JPS6036638B2 - 測定装置 - Google Patents

測定装置

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JPS6036638B2
JPS6036638B2 JP51102146A JP10214676A JPS6036638B2 JP S6036638 B2 JPS6036638 B2 JP S6036638B2 JP 51102146 A JP51102146 A JP 51102146A JP 10214676 A JP10214676 A JP 10214676A JP S6036638 B2 JPS6036638 B2 JP S6036638B2
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ラルフ・ゲール・ウオツシユバーン
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SHITSUPIKAN OOSHAN SHISUTEMUSU Inc
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SHITSUPIKAN OOSHAN SHISUTEMUSU Inc
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/14Measuring resistance by measuring current or voltage obtained from a reference source
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G01K7/20Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
    • G01R17/10AC or DC measuring bridges
    • G01R17/105AC or DC measuring bridges for measuring impedance or resistance

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気的抵抗値が測定されるパラメータの関数
として変化するセンサーが、ブリッジ回路の設計で電気
的インピーダンスを考虜する必要のある程度に可成り長
い伝送線路を介してブリッジ回路の1つのアームに電気
的に接続されている型式の測定装置に係るものである。
本発明は、特に水温を測定するのにサーミスタが使用さ
れる海洋学的にシステムに応用でき米国特許第3221
556号、第3339407号および再発行持許第27
103号の各明細書に記載された型式の測定システムの
改良に係るものである。本発明を応用することが可能な
多くの測定システムは、一般に、ブリッジ回路の第2の
アームに接続された第2の長い伝送線路を含み、2つの
伝送線路は、等しい低抗値Rcを有し、また測定システ
ムの作動中如何なる抵抗変化も両方の伝送線路に等しい
影響を与えるように構成されている。ブリッジ回路の第
3と第4のアームは、第1と第2の制御糠点で第1と第
2のアームにそれぞれ接続されている。基準電圧はブリ
ッジ回賄に与えられ、ブリッジ回路のアームにおける電
流を制御するとによりブリッジ回路を平衡させるために
、アクティブ制御回路が設けてある。次いでブリッジ電
流が測定されるパラメータの値を表示する読出し値を出
力する。本発明はブリッジ回路に対して基準電圧と、ス
ケール・オフセット電圧と、動作電圧と、を供給するの
に接地されるが好ましい単一の電源の使用を可能にする
非接地すなわち浮動基準電圧源を使用する必要がない。
このようなブリッ回路のいくつか(それぞれが自体のセ
ンサーを含んでいる)を並列に構成して、それらに同一
の電源を使用できる。基準電圧源とセンサーとは、共通
の接地点を有する、すなわち海水にアースされている。
ブリッジ回路は、精度が高くしかも信頼でき安価でもあ
る。センサーの低抗値Rsを表わす出力電圧Eoは、ブ
リッジ回路から直接電気的に(たとえば、電気機械的サ
ーボを介してでなく)謙出される。要約すると、本発明
の特徴は、ブリッジ回路の改良にあり、具体的には、測
定されるパラメータの関数として電気抵抗値が変化する
センサーと、ブリッジ回路と、を備え、該ブリッジ回路
が、第1の制御接点と接地点との間に接続された第1の
アーム内にある前記センサーと、前記接地点と第2の制
御鱗点との間に接続された第2のアーム内にある導線と
、前記第1の制御授爵こ一端が接続された第3のアーム
