JP2961575B2 - 異方性材料のひずみ検出用多軸ひずみゲージ - Google Patents

異方性材料のひずみ検出用多軸ひずみゲージ

Info

Publication number
JP2961575B2
JP2961575B2 JP17182491A JP17182491A JP2961575B2 JP 2961575 B2 JP2961575 B2 JP 2961575B2 JP 17182491 A JP17182491 A JP 17182491A JP 17182491 A JP17182491 A JP 17182491A JP 2961575 B2 JP2961575 B2 JP 2961575B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
strain
gauge
strain gauge
multiaxial
linear expansion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP17182491A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH04369403A (ja
Inventor
和彦 森島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KYOWA DENGYO KK
Original Assignee
KYOWA DENGYO KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KYOWA DENGYO KK filed Critical KYOWA DENGYO KK
Priority to JP17182491A priority Critical patent/JP2961575B2/ja
Publication of JPH04369403A publication Critical patent/JPH04369403A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2961575B2 publication Critical patent/JP2961575B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、線膨張係数や弾性率が
繊維の配向によって異なる、例えば、ガラス繊維強化プ
ラスチック(GFRP)、炭素繊維強化プラスチック
(CFRP)、アラミド繊維強化プラスチック(AFR
P)〔以下これらを総称して繊維強化プラスチック「F
RP」という〕などの異方性材料のひずみを検出するた
めの多軸ひずみゲージに関するものである。
【0002】
【従来の技術】複合材料としてのFRP材料は、軽量で
高強度である上、成形性に優れているとともに、耐蝕性
および耐衝撃性に優れていることから、金属材料に代る
構造物材料として用途は多目的に及んでいる。
【0003】一方、上記FRP材料は、強度や弾性率お
よび線膨張係数が繊維の配向方向によって異なる異方性
材料であるので、このようなFRP材料を構造物に使用
するには、FRP材料の、例えば引張応力や曲げ応力な
どの物性値をひずみゲージによって検出する必要があ
る。
【0004】ところで、このような異方性材料のひずみ
を簡単且つ正確に検出するのに最適なひずみゲージが現
状ではなく、止むを得ず一般用のものを使用している状
況にある。
【0005】すなわち、従来の一般用のひずみゲージと
しては、被測定物の一方向の物性値を検出する、いわゆ
る単軸ひずみゲージと、複数方向の物性値を同時に検出
する、いわゆる多軸ひずみゲージとがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
多軸ひずみゲージは、各軸のひずみゲージの適合線膨張
係数を同一のものを用いているので、この多軸ひずみゲ
ージをFRP材料などのように繊維の配向方向によって
線膨張係数の異なる被測定物に使用しても、被測定物と
ひずみゲージとの線膨張係数が異なるため、各軸のひず
みゲージの温度補償が行えず、従って大きな見かけひず
みが混入して正確な測定値を得ることができない。
【0007】この問題に対処するには、被測定物の線膨
張係数の異なる各軸方向に、それぞれ線膨張係数の適合
した単軸ひずみゲージを添着する方法が考えられるが、
この方法では、被測定物の狭い測定領域に所定方向に向
けて単軸ひずみゲージを作業環境が必らずもよくない計
測現場にて1枚ずつ正確に添着しなければならず、従っ
て添着作業には熱練した作業員でも多々の時間を費やす
こととなり、しかも必らずしも正確な位置と方向に添着
するのは困難である。
【0008】一方、被測定物としてのFRP材料へのひ
ずみゲージ添着用の接着剤は、シアノアクリレート系接
着剤でも充分な測定結果が得られるが、FRP材料は、
一般に吸湿性が高いため、特に多湿環境下ではひずみゲ
ージの信頼性に欠けると考えられ、好適な接着剤の開発
が待たれていた。
【0009】さらに、ひずみゲージは、測定電流(ブリ
ッジ励振電源)によって自己加熱が生じ、これによって
ごく僅かではあるが通電ドリフトが見られる。しかも、
FRP材料がプラスチック材を母材とすることからひず
みゲージが熱影響を受け易くなり、上記の問題は、重大
である。
【0010】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、その第1の目的は、異方性材料
のそれぞれ線膨張係数の異なる方向に、各々適合する線
膨張係数を有する複数のひずみゲージを被測定物へ一度
の接着作業で容易かつ正確に添着することができる異方
性材料のひずみ検出用多軸ひずみゲージを提供すること
にある。
【0011】また、本発明の第2の目的は、自己加熱に
よる通電ドリフトなどを極力低減し得る異方性材料のひ
ずみ検出用多軸ひずみゲージを提供することにある。
【0012】さらに、本発明の第3の目的は、耐熱性お
よび耐湿性を有する異方性材料のひずみ検出用多軸ひず
みゲージを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、上記
第1の目的を達成するために、線膨張係数が方向によっ
