JPH038481B2 - - Google Patents
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- JPH038481B2 JPH038481B2 JP58031729A JP3172983A JPH038481B2 JP H038481 B2 JPH038481 B2 JP H038481B2 JP 58031729 A JP58031729 A JP 58031729A JP 3172983 A JP3172983 A JP 3172983A JP H038481 B2 JPH038481 B2 JP H038481B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ひずみゲージで構成されるホイート
ストンブリツジ回路(以下単に「ブリツジ回路」
という)を用いたひずみ測定装置に係り、更に詳
しくは非安定のブリツジ電圧でブリツジ回路を励
振しても真のひずみ量を測定し得るひずみ測定装
置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a Wheatstone bridge circuit (hereinafter simply referred to as a "bridge circuit") composed of strain gauges.
The present invention relates to a strain measuring device using the above-mentioned device, and more specifically to a strain measuring device capable of measuring the true amount of strain even when a bridge circuit is excited with an unstable bridge voltage.
本来ひずみゲージで構成されるブリツジ回路に
おいて、ブリツジ回路出力の不平衡電圧は、ひず
みゲージの素材で決定されるゲージ率と、ひずみ
ゲージの抵抗変化に比例したひずみ量と、ブリツ
ジ回路を励振するブリツジ電圧の3種類のパラメ
ータの積で表わされる。 In a bridge circuit that is originally composed of strain gauges, the unbalanced voltage of the bridge circuit output is determined by the gauge factor determined by the material of the strain gauge, the amount of strain proportional to the resistance change of the strain gauge, and the bridge circuit that excites the bridge circuit. It is expressed as the product of three voltage parameters.
第1図は、上記の関係を説明するためのブリツ
ジ回路の一構成例を示す回路図である。同図にお
いて、G1〜G4は、それぞれRの抵抗値をもつ
ひずみゲージ、1はこれら4枚のひずみゲージG
1〜G4で構成されたブリツジ回路、2はブリツ
ジ電圧Eでブリツジ回路1を励振するブリツジ電
源である。ここでブリツジ回路1の入力端子c,
dにブリツジ電源からブリツジ電圧Eを供給する
と、ひずみゲージG1,G3およびG2,G4に
はそれぞれひずみ量εに比例した抵抗変化R+
ΔRおよびR−ΔRが生じ、その結果ブリツジ回
路1の出力端子a,b間には次式で示す不平衡電
圧eが発生する。 FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a bridge circuit for explaining the above relationship. In the same figure, G1 to G4 are strain gauges each having a resistance value of R, and 1 is the strain gauge G of these four sheets.
2 is a bridge power supply that excites the bridge circuit 1 with a bridge voltage E. Here, the input terminal c of the bridge circuit 1,
When the bridge voltage E is supplied from the bridge power source to d, the strain gauges G1, G3 and G2, G4 each have a resistance change R+ proportional to the amount of strain ε.
.DELTA.R and R-.DELTA.R occur, and as a result, an unbalanced voltage e expressed by the following equation is generated between the output terminals a and b of the bridge circuit 1.
e=Va−Vb=Ks・ε・E …(1)
(但しVa:端子aの電圧、Vb:端子bの電
圧、Ks:ひずみゲージの素材で決まる定数で時
間や温度に対して一定な既知数であるひずみゲー
ジのゲージ率、E:ひずみ測定装置の回路設計に
より選択できるパラメータであるブリツジ電圧)
上記(1)式より明らかなように、もしいかなる条
件下でもブリツジ電圧が定数となるように安定化
したブリツジ電圧Eをブリツジ回路1に印加すれ
ば、上記(1)よりひずみ量εのみに比例する不平衡
電圧eを得ることができ、不平衡電圧eを測定す
ることによつてひずみ量εを求めることができ
る。 e=Va−Vb=Ks・ε・E…(1) (Va: Voltage at terminal a, Vb: Voltage at terminal b, Ks: Constant determined by the material of the strain gauge and known constant over time and temperature. (E: bridge voltage, which is a parameter that can be selected depending on the circuit design of the strain measurement device) As is clear from equation (1) above, if the bridge voltage is constant under any conditions, By applying the stabilized bridge voltage E to the bridge circuit 1, it is possible to obtain an unbalanced voltage e that is proportional only to the amount of strain ε from (1) above, and by measuring the unbalanced voltage e, the amount of strain can be determined. ε can be found.
なお、第1図は4枚ゲージで構成される一般的
なブリツジ回路で示してあるが、1枚ゲージまた
は2枚ゲージでブリツジ回路を構成した場合には
(1)式で示す不平衡電圧eの値がそれぞれ1/4また
は1/2の感度になるだけであり、基本的には前述
した3種類のパラメータの積に比例し、1枚ゲー
ジまたは2枚ゲージでブリツジ回路を構成しても
よい。 Although Fig. 1 shows a general bridge circuit consisting of four gauges, if the bridge circuit is configured with one or two gauges,
The value of the unbalanced voltage e shown in equation (1) is only 1/4 or 1/2 of the sensitivity, respectively, and is basically proportional to the product of the three types of parameters mentioned above, and is A bridge circuit may be constructed using a sheet gauge.
