JP2523772B2 - クリップ型容量ひずみゲ―ジ - Google Patents

クリップ型容量ひずみゲ―ジ

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JP2523772B2 JP63089085A JP8908588A JP2523772B2 JP 2523772 B2 JP2523772 B2 JP 2523772B2 JP 63089085 A JP63089085 A JP 63089085A JP 8908588 A JP8908588 A JP 8908588A JP 2523772 B2 JP2523772 B2 JP 2523772B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クリツプ型容量ひずみゲージに係り、特に
ゲージ毎の特性が均一となるような電極板の取付方法及
び高温環境下で使用するに好適なひずみゲージに関す
る。
〔従来の技術〕
従来のクリツプ型容量ひずみゲージとしては第5図に
示すものがある。このものは、日本非破壊検査協会の第
19回応力・ひずみ測定シポジユウム講演論文集第5頁〜
第8頁に記載されているひずみゲージである。本ひずみ
ゲージは、第5図において、被測定物1と直角に対向
し、中央で接触することなく交叉する耐熱導電性金属で
できた取付枠2,3の内側にセラミツク接着剤4で電気的
に絶縁して固定した2組の電極対5,6から成り取付枠2,3
は、支点バネ7でスポツト溶接によりお互を固定してい
る。なお、被測定物1には、支点バネ7側からスポツト
溶接により取り付ける。ここで、被測定物1が伸びた場
合を考えると、電極対5の間隔は大きく、逆に電極対6
は小さくなるため両者の電気容量変化の極性は逆とな
る。そこで、各々の電極対を電気平衡回路の隣辺とする
ことで電気容量変化は加算されて測定される。また、そ
の他の環境因子(たとえば温度変化)による電気容量変
化は相殺されるために温度補償される。したがつて高温
環境下で安定な特性を有するクリツプ型容量ひずみゲー
ジである。
また、本論文中第2図には本容量型ゲージの動作原理
を示すモデル図が見れる。一般に、相殺する2枚の電極
板間の電気容量Cは(1)式で与えられる。
C=K・A/D …(1) ここに、K:誘電率に比例する定数、A:2枚の電極の対
向面積、D:2枚の電極板間の距離を示す。初期にD0に設
定してあつた電極が探触点間隔がGLから(1+ε)GLに
変化した場合(GL間の平均ひずみε)を考える。
dc=K×dy/D,D=D0+ε×GL×y/L とすれば、 よつて、ひずみεと電気容量変化率ΔC/C0の間には、
次式(2)の関係が成立する。
ここでlは支点から電極の中心位置までの距離を示
す。本従来例で示すActive Dummy型構造の場合には、同
様に支点からの平均距離及び電極間距離をそれぞれ、
lA,lD及びDA,DDとすれば、 となり、本ゲージの基本特性であるゲージ率Ksは となり、初期に設定したゲージの寸法形状から決定でき
ることになる。逆に、電極対5,6が取付枠2,3に精度良く
取付けられていないとゲージ毎に特性が異なるため、電
極板を取付枠に固定後、ゲージの各部寸法を測定しなお
さなければ、ゲージの基本特性がわからないことにな
る。ここでは、セラミツク接着剤4で電極対5,6を取付
枠2,3に電気的に絶縁して固定している。しかし(a)
セラミツク接着剤を均一に塗布できず接着厚さを一定と
することは不可能、(b)室温では接着できず、加熱硬
化処理しなければならないが、温度管理がむずかしく歩
留が悪い、(c)一般に高温になると接着剤の絶縁抵抗
が著しく低下し、使用不可能となり(接着厚さを厚くす
れば絶縁特性は良くなるが気泡が生じ、接着強度が低下
する)使用温度は約600℃が限界である。以上のような
ことから、電極対5,6を取付枠2,3の規定位置に精度良く
取付けることはほとんど不可能である。したがつて、こ
