JPS6199802A - 高温ひずみゲ−ジの温度による見かけひずみ測定装置 - 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】 （ａ）　　技術分野 本発明は、高温ひずみゲージの温度による見かけひずみ
測定装置に係り、より詳細には、ひずみを受けるとその
ひずみに応じた電気信号を出力する検出部に被測定対象
物へ例えば点溶接により固着するためのフランジ部が設
けられ、高温下の被測定対象物に生じるひずみを前記フ
ランジ部を介して検出し得るようになした高温ひずみゲ
ージの温度による見かけひずみを測定する装置に関する
ものである。

（ｂ）　　従来技術 高温ひずみゲージは、高温下（例えば１００〜６５０℃
程度）において被測定対象物に生じるひずみ（または応
力、以下同じ）を検出するものである。近来、高圧容器
、ガスタービン、ロケット、ミサイルおよび原子炉など
で高温下における研究が活発になっており、高温ひずみ
ゲージの必要性が益々高まっているとともにそのひずみ
検出精度の向上の要求も強まってきている。その検出精
度を確保するためには、温度に対する種々の対策を施す
必要がある。

例えば、高温ひずみゲージを被測定対象物に固着する場
合には、熱により劣化し接着強度が低下したり絶縁抵抗
が低下したりするような有機系接着剤を使用することは
できないため、代りに無機系接着剤が用いられる。しか
しながら、この無機系接着剤も完全に温度影響を無くす
ることはできない。このような接着型高温ひずみゲージ
の問題点を解決するために開発された高温ひずみゲージ
として、ひずみ検出部の周縁にフランジ部を形成し、こ
のフランジ部を被測定対象物に点溶接により固着される
溶接型高温ひずみゲージと称されるものがある。

ところで、高温ひずみゲージの検出出力に及ぼす温度の
影響の要因としては、接着剤の影響とは別に、主として
次の４つの因子が挙げられる。

第１の因子は、ひずみを検出するゲージ素子の抵抗温度
係数、第２の因子は、ゲージ素子のひずみ感度（ゲージ
ファクタ）、第３の因子は、ゲージ素子の線膨張係数、
第４の因子は、被測定対象物の線膨張係数である。そし
て、これらの因子の影響により、高温ひずみゲージは、
被測定対象物に生じるひずみ以外にも温度による　“見
かけひずみを検出することとなる。この見かけひずみと
は、高温ひずみゲージが被測定対象物に固着され、ひず
みが加えられない状態でも、３一 温度変化により抵抗値が変化することをいう。

従って、被測定対象物に生じるひずみを正確に測定する
ためには、正確な見かけひずみを知る必要がある。

従来から、この見かけひずみを測定するため、高温ひず
みゲージを高温試験炉中において加熱し、所定の温度に
おける高温ひずみゲージの出力を測定する方法が採られ
ている。

この見かけひずみの測定方法の１つとして、例えば被測
定対象物に固着させない状態、つまり単体の高温ひずみ
ゲージを例えば２０個程度束ねて、高温試験炉に入れ、
所定の各温度毎の高温ひずみゲージの出力を計測するこ
とによって見かけひずみを測定するという方法が採られ
ていた。

しかしながら、この測定方法の場合、実際に被測定対象
物と同様な材質に固着されていないため、加熱時にフラ
ンジ部等が変形し、また実際に被測定対象物に固着した
ときの見かけひずみとは大きな差を生じ、到底高精度が
要求されるひすみ測定には用いることができなかった。

また、従来の他の測定方法として、同時に製造されるロ
フトから２０個程度の高温ひずみゲージを抽出し、その
うちｌＯ数個を高温試験炉中で単体で加熱し、残余の幾
つかを被測定対象物と同材質の試験片上に点溶接により
固着させた状態で同時に加熱し見かけひずみの測定を行
い、この測定値を同時に加熱した他の高温ひずみゲージ
の見かけひずみの代表値と推定するという方法も採用さ
れていた。