第2図は、従来のひずみ測定装置の一例の構成
を示すブロツク図である。この例においては、ひ
ずみ測定装置の内部に安定化したブリツジ電圧E
を出力するブリツジ電源2を内蔵しその安定化し
たブリツジ電圧Eをブリツジ回路1の入力端子
c,dに供給するように構成されている。10
は、従来のひずみ測定装置で、その内部にはブリ
ツジ電源2と、ブリツジ回路1の不平衡電圧eを
測定する電圧計3と、その不平衡電圧eをひずみ
表示する表示器4を備えている。このひずみ測定
装置10から離隔した地点に設けられるブリツジ
回路1とひずみ測定装置とは、ケーブル抵抗rを
もつ4本の接続ケーブルCa,Cb,Cc,Cdで接続
されている。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an example of a conventional strain measuring device. In this example, a stabilized bridge voltage E is applied inside the strain measuring device.
The bridge circuit 1 has a built-in bridge power supply 2 that outputs a voltage E, and is configured to supply the stabilized bridge voltage E to the input terminals c and d of the bridge circuit 1. 10
is a conventional strain measuring device, which is equipped with a bridge power supply 2, a voltmeter 3 for measuring the unbalanced voltage e of the bridge circuit 1, and a display 4 for displaying the unbalanced voltage e as a strain. . The bridge circuit 1 and the strain measuring device, which are provided at a point apart from the strain measuring device 10, are connected by four connecting cables Ca, Cb, Cc, and Cd each having a cable resistance r.
ところで、この第2図に示した従来のひずみ測
定装置には、次のような問題があつた。 By the way, the conventional strain measuring device shown in FIG. 2 has the following problems.
(イ) 測定精度上の点からブリツジ電圧Eは、温度
変化や経時変化に対して安定していることはも
ちろんのこと、一般的に使用される60〜1000Ω
のゲージ抵抗の負荷範囲に対しても励振できる
電流容量をもち、且つ充分に安定性をもつこと
が要求されるが、このような要求を充足させ得
るブリツジ電源は高価とならざるを得ない。(b) From the viewpoint of measurement accuracy, the bridge voltage E is not only stable against temperature changes and changes over time, but also the commonly used 60 to 1000 Ω.
The bridge power supply is required to have a current capacity that can be excited over the load range of the gauge resistance and to be sufficiently stable, but a bridge power supply that can satisfy these requirements is inevitably expensive.
(ロ) ブリツジ回路1とひずみ測定装置10の設置
場所が離隔して遠くなると、ケーブル抵抗rの
値がゲージ抵抗Rと比較して無視できなくな
り、充分安定化したブリツジ電圧Eを供給して
も実際にブリツジ回路1に印加されるブリツジ
電圧E′は、
E′=E・R/(R+2r)
なる関係で電圧が低下し、このブリツジ電圧の
低下によつて感度低下誤差が発生する。この感
度低下を防ぐ対策として、(i)ブリツジ電圧をリ
モートセンシング方式で励振する方法、(ii)ブリ
ツジ電圧を定電流で励振する方法および(iii)ブリ
ツジ電源をブリツジ回路側の近傍に設置する方
法、がとられている。(b) When the bridge circuit 1 and the strain measuring device 10 are installed far apart, the value of the cable resistance r cannot be ignored compared to the gauge resistance R, and even if a sufficiently stabilized bridge voltage E is supplied, The bridge voltage E' actually applied to the bridge circuit 1 decreases according to the relationship E'=E·R/(R+2r), and this decrease in bridge voltage causes a sensitivity reduction error. Measures to prevent this decrease in sensitivity include (i) a method of exciting the bridge voltage using a remote sensing method, (ii) a method of exciting the bridge voltage with a constant current, and (iii) a method of installing the bridge power supply near the bridge circuit side. , is taken.
ところが、上記(i)のリモートセンシング方式で
は、ブリツジ回路の入出力ケーブルの芯数が2芯
多くなり計6芯のケーブルを使用する必要があ
る。また、上記(ii)の定電流方式ではケーブル抵抗
の影響はなくなるがひずみゲージの抵抗値によつ
てブリツジ電圧が変わるのでその電流値をゲージ
抵抗値に合わせて調整する必要がある。さらに上
記(iii)のようにブリツジ電源2をブリツジ回路1の
近傍に設置し、直接ブリツジ回路1の入力端子
c,dに接続すれば、ケーブル抵抗rの感度誤差
は防ぐことができる。しかしながら、通常ブリツ
ジ回路1が設置される場所の温度環境は、ひずみ
測定装置が設置される場所の温度環境よりも厳し
くなり、ブリツジ電圧の安定性の点からブリツジ
電源2をブリツジ回路1の近傍に設置できないこ
とがある。このように上記いずれの方式を採るに
しろ問題があつた。 However, in the above-mentioned remote sensing method (i), the number of cores in the input/output cable of the bridge circuit increases by two, and it is necessary to use a cable with a total of six cores. Further, in the constant current method (ii) above, the influence of cable resistance is eliminated, but the bridge voltage changes depending on the resistance value of the strain gauge, so the current value must be adjusted according to the gauge resistance value. Furthermore, if the bridge power supply 2 is installed near the bridge circuit 1 and directly connected to the input terminals c and d of the bridge circuit 1 as described in (iii) above, sensitivity errors due to the cable resistance r can be prevented. However, the temperature environment where the bridge circuit 1 is usually installed is harsher than the temperature environment where the strain measurement device is installed, and from the viewpoint of stability of the bridge voltage, the bridge power supply 2 is placed near the bridge circuit 1. It may not be possible to install it. As described above, problems arose regardless of which of the above methods was adopted.
