JPS622484Y2 - - Google Patents
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- JPS622484Y2 JPS622484Y2 JP6841179U JP6841179U JPS622484Y2 JP S622484 Y2 JPS622484 Y2 JP S622484Y2 JP 6841179 U JP6841179 U JP 6841179U JP 6841179 U JP6841179 U JP 6841179U JP S622484 Y2 JPS622484 Y2 JP S622484Y2
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- Japan
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- resistor
- resistors
- resistance
- bridge circuit
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
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Landscapes
- Measurement Of Force In General (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
本考案は、例えば力、ひずみ、変位、圧力など
の機械量をひずみゲージで検出し、電気信号に変
換する変換増巾器に関するものである。
の機械量をひずみゲージで検出し、電気信号に変
換する変換増巾器に関するものである。
第１図は従来公知のこの種の変換増巾器の接続
図である。図において、R1〜R4はブリツジ接続
されたひずみ抵抗で、対辺の抵抗R1，R3は例え
ば圧力が加わつたとき圧縮ひずみが加わつてその
抵抗が減少するように、また、抵抗R2，R4は圧
力が加わつたとき引張ひずみが加わつてその抵抗
が増大するようになつている。これらひずみ抵抗
R1〜R4で構成されたブリツジ回路Ｂの電源端に
は定電圧電源Ｅが接続され、検電端は差動増巾器
OPの入力端に接続されている。r1は差動増巾器
の帰還抵抗、r2は入力抵抗である。
図である。図において、R1〜R4はブリツジ接続
されたひずみ抵抗で、対辺の抵抗R1，R3は例え
ば圧力が加わつたとき圧縮ひずみが加わつてその
抵抗が減少するように、また、抵抗R2，R4は圧
力が加わつたとき引張ひずみが加わつてその抵抗
が増大するようになつている。これらひずみ抵抗
R1〜R4で構成されたブリツジ回路Ｂの電源端に
は定電圧電源Ｅが接続され、検電端は差動増巾器
OPの入力端に接続されている。r1は差動増巾器
の帰還抵抗、r2は入力抵抗である。
この回路において、r1＝r2＝ｒ、各ひずみ抵抗
R1〜R4の被測定圧力に対応する抵抗変化をΔ
Ｒ、この時の各ひずみ抵抗R1〜R4をR1＝R3＝Ｒ
−ΔＲ、R2＝R4＝Ｒ＋ΔＲとするとともに、R2
≫（ΔＲ）２とすれば、差動増巾器OPの出力電
圧V0は、（1a）式で近似することができる。
R1〜R4の被測定圧力に対応する抵抗変化をΔ
Ｒ、この時の各ひずみ抵抗R1〜R4をR1＝R3＝Ｒ
−ΔＲ、R2＝R4＝Ｒ＋ΔＲとするとともに、R2
≫（ΔＲ）２とすれば、差動増巾器OPの出力電
圧V0は、（1a）式で近似することができる。
V0＝２ｒ／Ｒ・ΔＲ／Ｒ・Ｅ …（1a）
従つて、抵抗変化ΔＲに比例した出力電圧V0
を差動増巾器OPの出力端OUTから得ることがで
きる。
を差動増巾器OPの出力端OUTから得ることがで
きる。
このように構成した回路においては、被測定機