の方法では、ゲージの基本特性であるゲージ率が一定な
ものを大量に生産することは不可能である。また、被測
定物1に取付後、各部の寸法を精度良く測定することも
困難であり、精度良くひずみ測定は不可能である。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、電極板の取付寸法精度に関する点に
ついて配慮されておらず、ゲージ個々で特性の異なるも
のが製作されひずみ測定精度が悪いこと及び電極板取付
強度に関する点にも配慮されてなく、強度信頼性に欠け
ると言う問題があつた。
本発明の目的は、ゲージ毎のバラツキをなくし、特定
の一定なクリツプ型容量ひずみゲージを大量に生産可能
とすることと、高温においてもより安定にひずみ測定が
行えるようにすることにある。
〔課題を解決するための手段〕
第1の手段は、被測定物の2点間の変位を対向する2
個の取付枠に電気的に絶縁して取付けた2組の電極板間
の電気容量変化として検出する容量型ひずみゲージにお
いて、前記取付枠に差し込まれて取り付いた段付き形状
の電気的絶縁部材を備え、前記電極板は前記部材に差し
込まれて取り付いた段付き形状の電極板であることを特
徴としたクリツプ型容量ひずみゲージである。
第2の手段は、第1の手段において、電気的絶縁部材
の差し込み部分は取付枠に、電極板の差し込み部分は前
記電気的絶縁部材にそれぞれ高温接着剤にて取付けられ
ていることを特徴としたクリツプ型容量ひずみゲージで
ある。
第3の手段は、第1の手段又は第2の手段において、
2個の取付枠同志を連結する側の前記各取付枠端に板バ
ネの位置決め用の段付部を備えることを特徴としたクリ
ツプ型容量ひずみゲージである。
第4の手段は、第1の手段又は第2の手段又は第3の
手段において、斜めに対向しあう電極板同志をジヤンパ
ー線で電気的に接続したことを特徴としたクリツプ型容
量ひずみゲージである。
第5の手段は、第1の手段又は第2の手段又は第3の
手段又は第4の手段において、電極板の電気的絶縁部材
に対する差し込み部分は前記電気的絶縁部材を貫通して
おり、前記貫通した電極部位にリード線を電気的に接続
したことを特徴としたクリツプ型容量ひずみゲージであ
る。
第6の手段は、第1の手段又は第2の手段又は第3の
手段又は第4の手段又は第5の手段において、取付枠の
被測定物側の端部は前記被測定物と線接触可能なる形状
に形成されていることを特徴としたクリツプ型容量ひず
みゲージである。
〔作用〕
第1の手段は、被測定物の2点間の変位を対向する2
個の取付枠に電気的に絶縁して取付けた2組の電極板間
の電気容量変化として検出する容量型ひずみゲージにお
いて、電気的絶縁部材が前記取付枠に差し込まれて取り
付いた際に段付き形状の段部で電気的絶縁部材と前記取
付枠の位置決めが成され、前記電極板は前記部材に差し
込まれて取り付いた際に段部で電極板は電気的絶縁部材
に位置決めされる。
第2の手段は、第1の手段による作用に加えて、電気
的絶縁部材の差し込み部分は取付枠に、電極板の差し込
み部分は前記電気的絶縁部材にそれぞれ高温接着剤にて
取付けられているので電極板の板面間の対向間隔が接着
剤の影響でくるうことが少なくなる。
第3の手段は、第1の手段又は第2の手段による作用
に加えて、2個の取付枠同志を連結する側の前記各取付
枠端に形成した段部に板バネ端を当てて2個の取付枠同
志の位置決めを成す。
第4の手段は、第1の手段又は第2の手段又は第3の
手段による作用に加えて、斜めに対向しあう電極板同志
をジャンパー線で電気的に接続してあるので、電気平衡
回路をジヤンパー線を利用して組むことができる。
第5の手段は、第1の手段又は第2の手段又は第3の
手段又は第4の手段による作用に加えて、電極板の電気
的絶縁部材に対する差し込み部分は前記電気的絶縁部材
を貫通して外側に面しているから、前記貫通した電極部
位にリード線を電気的に接続して接続作業が容易であ
る。
第6の手段は、第1の手段又は第2の手段又は第3の
手段又は第4の手段又は第5の手段により作用に加え
