JP3619816B2 - Strain gauge pseudo-resistor and strain calibrator - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ひずみ測定器等の校正に用いられるひずみゲージ擬似抵抗体及びひずみ校正器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ひずみ測定では、ひずみに応じて抵抗値が変化するひずみゲージが物体に貼着される。そして、ひずみゲージの抵抗値変化を検出してひずみ測定を行うひずみ測定器には、ひずみゲージと併せてホイートストンブリッジ回路（ブリッジ回路）を構成する抵抗回路（ダミー抵抗からなる回路）が接続され、あるいは備えられ、その抵抗回路にひずみゲージが接続される。そして、該ひずみ測定器は、ブリッジ回路にその電源電圧を付与しつつ、物体のひずみに応じたレベルの電圧信号をブリッジ回路から取得し、その電圧信号のレベルからひずみ値を求める。そして、その求めたひずみ値を表示器に表示したり、適宜の記憶媒体に記録し、あるいは外部に出力する等の処理を行う。
【０００３】
このようなひずみ測定器がブリッジ回路の電圧信号（ブリッジ出力電圧）からひずみ値を正しく認識するかの検査等、該ひずみ測定器の校正を行うための機器として、ひずみ校正器が用いられている。ひずみ校正器には、擬似ブリッジ出力電圧を発生するものと、擬似抵抗値を有するものとの２種類が知られている。しかし、前者のものでは、ひずみ値とブリッジ回路の出力電圧とが常に一定の関係にあることを前提とするため、ブリッジ回路のダミー抵抗の精度誤差や測定開始時のひずみ抵抗値を原因とするブリッジ回路の初期不平衡の影響を考慮した校正ができない。特に１ゲージ法では、初期不平衡が生じ易く、ブリッジ回路のダミー抵抗を含んだ測定系での校正を行うことが望ましいものの、前者の校正器ではそのような校正ができない。このため、後者の擬似抵抗値を有するもので校正を行うことが好ましい。この種のものとしては、図６のものが知られている。
【０００４】
図６に示すように、従来のひずみ校正器６０は、ひずみゲージの標準抵抗値（公称抵抗値：例えば１２０Ω）を有する基準抵抗体６１と、該基準抵抗体６１よりも十分に大きな抵抗値を有する抵抗素子ｒ_１〜ｒ_ｎと、これらの抵抗素子ｒ_１〜ｒ_ｎを基準抵抗体６１に切替自在に並列に接続するためのスイッチＳＷ_１〜ＳＷ_ｎとから構成されている。そして、基準抵抗体６１に並列に接続する抵抗素子ｒ_１〜ｒ_ｎを順番に切り替えると、ひずみ相当で、例えば１０００マイクロひずみずつ抵抗変化が生じるように各抵抗素子ｒ_１〜ｒ_ｎの抵抗値が設定されている。そして、ひずみ校正器６０は、ひずみ測定器５０に接続されたブリッジ回路５１の３辺のダミー抵抗５２〜５４を除く他の一辺、すなわち、ひずみゲージ５５を組み込む辺に、該ひずみゲージ５５の代わりに接続されてひずみゲージ５５と等価な抵抗値を生成する。
【０００５】
ひずみ校正時には、電源入力部Ａ，Ｃ間にブリッジ回路５１の電源電圧値Ｖを付与した状態で、ブリッジ回路５１の出力部Ｂ，Ｄ間に生じる出力電圧値ｅが検出され、この電圧値ｅをもとにひずみ値ε′を測定する。そして、ひずみ測定器５０で測定されるひずみ値ε′と、次式（２）で表され、ひずみ校正器６０で設定されたひずみ値εとを対比することにより、ひずみ測定器５０とブリッジ回路５１による測定系の校正を行う。
【０００６】
ε＝ΔＲ／（Ｋ・Ｒ_０）・・・・・・・・・・（２）
ただし、Ｒ_０は基準抵抗体６１の抵抗値、ΔＲは基準抵抗体６１の抵抗値からの変化量、Ｋはゲージ率を表す。
【０００７】
しかしながら、従来のひずみ校正器６０では、多種類のひずみ値に対応した抵抗値を生成するためには、基準抵抗体６１に並列に接続する多数の抵抗素子ｒ_１〜ｒ_ｎが必要となる。これは、ひずみに応じたひずみゲージの抵抗値変化は基本的には非常に小さく、通常的な可変抵抗器等を用いても、種々のひずみ値に対応した抵抗値を精度よく得ることが困難であるからである。また、ひずみ測定開始時の無ひずみ状態に対応するひずみゲージの初期抵抗値としての基準抵抗体６１の抵抗値から、抵抗素子を切り換えて作り出される複数の抵抗値には線形性がないと共に、該初期抵抗値がひずみゲージの標準抵抗値に等しいことを前提として基準抵抗体６１や抵抗素子ｒ_１〜ｒ_ｎの抵抗値が設定されているため、初期抵抗値を種々の値に設定しつつ所望のひずみ値を生成することが困難であった。
【０００８】
特に、ひずみ測定開始時におけるひずみゲージの初期抵抗値（これは必ずしもひずみゲージの標準抵抗値になるとは限らない）のばらつきを考慮して校正を行うために、基準抵抗体６１と抵抗素子ｒ_１〜ｒ_ｎの組み合わせによって初期抵抗値を変化させると、その初期抵抗値を基点とした、所望のひずみ値を生成することが困難となっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑み、ひずみゲージと等価で任意の抵抗値を発生できるひずみゲージ擬似抵抗体を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、初期抵抗値を任意に設定できると共に、広範囲の抵抗値を発生できるひずみ校正器を提供することを他の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様に係るひずみゲージ擬似抵抗体は、ひずみに応じた抵抗変化を生じるひずみゲージと等価な抵抗値を発生するひずみゲージ擬似抵抗体であって、一対の入力電圧端子と、指令値が入力され、前記一対の入力電圧端子に入力される入力電圧値を前記指令値に応じた電圧値とするように分圧する分圧回路と、所定の固定抵抗値を有し、前記入力電圧値と前記分圧回路により分圧された電圧値との差分が印加され、且つ、前記一対の入力電圧端子間に流れる電流とほぼ同等の電流が流れるように設けられた基準抵抗体と、を備え、前記一対の入力電圧端子間の抵抗値が前記指令値に基づいて規定されることを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明によれば、分圧回路は、入力される指令値に応じて、一対の入力電圧端子に入力される入力電圧値を分圧する。ここで指令値は例えば入力電圧値と分圧電圧値との分圧比を表すデータを示す。この分圧電圧値と入力電圧値との差分が基準抵抗体に印加され、且つ、該基準抵抗体には入力電圧端子間に流れる電流とほぼ同等の電流が流れるように構成される。よって、この基準抵抗体と入力電圧端子間とに流れる電流はほぼ等しくなるので、入力電圧端子間の抵抗値は、分圧電圧値、換言すれば分圧回路に入力される指令値によって規定されることになる。従って、ひずみゲージ擬似抵抗体は、指令値に基づいて任意の所望の抵抗値を発生することができる。尚、分圧回路としては、例えばＤ／Ａ変換器が好適である。
【００１３】