械量と各ひずみ抵抗の抵抗変化ΔＲとが直線的な
関係にあるときは都合が良いが、これが非線形な
関係の場合には、別にリニアライザ等の手段を設
けなければならない。
械量と各ひずみ抵抗の抵抗変化ΔＲとが直線的な
関係にあるときは都合が良いが、これが非線形な
関係の場合には、別にリニアライザ等の手段を設
けなければならない。
ここにおいて、本考案は被測定機械量と各ひず
み抵抗の抵抗変化ΔＲが非線形な関係にある場
合、この非線形性を補償することのできる変換増
巾器を実現しようとするものである。
み抵抗の抵抗変化ΔＲが非線形な関係にある場
合、この非線形性を補償することのできる変換増
巾器を実現しようとするものである。
第２図及び第３図は本考案が適用される圧力変
換器の一例を示す構成図で、第２図はその斜視
図、第３図は側面図である。１はＪ形状の平板片
持ち折返し構造のばね板で、その一端はネジ１
１，１２によつて固定され、また他端はベローズ
２の作用端が結合している。ばね板１の起歪部１
３，１４は他の部分に比べて薄く形成されてお
り、各ひずみ抵抗R1，R3，R2，R4はそれぞれ同
一平面上であつて、各起歪部１３，１４に設けら
れている。ここで、各ひずみ抵抗R1〜R4は、鏡
面研摩された起歪部に蒸着技術により薄い絶縁層
及び薄膜抵抗体を形成して構成したもので、各抵
抗体は基板に分子的結合により強く固着されてい
ること、同一面上に温度係数など特性のそろつた
素子が得られ易いこと等の特長をもつている。
換器の一例を示す構成図で、第２図はその斜視
図、第３図は側面図である。１はＪ形状の平板片
持ち折返し構造のばね板で、その一端はネジ１
１，１２によつて固定され、また他端はベローズ
２の作用端が結合している。ばね板１の起歪部１
３，１４は他の部分に比べて薄く形成されてお
り、各ひずみ抵抗R1，R3，R2，R4はそれぞれ同
一平面上であつて、各起歪部１３，１４に設けら
れている。ここで、各ひずみ抵抗R1〜R4は、鏡
面研摩された起歪部に蒸着技術により薄い絶縁層
及び薄膜抵抗体を形成して構成したもので、各抵
抗体は基板に分子的結合により強く固着されてい
ること、同一面上に温度係数など特性のそろつた
素子が得られ易いこと等の特長をもつている。
いま、ベローズ２に被測定圧力Ｐを加えると、
ベローズ２は伸張し、ばね板１は第３図に示すよ
うに変形する。この結果、ひずみ抵抗R1，R3に
は圧縮ひずみが、ひずみ抵抗R2，R4には引張ひ
ずみがそれぞれ加えられる。
ベローズ２は伸張し、ばね板１は第３図に示すよ
うに変形する。この結果、ひずみ抵抗R1，R3に
は圧縮ひずみが、ひずみ抵抗R2，R4には引張ひ
ずみがそれぞれ加えられる。
このように構成した圧力変換器において、各ひ
ずみ抵抗R1〜R4を第１図に示すようにブリツジ
接続し、被測定圧に対する出力信号の誤差（各ひ
ずみ抵抗の抵抗変化の誤差）を調べてみると、第
４図に示す通り0.5Kg／cm2付近で±0.05％の誤差
があり、上に凸の非線形となつている。
ずみ抵抗R1〜R4を第１図に示すようにブリツジ
接続し、被測定圧に対する出力信号の誤差（各ひ
ずみ抵抗の抵抗変化の誤差）を調べてみると、第
４図に示す通り0.5Kg／cm2付近で±0.05％の誤差
があり、上に凸の非線形となつている。
第５図は本考案の一実施例を示す接続図であ
る。本考案においては、４個のひずみ抵抗R1〜
R4で構成されるブリツジ回路Ｂにおいて、ひず
み抵抗R3と直列にゼロ調整用の抵抗r0を挿入接続
するとともに、ひずみ抵抗R2と直列に抵抗r1をそ
の一端が共通ライン（アースライン）に接続され
るように挿入接続し、このひずみ抵抗R2と抵抗r1
との共通接続点と差動増巾器OPの出力端間に抵
抗r2を接続したものである。また、ブリツジＢの
