JPH0634310A - 測温機能付きカプセル型ひずみゲージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温下におけるひずみ測定と、その環境温度
をひずみ測定点と温度測定点の同一性を保った状態で測
定できるようにし、且つ小型化と低廉化を実現する。 【構成】 ひずみ感応抵抗体が収納されたシースチュー
ブ３２から導出する導線とＭＩケーブル３４の芯線を第
１の接続部３３で接続する。このＭＩケーブル３４の芯
線をアルメル線とクロメル線にして熱電対回路を形成す
る。この熱電対回路は、アルメル線とクロメル線の各一
端をセンサ部３０のひずみ感応抵抗体で接続し、実質的
に短絡状態とした測温接点とする。ＭＩケーブル３４の
芯線の各他端とフレキシブルケーブル３６の芯線を第２
の接続部３５で接続する。センサ部３０でひずみ測定を
行うことができると共に、ＭＩケーブル３４の２本の芯
線で測温することができる。従って、測温結果に基づい
てひずみ検出データの各種補償を正確に行なうことがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測温機能付きカプセル
型ひずみゲージに関し、より詳細には、タービンブレー
ドの振動計測等の高温条件下におけるひずみ検出を高精
度に行うための測温機能付きカプセル型ひずみゲージに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】数１００度の高温環境下のひずみを測定
する場合には、その高温環境下にひずみ検出器を置き、
この検出器の出力端を、常温下に置かれた各種計測機器
にケーブルを介して電気的に接続する必要がある。

【０００３】このケーブルは、耐熱ケーブルとしなけれ
ばならず、その一例としてＭＩケーブル（ｍｉｎｅｒａ
ｌ ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｍｅｔａｌ ｓｈｅａｔｈｅ
ｄｃａｂｌｅ）と称されるものがある。

【０００４】このＭＩケーブルは、いわゆるシースとし
ての金属管（一般には、ステンレス鋼管）の中に酸化マ
グネシウム（ＭｇＯ）の粉体が固く詰められ、その心部
に信号線としての、例えば銅芯線が複数本挿入保持され
たものであり、燃焼する素材を用いていないので、炉の
近くのような数１００度の高温に晒される場所に使用す
るのに頗る好適なものである。

【０００５】図１８は、このようなＭＩケーブルおよび
リード線接続部を介してフレキシブルケーブルが接続さ
れた状態の溶接型高温ひずみゲージの平面図である。こ
のひずみゲージは、一般には被測定対象物にスポット溶
接によって固着され、高温下における被測定対象物に生
じるひずみをゲージ素子の抵抗値変化として検出するも
のである。

【０００６】同図において、被測定対象物１には、溶接
型高温ひずみゲージ（以下「カプセルゲージ」という）
２が置かれている。このカプセルゲージ２は、その詳細
な構成を図１９に示してある。

【０００７】図１９において、ステンレス鋼管でなるチ
ューブ３の中央には、ひずみに感応してひずみ量変化を
抵抗値変化に変換するニッケル・クロム合金線等よりな
るひずみ感応抵抗体４が、倒Ｕ字状に折曲して配置され
ている。このひずみ感応抵抗体４が配設されたチューブ
３内には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉体でなる絶
縁物５が固く充填されている。

【０００８】また、チューブ３の一端は、封じられ、他
端からはひずみ感応抵抗体４に接続された入出力端子線
であるリード線６が導出され、セラミック系の耐熱性を
有する接着剤７によって密封されている。

【０００９】このようなカプセルゲージ２は、その受感
部２ａを被測定対象物１に固定するためのベース８が固
定されている。このベース８は、図２０に示すように、
カプセルゲージ２の両側方に突出したフランジ部８ａ，
８ｂを有しており、その上にはスポット溶接で強固に固
定される溶接部９を有している。

【００１０】さて図１８に戻り、カプセルゲージ２から
延出されるチューブ３内のリード線６の端部とＭＩケー
ブル１１の一端とがそれぞれ溶接され、その溶接部が外
部と気密を保って封止された接続部１０を形成してい
る。

【００１１】この接続部１０において、ひずみ感応抵抗
体４に電気接続される２本のリード線６とＭＩケーブル
１１の内部の２本の導線とが電気的に接続されることに
なる。

