JPH0216841B2 - - Google Patents

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JPH0216841B2
JPH0216841B2 JP2493882A JP2493882A JPH0216841B2 JP H0216841 B2 JPH0216841 B2 JP H0216841B2 JP 2493882 A JP2493882 A JP 2493882A JP 2493882 A JP2493882 A JP 2493882A JP H0216841 B2 JPH0216841 B2 JP H0216841B2
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JP
Japan
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strain gauge
circuit
detection device
disconnection
disconnection detection
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JP2493882A
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English (en)
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JPS58142205A (ja
Inventor
Harukichi Honda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Original Assignee
Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
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Publication date
Application filed by Kyowa Electronic Instruments Co Ltd filed Critical Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
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Publication of JPH0216841B2 publication Critical patent/JPH0216841B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2268Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

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」
と称する。)のひずみゲージ及びその入・出力リ
ード線の断線を検出するひずみゲージ断線検出装
置に関するものである。 本来、ひずみゲージからなるブリツジ回路にお
いて、断線検出にあたり要求される条件は、ブリ
ツジ回路の構成上、単に4枚のゲージの断線のみ
ならず、ブリツジ回路を励振する入力リード線及
びブリツジ回路の不平衡電圧をとりだす出力リー
ド線の断線に対しても断線検出できることであ
る。 しかしながら従来はこのような要件を満足する
適切な断線検出手段がなかつた。このため、例え
ばブリツジ回路を構成するひずみゲージの1個ま
たは複数個が断線してもその異常が検知されず、
正常の測定とみなしてしまうことが少なくなかつ
た。 ところで、上述の要件を満足し得る断線検出手
段として次のような方法によるものが考えられ
る。 すなわち、ゲージ及び入力リード線の断線につ
いてはブリツジ回路の入力リード線側よりブリツ
ジ励振電流を測定し、その電流値がある範囲内に
入つているか否かを判定することにより断線検出
を行ない、出力リード線の断線についてはブリツ
ジ回路の出力リード線側にバーンアウト回路と称
される一種の不平衡電圧発生回路を挿入して出力
リード線の断線時には計測表示系に過大電圧を入
力させ、表示をスケールオーバさせることにより
断線検出を行なう。 第1図はこのような方式を採用したひずみ測定
装置の一例の構成を示すものである。第1図にお
いて、1はゲージ抵抗Rなる4枚のゲージG1
G2,G3,G4で構成されるブリツジ回路である。
2a,2b,2c,2dはブリツジ回路1の入・
出力リード線であり、ゲージ断線検出装置を内蔵
したひずみ測定装置3の接続端子a,b,c,d
に各々接続されている。入力リード線2c,2d
には、励振電圧Eなるブリツジ電源Eとブリツジ
電源Eに直列に介挿された励振電流検出抵抗Rs
が接続されている。ブリツジ励振電流によつて抵
抗Rs間に発生する電圧を増幅する差動増幅器4
の出力が、第1比較判定回路5に入力されて、そ
の第1比較判定回路5の出力がオア回路6を介し
て警報器7に入力されている。一方出力リード線
2a,2bには、本来のひずみによつて発生する
ブリツジ不平衡電圧を測定するための電圧計8
と、この電圧計8の測定値をひずみ量として表示
する表示器9が接続されている。また出力リード
線2a,2bの断線を検出するために、電圧計8
の入力側にR1,R2,R3なる抵抗で構成され±V0
なる基準電圧が供給されたバーンアウト回路10
が挿入されており、さらに電圧計8の出力が、バ
ーンアウト回路10からの過大入力電圧を検出す
るための第2比較判定回路11に入力され、その
出力はオア回路6を介して警報器7に導びかれて
いる。 次に、上述のように構成された装置の動作につ
いて説明する。まずゲージG1〜G4及び入力リー
ド線2c,2dの断線検出について説明する。正
