JPS581373B2 - ジキダンセイヘンカンキナイノホセイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鉄心と、この鉄心内に磁場を生成し且つ上記鉄
心が機械的力により影響された場合に生ずる磁場の変化
を感得するように前記鉄心内に配列された少くとも１つ
の巻線とから成る種類の磁気弾性変換器内の内部ヒステ
リシスに起因して生じた測定の欠陥を補正するための装
置に関するものである。

この型式の変換器の出力信号と測定の大きさとの間の関
係は通常変換器の特性として述べられている。

目標とされる理想的な特性は通常直線であり、且つその
傾斜度は変換器の感度と呼ばれる。

実際の場合に得られる特性はたとえば非直線性およびヒ
ステリシスの形の理想からの大なり小なりの偏差を示し
ている。

本文において「ヒステリシス」なる術語は測定の大きさ
がゼロから最大値へ、次で再びゼロへ変化された場合に
得られるある測定値の出力信号内の最大差を意味して使
用されている 全ての磁気弾性変換器は大なり小なりのヒステリシス欠
陥を示している。

ヒステリシスを外部ヒステリシスと内部ヒステリシスと
に分割することができる。

通常外部ヒステリシスは変換器の力作用表面内の不完全
さに起因し且つとりわけてこれ等の表面を注意して作用
させることでかなりの程度まで排除される。

内部ヒステリシスは鉄心材料の固有の性質に起因してい
る。

この内部ヒステリシスを適当な材料の選択によりある程
度まで改善することができるがこのようにして内部ヒス
テリシスを完全に排除することは目下のところ不可能で
あると判明している。

だが本発明によれば、以下において補正巻線と呼ばれる
付加的巻線を鉄心に配備することで内部ヒステリシスを
実際上排除することができる。

この巻線は大きな内部ヒステリシスを有するが低感度で
ある信号が内部に生成されるようにされている。

測定信号と補正信号とのヒステリシス成分が互いに相反
するように上記測定信号の対応成分とほゝ同じ振幅を有
している。

その結果得られる信号は著しく減ぜられたヒステリシス
を有するであろう。

補正巻線からの信号が低感度および大きなヒステリシス
とともに上記特性を得るために、主巻線により生成され
た磁場の強さが前記測定巻線のためのチャンネル内の磁
場の強さに関して低い変換器鉄心の区域内に位置決めさ
れているチャンネル内に上記巻線が位置決めされている
。

第２図には周知の型式の磁気弾性変換器内の巻線配列の
原理が図示されている。

積層磁性材料から成る磁心５内に配列された磁化巻線３
に交流電圧源１から磁化電流が供給される。

測定用巻線４が上記磁心内に配列され且つ測定装置２と
して図示されている測定配列に接続されている。

この種の変換器はたとえば米国特許第２，８９５，３３
２号の明細書に記載されている。

上記の２つの巻線は上記変換器の無負荷時に原理上測定
巻線内に電流が生じないように配列されている。

すなわち、巻線４は巻線３に関して対称的に位置決めさ
れ、したがって該変換器の磁心５内に現われる破線で示
されている磁束が対称的であり、そのため前記測定巻線
に交わらないからである。

第３図には変換器が機械的力Ｆを加えられた場合に、圧
力方向における透磁率が減ぜられることのため磁束がそ
の外観をいかに変えるかゞ図示されている。

磁束の変化により電圧が測定用巻線４に誘導されて測定
装置２により表示される。

だが、この電圧信号は磁心材料の固有の性質に起因して
いるある量のヒステリシスにより原則として損われる。

上記ヒステリシスは１パーミル以下からせいぜい数パー
ミルまでの大きさの程度のものであろう。

この変換器が精密測定に利用された場合、ヒステリシス
を全く無視し得る値まで減ずることが望ましい）。

本発明によれば、この減小は、第１図に図示されている
ように前記磁心に設けられた２つの開口７および８を貫
通して巻付けられた付加巻線６の助けにより達成される
。

これ等の開口は第３図にも同様に示されまたこの第３図
から上記孔が磁場の強さの弱い区域に位置決めされてい
ることと、上記磁束の小部分のみが前記開口内に配列さ
れている巻線を横切ることとが明らかである。

