JPH0646337U - ひずみゲージ式変換器における温度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来から、ひずみゲージ式変換器における温
度測定装置では２個の定電流回路を用いて測温を行って
いたが、これを定電流ブリッジ電源で代行させ、回路の
簡素化を図ると共に定電流回路の特性のバラツキによる
測定誤差をなくす。 【構成】 検出部1はひずみゲージブリッジ3と白金抵抗
(測温抵抗素子)Rptからなり、測温モードでは、測定部2
側のスイッチ回路SW1,SW2を接地回路側(a側,c側)へ接続
してひずみゲージブリッジ3を定電流ブリッジ電源4から
切り離し、その状態でスイッチ回路SW4を端子fと端子e
へ切換え、各切換え時に構成される閉回路に対して定電
流ブリッジ電源4で通電した場合の電圧降下V1,V2の差を
求める。その電圧差ΔVが白金抵抗Rptでの電圧降下に相
当し、ΔVに基づいて検出部1の温度データを得る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はひずみゲージ式変換器における温度測定装置に係り、特に土木計測の 分野等において使用される測温機能付きひずみゲージ変換器に対して適用され、 従来から測温モードで必要とした２個の測温用定電流回路を単一の定電流供給源 で構成し、測定精度の向上と回路の簡素化を実現した装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ひずみゲージブリッジを検出部に応用したひずみゲージ式変換器は多種多様な 分野において利用されているが、岩盤やダム等の構造物における土圧や水圧、又 は地すべり等の計測については土木変換器が用いられる。 そして、この種の土木変換器では、被測定物の熱応力の算出や変換器の温度特 定を補正するために測温機能を付加した構成が採用されていることが多い。

【０００３】 従来から、前記の測温機能付き土木変換器を用いた場合におけるシステムは図 ３に示されるような回路構成を有し、変位や圧力等の検出箇所に設置される検出 部1と、その検出信号を処理する測定部2とからなる。 同図において、検出部1は、ゲージ抵抗Rg1,Rg2,Rg3,Rg4で構成されたひずみゲ ージブリッジ3とその一方の出力端子に接続された白金抵抗Rptとで構成され、再 現性の優れた白金抵抗Rptが測温抵抗素子として利用されている。 一方、測定部2は、前記の検出部1とケーブルで接続されており、その回路構成 は、定電流ブリッジ電源4と、検出部1側のひずみゲージブリッジ3の各入力端子 を定電流ブリッジ電源4又は接地回路との接続状態に切換えるスイッチ回路SW1,S W2と、検出部1の白金抵抗素子Rptの端子及びひずみゲージブリッジ3の他方の出 力端子が接続された差動増幅器5と、差動増幅器5の出力を量子化するA/D変換器6 と、A/D変換器6の出力を取込んでデータ処理を実行するマイクロコンピュータ回 路(以下、「マイコン回路」という)7と、差動増幅器5に対する各入力回路に接続さ れた[スイッチ回路SW5及び測温用定電流回路8]と[スイッチ回路SW6及び測温用定 電流回路9]とからなり、マイコン回路7が検出部1から得られたデータを処理して 測温データと変換データを出力させるようになっている。

【０００４】 ここに、前記のシステムで測温を行う際には、先ずスイッチ回路SW1及びSW2を 接地回路側への接続状態にしてひずみゲージブリッジ3と定電流ブリッジ電源4を 切り離しておき、スイッチ回路SW5とスイッチ回路SW6をオン状態にして差動増幅 器5の出力のA/D変換データをマイコン回路7へ取込んで電圧差データΔVを得る。

【０００５】 そして、マイコン回路7では、電圧差データΔVに基づいて、予め内蔵ＲＯＭに 格納されている電圧-温度対照テーブルを参照して温度データを求め、それを検 出部1の設置箇所の温度データとする。 即ち、前記の測温モードにおいて、スイッチ回路SW5側についてみると、ゲー ジ抵抗Rg3とRg4からなる並列回路と白金抵抗Rptとが直列接続された回路に対し て測温用定電流回路8で通電している閉回路が構成され、また、スイッチ回路SW6 側についてみると、ゲージ抵抗Rg1とRg2の並列回路に対して測温用定電流回路9 で通電している閉回路が構成されるため、Rg1／Rg2＝Rg3／Rg4又はその差がRpt と比較して無視できる程度に小さい場合は、それらの各閉回路構成状態における 差動増幅器5の出力電圧ΔVが白金抵抗Rptでの電圧降下に相当することを利用し て温度を検出している。 従って、前記のシステムでは検出部1をコンクリート構造物等に埋設する際に 温度計を並設する必要がなく、測温モードにおける測定部2側のスイッチ操作に よって検出部1から温度データを検出することが可能になる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、前記のシステムにおいては、[スイッチ回路SW5及び測温用定電流回 路8]と[スイッチ回路SW6及び測温用定電流回路9]とを独立に設けており、各スイ ッチ回路SW5とSW6がオンに設定されたときに構成される各閉回路に対して測温用 定電流回路8と9が独自に通電を行うようになっている。

【０００７】 この場合、測温用定電流回路8,9が全く同一の特性を有していれば問題はない が、それらの特性が異なっていると白金抵抗Rptでの電圧降下が正確に求められ ず、当然に測温結果に誤差が生じることになる。 そして、測温用定電流回路8,9は同一仕様で製作しても微妙に電流値が異なる 場合が多いために同一特性のものを用意することが困難であり、また両者の特性 の相違を調整することは温度及び経時的特性の変化まで考慮すると非常に煩雑に なる。 更に、測温用定電流回路8,9を独立に２つ用意しなければならないことは、当 然に回路規模を大きくすると共にコスト高を招くという欠点がある。

【０００８】 そこで、本考案は、測温用定電流の供給回路を単一の出力源で構成させて検出 部での測温を可能にした装置を提供し、それによって前記の不利・不具合を解消 させることを目的として創作された。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

第一の考案は、ひずみゲージブリッジと前記ひずみゲージブリッジの一方の出 力端子に測温抵抗素子を接続させた検出部と、前記検出部に接続されており、測 温モードとひずみ変換モードを切換えながら前記検出部から得られる各種計測デ ータを処理する測定部からなる測定装置において、前記測定部が、定電流ブリッ ジ電源と、前記ひずみゲージブリッジの各入力端子を前記定電流ブリッジ電源又 は接地回路との接続状態に切換える第一及び第二のスイッチ回路と、前記測温抵 抗素子の端子と前記ひずみゲージブリッジの他方の出力端子が接続された差動増 幅器と、単一の測温用定電流回路と、前記測温用定電流回路を前記差動増幅器の 非反転入力端子又は反転入力端子、若しくは自己のオフ端子との接続状態に切換 える第三スイッチ回路を具備したことを特徴とするひずみゲージ式変換器におけ る温度測定装置に係る。

【００１０】 第二の考案は、第一の考案における測温用定電流回路を用いずに定電流ブリッ ジ電源を測温用定電流の供給源として利用し、同考案の第三スイッチ回路に相当 するものとして、定電流ブリッジ電源の＋側の出力端子を前記差動増幅器の非反 転入力端子又は反転入力端子、若しくは自己のオフ端子との接続状態に切換える 第四スイッチ回路を設けたことを特徴とするひずみゲージ式変換器における温度 測定装置に係る。

【００１１】

【作用】

第一の考案について； 測温モードで、第一及び第二のスイッチ回路をひずみゲージブリッジの各入力 端子と接地回路との接続状態にして、ひずみゲージブリッジを定電流ブリッジ電 源から切り離すことについては従来と同様であるが、その切り離し状態で単一の 測温用定電流回路のみを用いて測温を実行させる。 即ち、第三スイッチ回路が測温用定電流回路と差動増幅器の各入力端子の接続 状態を切換え、その時に構成される各閉回路に対して同一の測温用定電流回路で 通電することにより各閉回路での電圧降下が差動増幅器の出力として得られ、そ の各電圧降下の差が測温抵抗素子での電圧降下を与えることから測温データを求 めることが可能になる。 一方、変換モードでは、第三スイッチ回路をオフ端子への接続状態にして測温 用定電流回路をひずみゲージブリッジから切離し、逆に第一及び第二のスイッチ 回路をひずみゲージブリッジの各入力端子と定電流ブリッジ電源との接続状態に して通常のひずみ測定を行うことになる。

【００１２】 第二の考案について； この考案では、第一の考案のように測温用定電流回路を設けず、定電流ブリッ ジ電源を測温用電流の供給源として兼用させる。 測温モードにおいて、定電流ブリッジ電源は第一及び第二のスイッチ回路によ ってひずみゲージブリッジの入力端子から完全に切り離されているが、＋側の出 力端子を第四スイッチ回路で差動増幅器の非反転入力端子又は反転入力端子、若 しくは自己のオフ端子との接続状態に切換えさせれば、第一の考案と同様の原理 で測温データを求められる。 但し、定電流ブリッジ電源を利用すると、一般にその出力電流が第一の考案に おける測定用定電流回路の出力電流より大きいために差動増幅器の出力も大きく なるが、それはレベルレンジの問題に過ぎず、測定部におけるデータ処理段階で 一定係数を乗算しておけば足りる。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１及び図２を参照して詳細に説明する。 実施例１； この実施例は第一の考案に対応するものであり、図１は図３と同様に測温機能 付き土木変換器における検出部及び測定部のシステム回路を示す。 ここに、検出部1の構成は図３の場合と同様であり、また測定部2についても図 ３における[スイッチ回路SW5及び測温用定電流回路8]と[スイッチ回路SW6及び測 温用定電流回路9]が[スイッチ回路SW3及び測温用定電流回路10]の単一回路とし て構成されている点を除いて同様の回路構成になっている。 従って、図１において図３と同一の符号で示される回路要素は同一の回路要素 を示しており、各要素についての解説は省略する。