【００１２】そして、ＭＩケーブル１１の他端から導出
された信号線と、ポリエチレン等のフレキシブル絶縁材
でなるフレキシブルケーブル１３によって被覆されたリ
ード線１４の一端とを接続し、その接続部が外部と気密
を保って封止された接続部１２を形成している。

【００１３】なお、符号１５は、リード線１４の周囲に
ポリエチレン等のフレキシブル絶縁材で形成されている
被覆である。このリード線１４は、ブリッジ回路等が形
成される図示省略のブリッジボックスを介してひずみ検
出回路に接続されるようになっている。

【００１４】一般的に、高温下におけるひずみ測定で
は、ひずみ測定点における温度を知ることが重要であ
り、その測定温度に基づいてひずみ測定データを補正す
ることによって真のひずみに対応した正確なひずみ測定
データを得ることができる。この具体例を図２１に示
す。図２１において、高温下に置かれた被測定対象物１
に上述のカプセルゲージ２が取付けられ、その近傍にシ
ース型熱電対２０が取付けられている。

【００１５】そして、カプセルゲージ２に生じた、ひず
み変化に基づく抵抗値変化は、ブリッジボックス１６に
よって、電圧値変化または電流値変化に変換され、次段
の増幅器１７によって増幅され、データレコーダ等の記
録器１８に記録されると共にデータ処理回路１９でひず
みデータの処理が行われ、測定ひずみのデータが求めら
れる。

【００１６】一方、シース型熱電対２０の測温接点部が
カプセルゲージ２の近傍に固定され、その基準接点部が
基準温度に保たれている。この基準接点部は、熱電対回
路を形成する２本の導線の端部を例えば氷温の０℃に保
つことによって冷接点補償器２１が構成される。また
は、上述の導線の端部を任意（例えば常温）の温度環境
下に置き、この温度環境下の温度と基準温度（例えば０
℃）との差に基因する熱起電力変化を電気的に補償する
ようにして冷接点補償器２１が回路構成される。

【００１７】従って、基準接点部である冷接点補償器２
１と測温接点部との間に生じる熱電位（熱起電力）に、
上記冷接点補償器２１によって補償された補償電圧を加
えた電圧を電圧計２２によって検出することによって被
測定対象物１の温度（カプセルゲージ２の近傍の温度）
が検出される。この温度データは、必要に応じてデータ
処理回路１９に入力され、温度に対応して検出データが
変化するのを補正できるようになっている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来のカプセル型ひず
みゲージは、シース型熱電対を併用することによって高
温下におけるひずみ測定において出力の温度補正を加え
ることができるものの、温度測定用の素子の位置とひず
み測定用の素子の位置とが一致していないために、両位
置に温度差が生じる場合には正確に出力の温度補正を行
うことができないという問題がある。

【００１９】また、被測定対象物の複数個所のそれぞれ
にひずみ測定用の素子を取付けて、所定範囲内のひずみ
の分布を測定しようとする場合には、ひずみ測定用の素
子のそれぞれの近傍に温度測定用の素子を設けることが
理想であるが、現実には寸法的な制約から取付けが困難
であったり、多数の温度測定用の素子を取付けることに
より被測定対象物の剛性等の機械的性質が変化してしま
うことがあり、これがひずみ測定の精度の低下を来たす
という問題がある。

【００２０】また、複数のひずみ検出用の素子のそれぞ
れの近傍に温度検出用の素子を設けることは非常に作業
性が悪いものであった。このために、複数のひずみ検出
用の素子の温度分布を代表する位置に温度検出用の素子
を設けざるを得ないことから、正確に出力の温度補正を
行い得ないという問題が残存することになる。

