ひずみ及び温度の測定装置
【課題】ひずみゲージに接続したリード線で熱電対を形成し、測定対象物もしくはひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも測定対象物のひずみ、もしくはひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみを生ぜしめる物理量を容易に精度良く求めることができる測定装置を提供する。
【解決手段】ひずみゲージ１を有するブリッジ回路７を１ゲージ３線法に従って形成し、ひずみゲージ１に接続される３本のリード線２ａ〜２ｃのうち２本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。ブリッジ回路７の電源である交流電源９を備え、ブリッジ回路７の出力電圧信号の交流成分から測定対象物のひずみに応じた信号を出力し、ブリッジ回路７の出力電圧信号の直流成分から測定対象物の温度に応じた信号を出力する。ブリッジ回路７の構成手法は２ゲージ法、４ゲージ法でもよい。
【解決手段】ひずみゲージ１を有するブリッジ回路７を１ゲージ３線法に従って形成し、ひずみゲージ１に接続される３本のリード線２ａ〜２ｃのうち２本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。ブリッジ回路７の電源である交流電源９を備え、ブリッジ回路７の出力電圧信号の交流成分から測定対象物のひずみに応じた信号を出力し、ブリッジ回路７の出力電圧信号の直流成分から測定対象物の温度に応じた信号を出力する。ブリッジ回路７の構成手法は２ゲージ法、４ゲージ法でもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は機械、建築、土木等の分野で各種材料や構造物の強度、挙動、安全性等を調べるために、該各種材料又は該構造物の温度を測定すると共に、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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体に生じるひずみを抵抗式ひずみゲージ（ひずみに応じて抵抗値が変化するひずみゲージ）を用いて測定する場合、物体に貼着するひずみゲージの微小な抵抗値変化を検出するために、通常、そのひずみゲージを含むブリッジ回路（詳しくはホイートストンブリッジ回路）が用いられる。そして、前記ブリッジ回路に電源電圧を印加しつつ、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた電圧信号をブリッジ回路から出力させ、該電圧信号（該電圧信号を増幅してなる電圧信号）に基づいてひずみ測定を行うようにしている。このようなひずみ測定では、ひずみゲージは通常、ブリッジ回路にリード線等の接続線を介して組み込まれ、ブリッジ回路は、該ブリッジ回路に電源電圧を印加したり、該ブリッジ回路の出力電圧信号を処理する測定器にリード線等の接続線を介して接続される。
【０００３】
このようなひずみ測定において、測定環境や測定時の測定対象物の変形等の影響により、測定対象物が温度変化を伴い、ひずみゲージの温度も変化する場合がある。この場合、ひずみゲージには測定対象物のひずみに起因した抵抗値変化に加え、温度変化に起因した抵抗値変化が生じる。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を求めるときに無視できない程度の誤差が含まれることがある。
【０００４】
そこで、ひずみゲージの温度特性を予め調べておき、測定対象物の近傍にひずみゲージとは別に温度センサ（熱電対）を設置して温度を測定し、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、設置作業に手間が掛かったり、コストが嵩んだりし、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恐れがあるといった問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するために、ひずみゲージに接続したリード線で熱電対を形成し、測定対象物のひずみと共に温度を測定する方法が本願出願人により提案されている（例えば特許文献１）。この特許文献１のひずみ測定方法では、測定対象物に貼着されるひずみゲージを１ゲージ３線法、２ゲージ法、４ゲージ法のいずれかの結線方法を用いて結線して形成されたブリッジ回路を用い、それらのリード線のうち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する。そして、ブリッジ電源電圧（直流電圧）の印加時の前記ブリッジ回路の出力電圧と、ブリッジ電源電圧の無印加時の前記熱電対の出力電圧とを用いて、ひずみと温度とを求めている。なお、４ゲージ法は通常、測定対象物のひずみを直接測定する以外に、測定対象物の変位、荷重、圧力等の物理量を測定するためのひずみゲージ式変換器を形成する際に用いられる。ひずみゲージ式変換器は、ブリッジ回路を形成する４枚のひずみゲージを起歪体に貼着して形成されるものであり、測定対象物の物理量に応じて該起歪体がひずみを生じるように設置され、該起歪体のひずみから測定対象物の物理量を測定する。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の測定方法では、ブリッジ電源電圧の印加時にひずみを測定し、ブリッジ電源電圧の無印加時に温度を測定するため、ひずみと温度とは同時に測定することができない。このため、ひずみ測定中に温度が変化する場合には、ひずみゲージの温度特性により生じる誤差を適切に補正してひずみを求めることができないという不都合があった。特に、動的に変化する（時間的に変化する）ひずみ、もしくは、ひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみを生ぜしめる物理量を測定する場合に、上記の不都合が顕著になる。
【特許文献１】特開２０００−００９５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる不都合を解消して、ひずみゲージに接続したリード線で熱電対を形成し、測定対象物もしくはひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも測定対象物のひずみ、もしくは、ひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみを生ぜしめる物理量を容易に精度良く求めることができる測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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装置は、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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物のひずみ及び温度を求める測定装置であって、前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記測定対象物のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から該測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
前記第１態様のひずみ及び温度の測定装置によれば、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線法に従って形成する。すなわち、前記１枚のひずみゲージを１辺に有し、他の３辺にそれぞれ固定抵抗値の抵抗体を有するブリッジ回路が形成される。前記１枚のひずみゲージには、該１枚のひずみゲージと他の抵抗体とを接続してブリッジ回路を形成するための２本のリード線と、ブリッジ回路の出力電圧を取り出すためのリード線との、合計３本のリード線が接続される。このとき、前記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（より詳しくは、異種材とした２本のリード線の、ひずみゲージ側の端部。ただし、前記２本のリード線の端部の間に含まれるひずみゲージ及び配線も含まれる）に熱電対の接点を形成する。
【００１０】
そして、前記第１態様のひずみ及び温度の測定装置によれば、測定対象物のひずみに応じてひずみゲージの抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、ひずみゲージの近傍に接点を形成した熱電対により熱起電力が生じ、該熱起電力に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。このとき、前記ブリッジ回路の電源として交流電源を用いているので、前記ひずみに応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの交流成分（詳しくは該交流電源の電源電圧と同位相の交流成分）の振幅の変化として現れる。また、前記温度に応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの直流成分の大きさの変化として現れる。換言すれば、前記交流電源から電源電圧を印加した前記ブリッジ回路の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものとなる。よって、前記ひずみ信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの交流成分を検出することで、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物のひずみを求めることができる。また、前記温度信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの直流成分を検出することで、測定対象物の温度変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物の温度を求めることができる。従って、ひずみゲージに接続したリード線で熱電対を形成し、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも測定対象物のひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００１１】
また、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装置は、少なくとも一方が測定対象物に貼着される、直列接続された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２枚のひずみゲージの直列回路に接続される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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物のひずみ及び温度を求める測定装置であって、前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記測定対象物のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から該測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
前記第２態様のひずみ及び温度の測定装置によれば、少なくとも一方が測定対象物に貼着される、直列接続された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する。すなわち、該２枚のひずみゲージを隣接した２辺に有し、他の２辺にそれぞれ固定抵抗値の抵抗体を有するブリッジ回路が形成される。該２枚のひずみゲージの直列回路には、該２枚のひずみゲージと他の抵抗体とを接続してブリッジ回路を形成するための２本のリード線と、該２枚のひずみゲージを直列接続する接続部からブリッジ回路の出力電圧を取り出すためのリード線との、合計３本のリード線が接続される。このとき、該２枚のひずみゲージの直列回路に接続される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２枚のひずみゲージの近傍（より詳しくは、異種材とした２本のリード線の、ひずみゲージ側の端部。ただし、前記２本のリード線の端部の間に含まれるひずみゲージ及び配線も含まれる）に熱電対の接点を形成する。
【００１３】
そして、前記第２態様のひずみ及び温度の測定装置によれば、前記第1態様と同様に、測定対象物のひずみに応じてひずみゲージの抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、ひずみゲージの近傍に接点を形成した熱電対により熱起電力が生じ、該熱起電力に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。このとき、前記ブリッジ回路の電源として交流電源を用いているので、前記ひずみに応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの交流成分（詳しくは該交流電源の電源電圧と同位相の交流成分）の振幅の変化として現れる。また、前記温度に応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの直流成分の大きさの変化として現れる。換言すれば、前記交流電源から電源電圧を印加した前記ブリッジ回路の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものとなる。よって、前記ひずみ信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの交流成分を検出することで、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物のひずみを求めることができる。また、前記温度信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの直流成分を検出することで、測定対象物の温度変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物の温度を求めることができる。従って、ひずみゲージに接続したリード線で熱電対を形成し、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも測定対象物のひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００１４】
