JP3046970U - 測温機能付きひずみゲージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３線式結線法による正確なひずみ計測を行っ
てしかも的確な温度計測をも行う。 【解決手段】 ひずみゲージ素子１１の一対の出力端の
一方には、リード線１２および１３の各一端を接続し、
前記一対の出力端の他方にはリード線１４および１５の
各一端を接続する。リード線１３の他端とリード線１４
の他端との間には、抵抗１６〜１８が順次直列に接続さ
れ、ひずみゲージ素子１１と共にブリッジ回路を形成す
る。リード線１４と抵抗１８の接続点と、抵抗１６と抵
抗１７の接続点との間に、ひずみ計測用入力電圧ｅｉを
印加する。抵抗１７と抵抗１８の接続点と、リード線１
２の他端との間から、３線式結線法によるひずみ計測出
力ｅｏを取り出す。リード線１４と抵抗１８の接続点
と、リード線１５の他端との間から熱電対の熱起電力に
よる温度計測用出力電圧ｅｔを取り出す。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、測温機能付きひずみゲージに係り、特に、簡単な構成で正確なひず み計測を可能とする測温機能付きひずみゲージに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

ひずみゲージは、ひずみ応力による機械的変形を電気信号に変換する変換器と して知られており、ひずみ検出、応力検出および圧力検出、トルク検出、加速度 検出等のように検出器として広く応用されている。このひずみゲージには、種々 のものがあるが、多くの場合、抵抗温度係数等に基づいて温度変化により検出値 が変動する。そこで、ひずみゲージを用いた検出器では、一般にゲージ素子の周 囲温度等を検出し、検出値に温度補償を施すことが行われている。このように、 温度補償を行うためには、ひずみゲージまたはその周囲の温度を検出する必要が ある。

【０００３】 このような温度検出のためには、例えば別途に温度検出器を用意し、これをひ ずみゲージの近傍に設置しなければならない。ところが、ひずみゲージの設置に 際して、ひずみゲージと共に温度検出器を設置することは、ゲージの設置作業が 煩雑であるばかりでなく、温度検出器の取り付けによる誤差要素の発生を考慮し なければならない。そこで、近年では、ひずみゲージに温度検出器を一体化して 、ひずみゲージ近傍の温度を検出することが行われている。

【０００４】 従来の測温機能付きひずみゲージの一例が特開昭５２−１３８１５４号公報に 示されている。この特開昭５２−１３８１５４号公報に開示されたひずみゲージ は、図４に示すように構成されている。図４に示す構成では、ひずみゲージのゲ ージ素子１の一端から２本のリード線２および３を引き出し、ゲージ素子１の他 端から１本のリード線４を引き出している。前記ゲージ素子１の一端から引き出 された２本のリード線のうちの一方のリード線２をゲージ出力の一端とし、他方 のリード線３と前記ゲージ素子１の他端から引き出されたリード線４との間に抵 抗５、６および７を順次直列に接続する。これらゲージ素子１、抵抗５、６およ び７によりブリッジ回路を形成する。

【０００５】 図４の構成は、一般的な３線式結線法による結線と同様であるが、リード線３ および４を銅（Ｃｕ）で形成し、リード線２をコンスタンタン（ＮｉＣｕ）で形 成する。３線式結線法の場合には、リード線２、３および４のすべてを同種の金 属導電体で構成することにより、リード線２、３および４の抵抗温度特性に起因 する温度変化を補償するのである。しかしながら、図４の構成においては、リー ド線２と３との接合部は、コンスタンタンと銅からなる測温用熱電対を構成し、 これらリード線２と３との間には、ゲージ素子１部分の温度に応じた熱起電力ｅ ｍが発生する。

【０００６】 図示のように、リード線４の他端と抵抗７の一端の接続点と、抵抗５と６の接 続点との間にブリッジ電源Ｅを供給すると、リード線２と抵抗６および７の接続 点との間に出力ｅ＋ｅｍ、すなわち本来のゲージ出力ｅに前述の熱起電力ｅｍを 加算した値があらわれるとともに、リード線２と３との間にゲージ素子１部分の 温度に応じた熱起電力ｅｍがあらわれる。したがって、前記出力ｅ＋ｅｍから熱 起電力ｅｍを減算することにより、本来のゲージ出力ｅを得る。また熱起電力ｅ ｍに基づいてゲージ素子１部分の温度を測定することができる。さらに、この検 出温度と前記ゲージ出力ｅとに基づいて、ゲージ素子１部分におけるひずみ量を 求めることができる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上述したように、図４に示す特開昭５２−１３８１５４号公報のひずみゲージ は、ひずみと温度とを同時に測定することができるはずである。しかしながら、 この図４の構成では、本来、リード線の温度特性を効果的に補償することができ る３線式結線法に従って結線しているにもかかわらず、温度計測の熱電対を形成 するために３線のうちの１本に他の２本とは異種の材料を用いている。