【００２１】本発明は、上述の事情に鑑みなされたもの
で、高温下に置かれたひずみ検出用の素子の温度そのも
のを効率よく検出することができ、小型で且つ安価であ
り、耐熱性に優れた測温機能付きカプセル型ひずみゲー
ジを提供することを目的とするものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る測温機能付
きカプセル型ひずみゲージは、上記の目的を達成するた
めに、密封されるシースチューブ内に充填された耐熱性
の絶縁材でなる粉体によってそのシースチューブ内に保
持されたひずみ感応抵抗体とこのひずみ感応抵抗体に連
設されて前記シースチューブから導出される２本のリー
ド部とからなるセンサ部と、前記２本のリード部に異種
金属からなる２本の導線の各一端が第１の接続部にてそ
れぞれ接続され、前記２本の導線の各他端が第２の接続
部にて常温型のフレキシブルケーブルの各芯線にそれぞ
れ接続されると共に、前記２本の導線が熱電対の形成回
路の一導線と他導線を形成する耐熱型ケーブルとを有
し、前記フレキシブルケーブルの各他端をブリッジ回路
の一辺に選択的に接続することによって、前記ブリッジ
回路の出力端から前記ひずみ感応抵抗体が受けるひずみ
に対応した出力を導出し得るように構成すると共に、前
記フレキシブルケーブルを前記ブリッジ回路の一辺から
選択的に切り離し測温計の入力端に接続することによっ
て該入力端を基準接点部とし前記センサ部と前記耐熱型
ケーブルとの接続点を測温接点部として、該測温接点部
における温度を検出し得るように構成したことを特徴と
するものである。

【００２３】

【作用】上記のように構成された測温機能付きカプセル
型ひずみゲージは、ひずみ感応抵抗体を耐熱性の絶縁材
でなる粉体を充填することによってシースチューブ内の
心部に絶縁状態で保持し、このひずみ感応抵抗体に連設
する２本リード部を上記シースチューブの端部から導出
させる。

【００２４】この２本のリード部に耐熱型ケーブルとし
ての２本の導線の各一端を接続し、各他端を常温型のフ
レキシブルケーブルの各芯線にそれぞれ電気接続する。
この際に上記２本の導線が熱電対の形成回路の一導線と
他導線として機能し、センサ部と耐熱型ケーブルとの接
続点が熱電対の測温接点部として機能する。

【００２５】そして、上記フレキシブルケーブルの他端
をブリッジ回路の一辺に選択的に接続してセンサ部をブ
リッジ回路の一辺に回路挿入することによって、上記ブ
リッジ回路の出力端から上記センサ部に生じるひずみを
検出し得るようにしてある。

【００２６】上記フレキシブルケーブルをブリッジ回路
の一辺から選択的に切り離して測温計の入力端に接続す
ることによって、この入力端を基準接点部とし、上記セ
ンサ部と耐熱性ケーブルとの接続点を測温接点部として
その温度を検出し得るようにしてある。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図１７
を用いて詳細に説明する。

【００２８】図１は、本発明の一実施例に係る測温機能
付きカプセル型ひずみゲージの外観構成を示す平面図で
ある。

【００２９】同図において、その全体は、ひずみ感応部
３１とシースチューブ３２でなるセンサ部３０と第１の
接続部３３とＭＩケーブル３４と第２の接続部３５とフ
レキシブルケーブル３６とから成っている。

【００３０】即ち、センサ部３０のひずみ感応部３１
は、図２に詳しく示すように、被測定対象物に取付けら
れる薄板で帯状のフランジ部３７の長手方向に沿う中央
にシースチューブ３２の大径部４０が固定され、このシ
ースチューブ３２内には、耐熱性の絶縁材、例えば酸化
マグネシウム（ＭｇＯ）の粉体３９を密に充填すること
によってひずみ感応抵抗体３８が堅く保持されている。

【００３１】このひずみ感応抵抗体３８は、使用最高温
度が５５０℃程度の場合には、ニッケル−クロム系や白
金タングステン系の合金が用いられ、８００℃程度の場
合には鉄−クロム−アルミニウム系やニッケル−クロム
−鉄系やニッケル−クロム−アルミニウム系の合金が用
いられる。

【００３２】また、センサ部３０のフランジ部３７、シ
ースチューブ３２の材質は、耐食性と耐熱性に優れたＮ
ＣＦ６００（ＪＩＳ記号）を用いているので、最高使用
温度が８００℃まで確保されている。

【００３３】このようなシースチューブ３２は、その外
径が２段に、即ち大径部４０と小径部４１とに形成さ
れ、大径部４０の先端部分がフランジ部３７に固着さ
れ、小径部４１の端部が上記のＮＣＦ６００からなる第
１の接続部３３に接続されている。

