JPS58132898A - 測温機能付変換器を用いた温度測定方法 - Google Patents

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】 み量等の温度以外の物理量を電気信号に変換して出力す
る変換器の改良に関する。

一般に、コンクリート構造物等においては、この構造物
の硬化過程の監視や硬化後の挙動調奔等のために、温度
、ひずみ量等を検出して電気信号として出力するひずみ
ゲージ式変換器が設置されている。従来、温度測定用の
変換器には、温度のみを測定するものと、上記ひずみゲ
ージ式変換器に温度測定機能を付加した測温機能付変換
器とがある。

この測温機能付変換器を第１図および第２図に示す。第
１図に示す測温機能付変換器１は、ひずみゲージ式変換
器２に温度測定用の感温抵抗器３を接続し、ひずみゲー
ジ式変換器２の入出力用リード線ｌ１〜／４つまり入力
用リード線ｔ＋，ｉｓ，出力用リード線ｌｘ　＋　４以
外に温度測定用リード線ｉｓを感温抵抗器３に接続した
ものである。この測温機油付変換器１は、出力用り−１
−線１．と温度測定用リード線１５との間に接続された
感温抵抗器３で測温するため、リード線ｅａ、ｌｓの抵
抗や温度による抵抗変化の影響を受けるため補正が必要
となる。

また、第２図に示す測温機能付変換器４は、ホイー）−
ス１−ンブリッジ回路からなるひずみゲージ式変換器５
を使用して測定するときのリード線の抵抗や温度による
抵抗変化を補正できる３線結線法であり例えば、出力用
リード線Ｉ！４と温度測定用リード線１．．１．どの間
に感温抵抗器３を接続したものである。

上記のようなリード線の抵抗による影響は、リー　ド線
の抵抗を予め測定しておくことにより補正することがで
きるが、リード線の長さが変化する毎にその補正値が異
りリード線の長さが変化する毎に抵抗を測定しなければ
ならないという問題点がある。また、上記のような測温
機能付変換器では感温抵抗器３を付加するためにリード
線数、つまりコードの芯線数が増加しリード線を１本の
コードにまとめると太く且つ重くなり、またコスト高に
なると共にリード線の配線作業が煩雑になるという問題
点がある。

本発明は、上記問題点を解消すべく成されたものでリー
ド線の抵抗の影響を簡単な計算で補正できる測温機能付
変換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の構成は、温度以外の
物理量を検出し電気信号に変換して出力する変換器と感
温抵抗器とを組合わせた測温機能付変換器において、前
記温度以外の物理酸を電気信号に変換する変換器の少な
くとも一方の出力端に感温抵抗器を直列に接続したもの
である。

以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第３図に本発明の一実施例を示す。第３図示の測温機能
付変換器は、温度以外の物理量を検出し電気信号に変換
して出力する変換器として、被測定物のひずみ量を電気
信号に変換して出力するいわゆるひずみゲージ式変換器
を用いたものである。この測温機能付変換器６は、４個
のひずみゲージＳＧ、〜５ＣＸ４でホイートストンブリ
ッジを構成するよ−うに接続してなるひずみゲージ式変
換器７（以下型に変換器という）を備えこの変換器７の
出力端８，９の各々に感温抵抗器Ｅ、Ｌが各々接続され
ている。なお、１０　、１１は入力端であり、１２　、
１３は感温抵抗器Ｒ，，Ｒ２を接続した測温機能付変換
器６の出力端である。

ここで、測温機能付変換器６の出力端１２　、１３から
みた抵抗１ｔＡ、入力端１０　、　ＩＩからみた抵抗Ｒ
Ｂ　とすると、 ＋（Ａ　二ｌ（ｉ＋１（、＋　Ｒｏｕｔ　　　　＝・−
＝−［＋１ｆ（ｕ二１（団　　　・・・・・・・・　　
　　　　　　（２）と表わされる。ただし、Ｒｏｕｔは
出力端８，９からみた変換器７の出力抵抗、Ｒｉｎは入
力端ＩＱ　、　１１からみた変換器７の入力抵抗である
。