本発明は、このような事情に鑑みなされたもの
で、安価で、非安定のブリツジ電圧をもつブリツ
ジ電源でブリツジ回路を励振しても、そのブリツ
ジ電圧の非安定による影響を受けず、真のひずみ
量を測定し得るひずみ測定装置を提供することを
目的としている。 The present invention has been developed in view of the above circumstances, and even if a bridge circuit is excited by an inexpensive bridge power supply having an unstable bridge voltage, it will not be affected by the instability of the bridge voltage and will be able to generate a true signal. It is an object of the present invention to provide a strain measuring device capable of measuring the amount of strain.
以下図面を参照しながら本発明を詳細に説明す
る。 The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第3図は、本発明の一実施例の構成を示すブロ
ツク図である。同図中第2図と同一の符号を付し
た部分は同一または相当部分を示す。同図におい
て、2′は、ブリツジ回路1の近傍に設置したブ
リツジ電源で、この実施例の場合乾電池で構成さ
れている。一般的な乾電池の特性は、その放電作
用によつて時間と共にその電圧が低減するし、温
度変化によつてもその影響を受ける。また、新品
の乾電池の電圧値自身もかなりのバラツキがあ
り、ひずみ測定のブリツジ電源として使用する場
合、電気等価的に非安定のブリツジ電圧とみなす
ことができる。ここで、そのブリツジ電圧をEx
とする。10′は本発明の要部であるひずみ測定
装置本体(以下装置本体という)であり、その内
部は、ブリツジ回路1の出力端子a,bに発生す
る不平衡電圧exを測定する電圧計3と、ブリツ
ジ回路1の出力側に設けられ、すなわちブリツジ
回路1の出力側から非安定のブリツジ電圧Exを
検出する一対のバツフア増幅器21,22とその
バツフア増幅器21,22の出力を加算する加算
増幅器と抵抗R1からなるブリツジ電圧検出回路
20と、電圧計3の出力(すなわちブリツジ回路
1の不平衡電圧値)ex、ブリツジ電圧検出回路
20の出力(すなわち、非安定のブリツジ電圧
値)Ex、所定の基準電圧を発生する基準電圧発
生器(図示せず)の出力(すなわち基準電圧値)
Eoの3入力を受けてe′=ex・Eo/Exなる出力
e′を得るべく演算処理を行なつて自動感度補正処
理をする演算器5と、演算器5の出力e′(=ex・
Eo/Ex)をひずみ表示する表示器4と、ブリツ
ジ電圧検出回路20の出力Exが、上限しきい値
電圧VHと下限しきい値電圧VLとの範囲に入つ
ているか否かを比較し、その範囲内に入つている
ときは測定値正常と判定して背定信号を出力し、
上限しきい値VHより高いときまたは下限しきい
値VLより低いとき測定値異常と判定し否定信号
を出力する比較器6と、この比較器6の判定の結
果つまり否定信号が出力されたとき、警報音(ま
たは警報光)を発する警報器7とで構成されてい
る。なお、非安定なブリツジ電源2′は、装置本
体10′より分離され、ひずみゲージG1〜G4
が設けられた近傍に設置されており、ひずみゲー
ジG1〜G4で構成されるブリツジ回路1の出力
端子a,bと電圧計3およびブリツジ電圧検出回
路20の入力端子a′,b′との間は2本の共通のケ
ーブルCa′,Cb′で接続され、前記ブリツジ回路
1の負極側端子dとブリツジ電圧検出回路20の
接地点d′との間はコモンラインとしての1本のケ
ーブルCd′で接続されている。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention. In the figure, parts given the same reference numerals as in FIG. 2 indicate the same or equivalent parts. In the figure, 2' is a bridge power supply installed near the bridge circuit 1, which in this embodiment is composed of dry batteries. The characteristics of a typical dry battery are such that its voltage decreases over time due to its discharging action, and it is also affected by temperature changes. Furthermore, the voltage value of a new dry cell battery itself varies considerably, and when used as a bridge power source for strain measurement, it can be regarded as an electrically unstable bridge voltage. Here, the bridge voltage is Ex
shall be. Reference numeral 10' denotes the main body of the strain measuring device (hereinafter referred to as the main body of the device), which is the essential part of the present invention, and inside thereof there are a voltmeter 3 and a voltmeter 3 for measuring the unbalanced voltage ex generated at the output terminals a and b of the bridge circuit 1. , a pair of buffer amplifiers 21 and 22 that are provided on the output side of the bridge circuit 1, that is, detect an unstable bridge voltage Ex from the output side of the bridge circuit 1, and a summing amplifier that adds the outputs of the buffer amplifiers 21 and 22. A bridge voltage detection circuit 20 consisting of a resistor R1, the output of the voltmeter 3 (that is, the unbalanced voltage value of the bridge circuit 1) Ex, the output of the bridge voltage detection circuit 20 (that is, the unstable bridge voltage value) Ex, and the predetermined Output of a reference voltage generator (not shown) that generates a reference voltage (i.e. reference voltage value)
Receives 3 inputs of Eo and outputs e′ = ex・Eo/Ex
A calculator 5 performs arithmetic processing to obtain e′ and performs automatic sensitivity correction processing, and an output e′ (=ex・
Eo/Ex) is compared with the output Ex of the bridge voltage detection circuit 20 to see if it is within the range of the upper limit threshold voltage VH and lower limit threshold voltage VL. When it is within the range, it is determined that the measured value is normal and outputs a set signal.
