JPS5850394B2 - ひずみゲ−ジ用多点切換装置 - Google Patents

ひずみゲ−ジ用多点切換装置

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JPS5850394B2
JPS5850394B2 JP5754777A JP5754777A JPS5850394B2 JP S5850394 B2 JPS5850394 B2 JP S5850394B2 JP 5754777 A JP5754777 A JP 5754777A JP 5754777 A JP5754777 A JP 5754777A JP S5850394 B2 JPS5850394 B2 JP S5850394B2
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gauge
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arm
strain
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久 安藤
敏也 河田
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はひずみゲージ用多点切換装置の改良に関するも
のである。
多点のひすみゲージを順次切り換え測定するための従来
から存在する多点切換装置は、大きく分けて2種類ある
その一つは、20点分あるいは50点分の切換素子を1
台にまとめた多点切換装置の全測定点に、共通に3個の
ホイートストンブリッジ用アーム抵抗(以下単にアーム
抵抗という)を内蔵し、全測定点のゲージモードを同時
に1枚ゲージ法、2枚ゲージ法あるいは4枚ゲージ法の
いずれかに設定する方式(以下単に共通設定式という)
で、他の一つは、個々の測定点それぞれに3個のアーム
抵抗を持ち、各測定点ごとに1枚ゲージ法、2枚ゲージ
法あるいは4枚ゲージ法のいずれかに任意にゲージモー
ドを選択、設定することができる方式(以下単に単独設
定式という)である。
これらは、いずれも必要に応じて存在するものであるが
、それぞれ次の(1) 、 (3)に述べるような個有
の欠点をもっている。
(1)共通設定式の欠点 第1図はゲージモードを全測定点について、画一的に設
定する共通設定式の等価回路図で、Aは1枚ゲージ法(
3線式)、Bは2枚ゲージ法、Cは4枚ゲージ法のそれ
ぞれについて、ひずみゲージと多点切換装置によって構
成されるホイートストンブリッジ回路を示している。
Aに示すRgjは、被測定体に接着されるひずみゲージ
を表わしており、延長ケーブルL、、L2゜L3の抵抗
温度係数に基づく、零点変動をさけるため、通常、図の
ような3線式結線法を採用する。
■、■、■、■はひすみゲージの延長ケーブルを接続す
る端子を、51−1〜51−4で示す4個1組のスイッ
チは測定点切換用スイッチを、R1−R3はアーム抵抗
をそれぞれ示し、これらで構成されるホイートストンブ
リッジの1対の入力端子には、ブリッジ電源BVが、ま
た他方、1対の出力端子には増幅器(図は省略)が接続
される。
そして一点鎖線で囲んだ部分は、各測定点ごとに存在し
、一点鎖線外の回路は、全測定点に共用されることを示
している。
このような回路構成であるから、測定点切換用スイッチ
51−1〜51−3は、ひずみゲ゛−ジを含むホイート
ストンブリッジの辺内に位置する(ただし、4枚ゲージ
法の場合を除く)ので、その接触抵抗が小さく、かつ測
定点を切り換えるごとに生じる接触抵抗変化が極めて小
さいことが要求され、通常特別に設計、製作されたスイ
ッチが用いられている。
また第1図A、B、Cを通じて、ホイートストンブリッ
ジ辺内のアーム抵抗R1〜R3は、図示のようにゲージ
モードによって、さまざまに接続されるので、この接続
がえのため(第1図に円形の点線で示した部分が接続か
えられる。
)測定点切換用スイッチと同様な特性をもったスイッチ
が使用されている。
いま第1図Aに示す1枚ゲージ法を選択、設定したとき
を例にとれば、多点切換装置の全測定点が画一的に1枚