また、本発明の第１の態様に係るひずみゲージ擬似抵抗体は、前記一対の入力電圧端子の一方が前記基準抵抗体の一端に接続すると共に第１のオペアンプを介して前記分圧回路の入力端子に接続し、他方が前記分圧回路のもう１つの入力端子に接続し、前記分圧回路の分圧出力端子が第２のオペアンプを介して前記基準抵抗体の他端に接続して構成することが好ましい。
【００１４】
かかる本発明によれば、第１及び第２のオペアンプは、入力インピーダンスが十分大きく且つ出力インピーダンスが十分小さいので、第１のオペアンプを介して分圧回路の一対の入力端子間に印加される電圧は、入力電圧端子間の電位差、すなわち入力電圧値Ｖ_Ｇと等しくなる。さらに、入力電圧端子の一方から分圧回路にはほとんど電流が流れず、入力電圧端子間に流れる電流ｉと基準抵抗体に流れる電流とがほぼ等しくなる。同様に、第２のオペアンプを介して基準抵抗体の他端に印加される電圧は、分圧回路の分圧電圧値Ｖ_ＯＵＴと等しくなる。従って、基準抵抗体には、入力電圧値Ｖ_Ｇと分圧電圧値Ｖ_ＯＵＴとの差が印加されることになる。よって、分圧比ｎ（＝Ｖ_ＯＵＴ／Ｖ_Ｇ）と、基準抵抗体の抵抗値Ｒ_Ｓとから、ひずみゲージ擬似抵抗体の抵抗値Ｒ_Ｇ（＝Ｖ_Ｇ／ｉ）は、次式（３）で表される。
【００１５】
Ｒ_Ｇ＝Ｒ_Ｓ／（１−ｎ）・・・・・・・・・・（３）
【００１６】
従って、このひずみゲージ擬似抵抗体は、分圧比ｎに基づいて任意の所望の抵抗値を発生することができる。
【００１７】
また、前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様に係るひずみゲージ擬似抵抗体は、本発明の第１の態様に係るひずみゲージ擬似抵抗体に対して並列または直列に接続された固定抵抗体を備えることを特徴とする。
【００１８】
すなわち、第１の態様のひずみゲージ擬似抵抗体（抵抗値Ｒ_Ｇ）に対して並列に固定抵抗体（抵抗値Ｒ）を接続して新たなひずみゲージ擬似抵抗体（合成抵抗値Ｒ_Ｚ＝Ｒ・Ｒ_Ｇ／（Ｒ_Ｇ＋Ｒ））を構成したときに、第１の態様のひずみゲージ擬似抵抗体の構成要素、例えばオペアンプのオフセット電圧等による上記合成抵抗値Ｒ_Ｚの誤差を低減できる。なお、固定抵抗体の抵抗値Ｒについて、合成抵抗値Ｒ_Ｚの誤差を低減する上では、Ｒ≪Ｒ_Ｇとなるように設定することが好ましい。ただし、合成抵抗値Ｒ_Ｚの値をひずみゲージの標準抵抗値（公称抵抗値：例えば１２０Ω）に近い値に設定する必要があるので、合成抵抗値Ｒ_Ｚの可変幅を考慮しつつ、ＲとＲ_Ｇの比率を定めることが好ましい。また、第１の態様のひずみゲージ擬似抵抗体（抵抗値Ｒ_Ｇ）に対して直列に固定抵抗体（抵抗値Ｒ）を接続して新たにひずみゲージ擬似抵抗体（抵抗値Ｒ_Ｚ′＝Ｒ_Ｇ＋Ｒ）を構成したときには、第２の態様のひずみゲージ擬似抵抗体の許容電圧の範囲が拡大するので、ひずみ校正時に高電圧が印加されるような場合にも対応できることとなる。
【００１９】
次に、前記の目的を達成するために、本発明のひずみ校正器は、本発明の第１または第２の態様に係るひずみゲージ擬似抵抗体を備え、無ひずみ状態に対応する前記ひずみゲージ擬似抵抗体の抵抗値として予め定められた第１の抵抗値Ｒ_０と所望のひずみ値εとから、次式（４）によって算出される第２の抵抗値Ｒ_εを前記ひずみゲージ擬似抵抗体に生じさせることを特徴とする。
Ｒ_ε＝Ｒ_０・（Ｋ・ε＋１）・・・・・・・・・・（４）
ただし、Ｋ：ゲージ率
【００２０】
かかる本発明によれば、ひずみ校正器は、基準抵抗体の固定抵抗値と指令値で定まる任意の抵抗値を発生することができるひずみゲージ擬似抵抗体を備える。ひずみ校正器には、ひずみ校正に際して、ひずみゲージ擬似抵抗体のひずみ測定開始時の無ひずみ状態に対応する初期抵抗値が、第１の抵抗値Ｒ_０として予め定められる。このとき、ひずみゲージ擬似抵抗体の第１の抵抗値Ｒ_０は、ひずみゲージ擬似抵抗体が発生可能な抵抗値の範囲で任意の値を設定できる。このひずみ校正器は、ひずみ校正に際して発生させる所望のひずみ値εが入力されると、式（４）に基づいて、ひずみゲージ擬似抵抗体のひずみ発生時に対応する抵抗値である第２の抵抗値Ｒ_εが、ひずみゲージ擬似抵抗体に生じるように指令値を制御する。従って、初期抵抗値を任意に設定できると共に、広範囲の抵抗値を発生できるひずみ校正器を提供できる。なお、前記の式（４）中のゲージ率Ｋは、より詳しくは、ひずみゲージ擬似抵抗体が対象とするひずみゲージのゲージ率を示す。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態のひずみゲージ擬似抵抗体の構成図である。この実施形態は本発明の第１の態様のひずみゲージ擬似抵抗体の実施形態である。
【００２２】
図１を参照して、ひずみゲージ擬似抵抗体１は、分圧回路２と、基準抵抗体３と、高入力インピーダンスのオペアンプ４，５と、後述のブリッジ回路を介して入力電圧値Ｖ_Ｇが印加される一対の入力電圧端子６，７とを備える。
【００２３】
分圧回路２は、例えば１６ビットのＤ／Ａ変換器から構成され、１６ビットのデジタルデータ（本発明の指令値に相当する）を制御端子８に入力することによって、入力端子９，１０間に印加される電圧値Ｖ_{Ｉ Ｎ}を該デジタルデータに応じたレベルの電圧に分圧し、分圧電圧値Ｖ_ＯＵＴを分圧出力端子１１から出力する。なお、入力端子１０は入力電圧端子７に同電位に接続されている。また、上記デジタルデータは分圧比ｎ（＝Ｖ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮ）を表すものである。
【００２４】
基準抵抗体３は、固定抵抗値Ｒ_Ｓの抵抗素子により構成される。オペアンプ４，５はボルテージフォロア回路を形成し、オペアンプ４の正入力には、入力電圧端子６と基準抵抗体３の一端とが同電位に接続されている。また、オペアンプ４の出力は分圧回路２の入力端子９に同電位に接続され、オペアンプ５の出力は基準抵抗体３の他端に同電位に接続されている。また、オペアンプ５の正入力は分圧回路２の分圧出力端子１１に同電位に接続されている。
【００２５】
オペアンプ４は高入力インピーダンスのものであるので、入力電圧端子６からオペアンプ４には電流がほとんど流れない。従って、基準抵抗体３には、入力電圧端子６，７間に流れる電流ｉとほぼ同じ電流が流れる。また、オペアンプ５も高入力インピーダンスのものであるので、分圧回路２の分圧出力端子１１からオペアンプ５に流れる電流もほぼ０である。従って、基準抵抗体３のオペアンプ５側の一端には、分圧回路２に分圧された分圧電圧値Ｖ_ＯＵＴが印加されるので、基準抵抗体３には、入力電圧値Ｖ_Ｇと分圧電圧値Ｖ_ＯＵＴとの差分が付与されることになる。
【００２６】
ひずみゲージ擬似抵抗体１は、例えば、図６に示す従来のひずみ校正器６０の代わりに、ひずみ測定器５０およびブリッジ回路５１に接続されて使用される。この場合、入力電圧端子６，７がブリッジ回路５１の一辺の両端Ａ，Ｂに接続され、外部から分圧回路８の制御端子８に任意の分圧比ｎを表すデジタルデータ（指令値）が入力されて、所望の任意の抵抗値が設定される。本実施形態によれば、ひずみゲージ擬似抵抗体１の抵抗値Ｒ_Ｇは、前記の式（３）で表され、ひずみゲージ擬似抵抗体１は、分圧比ｎに基づいて任意の抵抗値を発生することができる。
【００２７】
（第２の実施形態）第１の実施形態で説明したひずみゲージ擬似抵抗体１は、例えば、構成要素のオペアンプ４，５のオフセット誤差等に起因して、その抵抗値Ｒ_Ｇに誤差が生じる。そのため、より精度のよい抵抗値を発生させることのできるひずみゲージ擬似抵抗体を第２の実施形態として説明する。図２は本発明の第２の実施形態のひずみゲージ擬似抵抗体の構成図である。この実施形態は本発明の第２の態様のひずみゲージ擬似抵抗体の実施形態である。
【００２８】
図２を参照して、ひずみゲージ擬似抵抗体２０は、第１の態様で説明したひずみゲージ擬似抵抗体に固定抵抗体１５（抵抗値Ｒ）が並列に接続されて構成される。なお、第１の実施形態と同一の構成については第１の実施形態のと同一の参照番号を付与し、説明を省略する。
【００２９】
ひずみゲージ擬似抵抗体２０は、分圧回路２と、基準抵抗体３と、オペアンプ４，５と、固定抵抗体１５と、後述のブリッジ回路を介して入力電圧Ｖ_Ｇが印加される一対の入力電圧端子１６，１７とを備える。このうち、分圧回路２と、基準抵抗体３と、オペアンプ４，５とを含む回路は、第１の態様のひずみゲージ擬似抵抗体の抵抗値Ｒ_Ｇ＝Ｒ_Ｓ／（１−ｎ）と同一の抵抗値を有する擬似的な抵抗体１８を構成している。
【００３０】
固定抵抗体１５は、この抵抗体１８に対して並列に接続されている。従って、ひずみゲージ擬似抵抗体２０の抵抗値Ｒ_Ｚは、固定抵抗体１５と、抵抗体１８との並列接続による合成抵抗値となり、次式（５）で表される。なお、ひずみゲージ擬似抵抗体２０の抵抗値Ｒ_Ｚは、ひずみゲージの標準抵抗値（公称抵抗値：例えば１２０Ω）の近傍の値を中心に所定の可変幅を有するようにＲとＲ_Ｇの比率が設定されている。
【００３１】
Ｒ_Ｚ＝Ｒ_Ｓ・Ｒ／（Ｒ_Ｓ＋（１−ｎ）・Ｒ）・・・・・・・・・・（５）
【００３２】
上述のひずみゲージ擬似抵抗体２０の使用に際しては、第１の実施形態と同様に、ひずみ測定器５０およびブリッジ回路５１に接続され、任意の分圧比ｎを表すデジタルデータ（指令値）が入力されることにより、所望の任意の抵抗値が設定される。
【００３３】
本実施形態によれば、ひずみゲージ擬似抵抗体２０は、基準抵抗体３の抵抗値Ｒ_Ｓと固定抵抗体１５の抵抗値Ｒと分圧比ｎで定まる任意の抵抗値を発生すると共に、抵抗体１８に固定抵抗体１５を並列に接続することにより、抵抗体１８の構成要素、例えばオペアンプ４，５のオフセット電圧等による合成抵抗値Ｒ_Ｚの誤差を低減することができる。従って、ひずみゲージ擬似抵抗体２０は、第１の実施形態よりも精度よく所望の任意の抵抗値を発生させることができる。
【００３４】
（第３の実施形態）図３は本発明の第３の実施形態のひずみゲージ擬似抵抗体の構成図である。この実施形態は本発明の第２の態様のひずみゲージ擬似抵抗体の実施形態である。
【００３５】
図３を参照して、ひずみゲージ擬似抵抗体２１は、第１の態様で説明したひずみゲージ擬似抵抗体に固定抵抗体１５（抵抗値Ｒ）が直列に接続されて構成される。ここで、第１の実施形態と同一の構成については第１の実施形態のと同一の参照番号を付与し、説明を省略する。また、ひずみゲージ擬似抵抗体２１は、第２の実施形態のひずみゲージ擬似抵抗体２０と同一の構成要素からなり、固定抵抗体１５が擬似的な抵抗体１８に対して直列に接続されている点のみが異なる。
【００３６】
従って、ひずみゲージ擬似抵抗体２１の抵抗値Ｒ_Ｚ′は、固定抵抗体１５（抵抗値Ｒ）と、抵抗体１８（抵抗値Ｒ_Ｇ＝Ｒ_Ｓ／（１−ｎ））の直列接続による合成抵抗値となり、次式（６）で表される。
【００３７】
Ｒ_Ｚ′＝Ｒ＋Ｒ_Ｓ／（１−ｎ）・・・・・・・・・・（６）
【００３８】
従って、ひずみゲージ擬似抵抗体２１は、基準抵抗体３の抵抗値Ｒ_Ｓと固定抵抗体１５の抵抗値Ｒと分圧比ｎとで定まる任意の抵抗値を発生することができる。上述のひずみゲージ擬似抵抗体２１の使用に際しては、第１の実施形態と全く同様にして、ひずみ測定器５０およびブリッジ回路５１に接続され、任意の分圧比ｎを表すデジタルデータ（指令値）が入力されることにより、所望の任意の抵抗値が設定される。
【００３９】
本実施形態によれば、固定抵抗体１５を第１の態様のひずみゲージ擬似抵抗体に直列接続する構成により、入力電圧端子１６，１７間に印加される電圧値の許容範囲を拡大できる。つまり、測定用電圧として、第１の態様のひずみゲージ擬似抵抗体の許容される印加電圧を超えるような高電圧も入力電圧端子１６，１７間に印加できることとなる。
【００４０】
（第４の実施形態）図４は本発明の第４の実施形態のひずみ校正器の構成図である。図４を参照して、ひずみ校正器３０は、第２の実施形態のひずみゲージ擬似抵抗体２０とコントロール部４０とから構成される。ひずみゲージ擬似抵抗体２０（抵抗値Ｒ_Ｚ）は第２の実施形態と同一のものであり、この構成については第２の実施形態のと同一の参照番号を付与し、説明を省略する。
【００４１】
ひずみ校正器３０のコントロール部４０は、キー入力操作部４１と、制御回路４２と、記憶回路４３と、インターフェース回路４４と、主電源回路４５と、表示器４６と、表示回路４７とを備えている。
【００４２】
キー入力操作部４１は、操作者の操作により、ひずみゲージ擬似抵抗体２０の初期抵抗値やひずみ値（ひずみゲージ擬似抵抗体２０に発生させようとする抵抗値に対応するひずみ設定値）を入力するためのものであり、例えば、初期抵抗値設定ボタン、ひずみ値設定ボタン、ひずみ発生ボタン等が設けられている。制御回路４２は、マイクロプロセッサ等により構成され、後述の各種データ処理や制御処理を行う。記憶回路４３は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等により構成され、各種データや制御回路４２が行う処理に必要なプログラム等を記憶保持する。
【００４３】
インターフェース回路４４は、制御回路４２がコントロール部４０の外部の図示しない操作器やパーソナルコンピュータ等との間で各種データの授受を行うための回路である。主電源回路４５は、コントロール部４０全体の電源電圧を商用電源等から生成する。なお、商用電源等に代えて電池を使用するようにしてもよい。表示器４６は、制御回路４２により表示回路４７を介して駆動され、初期抵抗値やひずみ値等を表示する。
【００４４】
上記構成のひずみ校正器３０の作動を説明する。なお、ひずみゲージ擬似抵抗体２０の初期抵抗値（本発明の無ひずみ状態に対応する抵抗値）をＲ_Ｚ０（添え字０で示す）、ひずみ発生時抵抗値（本発明の第２の抵抗値に相当する）をＲ_{Ｚ ε}（添え字εで示す）として説明する。また、この場合には、前記の（４）式は次式（７）で表される。
【００４５】
Ｒ_{Ｚ ε}＝Ｒ_Ｚ０・（Ｋ・ε＋１）・・・・・・・・・・（７）
【００４６】