【００３４】この第１の接続部３３は、図３に詳しく示
すように、シースチューブ３２の小径部４１とＭＩケー
ブル３４とを筒体４２を介して接続するものであり、詳
しくは、小径部４１の先端から突出するひずみ感応抵抗
体３８のリード部の根元を８００℃程度の高温に充分に
耐えるセラミック系の接着剤４３で端末処理する。

【００３５】一方、ＭＩケーブル３４の端部に突出する
アルメル線４５とクロメル線４６の根元を８００℃程度
の高温に充分耐えるセラミック系の接着剤４４で端末処
理し、最高使用温度が５５０℃程度の場合には、「ひず
み感応抵抗体３８とアルメル線４５」と「ひずみ感応抵
抗体３８とクロメル線４６」のそれぞれを接続点ａにお
いて銀ロウ接合し、最高使用温度が８００℃程度の場合
には、上記両線を接続点ａにおいてニッケルロウ接合す
る。

【００３６】このような第１の接続部３３に一端が接続
されたＭＩケーブル３４の他端には、図４に詳しく示す
第２の接続部３５を介してフレキシブルケーブル３６が
接続されている。

【００３７】即ち、ＭＩケーブル３４の端末部は、筒体
４８に支持され、その先端から突出するアルメル線４５
の根元とクロメル線４６の根元は、接着剤４７で気密に
封止されている。フレキシブルケーブル３６の端末部
は、筒体４８に支持され、その突出する芯線５０，５２
のそれぞれは、ポリエチレン等のプラスチックでなる被
覆４９，５１で覆われている。

【００３８】そして、アルメル線４５とクロメル線４６
のそれぞれの先端には、半田の付きをよくするための銀
ロウコーティングが予め施され、「アルメル線４５と芯
線５０」および「クロメル線４６と芯線５２」のそれぞ
れが接続点ｂにおいて半田付けされることによって電気
的に接続されている。なお、筒体４８の内部には、結線
作業の後に、エポキシ樹脂が充填される。

【００３９】また、フランジ部３７は、図５に示すよう
に、被測定対象物１上に点溶接で固着され、第１の接続
部３３は、図６および図７に示すように金属帯５３を半
周回程度巻付け、その両辺（フランジ部）を点溶接部５
４で被測定対象物１上に固定される。さらに、ＭＩケー
ブル３４の固定も金属帯５５を用いて上述同様に行われ
ている。

【００４０】次に、以上のように構成された本実施例に
係る測温機能付きカプセル型ひずみゲージが接続される
電気回路を、図８を用いて説明する。カプセル型ひずみ
ゲージ１００は、１つの入力を２系統に切替えるスイッ
チ５６の入力端に接続され、このスイッチ５６の出力端
の一方の系統は、ブリッジボックス５７、増幅器５８、
記録器５９データ処理回路６０とを順次に接続して構成
されるひずみ検出系回路に接続されるようになってい
る。このスイッチ５６の出力端の他方の系統は、冷接点
補償器６１と電圧計６２とを順次に接続して構成される
測温系回路に接続されるようになっている。

【００４１】以上のように構成された本実施例に係る測
温機能付カプセル型ひずみゲージを用いて高温下におけ
る動ひずみを測定する場合、スイッチ５６をひずみ検出
系回路側のブリッジボックス５７側に切換える。この場
合、回路的には図９に示すようになる。

【００４２】即ち、ひずみ感応抵抗体３８の抵抗成分ｒ
_ｇおよびＭＩケーブル３４、フレキシブルケーブル３６
の内部抵抗成分（以下同じ）がブリッジの一辺に回路挿
入される。ブリッジ回路の他の３辺は、抵抗の温度係数
の極めて小さな固定抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３をもって形成
される。

【００４３】従って、固定抵抗Ｒ１と抵抗成分ｒ_ｇ（ケ
ーブル３４，３６の内部抵抗を含む）との接続点と、固
定抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点との間に所定の入力電圧（ブ
リッジ電圧）が供給されると、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２の接
続点と抵抗Ｒ３、抵抗成分ｒ_ｇの接続点との間にひずみ
感応抵抗体３８の抵抗成分ｒ_ｇの変化に伴った出力電圧
が生じる。この出力電圧は、ひずみ感応抵抗体３８が被
測定対象物１から受けるひずみに追従したものとなる。