と、前記第2の制御接点に一端が接続された第4のアー
ムと、から成る測定装置において;前記ブリッジ回路の
前記第3のアームは、前記第1の制御援点と第1の電流
導入接点との間に接続され;前記ブリッジ回路の前記第
4のアームは、前記第2の制御接点と第2の電流導入接
点との間に接続され;基準電圧源が設けられ;第1のア
クティブ制御回路は、3つの入力端子が前記第1及び第
2の制御接点と前記基準電圧源とにそれぞれ接続され、
前記第1の制御接点と前記第2の制御接点との間の電位
差を前記基準電圧源の電圧の半分に等しい予め定めた電
圧値に維持できる制御された電流を前記第1の電流導入
接点に出力として与えるように、出力端子が前記第1の
電流導入接点に接続され;第2のアクティブ制御回路は
、入力端子が前記第1の電流導入援点に接続された前記
第1のアクティブ制御回路からの出力端子に接続され、
出力端子が前記第2の電流導入接点に接続され、そして
前記第2の電流導入接点に与えられる電流を前記第1の
電流導入接点に与える前記制御された電流と同じ村値に
維持し且つ前記第1の電流導入接点と前記第2の電流導
入接点との間の電位差を前記予め定めた電圧値と等しい
電圧値に維持する回路であり;出力回路は、入力端子が
前記第1のアクティブ制御回路の出力端子と、前記制御
された電流に比例する出力信号を出力端子から出せるよ
うな前記第1のアクティブ制御回路の特定点と、にそれ
ぞれに接続されている。
更に、本発明によれば前記出力回路は、第1の入力端子
が前記第1の電流導入接点に接続され、第2の入力端子
が前記第2の制御接点の電圧の2倍に等しい電圧を出力
する前記第1のアクティブ制御回路内の特定点に接続さ
れ、第3の入力端子が前記基準電圧源に接続され、また
前記出力回路は、前記第2の制御接点の電圧とは無関係
で且つ前記基準電圧源から与えられる選択されたスケ−
ル・オフセットを含む出力信号を出すように前記第1、
第2及び第3の入力端子に現われる信号を組合わせる回
路を備え、前記測定装置の出力が測定温度スケールの下
限における基準電の変動に対して安定化される。
本発明によれば、第1及び第2のアクティブ制御回路は
演算増幅器を備え、基準電圧は、これらの演算増幅器の
作動電源から供給される。
第1のアクティブ制御回路は、非反転入力と反転入力と
を有する演算増幅器を備え、非反転入力は、前記基準電
圧源からの電圧入力Erを受けるように接続され、同時
にバッファを介して抵抗値RCを流れる電流に対応する
電圧入力Ecを受けるように前記第2の制御接点に接続
され、反転入力は、第1の制御接点に接続され、第3の
アームは、前記演算増幅器の負のフィードバック・ルー
プとして接続され且つ選択された低い温度Toで抵抗値
Rsに等しく選択された抵抗値を有し、それによって、
前記演算増幅器の出力は、温度Toで電圧Ec+がrと
なる。出力回路は、前記バッファと前記基準電圧源とか
らそれぞれ第1及び第2の入力、Ec及び波rを受け、
第1のアクティブ制御回路の演算増幅器の出力を第3の
入力として受けるように穣競され、また測定装置の電圧
出力が温度Toでゼロとなるように前記第3の入力から
前記第1及び第2の入力の和を減算する回路を備えてい
る。センサーの一方の側と前記基準電圧源の一方の側と
は共に接地され、該センサーは直列に接続されたサーミ
スタと直線化抵抗器より構成される。伝送線路は対のワ
イヤ・ケーブルの形態である。本発明によれば、それぞ
れがセンサーを備えた複数のブリッジ回路を設け、これ
らのブリッジ回路に対して電源を1つの共通の基準電圧
源として接続できる。
実施例によっては、ケーブルの一部は深海温度記録計の
プローブ内に巻回される。
本発明のその他の利点と特徴とは添付図面を参照して好
ましい具体例について説明することにより理解できよう
第1図は参照すると、深海温度記録計のブローブ10は
、サーミスタ12を支持し、このサーミスタの端子は、
プローブと測定部所20(たとえば、船)との間に延び
ている対の絶縁された磁石ワイヤ・ケーブル18の鋼製
ワイヤ14,16にそれぞれ接続されている。
全体のシステムは、例えば米国特許第3221556号
明細書に記載された型式のものであり、プローブ中と測
定部所20とにはプローブが移動中の船から変位できる
ようにする適当な巻き装置を含み、サーミス夕への回路
を完成するため海中の電極22と海水戻りパスとを使用
するこのような測定システムは、本発明の原理を有利に
具体化した多くの測定システムの1例である。ケーブル
18とサーミスタ12とは測定ブリッジ回路23の一部
を形成成し、この回路は、端子25,26で、サーミス
タ12が感知した温度をわす直流出力電圧虫oを与える
この出力電圧虫oは、たとえば議取りメータを駆動した