本実施形態のひずみ校正器３０では、あらかじめ、基準抵抗体３の抵抗値Ｒ_Ｓ、固定抵抗体１５の抵抗値Ｒ、ひずみゲージ擬似抵抗体２０の対象とするひずみゲージのゲージ率Ｋの値が、ひずみ校正器３０の外部の適宜の操作器等からインターフェース回路４４及び制御回路４２を介して記憶回路４３に入力されて、記憶回路４３に記憶保持される。尚、これらの値Ｒ_Ｓ、Ｒ、Ｋはひずみ校正器３０の製造段階で記憶回路４３に記憶保持しておくようにしてもよい。
【００４７】
まず、ひずみ校正器３０の所定の操作等により、コントロール部４０を動作させる。コントロール部４０のキー入力操作部４１（図４参照）の操作により、ひずみゲージ擬似抵抗体２０に生じさせる所望の初期抵抗値Ｒ_Ｚ０が入力される（操作者は不図示の初期抵抗値設定ボタンを操作する）。制御回路４２は、入力された初期抵抗値Ｒ_Ｚ０をひずみゲージ擬似抵抗体２０に発生させるための分圧比ｎ_０を算出し、算出した分圧比ｎ_０を記憶回路４３に記憶させる。なお、初期抵抗値Ｒ_Ｚ０を生じさせるための分圧比ｎ_０は、記憶回路４３に記憶された値Ｒ_Ｓ、Ｒと入力された初期抵抗値Ｒ_Ｚ０とを用いて次式（８）により算出される。この式（８）は前記の式（５）に基づいて得られる式である。
【００４８】
ｎ_０＝１＋Ｒ_Ｓ／Ｒ−Ｒ_Ｓ／Ｒ_Ｚ０・・・・・・・・・・（８）
【００４９】
次に、キー入力操作部４１の操作により、操作者が発生させたい所望のひずみ値εを設定する操作を行う（操作者は不図示のひずみ値設定ボタンを操作する）。制御回路４２は、キー入力操作部４１から入力されたひずみ値εに基づいて、記憶回路４３にあらかじめプログラムされた処理を行うことで、ひずみゲージ擬似抵抗体２０の分圧回路２に供給するデジタルデータとして表される分圧比ｎ_ε（前記の式（５）に基づき、ひずみ発生時に対応するひずみゲージ擬似抵抗体２０の抵抗値Ｒ_{Ｚ ε}を生じさせる分圧比）を求める。すなわち、制御回路４２は、記憶回路４３に記憶保持された初期状態の分圧比ｎ_０、基準抵抗体３の抵抗値Ｒ_Ｓ、固定抵抗体１５の抵抗値Ｒ、ゲージ率Ｋの各データを記憶回路４３から読み込む。そして、読み込んだ上記の各データの値を用いて、次式（９）の演算を行うことで、分圧比ｎ_εを求め、求めた分圧比ｎ_εを記憶回路４３に記憶保持させる。
【００５０】
ｎ_ε＝（Ｋ・ε（１＋Ｒ_Ｓ／Ｒ）＋ｎ_０）／（Ｋ・ε＋１）・・・・・・・・・・（９）
【００５１】
この式（９）は前記の式（５）、（７）に基づいて得られる。また、制御回路４２は、初期抵抗値Ｒ_Ｚ０、ひずみゲージ擬似抵抗体２０に発生させたい所望のひずみ値ε、求めた分圧比ｎ_εの値等を表示回路４９を介して表示器４８に適宜表示させる。
【００５２】
尚、制御回路４２は、キー入力操作部４１より入力されたひずみ値εから、次式（１０）により、ひずみ値εに対応する分圧比ｎ_εを求める処理を行うようにしてもよい。
【００５３】
ｎ_ε＝１＋Ｒ_Ｓ／Ｒ−Ｒ_Ｓ／（Ｒ_Ｚ０・（Ｋ・ε＋１））・・・・・・・・・・（１０）
【００５４】
ひずみ校正時には、図５に示すように、ひずみ測定器５０に接続されたブリッジ回路５１を他の３つのダミー抵抗５２〜５４と共に形成するひずみゲージ５５に代えて、ひずみ校正器３０の入力電圧端子１６，１７が該ブリッジ回路５１の接続端子５６，５７に接続される。
【００５５】
次に、ひずみ校正器３０のキー入力操作部４１のひずみ発生ボタン（図示せず）を操作者が操作すると、制御回路４２は、記憶回路４３に記憶された分圧比ｎ_εを読み込んで、分圧比ｎ_εが表すデジタルデータをひずみゲージ擬似抵抗体２０の分圧回路２に供給する。供給されたデジタルデータに応じて、ひずみゲージ擬似抵抗体２０の抵抗値はひずみ時に対応する抵抗値Ｒ_{Ｚ ε}に変化するので、ひずみ校正器３０の入力電圧端子１６，１７間に抵抗値Ｒ_{Ｚ ε}が発生する。このとき、ひずみ測定器５０は、電源入力部Ａ，Ｃ間にブリッジ回路５１の電源電圧値Ｖを付与した状態で、ブリッジ回路５１の出力部Ｂ，Ｄ間に生じる出力電圧値ｅを検出し、これを基にひずみ値ε′を測定することができる。
【００５６】
上記実施形態によれば、ひずみ校正器３０は、ひずみ測定開始時の無ひずみ状態に対応した初期抵抗値Ｒ_Ｚ０を任意に設定できると共に、所望のひずみ値εに応じた抵抗値Ｒ_{Ｚ ε}を発生させる。従って、このひずみ校正器３０を用いれば、ひずみ校正時にひずみ測定器５０で測定されるひずみ値ε′とひずみ校正器３０で設定されたひずみ値εとを対比することにより、ひずみ測定器５０に接続されたブリッジ回路５１のダミー抵抗５２〜５４を含む測定系に対して校正をすることができる。
【００５７】
また、本実施形態のひずみ校正器３０は、上述のような静的なひずみ校正の他に、動的なひずみ校正を可能とすることができる。この場合には、ひずみ校正器３０の記憶回路４３にひずみゲージ擬似抵抗体２０の抵抗値を正弦波状に変化させるプログラムを予め記憶させておき、例えば正弦波の周期、ピーク値、中心値（初期抵抗値）を入力できるように定めておき、これらの入力値により定まる波形で抵抗値を正弦波状に連続的に変化させるようにすればよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、１ゲージ法のひずみ測定器のひずみ校正器として説明したが、ひずみゲージ擬似抵抗体を２つ備えるようにひずみ校正器を構成すれば、２ゲージ法のひずみ測定器のひずみ校正器とすることができる。
【００５９】
尚、上記第１〜第４の実施形態では、ひずみゲージ擬似抵抗体を校正する分圧回路２は、Ｄ／Ａ変換器として説明したが、分圧回路２を、Ｄ／Ａ変換器と、分圧回路２の入力電圧を適宜分圧すると共に該Ｄ／Ａ変換器の入力端子に接続された抵抗体とから構成するようにしてもよい。このように構成することによって、ひずみゲージ擬似抵抗体が発生する抵抗値の分解能を高めることができる
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のひずみゲージ擬似抵抗体を示す図。
【図２】第２の実施形態のひずみゲージ擬似抵抗体を示す図。
【図３】第３の実施形態のひずみゲージ擬似抵抗体を示す図。
【図４】第４の実施形態のひずみ校正器を示す図。
【図５】第４の実施形態のひずみ校正器を用いた校正方法を示す図。
【図６】従来のひずみ校正器を用いた校正方法を示す図。
【符号の説明】
１，２０，２１・・・ひずみゲージ擬似抵抗体、２・・・分圧回路、３・・・基準抵抗体、４，５・・・オペアンプ、６，７，１６，１７・・・入力電圧端子、８・・・制御端子、９，１０・・・入力端子、１１・・・分圧出力端子、１５・・・固定抵抗体、１８・・・抵抗体、３０・・・ひずみ校正器、４０・・・コントロール部、５０・・・ひずみ測定器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a strain gauge pseudo-resistor and a strain calibrator used for calibration of a strain measuring instrument and the like.