【００４４】なお、この出力電圧は、コンデンサＣｆと
抵抗Ｒｆで形成されるＣＲ型のハイパスフィルタ回路に
よって直流成分と低周波成分がカットされた出力電圧と
なる。このカットオフ周波数の特性、即ちＥout ／Ｅin
は、図９に示す、コンデンサＣｆの容量をＣｏとすれ
ば、次式のようになる。

【００４５】

【数１】 よって、コンデンサＣｆの容量Ｃｏを、それぞれ１μ
Ｆ、２．２μＦ、１０μＦとした場合のそれぞれのカッ
トオフ周波数は、図１０に示すようにそれぞれ１６Ｈ
ｚ、７．２３Ｈｚ、１．６Ｈｚになる。このために測定
すべき動ひずみの周波数の態様に応じて容量Ｃｏを選択
すれば良い。このようにして得られるブリッジボックス
５７の出力電圧は、増幅器５８によって増幅され、記録
器５９に記録されデータ処理回路６０で所望のデータ処
理が行われる。

【００４６】さて、スイッチ５６を測温回路系に切換え
ると、ひずみ感応抵抗体３８の抵抗成分ｒ_ｇが、図１３
に示すようにアルメル線４５とクロメル線４６の各一端
間に回路挿入されて測温接点部を形成する。そして、ア
ルメル線４５の他端は、接続点ｂにてフレキシブルケー
ブル３６の一方の芯線５０と接続され、冷接点補償器６
１を形成するブリッジに接続されることになる。

【００４７】即ち、この冷接点補償器６１は、３辺のそ
れぞれに抵抗温度係数の極めて小さな固定抵抗Ｒ４，Ｒ
５，Ｒ６が接続され、一辺に温度が上昇すると抵抗値が
下がる特性を有する負性抵抗Ｒ０が接続されたブリッジ
回路で構成され、このブリッジ回路における固定抵抗Ｒ
４，Ｒ５の接続点と、固定抵抗Ｒ６，負性抵抗Ｒ０の接
続点との間に一定電圧の入力電圧が供給される。

【００４８】固定抵抗Ｒ５，Ｒ６の接続点と固定抵抗Ｒ
４、負性抵抗Ｒ０の接続点との間にひずみ感応抵抗体３
８の抵抗成分ｒ_ｇと、アルメル線４５，クロメル線４６
で形成される熱電対回路の熱起電力を検出する電圧計６
２が接続されることになる。

【００４９】本来ならば、冷接点補償器６１としては、
基準温度、例えば０℃の一定温度に保つものであるが、
この実施例では、基準接点部の温度が任意の温度であっ
ても、常に実質的な温度を０℃とするような電気的手段
を用いている。

【００５０】アルメル線４５、クロメル線４６で形成さ
れる熱電対回路の熱起電力は、基準接点部が任意の環境
下（例えば常温）に置かれているために、当然のことで
はあるが基準温度（例えば０℃）における熱起電力に対
して出力差が生じる。

【００５１】この出力差を補償するために、図１３に示
すように、ブリッジの一辺に負性抵抗Ｒ０が設けられて
いる。この負性抵抗Ｒ０の温度特性は、アルメル線４
５，クロメル線４６で形成される熱電対回路の熱起電力
特性に近似させている。そして、このような特性を有す
る負性抵抗Ｒ０に基づいて基準接点部の温度変化による
熱起電力変化を補償するものである。

【００５２】ここで、アルメル線４５とクロメル線４６
を結合させて形成する測温接点部は、厳密に言うとショ
ート状態ではなくひずみ感応抵抗体３８，アルメル線４
５，クロメル線４６等の抵抗成分を有しているので、そ
の抵抗成分の影響を受けるか否かについて検討する。

【００５３】電圧計６２の入力端には、図１１に示すよ
うに、等価的にひずみ感応抵抗体３８の抵抗成分ｒ_ｇと
アルメル線４５の抵抗成分Ｒ_ＬＡとクロメル線４６の抵
抗成分Ｒ_ＬＣが直列に接続されることになる。そして、
アルメル線４５とクロメル線４６による熱電対回路によ
る熱起電圧Ｅｏが発生することになる。

【００５４】また、一般には図１２に示すような回路に
おいて、Ｃ−Ｄ間をショートした状態でＡ，Ｂ点（冷接
点部または基準接点部）とＣ，Ｄ点（測温接点部）の間
に温度差を与えるとゼーベック効果によってＡ−Ｂ間に
熱起電圧が生じるのである。