【００１４】 本実施例の特徴は前記のように[スイッチ回路SW3及び測温用定電流回路10]が 設けられている点にあり、以下、測温モード及び変換モードでの操作・動作手順 を順次解説する。 先ず、測温モードでは、スイッチ回路SW1とSW2を接地回路側(a側及びc側)へ接 続させ、ひずみゲージブリッジ3を定電流ブリッジ電源4から切り離す。 そして、その状態でオフ端子gに接続されているスイッチ回路SW3を端子fへの 接続状態に切換え、その時の差動増幅器5の出力電圧をA/D変換器6で量子化して マイコン回路7へ取込み、マイコン回路7は内蔵ＲＡＭにその電圧データV1をセー ブする。 次に、スイッチ回路SW3を端子eへの接続状態へ切換え、その時の差動増幅器5 の出力電圧についてもマイコン回路7が内蔵ＲＡＭに電圧データV2としてセーブ する。

【００１５】 前記の電圧データV1,V2のセーブが完了すると、マイコン回路7では各電圧デー タV1,V2の差ΔV=(V1-V2)を演算し、更にその演算値に基づいて内蔵ＲＯＭに格納 されている白金抵抗素子に関する電圧-温度対照テーブルから対応した温度デー タを求めて内蔵ＲＡＭにセーブし、そのデータを表示・記録部へ計測データとし て出力させる。当然に、各通電状態での電圧降下の差ΔVが白金抵抗Rptでの電圧 降下に対応することから、その計測データは検出部1の設置箇所の温度データを 与えていることになる。

【００１６】 そして、以上の操作・動作手順から明らかなように、本実施例では、スイッチ 回路SW3の切換えのみで、単一の測温用定電流回路10から各切換え時に構成され る閉回路に対する通電を行うようにしている。 即ち、スイッチ回路SW3が端子fへの接続状態においてはゲージ抵抗Rg3とRg4で 構成される並列回路と白金抵抗Rptとが直列接続された回路に対して、スイッチ 回路SW3が端子eへの接続状態においてはゲージ抵抗Rg1とRg2の並列回路に対して 、それぞれ単一の測温用定電流回路10から通電を行っていることになる。 その結果、単一の測温用定電流回路10から前記の各閉回路へ通電させているこ とにより、各閉回路に対して全く同一の通電条件を実現でき、測温モードで得ら れる温度データは非常に正確なものとなる。

【００１７】 一方、測温モードから変換モードへ移行させるには、スイッチ回路SW1とSW2を それぞれ定電流ブリッジ電源4側(b側及びd側)への接続状態へ切換え、且つスイ ッチ回路SW3をオフ端子の接続状態へ切換えるだけで足りる。 この状態では、定電流ブリッジ電源4からひずみゲージブリッジ3へ定電流が供 給され、ひずみゲージブリッジ3からその設置箇所の土圧や水圧等に対応した電 圧が差動増幅器5を介して得られる。

【００１８】 尚、本実施例で用いられている各スイッチ回路SW1,SW2,SW3は手動操作方式に よってもよいが、マイコン回路7に対する各モードの指示入力によって自動的に 切換えられるようにすることも可能である。

【００１９】 実施例２； この実施例は第二の考案に対応するものであり、図２は前記の実施例１と同様 に測温機能付き土木変換器における検出部及び測定部のシステム回路を示す。 この実施例回路の特徴は、実施例１の場合(図１)と比較して、測温用定電流回 路10がなく、定電流ブリッジ電源4の＋側の出力端子がスイッチ回路SW4(実施例 １のスイッチ回路3に相当)へ直接接続されている点にある。

【００２０】 そして、測温モード及び変換モードでのスイッチ回路SW1,SW2,SW4の操作手順 とマイコン回路7の動作手順も実施例１の場合と同様であり、測温モードでは、 オフ端子gに接続されているスイッチ回路SW4を端子fと端子ｅの接続状態に順次 切換え、各接続状態での差動増幅器5の出力電圧をA/D変換器6で量子化し、それ らの電圧データV1,V2をマイコン回路7の内蔵ＲＡＭにセーブし、ΔV=(V1-V2)を 演算して、内蔵ＲＯＭの電圧-温度対照テーブルで温度データを求める。 また、変換モードでは、スイッチ回路SW4をオフ端子の接続状態へ切換え、ス イッチ回路SW1とSW2をブリッジ電源4側(b側及びd側)への接続状態へ切換える。