て、取付枠の端部を被測定物に取付ける際に前記被測定
物と線接触となるので取付時の変形が起こりにくい。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1〜4図により説明す
る。本実施例の基本構成及び動作は第5図に示した公知
例と全く同じである。第1図,第2図は、本実施例にお
ける平面図及び側面図であり、第3図は、電極板6の取
付方法の詳細を示す。本クリツプ型容量ひずみゲージ
は、被測定物1に対して直角にスポツト溶接で取付ける
ため取付枠2,3及び上⊥型電極板5,6更に支点バネ7は導
電性金属としている。ここでは、高温雰囲気中で使用す
ることを主目的としているので耐熱金属例えばインコネ
ル材で製作されている。取付枠2,3には高絶縁を有する
段付円筒カラー8を介して、⊥型電極板5,6を取付ける
ための穴を各々2個設けている。この取付枠2,3に設け
た各々の電極板5及び6間で2組のコンデンサを形成
し、取付枠2,3の変位量を電気容量変化として計測お、
ここでは、段付円筒カラー8は、高温で高絶縁性を有す
るアルミナセラミツクとした。
組立方法としては、第3図に示すようにまず、取付枠
2,3の穴あるいは段付円筒カラー8の外周にセラミツク
接着剤を塗布し穴に入れる。次に段付円筒カラー8の穴
あるいは⊥型電極板5,6の同柱部外周にセラミツク接着
剤を塗布し、段付円筒カラー8の穴に入れ、加熱硬化し
て固定する。第5図に示した従来例では、セラミツク接
着剤で電気絶縁していたため特殊な物を使用しなければ
ならなかつたが、本実施例では、高温で接着力の大きな
ものであればどんなものでも使用可能となる。次に、取
付枠2,3端部に支点バネ7をスポツト溶接し組上げる。
ここで、取付枠2,3端部には段差を設けており、支点バ
ネ7の加工精度管理を行うことにより取付枠2,3間の一
定なひずみゲージの製作が可能となつた。また、本ゲー
ジは、スポツト溶接で被測定物1に取付けるが、先端部
は溶着により変形する。そこで溶着による形状の変化を
小さくするため、被測定物1に線で接触する形状とし
た。本ひずみゲージと容量アンプまでは、シールドタイ
プのリード線で接続しなければならないが、高温のシー
ルドリード線は鋼性が大きく⊥型電極板5,6には直接取
付けられない。そこで、⊥型電極板5,6にはあらかじ
め、鋼性の小さなはく状リボン線10をスパイラル状にし
て、スポツト溶接で取付けてある。このリボン線10とシ
ールドリード線を接続することで、シールドリード線を
接続する時にひずみゲージに外力が負荷されないように
している。また、⊥型電極板5と6の各1ケずつ同志を
あらかじめはく状リボン線(ジヤンパー線)9で接続し
て、電気平行回路の2辺を形成しておくことで、シール
ドリード線は3本で配線可能としている。
第4図には、本実施例の変形例を示すが、被測定物1
に取付ける側の先端形状だけを変えることによりゲージ
長(GL)が任意の寸法とするゲージの製作が容易に行え
る。また、本実施例では、⊥型電極板5,6の対向面形状
を矩形としているが、これを円とすることで、対向面同
志は水平方向にどの角度で取付けられても常に同一形状
となるため、さらに、ゲージ特性にバラツキのないもの
が製作可能となる。
本発明の各実施例によれば、電極板を取付枠の規定位
置に正確に固定できること、また、取付枠端部に段差を
設けたことで、特殊な治具を用いなくても取付枠間の寸
法も一定に固定できるので、ゲージの特性が均一なもの
が製作可能となる。さらに、取付枠と電極間にセラミツ
クスカラーを入れたことにより高温においても高絶縁が
得られ、従来のひずみゲージの使用温度が約600℃であ
つたのに対し、約800℃まで最高使用温度が上昇した。
〔発明の効果〕
請求項第1項の発明によれば、電極板の位置決めが正
確に成せるので特性のばらつきのない歪ゲージを大量生
産することが出来る。
請求項第2項の発明によれば、請求項第1項の発明の
効果に加えて、接着剤が電極板面間隔に影響を与えない