【００５５】このために、図１１に示す出力電圧Ｅは、 Ｅ＝Ｅｏ−Ｅ_ＬＡ−Ｅ_ＬＣ−Ｅ_ｇ となり真の熱起電圧Ｅｏと電圧Ｅが等しくなくなる。こ
こでＥ_ＬＡは、抵抗成分Ｒ_ＬＡに起因して生じる電位
差、Ｅ_ＬＣは、抵抗成分Ｒ_ＬＣに起因して生じる電位
差、Ｅ_ｇは、抵抗成分ｒ_ｇに起因して生じる電位差であ
る。

【００５６】しかし、図１１に示す実施例においては、
ひずみ感応抵抗体３８の抵抗値が約１２０Ω、アルメル
線４５、クロメル線４６、フレキシブルケーブル３６等
を含めたリード線の内部抵抗の抵抗値が約８０Ωである
のに対し、出力電圧Ｅを測定するための電圧計（測温
計）の入力インピーダンスＺｉが１００ＫΩ以上から１
ＭΩ程度になっている。従って、回路全体としての抵抗
は、抵抗成分Ｒ_ＬＡ，ｒ_ｇ，Ｒ_ＬＣとインピーダンスＺ
ｉを加え合せたもの、即ちＺｉ＝１００ＫΩとすれば１
００．２ＫΩとなる。

【００５７】このために抵抗成分Ｒ_ＬＡ，ｒ_ｇ，Ｒ_ＬＣ
のそれぞれに流れる電流が非常に少なく、上述のドロッ
プ電圧Ｅ_ＬＡ，Ｅ_ｇ，Ｅ_ＬＣのそれぞれが無視できる値
となるので、真の熱起電圧Ｅｏに実質的に等しいデータ
が得られることになる。

【００５８】そして、電圧計６２の出力データによっ
て、ブリッジボックス５７、増幅器５８、記録器５９で
構成されるひずみ検出系回路で得られるひずみデータ
を、データ処理回路６０で補正して真のひずみデータを
求めるのであるが、その前提としてセンサ部３０の温度
を測定することによってＭＩケーブル３４の抵抗値やセ
ンサ部３０の抵抗値変化およびゲージ率等を補正する必
要がある。

【００５９】先ず、図１４に示すようにひずみ感応部３
１、シースチューブ３２、第１の接続部３３とＭＩケー
ブル３４の一部（長さＬ１）が高温下に置かれ、ＭＩケ
ーブル３４の一部（長Ｌ２）と第２の接続部３５、フレ
キシブルケーブル３６が常温下に置かれ、かつ長さＬ１
が０．５ｍで長さＬ２が１．５ｍの場合のＭＩケーブル
３４の抵抗値補正係数を、図１５に示すグラフによって
求める。例えば、温度が８００℃の場合には係数を１．
４５とするのである。

【００６０】また、ひずみ感応抵抗体３８そのものの、
温度に基づく抵抗値の補正係数を図１６によって求め
る。例えば、温度８００℃の場合には、係数を１．０４
８とするのである。

【００６１】さらに、ひずみ感応抵抗体３８そのもの
の、温度に基づくゲージ率の補正係数を図１７によって
求める。例えば、温度が８００℃の場合には、抵抗値補
正係数を０．９２とするのである。以上の３項目の補正
係数に基づき、ゲージ全体の最終的なゲージ率Ｋ_Ｂを下
式の通り求めるのである。

【００６２】

【数２】 ここで、Ｋ_１は、図１７で求めた補正係数で補正したゲ
ージ率、Ｒ_ＧＯは、図１６で求めた補正係数で補正した
抵抗値、ｒ_ｇは、図１６によって求めた補正係数で補正
した抵抗値Ｒ_ＧＯと図１５で求めた係数で補正した抵抗
値とを加え合せた抵抗値である。従って、本実施例にお
いては、ひずみ感応抵抗体３８として、高温での安定性
に優れた合金を用いているので８００℃程度の高温に充
分耐えることができる。

【００６３】また、高温に晒されるＭＩケーブル３４の
芯線には、高温での耐久性に優れたアルメル線４５とク
ロメル線４６を用いているので８００℃程度の高温にも
充分に耐えることができる。

