特許ウォッチ

公開番号2025178118
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-05
出願番号2025040931
出願日2025-03-14
発明の名称歪測定回路及び当該回路における歪抵抗算定方法
出願人株式会社パワーユナイテッド
代理人個人
主分類G01L 1/00 20060101AFI20251128BHJP(測定;試験)
要約【課題】電流値及び電圧値を可変とし、歪を高い感度の下に正確に測定し得る歪測定回路及び当該回路に基づく歪測定方法を提供すること。
【解決手段】歪ゲージ1の接続両端子を、可変定電流電源2及び電圧計4を介して可変定電圧電源3と並列にて接続するか、又は可変定電流電源2及び第1の電圧計41を介して可変定電圧電源3又は定電圧電源3と並列にて接続し、かつ第2の電圧計42を並列にて接続することによってホイートストンブリッジ回路を不要とする歪測定回路であって、外力の作用の前後における電圧計4の測定電圧の変化の値、又は第1の電圧計41の測定値と第2の電圧計42との測定値との加算値の変化によって歪ゲージ1の抵抗変化値ΔR及び歪εの測定及び算定による方法、並びに半導体である歪ゲージ1における温度を複数個設定する実施形態によって前記課題を解決する構成。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
歪測定を目的とする歪ゲージの接続両端子に対し、可変定電流電源及び電圧計と直列状態にて接続している可変定電圧電源が並列状態に接続されており、前記各接続両端子における可変定電流電源の導通方向と可変定電圧電源の印加方向とが同一方向であって、可変定電圧電源の電圧値又は可変定電流電源の電流値の何れか一方を選択することによって設定すると共に、何れかの他方を、電圧計の測定値をゼロとするように調整することによって、歪ゲージが備えている抵抗値を測定し、かつホイートストンブリッジ回路を不要とすることを特徴とする歪測定回路。
続きを表示（約 2,600 文字）【請求項２】
歪測定を目的とする歪ゲージの接続両端子に対し、可変定電流電源及び第１の電圧計と直列状態にて接続している可変定電圧電源又は定電圧電源が並列状態に接続されていると共に、第２の電圧計が歪ゲージの接続両端子と接続されており、前記各接続両端子における可変定電流電源の導通方向と可変定電圧電源の印加方向とが同一方向であって、第１の電圧計の測定値と第２の電圧計の測定値との加算によって、歪ゲージが備えている抵抗値を測定し、かつホイートストンブリッジ回路を不要とすることを特徴とする歪測定回路。
【請求項３】
各歪ゲージにおいて歪が発生していない場合における既存の抵抗値Ｒ
０
が一定である歪ゲージを載置し、かつ当該ゲージの電気回路を構成している歪箔の面積及び当該歪箔を支えているベースプレートの面積が何れも選択自在であることを特徴とする請求項１、２の何れか一項に記載の歪測定回路。
【請求項４】
歪ゲージにおける抵抗測定段階における歪ゲージの発熱量に対応して、歪箔及びベースプレートの面積を選択していることを特徴とする請求項３記載の歪測定回路。
【請求項５】
定電圧電源が可変抵抗素子の両端と接続すると共に、当該可変抵抗素子の出力側において、歪ゲージの接続両端子のうちの一方側端子が可変抵抗素子の一方側端と接続し、他方側端子が可変抵抗素子の他方側端とスライド自在の状態にて電圧計を介して接続されることによって可変定電圧電源を構成していることを特徴とする請求項１記載の歪測定回路。
【請求項６】
定電圧電源が可変抵抗素子の両端と接続すると共に、当該可変抵抗素子の出力側において、歪ゲージの接続両端子のうちの一方側端子が可変抵抗素子の一方側端と接続し、かつ他方側端子が可変抵抗素子の他方側端に対しスライド自在の状態にて第１の電圧計を介して接続され、しかも可変抵抗素子の一方側端子と他方側端子と第２の電圧計とが並列状態にて接続されることによって可変定電圧電源を構成していることを特徴とする請求項２記載の歪測定回路。
【請求項７】
請求項１記載の歪測定回路において、以下のプロセスによって、歪ゲージ抵抗変化値及び発生した歪を測定及び算定する方法。
１歪ゲージと接触している測定対象物に対し外力が作用していない状態における可変定電流Ｉ
０
の選択及び設定、並びに電圧計の測定値をゼロとするような可変定電圧Ｖ
０
の調整。
２測定対象物に対し外力が作用する状態の設定、及び当該状態における電圧計による電圧値Ｖ
ｆ
の測定。
３ ΔＲ＝Ｖ
ｆ
／Ｉ
０
による測定対象物に対する外力を原因として変化した歪ゲージ抵抗変化値ΔＲの算定。
４所定の数値によるゲージ率Ｋを設定した上で、ε＝（１／Ｋ）（ΔＲ／Ｒ
０
）という前記原因によって発生した歪εの算定。
但し、Ｒ