て異なる繊維強化プラスチックなどの異方性材料のひず
みを検出するためのひずみゲージであって、1枚のゲー
ジベース上にゲージ軸を互いに異なる方向に向け、かつ
線膨張係数のそれぞれ異なる複数の自己温度補償型ひず
みゲージを形成したことを特徴としたものである。
【0014】また、請求項2の発明は、上記第2の目的
を達成するために、自己温度補償型ひずみゲージグリッ
ト部に自己加熱による放熱効果を高めるためのフインを
延設したことを特徴としたものである。
【0015】また、請求項3の発明は、第3の目的を達
成するために、被測定材へ常温硬化型エポキシ系接着剤
を用いて接着することを特徴としたものである。
【0016】さらに、請求項4の発明は、上記第1の目
的をよりよく達成するために、ゲージベース面に各ひず
みゲージ軸を表わす指標線を表示したことを特徴とした
ものである。
【0017】
【作用】本発明における異方性材料のひずみ検出用多軸
ひずみゲージは、1枚のゲージベース上に線膨張係数の
それぞれ異なる複数の自己温度補償型ひずみゲージを互
いにゲージ軸を異なる方向に向け配置したので、異方性
材料の繊維の各配向に適合した線膨張係数を有する自己
温度補償型のひずみゲージを計測現場において一度の添
着作業によって正確な位置に容易に添着することができ
る。このようにして添着された多軸ひずみゲージは、正
確な温度補償が行え、極めて正確な物理値データを得る
ことができる。
【0018】また、異方性材料は、金属材料に比べて熱
伝導率あるいは放熱効果が一般的に小さいため、ひずみ
ゲージの自己加熱により通電ドリフトが生じるが、ゲー
ジグリッド部に放熱効果を高めるフインを延設すること
で、自己加熱による温度の上昇を抑制し、通電ドリフト
の発生を抑制している。
【0019】また、ひずみゲージと被測定物である異方
性材料との接着に耐熱性、耐湿性に優れた常温硬化型接
着剤を用いることで、高温、高湿の環境に曝される計測
現場におけるひずみ計測を可能としている。
【0020】また、ゲージベース面上に各ひずみゲージ
軸を表わす指標線を表示することで、特定の繊維の配向
(予定の方向)に沿って多軸ひずみゲージを正確且つ容
易に接着できるようにしている。
【0021】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面を用いて
詳細に説明する。図1は、本発明による異方性材料のひ
ずみ検出用多軸ひずみゲージの平面図を示す。
【0022】同図において、1は正方形状のゲージベー
スで、耐熱性および耐湿性のよいポリイミド樹脂フィル
ムからできている。
【0023】上記ゲージベース1上には、その側辺側
(実施例ではゲージベースの左辺側)に、第1の自己温
度補償型ひずみゲージ(以下、「第1のひずみゲージ」
という)2を、そのゲージ軸L1をY軸方向(図1にお
いては垂直方向)に向けて配置し、この第1のひずみゲ
ージ2と直角方向の上辺側に第2の自己温度補償型ひず
みゲージ(以下、「第2のひずみゲージ」という)3を
そのゲージ軸L2をX軸方向に向けて配置してある。
【0024】そして、上記第1と第2のひずみゲージ2
と3の中間の角度(45°)位置に第3の自己温度補償
型ひずみゲージ(以下、「第3のひずみゲージ」とい
う)4をそのゲージ軸L3をゲージベース1の対角線上
に配置してある。
【0025】上記第1、第2および第3のひずみゲージ
2,3および4は、計測が予定される異方性材料の特定
の方向の線膨張係数に適合するような適合線膨張係数の
異なるニッケル−クロム合金箔の抵抗素子材からなり、
蛇行状のグリッド部5と、このグリッド部5の両端側に
それぞれに連設されたゲージタブ7と、グリッド部5の
各端部から外方にそれぞれ延設された冷却用のフイン8
とを有するゲージパターンから構成されている。尚、6
は、各ゲージタブ7,7……に接続されたゲージリード
である。
【0026】これらゲージパターンの表面は、図2に示
すように耐熱性および耐湿性の良好なポリイミド樹脂フ
ィルム9でコーティングされている。
【0027】また、上記ゲージベース1面上には、ひず
みゲージ2,3および4のゲージ軸L1,L2およびL
3を合致させるための指標線11,10および12がそ
れぞれ表示されている。
【0028】上記各ひずみゲージ2,3,4のゲージベ
ース1への形成は、例えば計測(ひずみ検出)が予想さ
れるFRP材料の線膨張係数に合わせて、線膨張係数の
異なる抵抗箔または蒸着膜をそれぞれのひずみゲージが
形成される所定位置に接着または蒸着により添着し、そ
の後、各抵抗箔を同時にフォトエッチング法によりゲー
ジパターンを形成するか、あるいは、個別に製作された
それぞれ適合線膨張係数の異なる単軸ひずみゲージをゲ
ージベース1上に接着するようにしてもよい。
【0029】尚、各ひずみゲージ2,3,4の適合線膨
張係数は、本実施例では、 1×10−6/℃ 3×10−6/℃ 6×10−6/℃ 9×10−6/℃ の4種類が用いられ、これらひずみゲージの適合線膨張
係数の各組合わせは、異方性材料となるFRP材料の繊
維の配向によって異なる線膨張係数に対応して決められ
る。
【0030】また、各ひずみゲージ2,3,4のそれぞ
れに、上記線膨張係数に応じた用途(例えば図1に示す
「1」は、適合線膨張係数が「1×10−6/℃」であ
ることを意味している。)を示すナンバー13と、ゲー
ジナンバー14を表示してある。また、下記の表1に本
発明における多軸ひずみゲージの主な仕様を示す。
【0031】
【表1】 上記のように構成した本発明による多軸ひずみゲージの
FRP材料への添着に当っては、FRP材料の一方向の
繊維の配向に沿って描かれた例えばケガキ線に、この配
向の線膨張係数に適合した線膨張係数を有するひずみゲ
ージのゲージ軸方向を示す指標線10,11,12を正
確に位置合わせして、ゲージベース1を図2に示すよう
に接着剤15を用いて添着することによって、FRP材
料の他の繊維配向にもそれぞれ適合した線膨張係数を有
するゲージベース1上の他のひずみゲージが正確に位置
決めできる。この結果、FRP材料の全ての繊維の配向
に適合した線膨張係数を有する複数のひずみゲージを一
度の添着作業で容易に添着することができる。
【0032】FRP材料へのゲージベースの接着剤とし
ては、シアノアクリレート系樹脂や常温硬化型エポキシ
