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【発明の名称】 ひずみ及び温度の測定方法と物理量及び温度の測定方法
【発明者】 【氏名】照屋 知信
【要約】 【課題】測定対象物のひずみや物理量を温度とともに精度良く求めることができる測定方法を提供することを目的とする。

【解決手段】図示しない測定対象物に１枚のひずみゲージ１を貼着する。ひずみゲージ１を３本のリード線２ａ〜２ｃにより測定ユニット３に接続し、１ゲージ３線法に従ったブリッジ回路７を形成する。３本のリード線２ａ〜２ｃのうち２ａ、２ｃを相互に異種材とすることでひずみゲージ１の近傍に熱電対の接点を形成する。電源電圧印加時のブリッジ回路７の出力電圧と、電源電圧無印加時のブリッジ回路の出力電圧（熱電対の出力電圧に相当）とから測定対象物のひずみ及び温度を測定する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】測定対象物に貼着される１枚のひずみゲージを有するブリッジ回路を１ゲージ３線法に従って形成し、該１枚のひずみゲージに接続される３本のリード線のうち２本を相互に異種材とすることで該ひずみゲージの近傍に熱電対の接点を形成し、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記熱電対の出力電圧とから前記測定対象物のひずみ及び温度を求めることを特徴とするひずみ及び温度の測定方法。
【請求項２】少なくとも一方が測定対象物に貼着される２枚のひずみゲージを有するブリッジ回路を２ゲージ法に従って形成し、該測定対象物に貼着された該ひずみゲージに接続される３本のリード線のうち２本のリード線を相互に異種材とすることで該ひずみゲージの近傍に熱電対の接点を形成し、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記熱電対の出力電圧とから前記測定対象物のひずみ及び温度を求めることを特徴とするひずみ及び温度の測定方法。
【請求項３】測定対象物に貼着される４枚のひずみゲージを各辺に有するブリッジ回路を４ゲージ法に従って形成し、該ブリッジ回路に接続される４本のリード線のうち２本のリード線を相互に異種材とすることで該４枚のひずみゲージの近傍に熱電対の接点を形成し、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記熱電対の出力電圧とから前記測定対象物のひずみ及び温度を求めることを特徴とするひずみ及び温度の測定方法。
【請求項４】測定対象物の物理量に応じたひずみを生じる起歪体に貼着される４枚のひずみゲージを各辺に有し４ゲージ法に従って形成されたブリッジ回路を備えたひずみゲージ式変換器を形成し、該ひずみゲージ式変換器に接続される４本のリード線のうち２本のリード線を相互に異種材とすることで該ひずみゲージ式変換器の近傍に熱電対の接点を形成し、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記熱電対の出力電圧とから前記測定対象物の物理量及び温度を求めることを特徴とする物理量及び温度の測定方法。
【請求項５】電源電圧印加時の前記ブリッジ回路の出力電圧を第１所定時間にわたり積分する第１積分工程と、電源電圧無印加時の該ブリッジ回路の出力電圧及び基準電圧の極性を反転させて積分して第１積分工程における積分電圧を打ち消す第２積分工程と、電源電圧無印加時の該ブリッジ回路の出力電圧の極性を反転させて第１所定時間と第２積分に要した第２所定時間との差に等しい第３所定時間にわたり積分する第３積分工程と、前記基準電圧を積分して第３積分工程における積分電圧を打ち消す第４積分工程とを含み、第２所定時間と第４積分工程に要した第４所定時間との差に相当するディジタル量を電源電圧印加時の前記ブリッジ回路の出力電圧と電源電圧無印加時の該ブリッジ回路の出力電圧との差に相当するディジタル量として得るＡ−Ｄ変換を行い、Ａ−Ｄ変換により得られた該ディジタル量より前記測定対象物のひずみを求めることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のひずみ及び温度の測定方法。