しかしながら、この測定方法の場合、測定に用いた高温
ひずみゲージは、点溶接されているから高温ひずみゲー
ジを試験片から取外し実際め被測定対象物上に再び溶接
して使昂することは、現実には著しく困難乃至は不可能
であり、仮に取外せたとしても感度や疲労寿命等の特性
を著しく損うという難点があった。

また、この後者の方法による測定値は、あくまでも代表
値であり、各高温ひずみゲージが有する固有の見かけひ
ずみとは異なるため、特に高精度を必要とするひずみを
測定する場合、問題であった。

また、これらの測定方法では、高温試験炉中で同時に多
数の高温ひずみゲージの加熱を行うが、その際に各高温
ひずみゲージへの熱伝導が均一とならず所定の温度にお
ける見かけひずみを測定できないという難点があった。

（ｃ）　　目的 本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、温度による見かけひずみを実際の被測定対象
物に固着したと同様の条件で高精度に測定することがで
き、また、この測定を行った高温ひずみゲージを簡単に
装置から取外しが可能で、実際の被測定対象物に何らの
支障なく固着でき、高温下における正確なひずみ測定を
行うことのできる高温ひずみゲージの温度による見かけ
ひずみ測定装置を提供することにある。

（ｄ）　　構成 本発明は、上記の目的を達成させるため、ひずみを受け
るとそのひずみに応じた電気信号を出力する検出部に被
測定対象物へ固着するためのフランジ部が設けられ、高
温下の被測定対象物に生じるひずみを前記フランジ部を
介して検出し得るようになした高温ひずみゲージの温度
による見かけひずみを測定する装置において、少なくと
も線膨張係数が前記被測定対象物と同程度の素材よりな
り前記検出部を実質的に押圧しない状態で前記フランジ
部の一方の面が当接されるゲージ取付部が複数形成され
た取付基体と、少なくとも線膨張係数が前記被測定対象
物と同程度の素材よりなり前記フランジ部の他方の面と
当接され前記取付基体に取付けられることによって前記
フランジ部を前記取付基体との間に挟持固定する固定部
材と、この固定部材および前記取付基体とともに前記高
温ひずみゲージを収容できこれらを任意の温度に加熱す
る加゛熱炉とを具備し、前記取付基体と前記固定部材と
により複数の前記高温ひずみゲージを挟持固定した状態
でこれらを前記加熱炉内に収容し、＝７− 前記加熱炉を所定の温度に変化させその所定の各温度に
おける前記各高温ひずみゲージの前記検出部からの出力
を得て前記複数の高温ひずみゲージの温度による見かけ
ひずみをそれぞれ測定し得るように構成したことを特徴
としたものである。

以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

第２図は、本発明に係る温度による見かけひずみ測定装
置に取付けられ測定の対象とされる高温ひずみゲージの
一例である溶接型高温ひずみゲージ（以下単に「高温ゲ
ージ」という）の縦断面図である。

同図において、１はステンレス鋼等よりなるチューブで
あり、このチューブ１の中央には、ひずみに感応するニ
ッケル・クロム線等よりなるアクティブ素子２が倒Ｕ字
状に折曲して配設されている。また、このアクティブ素
子２の周囲には同じ材質よりなるダミー素子３がひずみ
に不感なるように巻回されている。そして、これらのア
クティブ素子２およびダミー素子３が配設されたチュー
ブ１内には、酸化マグネシウムＭｇＯの粉末が絶縁物と
して封入されている。

また、チューブ１の一端は封じられ、他端からはアクテ
ィブ素子２およびダミー素子３に接続された入出力端子
線であるリード線４が導出され、セラミック系の耐高温
接着剤５によって密封されている。６は、チューブ１の
受感部１８に固着され受感部１ａを被測定対象物に取付
けるベースである。尚、被測定対象物に生じたひずみに
感応するベース６、チューブｌ、酸化マグネシウムＭｇ
Ｏ、アクティブ素子２等を総称して検出部ということと
する。

第３図は、この高温ゲージを被測定対象物７上に固着さ
せた状態を示す平面図である。

同図において、ベース６は、チューブ１の両側方に突出
したフランジ部６ａ　、６ｂを有しており、このフラン
ジ部６ａ　、６ｂ上には点溶接による溶接箇所を示すマ
ーク８が印されている。

