JPH07167764A - ひゞ割れの成長を監視する装置と方法 - Google Patents
ひゞ割れの成長を監視する装置と方法Info
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- JPH07167764A JPH07167764A JP6140627A JP14062794A JPH07167764A JP H07167764 A JPH07167764 A JP H07167764A JP 6140627 A JP6140627 A JP 6140627A JP 14062794 A JP14062794 A JP 14062794A JP H07167764 A JPH07167764 A JP H07167764A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 二重片持ちばり形試験体内のひゞ割れの成長
速度を測定及び制御する装置と方法を提供する。 【構成】 試験体のアームに圧力によって作動されるベ
ロー６２を設けて、予定の荷重を誘起すると共に、感知
集成体７０を設けて、この荷重を加えたことによって生
じたはりの変位の大きさのフィードバックを行なう。こ
うすることにより、試験体に応力腐食ひゞ割れ及び腐食
疲労を誘起する為に一定であるか又は予定の形で変化す
る応力強度を維持する様に、原子炉の圧力容器又は配管
の内側に荷重を加えた試験体を離して取付け且つ調節す
ることが出来る。
速度を測定及び制御する装置と方法を提供する。 【構成】 試験体のアームに圧力によって作動されるベ
ロー６２を設けて、予定の荷重を誘起すると共に、感知
集成体７０を設けて、この荷重を加えたことによって生
じたはりの変位の大きさのフィードバックを行なう。こ
うすることにより、試験体に応力腐食ひゞ割れ及び腐食
疲労を誘起する為に一定であるか又は予定の形で変化す
る応力強度を維持する様に、原子炉の圧力容器又は配管
の内側に荷重を加えた試験体を離して取付け且つ調節す
ることが出来る。
Description
【０００１】
【発明の分野】この発明は侵食性役務環境内にある構造
部品に対する損傷を測定して監視するセンサに関する。
更に具体的に云えば、この発明は構造部品のひゞ割れの
成長を測定する二重片持ちばり形センサに関する。
部品に対する損傷を測定して監視するセンサに関する。
更に具体的に云えば、この発明は構造部品のひゞ割れの
成長を測定する二重片持ちばり形センサに関する。
【０００２】
【発明の背景】定常的な又は循環的な応力のもとで侵食
性の環境に構造部品を晒すと、ひゞ割れの形で損傷を生
ずることがある。この結果は一般的に応力腐食ひゞ割れ
（ＳＣＣ）又は腐食疲労と呼ばれている。例えば、構造
部品として使われる合金は、温度及び圧力が２８０℃及
び１０００ ｐｓｉを夫々越える沸騰水形原子炉（ＢＷ
Ｒ）に見られる様な高温の過酸化水素水内で持続的な又
は循環的な応力を受ける場合が多い。ＢＷＲの環境は放
射性でもあり、ＳＣＣを監視する為のセンサを配置する
為の場所も限られている。
性の環境に構造部品を晒すと、ひゞ割れの形で損傷を生
ずることがある。この結果は一般的に応力腐食ひゞ割れ
（ＳＣＣ）又は腐食疲労と呼ばれている。例えば、構造
部品として使われる合金は、温度及び圧力が２８０℃及
び１０００ ｐｓｉを夫々越える沸騰水形原子炉（ＢＷ
Ｒ）に見られる様な高温の過酸化水素水内で持続的な又
は循環的な応力を受ける場合が多い。ＢＷＲの環境は放
射性でもあり、ＳＣＣを監視する為のセンサを配置する