りまたはコンピュータに送るのにも使用できる。抵抗器
24は、サーミスタ12に直列に接続され、測定される
温度範囲にわたりサーミスタ12の抵抗値Rtの範囲の
中間値に選択した抵抗値R.を有しており、公知のサー
ミスタ出力直線化回路の原理に従って、出力電圧−温度
関係を1次関数として与える。このように、出力電圧E
oは、サーミスタ12と抵抗器24との合成抵抗値Rs
の関数であり、その意味において、抵抗器24は、セン
サーの一部分を形形成していると考えられる。ブリッジ
回路23の第1アーム27は、直列に接続された、ワイ
ヤ14とサーミスタ12と抵抗器24とにより形成され
ている。
第2のアーム28はワイヤ16により形成されている。
第3と第4のアーム32,33は、それぞれ同じ値Rの
抵抗器37,38により形成されている。制御穣点30
が第1及び第3のアーム27,32を接続している。制
御接点31が第2及び第4のアーム28,33を接続し
ている。第3及び第4のアームム32,33はそれぞ別
別の電流導入接点34,35に接続されている。ケーブ
ル18が長いために、作動中のワイヤ14,16の抵抗
値の変化ならびに海中の電極22の抵抗値の変化は、ブ
リッジ回路に電気的に影響を与えるのに十分である。
しかしながら、これらのワイヤが等しい抵抗値Rc(R
cは第1及び第2のアーム27,28に共通する電極2
2の抵抗値を含む)を有するようにし、これらのワイヤ
をブリッジの対向したアームに接続し(海中の電極をこ
れらのアームに共通して)、またこれらのワイヤを抵抗
値を変化させる任意の物理的条件(たとえば、伸び)に
等しくさらされるように単一のケーブルに収納すること
により、出力電圧Eoは、システムの作動中に抵抗値R
cの変化とはほぼ無関係になる。演算増幅器A−1は、
ブリッジ回路の各アームに流れる電流を等しく維持する
アクティブ・ブリッジ平衡素子として機能するように接
続される。
この目的のために、アクティブ制御回路40(A−1を
含む)は、制御接点30及び31からの入力、及び接地
(海水に)された安定な基準電圧源41(基準電圧Er
の2倍に等しい電圧を供給する)からの入力、に接続さ
れ、その出力は電流導入接点34に接続され、そこに制
御された電流1を与える。アクティブ制御回路42は、
基準電圧源41からの入力と、2つの電流導入接点34
及び35からの入力とを受け、その出力として電流導入
接点35へ制御された電流1に等しい電流を与えるよう
に接続される。アクティブ制御回路42に対して、電流
導入接点35は、そこに電流1が与えられるように接続
された出力端子として機能するが、同時に電流導入接点
35から抵抗器66を介してアクティブ制御回路42へ
戻されるフィードバックループがあるので、電流導入接
点35は、アクティブ制御回路42の入力端子としても
機能する。アクティブ制御回路40は、センサー12、
或いはワイヤ14及び16の抵抗値の変化に拘らず、制
御接点30及び31間の電位差を電圧値Erに維持する
同様に、アクティブ制御回路42は、電流導入接点34
及び35間の電位差を電圧値Erに維持する。出力回路
43は、ブリッジ回路の電流の測定を可能にするアクテ
ィブ制御回路40からの入力を有し、それにより、ブリ
ッジ回路の電流、それ故プローブがさらされる温度、を
示す出力電圧Eoを端子25,26に与える。出力回路
43への追加の入力は、以下に説明するように、スケー
リング、伝送ワイヤ抵抗によるインピーダンスの調整、
精度の向上、を目的とするものである。更に詳述すると
、アクティブ制御回路40は、演算増幅器A−1及びA
−3、関連の抵抗器44−47を備えている。
制御接点31(抵抗Rcを流れる電流に相当する電圧E
cにある)は、演算増幅器A−3の非反転入力に薮綾さ
れる。演算増幅器A−3は、バッファとして機能し、(
抵抗器44及び45を適当に選択することにより)利得
2の増幅器として機能する。演算増幅器A−3の出力(
班c)は抵抗器46及び47より成る分圧器の一端に印
加され、基準電圧源41からの電圧がrはその分圧器の
池端に印加される。演算増幅器A−1のフィードバック
ループであるブリッジ回路の第3のアーム抵抗器37を
設けることで演算増幅器A−1の制御された電流出力1
を電流導入接点34に与える間に、分圧器の中間点48
からの電圧(Ec十Erに等しい)は演算増幅器A−1
の反転入力に与えられる。従って、演算増幅器A−1は
、第1及び第3のアーム27及び32を流れる電流1を
制御し、それによって制御接点30の電圧はEc+Er
に等しくなる。このようにして、制御接点30の電圧は
、制御接点31の電圧より予め定められた電圧Erだけ