常時には、ブリツジ励振電流は=E/R+Rs≒ E/R(但しR≫Rsとする。)であるからRsに発生 する電圧EsはEs=・Rs=Rs/R・Eとなる。一 方ゲージG1〜G4と入力リード線2c,2dにお
いて発生し得る断線の組み合わせを考えた時、断
線の励振電流が一番大きくなるのは、いずれか一
つのゲージが断線した場合である。この時の励振
電流I′はI′=E/2R+Rs≒E/2RとなりRsに発生する 電圧E′sはE′s=′・Rs=Rs/2R・E=Es/2となつ て、断線時の励振電流は正常時の励振電流の1/2 以下になる。そこで抵抗Rsに発生する電圧を差
動増幅器4で検出しインピーダンス変換して、そ
の出力を回路設計上もつとも有利になるように、
正常時の電圧Esと断線時の最大電圧E′sとの中間
電圧値となるEs+E′s/2=3/4・Rs/REなるしき
い 値を持つ第1比較判定回路5に与えて大小判定を
行ない断線を検出する。第1比較判定回路5は、
差動増幅器4の出力が3/4 Rs/REなるしきい値 より大きい時は正常検出の肯定信号を出力し、し
きい値より小さい時は断線検出の否定信号を出力
する。否定信号が出力された場合は、オア回路6
を介して警報器7に入力されランプやブザーで警
報を発しオペレータに警告する。 次に出力リード線2a,2bの断線検出につい
て説明する。出力リード線2a,2bが正常の
時、ブリツジ回路1のRなる信号源インピーダン
スがバーンアウト回路10の2R1+R3なる信号源
インピーダンスと比較して充分小さければ(2R1
+R3≫Rならば)バーンアウト回路10から電
圧計8の入力に供給される電圧は、零に近似でき
る。 一方出力リード線2a,2bの少なくとも一つ
が断線した場合、ブリツジ回路1の信号源インピ
ーダンスが無限大となり電圧計8の入力に、バー
ンアウト回路10から2R3/2R2+R3・V0なる最大測 定ひずみ電圧以上の過大電圧が発生し、電圧計8
の出力が飽和して表示器9がスケールオーバす
る。(但し、過大電圧で電圧計8の出力が飽和す
るように、予め電圧計8の各定数を設定してお
く。)この電圧計8の出力が飽和したか否かを、
第2比較判定回路11で判定し、飽和していない
時は正常を示す肯定信号が、飽和した時は断線を
示す否定信号が出力され、前述同様オア回路6を
介して警報器7に与えられる。 ところで、この第1図に示した装置構成には次
のような欠点があつた。 (イ) ゲージ抵抗及び入力リード線抵抗によつて励
振電流が変化するので第1比較判定回路5のし
きい値を、ゲージG1〜G4及び入力リード線2
c,2dの抵抗に合わせて、そのつど再設定す
る必要がある。 (ロ) バーンアウト回路10を構成する抵抗R1
R3と基準電圧V0に発生するドリフト電圧の影
響が、本来目的としているひずみ量の指示値誤
差となつて表われ測定精度の低下をまねく。 (ハ) バーンアウト回路10の信号源インピーダン
スを、正常時にはゲージ抵抗と比較して充分大
きくしてバーンアウト回路10による挿入電圧
がブリツジ不平衡電圧として発生しないよう
に、また一方では断線時には電圧計8の入力イ
ンピーダンスと比較して充分小さくして、電圧
計8の入力に過大入力電圧が発生するように、
ゲージ抵抗、バーンアウト回路10、及び電圧
計8の三者間でインピーダンス整合をとらねば
ならないという制約を受ける。 (ニ) ブリツジ回路1の入力側と出力側の両方に断
線検出手段を構成しなければならず、回路が複
雑になる。 本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、ゲージ抵抗や入力リード線等のケーブル抵
抗に関係なく、測定精度の低下も招かずに且つイ
ンピーダンス整合等の問題も生ずることなく、ブ
リツジ回路の出力側のみで確実にゲージ及び入出
力リード線の断線検出を行ない得るひずみゲージ
断線検出装置を提供することを目的としている。 すなわち、本発明の特徴とするところは、ブリ
ツジ回路の出力側にブリツジ励振電圧検出回路を
具備し、異なる2種類の励振電圧でブリツジ回路
を切り換えて励振した時、ブリツジ励振電圧検出
回路で検出した各々の値が、実際にブリツジ回路
を励振したブリツジ電源の励振電圧に対応するか
否かを判定することにより、ブリツジ回路の出力
側からゲージ及びその入・出力リード線の断線を
検出することにある。 まず本発明における断線検出の原理について説
明する。 第2図は、4枚のひずみゲージG1〜G4で構成
したブリツジ回路1である。各ひずみゲージG1
G2,G3,G4の抵抗をRとし、端子c,dから入
力リード線2c,2dを介して励振電圧Eを印加
すると、ひずみ量εに比例したひずみゲージG1
G3に−△Rの、ひずみゲージG2,G4に+△Rの
抵抗変化が生じ、出力リード線2a,2bを介し
て端子a,bに次式に示すような不平衡電圧eが
得られる。 e=Va−Vb=Ks・ε・E …(1) (但しKsはひずみゲージのゲージ率) 第3図は、第2図のブリツジ回路をa,b端子
からみた時の不平衡電圧の等価回路を示すもので
あり、端子a,bの電圧Va,Vbは次の(2),(3)式
で示すブリツジ励振電圧の同相電圧成分E/2と、 ひずみに比例した不平衡電圧の差動電圧成分e/2 とからなる。 Va=E/2+e/2 …(2) Vb=E/2−e/2 …(3) なお、第2図、第3図は4枚ゲージで構成され
る一般的なブリツジ回路の例で示してあるが、1
枚ゲージや2枚ゲージで構成したブリツジ回路も
基本的には(1)式同様、ひずみに比例した不平衡電
圧が得られVa,Vbも(2),(3)式同様、ブリツジ励
振電圧と不平衡電圧成分とからなり、1枚ゲージ
や2枚ゲージでブリツジ回路を構成してもよい。 次表は、第2図のブリツジ回路1において、ゲ
ージG1〜G4及びその入・出力リード線2a〜2
dの断線が発生し得る組合わせと、その個々の断
線時の端子a,bの電圧Va,Vb及び断線不平衡
電圧eの値を示したものである。(本明細書では