【０００８】 しかも図４の構成では、温度計測出力ｅｍと、該温度計測値ｅｍにひずみ出力 ｅが加算された出力ｅ＋ｅｍとを同時に計測することができず、時点をずらせて 交互に択一的に計測する他なかった。 しかしながら、温度が瞬間的に変動する部位、例えば、内燃機関、タービン、ロ ケット等の被測定部位のひずみ計測は、当該部位の温度計測と同時に行なわなけ れば、事実上、正確なひずみ測定ができない。

【０００９】 本考案は、上述した事情に鑑みてなされたもので、３線式結線法による的確な ひずみ計測を行ってしかも正確な温度計測をも同時に行うことを可能とする測温 機能付きひずみゲージを提供することを目的としている。 本考案の請求項１の目的は、特に、３線式結線法による的確なひずみ計測および 正確な温度計測を行うためのひずみゲージとして用いることができる測温機能付 きひずみゲージを提供することにある。 本考案の請求項２の目的は、特に、３線式結線法による的確なひずみ計測を行っ てしかも正確な温度計測をも行うことを可能とする計測回路をも含む測温機能付 きひずみゲージを提供することにある。

【００１０】 本考案の請求項３の目的は、特に、３線式結線法による的確なひずみ計測およ び正確な温度計測を行うために好適なひずみゲージ素子を用いる測温機能付きひ ずみゲージを提供することにある。 本考案の請求項４の目的は、特に、３線式結線法による的確なひずみ計測および 正確な温度計測を行うために好適なリード線を用いる測温機能付きひずみゲージ を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

請求項１に記載した本考案に係る測温機能付きひずみゲージは、上述した目的 を達成するために、 機械的ひずみ変形を電気信号に変換するゲージ素子と、 共に第１の導電性金属からなり、前記ゲージ素子の一端に接続されて３線式結 線法によるひずみ計測に供される第１および第２のリード線と、 前記第１の導電性金属からなり、前記ゲージ素子の他端に接続されて前記第１ および第２のリード線と共に前記３線式結線法によるひずみ計測に供される第３ のリード線と、 前記第１の導電性金属とは異なる第２の導電性金属からなり、前記第３のリー ド線に結合されて前記ゲージ素子の前記他端に接続され、前記第３のリード線と 共に測温用熱電対を形成する第４のリード線と、 を具備することを特徴としている。

【００１２】 請求項２に記載した本考案に係る測温機能付きひずみゲージは、 機械的ひずみ変形を電気信号に変換するゲージ素子と、 共に第１の導電性金属からなり、各一端が、前記ゲージ素子の一端に接続され て３線式結線法によるひずみ計測に供される第１および第２のリード線と、 前記第１の導電性金属からなり、一端が、前記ゲージ素子の他端に接続されて 前記第１および第２のリード線と共に前記３線式結線法によるひずみ計測に供さ れる第３のリード線と、 前記第１の導電性金属とは異なる第２の導電性金属からなり、一端が、前記第 ３のリード線に結合されて前記ゲージ素子の前記他端に接続され、前記第３のリ ード線と共に測温用熱電対を形成する第４のリード線と、 前記第２のリード線の他端と第３のリード線の他端との間に直列に順次接続さ れる第１、第２および第３の抵抗と を具備し、且つ前記第３のリード線の他端と前記第３の抵抗の接続点と、前記第 １の抵抗と前記第２の抵抗の接続点との間に計測用電源入力を供給し、前記第１ のリード線の他端と前記第２の抵抗と前記第３の抵抗の接続点との接続点との間 から３線式結線法による計測出力を取り出すとともに、前記第３のリード線の他 端と前記第４のリード線の他端との間から測温出力を得ることを特徴としている 。