したがつて前記巻線６内に誘導された起電力は比較的に
小さい。

機械的力Ｆが変化された場合、前記補正巻線を横切る磁
束の大きさは開口７および８０周りの透磁率の交番によ
り影響される。

磁場の強さの弱い区域内の透磁率の変化が大きなヒステ
リシスにより与えられ且つしたがって前記補正巻線から
の信号が該信号の大きさに関しきわめて高いヒステリシ
スを示していることが証明された。

前記補正信号が適当な符号を有する巻線４からの実際の
測定信号に加えられると、上記ヒステリシス成分が互い
に相殺し、それと同時に全体の信号の振幅はきわめてわ
ずかな範囲だけ影響される。

たとえば第１図に示されているように、測定巻線と補正
巻線とを直列に接続することで上記の信号の加算を達成
することができる。

前記補正信号のヒステリシスが測定信号のヒステリシス
よりも多少大きいように前記補正巻線の巻数が調節され
ている。

調節自在な抵抗器９が前記補正巻線に並列に使用されて
おり、かくして上記抵抗器９により、ヒステリシスの最
適の補正が達成されるまで、補正信号の大きさが減ぜら
れる。

第１図に示されている開口７および８の位置は所望の結
果を与える唯一の位置ではない。

本発明の基本的な着想は、磁束の密度が低いが磁束の分
布がなおある程度まで測定されるべき機械的力に左右さ
れる磁心内の区域に補正巻線のための開口が位置決めさ
れていることである。

同様に、補正用巻線を各種各様に配列することができる
。

たとえば第４図において、２つの別個な巻線が直列接続
で第１図に図示されている巻線と同じ補正用磁束を囲ん
でいる。

第５図および第６図において、米国特許第３，０９３，
９９９号の明細書に開示されている型式の変換器に適用
された本発明が例示されている。

磁化巻線と測定巻線とが位置決めされている変換器内の
区域である測定帯域の上方および下方において測定帯域
を無負荷にする開口が設けられている。

すでに他の目的で存在している補正用巻線もまたこの開
口内に使用することができる。

この例において、各種の巻線配列もまた可能である。

第５図および第６図に示されている例は相互間および第
１図および第４図にしたがった配列と作動に関し同等の
ものである。

第７ａ図には、米国特許第３，０９３，９９９号の明細
書に開示されている型式の、第７ｂ図にしたがって設計
された変換器に関し測定された特性が図示されている。

この場合、その特性はいわゆる偏差曲線の形で示されて
いる。

すなわち、該線図は測定範囲以内の平均感度を代表して
いる直線からの前記特性のパーセント偏差を示している
が理想的な直線状の、ヒステリシスのない特性からのき
わめてわずかな偏差が強調されている。