為の場所も限られている。
【０００３】ＳＣＣの形の損傷又は応力／環境によって
誘起されたこの他のひゞ割れは、原子力産業にとって大
きな関心事である。特定の運転条件のもとで、特定の構
造部品のＳＣＣの開始又はＳＣＣの影響の受け易さを予
測しようとしてこの業界が当面する問題が、米国特許第
４，６７７，８５５号、及び同第４，９２３，７０８号
に記載されており、こゝで引用する。
誘起されたこの他のひゞ割れは、原子力産業にとって大
きな関心事である。特定の運転条件のもとで、特定の構
造部品のＳＣＣの開始又はＳＣＣの影響の受け易さを予
測しようとしてこの業界が当面する問題が、米国特許第
４，６７７，８５５号、及び同第４，９２３，７０８号
に記載されており、こゝで引用する。
【０００４】ひゞ割れの成長を測定する方法として、試
験標本(specimen)を試験環境から取外すことを必要とす
る様な方法は、長年の間開示されている。こう云う方法
は、可視的及び電位（電圧）降下の測定を含む種々の監
視装置を使う。電位降下方法は、標本に於けるひゞ割れ
の伝搬速度を監視するのに有効な数学モデルを作成する
ことが出来る様にした点で、その技術を改善した。こう
云うモデルが上に引用した２つの米国特許に詳しく述べ
られている。
験標本(specimen)を試験環境から取外すことを必要とす
る様な方法は、長年の間開示されている。こう云う方法
は、可視的及び電位（電圧）降下の測定を含む種々の監
視装置を使う。電位降下方法は、標本に於けるひゞ割れ
の伝搬速度を監視するのに有効な数学モデルを作成する
ことが出来る様にした点で、その技術を改善した。こう
云うモデルが上に引用した２つの米国特許に詳しく述べ
られている。
【０００５】ＳＣＣに対する材料試験は、二重ばり（Ｄ
ＣＢ）形状に構成されていて、その根元の切欠きに溝孔
を加工した標本を用いて実施される場合が多い。その
後、２叉状の標本に荷重を加えて、例えば非導電性のく
さびを用いて、ＤＣＢのはり(beam)を引離し、こうして
加工された溝孔の所でひゞ割れの成長を誘起する。ひゞ
割れの成長速度を監視し、それを利用して標本の環境の
侵食性を評価することが出来る。
ＣＢ）形状に構成されていて、その根元の切欠きに溝孔
を加工した標本を用いて実施される場合が多い。その
後、２叉状の標本に荷重を加えて、例えば非導電性のく
さびを用いて、ＤＣＢのはり(beam)を引離し、こうして
加工された溝孔の所でひゞ割れの成長を誘起する。ひゞ
割れの成長速度を監視し、それを利用して標本の環境の
侵食性を評価することが出来る。
【０００６】加えられた応力の強度は、「応力強度係
数」と呼ばれるが、それがひゞ割れの先頭の縁で一定に
とゞまることか好ましい。その時、環境が変わらないと
すれば、ひゞ割れの成長速度は一定であると予想され
る。然し、くさびによって荷重を加える方式では、ＤＣ
Ｂ材料がクリープを生ずるにつれ、そしてＤＣＢ材料の
コンプライアンスが成長するひゞ割れの長さによって増
加するにつれて、荷重が一定でなくなる。応力強度が減
少することにより、ひゞ割れの成長速度が減速する。最
終的には、応力強度係数はＳＣＣに必要な閾値より低く
なることがある。その時、ひゞ割れの成長が止まり、別
の荷重を導入しなければ、センサはもはやＳＣＣモニタ
としては作用しない。
数」と呼ばれるが、それがひゞ割れの先頭の縁で一定に
とゞまることか好ましい。その時、環境が変わらないと
すれば、ひゞ割れの成長速度は一定であると予想され
る。然し、くさびによって荷重を加える方式では、ＤＣ