【００１３】 請求項３に記載した本考案に係る測温機能付きひずみゲージは、前記ゲージ素 子が、機械的変形に応じて抵抗値が変化するひずみ抵抗素子を含むことを特徴と している。 請求項４に記載した本考案に係る測温機能付きひずみゲージは、前記第１〜第３ のリード線を構成する前記第１の導電性金属が銅であり、前記第４のリード線を 構成する第２の導電性金属がコンスタンタンであることを特徴としている。

【００１４】

【作用】

すなわち、本考案の請求項１による測温機能付きひずみゲージは、機械的ひず み変形を電気信号に変換するゲージ素子の一端に、共に第１の導電性金属からな る第１および第２のリード線を接続し、該ゲージ素子の他端に前記第１の導電性 金属からなる第３のリード線を接続するとともに、該ゲージ素子の他端にさらに 前記第１の導電性金属とは異なる第２の導電性金属からなる第４のリード線を接 続する。 このような構成のひずみゲージを用いることにより、第１〜第３のリード線を用 いて３線式結線法によるひずみ計測を行い且つ第３および第４のリード線を用い て熱電対による温度計測を行うことができ、３線式結線法による的確なひずみ計 測を行うことができてしかも正確な温度計測をも行うことが可能となる。

【００１５】 本考案の請求項２による測温機能付きひずみゲージは、機械的ひずみ変形を電 気信号に変換するゲージ素子の一端に、共に第１の導電性金属からなる第１およ び第２のリード線を接続し、該ゲージ素子の他端に前記第１の導電性金属からな る第３のリード線を接続するとともに、該ゲージ素子の他端にさらに前記第１の 導電性金属とは異なる第２の導電性金属からなる第４のリード線を接続し、且つ 前記第２のリード線の他端と第３のリード線の他端との間に第１、第２および第 ３の抵抗を順次直列に接続して、前記第３のリード線の他端と前記第３の抵抗の 接続点と、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の接続点との間に計測用電源（ブリ ッジ電源）入力を供給し、前記第１のリード線の他端と前記第２の抵抗と前記第 ３の抵抗の接続点との接続点との間から３線式結線法による計測出力を取り出す とともに、前記第３のリード線の他端と前記第４のリード線の他端との間から測 温出力を得る。 このような構成の計測回路を含むひずみゲージにより、３線式結線法による的確 なひずみ計測を行うことができ、しかも正確な温度計測をも行うことが可能とな る。

【００１６】 本考案の請求項３による測温機能付きひずみゲージは、前記ゲージ素子が、機 械的変形に応じて抵抗値が変化するひずみ抵抗素子を含む。このような構成によ り、特に、３線式結線法による的確なひずみ計測および正確な温度計測を行うた めに好適なひずみゲージ素子を用いてひずみ計測を行うことができる。 本考案の請求項４による測温機能付きひずみゲージは、前記第１〜第３のリード 線を構成する前記第１の導電性金属が銅であり、前記第４のリード線を構成する 第２の導電性金属がコンスタンタンである。このような構成により、特に、３線 式結線法による的確なひずみ計測および正確な温度計測を行うために好適なリー ド線を用いてひずみ計測を行うことができる。

【００１７】

【考案の実施の形態】

以下、実施の形態に基づき、図面を参照して本考案の測温機能付きひずみゲー ジを詳細に説明する。 図１および図２は、本考案の一つの実施の形態に係る測温機能付きひずみゲージ の構成を示している。 図１は、ひずみゲージ全体の構成を示す回路構成図であり、図２は図１に用いる ひずみゲージ本体の構成を示す詳細図である。

【００１８】 図１に示す測温機能付きひずみゲージは、ゲージ素子としてのひずみゲージ素 子１１、第１のリード線１２、第２のリード線１３、第３のリード線１４、第４ のリード線１５、第１の抵抗１６、第２の抵抗１７および第３の抵抗１８を具備 している。 ひずみゲージ素子１１は、ひずみ計測対象部材、例えば起歪体に接着剤を用いて 添着され、ひずみ変形に応じて電気的特性、例えば抵抗値が変化する。このひず みゲージ素子１１の一対の出力端の一方には、第１および第２のリード線１２お よび１３の各一端が接続され、前記一対の出力端の他方には第３および第４のリ ード線１４および１５の各一端が接続される。