理解されるように、測定された変換器は約−０．２％の
ヒステリシスを有している。

第８ａ図には、第８ｂ図にしたがった補正巻線を配備さ
れた後の同じ変換器の特性が示されている。

この場合ヒステリシスは過補正され且つ約十０．０５％
となっている。

第９ａ図には、特性曲線の２つの分岐線がトリミング抵
抗器９の助けで実際上合致せしめられることが図示され
ている。

この抵抗器は補正巻線６からの信号の一部を除いて、そ
の残部分が測定巻線からの信号のヒステリシス成分と同
じ値を有するように作用する。

第８ｂ図および第９ｂ図において、測定用巻線と補正用
巻線のみが図示され且つ上記の２つの巻線の直列接続の
終端点がそれぞれ符号１２および１３で示されている。

第１０図には、鉄心１５と、１次巻線１６および１７と
、２次巻線１８とを有する整合変成器により補正用信号
と測定用信号とが集計される方法の一例が図示されてい
る。

補正用巻線６は１次巻線１６の調節自在な巻数に接続さ
れ且つ同様に測定用巻線４は１次巻線１７に接続されて
いる。

測定装置２は２次巻線１８に接続されている。

接触子１９および２０により上記集計の粗調節が行われ
る。

しかる後に、トリミング抵抗器９により微調節が行われ
る。

第１１図には、上記集計を達成するのに役立つ１対の増
幅器２１および２２が図示され、また上記増幅器の入力
側にはそれぞれ巻線４および６が接続されている。

また上記増幅器の出力信号は測定装置２が接続されてい
る集計装置２３に伝達される。

この配列のトリミングはインピーダンスと増幅の度合と
を制御することで行われる。

第１１図にしたかつ差集計装置の代りとなる装置が第１
２図に図示されている。

本例における補正用巻線とともに測定用巻線はそれぞれ
２つの並列コイル４ａ，４ｂおよび６ａ，６ｂから成っ
ている。

コイル４ａ内に誘導された信号は増幅器２１内で増幅さ
れ且つコイル４ｂを介して該増幅器の入力側へ戻される
。

コイル６ａ内で誘導された補正信号に同じ手順が使用さ
れる。

上記信号のこのフィードバックにより、前記変換器の内
部磁場が最小範囲変化される。

第１３図にはスウェーデン特許第２０２，５６１号ニし
たがった変換器へ適用された本発明が例示されている。

この変換器において、２つの巻線３および４が孔内に配
置され、且つ全ての孔は相互に関し直線上に横置してい
る。

前記補正巻線のための孔７および８を多くの各種の位置
に配置することができるが必要欠く可からざることは本
文の前文に述べられた必要条件が満足されることである
。

第１４ａ図には、２つのコイル３ａおよヒ３ｂから成る
磁化巻線と、４つの直列に接続されたコイル４ａ，４ｂ
，４Ｃおよび４ｄから成る測定巻線とを有する、スウェ
ーデン特許願第 ３５１，２９２号の明細書の第２図にしたがった変換器
が示されている。

第１４ｂ図にしたがった補正巻線６ａおよび６ｂと前記
コイルを接続することで本発明をこの変換器に適用する
ことができる。

独国特許願第１，２２０，６３５号の明細書には巻線が
第１５図にしたがって配列されている変換器が開示され
ている。

磁化巻線３は全く米国特許第２，８９５，３３２号の明
細書に開示されているとおりに配列されているが、測定
巻線は２つのコイル４ａおよび４ｂに分割され、これ等
のコイルは互いに垂直をなして位置決めされ且つ互いに
共同して、巻線３に垂直をなしている巻線に相当するよ
うに接続されている。

またこの場合、第１５図に示されているように配置する
ことができる孔７および８に補正巻線６を挿入すること
ができる。

信号の集計と回路のトリミングとを第１図に関連して述
べたとおりに行われる。

第１６ａ図には側面図で、また第１６ｂ図には第１６ａ
図のＢ−Ｂ線に沿って断面して矢印方向に見た図で示さ
れている変換器は２本の脚部２６で互いに結合された２
枚の圧力板２５から成っている。

２つのコイル２７から成る巻線が上記脚部の周りに配列
されている。

電流が通って流れる巻線２７からの磁場が弱い一方の板
２５の周囲近くに孔７，８が穿孔され且つ補正巻線６が
上記孔内に配列されている。

本例において、変換器は前記圧力板に作用する機械的力
に起因する誘導率を有する誘導リアクタンスとして作動
する。

変換器の誘導率の変化はたとえば第１６Ｃ図にしたがっ
たブリッジ結線により測定用信号に変換される。

上記ブリフジは変換器巻線２７ａと、平衡インダクタン
ス２７ｂと、整合変成器上の差動巻線１７とから成る。

整流、温度補正等のための装置から成る従来の種類の表
示装置２が前記変成器の出力巻線１８に接続されている
。

平衡インピータンス２７ｂのインピーダンスと、前記差
動巻線内の変成とは前記変換器が力Ｆ＝０により影響さ
れない場合前記ブリッジが実質上釣合わされているよう
に選択されている。