【請求項６】電源電圧印加時の前記ブリッジ回路の出力電圧を第１所定時間にわたり積分する第１積分工程と、電源電圧無印加時の該ブリッジ回路の出力電圧及び基準電圧の極性を反転させて積分して第１積分工程における積分電圧を打ち消す第２積分工程と、電源電圧無印加時の該ブリッジ回路の出力電圧の極性を反転させて第１所定時間と第２積分に要した第２所定時間との差に等しい第３所定時間にわたり積分する第３積分工程と、前記基準電圧を積分して第３積分工程における積分電圧を打ち消す第４積分工程とを含み、第２所定時間と第４積分工程に要した第４所定時間との差に相当するディジタル量を電源電圧印加時の前記ブリッジ回路の出力電圧と電源電圧無印加時の該ブリッジ回路の出力電圧との差に相当するディジタル量として得るＡ−Ｄ変換を行い、Ａ−Ｄ変換により得られた該ディジタル量より前記測定対象物の物理量を求めることを特徴とする請求項４記載の物理量及び温度の測定方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は機械、建築、土木などの分野で各種材料や構造物の強度、挙動、安全性などを調べるために該各種材料又は該構造物のひずみ、変位、荷重、圧力、トルク等の物理量を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ひずみ測定方法としてひずみゲージを有し１ゲージ３線法、２ゲージ法、４ゲージ法に従って形成されたブリッジ回路を用いる測定方法が知られている。
【０００３】１ゲージ３線法によれば、図１に示すように１枚のひずみゲージ１を１辺に有し、他の３辺にそれぞれ抵抗体５を有するブリッジ回路７（図中太線）が形成される。また、１枚のひずみゲージ１には３本のリード線２ａ〜２ｃが接続される。測定に際してひずみゲージ１は測定対象物（図示せず）に貼着され、ブリッジ回路７の入力部７ａ、７ｂ間に電源電圧が印加されている。測定対象物にひずみが生じると、ひずみゲージ１の抵抗が変化し、これに応じたひずみゲージ１の接続部１ｂとブリッジ回路７の出力部７ｃとの間の出力電圧から該測定対象物のひずみが求められる。
【０００４】２ゲージ法によれば、図２に示すように２枚のひずみゲージ２０、２１を２辺に有し、他の２辺にそれぞれ抵抗体５を有するブリッジ回路７（図中太線）が形成される。また、２枚のひずみゲージ２０、２１には合計３本のリード線２２ａ〜２２ｃが接続される。測定に際してひずみゲージ２０、２１がともに測定対象物（図示せず）に貼着される場合と、ひずみゲージ２０は測定対象物（図示せず）に貼着され、ひずみゲージ２１は該測定対象物と同じ環境温度下に応力によるひずみを受けないように設置される場合とがある。そして、ブリッジ回路７の入力部７ａ、７ｂ間に電源電圧が印加されている。測定対象物にひずみが生じると、ひずみゲージ２０、２１のいずれか一方又は両方の抵抗が変化し、これに応じたひずみゲージ２０の接続部２０ｂとブリッジ回路７の出力部７ｃとの間の出力電圧から該測定対象物のひずみが求められる。
【０００５】４ゲージ法によれば、図３に示すように４枚のひずみゲージ２３〜２６を各辺に有するブリッジ回路７（図中太線）が形成され、該ブリッジ回路７には４本のリード線２７ａ〜２７ｄが接続される。測定に際してひずみゲージ２３〜２６は測定対象物（図示せず）に貼着され、ブリッジ回路７の入力部７ａ、７ｂ間に電源電圧が印加されている。測定対象物にひずみが生じると、ひずみゲージ２３〜２６の抵抗が変化し、これに応じたブリッジ回路７の出力部７ｃ、７ｄ間の出力電圧から該測定対象物のひずみが求められる。