A comparator 6 determines that the measured value is abnormal and outputs a negative signal when it is higher than the upper limit threshold VH or lower than the lower limit threshold VL, and when the result of the judgment of this comparator 6, that is, a negative signal is output, It is composed of an alarm device 7 that emits an alarm sound (or alarm light). Note that the unstable bridge power supply 2' is separated from the device main body 10', and is connected to strain gauges G1 to G4.
between the output terminals a, b of the bridge circuit 1 composed of strain gauges G1 to G4 and the input terminals a', b' of the voltmeter 3 and the bridge voltage detection circuit 20. are connected by two common cables Ca' and Cb', and one cable Cd' as a common line is connected between the negative terminal d of the bridge circuit 1 and the ground point d' of the bridge voltage detection circuit 20. connected with.
次に、上記のように構成された実施例の動作に
つき説明する。 Next, the operation of the embodiment configured as described above will be explained.
安定化されていない、いわゆる非安定の励振電
圧(ブリツジ電圧)Exを出力するブリツジ電源
2によりブリツジ回路1を励磁させたときの不平
衡電圧exは、(1)式より次の(2)式で表わされる。 The unbalanced voltage ex when the bridge circuit 1 is excited by the bridge power supply 2 that outputs an unstabilized, so-called unstable excitation voltage (bridge voltage) Ex is calculated by the following equation (2) from equation (1). It is expressed as
ex=Va−Vb=Ks・ε・Ex …(2)
次に、ブリツジ電圧検出回路20の動作を説明
する。 ex=Va−Vb=Ks·ε·Ex (2) Next, the operation of the bridge voltage detection circuit 20 will be explained.
第4図は、第1図に示したブリツジ回路1を端
子a,b側からみたときの等価回路図を示してい
る。端子aおよびbの電圧VaおよびVbは、次の
(3),(4)式で表わされる。 FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of the bridge circuit 1 shown in FIG. 1 when viewed from the terminals a and b. The voltages Va and Vb at terminals a and b are as follows:
It is expressed by equations (3) and (4).
Va=Ex/2+ex/2… (3)
Vb=Ex/2−ex/2… (4)
なお、一対のバツフア増幅器21,22の入力
端子は、入力インピーダンスが大きく且つ入力バ
イアス電流が小さいのでこれら入力端子を端子
a′,b′に接続することによつて発生するインピー
ダンス整合の問題やひずみ測定精度の問題につい
ては無視することができる。ここで、一対のバツ
フア増幅器21,22の出力電圧をE21,E22と
し、加算増幅器23の出力電圧をE23とすると、
E21,E22は(3),(4)式から次の(5),(6)式で表わさ
れる。 Va=Ex/2+ex/2... (3) Vb=Ex/2-ex/2... (4) Note that the input terminals of the pair of buffer amplifiers 21 and 22 have large input impedance and small input bias current, so these input terminal to terminal
Impedance matching problems and strain measurement accuracy problems caused by connections to a' and b' can be ignored. Here, if the output voltages of the pair of buffer amplifiers 21 and 22 are E21 and E22, and the output voltage of the summing amplifier 23 is E23, then
E21 and E22 are expressed by the following equations (5) and (6) from equations (3) and (4).
E21=Va=Ex/2+ex/2 …(5)
E22=Vb=Ex/2−ex/2 …(6)
一方、加算増幅器23の出力E23は、次の(7)式
で表わされる。 E21=Va=Ex/2+ex/2 (5) E22=Vb=Ex/2-ex/2 (6) On the other hand, the output E23 of the summing amplifier 23 is expressed by the following equation (7).
E23=E21+E22 …(7) (7)式のE23は、(5),(6)式より次の(8)式となる。 E23=E21+E22…(7) E23 in equation (7) becomes the following equation (8) from equations (5) and (6).
E23=Va+Vb=(Ex/2+ex/2)
+(Ex/2−ex/2)=Ex …(8)
上記(8)式により、ブリツジ電圧検出回路20の
出力は、Exとなり、ブリツジ回路1の出力側よ
り乾電池を使用した非安定のブリツジ電圧Exを
抽出することができることを示している。 E23=Va+Vb=(Ex/2+ex/2) +(Ex/2-ex/2)=Ex...(8) According to the above equation (8), the output of the bridge voltage detection circuit 20 is Ex, and the output of the bridge voltage detection circuit 1 is Ex. This shows that it is possible to extract the unstable bridge voltage Ex using a dry battery from the output side.
次に演算器5の動作につき説明する。 Next, the operation of the arithmetic unit 5 will be explained.