上記（１）式から上記（２）式を減算した値を△Ｒ，と
すると次の（３）式のように表わされる。

ΔＨ８−＝−１ｔＡ−ＲＢ　＝　ＩＬ、モＲ，−）−Ｒ
ｏｕｔ　−Ｒｉｎ　　−−−・（３）今、変換器７およ
び感温抵抗器Ｒ，、Ｒ，が温度による抵抗変化を受けて
おり、温度ｔ　’０のときの出力端８，９からみカニ変
換器の出力抵抗をＲｏｕｔ（ｔ）、入力端１０　、１１
からみた変換器の入力抵抗をｔ（ｉｎ（１）とすると共
に、感温抵抗器Ｒ，，Ｒ，の合成抵抗Ｒ汁Ｒ２をＲとし
て、合成抵抗の０　’０時の抵抗をＩ（。、抵抗温度係
数をαとすると、上記ｕｌ　、　ｆ２）および（３１式
は以下のように表わされる。

ＲＡ（ｔ）＝Ｒ８（１＋αｔ）＋Ｒｏｕｔ（ｔ）　　−
・・−・−・−＋１１’Ｒｎ（ｔ）＝　Ｒｉｎ（ｔｌ　
　　−・・・−・・１２＋’△Ｒ，（ｇ　＝　ｒｔｏ（
１＋αｔ　）−４−Ｒｏｕｔ（１１−Ｒｉｎ（ｔ）　＝
−・（３１’ただし、ＲＡ（ｔ）　、　ＲＢ（ｔ）およ
びΔＲｏ（ｔ）は、各々温度ｔ　’ＯのときのＲＡ　、
　ＲＢおよびΔＲ，の値である。

また、０°ＣのときのＲＡ　、　Ｉ（Ｂおよび△１（。

の値を各々ＲＡ　（０）　ｒ　Ｒ”　（０）および△Ｒ
Ｏ（０１とすると共に、ｏ　’ｃのときのＲｏｕｔ、　
Ｒｉｎの値を各ｋ　Ｒｏｕｔ（０）、　Ｒｉｎ（０）と
すると、上記（１１、（２＋および（３）式は次のよう
に表わされる。

ＲＡ（０）　＝　Ｉｔ、　＋Ｒｏｕｔ（０）　　　　　
−＝　−−−−ｍ’ＲＢ（０）　＝Ｒｉｎ（０）−・・
・＝−１２１’△Ｈｏ（０）＝Ｒｏ＋Ｒｏｕｔ（０）　
−Ｒｌｎ（ｏｉ・・・＝−＝Ｔ３ｆここでＯ’０を基準
としてｔ　’ｃのときの感温抵抗器の抵抗変化量△Ｒは
、次のように表わされる。

△ｌ（、、ｌｌ輻ｔ）−ｆ（帽１ｌ−（Ｒ屓ｏ）−ＲＢ
（０））　　　・・・・・（４）−二△１（。（１）−
△１（。（０）　　　　　　　　　　　　　　　・　・
・・　　・　　　　（５）［Ｈ，（１ｆｒｉｔ　）（−
（Ｒｏｕｔ（ｔｌ　−１（ｉｎ（ｔｌ）　）−〔１（。

ｌ　（１（ｏｕｔ（０）−ＲｉｎｆＯ））　：］　−・
−・１６１＝Ｒ，１ｔ４−（（ｉ（ｏｕｔ（ｔ）−Ｒｏ
ｕｔ（０））　　（Ｒ４ｎ（ｔｌ−Ｒｉ　ｎ（ａｌ　ｌ
　］　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・　　（
力測定誤差となる上記（７）式の右辺第２項は、ひずみ
ケージＳＧ、〜５（）４の出力端側の抵抗と入力端側の
抵抗との温度による変化分の差だけであるため、上記（
７１式右辺第１項の値より充分小さい。従って、」−１
記（力式は、次の（８）式のように表わされる。

△１（−１（。αｔ９゜、、、−（８１上記（８）式か
ら温度ｔは、 １Ｌ；台＝山と」仔１１１１・・・・・・（９）抵抗１
（のｌ　’Ｃ当りの抵抗変化量ａ。αを温度較正試験か
ら求めることにより、上記（９）式から温度＋１１を求
めることができる。