Ｂ材料がクリープを生ずるにつれ、そしてＤＣＢ材料の
コンプライアンスが成長するひゞ割れの長さによって増
加するにつれて、荷重が一定でなくなる。応力強度が減
少することにより、ひゞ割れの成長速度が減速する。最
終的には、応力強度係数はＳＣＣに必要な閾値より低く
なることがある。その時、ひゞ割れの成長が止まり、別
の荷重を導入しなければ、センサはもはやＳＣＣモニタ
としては作用しない。
【０００７】標本に一定の荷重を加える１つの方法は、
一方のはりの端から適当な寸法の錘を吊し、他方のはり
は捕捉した状態に保持しておくことである。この場合、
くさびによって荷重する方式とは違って、ひゞ割れの成
長が大きくなったことによって生ずる標本のコンプライ
アンスの増加が、応力強度係数を増加する。これは望ま
しくない。というのは、応力強度係数が増加するのでは
なく一定であることにより、ひゞ割れの成長の変化が、
標本の環境の変化によるものとして取出せるからであ
る。
一方のはりの端から適当な寸法の錘を吊し、他方のはり
は捕捉した状態に保持しておくことである。この場合、
くさびによって荷重する方式とは違って、ひゞ割れの成
長が大きくなったことによって生ずる標本のコンプライ
アンスの増加が、応力強度係数を増加する。これは望ま
しくない。というのは、応力強度係数が増加するのでは
なく一定であることにより、ひゞ割れの成長の変化が、
標本の環境の変化によるものとして取出せるからであ
る。
【０００８】一般的に、ＤＣＢ標本に荷重を加えること
が出来る大形の試験機械及び装置が、以前から知られて
おり、普通に使われている。こう云う機械は、ＤＣＢ標
本のはり部品と噛合わせになって、付勢された時、互い
に離れて、標本の溝孔を拡げるアームを用いることがあ
る。この様な荷重方法を利用する装置の１例が、米国特
許第４，４８１，８２６号に記載されており、この米国
特許は、ねじ山を設けたつまみによって引離される膨張
し得るジョーを利用することを記載している。
が出来る大形の試験機械及び装置が、以前から知られて
おり、普通に使われている。こう云う機械は、ＤＣＢ標
本のはり部品と噛合わせになって、付勢された時、互い
に離れて、標本の溝孔を拡げるアームを用いることがあ
る。この様な荷重方法を利用する装置の１例が、米国特
許第４，４８１，８２６号に記載されており、この米国
特許は、ねじ山を設けたつまみによって引離される膨張
し得るジョーを利用することを記載している。
【０００９】この代りに、荷重機械は、ＤＣＢ標本のは
りの間に取付けられて、脹らませた時、標本の溝孔を拡
げる傾向を持つ膨張し得る圧力袋で構成することが出来
る。この形式の装置が米国特許第４，０７５，８８４号
に記載されている。然し、この何れの米国特許に記載さ
れた装置も、標本のはりに実際に加えられる荷重を監視
していない。更に、こう云う形式では、ＢＷＲの用途で
実際に用いるには必要とする場所が大きすぎる。最後
に、後に引用した米国特許に記載された加圧袋は無限大
に近いコンプライアンスを持ち、従って予め張力をかけ
ることが出来ない。この米国特許の標本荷重装置は固有
のばね弾性を殆んど持たないから、試験標本のアームに
荷重を加えるには、全面的に外部流体圧力に頼らなけれ
ばならない。
りの間に取付けられて、脹らませた時、標本の溝孔を拡
げる傾向を持つ膨張し得る圧力袋で構成することが出来
る。この形式の装置が米国特許第４，０７５，８８４号
に記載されている。然し、この何れの米国特許に記載さ
れた装置も、標本のはりに実際に加えられる荷重を監視
していない。更に、こう云う形式では、ＢＷＲの用途で