電圧計3およびブリツジ電圧検出回路20で検
出した(2)および(8)式で示されるexおよびExと、
基準電圧発生回路から基準電圧Eoとが、演算器
5の入力端子X,Y,Zにそれぞれ入力される
と、演算器5の出力端子Wからは、次の(9)式に示
すような出力e′が出力される。 ex and Ex shown by equations (2) and (8) detected by the voltmeter 3 and the bridge voltage detection circuit 20,
When the reference voltage Eo is input from the reference voltage generation circuit to the input terminals X, Y, and Z of the arithmetic unit 5, the output terminal W of the arithmetic unit 5 produces an output as shown in the following equation (9). e′ is output.
e′=X・Z/Y=ex・Eo/Ex …(9)
上記(9)式に(2)式を代入すれば、次の(10)式が得ら
れる。 e'=X.Z/Y=ex.Eo/Ex (9) By substituting equation (2) into equation (9) above, the following equation (10) is obtained.
e′x=(Ks・ε・Ex)・Eo/Ex
=Ks・ε・Eo …(10)
ここで、基準電圧Eoが、安定化されたブリツ
ジ電圧Eと等しくなるように、すなわちEo=E
となるように設定すると(10)式は(1)式と同じにな
る。このことは、演算器5の出力e′が、非安定の
ブリツジ電圧Exでブリツジ回路1を励振しても
ブリツジ電圧の非安定による影響を受けない、換
言すれば、安定したブリツジ電圧Eでブリツジ回
路1を励振した場合と同じ不平衡電圧eになるこ
とを示している。この演算器5の出力e′を表示器
4によつてひずみ(ε)を表示する。 e′x = (Ks・ε・Ex)・Eo/Ex =Ks・ε・Eo (10) Here, the reference voltage Eo is made equal to the stabilized bridge voltage E, that is, Eo=Eo
When set so that, equation (10) becomes the same as equation (1). This means that the output e' of the arithmetic unit 5 is not affected by the instability of the bridge voltage even if the bridge circuit 1 is excited with the unstable bridge voltage Ex. It is shown that the unbalanced voltage e is the same as when the circuit 1 is excited. The output e' of the arithmetic unit 5 is displayed as a strain (ε) on the display 4.
ところで、実際の使用上、この非安定のブリツ
ジ電圧Exの値は、無限に選択できるわけではな
く、ある上限および下限のしきい値の許容範囲内
でなければならないという制約を受ける。そこ
で、第2の発明においては、ブリツジ電圧検出回
路20の出力Exを、上限しきい値(電圧)VHと
下限のしきい値(電圧)VLをもつ比較器6に入
力し、その比較器6によつて、測定値の正常また
は異常を判定するようにしている。すなわち、比
較器6は、ブリツジ電圧検出回路20の出力Ex
を、予め設定した上限しきい値VHおよび下限し
きい値VLと比較し、そのブリツジ電圧Exが上限
および下限のしきい値間にあるとき測定値正常と
判定して肯定信号を出力し、一方上限しきい値
VHより高いときまたは下限しきい値VLより低
いとき測定値異常と判定して否定信号を出力す
る。そして、この比較器6から測定値異常を示す
否定信号を警報器7が受けたとき、この警報器7
は、警報音または警報光を発するので、これによ
りオペレータはそのときの測定値は精度保証され
ないものであることを認識することができる。 By the way, in actual use, the value of this unstable bridge voltage Ex cannot be selected infinitely, but is constrained to be within a permissible range of certain upper and lower thresholds. Therefore, in the second invention, the output Ex of the bridge voltage detection circuit 20 is inputted to the comparator 6 having an upper limit threshold (voltage) VH and a lower limit threshold (voltage) VL. The normality or abnormality of the measured value is determined based on this. That is, the comparator 6 outputs the output Ex of the bridge voltage detection circuit 20.
is compared with the preset upper limit threshold VH and lower limit threshold VL, and when the bridge voltage Ex is between the upper and lower thresholds, the measured value is determined to be normal and a positive signal is output. upper threshold
When it is higher than VH or lower than the lower limit threshold VL, it is determined that the measured value is abnormal and a negative signal is output. When the alarm 7 receives a negative signal from the comparator 6 indicating that the measured value is abnormal, the alarm 7
emits an alarm sound or alarm light, which allows the operator to recognize that the accuracy of the measured value at that time is not guaranteed.
次に、この上限および下限しきい値VHおよび
VLの設定方法について説明する。 Then this upper and lower threshold VH and
This section explains how to set up VL.