【０００６】また、変位、荷重、圧力などの物理量測定方法としてひずみゲージ式変換器を用いる測定方法が知られている。図４に示すようにゲージ式変換器２９は、４枚のひずみゲージ２３〜２６が起歪体２８に貼着された構成となっている。また、４枚のひずみゲージ２３〜２６はブリッジ回路７（図中太線）を形成し、ブリッジ回路７には４本のリード線２７ａ〜２７ｄが接続される。測定に際してゲージ式変換器２９は筐体（図示せず）に内蔵され、起歪体２８を測定対象物（図示せず）の測定しようとする物理量に応じたひずみを生じるように設置される。そして、ブリッジ回路７の入力部７ａ、７ｂ間に電源電圧が印加されている。測定対象物の物理量に応じて起歪体２８にひずみが生じると、該起歪体２８に貼着されたひずみゲージ２３〜２６の抵抗が変化し、これに応じたブリッジ回路７の出力部７ｃ、７ｄ間の出力電圧から該測定対象物の物理量が求められる。しかし、材料の引っ張り試験のように測定対象物が温度変化を伴い、ひずみゲージ又はひずみゲージ式変換器の温度も変化する場合がある。この場合、ひずみゲージやひずみゲージ式変換器には測定対象物のひずみや物理量に起因した抵抗変化に加え、温度変化に起因した抵抗変化が生じる。このため、ブリッジ回路の出力電圧から測定対象物のひずみや物理量を求めるときに無視できない程度の誤差が含まれるおそれがある。
【０００７】そこで、ひずみゲージ又はひずみゲージ式変換器の温度特性を予め調べておき、測定対象物の温度を測定することで該温度特性により生じる誤差を補正する測定方法が知られている。しかし、この測定方法においては、ひずみゲージ用又はひずみゲージ式変換器用のリード線に加えて熱電対用のリード線を別途に測定対象物の近傍まで延長する必要がある。このため配線に手間がかかったり、コストがかさんだりし、また、熱電対接点をひずみゲージ近傍に設置できない場合には測定精度が低下するおそれがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる不都合を解消して、測定対象物のひずみや物理量を温度とともに精度良く求めることができる測定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するための本発明の第１態様のひずみ及び温度の測定方法は、測定対象物に貼着される１枚のひずみゲージを有するブリッジ回路を１ゲージ３線法に従って形成し、該１枚のひずみゲージに接続される３本のリード線のうち２本を相互に異種材とすることで該ひずみゲージの近傍に熱電対の接点を形成し、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記熱電対の出力電圧とから前記測定対象物のひずみ及び温度を求めることを特徴とする。
【００１０】前記課題を解決するための本発明の第２態様のひずみ及び温度の測定方法は、少なくとも一方が測定対象物に貼着される２枚のひずみゲージを有するブリッジ回路を２ゲージ法に従って形成し、該測定対象物に貼着された該ひずみゲージに接続される３本のリード線のうち２本のリード線を相互に異種材とすることで該ひずみゲージの近傍に熱電対の接点を形成し、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記熱電対の出力電圧とから前記測定対象物のひずみ及び温度を求めることを特徴とする。
【００１１】前記課題を解決するための本発明の第３態様のひずみ及び温度の測定方法は、測定対象物に貼着される４枚のひずみゲージを各辺に有するブリッジ回路を４ゲージ法に従って形成し、該ブリッジ回路に接続される４本のリード線のうち２本のリード線を相互に異種材とすることで該４枚のひずみゲージの近傍に熱電対の接点を形成し、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記熱電対の出力電圧とから前記測定対象物のひずみ及び温度を求めることを特徴とする。
【００１２】前記課題を解決するための本発明の物理量及び温度の測定方法は、測定対象物の物理量に応じたひずみを生じる起歪体に貼着される４枚のひずみゲージを各辺に有し４ゲージ法に従って形成されたブリッジ回路を備えたひずみゲージ式変換器を形成し、該ひずみゲージ式変換器に接続される４本のリード線のうち２本のリード線を相互に異種材とすることで該ひずみゲージ式変換器の近傍に熱電対の接点を形成し、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記熱電対の出力電圧とから前記測定対象物の物理量及び温度を求めることを特徴とする。