ゲージ法に限定されてしまい、いずれかの測定点で第1
図Bに示す2枚ゲージ法やCに示す4枚ゲージ法を用い
ようとしてもそれは不可能で、同様な理由でBに示す2
枚ゲージ法またはCに示す4枚ゲージ法を選択、設定し
たときも、それぞれ2枚ゲージ法または4枚ゲージ法の
みに限定されて、ゲージモードの混用は不可能である。
つまり、ゲージモードを共通設定式にした多点切換装置
は、アーム抵抗が全測定点に3個のみでよい反面、測定
点切換用スイッチとアーム抵抗切換用スイッチに、特別
仕様のものが要求されることと、測定点ごとに1.2,
4牧ゲージ等のゲージモードの混用が全く不可能である
という欠点があった。
(2)単独設定式の欠点 第2図は1,2.4枚のゲージモードを各測定点ごとに
、任意に設定できる単独設定式の等価回路図で、1点鎖
線内の回路を各測定点ごとにもっている。
A、B、Cに示す各ゲージモードごとの等価回路は、第
1図と同様1枚ゲージ法(3線式)、2枚ゲージ法およ
び4枚ゲージ法をそれぞれ示している。
この方式は第1図の共通設定式と異り、各測定点ごとに
3個のアーム抵抗をもっているので、ひずみゲージと、
アーム抵抗で構成するホイートストンブリッジの外側に
測定点切換スイッチ81−]〜51−4が位置し、第1
図の共通設定式に比べ、測定点切換スイッチの接触抵抗
とその変動については、それ程厳密さは要求されないが
、ゲージモードによって、さまざまに切り換えられるア
ーム抵抗の切換素子は、ホイートストンブリッジの辺内
を切り換えることになるため、共通設定式同様な特別仕
様の切換スイッチを各測定点に用いたり、あるいは第3
図に示すような形状をしたショートバーを各測定点に設
けて、第2図に円形の点線で示した部分に設けであるス
イッチ(図示せず)を切り換えて、ゲージモードの設定
回路により、測定誤差が生じないようにしている。
従って、単独設定式の多点切換装置は、第2図A、B、
Cに示すような接続方法で1点目1枚ゲージ法、2点目
2枚ゲージ法、3点目4枚ゲージ法というように、全く
任意にゲージモードを選択できる反面、各測定点に3個
ずつの精密なアーム抵抗を必要とし、また各測定点ごと
にゲージモードの設定、すなわちアーム抵抗の切り換え
を行うため、接触抵抗が小さく、かくその変動の微少な
ロータリスイッチまたは、第3図に示すようなねじ止め
式のショートバーを必要とし、極めて高価となり、ゲー
ジモードの設定に大変手間がか\るといった欠点がある
なお第3図は従来の単独設定式の多点切換装置・こ用い
られているゲージモード設定用ショートバーの動作説明
図で、1はショートバー 2は止メbじである。
本発明は、このような従来装置の欠点を排除して、全測
定点に共通に用いられる2個のアーム低元と、各測定点
に1個ずつ用意したアーム抵抗を功果的に用いて、精度
よくかつ経済的な方法で、罫独設定式の多点切換装置を
提供しようとするもつである。
以下図面により本発明の詳細な説明する。
第4図は本発明の一実施例を示す。
第4図Aにま黒1 、 A2 、A3にそれぞれ1点目
が1枚ゲージ法(3線式)、2点目が2枚ゲージ法、3
点目が4枚ゲージ法に選択設定された例を示し、1点鎖
線内に示した部分は、各測定点ごとに、それぞれ別個に
存在する部分を示し、他は全測定点に共用される部分を
示し、ている。
図中2点目、3点目の測定点に点線で示した部分は、1
点目の測定点に実線で示した回路が共用されるが説明の
都合上、点線で示したものである。
また左方のBYはブリッジ電源であり、十S。
−Sで示す2本の線は、ブリッジ電源電圧を規定値に保
つためのセンシングライン、すなわちホイートストンブ
リッジの入力端電圧を検出し、その入力端電圧と基準電
圧とを比較し両電圧に差が生じたとき、その入力端電圧
を一定とすべくブリッジ電圧を制御する回路(周知のた
め図示は省略)の入力部と第1のアーム抵抗R1の一端
および第2のアーム抵抗R2の一端とを結ぶリモートセ
ンシングラインである。
Smは1枚、2枚、4枚のゲージモード切換用スイッチ
で、ひずみ測定に先立って、あらかじめ設定されるゲー
ジモード設定スイッチに、 、 K2. K3・・・・
・・によって、そのON。
OFFが決定されるようになっている。