また、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装置は、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、該ブリッジ回路からの出力電圧信号を取り出すための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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物のひずみ及び温度を求める測定装置であって、前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記測定対象物のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から該測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
前記第３態様のひずみ及び温度の測定装置によれば、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する。すなわち、該４枚のひずみゲージを各辺に有するブリッジ回路が形成され、該ブリッジ回路には、該ブリッジ回路に電源電圧を印加するための２本のリード線と、該ブリッジ回路から出力電圧を取り出すための２本のリード線との、合計４本のリード線が接続される。このとき、該ブリッジ回路からの出力電圧を取り出すための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（より詳しくは、異種材とした２本のリード線の、ひずみゲージ側の端部。ただし、前記２本のリード線の端部の間に含まれるひずみゲージ及び配線も含まれる）に熱電対の接点を形成する。
【００１６】
そして、前記第第３態様のひずみ及び温度の測定装置によれば、前記第1及び第２態様と同様に、測定対象物のひずみに応じてひずみゲージの抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、ひずみゲージの近傍に接点を形成した熱電対により熱起電力が生じ、該熱起電力に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。このとき、前記ブリッジ回路の電源として交流電源を用いているので、前記ひずみに応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの交流成分（詳しくは該交流電源の電源電圧と同位相の交流成分）の振幅の変化として現れる。また、前記温度に応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの直流成分の大きさの変化として現れる。換言すれば、前記交流電源から電源電圧を印加した前記ブリッジ回路の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものとなる。よって、前記ひずみ信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの交流成分を検出することで、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物のひずみを求めることができる。また、前記温度信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの直流成分を検出することで、測定対象物の温度変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物の温度を求めることができる。従って、ひずみゲージに接続したリード線で熱電対を形成し、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも測定対象物のひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００１７】
また、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装置は、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、該ブリッジ回路からの出力電圧信号を取り出すための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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物の物理量及び温度を求める測定装置であって、前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記起歪体のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から前記測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１８】
前記物理量及び温度の測定装置によれば、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する。すなわち、前記第３態様と同様に、該４枚のひずみゲージを各辺に有するブリッジ回路が形成され、該ブリッジ回路には、該ブリッジ回路に電源電圧を印加するための２本のリード線と、該ブリッジ回路から出力電圧を取り出すための２本のリード線との、合計４本のリード線が接続される。このとき、該ブリッジ回路からの出力電圧を取り出すための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（より詳しくは、異種材とした２本のリード線の、ひずみゲージ側の端部。ただし、前記２本のリード線の端部の間に含まれるひずみゲージ及び配線も含まれる）に熱電対の接点を形成する。
【００１９】
また、前記物理量及び温度の測定装置によれば、測定対象物の物理量に応じてひずみゲージ式変換器の起歪体にひずみが生じ、該ひずみに応じてひずみゲージの抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、ひずみゲージの近傍に接点を形成した熱電対により熱起電力が生じ、該熱起電力に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。このとき、前記ブリッジ回路の電源として交流電源を用いているので、前記ひずみに応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの交流成分（詳しくは該交流電源の電源電圧と同位相の交流成分）の振幅の変化として現れる。また、前記温度に応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの直流成分の大きさの変化として現れる。換言すれば、前記交流電源から電源電圧を印加した前記ブリッジ回路の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものとなる。よって、前記ひずみ信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの交流成分を検出することで、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、ひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみを生ぜしめる測定対象物の物理量を求めることができる。また、前記温度信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの直流成分を検出することで、測定対象物の温度変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物の温度を求めることができる。従って、ひずみゲージに接続したリード線で熱電対を形成し、ひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみと温度を同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみを生ぜしめる測定対象物の物理量を容易に精度良く求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の一実施形態を添付の図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明のひずみ及び温度の測定装置の第１実施形態についての全体構成を示すブロック図であり、図２は、図１の第１実施形態の変形例についての全体構成を示すブロック図である。また、図３は、本発明のひずみ及び温度の測定装置の第２実施形態についての全体構成を示すブロック図であり、図４は、図３の第２実施形態の変形例についての全体構成を示すブロック図である。また、図５は、本発明のひずみ及び温度の測定装置の第３実施形態についての全体構成を示すブロック図である。また、図６は、本発明の物理量及び温度の測定装置の実施形態についての全体構成を示すブロック図である。また、図７は、図１〜図６の測定装置の作動を説明するためのグラフである。
【００２２】
まず、本発明の第１実施形態を図１を参照して説明する。本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、本発明の第１態様に係る測定装置であり、本実施形態では、１枚のひずみゲージを有するブリッジ回路が、いわゆる１ゲージ３線法に従って形成されている。
【００２３】
図１を参照して、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、ひずみに応じた抵抗値変化を生じる１枚の抵抗式ひずみゲージ１と、ひずみゲージ１を３本のリード線２ａ〜２ｃを介して接続するブリッジボックス３と、ブリッジボックス３内に収容された回路との間で電源電圧や電気信号の送受を行う測定器４とを備えている。なお、ブリッジボックス３と測定器４とは、一体に構成されていてもよい。
【００２４】
ひずみゲージ１は、測定対象物（図示せず）に貼着されており、その一端の接続部１ａを介してリード線２ａに接続され、他端の接続部１ｂを介してリード線２ｂ，２ｃに接続されている。リード線２ａ及び２ｂは銅線よりなり、リード線２ｃは例えばコンスタンタン線よりなり、リード線２ａ，２ｃの組及びリード線２ｂ，２ｃの組は熱電対を形成する。なお、リード線２ａ及び２ｂをコンスタンタン線とし、リード線２ｃを銅線として熱電対を形成してもよい。または、リード線２ａ，２ｂのいずれか一方を銅線、他方をコンスタンタン線とし、リード線２ｃを銅線又はコンスタンタン線として熱電対を形成してもよい。ただし、ひずみ測定期間中にリード線２ａ及び２ｂの温度変化がある場合には、リード線２ａ及び２ｂの抵抗が変化するため、ひずみを精度よく測定するためには、リード線２ａとリード線２ｂとを同種材とした方が望ましい。
【００２５】
ブリッジボックス３には、ひずみゲージ１とブリッジボックス３とを１ゲージ３線法に従って接続するための接続端子３ａ〜３ｃが設けられており、３本のリード線２ａ〜２ｃは、接続端子３ａ〜３ｃにそれぞれ接続されている。また、ブリッジボックス３には、固定抵抗値の３つの抵抗体５，５，５を直列に接続してなる抵抗回路が収容されており、この抵抗回路にひずみゲージ１をリード線２ａ，２ｂを介して接続することで、ひずみゲージ１を一辺に含むブリッジ回路７を構成するようにしている。この場合、抵抗体５の抵抗値はひずみゲージ１の公称抵抗値（ひずみを生じていない状態での抵抗値）と同一の抵抗値とされている。
【００２６】
また、ブリッジボックス３には、ブリッジ回路７へ電源電圧を外部（測定器４）から印加するための一対の電源入力端子６ａ，６ｂと、ブリッジ回路７の出力電圧信号を外部（測定器４）に出力するための一対の出力端子６ｃ，６ｄとが設けられている。電源入力端子６ａ，６ｂはブリッジ回路７の一対の入力部７ａ，７ｂにそれぞれ接続されている。また、出力端子６ｃは、ブリッジ回路７の出力部７ｃに接続されており、出力端子６ｄは、ブリッジボックス３の接続端子３ｃに接続されている。補足すると、１ゲージ３線法では、出力部７ｃとひずみゲージ１の接続部１ｂとが、ブリッジ回路７の一対の出力部となっている。
【００２７】
測定器４には、ブリッジ回路７へ電源電圧を印加するための出力端子４ａ，４ｂと、ブリッジ回路７の出力電圧信号を入力するための入力端子４ｃ，４ｄとが設けられている。出力端子４ａ，４ｂは、ブリッジボックス３の電源入力端子６ａ，６ｂにそれぞれ接続されており、入力端子４ｃ，４ｄは、ブリッジボックス３の出力端子６ｃ，６ｄにそれぞれ接続されている。また、入力端子４ｃ，４ｄは、リード線２ａ，２ｃの組及びリード線２ｂ，２ｃの組により形成された熱電対の温度の基準となる接点（基準接点）であり、ほぼ同一の温度となるように設けられている。このリード線２ａ，２ｃの組及びリード線２ｂ，２ｃの組により形成された熱電対によって、測定対象物の温度（基準接点の温度に対する相対温度）が、熱起電力として検出される。
【００２８】
このとき、ブリッジボックス３内の回路に組み込まれる接続線及び、ブリッジボックス３と測定器４とを接続する接続線について、接続端子３ｃから測定器４の入力端子４ｄまでの接続線は、リード線２ｃと同種材の接続線とし、他の接続線はリード線２ａ及び２ｂと同種材の接続線とすることが望ましい。ただし、ブリッジボックス３内の温度及び、ブリッジボックス３と測定器４との間の温度が均一である場合には、必ずしも、接続端子３ｃから測定器４の入力端子４ｄまでの接続線を、リード線２ｃと同種材の接続線とし、他の接続線をリード線２ａ及び２ｂと同種材の接続線としなくともよい。
【００２９】
また、測定器４には、ブリッジ回路７に交流の電源電圧を印加する交流電源９（以下、交流ブリッジ電源という）と、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を増幅する交流増幅回路１０と、交流増幅回路１０の出力からひずみゲージ１の抵抗値に応じた信号成分を検波する位相検波回路１１と、位相検波回路１１の出力信号を平滑化する平滑回路１２とが設けられている。また、測定器４には、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を増幅する直流増幅回路１３と、直流増幅回路１３の出力信号を平滑化する平滑回路１４とが設けられている。また、測定器４には、入力端子４ｃ，４ｄの近傍に取り付けられた温度センサ１５と、温度センサ１５の出力に基づいて熱電対の温度の基準となる接点（基準接点）の温度を検知する接点温度検知部１６と、接点温度検知部１６の出力を用いて、平滑回路１４の出力信号を零接点補償して測定対象物の温度（実温度）に応じたレベルの信号にする補正回路１７とが設けられている。
【００３０】
交流ブリッジ電源９は、その出力側が測定器４の一対の出力端子４ａ，４ｂに接続されており、ブリッジ回路７の一対の入力部７ａ，７ｂ間へブリッジ回路７の電源電圧を印加する。
【００３１】