【００１３】前記態様のひずみ測定方法や物理量測定方法によれば、測定対象物のひずみや物理量に応じてひずみゲージの抵抗が変化し、これに応じたブリッジ回路の出力より該測定対象物のひずみや物理量を求めることができる。また、ひずみゲージやひずみゲージ式変換器の近傍に接点を形成した熱電対により測定対象物の温度を測定できる。さらに、熱電対による温度測定からひずみゲージの温度特性による誤差を補正して、測定対象物のひずみや物理量を精度良く測定することができる。熱電対は接続用のリード線のうち２本を異種材にすることにより形成することができるので、温度センサ用のリード線を新たに設ける必要がない。このため配線に手間がかかったり、コストがかさんだりすることを防止できる。
【００１４】ブリッジ回路から出力電圧を取り出す経路に熱電対を形成する２本のリード線が含まれている場合、電源電圧無印加時のブリッジ回路の出力電圧は該熱電対の熱起電力と見なせる。従って、電源電圧無印加時のブリッジ回路の出力電圧から測定対象物の温度が求められる。しかし、この場合、電源電圧印加時にはブリッジ回路の出力電圧に熱電対の熱起電力が含まれている。熱電対の熱起電力は測定対象物のひずみや物理量とは無関係に生じるものなので、電源電圧印加時のブリッジ回路の出力電圧から熱電対の熱起電力を差し引く必要がある。
【００１５】そこで、前記態様の測定方法において、電源電圧印加時の前記ブリッジ回路の出力電圧を第１所定時間にわたり積分する第１積分工程と、電源電圧無印加時の該ブリッジ回路の出力電圧及び基準電圧の極性を反転させて積分して第１積分工程における積分電圧を打ち消す第２積分工程と、電源電圧無印加時の該ブリッジ回路の出力電圧の極性を反転させて第１所定時間と第２積分に要した第２所定時間との差に等しい第３所定時間にわたり積分する第３積分工程と、前記基準電圧を積分して第３積分工程における積分電圧を打ち消す第４積分工程とを含み、第２所定時間と第４積分工程に要した第４所定時間との差に相当するディジタル量を電源電圧印加時の前記ブリッジ回路の出力電圧と電源電圧無印加時の該ブリッジ回路の出力電圧との差に相当するディジタル量として得るＡ−Ｄ変換を行い、Ａ−Ｄ変換により得られた該ディジタル量より前記測定対象物のひずみや物理量を求めるようにするとよい。
【００１６】かかるＡ−Ｄ変換（図６を参照）によれば、第１積分工程（ＳＴＥＰ１）における積分電圧Ｉ1 は、電源電圧印加時のブリッジ回路の出力電圧（Ｅ0 ＋Ｅ1 ）と、第１所定時間ｔ1 との積に比例する。第２積分工程（ＳＴＥＰ２）は、電源電圧無印加時のブリッジ回路の出力電圧Ｅ0 及び基準電圧Ｅ2 を極性反転させたものを積分してＩ1 を打ち消すために行われる。従って、第２積分工程に要する第２所定時間ｔ2 は次式（１）から求められる。
【００１７】
ｔ2 ＝（Ｅ0 ＋Ｅ1 ）・ｔ1 ／（Ｅ0 ＋Ｅ2 ） ・・（１）
第３積分工程（ＳＴＥＰ３）における積分電圧Ｉ3 は、電源電圧無印加時のブリッジ回路の出力電圧Ｅ0 の極性を反転させたものと第３所定時間ｔ3 との積に比例する。第４積分工程（ＳＴＥＰ４）は、基準電圧Ｅ2 を積分してＩ3 を打ち消すために行われる。従って、第４積分工程に要する第４所定時間ｔ4 は次式（２）から求められる。
【００１８】
ｔ4 ＝Ｅ0 ・ｔ3 ／Ｅ2 ・・（２）
第３所定時間ｔ3 は第１所定時間ｔ1 と第２所定時間ｔ2 との差に等しいので、上式（１）及び（２）から次式（３）の関係が得られる。
【００１９】
Ｅ1 ＝（（ｔ2 −ｔ4 ）／ｔ1 ）・Ｅ2 ・・（３）
上式（３）より、電源電圧印加時と無印加時とのブリッジ回路の出力電圧の差Ｅ1 は、第２所定時間ｔ2 と第４所定時間ｔ4 との差に比例することがわかる。式（３）において第１所定時間ｔ1 及び基準電圧Ｅ2 は既知であるため、第２所定時間と第４所定時間との差（ｔ2 −ｔ4 ）に相当するディジタル量を、電源電圧印加時と電源電圧無印加時とのブリッジ回路の出力電圧の差Ｅ1 に相当するディジタル量として得ることができる。