電源端に負電源−Ｅが接続されている。このよう
に接続した回路の動作を次に説明する。いま、差
動増巾器OPの出力電圧をV0、ひずみ抵抗R1，R2
に流れる電流をI1、抵抗r1，r2に流れる電流をI2
とすると、(1)〜(3)式が成立する。
る。本考案においては、４個のひずみ抵抗R1〜
R4で構成されるブリツジ回路Ｂにおいて、ひず
み抵抗R3と直列にゼロ調整用の抵抗r0を挿入接続
するとともに、ひずみ抵抗R2と直列に抵抗r1をそ
の一端が共通ライン（アースライン）に接続され
るように挿入接続し、このひずみ抵抗R2と抵抗r1
との共通接続点と差動増巾器OPの出力端間に抵
抗r2を接続したものである。また、ブリツジＢの
電源端に負電源−Ｅが接続されている。このよう
に接続した回路の動作を次に説明する。いま、差
動増巾器OPの出力電圧をV0、ひずみ抵抗R1，R2
に流れる電流をI1、抵抗r1，r2に流れる電流をI2
とすると、(1)〜(3)式が成立する。
I1＝Ｒ４／Ｒ１（Ｒ４＋Ｒ３＋ｒ０）（−Ｅ）…(1)
V0＝I1・r1＋（r1＋r2）I2 …(2) （I1＋I2）r1＋I1R2＝−Ｒ３＋ｒ０／Ｒ４＋Ｒ３＋ｒ
０Ｅ…(3) (1)〜(3)式から出力電圧V0は(4)式で示すことが
できる。
V0＝I1・r1＋（r1＋r2）I2 …(2) （I1＋I2）r1＋I1R2＝−Ｒ３＋ｒ０／Ｒ４＋Ｒ３＋ｒ
０Ｅ…(3) (1)〜(3)式から出力電圧V0は(4)式で示すことが
できる。
V0＝−（ｒ１＋ｒ２）（Ｒ１・Ｒ３＋ｒ０Ｒ１−Ｒ２Ｒ４）−Ｒ４ｒ１ｒ２／ｒ１Ｒ１（Ｒ４＋Ｒ３＋ｒ０）Ｅ
…(4) (4)式において、V0＝０の条件は、(5)式で表わ
される。
…(4) (4)式において、V0＝０の条件は、(5)式で表わ
される。
r0＝ｒ１・ｒ２／ｒ１＋ｒ２・Ｒ４／Ｒ１＋Ｒ２・Ｒ
４−Ｒ１Ｒ３／Ｒ１…(5) (5)式から明らかなように、（r1r2または
ｒ１ｒ２／ｒ１＋ｒ２）・R4＞｜R2R4−R1R3｜となるよ
うに各抵 抗値を選定しておくと、各ひずみ抵抗R1〜R4が
バラツイて、R2R4−R1R3が正負に変つても抵抗
r0を増減させるだけでゼロ点を調整することがで
きる。
４−Ｒ１Ｒ３／Ｒ１…(5) (5)式から明らかなように、（r1r2または
ｒ１ｒ２／ｒ１＋ｒ２）・R4＞｜R2R4−R1R3｜となるよ
うに各抵 抗値を選定しておくと、各ひずみ抵抗R1〜R4が
バラツイて、R2R4−R1R3が正負に変つても抵抗
r0を増減させるだけでゼロ点を調整することがで
きる。
また、(4)式において、最大被測定圧が与えられ
たとき各ひずみ抵抗R1〜R4が±ΔＲだけ変化す
るものとすれば、このときの出力電圧ＶOFSは(6)
式の通りとなる。
たとき各ひずみ抵抗R1〜R4が±ΔＲだけ変化す
るものとすれば、このときの出力電圧ＶOFSは(6)
式の通りとなる。
ＶOFS＝−２ｒ１＋ｒ２／ｒ１・ΔＲ／Ｒ（１＋ΔＲ
／Ｒ）Ｅ…(6) たヾし、R1＝R2＝R3＝R4＝Ｒとする。
／Ｒ）Ｅ…(6) たヾし、R1＝R2＝R3＝R4＝Ｒとする。
第６図は、横軸にΔＲ／Ｒ（％）の値（ただし
1.0Kg／cm2の圧力（フルスパン圧力）を加えた
時、ΔＲ／Ｒ×100（％）は0.20％とする。従つ
て、0.5Kg／cm2の圧力を加えた場合は、ΔＲ／Ｒ
×100％は、フルスパン圧力時の1/2になる）をと
り、縦軸にΔＲ／Ｒに対する出力信号の誤差（＝
〔(6)式で計算して得られた出力値一線形特性であ
れば得られるはずの出力信号値〕÷〔線形特性であ
れば得られるはずの出力信号値〕）を計算してプ
ロツトした誤差線図である。この誤差線図からΔ
Ｒ／Ｒが0.10％の時（0.5Kg／cm2の圧力印加に相
当）は、−0.05％の誤差があり、下に凸の非線形
となることが分かる。したがつて、被測定圧に対
する差動増巾器OPの出力電圧V0の誤差は、第４
図特性と第６図特性とを組合せたものであつて、
第７図に示すように非線形性を補償し、ほとんど
誤差のない特性にすることができ、被測定機械量
と出力電気信号とが正確に比例する高精度の変換
増巾を行なうことができる。
1.0Kg／cm2の圧力（フルスパン圧力）を加えた
時、ΔＲ／Ｒ×100（％）は0.20％とする。従つ
て、0.5Kg／cm2の圧力を加えた場合は、ΔＲ／Ｒ
×100％は、フルスパン圧力時の1/2になる）をと
り、縦軸にΔＲ／Ｒに対する出力信号の誤差（＝
〔(6)式で計算して得られた出力値一線形特性であ
れば得られるはずの出力信号値〕÷〔線形特性であ
れば得られるはずの出力信号値〕）を計算してプ
ロツトした誤差線図である。この誤差線図からΔ
Ｒ／Ｒが0.10％の時（0.5Kg／cm2の圧力印加に相
当）は、−0.05％の誤差があり、下に凸の非線形
となることが分かる。したがつて、被測定圧に対
する差動増巾器OPの出力電圧V0の誤差は、第４
図特性と第６図特性とを組合せたものであつて、
第７図に示すように非線形性を補償し、ほとんど
誤差のない特性にすることができ、被測定機械量
と出力電気信号とが正確に比例する高精度の変換
増巾を行なうことができる。
第８図は本考案の他の実施例を示す接続図であ
る。この例では各ひずみ抵抗R1〜R4の接続個所
を変えたもので、これによつて、第９図に示すよ
うに上に凸の特性を得るようにしている。すなわ
ち、最大被測定機械量が与えられたとき、各ひず
み抵抗R1〜R4が±ΔＲだけ変化するものとすれ
ば、このときの出力電圧ＶOFSは(7)式の通りとな
る。
る。この例では各ひずみ抵抗R1〜R4の接続個所
を変えたもので、これによつて、第９図に示すよ
うに上に凸の特性を得るようにしている。すなわ
ち、最大被測定機械量が与えられたとき、各ひず
み抵抗R1〜R4が±ΔＲだけ変化するものとすれ
ば、このときの出力電圧ＶOFSは(7)式の通りとな
る。
ＶOFS＝２ｒ１＋ｒ２／ｒ１・ΔＲ／Ｒ（１−ΔＲ
／Ｒ）Ｅ…(7) たゞし、R1＝R2＝R3＝R4＝Ｒとする。
／Ｒ）Ｅ…(7) たゞし、R1＝R2＝R3＝R4＝Ｒとする。
この実施例によれば、被測定機械量と出力信号
の誤差特性が下に凸の非線形である場合、これを
補償することができる。
の誤差特性が下に凸の非線形である場合、これを
補償することができる。
なお、上記の各実施例においてひずみ抵抗R1
〜R4は平板状片持ち折返し構造のばね板上に形
成したものであるが、これ以外に例えばシリコン
単結晶の一部を薄く加工してダイヤフラムとし、
この上に不純物拡散により抵抗を形成してひずみ
ゲージとしたものでもよい。
〜R4は平板状片持ち折返し構造のばね板上に形
成したものであるが、これ以外に例えばシリコン
単結晶の一部を薄く加工してダイヤフラムとし、
この上に不純物拡散により抵抗を形成してひずみ
ゲージとしたものでもよい。
以上説明したように、本考案によれば、被測定
機械量と抵抗変化の非線形性をブリツジ回路を含
む電気回路の非線形性で補償することができるも
ので、特別なリニアライザを必要とせず、全体構
成の簡単な変換増巾器が実現できる。
機械量と抵抗変化の非線形性をブリツジ回路を含
む電気回路の非線形性で補償することができるも
ので、特別なリニアライザを必要とせず、全体構
成の簡単な変換増巾器が実現できる。
第１図は従来公知の変換増巾器の接続図、第２
図および第３図は本考案が適用される圧力変換器
の一例を示す構成図、第４図は被測定圧とひずみ
抵抗の抵抗変化の誤差を示す線図、第５図は本考
案の一実施例を示す接続図、第６図は第５図回路
において各ひずみ抵抗の抵抗変化と出力信号の誤
