JPH02126103A - 容量型ひずみゲージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ひずみゲージに係り、特に、ゆらぎのある高
温雰囲気下の大きいひずみを測定するのに好適な容量型
ひずみゲージに関する。

〔従来の技術〕

容量型ひずみゲージは、被測定物の二点間の伸縮量を対
向する電極板間の電気容量変化に変換して計測する。従
来の容量型ひずみゲージは、日本非破検査協会、第１，
９回応力ひずみ測定シンポジュウム講演論文集（昭６２
−１−２０）ｒ容量型局部大ひずみゲージの開発」に記
載されている。

このひずみゲージは、被測定物と直角に対向し、中央で
接触することなく交叉する取付枠の内側に二組の電極対
からなるアクティブ、ダミーの温度補償型のゲージであ
り、しかも、従来の電気抵抗型ひずみケージに比し、高
温環境下での大ひずみを計測するのに好適なりリップ型
容量ひずみゲージである。しかし、二組の電極対が被測
定物と垂直長手方向に配置されているため、垂直方向に
長くなり、被測定物が相対変位する場合には、被測定物
への固定の安定性に欠けること、及び、電極対部がむき
出しになっているため、雰囲気の流体が変動する場合な
どには安定したひずみが計測できないという問題があっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は被測定物に垂直長手方向に二組の電極対
を配置しているため、重心は被測定物よりかなり離れた
位置となる。従って、振動等の相対変位に対しては、被
測定物への固定の安定性に欠けるという問題点があった
。また、電極部がむき出しになっており、高温環境での
ゆらぎや雰囲気の流体が高速に変化する場合についての
考慮がなされておらず、安定したひずみ計測ができにく
いという問題があった。

本発明の目的は、高温環境下で被測定物が相対変位する
場合や雰囲気の流体変動に対しても安定にひずみの計測
をすることができる容量型ひずみゲージを提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、被測定物と水平方向に二組の電極対を配置
すること、電極部を雰囲気と直接に触れないようにカバ
ーすることで達成される。

〔作用〕

一辺が被測定物に固定された箱状支持フレームに一定間
隔で固定された固定電極板を二個設け、その中間に共通
ｆｆ１ｔｉ板となる被測定物に固定された可動Ｘ１！極
板とで二組の電極対を形成する。被測定物が伸縮すると
一方の電極対の間隔は広く、他方の電極対の間隔は狭く
なり、各々の電極対で検出される電気容量の変化量の極
性は異なって計測される。そこで、この二組の電極対を
電気平衡回路の隣辺とすることで、電気容量の変化量は
その和として計測されるため、計測感度が増す。また、
雰囲気温度変化等で検出される電気容量の変化は同符号
であるため相殺できる。また、支持フレーム上下面をカ
バーすることで、電極部が直接に雰損気と触れることが
ないので、雰囲気が急激に変動しても安定的にひずみが
計測できる。

（実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。第１
図は、本発明の側面図であり、■−■矢視断面を第２図
に示す。箱状の一辺がつば状になった支持フレーム１の
対向する側壁には段付絶縁カラー３を介してＴ型の固定
電極板４ａ、４ｂが二枚固定されている。固定電極板４
ａと４ｂの中間には、可Ｉ！ＩＩ電極板固定フレーム２
を配置し、同様に段付絶縁カラー３を介してＴ型の可動
電極板５ａが固定されている。可動電極板５ａに５ｂが
スポット溶接等で取付けられているため電気的に導通状
態にあり、これらを併せて可動電極板５と称する。なお
、固定電極板４ａ、４ｂの一端には、電気容量を計測す
る計測器へ接続するための中間リード線となるリボンリ
ード線７をスパイラル状にして取付けである。また、可
動電極板５にもリボンリード線７が取付けてあり、支持
フレーム１の側壁に固定した円筒絶縁カラー６の中を通
して支持フレーム９の外側へ出しである。支持フレーム
１．及び、可動電極板支持フレーム２は、スポット溶接
により被測定物８に固定する。支持フレーム】２は、片
持ちとなるため、支持フレーム１のつばのついた反対側
の側壁には第１図で左右方向の変位を拘束しない調性の
小さな転倒防止板９を設けている。ここでは、高温下の
ひずみ測定をめざしているので、支持フレーム１．可動
電極支持フレーム２、及び、電極板４，５は導電性の耐
熱金属（たとえばインコネル）とし、絶縁カラー３゜６
はセラミックスとした。また、支持フレーム１゜２と絶
縁カラー３，６．及び、電極板４，５ａとは高温接着剤
（たとえばセラミックス接着剤）で固定されている。

本構造では、可動電極板５と固定電極板４ａ。

４ｂとで二組の電極対（コンデンサ）を構成し、第３図
に示すように、被測定物８に固定される支持フレーム１
のつばと可動電極板固定フレーム２のつばの標点間（Ｇ
Ｌ）の変位ε・ＧＬ（ε：ひずみ）を上記二組のコンデ
ンサの電気容量の変化として検出する。

対向する電極の距離をし、対向する電極の面積をＡとす
ると、このコンデンサの電気容量Ｃは、Ｃ＝に−Ｄ／Ｌ
　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）となり、電
気容量Ｃは、対向面積Ａに比例し、対向距離りに反比例
する。Ｋは電極間の誘電率で雰囲気の性状により定まる
値である。