系樹脂が適しているが、FRP材料が一般に吸湿性が高
いことから、耐熱性および耐湿性のよい常温硬化型エポ
キシ系接着剤の方が好適である。
【0033】ところで、ひずみゲージは、ブリッジ回路
を流れる電流によって自己加熱(ジュール熱)が生じ、
これによって通電ドリフトが生じ、測定値が変動する。
【0034】ところが、本発明の実施例のようにひずみ
ゲージ2,3,4のグリッド部5からフイン8を延設し
たことにより、グリッド部5の発熱がフイン8から放熱
する作用が得られる。
【0035】例えば、図3に示したようにグリッド部5
に形成したフイン8の長さSを、2.5mmと5.0m
mに設定したときのひずみゲージの温度変化特性を、F
EM解析(有限要素法解析)により求めたものを図4に
示す。ただし、グリッド部5が真空中に放置された場合
を仮定している。
【0036】図4より明らかなように、フイン8の面積
が大きいほど放熱量が多くなり、ゲージ温度が低くな
る。従って通電ドリフトが無視できるほど少なくなるこ
とが判った。
【0037】また、図5および図6にGFRP(ガラス
繊維強化プラスチック)材料に上記常温硬化型エポキシ
系接着剤を用いて接着した本発明に係るひずみゲージ
(組合わせA)のドリフト特性とクリープ特性を示す。
尚、比較のため従来一般に使われている、抵抗素子にC
u−Ni合金を、ベース材にポリイミドベースを使用し
たひずみゲージをシアノアクリレート系接着剤を用いて
接着した場合(組合わせB)の特性を点線で示す。
【0038】これによれば、図5では、300時間後に
おける組合わせAのドリフト量が組合わせBの10分の
1以下と非常に安定していることが判る。
【0039】一方、図6では80℃、90%R.H.の
環境下に曝露した試験片を各曝露時間ごとに室温に取り
出し、10分間クリープ試験を行った結果を示す。試験
片は、GFRP材料で製作した片持梁試験片を使用し
た。
【0040】この結果、組合わせAの場合は、12時間
後でもクリープの変化量が少なく安定であるが、組合わ
せBでは、この環境下に曝露することで数時間後からク
リープ特性が変化している。
【0041】これは、組合わせBにおけるひずみゲージ
に剥離が生じていることが原因と考えられる。これらの
ことから本発明によるひずみゲージは、常温硬化型エポ
キシ系接着剤と併用することにより精度のよい測定が期
待される。
【0042】上述のように構成され且つ作用する実施例
によれば、被測定物としての異方性材料(あるいは複合
材料)の線膨張係数に適合するように、複数の線膨張係
数用の多軸ひずみゲージを用意しておくことで、複数種
乃至多数種の異方性材料の各繊維の配向に応じたひずみ
(応力、強度等の物性値)を、温度補償可能な状態で検
出することができる。
【0043】そして、ひずみ検出をすべき異方性材料に
適合した多軸ひずみゲージを選択し、被測定物上に描か
れたケガキ線等に、ひずみゲージの指標線を合致させて
1回接着するだけで複数の繊維の配向に沿った複数のひ
ずみゲージを正確に接着できることになるので、作業環
境の悪い計測現場であっても容易に且つ正確に添着作業
を行うことができる。
【0044】また、ゲージグリッド部にフインを延設し
たことにより、本来放熱効果の小さい異方性材料上に添
着された多軸ひずみゲージの放熱効果を高め、それによ
ってひずみゲージの自己加熱による温度上昇を抑制し、
ドリフト量およびクリープを殆んどなくすことができ
る。
【0045】また、ひずみゲージの被測定物への添着
に、常温硬化型エポキシ系接着剤を用いているため、耐
熱性、耐湿性に優れたひずみゲージの添着構造が得ら
れ、ひずみ検出対象の拡大を図ることができる。
【0046】また、ゲージベース面に各ひずみゲージの
ゲージ軸を表わす指標線を表示したことによって、FR
P材料の繊維の配向へのひずみゲージの位置決めを指標
線を目やすにして正確に行うことができるという利点が
ある。
【0047】また、各ひずみゲージにそれぞれの線膨張
係数の数値ナンバーを表示したことで、ひずみゲージの
選択や取扱いが容易となり、対応を間違えることもな
い。
【0048】尚、本発明は、上述した実施例にのみ限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内にお
いて種々変形実施が可能である。
【0049】例えば、本発明による多軸ひずみゲージ
は、3軸の場合について説明したが、3軸に限定するも
のではなく、異方性材料の各方向に対応する軸の数を備
えていればよい。
【0050】また、異方性材料としてGFRP材料の
他、CFRP(炭素繊維強化プラスチック)材料やAF
RP(アラミド繊維強化プラスチック)であってもよ
く、その他FRP材料以外の異方性材料に広く適用でき
る。
【0051】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、線
膨張係数が方向によって異なる異方性材料の被測定部
に、一度の接着作業でそれぞれの方向に適合する線膨張
係数を有する複数のひずみゲージを正確な位置に添着す
ることができ、これによって各ひずみゲージの正確な温
度補償が可能となる。
【0052】また、複数のひずみゲージが一度の添着作
業で可能であるので、作業環境の悪い計測現場であって
も、接着が容易且つ正確に行え、延いてはコストの低減
化が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る異方性材料のひずみ検
出用多軸ひずみゲージの平面図である。
【図2】本発明に係る多軸ひずみゲージの一部分を破断
して示す斜視図である。
【図3】本発明に係るひずみゲージをFEM解析用にモ
デル化した要部斜視図である。
【図4】本発明に係るフインの面積変化によるひずみゲ
ージのFEM解析結果を示す温度特性図である。
【図5】本発明に係る多軸ひずみゲージのドリフト特性
図である。
【図6】本発明に係る多軸ひずみゲージのクリープ特性
図である。
【符号の説明】
1 ゲージベース 2 第1のひずみゲージ 3 第2のひずみゲージ 4 第3のひずみゲージ 5 グリッド部 6 ゲージリード 7 ゲージタブ 8 フイン 9 ポリイミド樹脂フィルム 10,11,12 指標線 13 数値ナンバー 14 ゲージナンバー 15 接着剤