【００６４】さらに、これらのひずみ感応抵抗体３８、
ＭＩケーブル３４とその第１の接続部３３等の高温に直
接晒される表面部分の材質には、ＮＣＦ６００を用いて
いるので、８００℃程度の高温に耐えると共に、蒸気、
酸等に晒されてもその機能が損なわれることがない。

【００６５】本実施例においては、測温機能部分、即ち
熱電対回路を形成するアルメル線とクロメル線を、シー
スチューブ内に封入して耐熱ケーブルとして形成してあ
るので、シース型熱電対を別途用いる必要がなくなり、
その分、全体的な構成を簡略化でき、結果的にコストダ
ウンを実施することができる。

【００６６】また、従来のカプセル型ひずみゲージに比
して大幅に小型化されているので、今まで取付け不可能
であった狭い場所への取付けが可能になると共に、複数
取付けることでひずみ分布を測定する際に高い密度でも
ってひずみ分布測定を行うことができる。

【００６７】さらに、センサ部分の取付けが点溶接を用
いて簡単に行えるために、接着剤が不要となり、取付け
の際に加熱や加圧の必要がなくなり、取付後に直ちに測
定することが可能となる。しかもセンサ部３０を被測定
対象物に取付ける際にリード線の接続を行うことやコー
ティング処理が不要であるので、能率的な取付けが行え
ると共に特別な技能を要しないという利点がある。

【００６８】なお、本発明は、上述の実施例に限定され
ることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の
変形実施をすることができることは勿論である。例え
ば、上述の実施例においては、ひずみ感応抵抗体３８を
直接に第１の接続部３３に接続しているが、ひずみ感応
抵抗体３８をひずみ検知部分のみに設け、耐熱性を有す
る導線等のリード線を介して第１の接続部３３に接続
し、このリード線をＭＩケーブル３４に電気接続するよ
うにしても良い。

【００６９】また、熱電対回路を形成するＭＩケーブル
３４の２本の芯線（例えば、アルメル線４５とクロメル
線４６）をひずみ感応抵抗体３８が収納されるカプセル
部の内部に埋設するようにしてもよい。このように構成
すれば、ひずみ感応部３１の外径の大径化は否めないも
のの、ひずみ感応部分と測温部分とが一致し、より高精
度なひずみ測定を実現することができる。

【００７０】さらに、ひずみ感応抵抗体３８、シースチ
ューブ３２、第１の接続部３３、ＭＩケーブル３４の外
面被覆、ＭＩケーブル３４の芯線（アルメル線４５とク
ロメル線４６）等のそれぞれの材質は、実際に使用する
温度及び高圧ガス、蒸気等の特殊条件の状態に応じて変
更しても良いことは勿論である。

【００７１】また、本発明は、図２に示すように１本の
ひずみ感応抵抗体３８のみがシースチューブ３２内に粉
体３９によって埋設保持された形式のカプセル型ひずみ
ゲージに適用し得るばかりでなく、上記ひずみ感応抵抗
体３８のほかにこれを巻回するように絶縁状態で配設さ
れたダミー抵抗体をシースチューブ３２内に共に粉体３
９によって埋設保持してなる形式のカプセル型ひずみゲ
ージにも適用することができる。

【００７２】この場合、ダミー抵抗体は、ひずみ感応抵
抗体３８と同一材質のものを用い、そしてフランジ部３
７から受ける被測定対象物のひずみに対しては感応せ
ず、温度変化には感応してその抵抗値、ゲージ率等を変
化し得るようにひずみ感応抵抗体３８の周囲を巻回させ
る構成とすればよい。

【００７３】そして、この場合、温度測定に際しては、
ひずみ感応抵抗体３８の一端とダミー抵抗体の一端を、
第１の接続部３３にて接続し、ひずみ感応抵抗体３８の
他端およびダミー抵抗体の他端を、同じく第１の接続部
３３にてアルメル線４５およびクロメル線４６の各一端
にそれぞれ接続すればよい。

【００７４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る測温機能付きカプセル型ひずみゲージは、ひずみゲ
ージの検出出力を測定回路に導くための耐熱ケーブルと
してケーブルの２本の芯線を熱電対回路を形成するよう
な材質にしているために、ひずみ測定部分の温度を簡単
に且つ正確に測定することができる。