交流増幅回路１０は、その入力側が測定器４の一対の入力端子４ｃ，４ｄに接続されており、ブリッジ回路７の出力電圧信号が入力される。交流増幅回路１０は、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を抽出して増幅し、位相検波回路１１に出力する。また、位相検波回路１１は、交流増幅回路１０の出力電圧信号から、ひずみゲージ１の抵抗値に応じた信号成分（ブリッジ回路７への電源電圧と同位相の交流成分）を検波し、それを全波整流して平滑回路１２に出力する。ブリッジ回路７の出力電圧信号には、一般に、ひずみゲージ１の抵抗値に応じた信号成分以外に、ブリッジ回路７のリード線の容量等の影響による信号成分（容量成分）が含まれる。この容量成分は、ブリッジ回路７への電源電圧と位相の異なる成分となるため、ブリッジ回路７への電源電圧と同位相の交流成分を検波することにより、容量成分を除去して、ひずみゲージ１の抵抗値に応じた信号成分を得ることができる。また、平滑回路１２は、位相検波回路１１の出力（脈流）を平滑化して（位相検波回路１１の出力（脈流）をその平均レベルに応じたレベルの信号に変換する）、その平滑化した信号を、ひずみゲージ１のひずみ値（ひずみゲージ１を貼着する測定対象物のひずみ値）を示すひずみ測定信号として出力する。
【００３２】
直流増幅回路１３は、交流増幅回路１０と同様に、その入力側が測定器４の入力端子４ｃ，４ｄに接続されており、ブリッジ回路７の出力電圧信号が入力される。直流増幅回路１３は、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を抽出して増幅し、平滑回路１４に出力する。また、平滑回路１４は、直流増幅回路１３の出力を平滑化して（直流増幅回路１３の出力をその平均レベルに応じたレベルの信号に変換する）、測定対象物の温度（基準接点の温度に対する相対温度）に応じた信号として出力する。
【００３３】
なお、本実施形態の交流増幅回路１０、位相検波回路１１、平滑回路１２を合わせたものが、本発明のひずみ信号出力手段に相当し、直流増幅回路１３、平滑回路１４を合わせたものが、本発明の温度信号出力手段に相当する。
【００３４】
次に、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置の作動について、図７（ａ）〜（ｆ）に示したグラフを参照して説明する。図７（ａ）はブリッジ回路７への電源電圧、図７（ｂ）はブリッジ回路７の出力電圧、図７（ｃ）は交流増幅回路１０の出力電圧、図７（ｄ）は位相検波回路１１の出力電圧、図７（ｅ）は平滑回路１２の出力電圧（ひずみ測定信号）、図７（ｆ）は平滑回路１４の出力電圧（測定対象物の温度に応じた信号）の信号波形を示すグラフであり、横軸は時間を、縦軸は電圧を示す。
【００３５】
まず、交流ブリッジ電源９からブリッジ回路７に電源電圧が印加される。前記ブリッジ回路７への電源電圧は、図７（ａ）のグラフで例示されような正弦波である。
【００３６】
次に、ブリッジ回路７の出力電圧信号が、ブリッジボックス３の接続端子３ｃと、ブリッジ回路７の出力部７ｃとから取り出され、交流増幅回路１０と直流増幅回路１３とに入力される。ブリッジ回路７の出力電圧の信号波形は、図７（ｂ）のグラフで例示されるようなものになる。
【００３７】
このとき、測定対象物にひずみが生じている場合、測定対象物のひずみに応じてひずみゲージ１の抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じてブリッジ回路７の出力電圧信号が変化する。このひずみに応じた電圧信号の変化は、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分（詳しくはブリッジ回路７への電源電圧と同位相の交流成分）の振幅の変化として現れる。また、測定対象物の温度に応じて、ひずみゲージ１の近傍に接点を形成した熱電対により、熱起電力が生じ、該熱起電力に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号が変化する。この熱起電力による電圧信号の変化は、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分の大きさの変化として現れる。よって、ブリッジ回路７の出力電圧信号は、ひずみゲージ１のひずみによる出力電圧（図７（ｂ）のグラフ中のＶε）と、ひずみゲージ１の温度（ひずみゲージ１を貼着する測定対象物の温度）による熱電対２ａ，２ｃの熱起電力（図７（ｂ）のグラフ中のＶｔ）との和を含むものとなる。
【００３８】
次に、交流増幅回路１０は、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を増幅して出力する。交流増幅回路１０から出力される信号は、図７（ｃ）のグラフで例示されるようなものである。
【００３９】
次に、位相検波回路１１は、交流増幅回路１０から出力される信号から、ひずみゲージ１の抵抗値に応じた信号成分（ブリッジ回路７への電源電圧と同位相の交流成分）を検波し、それを全波整流して平滑回路１２に出力する。位相検波回路１１から出力される信号は、図７（ｄ）のグラフで例示されるようなものである。なお、図７（ｄ）のグラフの例では、理解の便宜上、前述した容量成分はないものとしている。
【００４０】
次に、平滑回路１２は、位相検波回路１１の出力（脈流）を平滑化して（位相検波回路１１の出力（脈流）をその平均レベルに応じたレベルの信号に変換する）、ひずみゲージ１のひずみ値（ひずみゲージ１を貼着する測定対象物のひずみ値）を示すひずみ測定信号として出力する。平滑回路１２から出力される信号は、図７（ｅ）の実線のグラフで例示されるようなものであり、そのレベル（電圧値）が測定対象物のひずみ値に応じたものとなる。なお、図７（ｅ）の破線のグラフは、位相検波回路１１の出力を示している。
【００４１】
次に、直流増幅回路１３は、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を増幅して出力する。次に、平滑回路１４は、直流増幅回路１３の出力を平滑化し（直流増幅回路１３の出力をその平均レベルに応じたレベルの信号に変換する）、その平滑化した信号を、測定対象物の温度（基準接点の温度に対する相対温度）に応じた信号として出力する。平滑回路１４から出力される信号は、図７（ｆ）の実線のグラフで例示されるようなものになり、そのレベル（電圧値）が測定対象物の温度に応じたものとなる。なお、図７（ｆ）の破線のグラフは、ブリッジ回路７の出力電圧信号を示している。
【００４２】
次に、接点温度検知部１６は、温度センサ１５からの出力を用いて、端子４ｃ，４ｄ近傍の温度を、熱電対の温度の基準となる接点（基準接点）の温度として検知する。次に、補正回路１７は、平滑回路１４から出力される測定対象物の温度（基準接点の温度に対する相対温度）に応じた信号を、接点温度検知部１６で検出された基準接点の温度を用いて補正する（零接点補償）。これにより、測定対象物の実温度に応じたレベルの信号を出力する。
【００４３】
以上の処理により、平滑回路１２の出力（ひずみ測定信号）から、測定対象物のひずみを検出することができる。また、補正回路１７の出力（測定対象物の実温度に応じたレベルの信号）から、測定対象物の温度を検出することができる。よって、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができる。
【００４４】
さらに、検出した測定対象物の温度と、予め求められた補正曲線とを用いて、見掛けひずみ（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の抵抗値変化に相当するひずみ）を求め、この見掛けひずみ分だけ検出したひずみを補正することができる。これにより、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置を用いて、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００４５】
次に、本発明の第１実施形態の変形例を、図２を参照して説明する。本変形例は、３本のリード線２ａ〜２ｃのうちの２本のリード線を相互に異種材として形成した熱電対の温度の基準となる接点、及び温度センサ１５を設けている箇所のみが、図１の第１実施形態と相違するものであるので、図１の第１実施形態と同一部分については説明を省略する。
【００４６】
図２を参照して、本変形例のひずみ及び温度の測定装置は、前記熱電対の温度の基準となる接点を、ブリッジボックス３の接続端子３ａ，３ｂ，３ｃをほぼ同一の温度となるように設けて構成する。特に、リード線２ａとリード線２ｂとを異種材として熱電対を形成した場合には、該熱電対の温度の基準となる接点は、このように構成することが望ましい。なお、このように熱電対の温度の基準となる接点を構成したときには、ブリッジボックス３内の回路に組み込まれる接続線及び、ブリッジボックス３と測定器４とを接続する接続線は、全て銅線としてよい。また、温度センサ１５は、接続端子３ａ，３ｂ，３ｃの近傍に取り付けられ、接点温度検知部１６は、該温度センサ１５の出力に基づいて熱電対の温度の基準となる接点（基準接点）の温度を検知する。これ以外は、図１の第１実施形態と同じである。
【００４７】
従って、図１の第１実施形態と同様に、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、測定対象物のひずみを求めることができる。また、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００４８】
なお、本実施形態の参考例として、ひずみゲージ１を有するブリッジ回路を、いわゆる1ゲージ２線法に従って形成し、ひずみゲージ１をブリッジボックス３に接続する２本のリード線を相互に異種材として熱電対を形成してもよい。この場合には、リード線２ｃ及びブリッジボックス３の接続端子３ｃを備えず、ブリッジボックス３の出力端子６ｄが、ブリッジボックス３の抵抗５のひずみゲージ１側の端点に接続される。これ以外は、図１又は図２の第１実施形態と同じである。従って、図１又は図２の第１実施形態と同様に、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、測定対象物のひずみを求めることができる。また、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００４９】
次に、本発明の第２実施形態を図３を参照して説明する。本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、本発明の第２態様に係る測定装置であり、本実施形態では、２枚のひずみゲージを有するブリッジ回路が、いわゆる２ゲージ法に従って形成されている。なお、本実施形態は、ひずみゲージのブリッジ回路への組み込み構成のみが前記第１実施形態と相違するものであるので、第１実施形態と同一部分については、第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００５０】
図３を参照して、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、ひずみに応じた抵抗値変化を生じる、直列に接続された２枚の抵抗式ひずみゲージ２０，２１と、ひずみゲージ２０，２１の直列回路を３本のリード線２２ａ〜２２ｃにより接続するブリッジボックス３と、ブリッジボックス３内に収容された回路との間で電源電圧や電気信号の送受を行う測定器４とを備えている。なお、ブリッジボックス３と測定器４とは、一体に構成されていてもよい。
【００５１】
２枚のひずみゲージ２０，２１は、同じゲージ率及び公称抵抗値を有し、２アクティブ法を適用して、測定対象物（図示せず）の表面と裏面とにそれぞれ貼着されている。リード線２２ａはひずみゲージ２０の接続部２０ａ（ひずみゲージ２０，２１の直列回路の一端）に接続され、リード線２２ｂはひずみゲージ２１の接続部２１ｂ（ひずみゲージ２０，２１の直列回路の他端）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（より詳しくは、ひずみゲージ２０，２１の直列回路の中点）に接続されている。リード線２２ａ及び２２ｂは銅線よりなり、リード線２２ｃは例えばコンスタンタン線よりなり、リード線２２ａ，２２ｃの組及びリード線２２ｂ，２２ｃの組は熱電対を形成する。
【００５２】
なお、リード線２２ａ及び２２ｂをコンスタンタン線とし、リード線２２ｃを銅線として熱電対を形成してもよい。または、リード線２２ａ，２２ｂのいずれか一方を銅線、他方をコンスタンタン線とし、リード線２２ｃを銅線又はコンスタンタン線として熱電対を形成してもよい。ただし、ひずみ測定期間中にリード線２２ａ及び２２ｂの温度変化がある場合には、リード線２２ａ及び２２ｂの抵抗が変化するため、ひずみを精度よく測定するためには、リード線２２ａとリード線２２ｂとを同種材とした方が望ましい。
【００５３】
ブリッジボックス３には、２枚のひずみゲージ２０，２１とブリッジボックス３とを２ゲージ法に従って接続するための接続端子３ａ〜３ｃが設けられており、３本のリード線２２ａ〜２２ｃは、接続端子３ａ〜３ｃにそれぞれ接続されている。また、ブリッジボックス３には、ひずみゲージ２０，２１の公称抵抗値と同一の固定抵抗値の２つの抵抗体５，５を直列に接続してなる抵抗回路が収容されており、この抵抗回路にひずみゲージ２０，２１をリード線２２ａ，２２ｂを介して接続することで、ひずみゲージ２０，２１を隣接した２辺に含むブリッジ回路７を構成するようにしている。
【００５４】
また、ブリッジボックス３には、ブリッジ回路７の電源電圧を外部（測定器４）から印加するための一対の電源入力端子６ａ，６ｂと、ブリッジ回路７の出力電圧信号を外部（測定器４）に出力するための一対の出力端子６ｃ，６ｄとが設けられている。電源入力端子６ａ，６ｂはブリッジ回路７の一対の入力部７ａ，７ｂにそれぞれ接続されている。また、出力端子６ｃは、ブリッジ回路７の出力部７ｃに接続されており、出力端子６ｄは、ブリッジボックス３の接続端子３ｃに接続されている。ブリッジボックス３と測定器４との接続、及び測定器４の構成は第１実施形態と同じである。ここで、測定器４の入力端子４ｃ，４ｄは、リード線２２ａ，２２ｃの組及びリード線２２ｂ，２２ｃの組により形成された熱電対の温度の基準となる接点（基準接点）であり、ほぼ同一の温度となるように設けられている。このリード線２２ａ，２２ｃの組及びリード線２２ｂ，２２ｃの組により形成された熱電対によって、測定対象物の温度（基準接点の温度に対する相対温度）が、熱起電力として検出される。
【００５５】
このとき、ブリッジボックス３内の回路に組み込まれる接続線及び、ブリッジボックス３と測定器４とを接続する接続線について、接続端子３ｃから測定器４の入力端子４ｄまでの接続線は、リード線２２ｃと同種材の接続線とし、他の接続線はリード線２２ａ及び２２ｂと同種材の接続線とすることが望ましい。ただし、ブリッジボックス３内の温度及び、ブリッジボックス３と測定器４との間の温度が均一である場合には、必ずしも、接続端子３ｃから測定器４の入力端子４ｄまでの接続線を、リード線２２ｃと同種材の接続線とし、他の接続線をリード線２２ａ及び２２ｂと同種材の接続線としなくともよい。
【００５６】