【００２０】このＡ−Ｄ変換により、電源電圧印加時のブリッジ回路の出力電圧（Ｅ0 ＋Ｅ1 ）から電源電圧無印加時のブリッジ回路の出力電圧Ｅ0 を差し引くことができる。また、ブリッジ回路から出力電圧を取り出す経路に熱電対を形成する２本のリード線が含まれている場合、測定対象物のひずみや物理量とは無関係に生じる熱電対の熱起電力Ｅ0 が差し引かれる。そして、測定対象物のひずみや物理量に起因して生じるブリッジ回路の出力電圧Ｅ1 のみを得て、該測定対象物のひずみや物理量を求めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明のひずみ及び温度の測定方法と、物理量及び温度の測定方法との実施形態について図面を用いて説明する。図１〜図３はそれぞれ本発明のひずみ及び温度の測定方法を実行する測定システムの第１〜第３実施形態についての説明的構成図であり、図４は本発明の物理量及び温度の測定方法を実行する測定システムの実施形態についての説明的構成図であり、図５は本発明の測定方法を説明するフローチャートであり、図６は本発明の測定方法において行われるＡ−Ｄ変換についての説明図である。
【００２２】本発明の第１実施形態のひずみ及び温度の測定方法を実行する測定システムについて図１を用いて説明する。図１に示すように１枚のひずみゲージ１は３本のリード線２ａ〜２ｃにより測定ユニット３の接続端子３ａ〜３ｃにそれぞれ接続され、該測定ユニット３は制御ユニット４に接続されている。ひずみゲージ１は測定対象物（図示せず）に貼着されている。リード線２ａ及び２ｂは銅線よりなり、リード線２ｃはコンスタンタン線よりなり、リード線２ａ、２ｃは熱電対を形成する。リード線２ａはひずみゲージ１の接続部１ａに接続され、リード線２ｂ、２ｃはひずみゲージ１の接続部１ｂに接続されている。
【００２３】測定ユニット３にはひずみゲージ１と等価の抵抗を有する３つの抵抗体５と、スイッチ６とが設けられている。３つの抵抗体５は、ひずみゲージ１及び２本のリード線２ａ、２ｂと併せてブリッジ回路７（図中太線）を形成する。スイッチ６は外部から制御されて２つの接点６ａ、６ｂのいずれかを介してブリッジ回路７に接続される。接点６ａはブリッジ回路７の出力部７ｃに接続され、接点６ｂは接続端子３ａに接続されている。
【００２４】制御ユニット４には、制御手段８と、ブリッジ電源９と、増幅回路１０と、２つのＡ−Ｄ変換部１１ａ、１１ｂとが設けられている。制御手段８はマイクロプロセッサ等により構成され、データ処理や制御処理を行う。ブリッジ電源９は、制御手段８に制御されて制御ユニット４の出力端子９ａ、９ｂを介してブリッジ回路７の入力部７ａ、７ｂ間へ電源電圧を印加する。増幅回路１０は制御ユニット４の入力端子１０ａ、１０ｂ間の電圧を増幅する。Ａ−Ｄ変換部１１ａは制御手段８に制御されて、後述のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４のＡ−Ｄ変換により増幅回路１０からの出力電圧をディジタル量に変換する。Ａ−Ｄ変換部１１ｂは制御手段に制御されて、通常のＡ−Ｄ変換により増幅回路１０からの出力電圧をディジタル量に変換する。
【００２５】Ａ−Ｄ変換部１１ａには、極性反転回路１２と、基準電源１３と、積分回路１４と、コンパレータ１５と、クロック発振器１６と、カウンタ１７と、第１スイッチ１８と、第２スイッチ１９とが設けられている。極性反転回路１２は、増幅回路１０からの出力電圧の極性を反転させる。基準電源１３は、制御手段８により制御されて所定の大きさの基準電圧をその極性を選択して出力する。積分回路１４は時定数τを有し入力された電圧を積分して出力する。コンパレータ１５は積分回路１４の積分電圧の極性を調べる。クロック発振器１６は制御手段８に制御されてクロックパルスを発する。カウンタ１７はコンパレータ１５により調べられた積分電圧（積分回路１４の出力電圧）の極性に応じてクロックパルス数をアップカウント又はダウンカウントする。第１スイッチ１８は、制御手段８により制御されて３つの接点１８ａ〜１８ｃのいずれか１つからの出力を選択的に積分回路１４に入力する。接点１８ａからは増幅回路１０の出力が入力され、接点１８ｂからは増幅回路１０の出力が極性反転回路１２を介して入力され、接点１８ｃからは電圧は入力されない。第２スイッチ１９は、制御手段８により制御されて３つの接点１９ａ〜１９ｃのいずれか１つからの出力を選択的に積分回路１４に入力する。接点１９ａからは基準電源１３から正極性の基準電圧が入力され、接点１９ｂからは基準電源１３から負極性の基準電圧が入力され、接点１９ｃからは電圧は入力されない。