そして、高温ゲージは、このマーク８の部位を点溶接す
ることにより被測定対象物７に固着される。高温ゲージ
からの出力は、リード線４から耐熱構造となったＭＴケ
ーブル（ｍ　ｉ　ｎ　ｅ　ｒ−ａ　ｌ　　ｉ　ｎ　Ｓ　
＋３　］　ａ　ｔ　ｅ　ｄ　　ｍ　ｅ　ｔ　ａ　＋５ｈ
ｅａｔｈｅｄ　　ｃａｂｌｅ）等を介して計測機器に導
かれる。被測定対象物７に生じたひずみは、フランジ部
６ａ　、　６ｂ　、チューブ１の受感部１ａ、酸化マグ
ネシウムＭｇＯを介してアクティブ素子２へ伝達され、
そのアクティブ素子２の圧縮または引張による抵抗値変
化として検出され、アクティブ素子２自体の温度による
抵抗値変化は、ホイートストンブリッジ構成とされたひ
ずみ検出回路（図示省略）の−辺に挿入されるダミー素
子３の温度のみによる抵抗値変化によって電気的に相殺
され、前述した第１の因子である抵抗温度係数の影響が
補償される。このひずみ検出回路は、入力側の相隣る２
辺にアクティブ素子２とダミー素子３を接続し、他の２
辺に固定抵抗を接続したホイートストンブリッジとして
構成される。

次に、第１図は、高温ゲージを加熱し温度による見かけ
ひずみを測定する本発明に係る装置の一部を破断して示
した斜視図である。

同図において、９は、耐火レンガにより形成され電熱ヒ
ータ（図示せず）が内周壁面に配設された加熱炉として
の高温試験炉である。この高温試験炉９は、両端が閉塞
された円筒状を呈し、より詳しくは、軸方向に平行な面
に沿って２分割された半円筒体１０と半円筒体１１とを
当接保持させたものであり、その外周の適宜箇所（この
例の場合６箇所）に設けられた止め具１２により半円筒
体１０と１１とが圧接保持されている。また、半円筒体
１０と１１の両端面には、それぞれ半円状切欠部］Ｏａ
　　（１０ｂ）。

１１ａ　　（１ｌｂ　）が形成されており、これらの半
円状切欠部１０ａと１１ａ、およびＪｏｂと１１ｂが当
接された状態のとき、孔１３ａおよ　“び１３ｂが形成
される。１４は、高温試験炉９の中央部に設置され、高
温ゲージが固着される被測定対象物とは少なくとも線膨
張係数が等しいと見做せる素材よりなる四角柱状の取付
基体としての取付台であり、その内部には一端から他端
に貫通する円孔１４’ａが穿設されている。

この取付台１４の４面よりなる側周面には高温ひずみゲ
ージのチューブ１の逃げ部として、取付台１４の両端面
側より軸方向に沿って中間部近傍に達する３本の溝部１
４ｂが各側周面に６箇所合計２４箇所形成されている。

１５は、取（＝Ｊ台１４の各側周面にそれぞれ４本の止
めネジ１６によって固定された固定部材としての固定板
であり、高温ゲージが固着される被測定対象物とは少な
くとも線膨張係数が等し□いと見做せる素材よりなる。

１７は、第４図に示すようにして取付台１４と固定板１
５との間に挟持固定された高温ゲージのリード線４に接
続されたケーブル（例えばＭＴケーブル）であり、高温
試験炉９の両端の孔１３ａ、１３ｂより導出されて１本
に束ねられ、その延長端は図示しない計測器に接続され
る。

第４図は、第１図に示す実施例のうち、高温ゲージが取
付台１４と固定板１５との間に挟持固定された状′態を
示す部分断面図である。

同図において、高温ゲージは、検出部の一部であるチュ
ーブ１が取付台１４の溝部１４ｂ内に殆んど接触しない
状態（実質的に押圧されない状態）で挿入され、第１図
に示すようにリード線４が溝部１４ｂの一端側より導出
されている。また、高温ゲージのベース６は固定板１５
の面に当接され、ベース６のフランジ部５ａ。