次に、リード線の抵抗ｒを考慮した場合の温度測定につ
いて説明する。リー　ド線の抵抗ｒを考慮した場合の第
３図と同様の回路を第４図に示す。

今、出力端１２’、１３’　間の抵抗をＲＡ′、入力端
１（，１’。

１１′　　間の抵抗をＲＢ／とすると、ＲＡｌ＝Ｒ，−
１−Ｒ，−１−Ｒｏｕｔ−１−２ｒ　　　、、、、１Ｉ
ＲＢ’＝　）（ｉｎ　−）−２ｒ　　　　　　　　−・
・−Ｑυと表わされる。ここで、上記ｏｎ式から０１式
を減算した値を△ｌ（。′とすると、 ΔＲｏ’＝ｒＬ＋Ｒｔ＋Ｒｏｕｔ−Ｒｉｎ　　−・・−
Ｑ３となり、リード線の抵抗ｒとは無関係になる。従っ
て、上記（９）式のＲａｎ）　−ＲＫｔ）、　Ｒｈｏ）
　−Ｒｆｆｔ））も抵抗ｒと無関係になり、温度ｔはリ
ート線の抵抗ｒと無関係に求められることになる。

次に、変換器のひずみ測定に及ぼす感温抵抗器の影響に
ついて説明する。

まず零位法の指示計を用いた場合について説明する。第
５図に測定回路の概略を示し、第６図にその等価回路を
示す。なお第５図において１４はダイヤルブリッジ１５
．増幅器１６　、メータＭ％を含む指示計である。また
、第６図において、Ｒｙはブリッジ回路のインピーダン
ス、Ｒｃ　はダイヤルブリッジのインピーダンス、ＲＬ
　は指示計の人力インピーダンス、ｅ９　はブリッジ回
路の発生電圧、ｅ（はダイヤルブリッジより発生させる
電圧、ｅは指示計の入力インピーダンス両端の電圧、Ｒ
は感７品抵抗器の抵抗、２ｒ　はリード線の往復抵抗で
ある。

第６図の等価回路より以下の式が導かれる。

零位法は上記ｔｌｍ式のｅが零となるようにする。すな
オ）ち、上記１３式の右辺の項で（ｅｙ　十ｅｃ　）が
零となるように、すなわちｅｇ　に対抗するｅｃ　を発
生させ、ｅｃ　　と連動している較正された目盛よりひ
ずみを読み取る測定法であるので、感温抵抗器の抵抗１
（やリード線の抵抗２ｒにより感度は低くなるが原理的
にはひずみ測定値に誤差は生じない。

次に１扁ｒ）”Ｌ法の指示計を用いた場合について説明
する。第７図に測定回路の概略を示し、第８図に等洒回
路を示す。第８図の等価回路より、指示計１．１の入力
インピーダンスＲｔ、両端の電圧ｅは、と表わされ、Ｒ
，２ｒ　の値によりｅは変化する。

ここで、ＲＬ　が充分太きいとすれば、Ｒ，２ｒに対し
てｅはほとんど影響を受けない。例えばＲＬ　−＝　Ｉ
　ＭΩ、Ｒ＝１０にΩ、Ｒ９：３５０Ω。

２ｒ　＝　７９．６Ω（０，５−の４芯リード線を１０
００ｍ接続した場合）とすれば、ｅは、）（、２ｒ　　
が無Ｇ〕ときの０．９９倍となり、１％の出力低下のみ
である。

尚、上述の実施例においては、ブリッジ回路を構成する
変換器に４つのひずみゲージＳＧ、〜ＳＧ。

を用いた例につき説明したがこれ以外にも、例えば、ひ
ずみゲージＳＧ、のみまたはひずみゲージＳＧ、　、Ｓ
Ｇ、のみとして、ブリッジ回路の他の辺番こは固定抵抗
を用いてもよい。

また、感温抵抗器は変換器７の出力側に直列Ｇこ２つ設
けたが、出力側のいずれか一方にのみ直夕ＩＪに設けて
もよい。ひずみ測定において、増幅器の入力インピーダ
ンスとの関係で、変換２器６の出ツノ端１２’、１３’
から左側をみた合成インピーダンスを／」・さくすれば
、測定精度が良くなる。し力）して、この感温抵抗器と
しては、例えは、従来から多用されているサーミスタ、
金属線（白金線、ニッケル線、インジウム線等）測温抵
抗体を用いることもできるが、近年開発された磁器表面
に特殊金属皮膜を形成させ特殊樹脂にて絶縁被覆した感
温抵抗器を用いることが望ましい。すなわち、サーミス
タは温度特性が非直線的であり、精度、再現性があまり
高くなく、該温度特性を直線的にするために補正抵抗を
付加したりアナログ演算回路等の複雑な補正回路が必要
となる。