【００２６】前記構成の測定システムによるひずみの測定方法について図５及び図６を用いて説明する。図５に示したように本実施形態の測定方法においては、第１積分工程（ＳＴＥＰ１）と、第２積分工程（ＳＴＥＰ２）と、第３積分工程（ＳＴＥＰ３）と、第４積分工程（ＳＴＥＰ４）とを含むＡ−Ｄ変換が行われ、Ａ−Ｄ変換により得られたディジタル量に基づいて測定対象物のひずみが求められる（ＳＴＥＰ５）。そして、測定対象物の温度が測定され（ＳＴＥＰ６）、測定温度に応じてＳＴＥＰ５で求められたひずみが補正される（ＳＴＥＰ７）。以下、各工程について説明する。
【００２７】まず、ブリッジ電源９からブリッジ回路７に電源電圧がかけられ、測定ユニット３のスイッチ６は接点６ａに接続される。Ａ−Ｄ変換部１１ａの第１スイッチ１８は接点１８ａに接続され、第２スイッチ１９は接点１９ｃに接続される。なお、Ａ−Ｄ変換部１１ｂはＳＴＥＰ１〜５においては作動されない。このときのブリッジ回路７の出力電圧は、接続端子３ｃとブリッジ回路７の出力部７ｃとから取り出される。そして、その値はひずみゲージ１の抵抗変化による出力電圧Ｅ1 と、ひずみゲージ１の抵抗変化と無関係に生じた熱電対２ａ、２ｃの熱起電力Ｅ0 との和で表される。ブリッジ回路７の出力電圧は増幅回路１０により増幅されてから積分回路１４に入力され第１所定時間ｔ1 にわたり積分される（ＳＴＥＰ１）。簡単のため、増幅回路１０の増幅率を１で表すことにすると、第１積分工程における積分電圧Ｉ1 は次式（４）で表される。
【００２８】
Ｉ1 ＝（１／τ）・（Ｅ1 ＋Ｅ0 ）ｔ1 ・・（４）
第１積分工程が終了すると、ブリッジ電源９からブリッジ回路７への電源電圧が停止され、測定ユニット３のスイッチ６は接点６ｂに接続される。Ａ−Ｄ変換部１１ａの第１スイッチ１８は接点１８ｂに接続され、第２スイッチ１９は接点１９ｂに接続される。このとき、ブリッジ回路７の出力電圧は、接続端子３ａと接続端子３ｃとから取り出され、その値はリード線２ａ、２ｃよりなる熱電対の熱起電力Ｅ0 である。熱電対の熱起電力Ｅ0 は増幅回路１０により増幅されて極性反転回路１２により極性反転され、基準電源１３からの負極性の基準電圧−Ｅ2 とともに積分回路１４に入力されて積分される。図６に示したように第２積分工程における積分電圧は正極性であるので、コンパレータ１５により積分電圧が０になったと判断されるまで、カウンタ１７によるクロックパルスのアップカウントが行われる（ＳＴＥＰ２）。第２積分工程に要した第２所定時間ｔ2 にわたる積分電圧Ｉ2 は次式（５）で表される。
【００２９】
Ｉ2 ＝−（１／τ）・（Ｅ2 ＋Ｅ0 ）ｔ ・・（５）
第２積分工程が終了すると、ブリッジ回路７への電源電圧が停止されたまま、測定ユニット３のスイッチ６は接点６ｂに接続される。Ａ−Ｄ変換部１１ａの第１スイッチ１８は接点１８ｂに接続され、第２スイッチ１９は接点１９ｃに接続される。そして、熱電対の熱起電力Ｅ0 が増幅回路１０により増幅されて極性反転回路１２により極性反転され、積分回路１４に入力されて第３所定時間にｔ3にわたって積分される（ＳＴＥＰ３）。第３所定時間ｔ3 は第１所定時間と第２所定時間との差ｔ1 −ｔ2 に等しい。第３積分工程における積分電圧Ｉ3 は次式（６）で表される。
【００３０】
Ｉ3 ＝−（１／τ）・Ｅ0 （ｔ1 −ｔ2 ） ・・（６）
第３積分工程が終了すると、ブリッジ回路７への電源電圧が停止されたまま、測定ユニット３のスイッチ６は接点６ｂに接続される。Ａ−Ｄ変換部１１ａの第１スイッチ１８は接点１８ｃに接続され、第２スイッチ１９は接点１９ａに接続される。そして、基準電源１３からの正極性の基準電圧Ｅ2 が積分回路１４に入力されて積分される。図６に示したように第４積分工程における積分電圧は負極性であるので、コンパレータ１５により積分電圧が０になったと判断されるまで、カウンタ１７によるクロックパルスのダウンカウントが行われる（ＳＴＥＰ４）。第４積分工程に要した第４所定時間ｔ4 にわたる積分電圧Ｉ4 は次式（７）で表される。
【００３１】
Ｉ4 ＝（１／τ）・Ｅ2 ｔ4 ・・（７）
Ｉ1 ＋Ｉ2 ＝０、Ｉ3 ＋Ｉ4 ＝０の関係式と、上式（４）〜（７）とから、次の関係式が得られる。