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の抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分の振幅が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、リード線２２ａ，２２ｃの組及びリード線２２ｂ，２２ｃの組により形成された熱電対により熱起電力が生じ、該熱起電力に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分の大きさが変化する。よって、ブリッジ回路７の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものであり、図７（ｂ）のグラフに例示されるようなものになる。従って、第１実施形態と同様に、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、測定対象物のひずみを求めることができる。また、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００５７】
次に、本発明の第２実施形態の変形例を、図４を参照して説明する。本変形例は、３本のリード線２２ａ〜２２ｃのうちの２本のリード線を相互に異種材として形成した熱電対の温度の基準となる接点、及び温度センサ１５を設けている箇所のみが、図３の第２実施形態と相違するものであるので、図３の第２実施形態と同一部分については説明を省略する。
【００５８】
図４を参照して、本変形例のひずみ及び温度の測定装置は、前記熱電対の温度の基準となる接点を、ブリッジボックス３の接続端子３ａ，３ｂ，３ｃをほぼ同一の温度となるように設けて構成する。特に、リード線２２ａとリード線２２ｂとを異種材として熱電対を形成した場合には、該熱電対の温度の基準となる接点は、このように構成することが望ましい。なお、このように熱電対の温度の基準となる接点を構成したときには、ブリッジボックス３内の回路に組み込まれる接続線及び、ブリッジボックス３と測定器４とを接続する接続線は、全て銅線としてよい。また、温度センサ１５は接続端子３ａ，３ｂ，３ｃの近傍に取り付けられ、接点温度検知部１６は、該温度センサ１５の出力に基づいて熱電対の温度の基準となる接点（基準接点）の温度を検知する。これ以外は、図３の第２実施形態と同じである。
【００５９】
従って、図３の第２実施形態と同様に、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、測定対象物のひずみを求めることができる。また、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００６０】
なお、図３又は図４の第２実施形態の他の実施形態として、アクティブ・ダミー法を適用し、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でひずみを生じないように設置してもよい。これによれば、測定対象物のひずみに応じてひずみゲージ２０の抵抗値のみが変化する以外は、図３又は図４の第２実施形態と同じである。従って、図３又は図４の第２実施形態と同様に、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、測定対象物のひずみを求めることができる。また、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００６１】
次に、本発明の第３実施形態を図５を参照して説明する。本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、本発明の第３態様に係る測定装置であり、本実施形態では、４枚のひずみゲージを有するブリッジ回路が、いわゆる４ゲージ法に従って形成されている。なお、本実施形態は、ひずみゲージのブリッジ回路への組み込み構成及び測定器への組み込みのみが前記第１実施形態と相違するものであるので、第１実施形態と同一部分については、第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００６２】
図５を参照して、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、ひずみに応じた抵抗値変化を生じる４枚の抵抗式ひずみゲージ２３〜２６と、ひずみゲージ２３〜２６により形成されるブリッジ回路７との間で４本のリード線２７ａ〜２７ｄを介して電源電圧や電気信号の送受を行う測定器４とを備えている。前記第１および第２実施形態と異なり、ブリッジボックス３は介在しない。
【００６３】
ひずみゲージ２３〜２６は、同じゲージ率及び公称抵抗値を有し、それぞれ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。ブリッジ回路７は、４本のリード線２７ａ〜２７ｄにより測定器４の１対の出力端子４ａ，４ｂ、１対の入力端子４ｃ，４ｄにそれぞれ接続されている。リード線２７ａ〜２７ｄはブリッジ回路７の一対の入力部７ａ，７ｂ、一対の出力部７ｃ，７ｄにそれぞれ接続されている。リード線２７ａ〜２７ｃは銅線よりなり、リード線２７ｄは例えば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。なお、リード線２７ｄを銅線とし、リード線２７ｃをコンスタンタン線として熱電対を形成してもよい。また、測定器４の構成は第１実施形態と同じである。
【００６４】
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の抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分の振幅が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、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熱起電力が生じ、該熱起電力に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分の大きさが変化する。よって、ブリッジ回路７の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものであり、図７（ｂ）のグラフに例示されるようなものになる。よって、第１および第２実施形態と同様に、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、測定対象物のひずみを求めることができる。また、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００６５】
次に、本発明の物理量及び温度の測定装置の実施形態を図４を参照して説明する。本実施形態では、前記第３実施形態と同様に、４枚のひずみゲージを有するブリッジ回路が、いわゆる４ゲージ法に従って形成されている。なお、本実施形態は、ひずみゲージがひずみゲージ式変換器を形成していることのみが前記第３実施形態と相違するものであるので、第３実施形態と同一部分については、第３実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００６６】
図６を参照して、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、ひずみに応じた抵抗値変化を生じる４枚の抵抗式ひずみゲージ２３〜２６と、ひずみゲージ２３〜２６が貼着される起歪体２８と、ひずみゲージ２３〜２６により形成されるブリッジ回路７との間で４本のリード線２７ａ〜２７ｄを介して電源電圧や電気信号の送受を行う測定器４とを備えている。第３実施形態と同様、ブリッジボックス３は介在しない。
【００６７】
４枚のひずみゲージ２３〜２６は、ブリッジ回路７を形成し、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（例えば、荷重、加速度、圧力等）に応じたひずみを生じるように設置されている。ブリッジ回路７は、第３実施形態と同様、４本のリード線２７ａ〜２７ｄにより測定器４の１対の出力端子４ａ，４ｂ、１対の入力端子４ｃ，４ｄにそれぞれ接続されている。測定器４の構成は、前記第１〜３実施形態と同じである。
【００６８】
本実施形態では、測定対象物の物理量に応じた起歪体２８のひずみが生じて、ひずみゲージ２３〜２６の抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分の振幅が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、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熱起電力が生じ、該熱起電力に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分の大きさが変化する。よって、ブリッジ回路７の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものであり、図７（ｂ）のグラフに例示されるようなものになる。従って、第１〜第３実施形態と同様に、ひずみゲージ式変換器２９のブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、ひずみゲージ式変換器２９の起歪体２８のひずみを生ぜしめる測定対象物の物理量を求めることができる。また、ゲージ式変換器２９のブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、ひずみゲージ式変換器２９の起歪体２８のひずみを生ぜしめる物理量と測定対象物の温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、起歪体２８のひずみを生ぜしめる測定対象物の物理量を容易に精度良く求めることができる。
【００６９】
なお、本発明のひずみ及び温度の測定装置の第１〜第３実施形態と、本発明の物理量及び温度の測定装置の実施形態とは、ひずみ測定信号と温度に応じたレベルの信号を出力するものとなっているが、Ａ／Ｄ変換器やＣＰＵを搭載して、それらの出力信号から測定対象物のひずみ、もしくは物理量、温度のデジタル値を求めて出力するようにしてもよい。
【００７０】
さらに、本発明のひずみ及び温度の測定装置の第１〜第３実施形態と、本発明の物理量及び温度の測定装置の実施形態とは、表示手段を備え、ひずみ測定信号、温度に応じたレベルの信号のレベル値や、それらの信号から算出される測定対象物のひずみ、もしくは物理量、温度の値を表示するようにしてもよい。また、記録手段を備え、ひずみ測定信号、温度に応じたレベルの信号のレベル値や、それらの信号から算出される測定対象物のひずみ、もしくは物理量、温度の値を記録するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態におけるひずみ及び温度の測定装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】図１の第１実施形態の変形例についての全体構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第２実施形態におけるひずみ及び温度の測定装置の全体構成を示すブロック図。
【図４】図３の第２実施形態の変形例についての全体構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第３実施形態におけるひずみ及び温度の測定装置の全体構成を示すブロック図。
【図６】本発明の物理量及び温度の測定装置の全体構成を示すブロック図。
【図７】図１〜図６の測定装置の作動を説明するためのグラフ。
【符号の説明】
【００７２】
１…１枚のひずみゲージ、２ａ〜２ｃ…３本のリード線、７…ブリッジ回路、９…交流ブリッジ電源（交流電源）、１０…交流増幅回路、１１…位相検波回路、１２…平滑回路、１３…直流増幅回路、１４…平滑回路、２０，２１…２枚のひずみゲージ、２２ａ〜２２ｃ…３本のリード線、２３〜２６…４枚のひずみゲージ、２７ａ〜２７ｄ…４本のリード線、２８…起歪体、２９…ひずみゲージ式変換器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は機械、建築、土木等の分野で各種材料や構造物の強度、挙動、安全性等を調べるために、該各種材料又は該構造物の温度を測定すると共に、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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体に生じるひずみを抵抗式ひずみゲージ（ひずみに応じて抵抗値が変化するひずみゲージ）を用いて測定する場合、物体に貼着するひずみゲージの微小な抵抗値変化を検出するために、通常、そのひずみゲージを含むブリッジ回路（詳しくはホイートストンブリッジ回路）が用いられる。そして、前記ブリッジ回路に電源電圧を印加しつつ、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた電圧信号をブリッジ回路から出力させ、該電圧信号（該電圧信号を増幅してなる電圧信号）に基づいてひずみ測定を行うようにしている。このようなひずみ測定では、ひずみゲージは通常、ブリッジ回路にリード線等の接続線を介して組み込まれ、ブリッジ回路は、該ブリッジ回路に電源電圧を印加したり、該ブリッジ回路の出力電圧信号を処理する測定器にリード線等の接続線を介して接続される。
【０００３】
このようなひずみ測定において、測定環境や測定時の測定対象物の変形等の影響により、測定対象物が温度変化を伴い、ひずみゲージの温度も変化する場合がある。この場合、ひずみゲージには測定対象物のひずみに起因した抵抗値変化に加え、温度変化に起因した抵抗値変化が生じる。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を求めるときに無視できない程度の誤差が含まれることがある。
【０００４】