【００７５】また、測温機能をひずみゲージに併有させ
る構成としたので、従来のようにひずみ測定部分の近傍
に測温素子を別個に取付ける必要がなく、全体構造が簡
略化されて安価になると共に大幅に小型化でき、しかも
取付け作業が簡略化される利点がある。さらに、ひずみ
測定部分と測温部分が接近しているために正確な温度補
正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る測温機能付きカプセル
型ひずみゲージの平面図である。

【図２】図１中に示されるセンサ部の拡大断面図であ
る。

【図３】図１中に示される第１の接続部の拡大断面図で
ある。

【図４】図１中に示される第２の接続部の拡大断面図で
ある。

【図５】図１中に示される測温機能付きカプセル型ひず
みゲージの取付状態を示す斜視図である。

【図６】図５中に示される第１の接続部のＭＩケーブル
のみを破断して示す側面図である。

【図７】図５中に示される第１の接続部の固定状態を示
す斜視図である。

【図８】図１に示される測温機能付きカプセル型ひずみ
ゲージが接続される測定部の回路図である。

【図９】図８中に示されるブリッジボックス回路の詳細
回路図である。

【図１０】図９に示される回路のカットオフ特性を示す
周波数特性図である。

【図１１】熱起電力と線路抵抗の関係を示す等価回路図
である。

【図１２】図８に示される回路の動作説明用の等価回路
図である。

【図１３】図８中に示される回路の詳細回路図である。

【図１４】高温下に晒されるＭＩケーブル長さの関係を
示す平面図である。

【図１５】ＭＩケーブルの温度に対する抵抗値補正係数
を示す特性図である。

【図１６】ひずみ感応抵抗体の温度に対する抵抗値補正
係数を示す特性図である。

【図１７】ひずみ感応抵抗体のゲージ率補正係数を示す
特性図である。

【図１８】従来のカプセル型ひずみゲージの外観を示す
平面図である。

【図１９】図１８中に示されるカプセル部の拡大断面図
である。

【図２０】図１８中に示されるカプセル部を被測定対象
物上に固定した状態を示す拡大平面図である。

【図２１】従来の測温回路とひずみ検出回路を示す回路
図である。

【符号の説明】

３０ センサ部 ３１ ひずみ感応部 ３２ シースチューブ ３３ 第１の接続部 ３４ ＭＩケーブル ３５ 第２の接続部 ３６ フレキシブルケーブル ３７ フランジ部 ３９ 粉体 ４０ 大径部 ４１ 小径部 ４２，４８ 筒体 ４３，４４，４７ 接着剤 ４５ アルメル線 ４６ クロメル線 ４９，５１ 被覆 ５０，５２ 芯線 ５３，５５ 金属帯 ５４ 点溶接部 ５６ スイッチ ５７ ブリッジボックス ５８ 増幅器 ５９ 記録器 ６０ データ処理回路 ６１ 冷接点補償器 ６２ 電圧計

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密封されるシースチューブ内に充填され
   た耐熱性の絶縁材でなる粉体によってそのシースチュー
   ブ内に保持されたひずみ感応抵抗体とこのひずみ感応抵
   抗体に連設されて前記シースチューブから導出される２
   本のリード部とからなるセンサ部と、前記２本のリード
   部に異種金属からなる２本の導線の各一端が第１の接続
   部にてそれぞれ接続され、前記２本の導線の各他端が第
   ２の接続部にて常温型のフレキシブルケーブルの各芯線
   にそれぞれ接続されると共に、前記２本の導線が熱電対
   の形成回路の一導線と他導線を形成する耐熱型ケーブル
   とを有し、 前記フレキシブルケーブルの各他端をブリッジ回路の一
   辺に選択的に接続することによって、前記ブリッジ回路
   の出力端から前記ひずみ感応抵抗体が受けるひずみに対
   応した出力を導出し得るように構成すると共に、 前記フレキシブルケーブルを前記ブリッジ回路の一辺か
   ら選択的に切り離し測温計の入力端に接続することによ
   って該入力端を基準接点部とし前記センサ部と前記耐熱
   型ケーブルとの接続点を測温接点部として、該測温接点
   部における温度を検出し得るように構成したことを特徴
   とする測温機能付きカプセル型ひずみゲージ。