JPH10141910A - 歪測定装置 - Google Patents

歪測定装置

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JPH10141910A
JPH10141910A JP30488796A JP30488796A JPH10141910A JP H10141910 A JPH10141910 A JP H10141910A JP 30488796 A JP30488796 A JP 30488796A JP 30488796 A JP30488796 A JP 30488796A JP H10141910 A JPH10141910 A JP H10141910A
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JP
Japan
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cylinder
strain
fluid
detector
weight
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Application number
JP30488796A
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English (en)
Inventor
Katsunori Tanaka
克則 田中
康弘 ▲高▼橋
Yasuhiro Takahashi
Masahiro Ebiko
正洋 海老子
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Yokohama Rubber Co Ltd
Original Assignee
Yokohama Rubber Co Ltd
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Publication date
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変形量の大きい物体の歪率も十分に測定する
ことのできる上に、測定精度を向上させることが出来、
更に安全で安価に製造することが出来る歪測定装置を提
供することを目的とするものである。 【解決手段】 筒体1aの材料としては、ゴム100重
量部に対してカーボンブラック0〜100重量部配合し
た組成物、またはゴム100重量部に対してシリカ0〜
100重量部配合した組成物、またはゴム100重量部
に対してカーボンブラックとシリカとの混合物を、0〜
100重量部配合した組成物から構成され、筒体1aの
形態としては、断面矩形状の外面と断面円形の内面とを
有している。流体1cとしては、例え筒体1aが損傷し
て、外部に流出することがあっても安全性の高い非圧縮
性のカーボンブラックと水との重量比を1:2に設定し
たスラリー状のカーボン混合物を用いている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、物体の応力等を
測定する際に用いられる歪測定装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば物体の応力を測定する場合
には、物体に任意の方向の荷重を加えて歪を測定するこ
とにより、荷重の大きさと歪から物体の圧縮応力、引張
り応力、ねじり応力等が求められる。また、歪率の測定
においては、測定対象物の表面に導電性を有する検出子
を装着し、測定対象物の歪量に応じて変形する検出子の
電気抵抗の変化率によって歪率を測定している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の歪率測定用の検
出子には、金属線や金属箔等の導電体をプラスチックや
紙等からなる基板に貼り着けたものが用いられるが、こ
れら導電体の変形量は微小であるため、測定可能な歪率
は数%が限界である。従って、従来の歪測定装置では金
属等の比較的剛性の高い物体の測定には有効であるが、
ゴム等の変形量の大きいものに対しては測定が極めて困
難であるという問題点があった。
【0004】この発明は、かかる従来の課題に着目して
案出されたもので、変形量の大きい物体の歪率も十分に
測定することのできる上に、測定精度を向上させること