■、■、■、■、■はひずみゲージの延長ケーブルを接
続するための端子で、このうち■は1枚ゲージ3線式の
場合にのみ用いられる端子である。
ここで便宜上のを第1端子、■を第2端子、■を第3端
子、■を第4端子、■を第5端子と称することとする。
これらの端子■〜■とひすみゲージの延長ケーブルとの
結線を変えることによって1枚ゲージ法、2枚ゲージ法
、または4枚ゲージ法のいずれも設定可能である。
例えば、構造物の壁面のひずみ測定の場合は、1枚ゲー
ジ法を用いることが多いが、この1枚ゲージ法(1枚ゲ
ージモード)を選択設定する場合は、第4図AのA1に
示すように、ひずみゲージRg1−1の一端を第1端子
のに、他端を第2端子■および第3端子■にそれぞれ延
長ケーブルを介して接続する。
また2枚ゲージ法を選択設定する場合には、同図の嵐2
に示すように、一方ひずみゲージRg1−2の一端を第
1端子のに、他端を第2端子■に、他方のひずみゲージ
Rg 2−2の一端を第2端子■に、他端を第4端子■
に、それぞれ延長ケーブルを介して接続する。
さらに、4枚ゲージ法を選択設定する場合には、同図履
3に示すように、第1のひずみゲージRg1−sの一端
を第1端子のに、他端を第2端子■に、第2のひずみゲ
ージRg 2−3の一端を第2端子■に、他端を第4端
子■に、第3のひずみゲージRgs−3の一端を第4端
子■に、他端を第5端子■に、第4のひずみゲージRg
4− sの一端を第5端子■に、他端を第1端子のに
、それぞれ延長ケーブルを介して接続する。
51−1〜5l−6132−]〜52−6および53−
1〜53−6で示す6個1組のスイッチは、測定点切換
用のスイッチであり、以下説明を簡略化するため、1点
目の測定点について説明するが、2点目以降も同様な回
路である。
すなわち81−195l−5はひずみゲージを含むホイ
ートストンブリッジにブリッジ電圧を供給するためのス
イッチ、5l−2。
S、−4はアーム抵抗の接続を行って、ホイートストン
ブリッジを構成すると同時に、前記ブリッジ電圧を一定
に保つためのセンシングラインに電圧を与えるためのス
イッチ、5l−3t 5l−6はホイートストンブリッ
ジの出力を増幅器(図示せず)に導くためのスイッチで
ある。
なお、1枚ゲージ法、2枚ケージ法のときには、スイッ
チ5l−6の代わりに前記ゲージモード切換スイッチS
mが、ホイートストンブリッジの出力を増幅器に導くよ
うに作動する。
第4図Bはこれまで説明した1点目の測定点のようにゲ
ージモードが1枚ゲージのときの、ひずみゲージを含む
ホイートストンブリッジ回路を等何曲に示した説明図、
第4図C,Dは、2枚ゲージ法および4枚ゲージ法の場
合についての同様な説明図をそれぞれ示している。
なお第4図Aでは、測定点切換スイッチ51−1〜81
−6782−1〜52−6および53−1 ”” 53
−6は、非作動状態(測定点が選択されていない状態)
で示し、第4図B、C,Dにおいては、説明の便宜上、
測定点切換スイッチ51−1〜5l−6182−]〜5
2−6および53−1〜53−6を作動状態(測定点が
選択された状態)で示している。
以下第4図A、Hに基づいて、本発明の詳細な説明する
1枚ゲージに設定された測定点A1(1点目)が選択さ
れると、第4図Bに示すようにホイートストンブリッジ
回路が構成されるのは、前にも述べた通りであるが、こ
の場合、81−2181−4なる2個のスイッチは、ホ
イートストンブリッジの辺内をON 、OFFするため
、原則として他の切換スイッチ81−1.5l−3、S
、−sおよび8l−6(この場合、Smが81−6の代
わりをする)より安定な接触抵抗を示す切換スイッチ、
たとえば、水銀接点スイッチ等を使用するとともに、ア
ーム抵抗R4、R2は、ひずみゲージKg、−x、アー
ム抵抗R3−1に対し、それらの10倍位の抵抗値をも
った、たとえばIKΩ程度の精密抵抗を用いる(R3−
1はRgl−tの抵抗値と等しい精密抵抗である)。
このようにひすみゲージを含むホイートストンブリッジ
を構成すると、第4図Bに示す等価回路において、R1
+R2牛10 (Rg、 −1+ R3−1)であるか