０
は、歪ゲージが備えている抵抗値であって、プロセス１からプロセス４に至るまでの間に、Ｒ
０
＝Ｖ
０
／Ｉ
０
によって算定される。
【請求項８】
電圧計の両端にオシロスコープを接続した上で、Ｖ
ｆ
をオシロスコープによって測定することを特徴とする請求項７記載の歪ゲージ抵抗変化値及び発生した歪を測定及び算定する方法。
【請求項９】
請求項７記載の歪を測定及び算定する方法において、半導体歪ゲージを選択し、かつ歪ゲージにおける温度を複数個設定した上で、以下のプロセスによって、歪ゲージ抵抗変化値及び発生した歪を当該複数個の温度毎に測定及び算定する方法。
１歪ゲージと接触している測定対象物に対し外力が作用していない状態における可変定電流Ｉ
０
の選択及び設定、並びに電圧計の測定値をゼロとするような可変定電圧Ｖ
０
の調整。
２測定対象物に対し外力が作用する状態の設定、及び当該状態における電圧計による電圧値Ｖ
ｆ
の測定。
３ ΔＲ＝Ｖ
ｆ
／Ｉ
０
による測定対象物に対する外力を原因として変化した歪ゲージ抵抗変化値ΔＲの算定。
４所定の数値によるゲージ率Ｋを設定した上で、ε＝（１／Ｋ）（ΔＲ／Ｒ
０
）という前記原因によって発生した歪εの算定。
但し、Ｒ
０
は、歪ゲージが複数個の温度毎に備えている抵抗値であって、プロセス１からプロセス４に至るまでの間に、Ｒ
０
＝Ｖ
０
／Ｉ
０
によって算定される。
【請求項１０】
請求項１記載の歪測定回路において、以下のプロセスによって、歪ゲージ抵抗変化値及び発生した歪を測定及び算定する方法。
１歪ゲージと接触している測定対象物に対し外力が作用していない状態における可変定電圧Ｖ
０
の選択及び設定、並びに電圧計の測定値をゼロとするような可変定電流Ｉ
０
の調整。
２測定対象物に対し外力が作用する状態の設定、及び当該状態における電圧計による電圧値Ｖ
ｆ
の測定。
３ ΔＲ＝Ｖ
ｆ
／Ｉ
０
による測定対象物に対する外力を原因として変化した歪ゲージ抵抗変化値ΔＲの算定。
４所定の数値によるゲージ率Ｋを設定した上で、ε＝（１／Ｋ）（ΔＲ／Ｒ
０
）という前記原因によって発生した歪εの算定。
尚、Ｒ
０
は、歪ゲージが備えている抵抗値であって、プロセス１からプロセス４に至るまでの間に、Ｒ
０
＝Ｖ
０
／Ｉ
０
によって算定される。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪ゲージによって圧力、トルク等による歪み原因によって変化した歪ゲージ抵抗変化値及び歪ゲージ抵抗値の変化に伴って発生した歪を測定する回路及び当該回路において変化した歪ゲージ抵抗変化値及び前記歪を具体的に測定及び算定する方法を対象としている。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
歪ゲージにおいて、歪み原因に基づいて変化した歪抵抗を測定する場合に、従来技術としては、歪ゲージが備えている抵抗を構成要素とするホイートストンブリッジ回路（以下「ブリッジ回路」と略称する。）が採用されている。
【０００３】
しかしながら、ブリッジ回路の場合には、測定対象物に対する外力を原因として変化した歪ゲージ抵抗変化値ΔＲ、又は測定対象物に対する外力及び温度変化に伴う測定対象物の変形を原因として変化した歪ゲージ抵抗変化値ΔＲ´を正確に測定することが不可能である。
【０００４】
本特許出願の発明者は、ブリッジ回路につき、前記のような技術的問題点を克服するために、特許文献１の構成を提唱している。
【０００５】
特許文献１においては、請求項１及び請求項３記載のように、以下の（ａ）、（ｂ）の歪測定回路を基本構成としている。
（ａ）歪抵抗の測定を目的とする歪ゲージの接続両端子のみに対し、定電流電源及び電圧計と直列状態にて接続している可変定電圧電源が並列状態に接続されており、かつ前記各接続両端子における定電流電源の導通方向と可変定電圧電源の印加方向とが同一方向であって、かつ可変定電圧電源の電圧値の調整によって電圧計の測定値をゼロと設定することを可能とすることによって、ホイートストンブリッジ回路を不要とすることを特徴とする歪抵抗測定回路。
（ｂ）歪抵抗の測定を目的とする歪ゲージの接続両端子のみに対し、可変定電流電源及び電圧計と直列状態にて接続している定電圧電源が並列状態に接続されており、かつ前記各接続両端子における可変定電流電源の導通方向と定電圧電源の印加方向とが同一方向であって、かつ可変定電流電源の電流値の調整によって電圧計の測定値をゼロと設定することを可能とすることによって、ホイートストンブリッジ回路を不要とすることを特徴とする歪抵抗測定回路。
【０００６】
基本構成（ａ）、（ｂ）においては、従前のブリッジ回路の約４倍の感度を実現することができ、しかも温度差が発生している場合であっても、正確な歪抵抗の変化値及び歪の測定を実現することができる。
