JPH0357902A - 高温ひずみゲー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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高温ひずみゲージの温度による見かけひず
み測定装置に関するもので、より詳しくは、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
みを上記フランジ部を介して検出するようにした高温ひ
ずみゲージの温度による見かけひずみ測定装置に関する
ものである． 〔従来の技術〕 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或し、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、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方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木きな差を生じ、到底高精度
が要求されるひず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
ットから２０個程度の高温ひずみゲージを抽出し、その
うち１０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の被測定対象物上に再び溶接
して使用することは、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。

上記のような点に鑑み、再使用可能な状態で温度による
見かけひずみを測定し得るようにしたひずみゲージ温度
特性測定装置が、例えば特開昭６↓−２８０５０５号公
報にて提案されている。

第６図は、上記ひずみゲージ温度特性測定装置の断面図
を示すもので、被測定材料と同一材料からなる母材２０
と、同じく被測定材料と同一同材料からなる一対の押え
板２１．２１とを備え、上記母材２０と押え板２１．２
１とで２枚のひずみゲージ２２．２２の検出部を押圧し
ない状態で該ひずみゲージ２２．２２のフランジ部２２
ａを挟持し，上記母材２０に対し押え板２１．２１を少
なくとも２本の通しボルト２３．２３で締付けて一対の
ひずみゲージ２２．２２を母材２０の表裏両面に圧接さ
せるように構成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記公開公報に記載された装置の場合，装置全体を所定
温度（例えば５５０℃）に昇温したとき、ひずみゲージ
２２．２２の伸びが母材２０の伸びと同一になるために
は、上記ひずみゲージ２２と母材２０の摩擦係数と両者
を押し付ける力の積（即ち摩擦力）が、ひずみゲージ２
２の伸びを母材２０の伸びと等しくするための力と同じ
か、若しくは大きくなければならない。この際、温度上
昇によって通しボルト２３．２３の張力が減少すると，
母材２０と押え板２１．２１によるひずみゲージ２２．
２２への圧接力が低下し、あるいは失われる。ここで、
温度上昇によって通しボルト２３．２３の張力が減少す
る要因としては、通しボルト２３．２３のねじ山の接触
状態、通しボルト２３，２３およびナット２４．２４と
押え板２１，２１との接触状態が熱を与えることによっ
てルーズになることが考えられる．しかしながら、従来
，この点について何ら対処されておらず、また、ボルト
の引張力が高温時においても必要とする締付力を維持し
ているかについても何ら考慮が払われていない。従って
、高温ひずみゲージの温度による見かけひずみを正確に
測定することができなかった． この発明は、上記のような問題を解決するためになされ
たもので，高温時において締付部材による締付力を確実
に維持することができ、従って、高温ひずみゲージを実
際に被測定対象物に固着したと同様な条件で保持して正
確なみかけひずみを測定する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
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る高温ひずみゲージの温度による見かけひ
ずみ測定Ｍｌ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
じるひずみを上記フランジ部を介して検出するようにな
した高温ひずみゲージの温度による見かけひずみ測定装
置において、少なくとも線膨張係数が上記被測定対象物
と同程度の素材よりなり上記フランジ部の一方の面が当
接される基板部材と、少なくとも線膨張係数が上記被測
定象物と同程度の素材よりなり上記検出部を押圧しない
状態で上記フランジ部の他方の面と当接され該フランジ
部を上記基板部材と協働して挟持固定する押え部材と、
この押え部材を上記フランジ部に均等に押圧するために
該押え部材の背面に配設した球体を介して組込まれたブ
ロック部材と、少なくとも上記球体および上記ブロック
部材の線膨張係数より小さく上記基板部材とブロック部
材とを締付けて上記フランジ部を上記基板部材と押え部
材とで圧接するための締付け部材とを備え、上記基板部
材に対し上記球体と上記押え部材と上記ブロック部材と
により上記高温ひずみゲージを挟持固定した状態でこれ
らを加熱炉内に収容し，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高温ひずみゲージの
温度による見かけひずみを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。