ら、ひずみゲージRg1−tとアーム抵抗R3−1を含
む辺に流れる電流■1より、アーム抵抗R1* R2を
含む辺に流れる電流■2の方が約10分の1と小さくな
り、もともと低接触抵抗である切換スイッチ81−2
、81−4の特性と相まって、その両端における電圧降
下は非常に小さな値となるので、直列に接続された2個
のアーム抵抗R1゜R2の両端から、ブリッジ電圧のセ
ンシングラインを引き出しても、切換スイッチの接触抵
抗による影響でブリッジ電圧が規定値から、ずれてしま
うようなことがなく、常に正確な値に保つことが可能と
なる。
また、切換スイッチ81−2.5l−4は前述のように
、ホイートストンブリッジの辺内をON、OFFするが
、ON 、OFFする辺の抵抗値が大きく、このため5
l−2,83−4の接触抵抗変化は見掛上小さくなって
、従来のようにひずみゲージに直列に切換スイッチが入
る場合の10分の1程度の影響しか、あられれなくなり
、測定の精度は数段向上する。
なお切換スイッチ5l−1181−5は接触抵抗とその
変動が幾分多くても、ブリッジ電圧を一定に保つための
センシングライン+S、−Sが、このスイッチを経由し
たところでとられているので その影響はなくなり、常
に一定のブリッジ電圧が確保される。
一方、ホイートストンブリッジの出力を増幅器に導くた
めに測定点切換スイッチ5l−315l−6(5l−6
はこの場合は使用せずSmがそのはたらきをする。
)が用いらへスイッチ51−3およびゲージモード切換
スイッチSmは、その接触抵抗とそれらの変動が、測定
に誤差を混入することはあり得ない。
これは、増輻器の入力インピーダンスを十分大きな値に
保つ限り、ボーf−1ストンブリッジの出力端子から増
幅器の入力に向って流れ込む電流■3がほぼ零となって
、該スイッチ両端の電圧降下が無視できるからである。
ひずみ測定を開始する前に、あらかじめ設定されるゲー
ジモードの設定スイッチKI(R2+ R3・・・)は
、通常設定の容易なスライドスイッチまたはディジタル
スイッチ等を用いることができ、測定点が選択される瞬
間、ゲージモード切換スイッチSmをONまたはOFF
に切り換える役目をする。
そしてゲージモード切換スイッチSmはひずみゲージを
含むホイートストンブリッジの送向にはなく外部に存在
するので、測定点切換スイッチ81−1 。
81−3.5l−5、Si6とともに、安価なリレー接
点等でよく、経済的である。
以上、第4図A、Bに基づいて、1枚ゲージ法の場合を
例にとって本発明の詳細な説明したが第4図Cおよび第
4図りに示す2枚ゲージ法および4枚ゲージ法の場合も
、図から明らかなように回路記号が測定点番号に従って
順次くり上っているのみで、第4図A、Bと同一の回路
を使用しているので、詳細な説明は省略するが、前述と
同様の効果を期待できる。
以上説明したように、本発明のひすみゲージ用多点切換
装置は、従来のひずみゲージ用多点切換装置における共
通設定式、単独設定式なる二つのゲージモード設定方式
の長所をあわせもつのみならず、従来不可能づあった多
点切換装置のゲージモードの切り換えを、ひずみゲージ
を含むホイートストンブリッジの送向にて行わす、外部
で行うので、次に述べるような利点がある。
a、全測定点に共通に2個のアーム抵抗と、各測定点ご
とに1個のアーム抵抗のみで、各測定点を任意に1.2
.4枚ゲージ法に設定できるので、従来に比べて大幅に
コストダウンできる。
b、ホイートストンブリッジ内のひずみゲ゛−ジに直列
に測定点切換スイッチの接触抵抗や、特別な固定抵抗が
入らないので、ひずみゲージのゲージファクタが見掛上
低下することがない。
。 、1,2.4枚のゲージモードの切り換えがホイートス
トンブリッジの送向でなく、外部で行われるので、ゲー
ジモード切換スイッチが安価となり、また測定の精度が
向上する。
d、 6個1組の測定点切換スイッチのうち、特に低
接触抵抗を要求されるのは、共通アーム抵抗R,、R2
切換用の2個のみでよく、安価になる。
e、アーム抵抗Ri * R2をひずみゲージの抵抗値
の10倍程度に選ぶことにより、測定点切換スイッチの
接触抵抗変化の影響を、見掛は上1゜分の1程度に減ら
すことができる。
