JPS6037680Y2 - 測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、みすみ、変位、圧力等の物理量を測定するた
めの測定装置に関するものである。

土木計測において、コンクリートや鋼構造物の表面ひず
みや、コンクリートの内部応力等の物理量を測定する際
には、これらの物理量を測定すべき個所に、外力により
抵抗値の変化するひずみ抵抗素子（例えばカールソン形
検出器）を取付け、あるいは埋込み、このひずみ抵抗素
子の抵抗値の変化を測定することにより上記物理量を測
定することが一般に行なわれている。

第１図は、この種測定装置の一般的な構成を示すための
回路図であり、被測定個所に取付けられる例えばカール
ソン形検出器１には、第１及び第２のひずみ抵抗素子２
，３が直列に接続されており、これに外力Ｐが加わった
際、例えば第１のひずみ抵抗素子２には圧縮力が加わっ
て抵抗値が増大し、第２のひずみ抵抗素子３には引張力
が加わって抵抗値が減少するようにしておく。

しかもこの検出器１の端子４，５．６をケーブル？、
８． ９をそれぞれ介して受信器１０の端子１１．１
２．１３にそれぞれ接続し、この受信器１０においては
端子１１と１３との間に直流電源１４を接続するととも
に、抵抗器１５と可変抵抗器１６との直列回路を接続し
、さらに抵抗器１５と可変抵抗器１６との接続点と端子
１２との間にガルバノメータ１７を接続してホイートス
トンブリッジを構成しておく。

周知のように、このようなホイートストンブリッジにお
いては、ひずみ抵抗素子２と３との抵抗値の比と、抵抗
器１５と可変抵抗器１６との抵抗値の比とが等しくなれ
ば平衡し、ガルバノメータ１７に流れる電流が零となる
から、抵抗器１５として所定の標準抵抗器を用い、可変
抵抗器１６としてダイヤル付可変抵抗器を用いて抵抗値
を直読できるようにし、この可変抵抗器１６の抵抗値に
所定の比例定数Ｋを乗ずれば、ひずみ抵抗素子２．３の
外力Ｐによる抵抗値の変化を知ることができ、検出器１
の設置個所に生じたひずみ、変位、圧力等の物理量を測
定することができる。

しかし乍ら、上述の如き従来の測定装置においては、図
から明らかなように、ケーブル７．９がひずみ抵抗素子
２，３に直列に挿入されることになり、土木計測におい
ては、これらのケーブル７．９は数メートルから数１０
メートルに及んで極めて長く、また検出器やケーブルの
周囲温度も変化が大きいものであり、ひずみ抵抗素子２
，３の外力による抵抗値の変化は比較的小さいため、こ
れらのケーブルの抵抗値及びその周囲条件による変化が
測定値に著しく影響を与え、測定誤差が大きくなり、時
には測定誤差が数１０％に及び、正確で安定な測定がで
きないという欠点があった。

本考案は、上述の如き従来の測定装置の欠点を解消した
ものであって次のような測定装置を提供することを目的
とする。

〈イ〉 周囲の条件による影響を少なくし、正確にして
安定に物理量を測定しうる測定装置く口〉 検出器内の
抵抗素子の抵抗比もしくは抵抗値を簡単迅速に測定でき
る測定装置 以下図とともに本考案を説明する。

なお、以下において第１図と同一部分は同一符号で示し
、その説明を省略する。

〈イ〉 本装置の原理（第２図） 検出器１の端子４は、ケーブル１８．１９を介して受信
器２０の端子２１，２２にそれぞれ接続され、端子５は
、ケーブル２３を介して受信器２０の端子２４に接続さ
れ、端子６は、ケーブル２５．２６を介して受信器２０
の端子２７．２８にそれぞれ接続される。

この受信器２０においては、端子２１と２８との間に直
流電源１４が接続され、端子２２゜２４．２７は２重積
分型アナログディジタル変換器２９の入力端３Ｇ、３１
．３２にそれぞれ接続される。