差を示す線図、第７図は第５図回路における被測
定圧と出力信号の誤差を示す線図、第８図は本考
案の他の実施例を示す接続図、第９図は第８図回
路において各ひずみ抵抗の抵抗変化と出力信号の
誤差を示す線図である。 R1〜R4……ひずみ抵抗、r1，r2……抵抗、OP
……差動増巾器、r0……ゼロ点調整用抵抗。
図および第３図は本考案が適用される圧力変換器
の一例を示す構成図、第４図は被測定圧とひずみ
抵抗の抵抗変化の誤差を示す線図、第５図は本考
案の一実施例を示す接続図、第６図は第５図回路
において各ひずみ抵抗の抵抗変化と出力信号の誤
差を示す線図、第７図は第５図回路における被測
定圧と出力信号の誤差を示す線図、第８図は本考
案の他の実施例を示す接続図、第９図は第８図回
路において各ひずみ抵抗の抵抗変化と出力信号の
誤差を示す線図である。 R1〜R4……ひずみ抵抗、r1，r2……抵抗、OP
……差動増巾器、r0……ゼロ点調整用抵抗。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 圧縮ひずみが与えられ互に対辺に接続された
第１，第３のひずみ抵抗R1，R3と引張ひずみ
が与えられ互に対辺に接続された第２，第４の
ひずみ抵抗R2，R4とで構成されるブリツジ回
路、このブリツジ回路の不平衡出力を増幅する
増幅器、一端が共通ラインに接続されるととも
に前記引張ひずみが与えられる第２のひずみ抵
抗R2又は圧縮ひずみが与えられる第３のひず
み抵抗R3と直列になるように挿入接続された
第１の抵抗r1、この第１の抵抗r1と前記第２又
は第３のひずみ抵抗（R2又はR3）との共通接続
点と前記増幅器の出力端間に接続された第２の
抵抗r2を具備し、被測定機械量と前記各ひずみ
抵抗の抵抗変化の非線形性を前記ブリツジ回路
を含む全体回路の非線形性で補償するようにし
た変換増幅器。 (2) 一端が共通ラインに接続されるとともに第２
又は第３のひずみ抵抗（R2又はR3）と直列にな
るようにゼロ点調整用抵抗r0を挿入接続した実
用新案登録請求の範囲第１項記載の変換増幅
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6841179U JPS622484Y2 (ja) | 1979-05-22 | 1979-05-22 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6841179U JPS622484Y2 (ja) | 1979-05-22 | 1979-05-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55168803U JPS55168803U (ja) | 1980-12-04 |
| JPS622484Y2 true JPS622484Y2 (ja) | 1987-01-21 |
Family
ID=29302278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6841179U Expired JPS622484Y2 (ja) | 1979-05-22 | 1979-05-22 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS622484Y2 (ja) |
-
1979
- 1979-05-22 JP JP6841179U patent/JPS622484Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55168803U (ja) | 1980-12-04 |
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