そこで、ひずみゲージの温度特性を予め調べておき、測定対象物の近傍にひずみゲージとは別に温度センサ（熱電対）を設置して温度を測定し、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、設置作業に手間が掛かったり、コストが嵩んだりし、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恐れがあるといった問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するために、ひずみゲージに接続したリード線で熱電対を形成し、測定対象物のひずみと共に温度を測定する方法が本願出願人により提案されている（例えば特許文献１）。この特許文献１のひずみ測定方法では、測定対象物に貼着されるひずみゲージを１ゲージ３線法、２ゲージ法、４ゲージ法のいずれかの結線方法を用いて結線して形成されたブリッジ回路を用い、それらのリード線のうち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する。そして、ブリッジ電源電圧（直流電圧）の印加時の前記ブリッジ回路の出力電圧と、ブリッジ電源電圧の無印加時の前記熱電対の出力電圧とを用いて、ひずみと温度とを求めている。なお、４ゲージ法は通常、測定対象物のひずみを直接測定する以外に、測定対象物の変位、荷重、圧力等の物理量を測定するためのひずみゲージ式変換器を形成する際に用いられる。ひずみゲージ式変換器は、ブリッジ回路を形成する４枚のひずみゲージを起歪体に貼着して形成されるものであり、測定対象物の物理量に応じて該起歪体がひずみを生じるように設置され、該起歪体のひずみから測定対象物の物理量を測定する。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の測定方法では、ブリッジ電源電圧の印加時にひずみを測定し、ブリッジ電源電圧の無印加時に温度を測定するため、ひずみと温度とは同時に測定することができない。このため、ひずみ測定中に温度が変化する場合には、ひずみゲージの温度特性により生じる誤差を適切に補正してひずみを求めることができないという不都合があった。特に、動的に変化する（時間的に変化する）ひずみ、もしくは、ひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみを生ぜしめる物理量を測定する場合に、上記の不都合が顕著になる。
【特許文献１】特開２０００−００９５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる不都合を解消して、ひずみゲージに接続したリード線で熱電対を形成し、測定対象物もしくはひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも測定対象物のひずみ、もしくは、ひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみを生ぜしめる物理量を容易に精度良く求めることができる測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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装置は、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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物のひずみ及び温度を求める測定装置であって、前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記測定対象物のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から該測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
前記第１態様のひずみ及び温度の測定装置によれば、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線法に従って形成する。すなわち、前記１枚のひずみゲージを１辺に有し、他の３辺にそれぞれ固定抵抗値の抵抗体を有するブリッジ回路が形成される。前記１枚のひずみゲージには、該１枚のひずみゲージと他の抵抗体とを接続してブリッジ回路を形成するための２本のリード線と、ブリッジ回路の出力電圧を取り出すためのリード線との、合計３本のリード線が接続される。このとき、前記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（より詳しくは、異種材とした２本のリード線の、ひずみゲージ側の端部。ただし、前記２本のリード線の端部の間に含まれるひずみゲージ及び配線も含まれる）に熱電対の接点を形成する。
【００１０】
そして、前記第１態様のひずみ及び温度の測定装置によれば、測定対象物のひずみに応じてひずみゲージの抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、ひずみゲージの近傍に接点を形成した熱電対により熱起電力が生じ、該熱起電力に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。このとき、前記ブリッジ回路の電源として交流電源を用いているので、前記ひずみに応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの交流成分（詳しくは該交流電源の電源電圧と同位相の交流成分）の振幅の変化として現れる。また、前記温度に応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの直流成分の大きさの変化として現れる。換言すれば、前記交流電源から電源電圧を印加した前記ブリッジ回路の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものとなる。よって、前記ひずみ信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの交流成分を検出することで、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物のひずみを求めることができる。また、前記温度信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの直流成分を検出することで、測定対象物の温度変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物の温度を求めることができる。従って、ひずみゲージに接続したリード線で熱電対を形成し、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも測定対象物のひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００１１】
また、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装置は、少なくとも一方が測定対象物に貼着される、直列接続された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２枚のひずみゲージの直列回路に接続される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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物のひずみ及び温度を求める測定装置であって、前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記測定対象物のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から該測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
前記第２態様のひずみ及び温度の測定装置によれば、少なくとも一方が測定対象物に貼着される、直列接続された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する。すなわち、該２枚のひずみゲージを隣接した２辺に有し、他の２辺にそれぞれ固定抵抗値の抵抗体を有するブリッジ回路が形成される。該２枚のひずみゲージの直列回路には、該２枚のひずみゲージと他の抵抗体とを接続してブリッジ回路を形成するための２本のリード線と、該２枚のひずみゲージを直列接続する接続部からブリッジ回路の出力電圧を取り出すためのリード線との、合計３本のリード線が接続される。このとき、該２枚のひずみゲージの直列回路に接続される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２枚のひずみゲージの近傍（より詳しくは、異種材とした２本のリード線の、ひずみゲージ側の端部。ただし、前記２本のリード線の端部の間に含まれるひずみゲージ及び配線も含まれる）に熱電対の接点を形成する。
【００１３】
そして、前記第２態様のひずみ及び温度の測定装置によれば、前記第1態様と同様に、測定対象物のひずみに応じてひずみゲージの抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、ひずみゲージの近傍に接点を形成した熱電対により熱起電力が生じ、該熱起電力に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。このとき、前記ブリッジ回路の電源として交流電源を用いているので、前記ひずみに応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの交流成分（詳しくは該交流電源の電源電圧と同位相の交流成分）の振幅の変化として現れる。また、前記温度に応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの直流成分の大きさの変化として現れる。換言すれば、前記交流電源から電源電圧を印加した前記ブリッジ回路の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものとなる。よって、前記ひずみ信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの交流成分を検出することで、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物のひずみを求めることができる。また、前記温度信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの直流成分を検出することで、測定対象物の温度変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物の温度を求めることができる。従って、ひずみゲージに接続したリード線で熱電対を形成し、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも測定対象物のひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００１４】
また、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装置は、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、該ブリッジ回路からの出力電圧信号を取り出すための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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物のひずみ及び温度を求める測定装置であって、前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記測定対象物のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から該測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
前記第３態様のひずみ及び温度の測定装置によれば、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する。すなわち、該４枚のひずみゲージを各辺に有するブリッジ回路が形成され、該ブリッジ回路には、該ブリッジ回路に電源電圧を印加するための２本のリード線と、該ブリッジ回路から出力電圧を取り出すための２本のリード線との、合計４本のリード線が接続される。このとき、該ブリッジ回路からの出力電圧を取り出すための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（より詳しくは、異種材とした２本のリード線の、ひずみゲージ側の端部。ただし、前記２本のリード線の端部の間に含まれるひずみゲージ及び配線も含まれる）に熱電対の接点を形成する。
【００１６】
そして、前記第第３態様のひずみ及び温度の測定装置によれば、前記第1及び第２態様と同様に、測定対象物のひずみに応じてひずみゲージの抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、ひずみゲージの近傍に接点を形成した熱電対により熱起電力が生じ、該熱起電力に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。このとき、前記ブリッジ回路の電源として交流電源を用いているので、前記ひずみに応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの交流成分（詳しくは該交流電源の電源電圧と同位相の交流成分）の振幅の変化として現れる。また、前記温度に応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの直流成分の大きさの変化として現れる。換言すれば、前記交流電源から電源電圧を印加した前記ブリッジ回路の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものとなる。よって、前記ひずみ信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの交流成分を検出することで、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物のひずみを求めることができる。また、前記温度信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの直流成分を検出することで、測定対象物の温度変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物の温度を求めることができる。従って、ひずみゲージに接続したリード線で熱電対を形成し、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも測定対象物のひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００１７】
また、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装置は、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、該ブリッジ回路からの出力電圧信号を取り出すための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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物の物理量及び温度を求める測定装置であって、前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記起歪体のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から前記測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１８】