【００１９】 ひずみゲージ素子１１は、図２に示すようにゲージベース１１ａ、箔ゲージ１ １ｂ、第１のゲージタブ１１ｃおよび第２のゲージタブ１１ｄを有している。ゲ ージベース１１ａは、例えばポリイミド樹脂等の絶縁性合成樹脂の薄板からなり 、このゲージベース１１ａ上にＮｉＣｒ系合金箔等でゲージパターンが形成され て箔ゲージ１１ｂが配設されている。さらに、箔ゲージ１１ｂの両端には、箔ゲ ージ１１ｂと同一の材質からなる第１および第２のゲージタブ１１ｃおよび１１ ｄが形成されている。これら箔ゲージ１１ｂ、第１および第２のゲージタブ１１ ｃおよび１１ｄは、例えば、ゲージベース１１ａ上にＮｉＣｒ系合金箔を敷設し た後、フォトエッチング等により不要部分を除去することにより形成される。

【００２０】 第１のゲージタブ１１ｃには、例えば銅からなる第１および第２のリード線１ ２および１３の各一端が接続され、第２のゲージタブ１１ｄには、例えば銅から なる第３のリード線１４とコンスタンタン（ＮｉＣｕ）からなる第４のリード線 １５の各一端が接続されている。第３および第４のリード線１４および１５の第 ２のゲージタブ１１ｄへの接合部は、例えば共晶半田付けにより接合されて、熱 電対による温度測定点を形成している。

【００２１】 再び図１に戻って、第２のリード線１３の他端と第３のリード線１４の他端と の間には、第１の抵抗１６、第２の抵抗１７および第３の抵抗１８が順次直列に 接続され、ひずみゲージ素子１１と共にブリッジ回路を形成している。第３のリ ード線１４と第３の抵抗１８の接続点と、第１の抵抗１６と第２の抵抗１７の接 続点との間には、ひずみ計測用入力電圧（いわゆるブリッジ電圧）ｅｉが印加さ れる。第２の抵抗１７と第３の抵抗１８の接続点と、第１のリード線１２の他端 との間から、３線式結線法によるひずみ計測出力ｅｏが取り出される。そして、 第３のリード線１４と第３の抵抗１８の接続点と、第４のリード線１５の他端と の間から銅とコンスタンタンの熱電対の熱起電力による温度計測用出力電圧ｅｔ が取り出される。

【００２２】 図１に示す回路の等価回路を図３に示すように、第１〜第３のリード線１２〜 １４による３線式結線法により、ひずみゲージ素子１１と他の３辺の抵抗１６〜 １８との間の往復のリード線が、片側ずつブリッジの相隣る両辺に入り、同一の 抵抗値および同一の抵抗温度係数であり、同一の温度と見なすことができるので 、誤差が相殺されることがわかる。また、熱電対を形成する第３および第４のリ ード線１４および１５の端子電圧は、ひずみ計測系とは実質的に独立に取り出さ れるので、適切な温度計測をひずみ計測と同時点で行うことができることがわか る。

【００２３】 このようにして、適切なひずみ計測および温度計測を行うことができ、ひずみ 計測値に温度変化による補償を加える際にも誤差のない的確な補償を行うことが できる。したがって、常に正確な計測を行うことができる。

【００２４】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案によれば、機械的ひずみ変形を電気信号に変換する ゲージ素子の一端に、共に第１の導電性金属からなる第１および第２のリード線 を接続し、該ゲージ素子の他端に前記第１の導電性金属からなる第３のリード線 を接続するとともに、該ゲージ素子の他端にさらに前記第１の導電性金属とは異 なる第２の導電性金属からなる第４のリード線を接続して、ひずみゲージを形成 することにより、３線式結線法による正確なひずみ計測を行ってしかも的確な温 度計測を同時に行うことを可能とする測温機能付きひずみゲージを提供すること ができる。

【００２５】 本考案の請求項２によれば、機械的ひずみ変形を電気信号に変換するゲージ素 子の一端に、共に第１の導電性金属からなる第１および第２のリード線を接続し 、該ゲージ素子の他端に前記第１の導電性金属からなる第３のリード線を接続す るとともに、該ゲージ素子の他端にさらに前記第１の導電性金属とは異なる第２ の導電性金属からなる第４のリード線を接続し、且つ前記第２のリード線の他端 と第３のリード線の他端との間に第１、第２および第３の抵抗を順次直列に接続 して、前記第３のリード線の他端と前記第３の抵抗の接続点と、前記第１の抵抗 と前記第２の抵抗の接続点との間に計測用電源入力を供給し、前記第１のリード 線の他端と前記第２の抵抗と前記第３の抵抗の接続点との接続点との間から３線 式結線法による計測出力を取り出すとともに、前記第３のリード線の他端と前記 第４のリード線の他端との間から測温出力を得ることにより、３線式結線法によ る正確なひずみ計測と温度計測を、切換スイッチによる回路切換えを要すること なく、同時に行い得る測温機能付きひずみゲージを提供することができる。