実際に用いるには必要とする場所が大きすぎる。最後
に、後に引用した米国特許に記載された加圧袋は無限大
に近いコンプライアンスを持ち、従って予め張力をかけ
ることが出来ない。この米国特許の標本荷重装置は固有
のばね弾性を殆んど持たないから、試験標本のアームに
荷重を加えるには、全面的に外部流体圧力に頼らなけれ
ばならない。
【００１０】従って、離れた場所に取付けられたＤＣＢ
標本に一定の応力強度を加える方法に対する要望があ
る。一定の応力が加えられると、ひゞ割れの成長速度を
標本の環境を調節した効果と相関させることが出来る。
標本に一定の応力強度を加える方法に対する要望があ
る。一定の応力が加えられると、ひゞ割れの成長速度を
標本の環境を調節した効果と相関させることが出来る。
【００１１】
【発明の要約】この発明はＤＣＢ形試験標本内のひゞ割
れの成長速度を制御する改良された装置と方法を提供す
る。この標本は、その２つのはりの間の切欠きの根元に
予め形成されたひゞ割れを備えている。次に、予め形成
されたひゞ割れを成長させる様にするのに十分な調節自
在の荷重をはりに加えながら、ＤＣＢ標本を侵食性環境
に晒す。電圧降下方法等により、ひゞ割れの長さを監視
し、ひゞ割れの成長速度を決定する。
れの成長速度を制御する改良された装置と方法を提供す
る。この標本は、その２つのはりの間の切欠きの根元に
予め形成されたひゞ割れを備えている。次に、予め形成
されたひゞ割れを成長させる様にするのに十分な調節自
在の荷重をはりに加えながら、ＤＣＢ標本を侵食性環境
に晒す。電圧降下方法等により、ひゞ割れの長さを監視
し、ひゞ割れの成長速度を決定する。
【００１２】特定の用途の物理的な制約に応じて、ＤＣ
Ｂの形状は長さ及び断面が変化することがある。極端な
場合、この発明はコンパクト張力（ＣＴ）標本の様な短
い剛性破砕標本にも応用することが出来る。ＣＴ標本は
ＡＳＴＭ基準Ｅ ３９９−８３、「金属材料の平面−歪
み破砕靭性に対する標準的な試験方法」に詳しく記載さ
れており、必要であればそれを参照されたい。
Ｂの形状は長さ及び断面が変化することがある。極端な
場合、この発明はコンパクト張力（ＣＴ）標本の様な短
い剛性破砕標本にも応用することが出来る。ＣＴ標本は
ＡＳＴＭ基準Ｅ ３９９−８３、「金属材料の平面−歪
み破砕靭性に対する標準的な試験方法」に詳しく記載さ
れており、必要であればそれを参照されたい。
【００１３】この発明では、ＤＣＢ形試験標本のアーム
に、荷重を誘起する圧力作動のベロー、及び荷重制御フ
ィードバックを行なう感知集成体を取付ける。特に、荷
重制御フィードバック感知集成体は、結果として得られ
たひゞ割れの開口の変位を決定する近接装置を有する。
荷重制御フィードバックを行なう為に、小形の圧縮荷重
セルを用いることが考えられる。ひゞ割れの長さを測定
し、標本のコンプライアンス、即ち、所定の荷重を受け
た時に標本が示す撓みの大きさ、標本のアームの変位及
びベロー形荷重機構のばね定数が判っていれば、ひゞ割
れの先端に於ける応力強度を計算することが出来る。ベ
ロー荷重機構に加えられた圧力は、温度並びに／又は応
力によって誘起された材料のクリープ、或いはＤＣＢの
ひゞ割れの成長による荷重の減少に対処して、必要に応
じて調節することが出来、こうして希望によっては、所
定の応力強度を維持することが出来る様にする。更に、
ベローを標本のアームの間で機械的に圧縮することによ
って標本に予備荷重を加え、こうしてベローの固有のば
ね定数を利用して、標本に対する部分的な荷重を加える
ことが出来る。この明細書で云うベローのばね定数は、