部分に介在しているから接着時の影響で歪ゲージの特性
がばらつくことがなくなる。
請求項第3項の発明によれば、請求項第1項又は第2
項の発明の効果に加えて、取付枠同志の間隔が一定に規
制されるので、より一層歪ゲージの特性のばらつきをな
くすことができる。
請求項第4項の発明によれば、請求項第1項〜第3項
のいずれかの発明の効果に加えて、あらかじめ歪ゲージ
にジヤンパー線で測定回路の一部を組み込ませてあるの
で、測定作業がしやすい。
請求項第5項の発明によれば、請求項第1項〜第4項
のいずれかの発明の効果に加えて、電極の一部外側に出
ているのでリード線が接続しやすい。
請求項第6項の発明によれば、請求項第1項〜第5項
のいずれかの発明の効果に加えて、歪ゲージの被測定体
への取付作業時に歪ゲージの変形が起こりにくい効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による歪ゲージの全体図、第2
図は第1図の一部断面表示による下面図、第3図は第2
図における要部の分解図、第4図は本発明の他の実施例
による歪ゲージの一部断面表示による全体図、第5図は
従来の歪ゲージの一部断面表示による全体図である。 1……被測定物、2,3……取付枠、5,6……⊥型電極板、
7……支点バネ、8……段付円筒カラー、9……ジヤン
パー線、10……はく状リボン線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 謙一 茨城県東茨城郡内原町三湯字訳山500番 地 日立那珂エレクトロニクス株式会社 内 (56)参考文献 特開 平1−161106(JP,A) 特開 昭63−201502(JP,A) 特開 昭63−201503(JP,A) 特開 昭63−238403(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定物の2点間の変位を対向する2個の
    取付枠に電気的に絶縁して取付けた2組の電極板間の電
    気容量変化として検出する容量型ひずみゲージにおい
    て、前記取付枠に差し込まれて取り付いた段付き形状の
    電気的絶縁部材を備え、前記電極板は前記部材に差し込
    まれて取り付いた段付き形状の電極板であることを特徴
    としたクリツプ型容量ひずみゲージ。
  2. 【請求項2】請求項第1項において、電気的絶縁部材の
    差し込み部分は取付枠に、電極板の差し込み部分は前記
    電気的絶縁部材にそれぞれ高温接着剤にて取付けられて
    いることを特徴としたクリツプ型容量ひずみゲージ。
  3. 【請求項3】請求項第1項又は第2項において、2個の
    取付枠同志を連結する側の前記各取付枠端に板バネの位
    置決め用の段付部を備えることを特徴としたクリツプ型
    容量ひずみゲージ。
  4. 【請求項4】請求項第1項又は第2項又は第3項におい
    て、斜めに対向しあう電極板同志をジヤンパー線で電気
    的に接続したことを特徴としたクリツプ型容量ひずみゲ
    ージ。
  5. 【請求項5】請求項第1項又は第2項又は第3項又は第
    4項において、電極板の電気的絶縁部材に対する差し込
    み部分は前記電気的絶縁部材を貫通しており、前記貫通
    した電極部位にリード線を電気的に接続したことを特徴
    としたクリツプ型容量ひずみゲージ。
  6. 【請求項6】請求項第1項又は第2項又は第3項又は第
    4項又は第5項において、取付枠の被測定物側の端部は
    前記被測定物と線接触可能なる形状に形成されているこ
    とを特徴としたクリツプ型容量ひずみゲージ。
JP63089085A 1988-04-13 1988-04-13 クリップ型容量ひずみゲ―ジ Expired - Lifetime JP2523772B2 (ja)

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