【００２６】 本考案の請求項３によれば、前記ゲージ素子が、機械的変形に応じて抵抗値が 略直線的に変化するひずみ抵抗素子を含むことにより、特に、３線式結線法によ る正確なひずみ計測および的確な温度計測を行うために好適なひずみゲージ素子 を用いる測温機能付きひずみゲージを提供することができる。 本考案の請求項４によれば、前記第１〜第３のリード線を構成する前記第１の導 電性金属が銅であるので、特に、３線式結線法による正確なひずみ計測および的 確な温度計測を行うために好適なリード線を用いる測温機能付きひずみゲージを 提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一つの実施の形態に係る測温機能付き
ひずみゲージの構成を模式的に示す回路構成図である。

【図２】図１のひずみゲージ素子の詳細な構成を模式的
に示す図である。

【図３】図１の等価回路を示す回路構成図である。

【図４】従来の測温機能付きひずみゲージの一例の構成
を示す回路構成図である。

【符号の説明】

１１ ひずみゲージ素子 １１ａ ゲージベース １１ｂ 箔ゲージ １１ｃ，１１ｄ ゲージタブ １２，１３，１４ 第１，第２，第３のリード線（銅） １５ 第４のリード線（コンスタンタン） １６，１７，１８ 第１，第２，第３の抵抗

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械的ひずみ変形を電気信号に変換する
   ゲージ素子と、 共に第１の導電性金属からなり、前記ゲージ素子の一端
   に接続されて３線式結線法によるひずみ計測に供される
   第１および第２のリード線と、 前記第１の導電性金属からなり、前記ゲージ素子の他端
   に接続されて前記第１および第２のリード線と共に前記
   ３線式結線法によるひずみ計測に供される第３のリード
   線と、 前記第１の導電性金属とは異なる第２の導電性金属から
   なり、前記第３のリード線に結合されて前記ゲージ素子
   の前記他端に接続され、前記第３のリード線と共に測温
   用熱電対を形成する第４のリード線と、を具備すること
   を特徴とする測温機能付きひずみゲージ。
2. 【請求項２】 機械的ひずみ変形を電気信号に変換する
   ゲージ素子と、 共に第１の導電性金属からなり、各一端が、前記ゲージ
   素子の一端に接続されて３線式結線法によるひずみ計測
   に供される第１および第２のリード線と、 前記第１の導電性金属からなり、一端が、前記ゲージ素
   子の他端に接続されて前記第１および第２のリード線と
   共に前記３線式結線法によるひずみ計測に供される第３
   のリード線と、 前記第１の導電性金属とは異なる第２の導電性金属から
   なり、一端が、前記第３のリード線に結合されて前記ゲ
   ージ素子の前記他端に接続され、前記第３のリード線と
   共に測温用熱電対を形成する第４のリード線と、 前記第２のリード線の他端と第３のリード線の他端との
   間に直列に順次接続される第１、第２および第３の抵抗
   とを具備し、且つ前記第３のリード線の他端と前記第３
   の抵抗の接続点と、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の
   接続点との間に計測用電源入力を供給し、前記第１のリ
   ード線の他端と前記第２の抵抗と前記第３の抵抗の接続
   点との間から３線式結線法による計測出力を取り出すと
   ともに、前記第３のリード線の他端と前記第４のリード
   線の他端との間から測温出力を得ることを特徴とする測
   温機能付きひずみゲージ。
3. 【請求項３】 前記ゲージ素子は、機械的変形に応じて
   抵抗値が変化するひずみ抵抗素子を含むことを特徴とす
   る請求項１または２に記載の測温機能付きひずみゲー
   ジ。
4. 【請求項４】 前記第１〜第３のリード線を構成する前
   記第１の導電性金属は銅であり、前記第４のリード線を
   構成する第２の導電性金属はコンスタンタンであること
   を特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載
   の測温機能付きひずみゲージ。