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ひずみゲージ入門

ひずみゲージ:ひずみゲージは、加えられた力によってその抵抗が変化するセンサーであり、力、圧力、張力、重量などを電気抵抗の変化に変換し、測定可能にします。

静止物体に外部の力が加えられると、その結果応力とひずみが生まれます。応力はオブジェクトの内部抵抗力として定義され、ひずみは発生する変位および変形として定義されます。

ひずみゲージは、力学量の測定に適用される電気的測定技術の最も重要なツールの1つです。その名前が示すように、それらは、ひずみを測定するために使用されます。技術的な用語としての「ひずみ」は、引っ張りひずみと圧縮ひずみで構成され、正または負の符号で区別されます。このようにひずみゲージは、拡張と収縮を測定するのに使用できます。

物体のひずみは、常に外部からの影響や内部効果によって引き起こされます。ひずみは力、圧力、モーメント、熱、物質の構造変化などによって引き起こされる可能性があります。特定の条件が満たされると、測定されたひずみの値から影響を与える側の量または値を導き出すことができます。実験的応力解析では、この機能が広く用いられています。実験的応力解析は、試料の表面または構造パーツで測定されたひずみの値を使用して、物体の応力を明確に述べ、その安全性と耐久性を予測します。モーメント、圧力、加速度、変位、振動などの力やその他の導出量を測定するために特別なトランスデューサーを設計することもできます。一般的にトランスデューサーには、ひずみゲージが結合した感圧ダイアフラムが含まれています。

結合箔ひずみゲージ

接着型の金属線タイプのひずみゲージは、1938年に初めて開発されました。金属箔タイプのひずみゲージは、エポキシ樹脂の薄層によってひずみの表面に直接接着された、約0.001インチ (0.025ミリメートル) の厚さのワイヤーフィラメント (レジスタ) の格子から構成されます。負荷が表面に加えられると、それにより生じた表面の長さの変化がレジスタに伝達され、それに対応するひずみが、ひずみに伴って直線的に変化する箔ワイヤーの電気抵抗を単位として測定されます。箔ダイアフラムと接着剤が連動してひずみを伝える必要がある一方で、接着剤は箔の格子と表面との間の電気絶縁体としての役割を果たす必要もあります。ひずみゲージを選択する際、センサーのひずみ特性だけでなく、その安定性と温度感度も考慮する必要があります。残念ながら、最も望ましいひずみゲージの素材は、温度変化にも敏感であり、時が経つにつれて抵抗が変化する傾向があります。このことは短期間のテストでは深刻な問題ではないかもしれませんが、継続的な工業計測この場合、温度とドリフトの補償を含める必要があります。

測定回路

接着型の抵抗ひずみゲージでひずみを測定するには、ひずみに対応する抵抗の微細な変化を測定することができる電気回路にゲージを接続する必要があります。ひずみゲージトランスデューサーは通常、ホイートストンブリッジ回路 (図1) を形成するように接続された4つのひずみゲージエレメントを採用しています。ホイートストンブリッジとは、静的または動的電気抵抗を測定するために使用される分割されたブリッジ回路です。ホイートストンブリッジの出力電圧は、入力電圧あたりのミリボルト出力で表されます。ホイートストン回路は、温度補償にも適しています。ブリッジに接続する必要があるアクティブなひずみゲージの数は、用途によって異なります。たとえば、一方は圧縮状態で他方が緊張状態のような梁の両側にゲージを接続すると有益です。そのような構成では、同じひずみに対してブリッジ出力を効果的に倍増できます。すべてのアームがひずみゲージに接続されているような設置状態では、ブリッジのすべてのアームに対して抵抗の変化 (温度変動による) が同じになるので、温度補償が自動的に行われます。

カスタムひずみゲージ

OMEGAはカスタムのひずみゲージを製作できます。当社では、お客様独自の仕様に合わせて製造されたカスタムひずみゲージが必要な場合があることを理解しています。

カスタムひずみゲージは、特定の用途、またはスペースが限られている環境のために、ひずみゲージの設置を簡素化するように設計することができます。当社の標準的なゲージの選択肢の中から必要なものが見つからない場合は、私たちにお知らせください。お客様のニーズに合わせてひずみゲージをカスタマイズすることができます。カスタマイズの例は次のとおりです。
  • 標準のゲージパターンを変更
  • 特注のゲージパターンを作成
  • 一般的な運搬装置に複数のゲージを配置
  • 標準でないリード長を提供
  • 特注の素材を使用
  • はんだパッドの位置を変更、または配線ポイントを追加
  • 障害物を取り除くために特定のトリム寸法または形状を製作
センサーの性能を最大化するために、お客様のばね要素に一致するようなカスタムクリープ仕様を提供することができます。当社のチームがお客様と協力し、クリープ補正をテスト結果の要求に応じて高め、または低めに変更します。OMEGAは、1/2または完全なホイートストンブリッジのデザインまたはカスタムロゼットを提供できます。

私たちは、カスタムひずみゲージを迅速かつ簡単に購入いただけるように努めています。お客様の特注の図面を、仕様および必要なひずみゲージの数量とともにOMEGAに送付してください。OMEGAのチームが、お客様の用途についてお客様と協働し、カスタムひずみゲージの見積もりを提供します。わずか2週間でカスタムゲージの証拠サンプルを制作できます。その後まもなくご指定の数量を生産します。将来、迅速かつ簡単に注文できるように、お客様のひずみゲージ用にカスタムパーツ番号が作成されます。

図:流量計の圧力損失:ベンチュリ対オリフィス
一般的な金属箔ひずみゲージ

(図1)
(図1) ホイートストンブリッジの回路図




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