いま、被測定物８が伸びた場合を考えると、可動電極板
５と固定電極板４ａの間隔は大きくなり、逆に、固定電
極板４ｂとの間隔は小さくなるため、両者のコンデンサ
での電気容量変化の極性は逆になる。ここで、二組のコ
ンデンサの電気容量の初期値をＣ＾、　（、ｎ、被測定
物８の伸びによる可動電極板５の変位（ε・ＧＬ）に伴
う電気容量変化量をΔＣ＾、ΔＣｎ、及び、温度変化に
よる電気容量すのみかけ上の電気容量変化量ΔＣ＾、Δ
ＣＢはΔＣ＾＝ΔＣ＾＋ΔＣａ ・・（２） ΔＣｎ　＝ΔＣａ＋ΔＣＢ　　　　　　　　　　　・・
・（３）となる。第４図は、本実施例の容量型ゲージの
電気容量を検出する電気平衡回路を示す。第４図に示す
ように、隣辺に結線することにより、出力電圧ｖｆは ■に＝（Δ　Ｃ＾−ΔＣ口）・　ＶＢ／　Ｃ＾　　　　
　　・・・（４）と表わすことができる。ここで、二組
のコンデンサの対向距離を等しくしておくことにより、
ΔＣ＾＝−ΔＣＢ ・・・（５） となり、式（４）は。

■６＝２ΔＣＡ　・Ｖｓ／ＣＡ　　　　　　　　　　−
（７）となり、温度変化に伴う電気容量の変化は、相殺
され、−組のコンデンサで測定する場合に比ベニ倍の感
度で変位（ひずみ）を計測することができる。

本容量型ゲージは、対向電極板４，５の面積を一定にし
、対向距離の変化に基づく電気容量変化としてひずみを
計測するので、被測定物８が伸縮することで対向面積が
変化すると計測ひずみに誤差を生じる。また、製作時に
若干のずれを生じて取付けると、ゲージ毎に特性の異な
ったものが製作されることになる。そこで、可動電極板
５は固定電極板４ａ、４ｂよりも形状を少し小さく製作
することで、これらの問題点を解決した。また、本実施
例では、電極板４，５の対向面の形状を矩形としたが、
これを円形とすることで製作時の位置合せ工程がなくな
るので原価低減が図れる。

次に１本ゲージを被測定物８へ取付ける方法を第１図、
第５図に基づいて説明する。まず、支持フレーム１の下
部に下部プレート１０をスポット溶接等で固定する。次
に、固定電極板４ａ、４ｂと可動電極板５との間隔が一
定になるように、絶縁材でできたスペーサ１３を挟んで
可動電極板固定フレーム２を所定の位置にセットする。

この状態で被測定物８に支持フレーム１のつばのある上
部、及び、可動電極板固定フレーム２の上部よりスポッ
ト溶接で取付ける０次に、水平方向には可撓な可動電極
支持板１．３を支持フレーム１と可動電極板固定フレー
ム２の上部にスポット溶接等で固定する。さらに、支持
フレーム１のつばが付いている反対側側壁と被測定物８
に可撓板でできた転倒防止板９を同様にスポット溶接等
で取付ける。

その後、スペーサ１３を抜き取り、支持プレート１の上
部に上部プレート１２をスポット溶接等で取付けて終了
する。このように、電極部は、支持フレーム１．上部プ
レート１２、及び、下部プレート１０で覆われるため、
熱のゆらぎ、特に、副射加熱される場合や、雰囲気の流
体が変動する場合にも安定的なひずみ測定が可能となる
。

第６図は、支持フレーム１の被測定物８との接触部の詳
細形状を示す。本発明のようにすると二点で接触するの
で被測定物８に安定して固定することができる。なお、
可動電極板固定フレーｔｓ　２のつば部の形状も同じで
ある。

また、電極部は、支持フレーム、及び、上部。

下部プレートで覆われるため、副射熱等のゆらぎのある
場合や、雰囲気流体が変動する環境下でも安定したひず
み計測が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来例での高さ方向の寸法が半分以下
となり、相対変位する測定物での長期にわたるひずみ測
定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の側面図、第２図は第１図の
■−■矢視断面図、第３図は被測定物が伸びた場合の説
明図、第４図は電気容量を計測するための電気平衡回路
図、第５図は被測定物に取付けるための説明図、第６図
は支持フレームの被測定物と接触する部分の詳細形状の
側面図である。 １・・・支持フレー１１，２・・・可動電極板固定フレ
ーム、３・・・段付絶縁カラー、４・・・固定電極板、
５・・・可動電極板、６・・・円筒絶縁カラー、７・・
・リボンシート線、８・・・被測定物、９・・・転倒防
止板、１０・・・下部プレート、１１・・可動電極支持
板、１２・・・上部プレート、１３・・・スペーサ。 第 図 第２図 第 図 シｊ） 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定物の表面に取付け、前記被測定物の標点間の
   伸縮量を静電容量変化として検出する容量型ひずみゲー
   ジにおいて、 一端が前記被測定物に固定されるつばをもつた箱状支持
   フレームの内側に、前記つばと平行になるように絶縁し
   て一定間隔で固定された二枚の固定電極板と、前記固定
   電極板の中間に前記被測定物に固定される取付枠に絶縁
   して固定された可動電極板を配置し、前記可動電極板と
   各々の前記固定電極板とで二組の電極対を形成し、前記
   電極対を電気平衡回路の隣辺としたことを特徴とする容
   量型ひずみゲージ。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記電極対を支持フレームと上部、下部プレートで覆つ
   たことを特徴とする容量型ひずみゲージ。