接続され
   た第３のインピーダンスと、第２の結節点と第
   ４の結節点とに接続された第４のインピーダン
   スとからなるブリツジ回路。 (ニ) 前記第３の結節点に接続された第１の反転入
   力端子と、接地された第１の非反転入力端子
   と、前記第２の結節点に接続された第１の出力
   端子とを備え、前記第３の結節点の電位を接地
   電位とするための第１の演算増幅器。 (ハ) 電源端子と接地端子とを有し、該接地端子が
   前記接地電位とされた電源。 (ニ) 第２の反転入力端子と、第２の非反転入力端
   子と、前記第１の結節点に接続された第２の出
   力端子とを備えた第２の演算増幅器と、前記電
   源端子と前記第２の反転入力端子とを接続する
   第１の抵抗と、前記第２の反転入力端子と前記
   第１の結節点とを接続する第２の抵抗と、前記
   第２の非反転入力端子と前記接地端子とを接続
   するための第３の抵抗と、前記第２の結節点と
   前記第２の非反転入力端子とを接続する第４の
   抵抗とから成り、前記第１の結節点と前記第２
   の結節点との間の電圧を前記電源端子と前記接
   地端子との間の電圧に比例させるための制御回
   路。 (ホ) 前記第４の結節点の電位を検出出力として取
   り出すための手段。