断線不平衡電圧なる表現を、正常時にひずみによ
つて発生する本来(1)式で示すブリツジ回路出力の
不平衡電圧と区別する意味で使用する。)
【表】
【表】 この表に示すように断線には大きくわけて次の
○

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ひずみゲージで構成されるホイートストンブ
    リツジ回路を用いたひずみ測定装置におけるひず
    みゲージ及びその入出力リード線の断線を検出す
    るひずみゲージ断線検出装置において、2種類の
    異なる励振電圧を出力し得るブリツジ電源と、こ
    のブリツジ電源の前記2種類の励振電圧を切り換
    えて前記ホイートストンブリツジ回路に供給させ
    る第1のスイツチ手段と、前記ホイートストンブ
    リツジ回路の出力側に設けられその励振電圧を検
    出する励振電圧検出回路と、前記第1のスイツチ
    手段に連動する第2のスイツチ手段と、この第2
    のスイツチ手段により前記励振電圧検出回路の検
    出電圧が切り換え入力されそれぞれ設定値と比較
    し断線を判定する第1及び第2の比較判定回路
    と、これら第1及び第2の比較判定回路の判定出
    力を受け少なくとも一方で断線が判定されると断
    線検出信号を出力する回路とを具備したことを特
    徴とするひずみゲージ断線検出装置。 2 特許請求の範囲第1項記載のひずみゲージ断
    線検出装置において、励振電圧検出回路は、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とを
    具備したことを特徴とするひずみゲージ断線検出
    装置。 3 特許請求の範囲第1項記載のひずみゲージ断
    線検出装置において、励振電圧検出回路は、一対
    のバツフア増幅器と、これら一対のバツフア増幅
    器の出力をデイジタル値に変換するためのA/D
    変換器と、これらA/D変換された値を演算し検
    出出力を得るデイジタル演算器とを具備したこと
    を特徴とするひずみゲージ断線検出装置。 4 特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれか1
    項に記載のひずみゲージ断線検出装置において、
    第1及び第2の比較判定回路は共通の構成を用い
    第2のスイツチ手段に連動して比較設定値のみを
    切り換える構成としたことを特徴とするひずみゲ
    ージ断線検出装置。 5 ひずみゲージで構成されるホイートストンブ
    リツジ回路を用いたひずみ測定装置におけるひず
    みゲージ及びその入出力リード線の断線を検出す
    るひずみゲージ断線検出装置において、2種類の
    異なる励振電圧を出力し得るブリツジ電源と、こ
    のブリツジ電源の前記2種類の励振電圧を切り換
    えて前記ホイートストンブリツジ回路に供給させ
    るスイツチ手段と、前記ホイートストンブリツジ
    回路の出力側に設けられその励振電圧を検出し出
    力するとともに前記ホイートストンブリツジ回路
    の出力端の一方の出力電圧を検出し出力する励振
    電圧検出回路と、この励振電圧検出回路の前記一
    方の出力電圧の検出出力を第1の設定値と比較す
    る第1の比較判定回路と、前記励振電圧検出回路
    の前記励振電圧の検出出力を前記スイツチ手段に
    よる供給励振電圧の切り換え毎に記憶する記憶手
    段と、この記憶手段の記憶値を用い前記スイツチ
    手段による供給励振電圧の切り換え前後の前記励
    振電圧の検出値の差を求める演算器と、この演算
    器の出力を第2の設定値と比較する第2の比較判
    定回路と、これら第1及び第2の比較判定回路の
    判定出力を受け少なくとも一方で断線が判定され
    ると断線検出信号を出力する回路とを具備したこ
    とを特徴とするひずみゲージ断線検出装置。 6 特許請求の範囲第5項記載のひずみゲージ断
    線検出装置において、励振電圧検出回路は、一対
    のバツフア増幅器と、これら一対のバツフア増幅
    器の出力を加算する加算増幅器とを具備したこと
    を特徴とするひずみゲージ断線検出装置。 7 特許請求の範囲第5項記載のひずみゲージ断
    線検出回路において、励振電圧検出回路は、一対
    のバツフア増幅器と、これら一対のバツフア増幅
    器の出力をデイジタル値に変換するためのA/D
    変換器と、これらA/D変換された値を演算する
    デイジタル演算器とを具備したことを特徴とする
    ひずみゲージ断線検出装置。 8 特許請求の範囲第5項〜第7項のいずれか1
    項に記載のひずみゲージ断線検出装置において、
    第1及び第2の比較判定回路は共通の構成を用い
    スイツチ手段に連動して比較設定値のみを切り換
    える構成としたことを特徴とするひずみゲージ断
    線検出装置。
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JPS58142205A JPS58142205A (ja) 1983-08-24
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JPS60129643U (ja) * 1984-02-08 1985-08-30 横河電機株式会社 異常検出回路
JP3019550B2 (ja) * 1991-10-14 2000-03-13 日産自動車株式会社 半導体センサの自己診断回路
JP6627503B2 (ja) * 2015-12-29 2020-01-08 ティアック株式会社 センサの異常検出装置

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