力Ｆの作用による上記変換器のインダクタンスの変化に
より不釣合が生成され、かくして力Ｆに依存した出力電
圧が生成される。

補正用巻線６からの信号が前に第１図で示されたものに
類似した前記整合変成器上の余分の巻線１６により前記
出力電圧に加えられる。

前記ブリフジの平衡が電圧、温度の変化およびその他の
不均衡効果により余り影響されないためには、インピー
タンスが変換器のインピーダンスと同様にこれ等の妨害
効果により影響されないように前記平衡インダクタンス
が設計されるを適当とする。

このことを達成する最も容易な方法は上記の作用中の変
換器と同じ設計の第２の変換器を平衡インダクタンスと
して使用することと、上記第２の変換器を測定されるべ
き力Ｆにより影響されずに同じ周囲の温度に作用される
ように前記変換器に接近して配置することとによる。

遊び変換器である前記第２変換器は補正用巻線を配備さ
れる必要がないが配備されてもよい。

その場合に上記遊び変換器の補正用巻線は作用変換器の
補正巻線６に対向して直列に接続され、このようにして
ゼＰ平衡に関する限りブリッジ結線内に完全対称を達成
する。

上記の結線は実施可能なブリッジ結線の一例に過ぎない
ことはもちろんである。

電気回路網理論を熟知している全ての者には明らかであ
る多数のその他のブリッジ結線により同じ主機能を達成
することができる。

各が剛固なマグネチツクカップリングにより第１６ａ図
に図示されている最初のものに接続されている付加的巻
線を遊び変換器のみでなく作用変換器に配備することで
、それ以上説明を必要としない実質上同じ作動モードを
有するさらに他の結合装置の可能性が提供される。

さらに開発された実施例において、ブリッジ結線内に含
くまれた２つの変換器を活動させるすなわちそれぞれ力
Ｆ１およびＦ２に作用されることが可能である。

その場合に、該装置の出力信号は２つの力の相互間の差
すなわちＦ１−Ｆ２に実質上左右される。

この種の配列は、たとえばトルク（偶力）を測定する場
合に、有用である。

またこの場合に本発明にしたがってヒステリシスの補正
を行うことも可能である。

第１７ａ図および第１７ｃ図には英国特許第１，２０１
，１１１号の明細書記載の変換器が図示されている。

両方の変換器は磁化巻線３ａおよび３ｂと、測定巻線４
ａおよび４ｂとを備えている。

これ等の巻線は、上記複数の対の中の実質上たゞ１対だ
け外的に加えられた力Ｆにより作用され、他方の１対は
基準として作用する。

本発明によれば、補正巻線６は孔７および８内に位置決
めされている。

原理として、これ等の巻線を巻線３および４に垂直で且
つ巻線３および４に関して対称的である場所を除いたい
かなる場所にも配置されることができる。

測定信号は、たとえば整合変成器内であるいは第１７ｂ
図および第１７ｄ図に示されているように直接的に集計
される。

これ等の図は磁化巻線３ａおよび３ｂおよび測定巻線４
ａ，４ｂおよびそれぞれ第１７ｂ図内の補正巻線６ａ，
６ｂ，さもなければ第１７ｄ図の補正巻線６の接続を図
示している。