先ず、上限しきい値VHについては、ブリツジ
回路1とひずみ測定装置10′の条件から制限さ
れるいずれか低い方のVHで決定される。ブリツ
ジ回路1の条件は、ひずみゲージとひずみゲージ
の接着される被供試体の熱容量で制限される。ひ
ずみゲージ自身は、ある抵抗値をもち、そのひず
みゲージにブリツジ電圧を印加するとひずみゲー
ジに電流が流れる。すると、ひずみゲージ自身の
自己加熱によつてひずみゲージの抵抗値が変化す
る。その結果、不平衡電圧eが変化し測定誤差が
発生する。さらに、過大電圧を印加すると最後に
はひずみゲージを焼損せしめるに至る。そのた
め、ひずみゲージの自己加熱による誤差が精度上
無視できるブリツジ電圧以下でなければならな
い。また、もう一方のひずみ測定装置10′の条
件は、装置内部の各回路部の測定ダイナミツクレ
ンジの最大値で制限される。(2)式より、不平衡電
圧exのひずみ感度は、ブリツジ電圧が高ければ
大きくなるので最大測定ひずみ量のときの不平衡
電圧が、ひずみ測定装置10′の測定ダイナミツ
クレンジ内になければならない。上述した2つの
要因で制限される最大ブリツジ電圧の低い方が上
限しきい値VHとして設定されることになる。 First, the upper limit threshold VH is determined by the lower one of VH limited by the conditions of the bridge circuit 1 and the strain measuring device 10'. The conditions of the bridge circuit 1 are limited by the heat capacity of the strain gauge and the specimen to which the strain gauge is bonded. The strain gauge itself has a certain resistance value, and when a bridge voltage is applied to the strain gauge, a current flows through the strain gauge. Then, the resistance value of the strain gauge changes due to self-heating of the strain gauge itself. As a result, the unbalanced voltage e changes and a measurement error occurs. Furthermore, applying an excessive voltage will eventually burn out the strain gauge. Therefore, the error due to self-heating of the strain gauge must be less than the bridge voltage, which can be ignored in terms of accuracy. Further, the conditions for the other strain measuring device 10' are limited by the maximum value of the measurement dynamic range of each circuit section inside the device. From equation (2), the strain sensitivity of the unbalanced voltage ex increases as the bridge voltage increases, so the unbalanced voltage at the maximum measured strain must be within the measurement dynamics range of the strain measuring device 10'. . The lower of the maximum bridge voltages limited by the above two factors is set as the upper limit threshold VH.
一方、下限しきい値VLについては、ブリツジ
回路1の不平衡電圧の信号レベルとひずみ測定装
置10′の内部ノイズ信号レベルとの関係で制限
を受ける。(2)式より今度は、不平衡電圧のひずみ
感度は、ブリツジ印加電圧が低ければ小さくな
り、同じひずみ量であつてもその信号レベルは低
くなる。また、一方では、装置本体10′は、内
部に装置自身が発生する固有のノイズレベルをも
つているので信号レベルがこのノイズレベルより
低くなると、ひずみ測定ができなくなる。上述し
た要因で下限しきい値VLが設定(または選択)
されることになる。 On the other hand, the lower limit threshold VL is limited by the relationship between the signal level of the unbalanced voltage of the bridge circuit 1 and the internal noise signal level of the distortion measuring device 10'. From equation (2), the distortion sensitivity of the unbalanced voltage becomes smaller as the bridge applied voltage is lower, and even if the amount of distortion is the same, the signal level becomes lower. On the other hand, since the main body 10' of the apparatus has its own internal noise level generated by the apparatus itself, if the signal level becomes lower than this noise level, distortion cannot be measured. The lower threshold VL is set (or selected) based on the factors mentioned above.
will be done.
なお、本発明は、上述し且つ図面に示した実施
例にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲で種々の変形実施が可能であること
はいうまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and that various modifications can be made without departing from the spirit thereof.
例えば、第3図示の実施例においては、ブリツ
ジ電源2′として乾電池を用いた例につき説明し
たが他の非安定のブリツジ電源を用いてもよい。 For example, in the embodiment shown in the third figure, a dry cell battery is used as the bridge power source 2', but other unstable bridge power sources may be used.
また、装置本体10′の内部回路をアナログ回
路またはデイジタル回路で構成したりあるいはア
ナログ、デイジタル混用の回路で構成してもよ
い。 Further, the internal circuit of the device main body 10' may be constructed from an analog circuit or a digital circuit, or may be constructed from a mixed analog and digital circuit.
以上詳述したように、第1の発明のひずみ測定
装置によれば、次のような利点が得られる。 As detailed above, the strain measuring device of the first invention provides the following advantages.
第1に、ブリツジ電圧が、温度変化や経時変化
に対しさらには負荷変動に対して安定でなくても
よいので、ブリツジ電源の回路設計が容易にな
り、また安価に製作可能となる。 First, since the bridge voltage does not have to be stable against temperature changes, changes over time, and even load fluctuations, the circuit design of the bridge power supply becomes easy and can be manufactured at low cost.
そして、本発明では、ブリツジ電源の他に安定
な基準電圧を生成する基準電圧発生回路を用いて
いるが、これはホイートストンブリツジを励振す
る訳ではない(換言すれば一般的に使用される60
〜1000Ωのひずみゲージ抵抗の負荷範囲に対して
励振する訳ではない)ので、電流容易も小さいも
ので足り、従つて安価にしかも小型に構成でき
る。 In addition to the bridge power supply, the present invention uses a reference voltage generation circuit that generates a stable reference voltage, but this does not excite the Wheatstone bridge (in other words, the commonly used 60
(It does not excite in the load range of strain gauge resistance of ~1000Ω), so a small current is sufficient, and therefore it can be constructed inexpensively and compactly.
さらには、この基準電圧発生回路は、ブリツジ
回路を励振する訳ではないので、該ブリツジ回路
の近傍に置く必要はなく、従つて、ひずみゲージ
が設置される厳しい温度環境より緩やかで安定的
な温度環境下に設置されるひずみ測定装置内に設
けることができるから、この点でも安価な電圧発
生回路を用いることができる。 Furthermore, since this reference voltage generation circuit does not excite the bridge circuit, it is not necessary to place it near the bridge circuit, and therefore the temperature is more moderate and stable than the severe temperature environment in which the strain gauge is installed. Since it can be installed in a strain measuring device installed in the environment, an inexpensive voltage generating circuit can be used in this respect as well.