【００２１】 ところで、この実施例の場合には、定電流ブリッジ電源4の電流を測温モード と変換モードで兼用しているため、測温モードにおける電流の供給レベルが大き くなる。即ち、実施例１における測温用定電流回路10では１mA程度の電流を流す ようにしているが、定電流ブリッジ電源4の電流はゲージ抵抗により異なるもの の一般的には５.７mA程度であり、本実施例では差動増幅器5の出力が５.７倍に なる。 しかし、その相違は単純な比例関係に過ぎないため、A/D変換器6の量子化デー タに一定の係数(この場合は１／５.７)を乗算しておけば足り、ソフトウェア的 な処理だけでレベルレンジの整合性を保つことができる。

【００２２】 また、電圧データV1,V2を求める際に単一の電流供給源(定電流ブリッジ電源4) から通電するために誤差のない正確な温度データが得られ、測温用定電流回路が 不要になることから当然に回路規模が小さくなる。

【００２３】

【考案の効果】

本考案のひずみゲージ式変換器における温度測定装置は、以上の構成を有して いることにより、次のような効果を奏する。 請求項１の考案は、測温機能付きひずみゲージ式変換器に対して単一の測温用 定電流回路で通電を行うことにより測温データを得るようにしているため、従来 のように２個の測温用定電流回路の特性の相違によって測温データに誤差が生じ てしまうことを防止でき、正確な温度測定が可能になる。 また、測定部側の回路構成を簡単にすることができ、コストの低減化が図れる という利点もある。 請求項２の考案は、変換モードでのみ用いていた定電流ブリッジ電源を測温モ ードでの電流供給源に兼用せしめたことにより、前記考案と同様に正確な温度測 定を可能にすると共に、測温用定電流源を不要にして測定部の回路規模を小さく して更なる低コスト化を実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係るひずみゲージ式変換器における
温度測定装置のシステム回路図である。

【図２】実施例２に係るひずみゲージ式変換器における
温度測定装置のシステム回路図である。

【図３】従来技術でのひずみゲージ式変換器における温
度測定装置のシステム回路図である。

【符号の説明】

1…検出部、2…測定部、3…ひずみゲージブリッジ、4…
定電流ブリッジ電源、5…差動増幅器、6…A/D変換器、7
…マイクロコンピュータ回路、8,9,10…測温用定電流回
路、Rg1,Rg2,Rg3,Rg4…ゲージ抵抗、Rpt…白金抵抗(測
温抵抗素子)、SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6…スイッチ回
路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ひずみゲージブリッジと前記ひずみゲー
   ジブリッジの一方の出力端子に測温抵抗素子を接続させ
   た検出部と、前記検出部に接続されており、測温モード
   とひずみ変換モードを切換えながら前記検出部から得ら
   れる各種計測データを処理する測定部からなる測定装置
   において、前記測定部が、定電流ブリッジ電源と、前記
   ひずみゲージブリッジの各入力端子を前記定電流ブリッ
   ジ電源又は接地回路との接続状態に切換える第一及び第
   二のスイッチ回路と、前記測温抵抗素子の端子と前記ひ
   ずみゲージブリッジの他方の出力端子が接続された差動
   増幅器と、単一の測温用定電流回路と、前記測温用定電
   流回路を前記差動増幅器の非反転入力端子又は反転入力
   端子、若しくは自己のオフ端子との接続状態に切換える
   第三スイッチ回路を具備したことを特徴とするひずみゲ
   ージ式変換器における温度測定装置。 【請求項１】 ひずみゲージブリッジと前記ひずみゲー
   ジブリッジの一方の出力端子に測温抵抗素子を接続させ
   た検出部と、前記検出部に接続されており、測温モード
   とひずみ変換モードを切換えながら前記検出部から得ら
   れる各種計測データを処理する測定部からなる測定装置
   において、前記測定部が、定電流ブリッジ電源と、前記
   ひずみゲージブリッジの各入力端子を前記定電流ブリッ
   ジ電源又は接地回路との接続状態に切換える第一及び第
   二のスイッチ回路と、前記測温抵抗素子の端子と前記ひ
   ずみゲージブリッジの他方の出力端子が接続された差動
   増幅器と、前記定電流ブリッジ電源の＋側の出力端子を
   前記差動増幅器の非反転入力端子又は反転入力端子、若
   しくは自己のオフ端子との接続状態に切換える第四スイ
   ッチ回路を具備したことを特徴とするひずみゲージ式変
   換器における温度測定装置。