f、1,2.4枚ゲージのゲージモードの如何を問わず
、測定点を切り換える都度、ひずみゲージからの全延長
ケーブルを接または断にし、ひずみゲージに関する限り
、全測定点を共通に接続する線は皆無であるから、いず
れかのひずみゲージが絶縁不良になったとき、他の測定
点が測定不良になるというようなことがない。
g、ひずみゲージにブリッジ電圧を供給するスイッチ5
l−1、81−5182−1、82−5・・・・・・の
接触抵抗の影響をなくすため、低接触抵抗のスイッチ5
l−2181−4182−2182−4・・・・・・側
でブリッジ電圧をセンシングするので、常に一定の値に
ブリッジ電圧を維持することが可能となる。
なお本発明は以上説明した機能の他に多くの変更を加え
ることが可能であり、たとえば第4図Aに示したゲージ
モード設定器に1.に2.に3・・・・・・をひすみゲ
ージのゲージモードのみでなく、直流電圧測定、温度測
定、変位測定やあるいはその他の物理量測定に対しても
、それらの設定レンジを設け、それに応じて、多点切換
装置内の回路を切り換えたり、または測定装置側におい
て、物理量の単位等を表示、印字するために用いること
も可能である。
また、従来から存在する1点のひずみ測定装置のように
、ホイートストンブリッジの初期平衡調整器(可変抵抗
器と固定抵抗)を本発明の多足切換装置の各測定点ごと
に、それぞれ付加することも極めて容易に可能であり、
第5図にその一例を示す。
第5図の可変抵抗VR,と固定抵抗R4−1、および測
定点切換スイッチ51−1〜51−6と同時に作動する
切換スイッチ51−7が付加され、図のように結線する
ことによって、ひずみゲージのゲージファクタを見掛上
低下させることなく、初期平衡調整を手動で行うことが
可能となる。
このほか全測定点に共通に使用される2個のアーム抵抗
R1,R2を、それぞれ適当な比率で2個ずつに分割し
て、第6図に示すように校正用出力を取り出すようにし
、これによって、多点切換装置とその出力を増幅する増
幅器が何百米も離れて配置されても、測定系全体を一括
して校正することが可能となり、測定精度をさらに向上
させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はゲージモードを共通設定式とした従来の多点切
換装置の回路図、第2図はゲージモードを単独設定式と
した従来の多点切換装置の回路図、第3図は従来の単独
設定式の多点切換装置に用いられているゲージモード設
定用ショートバーの動作説明図、第4図は本発明多点切
換装置の一実施例図、第5図および第6図は本発明多点
切換装置の他の実施例図である。 1・・・・・・ショートバー、2・・曲止めねじ、+S
。 −8・・・・・・センシングライン 5l−115l−
2〜5l−6、81−7”曲スイッチ、82−1.52
−2〜82−6・・・・・・スイ’7チ、53−118
3−2 ”’−83−6”曲スイッチ、Sm・・・・・
・・1枚、2枚、4枚のゲージモード切換用スイッチ、
R3,に2.に3・・曲ゲージモード設定スイッチ、■
、■、■、■、■・・曲ひずみゲージの延長ケーブルの
接続端子、Rg ] −3。 Rgl 2 jRg22 r Rgl−3+ Rg2−
32Rg3−3+Rg 4−3・・・・・・ひずみゲー
ジ、BV・・曲ブリッジ電源、VR,・・・・・・可変
抵抗、R1s R2・・曲アーム抵抗、R3−] J
R3−21R3−3・・・・・・ブリッジのアーム抵抗
、R4−1・・・・・・固定抵抗。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ひすみ測定を行うために構造物等の被測定体に貼り
    付けられた多数のひずみゲージを順次切り換え測定を行
    うひずみゲージ用多点切換装置において、 1枚ゲージモードの場合、ひずみゲージの一端が第1端
    子に、他端が第2端子および第3端子にそれぞれ延長ケ
    ーブルを介して接続され、2枚ゲージモードの場合、一
    方のひずみゲージの一端が第1端子に、他端が第2端子
    に、他方のひずみゲージの一端が前記第2端子に、他端
    が第4端子にそれぞれ延長ケーブルを介して接続され、
