JP2000230868A

JP2000230868A - 圧力計測センサー

Info

Publication number: JP2000230868A
Application number: JP11032422A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kawano; 始川野; Mitsuaki Nakajima; 光明中島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】連続梁構造物の支間に平均的に作用する圧力荷
重を計測でき、腐食環境下での耐久性、寿命の向上を図
る圧力計測センサーを提供すること。【解決手段】連続梁構造物の任意の支間１５における曲
げ応力を計測することで連続梁１０にかかる圧力を計測
する圧力計測センサーであり、上記支間１５の中央部断
面内における前記梁１０の深さ方向の二つの位置にそれ
ぞれ貼付した二つの歪ゲージ３０，３１と、前記梁１０
には貼付しない二つのダミーゲージとが組み込まれ、前
記二つの歪ゲージ３０，３１同士をアクティブとして隣
辺に配置し、それらの各対辺に前記二つのダミーゲージ
を組み込んだホイートストーンブリッジ回路の検出出力
から前記圧力を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続した梁のうち
任意の一支間に作用する圧力荷重を測定する圧力計測セ
ンサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、圧力の計測センサーとしては、
受圧面積が小さなセンサー、例えば、ピトー管方式セン
サーやピエゾ素子センサーが広く知られている。また、
例えば特許第１７８４１２８号には、４枚の歪ゲージを
用いて連続梁構造物の支間の曲げ応力を計測することに
より、圧力荷重を計測する方式が示されている。

【０００３】図５は、連続梁の支間を取り出して、面外
圧力が作用する状況を示した模式図である。また図６
は、上記特許第１７８４１２８号による４枚の歪ゲージ
を組み合わせた圧力計測法を示す図であり、図７は、こ
の４枚ゲージ法におけるホイートストーンブリッジ回路
への歪ゲージの組み込み要領を示す図である。

【０００４】図６及び図７に示すように、４枚ゲージ法
では、支間（トランススペース）１５の両端付近に歪ゲ
ージＡ３０と歪ゲージＤ３３を貼付し、支間１５の中央
部に歪ゲージＢ３１と歪ゲージＣ３２を貼付している。
そして、ホイートストーンブリッジ回路への結線とし
て、歪ゲージＡ３０と歪ゲージＢ３１が相殺し合い、ゲ
ージＣ３２とゲージＤ３３が相殺し合ように設定するこ
とで、軸応力（σt）の影響を除去している。

【０００５】また、この４枚ゲージ法では、図５に示す
支間１５における面外圧力１１分布が前後非対称であっ
たとしても、すなわち歪ゲージＢ３１側と歪ゲージＣ３
２側とで圧力１１の大きさが不揃いであったとしても、
前後平均した圧力１１の値を求めるために、歪ゲージＡ
３０と歪ゲージＢ３１の差と同時に歪ゲージＣ３２と歪
ゲージＤ３３の差をも抽出し加算しており、それだけ精
度良く曲げ応力（σb）が取り出せる工夫が成されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た一般の圧力計測センサーでは、受圧面積が狭いため主
に局所的な変動を拾ってしまい、船体構造のような連続
梁構造物の支間に平均的に作用する荷重としての変動圧
力の計測には不向きである。

【０００７】また、上記特許第１７８４１２８号による
４枚の歪ゲージを組み合わせた圧力計測法では、油槽船
のバラスト・タンクや原油タンクなど腐食環境の下で
は、歪ゲージの耐用寿命すなわち接着部や結線部の耐久
性に問題が生じることが知られており、貼付した４枚の
歪ゲージの一つでも不具合が生じた時点で圧力センサー
としての機能喪失の状態に陥る。よって、寿命の向上さ
れたセンサー、耐久性に優れたセンサーへの改良が求め
られている。

【０００８】本発明の目的は、連続梁構造物の支間に平
均的に作用する圧力荷重を計測でき、腐食環境下での耐
久性、寿命の向上を図る圧力計測センサーを提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の圧力計測センサーは以下の如
く構成されている。

【００１０】（１）本発明の圧力計測センサーは、連続
梁構造物の任意の支間における曲げ応力を計測すること
で連続梁にかかる圧力を計測する圧力計測センサーであ
り、上記支間の中央部断面内における前記梁の深さ方向
の二つの位置にそれぞれ貼付した二つの歪ゲージと、前
記梁には貼付しない二つのダミーゲージとが組み込ま
れ、前記二つの歪ゲージ同士をアクティブとして隣辺に
配置し、それらの各対辺に前記二つのダミーゲージを組
み込んだホイートストーンブリッジ回路の検出出力から
前記圧力を計測する。