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 線膨張係数が方向によって異なる繊維強
    化プラスチックなどの異方性材料のひずみを検出するた
    めのひずみゲージであって、1枚のゲージベース上にゲ
    ージ軸を互いに異なる方向に向け、かつ線膨張係数のそ
    れぞれ異なる複数の自己温度補償型ひずみゲージを形成
    したことを特徴とする異方性材料のひずみ検出用多軸ひ
    ずみゲージ。
  2. 【請求項2】 自己温度補償型ひずみゲージグリット部
    に自己加熱による放熱効果を高めるためのフインを延設
    したことを特徴とする請求項1記載の異方性材料のひず
    み検出用多軸ひずみゲージ。
  3. 【請求項3】 被測定材へ常温硬化型エポキシ系接着剤
    を用いて接着することを特徴とする請求項1および2記
    載の異方性材料のひずみ検出用多軸ひずみゲージ。
  4. 【請求項4】 ゲージベース面に各ひずみゲージ軸を表
    わす指標線を表示したことを特徴とする請求項1ないし
    3のいずれかに記載の異方性材料のひずみ検出用多軸ひ
    ずみゲージ。
JP17182491A 1991-06-18 1991-06-18 異方性材料のひずみ検出用多軸ひずみゲージ Expired - Fee Related JP2961575B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17182491A JP2961575B2 (ja) 1991-06-18 1991-06-18 異方性材料のひずみ検出用多軸ひずみゲージ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17182491A JP2961575B2 (ja) 1991-06-18 1991-06-18 異方性材料のひずみ検出用多軸ひずみゲージ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04369403A JPH04369403A (ja) 1992-12-22
JP2961575B2 true JP2961575B2 (ja) 1999-10-12