前記物理量及び温度の測定装置によれば、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する。すなわち、前記第３態様と同様に、該４枚のひずみゲージを各辺に有するブリッジ回路が形成され、該ブリッジ回路には、該ブリッジ回路に電源電圧を印加するための２本のリード線と、該ブリッジ回路から出力電圧を取り出すための２本のリード線との、合計４本のリード線が接続される。このとき、該ブリッジ回路からの出力電圧を取り出すための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（より詳しくは、異種材とした２本のリード線の、ひずみゲージ側の端部。ただし、前記２本のリード線の端部の間に含まれるひずみゲージ及び配線も含まれる）に熱電対の接点を形成する。
【００１９】
また、前記物理量及び温度の測定装置によれば、測定対象物の物理量に応じてひずみゲージ式変換器の起歪体にひずみが生じ、該ひずみに応じてひずみゲージの抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、ひずみゲージの近傍に接点を形成した熱電対により熱起電力が生じ、該熱起電力に応じてブリッジ回路の出力する電圧信号が変化する。このとき、前記ブリッジ回路の電源として交流電源を用いているので、前記ひずみに応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの交流成分（詳しくは該交流電源の電源電圧と同位相の交流成分）の振幅の変化として現れる。また、前記温度に応じた電圧信号の変化は、前記出力電圧信号のうちの直流成分の大きさの変化として現れる。換言すれば、前記交流電源から電源電圧を印加した前記ブリッジ回路の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものとなる。よって、前記ひずみ信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの交流成分を検出することで、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、ひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみを生ぜしめる測定対象物の物理量を求めることができる。また、前記温度信号出力手段によって、前記出力電圧信号のうちの直流成分を検出することで、測定対象物の温度変化に応じた測定値信号を得ることができ、これにより、測定対象物の温度を求めることができる。従って、ひずみゲージに接続したリード線で熱電対を形成し、ひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみと温度を同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみゲージ式変換器の起歪体のひずみを生ぜしめる測定対象物の物理量を容易に精度良く求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の一実施形態を添付の図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明のひずみ及び温度の測定装置の第１実施形態についての全体構成を示すブロック図であり、図２は、図１の第１実施形態の変形例についての全体構成を示すブロック図である。また、図３は、本発明のひずみ及び温度の測定装置の第２実施形態についての全体構成を示すブロック図であり、図４は、図３の第２実施形態の変形例についての全体構成を示すブロック図である。また、図５は、本発明のひずみ及び温度の測定装置の第３実施形態についての全体構成を示すブロック図である。また、図６は、本発明の物理量及び温度の測定装置の実施形態についての全体構成を示すブロック図である。また、図７は、図１〜図６の測定装置の作動を説明するためのグラフである。
【００２２】
まず、本発明の第１実施形態を図１を参照して説明する。本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、本発明の第１態様に係る測定装置であり、本実施形態では、１枚のひずみゲージを有するブリッジ回路が、いわゆる１ゲージ３線法に従って形成されている。
【００２３】
図１を参照して、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、ひずみに応じた抵抗値変化を生じる１枚の抵抗式ひずみゲージ１と、ひずみゲージ１を３本のリード線２ａ〜２ｃを介して接続するブリッジボックス３と、ブリッジボックス３内に収容された回路との間で電源電圧や電気信号の送受を行う測定器４とを備えている。なお、ブリッジボックス３と測定器４とは、一体に構成されていてもよい。
【００２４】
ひずみゲージ１は、測定対象物（図示せず）に貼着されており、その一端の接続部１ａを介してリード線２ａに接続され、他端の接続部１ｂを介してリード線２ｂ，２ｃに接続されている。リード線２ａ及び２ｂは銅線よりなり、リード線２ｃは例えばコンスタンタン線よりなり、リード線２ａ，２ｃの組及びリード線２ｂ，２ｃの組は熱電対を形成する。なお、リード線２ａ及び２ｂをコンスタンタン線とし、リード線２ｃを銅線として熱電対を形成してもよい。または、リード線２ａ，２ｂのいずれか一方を銅線、他方をコンスタンタン線とし、リード線２ｃを銅線又はコンスタンタン線として熱電対を形成してもよい。ただし、ひずみ測定期間中にリード線２ａ及び２ｂの温度変化がある場合には、リード線２ａ及び２ｂの抵抗が変化するため、ひずみを精度よく測定するためには、リード線２ａとリード線２ｂとを同種材とした方が望ましい。
【００２５】
ブリッジボックス３には、ひずみゲージ１とブリッジボックス３とを１ゲージ３線法に従って接続するための接続端子３ａ〜３ｃが設けられており、３本のリード線２ａ〜２ｃは、接続端子３ａ〜３ｃにそれぞれ接続されている。また、ブリッジボックス３には、固定抵抗値の３つの抵抗体５，５，５を直列に接続してなる抵抗回路が収容されており、この抵抗回路にひずみゲージ１をリード線２ａ，２ｂを介して接続することで、ひずみゲージ１を一辺に含むブリッジ回路７を構成するようにしている。この場合、抵抗体５の抵抗値はひずみゲージ１の公称抵抗値（ひずみを生じていない状態での抵抗値）と同一の抵抗値とされている。
【００２６】
また、ブリッジボックス３には、ブリッジ回路７へ電源電圧を外部（測定器４）から印加するための一対の電源入力端子６ａ，６ｂと、ブリッジ回路７の出力電圧信号を外部（測定器４）に出力するための一対の出力端子６ｃ，６ｄとが設けられている。電源入力端子６ａ，６ｂはブリッジ回路７の一対の入力部７ａ，７ｂにそれぞれ接続されている。また、出力端子６ｃは、ブリッジ回路７の出力部７ｃに接続されており、出力端子６ｄは、ブリッジボックス３の接続端子３ｃに接続されている。補足すると、１ゲージ３線法では、出力部７ｃとひずみゲージ１の接続部１ｂとが、ブリッジ回路７の一対の出力部となっている。
【００２７】
測定器４には、ブリッジ回路７へ電源電圧を印加するための出力端子４ａ，４ｂと、ブリッジ回路７の出力電圧信号を入力するための入力端子４ｃ，４ｄとが設けられている。出力端子４ａ，４ｂは、ブリッジボックス３の電源入力端子６ａ，６ｂにそれぞれ接続されており、入力端子４ｃ，４ｄは、ブリッジボックス３の出力端子６ｃ，６ｄにそれぞれ接続されている。また、入力端子４ｃ，４ｄは、リード線２ａ，２ｃの組及びリード線２ｂ，２ｃの組により形成された熱電対の温度の基準となる接点（基準接点）であり、ほぼ同一の温度となるように設けられている。このリード線２ａ，２ｃの組及びリード線２ｂ，２ｃの組により形成された熱電対によって、測定対象物の温度（基準接点の温度に対する相対温度）が、熱起電力として検出される。
【００２８】
このとき、ブリッジボックス３内の回路に組み込まれる接続線及び、ブリッジボックス３と測定器４とを接続する接続線について、接続端子３ｃから測定器４の入力端子４ｄまでの接続線は、リード線２ｃと同種材の接続線とし、他の接続線はリード線２ａ及び２ｂと同種材の接続線とすることが望ましい。ただし、ブリッジボックス３内の温度及び、ブリッジボックス３と測定器４との間の温度が均一である場合には、必ずしも、接続端子３ｃから測定器４の入力端子４ｄまでの接続線を、リード線２ｃと同種材の接続線とし、他の接続線をリード線２ａ及び２ｂと同種材の接続線としなくともよい。
【００２９】
また、測定器４には、ブリッジ回路７に交流の電源電圧を印加する交流電源９（以下、交流ブリッジ電源という）と、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を増幅する交流増幅回路１０と、交流増幅回路１０の出力からひずみゲージ１の抵抗値に応じた信号成分を検波する位相検波回路１１と、位相検波回路１１の出力信号を平滑化する平滑回路１２とが設けられている。また、測定器４には、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を増幅する直流増幅回路１３と、直流増幅回路１３の出力信号を平滑化する平滑回路１４とが設けられている。また、測定器４には、入力端子４ｃ，４ｄの近傍に取り付けられた温度センサ１５と、温度センサ１５の出力に基づいて熱電対の温度の基準となる接点（基準接点）の温度を検知する接点温度検知部１６と、接点温度検知部１６の出力を用いて、平滑回路１４の出力信号を零接点補償して測定対象物の温度（実温度）に応じたレベルの信号にする補正回路１７とが設けられている。
【００３０】
交流ブリッジ電源９は、その出力側が測定器４の一対の出力端子４ａ，４ｂに接続されており、ブリッジ回路７の一対の入力部７ａ，７ｂ間へブリッジ回路７の電源電圧を印加する。
【００３１】
交流増幅回路１０は、その入力側が測定器４の一対の入力端子４ｃ，４ｄに接続されており、ブリッジ回路７の出力電圧信号が入力される。交流増幅回路１０は、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を抽出して増幅し、位相検波回路１１に出力する。また、位相検波回路１１は、交流増幅回路１０の出力電圧信号から、ひずみゲージ１の抵抗値に応じた信号成分（ブリッジ回路７への電源電圧と同位相の交流成分）を検波し、それを全波整流して平滑回路１２に出力する。ブリッジ回路７の出力電圧信号には、一般に、ひずみゲージ１の抵抗値に応じた信号成分以外に、ブリッジ回路７のリード線の容量等の影響による信号成分（容量成分）が含まれる。この容量成分は、ブリッジ回路７への電源電圧と位相の異なる成分となるため、ブリッジ回路７への電源電圧と同位相の交流成分を検波することにより、容量成分を除去して、ひずみゲージ１の抵抗値に応じた信号成分を得ることができる。また、平滑回路１２は、位相検波回路１１の出力（脈流）を平滑化して（位相検波回路１１の出力（脈流）をその平均レベルに応じたレベルの信号に変換する）、その平滑化した信号を、ひずみゲージ１のひずみ値（ひずみゲージ１を貼着する測定対象物のひずみ値）を示すひずみ測定信号として出力する。
【００３２】
直流増幅回路１３は、交流増幅回路１０と同様に、その入力側が測定器４の入力端子４ｃ，４ｄに接続されており、ブリッジ回路７の出力電圧信号が入力される。直流増幅回路１３は、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を抽出して増幅し、平滑回路１４に出力する。また、平滑回路１４は、直流増幅回路１３の出力を平滑化して（直流増幅回路１３の出力をその平均レベルに応じたレベルの信号に変換する）、測定対象物の温度（基準接点の温度に対する相対温度）に応じた信号として出力する。
【００３３】
なお、本実施形態の交流増幅回路１０、位相検波回路１１、平滑回路１２を合わせたものが、本発明のひずみ信号出力手段に相当し、直流増幅回路１３、平滑回路１４を合わせたものが、本発明の温度信号出力手段に相当する。
【００３４】
次に、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置の作動について、図７（ａ）〜（ｆ）に示したグラフを参照して説明する。図７（ａ）はブリッジ回路７への電源電圧、図７（ｂ）はブリッジ回路７の出力電圧、図７（ｃ）は交流増幅回路１０の出力電圧、図７（ｄ）は位相検波回路１１の出力電圧、図７（ｅ）は平滑回路１２の出力電圧（ひずみ測定信号）、図７（ｆ）は平滑回路１４の出力電圧（測定対象物の温度に応じた信号）の信号波形を示すグラフであり、横軸は時間を、縦軸は電圧を示す。
【００３５】
まず、交流ブリッジ電源９からブリッジ回路７に電源電圧が印加される。前記ブリッジ回路７への電源電圧は、図７（ａ）のグラフで例示されような正弦波である。
【００３６】
次に、ブリッジ回路７の出力電圧信号が、ブリッジボックス３の接続端子３ｃと、ブリッジ回路７の出力部７ｃとから取り出され、交流増幅回路１０と直流増幅回路１３とに入力される。ブリッジ回路７の出力電圧の信号波形は、図７（ｂ）のグラフで例示されるようなものになる。
【００３７】
このとき、測定対象物にひずみが生じている場合、測定対象物のひずみに応じてひずみゲージ１の抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じてブリッジ回路７の出力電圧信号が変化する。このひずみに応じた電圧信号の変化は、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分（詳しくはブリッジ回路７への電源電圧と同位相の交流成分）の振幅の変化として現れる。また、測定対象物の温度に応じて、ひずみゲージ１の近傍に接点を形成した熱電対により、熱起電力が生じ、該熱起電力に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号が変化する。この熱起電力による電圧信号の変化は、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分の大きさの変化として現れる。よって、ブリッジ回路７の出力電圧信号は、ひずみゲージ１のひずみによる出力電圧（図７（ｂ）のグラフ中のＶε）と、ひずみゲージ１の温度（ひずみゲージ１を貼着する測定対象物の温度）による熱電対２ａ，２ｃの熱起電力（図７（ｂ）のグラフ中のＶｔ）との和を含むものとなる。
【００３８】
次に、交流増幅回路１０は、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を増幅して出力する。交流増幅回路１０から出力される信号は、図７（ｃ）のグラフで例示されるようなものである。
【００３９】
次に、位相検波回路１１は、交流増幅回路１０から出力される信号から、ひずみゲージ１の抵抗値に応じた信号成分（ブリッジ回路７への電源電圧と同位相の交流成分）を検波し、それを全波整流して平滑回路１２に出力する。位相検波回路１１から出力される信号は、図７（ｄ）のグラフで例示されるようなものである。なお、図７（ｄ）のグラフの例では、理解の便宜上、前述した容量成分はないものとしている。
【００４０】
次に、平滑回路１２は、位相検波回路１１の出力（脈流）を平滑化して（位相検波回路１１の出力（脈流）をその平均レベルに応じたレベルの信号に変換する）、ひずみゲージ１のひずみ値（ひずみゲージ１を貼着する測定対象物のひずみ値）を示すひずみ測定信号として出力する。平滑回路１２から出力される信号は、図７（ｅ）の実線のグラフで例示されるようなものであり、そのレベル（電圧値）が測定対象物のひずみ値に応じたものとなる。なお、図７（ｅ）の破線のグラフは、位相検波回路１１の出力を示している。
【００４１】
次に、直流増幅回路１３は、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を増幅して出力する。次に、平滑回路１４は、直流増幅回路１３の出力を平滑化し（直流増幅回路１３の出力をその平均レベルに応じたレベルの信号に変換する）、その平滑化した信号を、測定対象物の温度（基準接点の温度に対する相対温度）に応じた信号として出力する。平滑回路１４から出力される信号は、図７（ｆ）の実線のグラフで例示されるようなものになり、そのレベル（電圧値）が測定対象物の温度に応じたものとなる。なお、図７（ｆ）の破線のグラフは、ブリッジ回路７の出力電圧信号を示している。
【００４２】
次に、接点温度検知部１６は、温度センサ１５からの出力を用いて、端子４ｃ，４ｄ近傍の温度を、熱電対の温度の基準となる接点（基準接点）の温度として検知する。次に、補正回路１７は、平滑回路１４から出力される測定対象物の温度（基準接点の温度に対する相対温度）に応じた信号を、接点温度検知部１６で検出された基準接点の温度を用いて補正する（零接点補償）。これにより、測定対象物の実温度に応じたレベルの信号を出力する。
【００４３】
以上の処理により、平滑回路１２の出力（ひずみ測定信号）から、測定対象物のひずみを検出することができる。また、補正回路１７の出力（測定対象物の実温度に応じたレベルの信号）から、測定対象物の温度を検出することができる。よって、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができる。
【００４４】
さらに、検出した測定対象物の温度と、予め求められた補正曲線とを用いて、見掛けひずみ（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の抵抗値変化に相当するひずみ）を求め、この見掛けひずみ分だけ検出したひずみを補正することができる。これにより、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置を用いて、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００４５】
次に、本発明の第１実施形態の変形例を、図２を参照して説明する。本変形例は、３本のリード線２ａ〜２ｃのうちの２本のリード線を相互に異種材として形成した熱電対の温度の基準となる接点、及び温度センサ１５を設けている箇所のみが、図１の第１実施形態と相違するものであるので、図１の第１実施形態と同一部分については説明を省略する。
【００４６】
図２を参照して、本変形例のひずみ及び温度の測定装置は、前記熱電対の温度の基準となる接点を、ブリッジボックス３の接続端子３ａ，３ｂ，３ｃをほぼ同一の温度となるように設けて構成する。特に、リード線２ａとリード線２ｂとを異種材として熱電対を形成した場合には、該熱電対の温度の基準となる接点は、このように構成することが望ましい。なお、このように熱電対の温度の基準となる接点を構成したときには、ブリッジボックス３内の回路に組み込まれる接続線及び、ブリッジボックス３と測定器４とを接続する接続線は、全て銅線としてよい。また、温度センサ１５は、接続端子３ａ，３ｂ，３ｃの近傍に取り付けられ、接点温度検知部１６は、該温度センサ１５の出力に基づいて熱電対の温度の基準となる接点（基準接点）の温度を検知する。これ以外は、図１の第１実施形態と同じである。
【００４７】
従って、図１の第１実施形態と同様に、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、測定対象物のひずみを求めることができる。また、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００４８】
なお、本実施形態の参考例として、ひずみゲージ１を有するブリッジ回路を、いわゆる1ゲージ２線法に従って形成し、ひずみゲージ１をブリッジボックス３に接続する２本のリード線を相互に異種材として熱電対を形成してもよい。この場合には、リード線２ｃ及びブリッジボックス３の接続端子３ｃを備えず、ブリッジボックス３の出力端子６ｄが、ブリッジボックス３の抵抗５のひずみゲージ１側の端点に接続される。これ以外は、図１又は図２の第１実施形態と同じである。従って、図１又は図２の第１実施形態と同様に、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、測定対象物のひずみを求めることができる。また、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００４９】
次に、本発明の第２実施形態を図３を参照して説明する。本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、本発明の第２態様に係る測定装置であり、本実施形態では、２枚のひずみゲージを有するブリッジ回路が、いわゆる２ゲージ法に従って形成されている。なお、本実施形態は、ひずみゲージのブリッジ回路への組み込み構成のみが前記第１実施形態と相違するものであるので、第１実施形態と同一部分については、第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００５０】
図３を参照して、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、ひずみに応じた抵抗値変化を生じる、直列に接続された２枚の抵抗式ひずみゲージ２０，２１と、ひずみゲージ２０，２１の直列回路を３本のリード線２２ａ〜２２ｃにより接続するブリッジボックス３と、ブリッジボックス３内に収容された回路との間で電源電圧や電気信号の送受を行う測定器４とを備えている。なお、ブリッジボックス３と測定器４とは、一体に構成されていてもよい。
【００５１】
２枚のひずみゲージ２０，２１は、同じゲージ率及び公称抵抗値を有し、２アクティブ法を適用して、測定対象物（図示せず）の表面と裏面とにそれぞれ貼着されている。リード線２２ａはひずみゲージ２０の接続部２０ａ（ひずみゲージ２０，２１の直列回路の一端）に接続され、リード線２２ｂはひずみゲージ２１の接続部２１ｂ（ひずみゲージ２０，２１の直列回路の他端）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（より詳しくは、ひずみゲージ２０，２１の直列回路の中点）に接続されている。リード線２２ａ及び２２ｂは銅線よりなり、リード線２２ｃは例えばコンスタンタン線よりなり、リード線２２ａ，２２ｃの組及びリード線２２ｂ，２２ｃの組は熱電対を形成する。
【００５２】
なお、リード線２２ａ及び２２ｂをコンスタンタン線とし、リード線２２ｃを銅線として熱電対を形成してもよい。または、リード線２２ａ，２２ｂのいずれか一方を銅線、他方をコンスタンタン線とし、リード線２２ｃを銅線又はコンスタンタン線として熱電対を形成してもよい。ただし、ひずみ測定期間中にリード線２２ａ及び２２ｂの温度変化がある場合には、リード線２２ａ及び２２ｂの抵抗が変化するため、ひずみを精度よく測定するためには、リード線２２ａとリード線２２ｂとを同種材とした方が望ましい。
【００５３】
ブリッジボックス３には、２枚のひずみゲージ２０，２１とブリッジボックス３とを２ゲージ法に従って接続するための接続端子３ａ〜３ｃが設けられており、３本のリード線２２ａ〜２２ｃは、接続端子３ａ〜３ｃにそれぞれ接続されている。また、ブリッジボックス３には、ひずみゲージ２０，２１の公称抵抗値と同一の固定抵抗値の２つの抵抗体５，５を直列に接続してなる抵抗回路が収容されており、この抵抗回路にひずみゲージ２０，２１をリード線２２ａ，２２ｂを介して接続することで、ひずみゲージ２０，２１を隣接した２辺に含むブリッジ回路７を構成するようにしている。
【００５４】
また、ブリッジボックス３には、ブリッジ回路７の電源電圧を外部（測定器４）から印加するための一対の電源入力端子６ａ，６ｂと、ブリッジ回路７の出力電圧信号を外部（測定器４）に出力するための一対の出力端子６ｃ，６ｄとが設けられている。電源入力端子６ａ，６ｂはブリッジ回路７の一対の入力部７ａ，７ｂにそれぞれ接続されている。また、出力端子６ｃは、ブリッジ回路７の出力部７ｃに接続されており、出力端子６ｄは、ブリッジボックス３の接続端子３ｃに接続されている。ブリッジボックス３と測定器４との接続、及び測定器４の構成は第１実施形態と同じである。ここで、測定器４の入力端子４ｃ，４ｄは、リード線２２ａ，２２ｃの組及びリード線２２ｂ，２２ｃの組により形成された熱電対の温度の基準となる接点（基準接点）であり、ほぼ同一の温度となるように設けられている。このリード線２２ａ，２２ｃの組及びリード線２２ｂ，２２ｃの組により形成された熱電対によって、測定対象物の温度（基準接点の温度に対する相対温度）が、熱起電力として検出される。
【００５５】
このとき、ブリッジボックス３内の回路に組み込まれる接続線及び、ブリッジボックス３と測定器４とを接続する接続線について、接続端子３ｃから測定器４の入力端子４ｄまでの接続線は、リード線２２ｃと同種材の接続線とし、他の接続線はリード線２２ａ及び２２ｂと同種材の接続線とすることが望ましい。ただし、ブリッジボックス３内の温度及び、ブリッジボックス３と測定器４との間の温度が均一である場合には、必ずしも、接続端子３ｃから測定器４の入力端子４ｄまでの接続線を、リード線２２ｃと同種材の接続線とし、他の接続線をリード線２２ａ及び２２ｂと同種材の接続線としなくともよい。
【００５６】
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の抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分の振幅が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、リード線２２ａ，２２ｃの組及びリード線２２ｂ，２２ｃの組により形成された熱電対により熱起電力が生じ、該熱起電力に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分の大きさが変化する。よって、ブリッジ回路７の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものであり、図７（ｂ）のグラフに例示されるようなものになる。従って、第１実施形態と同様に、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、測定対象物のひずみを求めることができる。また、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００５７】
次に、本発明の第２実施形態の変形例を、図４を参照して説明する。本変形例は、３本のリード線２２ａ〜２２ｃのうちの２本のリード線を相互に異種材として形成した熱電対の温度の基準となる接点、及び温度センサ１５を設けている箇所のみが、図３の第２実施形態と相違するものであるので、図３の第２実施形態と同一部分については説明を省略する。
【００５８】
図４を参照して、本変形例のひずみ及び温度の測定装置は、前記熱電対の温度の基準となる接点を、ブリッジボックス３の接続端子３ａ，３ｂ，３ｃをほぼ同一の温度となるように設けて構成する。特に、リード線２２ａとリード線２２ｂとを異種材として熱電対を形成した場合には、該熱電対の温度の基準となる接点は、このように構成することが望ましい。なお、このように熱電対の温度の基準となる接点を構成したときには、ブリッジボックス３内の回路に組み込まれる接続線及び、ブリッジボックス３と測定器４とを接続する接続線は、全て銅線としてよい。また、温度センサ１５は接続端子３ａ，３ｂ，３ｃの近傍に取り付けられ、接点温度検知部１６は、該温度センサ１５の出力に基づいて熱電対の温度の基準となる接点（基準接点）の温度を検知する。これ以外は、図３の第２実施形態と同じである。
【００５９】
従って、図３の第２実施形態と同様に、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、測定対象物のひずみを求めることができる。また、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００６０】
なお、図３又は図４の第２実施形態の他の実施形態として、アクティブ・ダミー法を適用し、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でひずみを生じないように設置してもよい。これによれば、測定対象物のひずみに応じてひずみゲージ２０の抵抗値のみが変化する以外は、図３又は図４の第２実施形態と同じである。従って、図３又は図４の第２実施形態と同様に、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、測定対象物のひずみを求めることができる。また、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００６１】
次に、本発明の第３実施形態を図５を参照して説明する。本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、本発明の第３態様に係る測定装置であり、本実施形態では、４枚のひずみゲージを有するブリッジ回路が、いわゆる４ゲージ法に従って形成されている。なお、本実施形態は、ひずみゲージのブリッジ回路への組み込み構成及び測定器への組み込みのみが前記第１実施形態と相違するものであるので、第１実施形態と同一部分については、第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００６２】
図５を参照して、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、ひずみに応じた抵抗値変化を生じる４枚の抵抗式ひずみゲージ２３〜２６と、ひずみゲージ２３〜２６により形成されるブリッジ回路７との間で４本のリード線２７ａ〜２７ｄを介して電源電圧や電気信号の送受を行う測定器４とを備えている。前記第１および第２実施形態と異なり、ブリッジボックス３は介在しない。
【００６３】