【００１１】（２）本発明の圧力計測センサーは上記
（１）に記載のセンサーであり、かつ前記二つのダミー
ゲージに保護部材を施した。

【００１２】（３）本発明の圧力計測センサーは上記
（１）または（２）に記載のセンサーであり、かつ前記
二つの歪ゲージを単一のベース上に貼付して全体を単品
化した。

【００１３】（４）本発明の圧力計測センサーは上記
（３）に記載のセンサーであり、かつ前記二つの歪ゲー
ジを保護可能とする折り曲げ部を備えた。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本第１の実
施の形態に係る圧力計測センサーは連続梁構造物に適用
され、連続梁構造物の任意の支間における梁曲げ応力を
計測することで、連続梁にかかる圧力荷重を測定する。
また、２枚の歪ゲージを上記支間の中央部断面内の梁深
さ方向にずらした二つの位置に貼付することでアクティ
ブ・歪ゲージを成し、これら二つのアクティブ・歪ゲー
ジの出力差が梁曲げ応力に比例するという材料力学の基
本法則を利用する。

【００１５】さらに、２枚の温度補償ダミーゲージを用
いる。これら２枚の温度補償ダミーゲージは、連続梁に
は貼付せずに無歪状態にて結線のみ行ない、保護カプセ
ルまたは被覆シールドを施した状態でセンサー回路に組
み込むことで、圧力センサーとしての寿命改善を図る。

【００１６】そして、上記した合計４枚のゲージのう
ち、貼付した２枚の歪ゲージ同士をホイートストーンブ
リッジ回路のアクティブとして隣辺に配置し、それらの
各対辺に２枚のダミーゲージを組み込んだ回路と成すこ
とにより、このホイートストーンブリッジ回路の検出出
力から梁曲げ応力を測定する。

【００１７】図１の（ａ），（ｂ）は、本第１の実施の
形態における２アクティブ・ゲージ法の適用例として、
連続梁に歪ゲージを貼付した例を示す図、図２は、ホイ
ートストーンブリッジ回路への歪ゲージの組込み要領を
示す図である。

【００１８】図１の（ａ），（ｂ）には、２アクティブ
・ゲージ法を用いて連続梁１０にかかる面外圧力を計測
する要領が示されている。図１の（ａ）に示すように、
支間１５の中央部断面４０内の二ヶ所に歪ゲージＡ３０
と歪ゲージＢ３１を貼付し、回路的に両アクティブ・ゲ
ージの出力差を取ることで、面外圧力を計測することが
できる。この場合図２に示すように、温度補償用ダミー
ゲージ（Ｒ0 ）３４，３４は連続梁１０に接着不要であ
り、保護シールによりセンサー回路に容易に施すことが
できる。

【００１９】上記図５に示すように、連続梁１０に面外
圧力１１が作用すると、図１の（ａ）のＣＬ（センター
ライン）断面図である図１の（ｂ）に示すように、連続
梁１０には曲げ応力（σb）２０が生ずる。この曲げ応
力（σb）２０の大きさは面外圧力１１に比例すること
が材料力学の知見として知られており、面外圧力１１を
測定するには連続梁１０の曲げ応力（σb）２０の大き
さを知ればよい。

【００２０】また連続梁１０には、通常面外圧力１１以
外にも種々外力が作用しており、一般的に連続梁１０に
は、図１の（ｂ）に示すように曲げ応力（σb）２０だ
けでなく軸応力（σt）２１も同時に発生する。したが
って、組み合わせた歪ゲージによる圧力計測では、本第
１の実施の形態のように複数のゲージを用いることによ
り、軸応力（σt）２１の成分を除去する工夫が必要と
なる。

【００２１】以上のように本第１の実施の形態による２
アクティブ・ゲージ法では、図１の（ａ），（ｂ）及び
図２に示すように、支間１５の中央部断面４０に２枚の
ゲージ、すなわちゲージＡ３０とゲージＢ３１を貼付す
る。そして、ホイートストーンブリッジ回路の形成に必
要となるもう２枚の歪ゲージとして、温度補償用のダミ
ーゲージ（Ｒ0 ）３４，３４を用いるが、これらダミー
ゲージ（Ｒ0 ）３４，３４は連続梁１０に接着する必要
がないので、十分な保護を施すことが可能になる。