拘束されていないで加圧されていないベローを余分の単
位距離だけ撓ませるのに必要な余分の力の大きさに等し
い。
に、荷重を誘起する圧力作動のベロー、及び荷重制御フ
ィードバックを行なう感知集成体を取付ける。特に、荷
重制御フィードバック感知集成体は、結果として得られ
たひゞ割れの開口の変位を決定する近接装置を有する。
荷重制御フィードバックを行なう為に、小形の圧縮荷重
セルを用いることが考えられる。ひゞ割れの長さを測定
し、標本のコンプライアンス、即ち、所定の荷重を受け
た時に標本が示す撓みの大きさ、標本のアームの変位及
びベロー形荷重機構のばね定数が判っていれば、ひゞ割
れの先端に於ける応力強度を計算することが出来る。ベ
ロー荷重機構に加えられた圧力は、温度並びに／又は応
力によって誘起された材料のクリープ、或いはＤＣＢの
ひゞ割れの成長による荷重の減少に対処して、必要に応
じて調節することが出来、こうして希望によっては、所
定の応力強度を維持することが出来る様にする。更に、
ベローを標本のアームの間で機械的に圧縮することによ
って標本に予備荷重を加え、こうしてベローの固有のば
ね定数を利用して、標本に対する部分的な荷重を加える
ことが出来る。この明細書で云うベローのばね定数は、
拘束されていないで加圧されていないベローを余分の単
位距離だけ撓ませるのに必要な余分の力の大きさに等し
い。
【００１４】ＤＣＢセンサのはりの端を隔てる際、加圧
されたベローが、はりの端の相対変位に等しい分だけ膨
張する。ベローが膨張すると、ベローから加えられるば
ね荷重（これはベロー内のガス圧力に無関係である）が
減少する。従って、加圧されたベローから加えられた力
の大きさを計算するには、ばね荷重の減少を考慮に入れ
なければならない。この為、米国特許第４，０７５，８
８４号に記載された可撓性の袋とは異なり、ベローで荷
重されるこの発明のＤＣＢひゞ割れ成長センサは、ビー
ムの端の相対変位を正確に決定する手段を必要とする。
この情報により、ベローによるばねの力の変化を計算す
ることが出来る。
されたベローが、はりの端の相対変位に等しい分だけ膨
張する。ベローが膨張すると、ベローから加えられるば
ね荷重（これはベロー内のガス圧力に無関係である）が
減少する。従って、加圧されたベローから加えられた力
の大きさを計算するには、ばね荷重の減少を考慮に入れ
なければならない。この為、米国特許第４，０７５，８
８４号に記載された可撓性の袋とは異なり、ベローで荷
重されるこの発明のＤＣＢひゞ割れ成長センサは、ビー
ムの端の相対変位を正確に決定する手段を必要とする。
この情報により、ベローによるばねの力の変化を計算す
ることが出来る。
【００１５】この発明の測定及び制御方法は、水化学組
成検査モニタとして、又は応力を受ける構造部品に対す
る侵食性環境によって生じた損傷を決定又は評価する助
けとして、利用することが出来る。その時、環境の化学
組成が変わる時のセンサのひゞ割れの成長を監視して、
変化する種々の環境因子がＳＣＣに対して持つ影響を判
定することが出来る。
成検査モニタとして、又は応力を受ける構造部品に対す
る侵食性環境によって生じた損傷を決定又は評価する助
けとして、利用することが出来る。その時、環境の化学
組成が変わる時のセンサのひゞ割れの成長を監視して、
変化する種々の環境因子がＳＣＣに対して持つ影響を判
定することが出来る。
【００１６】この代りに、この発明の装置及び方法は、
ＢＷＲの用途でもＢＷＲ以外の用途でも、シミュレーシ
ョンによる環境条件のもとで、種々の材料組成物のＳＣ