６ｂがそれぞれ取付台１４と固定板１５とによって挟持
されている。

このようにして、高温試験炉９中に配設された高温ゲー
ジは、電熱ヒータ（図示せず）によって例えば、１００
°Ｃ刻みに定格温度まで加熱され、所定の温度における
各高温ゲージの出力がひずみ計等によって計測され、温
度による見かけひずみが測定される。

第５図は、上記実施例の測定装置において加熱・測定さ
れた高温ゲージの見かけひずみ（イ）、（ロ）と、従来
の測定装置において加熱・測定された高温ゲージの見か
けひずみ（ハ）、（ニ）とを比較した線図であり、横軸
に温度（℃）、縦軸に温度による見かけひずみを示しで
ある。

同図において、（イ）は、製造された高温ゲージを第１
図に示す取付台１４と固定板１５との間に挟持せしめ、
１サイクルの加熱（例えば０℃→５００℃→０℃）を行
ったときの見かけひずみであり、（ロ）は、この高温ゲ
ージを取外した後、固定板１５と同材質の試験片上にフ
ランジ部６ａ　、６ｂを点溶接し２サイクル目の加熱を
行ったときの見かけひずみである。これらの線図のうち
、（イ）と（ロ）との間には殆んど差違がなく、極めて
正確でバラツキの少ない見かけひずみを測定することが
できた。次に（ハ）は、１０ツトとして製造された２０
箇程度の高温ゲージの１つを試験片上に点溶接し１サイ
クルの加熱を行ったときの見かけひずみであり、（ニ）
は、残余の高温ゲージの他の１つを２サイクル目に試験
片上に（ロ）の場合と同様に点溶接し加熱を行ったとき
の見かけひずみである。これらの従来の測定方法による
（ハ）と（ニ）との間には大きな差異が生じている。

この原因として考えられることは、ｌサイクル目の加熱
時に高温ゲージが固定されていないことから高温ゲージ
のベース特に、フランジ部が熱の影響によって変形する
ためであると考えられる。もう一つの原因は、（ハ）の
高温ゲージと（ニ）の高温ゲージとは同一のものではな
いためと考えられる。

上述の如く構成された温度による見かけひずみ測定装置
によれば、次のような種々の利点が得られる。

先ず、この高温、試験炉９によって加熱された高温ゲー
ジは、被測定対象物と線膨張係数が同程度な取付台１４
と固定板１５とによって挟持された状態で加熱されるか
ら、実際のひずみ測定時と略同じ条件下におかれており
、このときに測定される値は、温度の影響のみによる極
めて正確な見かけひずみである。従って、高温ゲ−ジを
第３図に示すように被測定対象物７に溶接してひずみを
検出し、上述のようにして測定した見かけひずみの分を
補正することにより精度よく真の負荷ひずみを検出する
ことができる。

また、溶接することなく実際の測定状態と同等な状態で
加熱、測定することができるので、ゲージ感度、疲労寿
命などのゲージ特性を損うことがなく、測定された見か
けひずみの値が正確であり、また、見かけひずみの測定
に使用した高温ゲージは、いずれも何らの損傷を受ける
ことなく実際の測定にそのまま使用できるので極めて経
済的である。

また、高温ゲージは、全品、固定板１５に固定された状
態で見かけひずみの測定が行われるため、従来の如く任
意に抽出した高温ゲージの見かけひずみを代表値とした
場合のように各高温ゲージ毎の見かけひずみのバラツキ
が大きいことによる精度の低下はなく、また、高温ゲー
ジのベース６が熱によって変形し使用できなくなること
もない。

尚、本発明は、上述した実施例のみに限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変
形実施が可能である。