[0002]
[Prior art]
In strain measurement, a strain gauge whose resistance value changes according to strain is attached to an object. The strain gauge that detects the change in resistance value of the strain gauge and measures the strain is connected to a resistance circuit (a circuit composed of a dummy resistor) that constitutes a Wheatstone bridge circuit (bridge circuit) together with the strain gauge. Alternatively, a strain gauge is connected to the resistance circuit. The strain measuring device acquires a voltage signal of a level corresponding to the strain of the object from the bridge circuit while applying the power supply voltage to the bridge circuit, and obtains a strain value from the level of the voltage signal. Then, the obtained strain value is displayed on a display device, recorded in an appropriate storage medium, or output to the outside.
[0003]
A strain calibrator is used as a device for calibrating the strain measuring instrument such as an inspection of whether or not the strain measuring instrument correctly recognizes a strain value from a voltage signal (bridge output voltage) of a bridge circuit. . There are two known strain calibrators, one that generates a pseudo bridge output voltage and one that has a pseudo resistance value. However, in the former case, it is assumed that the distortion value and the output voltage of the bridge circuit are always in a constant relationship, so that the cause is the accuracy error of the dummy resistance of the bridge circuit and the distortion resistance value at the start of measurement. Calibration cannot be performed in consideration of the effect of initial unbalance of the bridge circuit. In particular, in the 1-gauge method, initial unbalance is likely to occur, and it is desirable to perform calibration in a measurement system including a dummy resistance of a bridge circuit, but such calibration cannot be performed with the former calibrator. For this reason, it is preferable that calibration is performed with the latter pseudo resistance value. FIG. 6 is known as this type.
[0004]
As shown in FIG. 6, the conventional strain calibrator 60 includes a reference resistor 61 having a standard resistance value (nominal resistance value: 120Ω, for example) of a strain gauge, and a resistance value sufficiently larger than that of the reference resistor 61. Resistance element r having₁~ R_nAnd these resistance elements r₁~ R_nSwitch SW for connecting in parallel to the reference resistor 61 in a switchable manner₁~ SW_nIt consists of and. The resistance element r connected in parallel to the reference resistor 61₁~ R_nAre switched in order, corresponding to strain, for example, each resistance element r so that a resistance change occurs by 1000 micro strains.₁~ R_nThe resistance value is set. The strain calibrator 60 replaces the strain gauge 55 on the other side except the dummy resistors 52 to 54 on the three sides of the bridge circuit 51 connected to the strain measuring instrument 50, that is, the side where the strain gauge 55 is incorporated. To generate a resistance value equivalent to that of the strain gauge 55.
[0005]
At the time of distortion calibration, the output voltage value e generated between the output parts B and D of the bridge circuit 51 is detected in a state where the power supply voltage value V of the bridge circuit 51 is applied between the power input parts A and C, and this voltage value e Measure the strain value ε ′ based on The strain measuring device 50 and the bridge circuit are compared by comparing the strain value ε ′ measured by the strain measuring device 50 with the strain value ε expressed by the following equation (2) and set by the strain calibrator 60. Calibration of the measurement system by 51 is performed.
[0006]
ε = ΔR / (K · R₀(2)
However, R₀Is the resistance value of the reference resistor 61, ΔR is the amount of change from the resistance value of the reference resistor 61, and K is the gauge factor.
[0007]
However, in the conventional strain calibrator 60, in order to generate resistance values corresponding to various types of strain values, a number of resistance elements r connected in parallel to the reference resistor 61 are used.₁~ R_nIs required. This is because the change in the resistance value of the strain gauge according to the strain is basically very small, and it is difficult to obtain resistance values corresponding to various strain values with high accuracy even using a normal variable resistor. Because. In addition, a plurality of resistance values created by switching resistance elements from the resistance value of the reference resistor 61 as the initial resistance value of the strain gauge corresponding to the unstrained state at the start of strain measurement have no linearity, and the Assuming that the initial resistance value is equal to the standard resistance value of the strain gauge, the reference resistor 61 and the resistance element r₁~ R_nTherefore, it is difficult to generate a desired strain value while setting the initial resistance value to various values.
[0008]
In particular, in order to perform calibration in consideration of variations in the initial resistance value of the strain gauge at the start of strain measurement (this is not necessarily the standard resistance value of the strain gauge), the reference resistor 61 and the resistance element r₁~ R_nWhen the initial resistance value is changed by a combination of the above, it is difficult to generate a desired strain value based on the initial resistance value.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In view of such a background, an object of the present invention is to provide a strain gauge pseudo-resistor that is equivalent to a strain gauge and can generate an arbitrary resistance value.
[0010]
Another object of the present invention is to provide a strain calibrator capable of arbitrarily setting an initial resistance value and generating a wide range of resistance values.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the strain gauge pseudo-resistor according to the first aspect of the present invention is a strain gauge pseudo-resistor that generates a resistance value equivalent to a strain gauge that generates a resistance change according to strain. A pair of input voltage terminals, a command value is input, and a voltage dividing circuit that divides the input voltage value input to the pair of input voltage terminals to a voltage value corresponding to the command value; A fixed resistance value, a difference between the input voltage value and the voltage value divided by the voltage dividing circuit is applied, and a current substantially equal to a current flowing between the pair of input voltage terminals flows. And a resistance value between the pair of input voltage terminals is defined based on the command value.
[0012]
According to the present invention, the voltage dividing circuit divides the input voltage value input to the pair of input voltage terminals in accordance with the input command value. Here, the command value indicates, for example, data representing a voltage division ratio between the input voltage value and the divided voltage value. The difference between the divided voltage value and the input voltage value is applied to the reference resistor, and a current substantially equal to the current flowing between the input voltage terminals flows through the reference resistor. Therefore, since the currents flowing between the reference resistor and the input voltage terminal are substantially equal, the resistance value between the input voltage terminals is defined by the divided voltage value, in other words, the command value input to the voltage dividing circuit. Will be. Therefore, the strain gauge pseudo-resistor can generate any desired resistance value based on the command value. For example, a D / A converter is suitable as the voltage dividing circuit.
[0013]
In the strain gauge pseudo-resistor according to the first aspect of the present invention, one of the pair of input voltage terminals is connected to one end of the reference resistor, and the input of the voltage dividing circuit via the first operational amplifier. Connected to the other terminal of the voltage dividing circuit, and the voltage dividing output terminal of the voltage dividing circuit is connected to the other end of the reference resistor via a second operational amplifier. It is preferable to do.
[0014]
According to the present invention, since the first and second operational amplifiers have sufficiently large input impedance and sufficiently low output impedance, the voltage applied between the pair of input terminals of the voltage dividing circuit via the first operational amplifier. Is the potential difference between the input voltage terminals, that is, the input voltage value V_GIs equal to Further, almost no current flows from one of the input voltage terminals to the voltage dividing circuit, and the current i flowing between the input voltage terminals and the current flowing through the reference resistor are substantially equal. Similarly, the voltage applied to the other end of the reference resistor via the second operational amplifier is the divided voltage value V of the voltage dividing circuit._OUTIs equal to Therefore, the reference resistor has an input voltage value V_GAnd divided voltage value V_OUTThe difference is applied. Therefore, the voltage division ratio n (= V_OUT/ V_G) And the resistance value R of the reference resistor_SFrom the above, the resistance value R of the strain gauge pseudo-resistor_G(= V_G/ I) is expressed by the following equation (3).