〔作　用〕

この発明においては、締付け部材の線膨張係数を少なく
とも球体およびブロック部材の線膨張係数よりも小さく
したので、高温時において締付け部材が膨張する伸び率
よりも球体およびブロック部材の膨張による伸び率が大
きくなり、上記締付部材による張力が確実に維持される
．これにより、基板部材に対し、球体と押え部材をもっ
て高温ひずみゲージのフランジ部を初期の圧接力で安定
且つ確実に挟持せしめることができ，しかも見かけひず
み測定後は、高温ひずみゲージを装置から取外し実際の
被測定対象物に固着して該被測定対象物のひずみを測定
することができる． 〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第４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、見かけひずみ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）の拡大断面図である。

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Ｍｇ○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＄１４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１ａに固着され受感部１
ａ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１、酸化マグネシウムＭｇＯ、アクティブ素子
２等を総称して検出部といい、全体を高温ゲージＧと称
する。

第５図は、この高温ゲージＧ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ｌ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Ｇ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。そして
高温ゲージＧからの出力は、上記リード線４から耐熱構
造のＭＩケーブル（Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｅ
ｄｍｅｔａｌ　ｓｈｅａｔｈｅｄ　ｃａｂｌｅ）　９を
介して計測機器に導かれる。なお、上記リード線４とＭ
Ｉケーブル９は溶接１０で接続され、この接続部分はカ
バー１ｌで覆われ、カバー１１とチューブ１１およびＭ
Ｉケーブル９の外周とは、それぞれ溶接されて密閉され
た防湿構造となっている。かくして被測定対象物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Ｍｇ○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（図示省轄）の一辺
にアクティブ素子２に隣接して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。

第工図および第２図はこの発明に係る見かけひずみ測定
装置の正面図および第１図のＡ−Ａ線矢視方向断面図を
示すものである。

両図において，１２は線膨張係数が上記被測対象物７と
同程度の素材からなる基板部材としての基板で、この基
板１２の表面（上面）と裏面（下面）とに一対の上記高
温ゲージＧのフランジ部６ａ　，６ｂの一方の面（第４
図において下面）がそれぞれ当接する。

１３は線膨張係数が上記被測定対象物７と同程度の素材
よりなる押え部材としての１対の押え板で、この押え板
１３は上記高温ゲージＧの検出部を実質的に押圧しない
溝部１３ａを備え、上記フランジ部６ａ　，６ｂの他方
の面（第４図において上面）と当接して、上記フランジ
部６ａ　，６ｂを上記基板１２と協働して挟持する。１
４は線膨張係数の大きい例えばステンレス材からなる球
体で、上記フランジ部６ａ　，６ｂを均等に押圧するた
めに上記押え板ｌ３の背面に第２図に示すように等間隔
に複数個（本実施例の場合３個）配設してある。

１５・は線膨張係数の大きい例えばステンレス材からな
るブロック部材としての一対のブロックであって、この
ブロック１５はこれに形威した凹溝１５ａの底面に上記
球体ｌ４を保持するように組込まれている． １６は上記球体１４およびブロックｌ５の線膨張係数よ
り小さい例えば鋼材からなる複数本の締付け部材として
の締付けボルトで、上記一方のブロック１５に穿設され
た貫通孔から上記基板ｌ２および他方のブロック１５に
穿設された貫通孔を順次貫通し、ナット１７が螺合して
おり、これによって、上記高温ゲージＧのフランジ部６
ａ　，６ｂを上記基板１２と押え板工３とで圧接してい
る。

なお、上記締付けボルトｌ６には、第３図に示すように
その側局面の互いに１８０゜離隔された部位に上記高温
ゲージＧと同程度の精度を有する２本の高温ひずみゲー
ジ１８．１８を取付けてあり、該ゲージ１８．１８によ
って上記ボルト１６の伸び、即ち引張力を監視するもの
である。