Ｃの相対的な影響の受け易さを確認し且つ予測する為に
材料の研究に用いることが出来る。
ＢＷＲの用途でもＢＷＲ以外の用途でも、シミュレーシ
ョンによる環境条件のもとで、種々の材料組成物のＳＣ
Ｃの相対的な影響の受け易さを確認し且つ予測する為に
材料の研究に用いることが出来る。
【００１７】
【好ましい実施例の詳しい説明】一般的に使う場合、Ｄ
ＣＢセンサが荷重を誘起する集成体、及び荷重を加えた
結果として、センサのアームが受ける撓みの大きさを決
定する為の近接検出器を備えている。ＤＣＢは、米国特
許第４，９２３，７０８号に詳しく記載されている様な
電圧降下方法によって、ひゞ割れの長さを電気的に決定
する多重プローブ接点をも備えている。センサの２つの
はりの間にはめたベローの加圧を制御すると共に、その
結果生ずるはりの撓みを監視することにより、ＤＣＢセ
ンサの根元の切欠きに所望の一定の応力強度係数及びそ
れに見合ったひゞ割れの伝搬速度を維持することが出来
る。
ＣＢセンサが荷重を誘起する集成体、及び荷重を加えた
結果として、センサのアームが受ける撓みの大きさを決
定する為の近接検出器を備えている。ＤＣＢは、米国特
許第４，９２３，７０８号に詳しく記載されている様な
電圧降下方法によって、ひゞ割れの長さを電気的に決定
する多重プローブ接点をも備えている。センサの２つの
はりの間にはめたベローの加圧を制御すると共に、その
結果生ずるはりの撓みを監視することにより、ＤＣＢセ
ンサの根元の切欠きに所望の一定の応力強度係数及びそ
れに見合ったひゞ割れの伝搬速度を維持することが出来
る。
【００１８】尖ったひゞ割れの先端に於ける応力強度係
数は、標本の本体の形状並びにそれが荷重を受ける条件
を含めて、多くの変数に関係する。ＤＣＢ形状を有する
標本に対する応力強度係数を計算する詳しい解析が、１
９７３年にペンシルバニア州のデル・リサーチ・コーポ
レーションから出版されたタダ、パリ及びアーウィン編
集の「ひゞ割れの応力解析ハンドブック」、第２９．３
及び第２９．４頁に記載されている。標本の応力強度係
数の数値解は、一般式Ｋ1 ＝（加えられた応力）×（ひ
ゞ割れの長さ）1/2 ×Ｙで表わすことが出来る。こゝで
Ｙは、標本の本体の幅及び標本の表面からのひゞ割れの
距離の様な変数を含めて、ひゞ割れ及び標本の形状を表
わすパラメータである。
数は、標本の本体の形状並びにそれが荷重を受ける条件
を含めて、多くの変数に関係する。ＤＣＢ形状を有する
標本に対する応力強度係数を計算する詳しい解析が、１
９７３年にペンシルバニア州のデル・リサーチ・コーポ
レーションから出版されたタダ、パリ及びアーウィン編
集の「ひゞ割れの応力解析ハンドブック」、第２９．３
及び第２９．４頁に記載されている。標本の応力強度係
数の数値解は、一般式Ｋ1 ＝（加えられた応力）×（ひ
ゞ割れの長さ）1/2 ×Ｙで表わすことが出来る。こゝで
Ｙは、標本の本体の幅及び標本の表面からのひゞ割れの
距離の様な変数を含めて、ひゞ割れ及び標本の形状を表
わすパラメータである。
【００１９】一定断面を持つＤＣＢセンサに対する応力
強度（Ｋ）を計算する更に正確な式は次の通りである。 Ｋ＝ＣＦａ／（ＢＩ） 0.5 （一定荷重の下） Ｋ＝３ＣＥδ（Ｉ／４Ｂ） 0.5／ａ2 （くさび形の
荷重の下） こゝで平面応力に対してはＣ＝１又は平面歪みに対して
は１／（１−ｖ2 ） 0.5、Ｆは加えられた力、ａはひゞ
割れの長さ、Ｂはひゞ割れの幅、Ｉは（両方のはりが同
じ断面を持つと仮定して）はりの中立軸線に対するはり
断面の慣性モーメント、δはひゞ割れ開口の変位（ＣＯ