が出来、更に安価に製造することが出来る歪測定装置を
提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、検出子を、両端を密閉された可撓性を有す
る絶縁性の筒体と、筒体内に充填された導電性を有する
非圧縮性の流体と、筒体内の流体の両端に接触する一対
の電極とから構成し、前記筒体は、ゴム100重量部に
対してカーボンブラック0〜100重量部配合した組成
物からなり、前記非圧縮性の流体は、スラリー状のカー
ボン混合物を用いることを要旨とするものである。
【0006】また、この発明は検出子を、両端を密閉さ
れた可撓性を有する絶縁性の筒体と、筒体内に充填され
た導電性を有する非圧縮性の流体と、筒体内の流体の両
端に接触する一対の電極とから構成し、前記筒体は、ゴ
ム100重量部に対してシリカ0〜100重量部配合し
た組成物からなり、前記非圧縮性の流体は、スラリー状
のカーボン混合物を用いることを要旨とするものであ
る。
【0007】更に、この発明は、検出子を、両端を密閉
された可撓性を有する絶縁性の筒体と、筒体内に充填さ
れた導電性を有する非圧縮性の流体と、筒体内の流体の
両端に接触する一対の電極とから構成し、前記筒体は、
ゴム100重量部に対してカーボンブラックとシリカと
の混合物を、0〜100重量部配合した組成物からな
り、前記非圧縮性の流体は、スラリー状のカーボン混合
物を用いることを要旨とするものである。
【0008】この発明は上記のように構成され、カーボ
ンブラックまたはシリカ配合ゴム等で検出子の筒体を形
成し、従来のカーボン配合ゴムと同等の耐久性を維持し
た状態で、弾性率の伸びに対して安定させることで、こ
の筒体が変形すると、筒体内に充填されているカーボン
ブラックと水、またはその他の液体とのスラリーの形態
が筒体の内形に沿って変化し、流体の電気抵抗が変化す
る。
【0009】この場合、スラリーは変形に規制を受けな
いので、筒体を上記のように弾性率が伸びに対して安定
する材料により構成することで、変形量の大きい物体の
歪率も十分に測定することのできる上に、測定精度を向
上させることが出来、また例え損傷して筒体内のスラリ
ーが外部に流出しても安全であり、変形量の大きい物体
の歪率も十分に測定が可能となるものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、この発
明の実施形態を説明する。図1は、この発明の一実施形
態を示す歪測定装置の一部断面概略構成図、図2は検出
子の斜視図を示し、前記歪測定装置は、測定対象物の表
面または内部に装着される検出子1と、検出子1に所定
の電圧を印加する電源2と、検出子1の電気抵抗を測定
する抵抗測定器3とから構成されている。
【0011】前記検出子1は、両端を開口した可撓性を
有する絶縁性の筒体1aと、筒体1aの両端を密閉する
一対の電極1bと、筒体1a内に充填された導電性を有
する流体1cとからなり、各電極1bには電源2及び抵
抗測定器3が直列に接続されている。前記筒体1aの材
料としては、ゴム100重量部に対してカーボンブラッ
クを配合しない組成物、またはゴム100重量部に対し
てシリカ30重量部配合した組成物、またはゴム100
重量部に対してカーボンブラックとシリカとの混合物
を、10:20の割合で配合した組成物から構成され、
筒体1aの形態としては、断面矩形状の外面と断面円形
の内面とを有している。
【0012】なお、上記実施形態に示す筒体1aの形態
は一例であり、同様な材料であれば外形及び内形ともに
任意の形状に形成することが可能である。また、各電極
1bは白金によって形成されるとともに、筒体1aの内
径と同等の外径を有し、各筒体1aの内面に接着剤等に
より固定されている。また、流体1cとしては、例え筒
体1aが損傷して、外部に流出することがあっても安全
性の高い非圧縮性のカーボンブラック(電気抵抗が約、
0.21Ω・cmのアセチレンブラック)と水との重量比を
1:2に設定したスラリー状のカーボン混合物を用いて
いる。なお、水の代わりに他の液体を用いることも可能
である。
【0013】以上のように構成された歪測定装置におい
ては、図3の実線矢印に示すように検出子1に軸方向反
対向きの外力が加わると、筒体1aが弾性変形により伸
長する。その際、筒体1a内の流体1cの体積は一定で
あるから、筒体1aの内形は各電極1bの対向面間の距
離×断面積=一定の関係を保ちながら変化する。ここ
で、筒体1a内に充填されている流体1cの形態を筒体
1aの内形によって形状変化する円柱とすれば、図4
(a),(b)に示すように表現することができる。
【0014】即ち、図4(a)に示すように検出子1を
外力を加えていない自然状態での流体1cの長さをL、
流体1cの断面積をS1、その時の抵抗測定器3の測定
値をR1とし、図4(b)に示すように検出子1が外力
によって伸長したときの流体1cの長さをL+ΔL、流
体1cの断面積をS2、その時の抵抗測定器3の測定値
をR2とすれば歪率εは以下のようにして求められる。
【0015】導電体の電気抵抗は長さに比例し、断面積
に反比例するので、流体1cの固有抵抗値をρとする
と、 R1 =(ρ/S1 )×L …… (1) R2 =(ρ/S2 )×(L+ΔL) …… (2) ΔL=εL …… (3) となる。
【0016】また、流体1cの体積は一定であるから、 L×S1 =(L+ΔL)×S2 =一定 …… (4) が成り立つので、式(3) 及び式(4) から、 L×S1 =L(1+ε)×S2 S2 =S1 /(1+ε) …… (5) 式(1) 及び式(2) から、 ρ=(S1 /L)×R1 =S2 /(L+ΔL)×R2 …… (6) 式(5) 及び式(6) から (S1 /L)×R1 =S2 /L(1+ε)×R2 =S1 /L(1+ε)2 ×R2 …… (7) 式(7) からS1 /L A去して R1 =R2 /(1+ε)2 …… (8) ゆえに、 ε=(R2 /R1 )1/2 −1 …… (9) となる。
【0017】次に、この発明の実施形態における歪測定
装置を用いて変形量の大きい物体の歪率を測定した例を
以下に示す。なお、この測定例では測定対象物として、
筒体1aの材料としてゴム100重量部に対してシリカ
30重量部配合した組成物を使用し,非圧縮性流体とし
て、カーボンブラックと水との重量比を1:2に設定し
たスラリー状のカーボン混合物を用いた。
【0018】まず、図5に示すように測定対象物Aの上
端を固定し、その側面に歪測定装置の検出子1を軸方向
が鉛直方向と一致するように装着する。次に、測定対象
物Aの下端に下方への荷重Wを加え、荷重Wを段階的に
増やしながら歪率の測定を行う。また、測定条件として
は、自然状態での流体1cの長さLを10mm、直径を1
mmとした検出子1を用い、荷重Wは0から1kgずつ増加
させた。
【0019】図6は測定結果を示すグラフであり、図中
の黒点は歪測定装置による測定値、即ち、ε=(R1 /
R2 )1/2 −1から算出した値である。また、図中の実
線は検出子1の伸び量ΔLを実測し、ε=ΔL/Lによ
って求めた実際の歪率である。即ち、本測定例によれ
ば、歪測定装置の測定値は実測値にほぼ等しく、歪率ε
=1(検出子1の伸び量が2倍)を越えても測定値に殆
ど誤差がないという良好な結果が得られた。
【0020】このように、本実施形態の歪測定装置によ
れば、変形に規制を受けない導電性の流体1c(カーボ
ンブラックと水との重量比を1:2に設定したスラリー
状のカーボン混合物)を可撓性を有する筒体1a(ゴム
100重量部に対してシリカ30重量部配合した組成
物)内に充填し、流体1cの電気抵抗の変化率により歪
率を測定するようにしたので、可撓性を有し、かつ変形
量の大きい物体の歪率も十分に測定することが可能にな
り、各種材料の応力測定等に幅広く利用することができ
る。更に、各電極1bを白金によって形成し、水銀を用
いた流体1cとイオン化傾向が異ならないようにしたの
で、流体1cの抵抗率を変化させることがなく、常に安
定した特性を得ることができる。
【0021】なお、筒体1aの材質としては、モジュラ
ス比が1に近いほど弾性率が一定であり、ゴム弾性率の
非線形性を弱めることで測定精度が向上する点から、こ
の発明の実施形態では、シリカ配合ゴム,従来のカーボ
ン配合ゴムに比べてカーボン量が多いカーボン配合ゴ
ム,あるいはカーボンブラックとシリカとの混合物から
成る配合ゴムを使用している。
【0022】図7及び図8は、ゴム材料に配合する補強
材としてのカーボンブラック,カーボンブラックとシリ
カとの混合物,シリカの配合量に対するモジュラス比を
示したもので、図7は、モジュラス比M(100)/モジュラ
ス比M(50)、即ち、ゴムを50%伸ばした時のモジュラス
比と、100 %伸ばした時のモジュラスを示し、また図8
はモジュラス比M(200)/モジュラス比M(100) 、即ち、
ゴムを200 %伸ばした時のモジュラス比と、100 %伸ば
した時のモジュラスを示している。
【0023】上述したように、モジュラス比が1に近い
ほど弾性率が一定であり、ゴム弾性率の非線形性を弱め
ることで測定精度が向上するから、ゴム材料に配合する
補強材として、シリカが最も好ましいことが判る。
【0024】
【発明の効果】この発明は、上記のようにカーボンブラ
ックまたはシリカ配合ゴム等で検出子の筒体を形成する
ことで、従来のカーボン配合ゴムと同等の耐久性を維持
した状態で、弾性率の伸びに対して安定させ、更に筒体
内に封入する非圧縮性の流体として、スラリー状のカー
ボン混合物を用いることで、以下のような優れた効果を
奏するものである。 .筒体が変形すると、筒体内に充填されているスラリ
ー状のカーボン混合物の形態が筒体の内形に沿って変化
し、流体の電気抵抗が変化し、この場合、スラリーは変
形に規制を受けないので、筒体を上記のように弾性率が
伸びに対して安定する材料により構成することで、変形
量の大きい物体の歪率も十分に測定することのできる上
に、測定精度を向上させることが出来る。 .また、例え損傷して筒体内のスラリーが外部に流出
しても安全である上、変形量の大きい物体の歪率も十分
に測定が可能となる。 .更に、コスト面及び安全性に有利なこの発明の歪測
定装置は、造船,航空,建築等の大規模で振動の多い測
定物にも有効に利用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態を示す歪測定装置の一部
断面概略構成図である。
【図2】検出子の斜視図である。
【図3】検出子の変形状態を示す側面断面図である。
【図4】(a)、(b)は流体の形態を示す説明図であ
る。
【図5】測定例の構成を示す側面図である。
【図6】測定結果を示すグラフである。
【図7】ゴム材料に配合する補強材のモジュラス比を示
す説明図である。
【図8】ゴム材料に配合する補強材のモジュラス比を示
す説明図である。
【符号の説明】
1 検出子 1a,1d,1e 筒体 1b 電極 1c 流体 A 測定対象

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測定対象物に導電性を有する検出子を装
    着し、測定対象物の歪に応じて変形する検出子の電気抵
    抗の変化率によって歪を測定する歪測定装置において、 前記検出子を、両端を密閉された可撓性を有する絶縁性
    の筒体と、筒体内に充填された導電性を有する非圧縮性
    の流体と、筒体内の流体の両端に接触する一対の電極と
    から構成し、前記筒体は、ゴム100重量部に対してカ
    ーボンブラック0〜100重量部配合した組成物からな
    り、前記非圧縮性の流体は、スラリー状のカーボン混合
    物を用いることを特徴とする歪測定装置。
  2. 【請求項2】 測定対象物に導電性を有する検出子を装
    着し、測定対象物の歪に応じて変形する検出子の電気抵
    抗の変化率によって歪を測定する歪測定装置において、 前記検出子を、両端を密閉された可撓性を有する絶縁性
    の筒体と、筒体内に充填された導電性を有する非圧縮性
    の流体と、筒体内の流体の両端に接触する一対の電極と
    から構成し、前記筒体は、ゴム100重量部に対してシ
    リカ0〜100重量部配合した組成物からなり、前記非
    圧縮性の流体は、スラリー状のカーボン混合物を用いる
    ことを特徴とする歪測定装置。
  3. 【請求項3】 測定対象物に導電性を有する検出子を装
    着し、測定対象物の歪に応じて変形する検出子の電気抵
    抗の変化率によって歪を測定する歪測定装置において、 前記検出子を、両端を密閉された可撓性を有する絶縁性
    の筒体と、筒体内に充填された導電性を有する非圧縮性
    の流体と、筒体内の流体の両端に接触する一対の電極と
    から構成し、前記筒体は、ゴム100重量部に対してカ
    ーボンブラックとシリカとの混合物を、0〜100重量
    部配合した組成物からなり、前記非圧縮性の流体は、ス
    ラリー状のカーボン混合物を用いることを特徴とする歪
    測定装置。
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