高い値に維持される。アクティブ制御回路42は、演算
増幅器A−2と、その関連の利得制御用の抵抗器60,
62,64,66と、を備えている。
電流導入接点34の電圧(E34=Ec+Er+IRで
与えられる)は、抵抗器60及び62で構成される分圧
器に印加される。この分圧器の中間点からの電圧は、基
準電圧源41からの電圧犯rが抵抗器64を介して演算
増幅器A−2の反転入力に与えられている間に、その非
反転入力に直接印加される。抵抗器60,62,64及
びフィードバック抵抗器66の抵抗値は、演算増幅器A
−2の制御された電流出力1が、E34一Er=Ec+
IR、の関係を維持するように選択され、この電流出力
はブリッジ回路のループを完成するために電流導入接点
35に与えられる。演算増幅器A−2の機能は、電流導
入接点34よりErだけ低い電圧に電流導入接点35を
維持することである。従って、ブリッジ回路は、第1及
び第3のアーム27,32を流れる電流1が、第2及び
第4のアーム28,33を流れる電流に等しく、基準電
圧Erに等しいセンサー抵抗値Rsの電圧降下(Es)
を与えるような条件で、平衡状態となる。出力回路43
は、加算器/減圧器の演算増幅器A−4と、関連の抵抗
器74−76,78−80とで構成される。
演算増幅器A−1の出力(Ec十Er+IR)は抵抗器
74に印加され、この低抗器は抵抗器76と共に分圧器
を形成する。この分圧器の中間点75は演算増幅器A−
4の非反転入力に接続される。演算増幅器A−3の出力
(斑c)は抵抗器78に印加され、この抵抗器は抵抗器
79と共に分圧器を形成する。
この分圧器の中間点77は、抵抗器80を介して基準電
圧源41に接続され、更に、演算増幅器A−4の反転入
力に直接接続される。抵抗器74,76及び抵抗器78
,79,80の値は、抵抗器74,78,80をそれぞ
れ介して出力回路43に印加される3つの電圧が演算増
幅器A一4の各入力で1:0.5:1の比率でスケール
されるように選択される。演算増幅器A−4は、電圧値
Ecと斑rとを加算し(Ec+波r)、この和を演算増
幅器A−1の出力(Ec十Er+m)から減算し、演算
増幅器A−4の出力にEo=IR−Erを与える。この
ようにして、演算増幅器A−3から演算増幅器A−4へ
の入力は、電圧値Ecとは無関係に出力電圧Eoを与え
、基準電圧源41から演算増幅器A−4への入力は、演
算増幅器A−1の出力から電圧値Erを相殺するだけで
なく更に電圧値−Erに等しいスケール・オフセットを
も与える。所望の測定スケールにおける選択された最低
の温度Toで、抵抗器37及び38に共通の抵抗値Rを
抵抗値Rsに等しく選択することによって、演算増幅器
A−1の出力における電圧値IRは、温度Toで電圧値
Es(それ故、Er)に等しくなる。
従って、温度Toでの演算増幅器A−4の出力(Eo)
はゼロとなり、これは好ましい議出し状態を与える。オ
フセット電圧は、所望望の議出しスケーリングを与える
ばかりでなく、また演算増幅器A−4に印加される電圧
が容易に利用できる演算増幅器の動作範囲内にあること
を保証する。
ブリッジ回路の電流を標準化し且つ出力オフセットを与
えるために同一の基準電圧源41を使用することによっ
て、出力電圧虫oは、測定スケールの低温部で精製を劣
化させる電圧Erの変動を生じさせずに安定化される。
演算増幅器A−3は、制御接点31と出力回路43との
間のバッファとして機能する。基準電圧源41が接地さ
れた端子に接続されることによって、基準電圧は、演算
増幅器に動作電力を供給するために使用される同一の電
源P(第1図)から与えられる。
更に、第2図に示されたように、例えば海洋の種種の深
度で温度を連続的に測定するために、各各がサーミスタ
を自蔵する複数の測定ブリッジ回路に対して、単一の電
源を‐使用できる。基準電圧源41′は、全てのブリッ
ジ回路23a,23b,23c,23dに電力を供給し
、各ブリッジ回路は、長くて重いゲージ用の対の伝送ワ
イヤ14a一14d、16a−16d、及びサーミスタ
12a−12dを備えている。各ブロック20a−20
dは、第1図に示された船内の測定部所20の回路を示
し、各出力電圧は端子25a−25d、26a−26d
に与えられる。海水戻りパスの代りに、戻りワイヤ90
は、各サーミスタに接続されたブランチ90a−90d
を有している。種種のワイヤは単一のケーブル92とし
て構成される。共通の基準電圧源を使用することは、経
済的であるばかりでなく、更に電圧Erの変動は全ての
ブリッジ回路に等しく影響を与えることを保証する。典
型的な第1図の具体例の抵抗値(オーム)は次の如くで
ある。Rt…・・・280Fで18308から96Fで
3193までの範囲R.