    4枚ゲージモードの場合、第1のひすみゲージの一端が
    第1端子に、他端が第2端子に、第2のひずみゲージの
    一端が前記第2端子に、他端が第4端子に、第3のひず
    みゲージの一端が前記第4端子に、他端が第5端子に、
    第4のひずみゲージの一端が前記第5端子に、他端が前
    記第1端子に、それぞれ延長ケーブルを介して接続され
    るべく、各測定点ごとに集合配置された前記第1ないし
    第5端子からなる5個のひずみゲージ接続用端子と、互
    いに直列に接続されたホイートストンブリッジの2辺と
    なる第1および第2のアーム抵抗と、各測定点における
    ひずみゲージ接続用端子の前記第3端子と前記第4端子
    との間に接続された1枚ゲージ用アーム抵抗と 前記ひずみゲージおよび前記アーム抵抗を含めて構成さ
    れるホイートストンブリッジにブリッジ電源電圧を供給
    する2本の電源ラインと、前記ホイートストンブリッジ
    の出力を導出する2本の出力ラインと、 前記ホイートストンブリッジの電源端電圧を検出しその
    電圧と基準電圧とを比較し、両型圧に差が生じたときそ
    の電源端電圧を一定とすべく前記電源ラインに供給する
    電源電圧を制御する回路の入力部と、該回路の入力部と
    前記第1および第2アーム抵抗のそれぞれ一端とを接続
    する2本のリモートセンシングラインと、 前記電源ラインの一方と前記第1端子との間および前記
    電源ラインの他方と前記第4端子との間にそれぞれ設ゆ
    られた2個のブリッジ電圧供給用スイッチと、前記出力
    ラインの一方と前記第2端子との間および前記出力ライ
    ンの他方と前記第5端子との間にそれぞれ設けられた2
    個のホイートストンブリッジの出力切換用スイッチと、
    前記第1のアーム抵抗の一端と前記第1端子との間およ
    び前記第2のアーム抵抗の一端と前記第4端子との間に
    それぞれ設けられた2個のアーム抵抗切換用蓋ブリッジ
    電圧検出用スイッチ6個のスイッチをもって1組とし、
    各測定体ごとに集合配置され選択された1組が同時に作
    動する測定点切換スイッチと 前記第1アーム抵抗の他端と第2アーム抵抗の他端とを
    接続した接続点と前記出力ラインの一方との間に設けら
    れ、各測定点ごとに設けられたゲージモード設定スイッ
    チをあらかじめ1枚ゲージモードおよび2枚ゲージモー
    ドのいずれかのときオンとし、4枚ゲージモードのとき
    オフとなるゲージモード切換スイッチと、 からなり、前記測定点切換スイッチと前記ゲージモード
    切換スイッチとを順次各側定点ごとに同時に作動させる
    ことにより、あらかじめ設定されたゲージモードのホイ
    ートストンブリッジが順次形成され、そのホイートスト
    ンブリッジ出力を順次取り出し得るように構成したこと
    を特徴とするひずみゲージ用多点切換装置。
JP5754777A 1977-05-20 1977-05-20 ひずみゲ−ジ用多点切換装置 Expired JPS5850394B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0218877Y2 (ja) * 1985-07-18 1990-05-25
JPH0225077B2 (ja) * 1983-06-10 1990-05-31 Hitachi Ltd

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0225077B2 (ja) * 1983-06-10 1990-05-31 Hitachi Ltd
JPH0218877Y2 (ja) * 1985-07-18 1990-05-25

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JPS53143350A (en) 1978-12-13

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