【０００７】
しかしながら、基本構成（ａ）の場合には、定電流電源の採用を前提としており、基本構成（ｂ）の場合には、定電圧電源に立脚していることから、測定感度を更に向上させることは不可能な状態にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特許第７２５４３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、アナログ差分回路として利用されてきたブリッジ回路に依拠しない一方、電流値及び電圧値を可変とした上で、歪を高い感度の下に正確に測定及び算定することを可能とする歪測定回路及び当該回路に基づく歪測定及び算定方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明は、以下の基本構成に立脚している。
（１）歪測定を目的とする歪ゲージの接続両端子に対し、可変定電流電源及び電圧計と直列状態にて接続している可変定電圧電源が並列状態に接続されており、前記各接続両端子における可変定電流電源の導通方向と可変定電圧電源の印加方向とが同一方向であって、可変定電圧電源の電圧値又は可変定電流電源の電流値の何れか一方を選択することによって設定すると共に、何れかの他方を、電圧計の測定値をゼロとするように調整することによって、歪ゲージが備えている抵抗値を測定し、かつホイートストンブリッジ回路を不要とすることを特徴とする歪測定回路。
（２）前記（１）の歪測定回路において、以下のプロセスによって、歪ゲージ抵抗変化値及び発生した歪を測定及び算定する方法。
１歪ゲージと接触している測定対象物に対し外力が作用していない状態における可変定電流Ｉ
０
の選択及び設定、並びに電圧計の測定値をゼロとするような可変定電圧Ｖ
０
の調整。
２測定対象物に対し外力が作用する状態の設定、及び当該状態における電圧計による電圧値Ｖ
ｆ
の測定。
３ ΔＲ＝Ｖ
ｆ
／Ｉ
０
による測定対象物に対する外力を原因として変化した歪ゲージ抵抗変化値ΔＲの算定。
４所定の数値によるゲージ率Ｋを設定した上で、ε＝（１／Ｋ）（ΔＲ／Ｒ
０
）という前記原因によって発生した歪εの算定。
尚、Ｒ
０
は、歪ゲージが備えている既存の抵抗値であって、プロセス１からプロセス４に至るまでの間に、Ｒ
０
＝Ｖ
０
／Ｉ
０
によって算定される。
（３）前記（１）の歪測定回路において、以下のプロセスによって、歪ゲージ抵抗変化値及び発生した歪を測定及び算定する方法。
１歪ゲージと接触している測定対象物に対し外力が作用していない状態における可変定電圧Ｖ
０
の選択及び設定、並びに電圧計の測定値をゼロとするような可変定電流Ｉ
０
の調整。
２測定対象物に対し外力が作用する状態の設定、及び当該状態における電圧計による電圧値Ｖ
ｆ
の測定。
３ ΔＲ＝Ｖ
ｆ
／Ｉ
０
による測定対象物に対する外力を原因として変化した歪ゲージ抵抗変化値ΔＲの算定。
４所定の数値によるゲージ率Ｋを設定した上で、ε＝（１／Ｋ）（ΔＲ／Ｒ
０
）という前記原因によって発生した歪εの算定。
尚、Ｒ
０
は、歪ゲージが備えている既存の抵抗値であって、プロセス１からプロセス４に至るまでの間に、Ｒ
０
＝Ｖ
０
／Ｉ
０
によって算定される。
（４）歪測定を目的とする歪ゲージの接続両端子に対し、可変定電流電源及び第１の電圧計と直列状態にて接続している可変定電圧電源又は定電圧電源が並列状態に接続されていると共に、第２の電圧計が歪ゲージの接続両端子と接続されており、前記各接続両端子における可変定電流電源の導通方向と可変定電圧電源の印加方向とが同一方向であって、第１の電圧計の測定値と第２の電圧計の測定値との加算によって、歪ゲージが備えている抵抗値を測定し、かつホイートストンブリッジ回路を不要とすることを特徴とする歪測定回路。
（５）前記（４）の歪測定回路において、以下のプロセスによって、歪ゲージ抵抗変化値及び発生した歪を測定及び算定する方法。
１歪ゲージと接触している測定対象物に対し外力が作用していない状態における可変定電流Ｉ
０
の選択及び設定、並びに第１の電圧計による電圧値Ｖ
10
の測定、及び第２の電圧計による電圧値Ｖ
20
の測定。
２測定対象物に対し外力が作用する状態の設定、並びに第１の電圧計による電圧値Ｖ
1
の測定及び第２の電圧計による電圧値Ｖ
２
の測定。
３ ΔＲ＝（Ｖ
１
＋Ｖ
２
－Ｖ
10
－Ｖ
20
）／２Ｉ
０
による測定対象物に対する外力を原因として変化した歪ゲージ抵抗変化値ΔＲの算定。
４所定の数値によるゲージ率Ｋを設定した上で、ε＝（１／Ｋ）（ΔＲ／Ｒ
０
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許