次に、この発明によ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の作用について説明する． まず，締付けボルトｌ６に取付けた高温ひずみゲージ１
８をＭＩケーブルおよび電気ケーブル等を介して図示し
ないひずみ測定器に接続し、一方、常温下にて締付けボ
ルト１６にナットｌ７を螺合してこれを締付けて高温ゲ
ージＧのフランジ部６ａ　，６ｂを基板１２と押え板１
３とで圧接し、ひずみ測定器により所定の引張力となっ
たことを確認して締付けを止める。

かくして、装置全体を加熱炉等内に収容し昇温すると、
球体１４およびブロック１５の線膨張係数が締付けボル
トｌ６の線膨張係数より大きいので、上記締付けボルト
１６には常温時よりもさらに大きな引張り力が付与され
る。ここで、初期状態の押付け力をＷとし，上記高温ゲ
ージＧと上記基板ｌ２間の摩擦係数をμとし、高温ゲー
ジＧが例えば５５０℃までに上昇したときに膨張する伸
びと上記基板１２が５５０℃になったときの伸びとの差
だけ常温で張力を与え伸ばしたとすると、その張力Ｆは
、Ｆ＝μ・Ｗとなる。モしてＷが常にＦくμ・Ｗなる関
係を満たせば上記高温ゲージＧは基板工２に対し拘束さ
れることになる。

上記締付けボルトｌ６に取付けた高温ひずみゲージ１８
は、該締付けボルト１６の伸びを測定し、そして予め締
付けボルト１６に引張力を負荷して伸びと引張力の関係
を求めておく。

上記のような装置において、例えば押え板工３に線膨張
係数がｌ１×１０″６／℃の鋼材を用い、その厚さをＨ
とし，また、球体１４とブロック１５に線膨張係数が１
　６　Ｘ　１　０−”／’Ｃのステンレス材を用い，球
体１４とブロック１５の厚さを８Ｈとすれば、上記締付
けボルト１６の長さは（Ｈ＋８Ｈ）ｘ２＝１８Ｈとなる
。上記した装置全体を昇温すルト、１℃当！Ｊ　（　（
Ｈｘｌ　１ｘｌＯ−’）＋（８ＨＸ１６Ｘ１０−’））
Ｘ２＝２７８ＨＸ１０−’／’Ｃの伸びとなり、一方、
上記締付けボルト１６は、１８ＨｘｌｌｘｌＯ−’℃＝
１９８ＨＸｌＯ゜“／℃の伸びとなる．これによって、
ボルト１６には２７８ＨＸ１０−’−１９８ＨＸ１（Ｉ
’＝８０．ＯＨｘｌＯ−’／’Ｃの引張りひずみ，つま
り引張力を受けるので、高温ゲージＧのフランジ部６ａ
　，６ｂは締付けボルトｌ６による締付力を常に受ける
ことができる。

上記のように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。

まず、高温ゲージＧは、被測定対象物７と線膨張係数が
同程度の基板１２と押え板↓３とによって挟持された状
態で加熱されるので，実際のひずみ測定時とほぼ同じ条
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となる。従
って，高温ひずみゲージＧを第５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、上記のようにして
測定した見かけひずみ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Ｇ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Ｇ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Ｇ毎の見かけひずみのバ
ラッ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Ｇ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。

なお、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、実施例では基板１２の表面と裏面側に高温ゲー
ジＧの見かけひずみ測定装置を対称的に取付け得るよう
にした例について説明したが、上記基板１２の一面側に
設けるように構戊してもよく、このように構戊すること
によって装置の簡略化が図れる． また，球体ｌ４とブロック１５として、鋼材より線膨張
係数の大きな素材であるステンレス材を用いた例につい
て示したが、他に線膨張係数が大きなものであれば他の
素材であってもよい。