・・・・・・5607R
・・・・・・23915Rc
・・・・・・10K
R46 47 ・・・・・
・16.9KR44,45
・・・・・・8250R60,66
・・・・・・・・…・lmKR62,64
,79 ・・・20
KR78 …・・・・・・・
・・・・・・・・・・・10992R74,80
・・・・・・・・・・・・549
6R76 ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・7094
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を具体化した測定装置の線図、第2図は
本発明のマルチ・ブリッジの具体例の線図である。 10”“”センサー、14,16”””ワイヤ、23・
・・・・・ブリッジ回路、27・・・第1アーム、28
…・・・第2アーム、30・・・・・・第1の制御接点
、31・・・・・・第2の制御接点、34…・・・第1
の電流導入接点、35・・・・・・第2の電流導入接点
、37・・・…第3アーム、38……第4アーム、40
……第1のアクティブ制御回路、41・…・・基準電圧
源、42・・・…第2のアクティブ制御回路、43・・
・・・・出力回路。 FIGI FIG2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 測定されるパラメータの関数として電気抵抗値が変
    化するセンサーと、ブリツジ回路と、を備え、該ブリツ
    ジ回路が、第1の制御接点と接地点との間に接続された
    第1のアーム内にある前記センサーと、前記接地点と第
    2の制御接点との間に接続された第2のアーム内にある
    導線と、前記第1の制御接点に一端が接続された第3の
    アームと、前記第2の制御接点に一端が接続された第4
    のアームと、から成る測定装置において、 前記ブリツ
    ジ回路の前記第3のアームは、前記第1の制御接点と第
    1の電流導入接点との間に接続され、 前記ブリツジ回
    路の前記第4のアームは、前記第2の制御接点と第2の
    電流導入接点との間に接続され、 基準電圧源が設けら
    れ、 第1のアクテイブ制御回路は、3つの入力端子が前記
    第1及び第2の制御接点と前記基準電圧源とにそれぞれ
    接続され、前記第1の制御接点と前記第2の制御接点と
    の間の電位差を前記基準電圧源の電圧の半分に等しい予
    め定めた電圧値に維持できる制御された電流を前記第1
    の電流導入接点に出力として与えるように、出力端子が
    前記第1の電流導入接点に接続され、 第2のアクテイ
    ブ制御回路は、入力端子が前記第1の電流導入接点に接
    続された前記第1のアクテイブ制御回路の出力端子に接
    続され、出力端子が前記第2の電流導入接点に接続され
    、そして前記第2の電流導入接点に与える電流を前記第
    1の電流導入接点に与えられる前記制御された電流と同
    じ値に維持し且つ前記第1の電流導入接点と前記第2の
    電流導入接点との間の電位差を前記予め定めた電圧値と
    等しい電圧値に維持する回路であり、 出力回路は、入
    力端子が前記第1のアクテイブ制御回路の出力端子と、
    前記制御された電流に比例する出力信号を出力端子から
    出せるような前記第1のアクテイブ制御回路の特定点と
    、にそれぞれ接続されている、ことを特徴とする測定装
    置。 2 特許請求の範囲第1項記載の測定装置において、前
    記出力回路は、第1の入力端子が前記第1の電流導入接
    点に接続され、第2の入力端子が前記第2の制御接点の
    電圧の2倍に等しい電圧を出力する前記第1のアクテイ
    ブ制御回路内の特定点に接続され、第3の入力端子が前
    記基準電圧源に接続され、また前記出力回路は、前記第
    2の制御接点の電圧とは無関係で且つ前記基準電圧源か
    ら与えられる選択されたスケール・オフセツトを含む出
    力信号を出すように前記第1、第2及び第3の入力端子
    に現われる信号を組合わせる回路を備え、前記測定装置
    の出力が測定温度スケールの下限における基準電圧の変
    動に対して安定化されることを特徴とする前記測定装置
JP51102146A 1975-08-27 1976-08-26 測定装置 Expired JPS6036638B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US608030 1975-08-27
US05/608,030 US4025847A (en) 1975-08-27 1975-08-27 Measurement system including bridge circuit

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