第2に、非安定のブリツジ電圧でブリツジ回路
を励振してもその非安定さの影響を受けず真のひ
ずみ量を測定できるため、ブリツジ電源の使用可
能温度範囲が従来のものより広がり、その結果、
ブリツジ電源をブリツジ回路の近傍に設置可能と
なる。ブリツジ回路の近傍にブリツジ電源を設置
することによつて、ブリツジ回路を装置本体間の
ケーブル抵抗による感度誤差をなくすことができ
る。また従来の方法では、4芯ケーブルを使用し
なければならなかつたが、本発明では3芯ケーブ
ルで信号の授受が可能となる。 Second, even if the bridge circuit is excited with an unstable bridge voltage, the true amount of strain can be measured without being affected by the instability, so the usable temperature range of the bridge power supply is wider than that of conventional ones. result,
The bridge power supply can be installed near the bridge circuit. By installing the bridge power supply near the bridge circuit, sensitivity errors due to cable resistance between the bridge circuit and the main body of the device can be eliminated. Further, in the conventional method, a four-core cable had to be used, but with the present invention, signals can be sent and received using a three-core cable.
また、第2の発明(特許請求の範囲第5項記載
の発明)によれば、ブリツジ電圧検出回路で検出
した非安定のブリツジ電圧が適正レベル内に入つ
ているか否かを検出器で判定しその判定結果を警
報器で警報するように構成してあるので、異常な
測定値を測定することがなくなり、信頼の高い測
定が可能となる。 Further, according to the second invention (the invention set forth in claim 5), the detector determines whether the unstable bridge voltage detected by the bridge voltage detection circuit is within an appropriate level. Since the determination result is configured to be alarmed by an alarm, it is possible to prevent abnormal measurement values from being measured and to enable highly reliable measurements.
第1図は、ブリツジ回路の不平衡電圧の測定原
理を説明するための回路構成図、第2図は従来の
ひずみ測定装置の一例の構成を示すブロツク図、
第3図は本発明の一実施例の構成を示すブロツク
図、第4図は第1図示のブリツジ回路の等価回路
図である。
1……ホイートストンブリツジ回路、2,2′
……ブリツジ電源、3……電圧計、4……表示
器、5……演算器、6……比較器、7……警報
器、10,10′……ひずみ測定装置(装置本
体)、20……ブリツジ電圧検出回路、21,2
2……バツフア増幅器、23……加算増幅器、G
1〜G4……ひずみゲージ、E……安定化したブ
リツジ電圧、Ex……非安定のブリツジ電圧、r
……ケーブル抵抗、R……ひずみゲージの抵抗、
R1……抵抗、Eo……基準電圧、VH,VL……
上限および下限しきい値、Ca,Cb,Cc,Cd,
Ca′,Cb′,Cd′……ケーブル。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram for explaining the principle of measuring unbalanced voltage in a bridge circuit, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an example of a conventional strain measurement device.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the bridge circuit shown in FIG. 1. 1... Wheatstone bridge circuit, 2, 2'
... Bridge power supply, 3 ... Voltmeter, 4 ... Display, 5 ... Arithmetic unit, 6 ... Comparator, 7 ... Alarm, 10, 10' ... Strain measuring device (device body), 20 ...Bridge voltage detection circuit, 21,2
2...Buffer amplifier, 23...Summing amplifier, G
1 to G4...Strain gauge, E...Stabilized bridge voltage, Ex...Unstable bridge voltage, r
...Cable resistance, R...Strain gauge resistance,
R1...Resistance, Eo...Reference voltage, VH, VL...
Upper and lower thresholds, Ca, Cb, Cc, Cd,
Ca′, Cb′, Cd′……cable.