ひずみゲージ２３〜２６は、同じゲージ率及び公称抵抗値を有し、それぞれ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。ブリッジ回路７は、４本のリード線２７ａ〜２７ｄにより測定器４の１対の出力端子４ａ，４ｂ、１対の入力端子４ｃ，４ｄにそれぞれ接続されている。リード線２７ａ〜２７ｄはブリッジ回路７の一対の入力部７ａ，７ｂ、一対の出力部７ｃ，７ｄにそれぞれ接続されている。リード線２７ａ〜２７ｃは銅線よりなり、リード線２７ｄは例えば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。なお、リード線２７ｄを銅線とし、リード線２７ｃをコンスタンタン線として熱電対を形成してもよい。また、測定器４の構成は第１実施形態と同じである。
【００６４】
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の抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分の振幅が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、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熱起電力が生じ、該熱起電力に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分の大きさが変化する。よって、ブリッジ回路７の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものであり、図７（ｂ）のグラフに例示されるようなものになる。よって、第１および第２実施形態と同様に、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、測定対象物のひずみを求めることができる。また、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、測定対象物のひずみと温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、ひずみを容易に精度良く求めることができる。
【００６５】
次に、本発明の物理量及び温度の測定装置の実施形態を図４を参照して説明する。本実施形態では、前記第３実施形態と同様に、４枚のひずみゲージを有するブリッジ回路が、いわゆる４ゲージ法に従って形成されている。なお、本実施形態は、ひずみゲージがひずみゲージ式変換器を形成していることのみが前記第３実施形態と相違するものであるので、第３実施形態と同一部分については、第３実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【００６６】
図６を参照して、本実施形態のひずみ及び温度の測定装置は、ひずみに応じた抵抗値変化を生じる４枚の抵抗式ひずみゲージ２３〜２６と、ひずみゲージ２３〜２６が貼着される起歪体２８と、ひずみゲージ２３〜２６により形成されるブリッジ回路７との間で４本のリード線２７ａ〜２７ｄを介して電源電圧や電気信号の送受を行う測定器４とを備えている。第３実施形態と同様、ブリッジボックス３は介在しない。
【００６７】
４枚のひずみゲージ２３〜２６は、ブリッジ回路７を形成し、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（例えば、荷重、加速度、圧力等）に応じたひずみを生じるように設置されている。ブリッジ回路７は、第３実施形態と同様、４本のリード線２７ａ〜２７ｄにより測定器４の１対の出力端子４ａ，４ｂ、１対の入力端子４ｃ，４ｄにそれぞれ接続されている。測定器４の構成は、前記第１〜３実施形態と同じである。
【００６８】
本実施形態では、測定対象物の物理量に応じた起歪体２８のひずみが生じて、ひずみゲージ２３〜２６の抵抗値が変化し、該抵抗値の変化に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分の振幅が変化する。また、測定対象物の温度に応じて、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熱起電力が生じ、該熱起電力に応じて、ブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分の大きさが変化する。よって、ブリッジ回路７の出力電圧信号は、これらの交流成分と直流成分とを合成したものであり、図７（ｂ）のグラフに例示されるようなものになる。従って、第１〜第３実施形態と同様に、ひずみゲージ式変換器２９のブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの交流成分を取り出して、ひずみゲージ式変換器２９の起歪体２８のひずみを生ぜしめる測定対象物の物理量を求めることができる。また、ゲージ式変換器２９のブリッジ回路７の出力電圧信号のうちの直流成分を取り出して、測定対象物の温度を求めることができる。これにより、ひずみゲージ式変換器２９の起歪体２８のひずみを生ぜしめる物理量と測定対象物の温度とを同時に測定することができ、ひいては、測定中に温度が変化する場合でも、起歪体２８のひずみを生ぜしめる測定対象物の物理量を容易に精度良く求めることができる。
【００６９】
なお、本発明のひずみ及び温度の測定装置の第１〜第３実施形態と、本発明の物理量及び温度の測定装置の実施形態とは、ひずみ測定信号と温度に応じたレベルの信号を出力するものとなっているが、Ａ／Ｄ変換器やＣＰＵを搭載して、それらの出力信号から測定対象物のひずみ、もしくは物理量、温度のデジタル値を求めて出力するようにしてもよい。
【００７０】
さらに、本発明のひずみ及び温度の測定装置の第１〜第３実施形態と、本発明の物理量及び温度の測定装置の実施形態とは、表示手段を備え、ひずみ測定信号、温度に応じたレベルの信号のレベル値や、それらの信号から算出される測定対象物のひずみ、もしくは物理量、温度の値を表示するようにしてもよい。また、記録手段を備え、ひずみ測定信号、温度に応じたレベルの信号のレベル値や、それらの信号から算出される測定対象物のひずみ、もしくは物理量、温度の値を記録するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態におけるひずみ及び温度の測定装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】図１の第１実施形態の変形例についての全体構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第２実施形態におけるひずみ及び温度の測定装置の全体構成を示すブロック図。
【図４】図３の第２実施形態の変形例についての全体構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第３実施形態におけるひずみ及び温度の測定装置の全体構成を示すブロック図。
【図６】本発明の物理量及び温度の測定装置の全体構成を示すブロック図。
【図７】図１〜図６の測定装置の作動を説明するためのグラフ。
【符号の説明】
【００７２】
１…１枚のひずみゲージ、２ａ〜２ｃ…３本のリード線、７…ブリッジ回路、９…交流ブリッジ電源（交流電源）、１０…交流増幅回路、１１…位相検波回路、１２…平滑回路、１３…直流増幅回路、１４…平滑回路、２０，２１…２枚のひずみゲージ、２２ａ〜２２ｃ…３本のリード線、２３〜２６…４枚のひずみゲージ、２７ａ〜２７ｄ…４本のリード線、２８…起歪体、２９…ひずみゲージ式変換器。
【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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物のひずみ及び温度を求める測定装置であって、
前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記測定対象物のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から該測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とするひずみ及び温度の測定装置。
【請求項２】
少なくとも一方が測定対象物に貼着される、直列接続された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２枚のひずみゲージの直列回路に接続される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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物のひずみ及び温度を求める測定装置であって、
前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記測定対象物のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から該測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とするひずみ及び温度の測定装置。
【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、該ブリッジ回路からの出力電圧信号を取り出すための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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物のひずみ及び温度を求める測定装置であって、
前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記測定対象物のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から該測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とするひずみ及び温度の測定装置。
【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、該ブリッジ回路からの出力電圧信号を取り出すための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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物の物理量及び温度を求める測定装置であって、
前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記起歪体のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から前記測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とする物理量及び温度の測定装置。
【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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物のひずみ及び温度を求める測定装置であって、
前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記測定対象物のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から該測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とするひずみ及び温度の測定装置。
【請求項２】
少なくとも一方が測定対象物に貼着される、直列接続された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２枚のひずみゲージの直列回路に接続される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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物のひずみ及び温度を求める測定装置であって、
前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記測定対象物のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から該測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とするひずみ及び温度の測定装置。
【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、該ブリッジ回路からの出力電圧信号を取り出すための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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物のひずみ及び温度を求める測定装置であって、
前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記測定対象物のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から該測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とするひずみ及び温度の測定装置。
【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、該ブリッジ回路からの出力電圧信号を取り出すための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、該ブリッジ回路の出力電圧信号から該測定対象物の物理量及び温度を求める測定装置であって、
前記ブリッジ回路の電源である交流電源と、該交流電源から電源電圧を印加した該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの交流電圧成分を検出し、該検出した交流電圧成分から前記起歪体のひずみに応じた信号を出力するひずみ信号出力手段と、該ブリッジ回路の出力電圧信号のうちの直流電圧成分を検出し、該検出した直流電圧成分から前記測定対象物の温度に応じた信号を出力する温度信号出力手段とを備えることを特徴とする物理量及び温度の測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３００６３７（Ｐ２００６−３００６３７Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２０８６４（Ｐ２００５−１２０８６４）
【出願日】平成１７年４月１９日（２００５．４．１９）
【出願人】（０００１５１５２０）株式会社東京測器研究所 (29)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１９日（２００５．４．１９）
【出願人】（０００１５１５２０）株式会社東京測器研究所 (29)
【Ｆターム（参考）】
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