さらに、締付けボルト１６の引張り力を監視するために
、その側周面に対向的に高温ひずみゲージ１８を取付け
た場合について示したが、締付けボルト１６の締付けト
ルクと引張り力との関係を予め測定しておけば、必らず
しも締付けボルトｌ６に高温ひずみゲージ１８を添着す
る必要はなく，上記ボルト１６を加熱に先立って、上記
測定値に基づいた締付けトルクで締付けておくだけでも
よい。

また，上記実施例では検出部の逃げとしての溝部１３ａ
を押え板■３に形威したが、基板１２側に溝部を形戊し
てもよい． また、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． 〔発明の効果〕 以上詳述したようにこの発明によれば，高温時において
締付け部材の張力が低下せず、押え部材と球体とブロッ
ク部材により高温ひずみゲージのフランジ部を基板部材
に強く圧接するように構成したので，実際に被測定対象
物に高温ゲージを添着した場合と同様な条件で温度によ
る見かけひずみの測定ができ、しかも高温ひずみゲージ
は、基板部材に溶接しないので、取外しが簡単にでき、
被測定対象物への固着に何ら支障を来たすことがなく、
その上、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、温度による見が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■図は、この発明の一実施例に係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の正面図，第２図は
、第ｌ図のＡ−Ａ線矢視方向断面図、第３図は、この発
明の一構成要素としての締付けボルトの引張力を測定す
るためその側周面に高温ひずみゲージを添着した状態を
示す正面図，第４図は、この発明に適用される高温ひず
みゲージの拡大断面図、第５図は、高温ひずみゲージを
被測定対象物に添着した状態を示す平面図、第６図は、
従来のひずみゲージ温度特性測定装置の断面図である。 Ｇ・・・・・・高温ひずみゲージ、 １・・・・・・チューブ、　　　　　　６・・・・・・
ベース、６ａ　，６ｂ・・・・・・フランジ部，７・・
・・・・被測定対象物、　　　　１２・・・・・基板、
１３・・・・・・押え板、　　　　　１３ａ・・・・・
・溝部、１４・・・・・・球体、　　　　　　　１５・
・・・・・ブロック、１５ａ・・・・・・凹溝、 １６・・・・・・締付けボルト、　　　ｌ７・・・・・
・ナット、１８・・・・・・高温ひずみゲージ。 第 １ 図 第 ３ 図 藁 ４ ？ 第 ５ 図 ０ 第 ６ 図

Claims (3)

【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
   を上記フランジ部を介して検出す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測定装置において
   、少なくとも線膨張係数が上記被測定対象物と同程度の
   素材よりなり上記フランジ部の一方の面が当接される基
   板部材と、少なくとも線膨張係数が上記被測定象物と同
   程度の素材よりなり上記検出部を押圧しない状態で上記
   フランジ部の他方の面と当接され該フランジ部を上記基
   板部材と協働して挟持固定する押え部材と、この押え部
   材を上記フランジ部に均等に押圧するために該押え部材
   の背面に配設した球体を介して組込まれたブロック部材
   と、少なくとも上記球体および上記ブロック部材の線膨
   張係数より小さく上記基板部材とブロック部材とを締付
   けて上記フランジ部を上記基板部材と押え部材とで圧接
   するための締付け部材とを備え、上記基板部材に対し上
   記球体と上記押え部材と上記ブロック部材とにより上記
   高温ひずみゲージを挟持固定した状態でこれらを加熱炉
   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高温ひずみゲージの温度による
   見かけひずみを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。
2. （２）締付け部材の側周面に１８０゜離隔して高温ひず
   みゲージをそれぞれ取付けて該締付け部材の引張力を監
   視するように構成したことを特徴とする請求項１記載の
   高温ひずみゲージの温度による見かけひずみ測定装置。
3. （３）基板部材を中心としてその表裏両面側に、押え部
   材と、球体と、ブロック部材とを対称的に一対配設した
   ことを特徴とする請求項１記載の高温ひずみゲージの温
   度による見かけひずみ測定装置。