【００３２】
Ｅ1 ＝（（ｔ2 −ｔ4 ）／ｔ1 ）・Ｅ2 ・・（８）
カウンタ１７は第２積分工程においてクロックパルスのアップカウントを行い、第４積分工程においてクロックパルスのダウンカウントを行う。このため、ＳＴＥＰ４終了時のカウンタ１７の合計カウント数は第２所定時間と第４所定時間との差ｔ2 −ｔ4 に比例する。また、式（８）において第１所定時間ｔ1 及びＥ2 は既知であるので、カウンタ１７のカウント数からＥ1 に相当するディジタル量を得ることができる。制御手段８はＥ1 に相当するディジタル量から測定対象物のひずみを求め、このひずみデータを図示しない記憶手段に記憶させる（ＳＴＥＰ５）。
【００３３】ＳＴＥＰ１〜５が行われた後、測定対象物の温度測定が行われる。このときブリッジ回路７への電源電圧が停止されたまま、測定ユニット３のスイッチ６は接点６ｂに接続される。Ａ−Ｄ変換部１１ａの第１スイッチ１８は接点１８ｃに接続され、第２スイッチ１９は接点１９ｃに接続されて作動されない状態にされる。Ａ−Ｄ変換部１１ｂが作動可能な状態とされる。そして、熱電対の熱起電力Ｅ0 が増幅回路１０により増幅されてＡ−Ｄ変換部１１ｂによりＡ−Ｄ変換される。制御手段８はＡ−Ｄ変換部１１ｂから得た熱電対の熱起電力Ｅ0 に相当するディジタル量から測定対象物の温度を求め、この温度データを図示しない記憶手段に記憶させる（ＳＴＥＰ６）。
【００３４】ＳＴＥＰ５で求められたひずみには、測定対象物のひずみ以外の原因（測定対象物の温度）に応じたひずみゲージ１の抵抗変化による寄与（見掛けひずみ）が含まれている。そこで、制御手段８は記憶された温度データと、予め求められた補正曲線とを用いて見掛けひずみを求め、この見掛けひずみ分だけ記憶されたひずみデータを補正して真のひずみを求める（ＳＴＥＰ７）。さらに、制御手段８は図示しない表示手段により測定対象物の真のひずみ及び温度を表示する。
【００３５】本実施形態では熱電対の熱起電力Ｅ0 は電源電圧印加時のブリッジ回路７の出力電圧にも現れるが、ＳＴＥＰ１〜４のＡ−Ｄ変換によりこの熱起電力Ｅ0 は除去される。このため、ひずみゲージ１の抵抗変化に起因した出力電圧Ｅ1 のみを得て、精度良くひずみを測定することができる。また、測定温度及び前記補正曲線により、見掛けひずみ分を補正することでさらに精度良くひずみ測定を行うことができる。
【００３６】第２実施形態のひずみ及び温度の測定方法を実行する測定システムの構成について図２を用いて説明する。以下、第１実施形態と同一の構成要素については適宜図１と同一の番号付けを行い、構成が異なるものについては説明する。図２に示すように２枚のひずみゲージ２０、２１は３本のリード線２２ａ〜２２ｃにより測定ユニット３の接続端子３ａ〜３ｃにそれぞれ接続されている。相互に等価な抵抗を有するひずみゲージ２０、２１はともに測定対象物（図示せず）に貼着されている。リード線２２ａ及び２２ｂは銅線よりなり、リード線２２ｃはコンスタンタン線よりなり、リード線２２ａ、２２ｃは熱電対を形成する。リード線２２ａはひずみゲージ２０の出力部２０ａに接続され、リード線２２ｂはひずみゲージ２１の接続部２１ｂに接続され、リード線２２ｃはひずみゲージ２０の接続部２０ｂ及びひずみゲージ２１の接続部２１ａに接続されている。
【００３７】測定ユニット３にはひずみゲージ２０、２１と等価な抵抗を有する２つの抵抗体５と、スイッチ６とが設けられている。２つの抵抗体５は、ひずみゲージ２０、２１及び２本のリード線２２ａ、２２ｂと併せてブリッジ回路７（図中太線）を形成する。スイッチ６の接点６ａはブリッジ回路７の出力部７ｃに接続され、接点６ｂは接続端子３ｂに接続されている。制御ユニット４の構成は第１実施形態と同様である。
【００３８】本実施形態では測定対象物のひずみに応じてひずみゲージ２０、２１の抵抗が変化する。そして、Ａ−Ｄ変換（ＳＴＥＰ１〜４）により、ひずみゲージ２０の抵抗変化に起因するブリッジ回路７の出力電圧を取り出して測定対象物のひずみを求めることができる（ＳＴＥＰ５）。また、リード線２２ａ（銅線）、２２ｃ（コンスタンタン線）から形成される熱電対により測定対象物の温度を求め（ＳＴＥＰ６）、補正曲線を用いて見掛けひずみ分を補正することにより精度良くひずみを測定することができる（ＳＴＥＰ７）。
【００３９】なお、本実施形態以外の他の実施形態としてひずみゲージ２０のみを測定対象物に貼着し、ひずみゲージ２１を該測定対象物と同じ環境温度下に応力によるひずみを受けないように設置してもよい。かかる実施形態によれば、測定対象物のひずみに応じてひずみゲージ２０の抵抗のみが変化する以外は前記実施形態と同様であり、やはり精度良くひずみ測定を行える。
【００４０】第３実施形態のひずみ及び温度の測定方法を実行する測定システムの構成について図３を用いて説明する。図３に示すように４枚のひずみゲージ２３〜２６は４本のリード線２７ａ〜２７ｄにより制御ユニット４の１対の出力端子９ａ、９ｂ、１対の入力端子１０ａ、１０ｂにそれぞれ接続されている。前記２つの実施形態と異なり、測定ユニット３は介在しない。
【００４１】ひずみゲージ２３〜２６は各々等価な抵抗体としてブリッジ回路７を形成し、測定対象物（図示せず）に貼着されている。リード線２７ａ〜２７ｃは銅線よりなり、リード線２７ｄはコンスタンタン線よりなり、リード線２７ｃ、２７ｄは熱電対を形成する。リード線２７ａ〜２７ｄはブリッジ回路７の入力部７ａ、７ｂ、出力部７ｃ、７ｄにそれぞれ接続されている。コントロールユニット４の構成は第１実施形態と同様である。
【００４２】本実施形態では測定対象物のひずみに応じてひずみゲージ２３〜２６の抵抗が変化する。そして、Ａ−Ｄ変換（ＳＴＥＰ１〜４）により、ひずみゲージ２３〜２６の抵抗変化に起因するブリッジ回路７の出力のみを取り出して測定対象物のひずみを求めることができる（ＳＴＥＰ５）。また、リード線２７ｃ（銅線）、２７ｄ（コンスタンタン線）から形成される熱電対により測定対象物の温度を求め（ＳＴＥＰ６）、補正曲線を用いて見掛けひずみ分を補正することにより精度良くひずみを測定することができる（ＳＴＥＰ７）。
【００４３】本発明の物理量及び温度の測定方法を実行する測定システムについて図４を用いて説明する。図４に示したように、ブリッジ回路７を形成する４枚のひずみゲージ２３〜２６が起歪体２８に貼着されてひずみゲージ式変換器２９を形成している。測定に際して、このひずみゲージ式変換器２９は筐体（図示せず）に内蔵され、起歪体２８が測定対象物（図示せず）の測定しようとする物理量に応じたひずみを生じるように設置されている。これ以外の構成は第３実施形態のひずみ測定システムと同様であるので、図３と同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【００４４】本実施形態では測定対象物の物理量に応じて起歪体２８がひずみ、ひずみゲージ２３〜２６の抵抗が変化する。そして、Ａ−Ｄ変換（ＳＴＥＰ１〜４）により、ひずみゲージ２３〜２６の抵抗変化に起因するひずみゲージ式変換器２９（ブリッジ回路７）の出力電圧のみを取り出して測定対象物の変位、荷重、圧力等の物理量を求めることができる（ＳＴＥＰ５）。また、リード線２７ｃ、２７ｄから形成される熱電対により測定対象物の温度を求め（ＳＴＥＰ６）、補正曲線を用いて見掛けの物理量分を補正することにより精度良く物理量を測定することができる（ＳＴＥＰ７）。
【００４５】前記４つの実施形態によれば、測定用リード線のうち２本を相互に異種材として熱電対を形成したので熱電対用のリード線を別途に設ける必要はなく、配線に手間がかかったり、コストがかさんだりすることを防止できる。
【００４６】前記４つの実施形態では銅線とコンスタンタン線とにより熱電対を形成したが、他の実施形態として、クロメル−コンスタンタン、鉄−コンスタンタン等の他の組み合わせの異種材のリード線により熱電対を形成してもよい。
【出願人】 【識別番号】０００１５１５２０
【氏名又は名称】株式会社東京測器研究所
【出願日】 平成１０年６月１９日（１９９８．６．１９）
【代理人】 【識別番号】１０００７７８０５
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 辰彦 （外１名）
【公開番号】 特開２０００−９５５２（Ｐ２０００−９５５２Ａ）
【公開日】 平成１２年１月１４日（２０００．１．１４）
【出願番号】 特願平１０−１７２６８４