Family

ID=15930426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17182491A Expired - Fee Related JP2961575B2 (ja) 1991-06-18 1991-06-18 異方性材料のひずみ検出用多軸ひずみゲージ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2961575B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4561500B2 (ja) * 2005-06-30 2010-10-13 株式会社日立製作所 ワイヤレスひずみ測定システム
JP7097067B2 (ja) * 2018-10-10 2022-07-07 国立研究開発法人物質・材料研究機構 カーボンファイバー応力測定方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04369403A (ja) 1992-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8438931B2 (en) Semiconductor strain sensor
Hoffmann An introduction to stress analysis and transducer design using strain gauges
Hoffmann An introduction to measurements using strain gages
JP3792274B2 (ja) 複数のせん断ひずみゲージを用いた六軸力センサ
US7441466B2 (en) Weight sensor
US20060288795A1 (en) Strain gage with off axis creep compensation feature
JP2961575B2 (ja) 異方性材料のひずみ検出用多軸ひずみゲージ
JP5484227B2 (ja) ホットスポット応力測定用ひずみゲージおよびホットスポット応力測定センサ装置
JP2014081309A (ja) 引張試験装置及び引張試験方法
US20210190606A1 (en) Strain gages and methods for manufacturing thereof
EP1553383B1 (en) Precision dendrometer
CN111713808A (zh) 可穿戴设备和测温方法
JP3920689B2 (ja) 測定用ゲージおよびその使用方法
JP4260615B2 (ja) 疲労センサ
CN220187630U (zh) 一种传感器晶片及包含其的传感器
WO2021126261A1 (en) Strain gages and methods for manufacturing thereof
Balaji et al. Introduction and Application of Strain Gauges
CN217466044U (zh) 一种应力分析用电阻应变计
CN115265857B (en) Circular tube transducer prestress monitoring method and system based on stress test system
US3171276A (en) High temperature strain gauge
TN Strain Gage Selection: Criteria, Procedures, Recommendations
CN214040441U (zh) 一种可测量剪切应力全桥应变计
JPH085306A (ja) クリープ歪みの測定方法
CN109983300A (zh) 用于弯曲的表面的能焊接的应变传感器
Tuttle Resistive strain measurement devices

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080806

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 11

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100806

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees