JPS5927204A - 熱応力測定装置 - Google Patents

熱応力測定装置

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JPS5927204A
JPS5927204A JP13707882A JP13707882A JPS5927204A JP S5927204 A JPS5927204 A JP S5927204A JP 13707882 A JP13707882 A JP 13707882A JP 13707882 A JP13707882 A JP 13707882A JP S5927204 A JPS5927204 A JP S5927204A
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JP
Japan
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strain
gauge
temperature
resistance
lead wire
Prior art date
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Pending
Application number
JP13707882A
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English (en)
Inventor
Bunji Ishii
石井 文治
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

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】 [発明の技術分野] 本発明は熱応力測定装置に係り、特に高温ひすみゲージ
のゲージリード線の加熱長さの影響に起因するみかけひ
ずみの補正およびゲージファクタの温度補正を高精度で
行い得るようにした熱応力測定装置に関する。
[発明の技術的背傾とその問題点コ 近年、火力発電プラント等は苛酷な温度条件下で使用さ
れるようになっCきており、熱応力、特に起動・停止時
に生ずる非定常熱応力の解明がプラントの強度信頼性向
上にとって不可欠な要素となつCきている。
熱応力を測定するには、従来から被測定体上に固定され
たハーフブリッジを構成する溶接型の抵抗線ひずみゲー
ジとこれに対応するハーフブリッジを構成するスイッチ
ボックスとの間をゲージリード線により接続し−で1抵
抗線ひずみゲージの抵抗変化から被測定体のひずみを求
める方法が広く用いられている。
この種の溶接型の高温ひずみゲージSGは、第1図に示
されるように、ひずみにより抵抗の変化するPt−Wア
クティブ素線1と温度変化による零点移動の低減をはか
るためのpt −wダミー素線2とをスデンレス製のカ
ブヒル3内に間隔をおいて収容し、これらの間隙にMg
Oからなる無機質絶縁粉末4を充填しC構成され(いる
上記カプセル3はその下面から張り出されたフランジ5
を第2図に示すように被測定体M上にスポット溶接する
ことにより固定される。図中符号Wはスポット溶接個所
を示している。また、高温ひずみゲージSGから導出さ
れるゲージリード線6は、高温ひずみゲージSGに接続
され被H1l+定体Mの上に固定される耐熱性のインテ
グラルソー1〜線6aとこのインテグラルリードl!J
!6 aと後述するひずみゲージ用スイッチボックスと
を接続りるビニールリード線6bどがら成っCいる。符
号7は、高温ひずみゲージのターミナル5GvJ:j、
J、びインテグラルリード線6aを被測定体上に固定す
るステンレス箔から成る止めパンFCある。
高温ひずみゲージSGの電気回路は第3図に示ずように
、アクティブ素線1による抵抗R△とダミー素線による
ダミー抵抗Roとを含むハーフブリッジ型とされており
、アクティブ索線1と被測定体Mとの間の線膨張係数の
差による温度補償を行なうために、アクディプ抵抗R△
と直列に温度補償抵抗Rvcxが挿入され”Cいる。こ
の温度補償抵抗RTCII+の抵抗値は温痘?11i償
範囲と被測定体Mの材料の線膨張係数を指定することに
より、ゲージフリーでの温度特性から決定される。
符号SBは、高温ひずみゲージSGのゲージ用スイッチ
ボックスであって、ブリッジ抵抗Rθ、RcJ3よび調
整抵抗RBALにより高温ひずみゲージSGに対応する
ハーフブリッジを構成している。なお、図中RLはゲー
ジリード線6による抵抗、E INは測定電源、EOL
ITは出力端子Cある。
しかしながら温1度補償抵抗RTCHにより温度補償を
行なったとし“Cも、アクティブ索線1の線膨張係数は
温度とともに非線形に変化するから広い範囲にわたって
完全にみかけひずみを零にすることはできない。すなわ
ちこの種の高温ひずみゲージSGでは、第4図に示すよ
うに温度Tの上昇とともに負のみかりひずみεえが発生
ずるがその変化が非線形ぐあるため温度補償抵抗R丁C
s ”C″完全温度補償を行なうことはできず、通常温
度補償範囲のほぼ中間値でみかけひずみεαの絶対(l
αが最大となり、最高使用温度にれが零となるように調
節され−Cいる。
したがっC溶接型高温ひずみゲージSGにおいでは、温
度変化に起因したみか(]ひずみε山にJ、る誤差補正
が問題となるが、これにさらに前述したJ、うに、高温
ひずみゲージフリーUら導出されるインテグラルリード
線6aが高温の被測定(ホMの表面に長い孔側にわたっ
“C添設される結果両者の線膨張係数の差により生じる
出力の影響が加わることになる。このインテグラルリー
ド線6aの加熱によるひずみεLによる影響は、第5図
に示すように加熱長さに比例し、かつ温+に上4に1′
4′なつC人ぎいらのとなる。
一方、高温ひずみゲージSGのゲージファクタGFCは
通常次式で与えられる。− GFC=GFNXF (T)XRΔ/ (R八  ト RT  CM →−RL)  ・・・ 
・・・ (1)ここで G[N:ベーシックゲージの1i温でのゲージファクタ F(T):ゲージファクタ温度係数 R八ニアクチイブゲージ抵抗 RTCM:温度補償抵抗 RL:ゲージリード線抵抗 をそれぞれ示している。
これらの高温ひずみゲージSGのみかりひずみの補正、
ゲージリード線の加熱長さの影響によるみかりひずみの
補正およびゲージファクタの温度補正を行なうために、
従来から第6図に示された熱応力4算システムが用いら
れている。
この第6図に示すシステムでは高温ひずみゲージ11a
、111+、11Cからの検出信号がゲージリード線1
2a 、12b 、12cおよびひずみゲージ用スイッ
チボックス14を介してデジタル静ひずみ・温度計16
に供給される。
一方、高fAヒスミケーシ11a 、 1 lb 、 
11Cと同じ場所に設置された熱電対17a 、17b
、17cからの温度信号はリード線18a、18b、1
8cおJ:び熱電対用スイッチボックス19を介して同
じ(デジタル静ひずみ・温度6116に供給される。通
常これらの各測点にa3(〕る温度およびひずみの計測
は、自動タイマ1−を便っC適当なインターバル時間I
Dに行なわれる。これ竹のデータは紙テープさん孔器P
Mにより紙テープ1−)[にさ/v孔記録される。イし
にの紙ゲージP「を電子剖紳機CP Uに供給づること
により、高温ひずみゲージのみか(〕ひずみの補正、高
温ひずみゲージのゲージリード線の加熱長さの影響によ
るみがけひずみの変化の抽圧およびゲージファクタの温
度補正を行なっCいる。
このような従来の装置による高温ひずみの測定にL12
いCは、インテグラルリード線tこよる抵抗変化の補正
は、インテグラルリード線の加熱長さを計測し、ゲージ
リード線12a 、 12b 、12cが熱電対17a
 、 17b 、’l 7cによっC検出された高温ひ
ずみゲージ11a、11b、11cの数句は位置にd3
ける温度に均一にさらされ−Cいるものと仮定し−U 
第5図に示したゲージリード線の加熱長さ、加熱温度と
ひずみとの関係を用い0行つでいるが、実際には被測定
体の温度分イbが非常に変化し′Cいる場合があり、し
かも第5図に示したように温度によりひ覆−みは大きく
変化Jるため補正の精度が低くなるという難点があった
さらにゲージファクタの温度補正に用いられる(1)式
にはゲージリード線抵抗値RLが含まれる。火ツノプラ
ントのタービン部材等の熱応力計測C゛は、ゲージリー
ド線の加熱長さも長く広い領域にわたって温度変化の影
響を受けるため、計測毎にゲージリード線の抵抗値Rし
を測定する必要が生じる。
しかるに従来の熱応力測定装置では、測定中にゲージリ
ード線の抵抗値RLを計測することは不可能で゛あり、
ひずみの測定前および測定後に抵抗値RLを計測し、こ
の値を用いてゲージファクタの補正を行なっCいるため
手数がかかるという難点もあった。
[発明の目的コ 本発明の目的は、ゲージリード線の加熱長さの影響によ
る抵抗変化に起因するみかりひり−みの補正l115よ
びゲージファクタの温度補正を高粘度ひ行ない得るよう
にした熱応力測定装置を提供りることにある。
[弁明の概要] 本発明の熱応力測定装置は、被?1i11定体上に貼着
される高温ひずみゲージと、この高2KRO’ずみゲー
ジのひずみ計測回路とを、被測定体上に添設されるゲー
ジリード線にJ、り接続しCなる熱応力測定装置におい
て、前記グーシリ−1〜線の抵抗を61測する抵抗計測
回路と、前記ゲージリード線をひずみ計測回路から切離
し前記抵抗計測回路に接続する切換え手段とを設りたこ
とを特徴としCいる。
実施例 以下本発明による熱電ツノ測定装置の一実施例を第7図
を参照し゛C説明覆る。なお、第7図にJjいて第6図
と共通する部分は同一符号で示しである。
第7図において、高温ひずみゲージila、11b、1
1cは、高温の被測定体の表面に貼着されている。
これらの高温ひずみゲージ11a、11b、11Cから
ゲージリード線12a 、12b 、12cが導出され
、途中切換装置13を介しでひずみゲージ用スイッチボ
ックス1/lに接続され、ざらにひずみゲージ用スイッ
チボックス141まリード線15を介してデジタル静ひ
ずみ・濡U#t16に接続されている。
一万、高温ひずみゲージと同じ場所に設置された熱電対
17a、17b、17cは、’) −ト線18a 、1
8b 、18cを介して熱電対用スイッチボックス19
に接続され、熱電対用スイッチボックス19はリード線
20を介してデジタル静ひずみ・温度計16に接続され
Cいる。
さらに上記ゲージリード線12a、12b、12Cの抵
抗を計測するためにこれらのゲージリード線の高温ひず
みゲージ側に検出線21a、’21b、21cが接続さ
れ、抵抗計用スイッチボックス22を介して検出線から
の信号をデジタル抵抗計23に供給するようになってい
る。
自動タイマ丁からの出力線24a 、24b 、24C
はデジタル静ひずみ・温度6116、切換装置13Δ3
よびデジタル抵抗占(23にそれぞれ接続されてd3す
、適当な時間インターバルC切換装置13を連動させC
ひずみゲージ用スイッチボックス14のひずみ計測回路
と抵抗肘用スイッチボックス22の抵抗計測回路とを切
換え−にれらの出力信号をインタフェース25を経C]
ンピュータCPUに入力させる。この切換え装置は、高
温ひずみゲージ、ゲージリート線d5よびひり゛みゲー
ジ用スイッチボックスC′構成される小イストーンブリ
ッジからひずみゲージ用スイッチボックスを切角11し
、これを抵抗計用スイッチボックスと接続して抵抗測定
用のホイストーンブリッジを構成する作用をする。
次にゲージリード線抵抗RLの求め方について説明覆る
上記高温ひずみゲージ5Gt)、第8図に示されるよう
に、ハーフブリッジ型で414成されCおり、アクティ
ブ県線側の接続点Mと端子[1の間にはアクティブ抵抗
R^とRLが直列接続される一方。
ダミー側の接続点Mと端子T2どの間にはダミー抵抗R
oとRLが直列接続され、また接続点Mと出力端子T3
との間にも抵抗RLが接続されている。
第8図の回路においては、ゲージリード線抵抗RLと端
子T+ −T2 、T2−T3 、 T−3−T+間の
各抵抗(II RI 、R2、R3の間には次式で示す
関係が成立する。
R+=RA+2RL R2=Ro +2RL R3=RA +Ro +2RL −−−−(2>したが
っC各端子間の抵抗値R1、R2、R3を計測した後コ
ンピュータ10で上記(2)式の連立方程式を解けばゲ
ージリード線の抵抗RLを求めることがCきる。
なお第8図ひは全体の回路の図示を省略したが、第8図
に示したハーフブリッジ回路は、切換装置により抵抗測
定回路に切換えられた状態では第3図に示した回路と同
様に、抵抗計用スイッチボックス22内に組込まれた固
定値をもつブリッジ抵抗Re、Rc、調整抵抗RBAL
および温度補償抵抗RTCMとともにホビートス1〜ン
ゾリツジを構成する。
以上のように構成された本発明の熱応力測定装置にJ3
いては、第9図に示すようにゲージリード線の抵抗値2
RLとみかけひずみεLの変化が直線関係にあるから、
ゲージリード線6の加熱長さによる影響をゲージリート
線の抵抗RLの変化として捉えることによりグーシリ−
1−線の加熱長さの影響によるみかりひずみεLを高精
度で補正覆ることかできる。
また、ゲージファクタの温度油止も上記(1)式中のゲ
ージリード線の抵抗RLを熱応力の測定中に求めること
ができるので、容易におこなうことができる。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、ゲージリード線が温
度勾配をもつ被測定体Mにはわせる場合であっても正確
にみかけひずみの補正を行なうことができる。またゲー
ジファクタの温痘補正も容易に、かつ精度よく行なうこ
とがで′きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は高温ひずみゲージの構造を示した縦断面図、第
2図は高温ひずみゲージとそのリード線を被測定体上に
貼付した状態を示した図、第3図は高温ひずみゲージの
回路図、第4図は温度T(°F)とみかけひずみεLの
関係を示した線図、第5図はリード線加熱長さとひずみ
εLどの関係を示した線図、第6図は従来の熱応力測定
装置を示したブロック図、第7図は本発明による熱応力
測定装置を示したブロック図、第8図は高温ひずみゲー
ジの回路図、第9図はゲージリード線の抵抗2RLとび
ずみεLどの関係を示した線図である。 11a、11b、11c・・・・・・高温ひずみゲージ 12a、12b、12c・・・・・・ゲージリード線1
3・・・・・・・・・・・・切換装置14・・・・・・
・・・・・・ひずみゲージ用スイツチボツク16・・・
・・・・・・・・・デジタル静ひずみ温度計17a 、
 17b 、17c −−−−−−熱電対23・・・・
・・・・・・・・デジタル抵抗占1代理人弁理士   
須 山 仏 − 第1図 第2図 第3図 第4図 温度T(”F) 第7図 第8図 第0図 リード線の折抗 2F?L(−Q、)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被測定体上に貼着される高温ひずみゲージとこの
    高温ひずみゲージのびずみh1測回路とを、被測定体上
    に添設されるゲージリード線により接続しCなる熱応力
    測定装置にJ3いC1前記ゲージリード線の抵抗を計測
    する抵抗へ1測回路と、前記ゲージリード線をひずみC
    1測回路から切離し前記抵抗泪測回路に接続する切換え
    手段とを設【プたことを特徴とする熱応力測定装置。
  2. (2)ひずみへ1測回路のh1測値と抵抗削測回路の計
    測値とを入力して、ゲージリード線の加熱長さの影響に
    よるみかけひずみの補正を行なう手段を備え(いること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の熱応力測定装
JP13707882A 1982-08-06 1982-08-06 熱応力測定装置 Pending JPS5927204A (ja)

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JP13707882A JPS5927204A (ja) 1982-08-06 1982-08-06 熱応力測定装置

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JPS5927204A true JPS5927204A (ja) 1984-02-13

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ID=15190378

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08240696A (ja) * 1995-01-25 1996-09-17 Korea Advanced Inst Of Sci Technol ホウ酸分離用陰イオン交換膜抽出器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5674605A (en) * 1979-11-22 1981-06-20 Kyowa Dengiyou:Kk Strain measuring device

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