[0015]
R_G= R_S/ (1-n) (3)
[0016]
Therefore, this strain gauge pseudo-resistor can generate any desired resistance value based on the voltage division ratio n.
[0017]
In order to achieve the above object, the strain gauge pseudo-resistor according to the second aspect of the present invention is connected in parallel or in series to the strain gauge pseudo-resistor according to the first aspect of the present invention. And a fixed resistor.
[0018]
That is, the strain gauge pseudo-resistor of the first aspect (resistance value R_G) To a new strain gauge pseudo-resistor (combined resistance value R) by connecting a fixed resistor (resistance value R) in parallel to_Z= R ・ R_G/ (R_G+ R)), the combined resistance value R due to the offset voltage of the operational amplifier, for example, the constituent elements of the strain gauge pseudo-resistor of the first aspect_ZCan be reduced. The resistance value R of the fixed resistor is the combined resistance value R_ZIn order to reduce the error of R << R_GIt is preferable to set so that. However, the combined resistance value R_ZIs set to a value close to the standard resistance value of the strain gauge (nominal resistance value: for example, 120Ω), so the combined resistance value R_ZR and R, taking into account the variable width of_GIt is preferable to determine the ratio. Further, the strain gauge pseudo-resistor (resistance value R of the first aspect)_G) Is connected in series with a fixed resistor (resistance value R) and a new strain gauge pseudo-resistance (resistance value R)_Z'= R_GWhen + R) is configured, the allowable voltage range of the strain gauge pseudo-resistor according to the second aspect is expanded, so that a case where a high voltage is applied during strain calibration can be dealt with.
[0019]
Next, in order to achieve the above object, the strain calibrator of the present invention includes the strain gauge pseudo-resistor according to the first or second aspect of the present invention, and the strain gauge pseudo corresponding to the unstrained state. First resistance value R determined in advance as the resistance value of the resistor₀And the desired strain value ε, the second resistance value R calculated by the following equation (4)_εIs generated in the strain gauge pseudo-resistor.
R_ε= R₀・ (K ・ ε + 1) (4)
Where K: Gauge rate
[0020]
According to the present invention, the strain calibrator includes the strain gauge pseudo-resistor capable of generating an arbitrary resistance value determined by the fixed resistance value and the command value of the reference resistor. In the strain calibrator, the initial resistance value corresponding to the unstrained state at the start of strain measurement of the strain gauge pseudo-resistor at the time of strain calibration is the first resistance value R.₀As predetermined. At this time, the first resistance value R of the strain gauge pseudo-resistor₀Can be set to any value within the range of resistance values that can be generated by the strain gauge pseudo-resistor. When a desired strain value ε generated during strain calibration is input to the strain calibrator, a second resistance value that is a resistance value corresponding to the strain occurrence of the strain gauge pseudo-resistor is calculated based on the equation (4). R_εControls the command value to occur in the strain gauge pseudo-resistor. Therefore, it is possible to provide a strain calibrator that can arbitrarily set the initial resistance value and generate a wide range of resistance values. In addition, the gauge factor K in said Formula (4) shows the gauge factor of the strain gauge which the strain gauge pseudo-resistor makes object more specifically.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram of a strain gauge pseudo-resistor according to a first embodiment of the present invention. This embodiment is an embodiment of the strain gauge pseudo-resistor according to the first aspect of the present invention.
[0022]
Referring to FIG. 1, a strain gauge pseudo-resistor 1 includes an input voltage value V through a voltage dividing circuit 2, a reference resistor 3, operational amplifiers 4 and 5 having high input impedance, and a bridge circuit described later._GAre provided with a pair of input voltage terminals 6 and 7.
[0023]
The voltage dividing circuit 2 is composed of, for example, a 16-bit D / A converter, and inputs 16-bit digital data (corresponding to a command value of the present invention) to the control terminal 8, thereby connecting the input terminals 9 and 10. Voltage value V applied to_{I N}Is divided to a voltage of a level corresponding to the digital data, and the divided voltage value V_OUTIs output from the partial pressure output terminal 11. The input terminal 10 is connected to the input voltage terminal 7 at the same potential. In addition, the digital data has a voltage division ratio n (= V_OUT/ V_IN).
[0024]
The reference resistor 3 has a fixed resistance value R_SIt is comprised by the resistive element. The operational amplifiers 4 and 5 form a voltage follower circuit, and the input voltage terminal 6 and one end of the reference resistor 3 are connected to the same potential at the positive input of the operational amplifier 4. The output of the operational amplifier 4 is connected to the input terminal 9 of the voltage dividing circuit 2 at the same potential, and the output of the operational amplifier 5 is connected to the other end of the reference resistor 3 at the same potential. The positive input of the operational amplifier 5 is connected to the voltage dividing output terminal 11 of the voltage dividing circuit 2 at the same potential.
[0025]
Since the operational amplifier 4 has a high input impedance, almost no current flows from the input voltage terminal 6 to the operational amplifier 4. Therefore, the reference resistor 3 is supplied with substantially the same current i as the current i flowing between the input voltage terminals 6 and 7. Further, since the operational amplifier 5 has a high input impedance, the current flowing from the voltage dividing output terminal 11 of the voltage dividing circuit 2 to the operational amplifier 5 is almost zero. Therefore, one end of the reference resistor 3 on the side of the operational amplifier 5 has a divided voltage value V divided by the voltage dividing circuit 2._OUTIs applied to the reference resistor 3, the input voltage value V_GAnd divided voltage value V_OUTThe difference with is given.
[0026]
The strain gauge pseudo-resistor 1 is used, for example, connected to a strain measuring device 50 and a bridge circuit 51 instead of the conventional strain calibrator 60 shown in FIG. In this case, the input voltage terminals 6 and 7 are connected to both ends A and B of one side of the bridge circuit 51, and digital data (command value) representing an arbitrary voltage division ratio n is input to the control terminal 8 of the voltage dividing circuit 8 from the outside. Then, a desired arbitrary resistance value is set. According to this embodiment, the resistance value R of the strain gauge pseudo-resistor 1_GIs represented by the above equation (3), and the strain gauge pseudo-resistor 1 can generate an arbitrary resistance value based on the voltage division ratio n.
[0027]
(Second Embodiment) The strain gauge pseudo-resistor 1 described in the first embodiment has a resistance value R caused by, for example, an offset error of operational amplifiers 4 and 5 as constituent elements._GAn error occurs. Therefore, a strain gauge pseudo-resistor capable of generating a more accurate resistance value will be described as a second embodiment. FIG. 2 is a configuration diagram of a strain gauge pseudo-resistor according to the second embodiment of the present invention. This embodiment is an embodiment of the strain gauge pseudo-resistor according to the second aspect of the present invention.
[0028]
With reference to FIG. 2, the strain gauge pseudo-resistor 20 is configured by connecting a fixed resistor 15 (resistance value R) in parallel to the strain gauge pseudo-resistor described in the first embodiment. In addition, about the structure same as 1st Embodiment, the same reference number as 1st Embodiment is provided, and description is abbreviate | omitted.
[0029]
The strain gauge pseudo-resistor 20 includes an input voltage V through a voltage dividing circuit 2, a reference resistor 3, operational amplifiers 4 and 5, a fixed resistor 15, and a bridge circuit described later._GAre provided with a pair of input voltage terminals 16 and 17. Among these, the circuit including the voltage dividing circuit 2, the reference resistor 3, and the operational amplifiers 4 and 5 is the resistance value R of the strain gauge pseudo resistor of the first aspect._G= R_SThe pseudo resistor 18 having the same resistance value as / (1-n) is configured.