この２重積分型アナログディジタル変換器２９は、公知
のものを使用することができ、この入力端３０と３１と
の間に印加される電圧Ｅ１と、入力端３１と３２との間
に印加される電圧Ｅ２との比ヒを出力もしくは表示する
ように構成されている。

ここで直流電源１４の電圧をＥｌひすみ抵抗素子２と３
の抵抗値をそれぞれＲ１とＲ２とするとき、ひずみ抵抗
素子２に印加される電圧Ｅ１は、１ Ｅｌ＝Ｒ□＋Ｒ２Ｅ であり、ひずみ抵抗素子３に印加される電圧Ｅ２は、 Ｅ２＝ ’ Ｅ Ｒ□＋Ｒ２ であるから、アナログディジタル変換器２９の恥＝Ｒ２ 出力は、 −となり、検出器１のひずみ抵ＥＩＲ工 抗素子の抵抗比がアナログディジタル変換器２９の出力
によって測定できることになり、前述の第１図について
説明した場合と同様に、検出器１の設置個所の物理量の
測定が可能となる。

ここで、この検出器１と受信器２０とを接続するケーブ
ル１８，１９，２３，２５，２６の有する抵抗が測定に
与える影響を考察してみると、ケーブル１８．２６の有
する抵抗は、端子４，６間に印加される電圧を低下させ
ることになるが、先の式から明らかな如く直流電源１４
の電圧Ｅは、測定値に影響を与えないものであり、この
ケーブル１８．２６による電圧降下は、電源電圧Ｅの変
動と等価であり、測定値に影響を与えることはない。

またケーブル１９，２３．２５の有する抵抗は、端子４
，５間及び端子５，６間の電圧値と、端子２２．２４間
及び端子２４．２７間の電圧値との間の誤差を生じさせ
ることになるが、アナログデイジタル変換器２９の入力
インピーダンスは極めて大きくすることができるので、
ケーブル１９．２３．２５に流れる電流は極めて小さい
ため、これによる電圧降下は測定値にくらべて極めて小
さく、ケーブル１９，２３．２５の抵抗値が大きくても
測定値に与える影響は極めて小さい。

実験によれば、測定誤差は０．１％程度であった。

〈口〉 スイッチ回路（第３図） 第２図の受信器２０内には端子２１と直流電源１４との
間に第３の抵抗素子となる標準抵抗器３３を挿入接続す
る。

更に次の３種類のスイッチを連動するスイッチ回路を設
ける。

（４）この標準抵抗器３３を短絡するか否かを切換える
スイッチ３４ （Ｂ） アナログディジタル変換器２９の入力端３０
を端子２２に接続するか直流電源１４と標準抵抗器３３
との接続点に接続するかを選択するスイッチ３５ （Ｃ） アナログディジタル変換器２９の入力端３１
を端子２４に接続するか端子２２に接続するかを選択す
るスイッチ３６゜ 〈ハ〉 スイッチ回路の作動 （Ａ）３個のスイッチ３４，３５，３６が第２図の如く
切換えられている場合には、標準抵抗器３３は短絡され
、アナログディジタル変換器２９の入力端３０は端子２
２に、入力端３１は端子２４にそれぞれ接続されており
、第２図と全く同様の構成となり、ひずみ抵抗素子２，
３の抵抗値の比を測定することができる。

（Ｂ）３個のスイッチ３４，３５．３６を図示と逆に切
換えた場合には、標準抵抗器３３が接続され、アナログ
ディジタル変換器２９の入力端３０は直流電源１４に、
入力端３１は端子２２にそれぞれ接続される。

ここで標準抵抗器３３の抵抗値をＲｓ、ひずみ抵抗素子
２，３の抵抗値をＲ１，ＲＲ２、電源１４の電圧をＥと
すれば、アナログディジタル変換器２９の入力端３０．
３１間の電圧は、 Ｒｓ Ｅ’＝Ｒｓ＋Ｒ０＋Ｒ２Ｅ となり、入力端３１．３２間の電圧は、 Ｒ＋Ｒ Ｅ２＝Ｒ８＋Ｒ□＋Ｒ２Ｅ となる。