一方、白金線、ニッケル線等の金属線測温抵抗体は抵抗
値が低い（例えばＪＩＳ　Ｃ１６０４に制定されている
如く白金側温抵抗体は５０Ωおよび１００Ω）ため、接
点抵抗や信号系回路の線抵抗が大きな影響を与える、外
部の影響を受は易い、出力信号が小さい、形状が大きく
なり計装性が悪い、等の難へかある。

これらのものに対して上記絶縁被覆型の感温抵抗器は、
高温にも電気化学的にも安定で、また熱電導性に優れた
特殊磁器碍子上に、温度感応機能をもつ金属薄膜（膜材
質としてはニッケル、鉄、クロム等を主成分にその他数
種の金属を添加物として加え、所望の抵抗値、抵抗温度
係数を得られるようにする）を真空蒸着、スパッタリン
グ等により被着し、更にこの上をエポキシ系樹脂により
保護塗装してなるものであり、温度／電気抵抗特性が直
線的であり、低抵抗（数Ω）から高抵抗（１０にΩ程度
）のものが得られ、例えば比較的高抵抗のものを使用す
る場合接点抵抗や信号系回路の線抵抗は問題にならず、
ノイズに対しては抵抗変化率が比較的大きいため有利で
あり微少な温度変化にも対応できる。

更にまた、ひずみゲージＳＧ、〜ＳＧ、の代わりに、例
えば差動変圧器、差動インダクタンス等の他の変換器を
用いて、温度以外の物理量、例えば荷重、力、圧力、加
速等と共に温度をも測定できるようにしてもよい。因に
、差動変圧器とは、−次コイルと一対の二次コイルとか
ら構成され、測定すべき物理量により可動部が移動して
、−次と一対の二次コイル相互の磁気結合度が変化して
、可動部移動埴に比例して二次コイルに誘起する各電圧
の差を（炙出するものである。

史には、ひずみゲージＳＧ、〜ＳＧ４の代わりに、例え
ばｃｄｓ　　（硫化カドミウム）素子等の光電変換素子
を用いれば、光量と共に温度をも測定できる５゜ 以上説明したように本発明によれば、リード線の本数を
増加することなく簡単な回路で、リード線の抵抗の影響
を簡単な計算で補正できる測温機能付変換器を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、従来の測温機能付変換器を示す
それぞれブロック図、第３図は、本発明の一実施例を示
す回路図、第４図はリード線の抵抗による影響を説明す
るための回路図、第５図は零位法の指示計を用いた場′
合の測定回路図、第６図は、第５図の等価回路図、第７
図は偏位法の指示計を用いた場合の測定回路図、第８図
は、第７図の等価回路図である。 Ｓ（’ｉ、〜ＳＧ、・・・・・・ひずみゲージ・６・・
・・・・測温機能付変換器、 ７・・・・・・ひずみゲージ式変換器、Ｒ，、Ｒ１・・
・・・・感温抵抗器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉｌｌ　　温度以外の物理量を検出し電気信号に変換し
   て出力する変換器と感温抵抗器とを組合わせた測温機能
   付変換器において、前記温度以外の物理量を電気信号に
   変換する変換器の少なくとも一方の出力端に感温抵抗器
   を直列に接続したことを特徴とする測温ｉ能付変換器。 （２）　　前記温度以外の物理量を電気信号に変換する
   変換器は、被測定物のひずみ量を電気信号に変換して出
   力するひずみゲージ式変換器であり、該ヶず、ケーラ掟
   変換器。出力端。少なく、も一方に前記感温械抗器を直
   列に接続した特許請求の範囲第１項記載の測温機能付変
   換器。 （３）前記ひずみゲージ式変換器は、少なくとも一ジで
   成り、該ホイートストンブリッジの出力側の各々に前記
   感温抵抗器を直狗に接続した特許請求の範囲第２項記載
   の測温機能付変換器。