【００２２】（第２の実施の形態）図３は、本発明の第
２の実施の形態に係る圧力計測センサーの構成を示す図
であり、２枚のアクティブ・ゲージを単一のゲージ・ベ
ース上に予め貼り付けて単品化した圧力計測センサーを
示している。図４は、この圧力計測センサーを、連続梁
に取り付けた状況を示す図である。

【００２３】図３に示す圧力計測センサーは、２枚のア
クティブ・ゲージ５１，５１を一枚のゲージ・ベース５
０上に予め接着しておき、上記温度補償用ダミーゲージ
（Ｒ0 ）３４，３４も保護カプセル５５に収納して単品
化している。ゲージ・ベース５０の素材には、べークラ
イトなど可撓性があって電気的絶縁性に優れたものを用
いている。これにより、折り曲げ部６０などを設けるこ
とが可能になり、接着層６１以外は連続梁１０と接触し
ない単品センサー５６が構成できる。

【００２４】そして、折り曲げ部６０に沿って１８０度
折り曲げることにより、二枚貝のように歪ゲージ部分を
内部に包み込むことができ、腐食環境下での防護シール
ド特性を向上させることができる。なお、この単品セン
サー５６の場合には、２枚のアクティブ・ゲージ５１，
５１の設置間隔ｄ６２が予め固定値となるが、本来の機
能を発揮させる上で障害となるものではない。

【００２５】なお、本発明は上記各実施の形態のみに限
定されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施で
きる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の請求項１に係る圧力計測センサ
ーによれば、連続梁構造物の支間に全体平均的に作用す
る圧力荷重を、その圧力分布が支間の前後、左右に非対
称性である場合でも計測でき、腐食環境下での耐久性、
寿命の向上を図ることができる。

【００２７】本発明の請求項２に係る圧力計測センサー
によれば、二つのダミーゲージをセンサー回路に容易に
施すことができる。

【００２８】本発明の請求項３に係る圧力計測センサー
によれば、単品化することにより連続梁に容易に取り付
けることができる。

【００２９】本発明の請求項４に係る圧力計測センサー
によれば、歪ゲージ部分を内部に包み込むことができ、
腐食環境下での防護シールド特性を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における２アクティ
ブ・ゲージ法の適用例として、連続梁に歪ゲージを貼付
した例を示す図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係るホイートスト
ーンブリッジ回路への歪ゲージの組込み要領を示す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る圧力計測セン
サーの構成を示す図。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る圧力計測セン
サーを、連続梁に取り付けた状況を示す図。

【図５】本発明の実施の形態及び従来例に係る連続梁の
支間を取り出して、面外圧力が作用する状況を示した模
式図。

【図６】従来例に係る４枚の歪ゲージを組み合わせた圧
力計測法を示す図。

【図７】従来例に係る４枚ゲージ法におけるホイートス
トーンブリッジ回路への歪ゲージの組み込み要領を示す
図。

【符号の説明】１０…連続梁１１…面外圧力１５…支間（トランス・スペース）２０…曲げ応力（σb）２１…軸応力（σt）３０…歪ゲージＡ３１…歪ゲージＢ３２…歪ゲージＣ３３…歪ゲージＤ３４…温度補償用ダミーゲージ（Ｒ0 ）４０…中央部断面５０…ゲージ・ベース５１…アクティブ・ゲージ５５…保護カプセル５６…単品センサー６０…折り曲げ部６１…接着層６２…設置間隔ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続梁構造物の任意の支間における曲げ応
力を計測することで連続梁にかかる圧力を計測する圧力
計測センサーであり、上記支間の中央部断面内における前記梁の深さ方向の二
つの位置にそれぞれ貼付した二つの歪ゲージと、前記梁
には貼付しない二つのダミーゲージとが組み込まれ、前
記二つの歪ゲージ同士をアクティブとして隣辺に配置
し、それらの各対辺に前記二つのダミーゲージを組み込
んだホイートストーンブリッジ回路の検出出力から前記
圧力を計測することを特徴とする圧力計測センサー。
【請求項２】前記二つのダミーゲージに保護部材を施し
たことを特徴とする請求項１に記載の圧力計測センサ
ー。
【請求項３】前記二つの歪ゲージを単一のベース上に貼
付して全体を単品化したことを特徴とする請求項１また
は２に記載の圧力計測センサー。
【請求項４】前記二つの歪ゲージを保護可能とする折り
曲げ部を備えたことを特徴とする請求項３に記載の圧力
計測センサー。