この配列に普通の鉄心が符号１５で示されている。

孔７および８の選択位置が破線でマークされている。

この場合上記孔の１つは両方の巻線に共通であってもよ
い。

第１７ｃ図にしたがった変換器においては、複数の巻線
の対が並列に配置されているが１対は力Ｆによる影響が
無視し得るように配置されている。

補正巻線６は巻線の対３ｂ，４ｂに対称的に配置され且
つ集計が第１７ｄ図に示されているように行われる。

第１８ａ図および第１８ｂ図で明らかなとおり、米国特
許第３，６１３，４４２号の明細書記載によや変換器に
も本発明を適用することができる。

信号の集計は第１８ｂ図に図示され且つ前に述べられた
とおりに行われる。

本例においても孔７および８をビーム５の中性平面以外
のいかなる場所にも配置することができる。

第１９図には変換器の出力信号とこの出力信号をもたら
した力Ｆとの間の関係が例示されている。

この関係すなわち変換器の特性は理想的な場合には座標
の原点０を通る直線３０である。

上記直線の傾斜度は変換器の感度と呼ばれる。

実際上理想的な特性曲線３０からの偏差が非直線性ｂの
形と、ヒステリシスＣの形との両方で得られる。

実際に得られる特性曲線は２つの曲線部分３１の形を有
している。

「非直線性」なる術語は本文においてある大きさの値の
力Ｆにおける直線３０からの曲線部分３１の偏差を意味
して使用されまた「ヒステリシスＣ」なる術語は同じ点
における曲線部分３１の相互間の距離を意味して使用さ
れている。

本発明はＦが増加しあるいは減小Ｌつゝあるかにかゝわ
らす変換器があるＦの値において同じ出力信号Ｕを常に
与えるように上記２つの曲線部分３１を合致させること
を目的としている。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁化巻線と、測定用巻線と、補正用巻線とを特
殊の型式の磁気弾性変換器内に配列する原理を示した図
、第２図は無負荷変換器内の磁場の外観を示した図、第
３図は装架された変換器内の磁場の外観を示した図、第
４図は第１図にしたがって補正巻線を使用する他の方法
を示した図、第５図は互いに接続された多数のユニット
から構成された変換器のための巻線図、第６図は第５図
にしたがった巻線図の一変形を示した線図、第７ａ図お
よび第７ｂ図は未補正変換器のためのヒステリシス曲線
の外観を示した図、第８ａ図および第８ｂ図は補正巻線
がトリミング未処理である補正済変換器のためのヒステ
リシス曲線の外観を示した図、第９ａ図および第９ｂ図
は補正済で且つトリミング済の変換器のためのヒステリ
シス曲線の外観を示した図、第１０図は整合変成器によ
りヒステリシス成分を加算するための装置の概略線図、
第１１図は増幅器による集計を示した同様な概略線図、
第１２図は増幅器と、同時的磁気フィードバックとによ
る集計を示した同様な概略線図、第１３図〜第１８図は
多数の既知の変換器への本発明の適用の例を示した概略
線図、第１９図は変換器の出力信号と測定量との間の関
係を示したグラフである。 １・・・・・・交流電圧源、２・・・・・・測定装置、
３・・・・・・磁化巻線、４・・・・・・測定用巻線、
５・・・・・・変換器磁心、６・・・・・・補正用巻線
、７，８・・・・・・磁心の開口、９・・・・・・トリ
ミング抵抗器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鉄心と、この鉄心内に磁場を生成し且つ上記鉄心が
   機械的力により影響された場合に生ずる磁場の変化を感
   得するように前記鉄心内に配列された少くとも１つの巻
   線とかｄ成る種類の磁気弾性変換器からの測定信号内の
   ヒステリシスを補正するための装置において、前記鉄心
   に設けられた開口７，８で、磁場の強さが測定用巻線４
   のための開口の周りよりも著しく低くまた機械的応力状
   態が前記鉄心に作用する測定されるべき機械的力に左右
   される場所に位置決めされた開口７，８を通して巻付け
   られている少くとも１つの補正巻線６を前記鉄心５が備
   えてい乞ことと、上記配列が前記補正巻線６内に生成さ
   れた信号と、前記磁場の変化を感得する巻線４，４ａ，
   ４ｂ内に生成された信号とを加算するための装置を備え
   ていることと、上記加算は前記補正信号のヒステリシス
   成分が他方の信号のヒステリシス成分に対抗するように
   定められた信号の位相位置で行われることとを特徴とす
   る補正装置。