Claims (1)
リツジ回路を用いたひずみ測定装置において、非
安定の励振電圧を出力し前記ホイートストンブリ
ツジ回路の入力側にブリツジ電圧を供給するブリ
ツジ電源と、一対のバツフア増幅器とこれら一対
のバツフア増幅器の出力を加算し検出出力を得る
加算増幅器から成り前記ホイートストンブリツジ
回路の出力側に設けられ前記非安定のブリツジ電
圧を検出するブリツジ電圧検出回路と、前記ホイ
ートストンブリツジ回路の不平衡電圧を測定する
電圧計と、安定化された所定の基準電圧を発生す
る基準電圧発生回路と、この基準電圧発生回路の
出力Eoと前記ブリツジ電圧検出回路の出力Exと
前記電圧計の出力exとを入力として受けそれらの
入力をもとに e′=ex・Eo/Ex なる演算を行い、前記非安定のブリツジ電圧によ
るひずみ感度誤差を補正し真のひずみ量に応じた
出力e′を送出する演算器とを具備したことを特徴
とするひずみ測定装置。 2 非安定なブリツジ電源のみを装置から分離し
その分離したブリツジ電源をひずみゲージの近傍
に設置し、ホイートストンブリツジ回路の出力端
と電圧計の入力端およびブリツジ電圧検出回路の
入力端との間を2本の共通のケーブルで接続し、
前記ホイートストンブリツジ回路の一方の入力端
と前記ブリツジ電圧検出回路の接地点とを1本の
ケーブルで接続したことを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載のひずみ測定装置。 3 ひずみゲージ構成されるホイートストンブリ
ツジ回路を用いたひずみ測定装置において、非安
定の励振電圧を出力し前記ホイートストンブリツ
ジ回路の入力側にブリツジ電圧を供給するブリツ
ジ電源と、一対のバツフア増幅器とこれら一対の
バツフア増幅器の出力を加算し検出出力を得る加
算増幅器から成り前記ホイートストンブリツジ回
路の出力側に設けられ前記非安定のブリツジ電圧
を検出するブリツジ電圧検出回路と、前記ホイー
トストンブリツジ回路の不平衡電圧を測定する電
圧計と、安定化された所定の基準電圧を発生する
基準電圧発生回路と、この基準電圧発生回路の出
力Eoと前記ブリツジ電圧検出回路の出力Exと前
記電圧計の出力exとを入力として受けそれらの入
力をもとに e′=ex・Eo/Ex なる演算を行い、前記非安定のブリツジ電圧によ
るひずみ感度誤差を補正し真のひずみ量に応じた
出力e′を送出する演算器と、前記ブリツジ電圧検
出回路により検出された非安定な電圧を、予め設
定した上限しきい値および下限しきい値と比較
し、そのブリツジ電圧が上限および下限のしきい
値間にあるとき測定値正常と判定して肯定信号を
出力し、上限しきい値より高いときまたは下限し
きい値より低いとき測定値異常と判定して否定信
号を出力する比較器と、この比較器の出力を受け
その判定結果に応じて警報する警報器とを具備し
たことを特徴とするひずみ測定装置。[Scope of Claims] 1. In a strain measurement device using a Wheatstone bridge circuit constituted by a strain gauge, a bridge power supply that outputs an unstable excitation voltage and supplies a bridge voltage to the input side of the Wheatstone bridge circuit; , a bridge voltage detection circuit provided on the output side of the Wheatstone bridge circuit and configured to detect the unstable bridge voltage, the circuit comprising a pair of buffer amplifiers and a summing amplifier that adds the outputs of the pair of buffer amplifiers to obtain a detection output; A voltmeter that measures the unbalanced voltage of the Wheatstone bridge circuit, a reference voltage generation circuit that generates a predetermined stabilized reference voltage, an output Eo of this reference voltage generation circuit, and an output Ex of the bridge voltage detection circuit. and the output e x of the voltmeter as input, and based on these inputs, perform the calculation e′=e x Eo/Ex, correct the distortion sensitivity error due to the unstable bridge voltage, and calculate the true strain 1. A strain measuring device characterized by comprising a computing unit that sends out an output e′ according to a quantity. 2. Separate only the unstable bridge power source from the device, install the separated bridge power source near the strain gauge, and connect it between the output end of the Wheatstone bridge circuit, the input end of the voltmeter, and the input end of the bridge voltage detection circuit. Connect with two common cables,
2. The strain measuring device according to claim 1, wherein one input end of said Wheatstone bridge circuit and a ground point of said bridge voltage detection circuit are connected by one cable. 3. A strain measurement device using a Wheatstone bridge circuit configured as a strain gauge, which includes: a bridge power supply that outputs an unstable excitation voltage and supplies a bridge voltage to the input side of the Wheatstone bridge circuit; a pair of buffer amplifiers; a bridge voltage detection circuit that is provided on the output side of the Wheatstone bridge circuit and detects the unstable bridge voltage; A voltmeter that measures the balanced voltage, a reference voltage generation circuit that generates a predetermined stabilized reference voltage, an output Eo of this reference voltage generation circuit, an output Ex of the bridge voltage detection circuit, and an output e of the voltmeter. x as an input, and based on those inputs, perform the calculation e ′=e The unstable voltage detected by the bridge voltage detection circuit is compared with a preset upper and lower threshold, and the bridge voltage is between the upper and lower thresholds. a comparator that determines that the measured value is normal and outputs a positive signal when it is higher than the upper threshold or lower than the lower threshold, and outputs a negative signal that determines that the measured value is abnormal when it is higher than the upper threshold or lower than the lower threshold; 1. A strain measuring device comprising: an alarm device that receives the output of the device and issues an alarm according to the determination result thereof.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3172983A JPS59159002A (en) | 1983-03-01 | 1983-03-01 | Strain measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3172983A JPS59159002A (en) | 1983-03-01 | 1983-03-01 | Strain measuring device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59159002A JPS59159002A (en) | 1984-09-08 |
| JPH038481B2 true JPH038481B2 (en) | 1991-02-06 |
Family
ID=12339125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3172983A Granted JPS59159002A (en) | 1983-03-01 | 1983-03-01 | Strain measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59159002A (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5317305B2 (en) * | 1973-03-10 | 1978-06-07 | ||
| JPS535653A (en) * | 1976-07-05 | 1978-01-19 | Kubota Ltd | Gainncompensating circuit for low input impedance amplifier of measuring instrument |
-
1983
- 1983-03-01 JP JP3172983A patent/JPS59159002A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59159002A (en) | 1984-09-08 |
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