[0030]
The fixed resistor 15 is connected in parallel to the resistor 18. Therefore, the resistance value R of the strain gauge pseudo-resistor 20_ZIs a combined resistance value by parallel connection of the fixed resistor 15 and the resistor 18, and is expressed by the following equation (5). In addition, the resistance value R of the strain gauge pseudo-resistor 20_ZR and R so as to have a predetermined variable width centered on a value in the vicinity of the standard resistance value of the strain gauge (nominal resistance value: eg, 120Ω)._GThe ratio is set.
[0031]
R_Z= R_S・ R / (R_S+ (1-n) · R) (5)
[0032]
When using the strain gauge pseudo-resistor 20 described above, digital data (command value) representing an arbitrary voltage dividing ratio n is connected to the strain measuring device 50 and the bridge circuit 51 as in the first embodiment. Thus, a desired arbitrary resistance value is set.
[0033]
According to this embodiment, the strain gauge pseudo-resistor 20 has a resistance value R of the reference resistor 3._SAnd the resistance value R of the fixed resistor 15 and an arbitrary resistance value determined by the voltage dividing ratio n are generated, and the fixed resistor 15 is connected in parallel to the resistor 18, so that the components of the resistor 18, for example, the operational amplifier 4 , 5 combined resistance value R due to offset voltage, etc._ZCan be reduced. Therefore, the strain gauge pseudo-resistor 20 can generate a desired arbitrary resistance value with higher accuracy than in the first embodiment.
[0034]
(Third Embodiment) FIG. 3 is a block diagram of a strain gauge pseudo-resistor according to a third embodiment of the present invention. This embodiment is an embodiment of the strain gauge pseudo-resistor according to the second aspect of the present invention.
[0035]
With reference to FIG. 3, the strain gauge pseudo-resistor 21 is configured by connecting a fixed resistor 15 (resistance value R) in series to the strain gauge pseudo-resistor described in the first embodiment. Here, the same reference numerals as those in the first embodiment are assigned to the same components as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted. The strain gauge pseudo-resistor 21 is composed of the same components as the strain gauge pseudo-resistor 20 of the second embodiment, and the fixed resistor 15 is connected in series to the pseudo resistor 18. Only the point is different.
[0036]
Therefore, the resistance value R of the strain gauge pseudo-resistor 21_Z'Indicates a fixed resistor 15 (resistance value R) and a resistor 18 (resistance value R)._G= R_S/ (1-n)) is a combined resistance value by series connection, and is represented by the following equation (6).
[0037]
R_Z'= R + R_S/ (1-n) (6)
[0038]
Therefore, the strain gauge pseudo-resistor 21 has a resistance value R of the reference resistor 3._SAn arbitrary resistance value determined by the resistance value R of the fixed resistor 15 and the voltage division ratio n can be generated. When using the strain gauge pseudo-resistor 21 described above, digital data (command value) representing an arbitrary voltage dividing ratio n is connected to the strain measuring device 50 and the bridge circuit 51 in exactly the same manner as in the first embodiment. By inputting, a desired arbitrary resistance value is set.
[0039]
According to this embodiment, the allowable range of the voltage value applied between the input voltage terminals 16 and 17 can be expanded by the configuration in which the fixed resistor 15 is connected in series to the strain gauge pseudo resistor of the first aspect. That is, a high voltage exceeding the allowable applied voltage of the strain gauge pseudo resistor of the first aspect can be applied between the input voltage terminals 16 and 17 as the measurement voltage.
[0040]
(Fourth Embodiment) FIG. 4 is a block diagram of a strain calibrator according to a fourth embodiment of the present invention. With reference to FIG. 4, the strain calibrator 30 includes the strain gauge pseudo-resistor 20 and the control unit 40 of the second embodiment. Strain gauge pseudo-resistor 20 (resistance value R_Z) Is the same as that of the second embodiment, and the same reference numerals as those of the second embodiment are given to the configuration, and description thereof is omitted.
[0041]
The control unit 40 of the strain calibrator 30 includes a key input operation unit 41, a control circuit 42, a storage circuit 43, an interface circuit 44, a main power supply circuit 45, a display 46 and a display circuit 47. Yes.
[0042]
The key input operation unit 41 inputs an initial resistance value and a strain value (a strain set value corresponding to a resistance value to be generated in the strain gauge pseudo-resistor 20) of the strain gauge pseudo-resistor 20 by an operation of the operator. For example, an initial resistance value setting button, a strain value setting button, a strain generation button, and the like are provided. The control circuit 42 is constituted by a microprocessor or the like, and performs various data processing and control processing described later. The storage circuit 43 includes a ROM, a RAM, an EEPROM, and the like, and stores and holds various data and programs necessary for processing performed by the control circuit 42.
[0043]
The interface circuit 44 is a circuit for the control circuit 42 to exchange various data with an operating unit (not shown), a personal computer, or the like outside the control unit 40. The main power supply circuit 45 generates a power supply voltage for the entire control unit 40 from a commercial power supply or the like. A battery may be used instead of the commercial power source. The display 46 is driven by the control circuit 42 via the display circuit 47, and displays an initial resistance value, a strain value, and the like.
[0044]
The operation of the strain calibrator 30 having the above configuration will be described. Note that the initial resistance value of the strain gauge pseudo-resistor 20 (the resistance value corresponding to the unstrained state of the present invention) is R._Z0(Represented by the suffix 0), the resistance value at the time of strain occurrence (corresponding to the second resistance value of the present invention)_{Z ε}This will be described as (indicated by the subscript ε). Further, in this case, the above equation (4) is expressed by the following equation (7).
[0045]
R_{Z ε}= R_Z0・ (K ・ ε + 1) (7)
[0046]
In the strain calibrator 30 of the present embodiment, the resistance value R of the reference resistor 3 is previously set._SThe resistance value R of the fixed resistor 15 and the value of the gauge factor K of the strain gauge as the target of the strain gauge pseudo-resistor 20 are changed from an appropriate operation device or the like outside the strain calibrator 30 to the interface circuit 44 and the control circuit 42 Is input to the storage circuit 43 through the storage circuit 43 and stored in the storage circuit 43. These values R_S, R, and K may be stored and held in the storage circuit 43 at the manufacturing stage of the strain calibrator 30.
[0047]
First, the control unit 40 is operated by a predetermined operation of the strain calibrator 30 or the like. A desired initial resistance value R generated in the strain gauge pseudo-resistor 20 by the operation of the key input operation unit 41 (see FIG. 4) of the control unit 40._Z0(The operator operates an initial resistance value setting button (not shown)). The control circuit 42 receives the input initial resistance value R_Z0Pressure ratio n for generating strain gauge pseudo-resistor 20₀And the calculated partial pressure ratio n₀Is stored in the storage circuit 43. The initial resistance value R_Z0Is the partial pressure ratio n₀Is the value R stored in the memory circuit 43._S, R and the initial resistance value R_Z0And is calculated by the following equation (8). This expression (8) is an expression obtained based on the above expression (5).
[0048]
n₀= 1 + R_S/ R-R_S/ R_Z0(8)
[0049]
Next, an operation for setting a desired strain value ε desired to be generated by the operator is performed by operating the key input operation unit 41 (the operator operates a strain value setting button (not shown)). The control circuit 42 performs a process programmed in advance in the storage circuit 43 based on the strain value ε input from the key input operation unit 41, thereby supplying the digital to the voltage dividing circuit 2 of the strain gauge pseudo-resistor 20. Divided pressure ratio n expressed as data_ε(Based on the above equation (5), the resistance value R of the strain gauge pseudo-resistor 20 corresponding to the occurrence of strain)_{Z ε}Is determined. That is, the control circuit 42 divides the initial voltage division ratio n stored in the storage circuit 43.₀, Resistance value R of the reference resistor 3_SEach data of the resistance value R and the gauge factor K of the fixed resistor 15 is read from the storage circuit 43. Then, by using the value of each of the read data, the following equation (9) is calculated, whereby the voltage dividing ratio n_εAnd the determined partial pressure ratio n_εIs stored in the storage circuit 43.