例えば、見かけひずみの測定の対象である高温ゲージは
、溶接型に限らず、フランジ状部を有するものであれば
接着型のようなものであってもよい。

また、見かけひずみの補正の方法としては、測定された
各温度における見かけひずみを直接補正してもよいが、
この見かけひずみを相殺する温度補償抵抗をアクティブ
素子２およびダミー素子３および固定抵抗とで構成され
るホイートストンブリッジ回路の一辺に挿入することに
より近似的に補正するようにしてもよい。このようにし
た場合、被測定対象物に加えられた負荷ピより生じたひ
ずみのみを直ちに測定することができ、実用上至便なも
のとなる。

さらにまた、上記実施例では、検出部の逃げとしての溝
部１４ｂを取付台１４側に形成しであるが、固定板１５
側に形成してもよい。

（ｅ）　　効果 以上詳述したように本発明によれば、高温ひずみゲージ
を被測定対象物に固着したと同様な条件で温度による見
かけひずみを測定し得るように構成しであるから、その
測定の結果は精度が高く、従って高精度が要求される高
温下のひずみ測定に充分対応することができ、また温度
による見かけひずみの測定時には、取付基体と固定部材
との間に高温ひずみゲージを挟持固定するだけで被測定
対象物には溶接しないので、取外しが簡ＱＬにでき、被
測定対象物への固着に何ら支障を来たすことがなく、し
かもゲージ感度、疲労寿命などのゲージ特性を損うこと
もないので、この面でもひずみ測定の精度の向上を実現
でき、さらには温度による見かけひずみ測定のためにの
み高温ひずみゲージが費消されるというような不経済な
問題も一挙に解決し得る高温ひずみゲージの温度による
見かけひずみ測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の構成を一部破断して示す
斜視図、第２図は、同実施例において温度による見かけ
ひずみの測定の対象とされる溶接型高温ひずみゲージの
一実施例の構成を示す縦断面図、第５図は、同じ溶接型
ひずみゲージが被測定対象物へ点溶接により固着された
状態を示す平面図、第４図は、第１図に示す実施例の一
部を拡大して示す断面図、第５図は、第１図に示す実施
例と、従来例により測定された結果を比較する線図であ
る。 ｌ・・・・・・チューブ、　　　２・・・・・・アクテ
ィブ素子、３・・・・・・ダミー素子、　６・・・・・
・ベース、６ａ　、６ｂ・・・・・・フランジ部、７・
・・・・・被測定対象物、９・・・・・・高温試験炉、
１４・・・・・・取付台、　　　１４ｂ・・・・・・溝
部、１５・・・・・・固定板、　　　１６・・・・・・
止めネジ、１７・・・・・・ケーブル、 ＭｇＯ・・・・・・酸化マグネシウム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ひずみを受けるとそのひずみに応じた電気信号を
   出力する検出部に被測定対象物へ固着するためのフラン
   ジ部が設けられ、高温下の被測定対象物に生じるひずみ
   を前記フランジ部を介して検出し得るようになした高温
   ひずみゲージの温度による見かけひずみを測定する装置
   において、少なくとも線膨張係数が前記被測定対象物と
   同程度の素材よりなり前記検出部を実質的に押圧しない
   状態で前記フランジ部の一方の面が当接されるゲージ取
   付部が複数形成された取付基体と、少なくとも線膨張係
   数が前記被測定対象物と同程度の素材よりなり前記フラ
   ンジ部の他方の面と当接され前記取付基体に取付けられ
   ることによって前記フランジ部を前記取付基体との間に
   挟持固定する固定部材と、この固定部材および前記取付
   基体とともに前記高温ひずみゲージを収容できこれらを
   任意の温度に加熱する加熱炉とを具備し、前記取付基体
   と前記固定部材とにより複数の前記高温ひずみゲージを
   挟持固定した状態でこれらを前記加熱炉内に収容し、前
   記加熱炉を所定の温度に変化させその所定の各温度にお
   ける前記各高温ひずみゲージの前記検出部からの出力を
   得て前記複数の高温ひずみゲージの温度による見かけひ
   ずみをそれぞれ測定し得るように構成したことを特徴と
   する高温ひずみゲージの温度による見かけひずみ測定装
   置。