従って、アナログディジタル変換器２９の出力は、 Ｅ２−供一」−となり、抵抗値Ｒｓを適当に選ＩＲ８ 定することにより、第１及び第２のひずみ抵抗素子２，
３の全体の抵抗値を直読することができる。

なお、上記の実施例においては、スイッチ３４．３５．
３６を図示と逆に切換えた時に、ケーブル１８が標準抵
抗器３３と直列に挿入されることになり、このケーブル
１８の抵抗の影響が測定値にあられれることになるが、
この標準抵抗器３３の抵抗値Ｒｓを充分大きく選定すれ
ば、ケーブル１８の影響は無視できる程度に小さくする
ことができる。

また、上記スイッチ３４，３５．３６よりなるスイッチ
回路は一例を示すものであり、本考案の目的を遠戚する
ために種々の変形が可能であることは云うまでもない。

本考案の測定装置は、叙上の如き構成であるから次のよ
うな効果を期待できる。

〈イ〉 検出器と受信器とを接続するワイヤーの抵抗値
及び検出器やケーブルの周囲温度の変動に影響されるこ
となく正確に測定できる。

〈口〉 電源電圧の変動は測定値に全く影響を与えない
ので、電源に特に精密なものを必要とせず、回路を簡略
化することができる。

〈ハ〉 抵抗値の測定のためには標準用の第３の固定抵
抗Ｒｓを使用しているので、標準電圧、標準電流等を得
るための複雑な回路を使用することなく、安定な測定を
行なうことができる。

〈二〉 簡単な切換スイッチを用いるのみで、検出器内
の抵抗素子の抵抗比の測定と抵抗値の測定とを簡単迅速
に行なうことができる。

〈ホ〉 回路構成が簡単で使用部品が少ないため消費電
力が少なく、携帯用の指示計に適する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の測定装置を示す回路図、第２図は本考案
の原理を示す回路図、第３図は本考案の一実施例を示す
回路図である。 １・・・・・・検出器、 ２゜ ３・・・・・・ひずみ抵抗素子、 ４゜ ５゜ ６゜ ２１゜ ２２゜ ２４゜ ２７゜ ２８・・・・・・ 端子、 １８゜ １９゜ ２３゜ ２５゜ ２６・・・・・・ケープ ル、１４・・・・・・直流電源、２０・・・・・・受信
器、２９・・・・・・アナログディジタル変換器、 ３０゜ ３１゜ ２ ・・・・・・入力端、 ３３・・・・・・標準抵抗器、 ３４゜ ３５゜ ３６・・・・・・スイッチ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 測定する物理量に応じて抵抗値が変化する第１および第
   ２の抵抗素子の直列回路、よりなる検出器、 第１と第２との入力端子間の電圧と、第２と第３との入
   力端子間の電圧との比をデジタルに変える二重積分型ア
   ナログディジタル変換器と、直流電源とよりなる受信機
   、 前記の抵抗素子の直列回路の一端と、前記受信機の第１
   端子とを接続するケーブル、 前記の抵抗素子の直列回路の他端と、前記直流電源の一
   端に接続された受信機の第５端子とを接続するケーブル
   、 同じ直列回路の各端と前記受信機の第２端子および前記
   変換器の第３の入力端子に接続された第４端子とを接続
   するケーブル、 前記の第１の第２の抵抗素子の接続点と前記受信機の第
   ３端子とを接続するケーブル、 前記受信機の第１端子と前記直流電源の他端とを接続す
   る標準抵抗器の両端を短絡するスイッチ、 前記直流電源と標準抵抗器との接続点と、受信機の第２
   端子とを切りかえて前記変換器の第１の入力端子に接続
   するスイッチ、 前記受信機の第３端子と第２端子とを切りかえて前記変
   換器の第２の入力端子に接続するスイッチ、 とより構成した測定装置。