[0050]
n_ε= (K · ε (1 + R_S/ R) + n₀) / (K · ε + 1) (9)
[0051]
This equation (9) is obtained based on the above equations (5) and (7). Further, the control circuit 42 has an initial resistance value R_Z0, The desired strain value ε desired to be generated in the strain gauge pseudo-resistor 20, and the obtained partial pressure ratio n_εAnd the like are appropriately displayed on the display 48 via the display circuit 49.
[0052]
Note that the control circuit 42 calculates the partial pressure ratio n corresponding to the strain value ε from the strain value ε input from the key input operation unit 41 according to the following equation (10)._εYou may make it perform the process which calculates | requires.
[0053]
n_ε= 1 + R_S/ R-R_S/ (R_Z0・ (K ・ ε + 1)) …… (10)
[0054]
At the time of strain calibration, as shown in FIG. 5, instead of the strain gauge 55 that forms the bridge circuit 51 connected to the strain measuring device 50 together with the other three dummy resistors 52 to 54, the input voltage terminal of the strain calibrator 30. 16 and 17 are connected to connection terminals 56 and 57 of the bridge circuit 51.
[0055]
Next, when the operator operates a strain generation button (not shown) of the key input operation unit 41 of the strain calibrator 30, the control circuit 42 causes the voltage dividing ratio n stored in the storage circuit 43._εIs read and the partial pressure ratio n_εIs supplied to the voltage dividing circuit 2 of the strain gauge pseudo-resistor 20. In accordance with the supplied digital data, the resistance value of the strain gauge pseudo-resistor 20 is the resistance value R corresponding to the strain._{Z ε}Therefore, the resistance value R between the input voltage terminals 16 and 17 of the strain calibrator 30 is changed to_{Z ε}Will occur. At this time, the strain measuring instrument 50 detects the output voltage value e generated between the output parts B and D of the bridge circuit 51 in a state where the power supply voltage value V of the bridge circuit 51 is applied between the power input parts A and C. Based on this, the strain value ε ′ can be measured.
[0056]
According to the above embodiment, the strain calibrator 30 has the initial resistance value R corresponding to the unstrained state at the start of strain measurement._Z0Can be set arbitrarily, and the resistance value R according to the desired strain value ε_{Z ε}Is generated. Therefore, if this strain calibrator 30 is used, the strain value ε ′ measured by the strain meter 50 during strain calibration is compared with the strain value ε set by the strain calibrator 30, so that Calibration can be performed on the measurement system including the dummy resistors 52 to 54 of the connected bridge circuit 51.
[0057]
Further, the strain calibrator 30 of the present embodiment can enable dynamic strain calibration in addition to the static strain calibration as described above. In this case, a program for changing the resistance value of the strain gauge pseudo-resistor 20 in a sine wave shape is stored in advance in the storage circuit 43 of the strain calibrator 30, and for example, the period, peak value, and center value (initial value of the sine wave) Resistance value) can be input, and the resistance value may be continuously changed in a sine wave shape with a waveform determined by these input values.
[0058]
In the above embodiment, the strain calibrator of the 1 gauge strain measuring instrument has been described. However, if the strain calibrator is configured to include two strain gauge pseudo-resistors, It can be a strain calibrator.
[0059]
In the first to fourth embodiments, the voltage dividing circuit 2 for calibrating the strain gauge pseudo-resistor has been described as a D / A converter. However, the voltage dividing circuit 2 is a D / A converter, You may make it comprise from the resistor connected to the input terminal of this D / A converter while dividing the input voltage of the voltage dividing circuit 2 suitably. By comprising in this way, the resolution | decomposability of the resistance value which a strain gauge pseudo-resistor generate | occur | produces can be raised.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a strain gauge pseudo-resistor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a view showing a strain gauge pseudo-resistor according to a second embodiment.
FIG. 3 is a view showing a strain gauge pseudo-resistor according to a third embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a strain calibrator according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a calibration method using the strain calibrator of the fourth embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a calibration method using a conventional strain calibrator.
[Explanation of symbols]
1, 20, 21 ... Strain gauge pseudo resistor, 2 ... Voltage divider circuit, 3 ... Reference resistor, 4, 5 ... Operational amplifier, 6, 7, 16, 17 ... Input voltage Terminals 8 ... Control terminals 9, 10 ... Input terminals 11 ... Voltage output terminals 15 ... Fixed resistors 18 ... Resistors 30 ... Strain calibrators 40: Control unit, 50: Strain measuring device.

Claims (4)

ひずみに応じた抵抗変化を生じるひずみゲージと等価な抵抗値を発生するひずみゲージ擬似抵抗体であって、
一対の入力電圧端子と、
指令値が入力され、前記一対の入力電圧端子に入力される入力電圧値を前記指令値に応じた電圧値とするように分圧する分圧回路と、
所定の固定抵抗値を有し、前記入力電圧値と前記分圧回路により分圧された電圧値との差分が印加され、且つ、前記一対の入力電圧端子間に流れる電流とほぼ同等の電流が流れるように設けられた基準抵抗体と、
を備え、
前記一対の入力電圧端子間の抵抗値が前記指令値に基づいて規定されることを特徴とするひずみゲージ擬似抵抗体。A strain gauge pseudo-resistor that generates a resistance value equivalent to a strain gauge that generates a resistance change according to strain,
A pair of input voltage terminals;
A voltage dividing circuit that divides the input voltage value inputted to the pair of input voltage terminals into a voltage value corresponding to the command value;
A current having a predetermined fixed resistance value, a difference between the input voltage value and the voltage value divided by the voltage dividing circuit is applied, and a current substantially equal to a current flowing between the pair of input voltage terminals is A reference resistor provided to flow;
With
A strain gauge pseudo-resistor, wherein a resistance value between the pair of input voltage terminals is defined based on the command value. 前記一対の入力電圧端子の一方が前記基準抵抗体の一端に接続すると共に第１のオペアンプを介して前記分圧回路の入力端子に接続し、他方が前記分圧回路のもう１つの入力端子に接続し、前記分圧回路の分圧出力端子が第２のオペアンプを介して前記基準抵抗体の他端に接続してなることを特徴とする請求項１に記載のひずみゲージ擬似抵抗体。One of the pair of input voltage terminals is connected to one end of the reference resistor and connected to the input terminal of the voltage dividing circuit via a first operational amplifier, and the other is connected to another input terminal of the voltage dividing circuit. 2. The strain gauge pseudo-resistor according to claim 1, wherein a voltage dividing output terminal of the voltage dividing circuit is connected to the other end of the reference resistor via a second operational amplifier. 請求項１または２に記載のひずみゲージ擬似抵抗体に対して並列または直列に接続された固定抵抗体を備えることを特徴とするひずみゲージ擬似抵抗体。A strain gauge pseudo-resistor comprising a fixed resistor connected in parallel or in series to the strain gauge pseudo-resistor according to claim 1. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のひずみゲージ擬似抵抗体を備え、
無ひずみ状態に対応する前記ひずみゲージ擬似抵抗体の抵抗値として予め定められた第１の抵抗値Ｒ_０と所望のひずみ値εとから、次式（１）によって算出される第２の抵抗値Ｒ_εを前記ひずみゲージ擬似抵抗体に生じさせることを特徴とするひずみ校正器。
Ｒ_ε＝Ｒ_０・（Ｋ・ε＋１）・・・・・・・・・・（１）
ただし、Ｋ：ゲージ率The strain gauge pseudo-resistor according to any one of claims 1 to 3,
A second resistance value calculated by the following equation (1) from a first resistance value _R0 that is predetermined as a resistance value of the strain gauge pseudo-resistor corresponding to an unstrained state and a desired strain value ε. calibrator strain characterized by causing R _epsilon to the strain gauge pseudo resistor.
R _ε = R ₀ · (K · ε + 1) (1)
Where K: Gauge rate

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