Ｄ）である。
強度（Ｋ）を計算する更に正確な式は次の通りである。 Ｋ＝ＣＦａ／（ＢＩ） 0.5 （一定荷重の下） Ｋ＝３ＣＥδ（Ｉ／４Ｂ） 0.5／ａ2 （くさび形の
荷重の下） こゝで平面応力に対してはＣ＝１又は平面歪みに対して
は１／（１−ｖ2 ） 0.5、Ｆは加えられた力、ａはひゞ
割れの長さ、Ｂはひゞ割れの幅、Ｉは（両方のはりが同
じ断面を持つと仮定して）はりの中立軸線に対するはり
断面の慣性モーメント、δはひゞ割れ開口の変位（ＣＯ
Ｄ）である。
【００２０】変化する断面を持つＤＣＢに対しては、下
記の式を使って、ひゞ割れの成長を誘起するのに必要な
応力強度を決定することが出来る。 Ｇ＝Ｆ2 （ｄＣ／ｄａ）／（２Ｂ） Ｇ＝Ｋ2 （１−ｖ2 ）／Ｅ こゝでｄＣ／ｄａはＤＣＢのコンプライアンスをひゞ割
れの長さで微分したもの、Ｅは弾性率、Ｇはエネルギ解
放率である。Ｋについて解くと Ｋ＝Ｆ（Ｅ（ｄＣ／ｄａ）／［２Ｂ（１−ｖ2 ）］） 0.5 図１には、ＤＣＢ形状を有するセンサの普通の形が全体
的に１０で示されている。このコンパクトな形状は、Ｓ
ＣＣを測定する為の高い融通性及び感度を持つことが観
測されている。ＤＣＢ形状では、２つの平行なはり１
２，１４が標本本体１７の１端で結合されていて、他端
で離れている。この隔たりが溝孔又は深い切欠き１５に
よって構成されている。この溝孔１５は、基部１６に達
するが、「切欠きの根元」と呼ばれる。予め形成される
ひゞ割れ４０は、切欠きの根元１６の中心に、又ははり
１２，１４の中間の対称的な位置に設けることが好まし
い。
記の式を使って、ひゞ割れの成長を誘起するのに必要な
応力強度を決定することが出来る。 Ｇ＝Ｆ2 （ｄＣ／ｄａ）／（２Ｂ） Ｇ＝Ｋ2 （１−ｖ2 ）／Ｅ こゝでｄＣ／ｄａはＤＣＢのコンプライアンスをひゞ割
れの長さで微分したもの、Ｅは弾性率、Ｇはエネルギ解
放率である。Ｋについて解くと Ｋ＝Ｆ（Ｅ（ｄＣ／ｄａ）／［２Ｂ（１−ｖ2 ）］） 0.5 図１には、ＤＣＢ形状を有するセンサの普通の形が全体
的に１０で示されている。このコンパクトな形状は、Ｓ
ＣＣを測定する為の高い融通性及び感度を持つことが観
測されている。ＤＣＢ形状では、２つの平行なはり１
２，１４が標本本体１７の１端で結合されていて、他端
で離れている。この隔たりが溝孔又は深い切欠き１５に
よって構成されている。この溝孔１５は、基部１６に達
するが、「切欠きの根元」と呼ばれる。予め形成される
ひゞ割れ４０は、切欠きの根元１６の中心に、又ははり
１２，１４の中間の対称的な位置に設けることが好まし
い。
【００２１】最初はａ0 で表わされる実効的なひゞ割れ
の長さが、はり１２，１４によって定められ、電圧降下
方法によって決定することが出来る。センサのはり１
２，１４が比較的長さが長いことにより、一層低い荷重
レベルで、ひゞ割れの先端に於ける閾値の応力強度を達
成することが出来る。図１に示した従来の１つの方式で
は、ひゞ割れの成長を誘起するのに十分な荷重が、セン
サの２つのはり１２，１４の間にくさび１８を配置する
ことによって得られる。然し、このくさび荷重方式は、
一定の又はその他予定の応力強度係数を得るのに、遠隔
から制御し得ると云う利点がない。
の長さが、はり１２，１４によって定められ、電圧降下
方法によって決定することが出来る。センサのはり１
２，１４が比較的長さが長いことにより、一層低い荷重
レベルで、ひゞ割れの先端に於ける閾値の応力強度を達
成することが出来る。図１に示した従来の１つの方式で
は、ひゞ割れの成長を誘起するのに十分な荷重が、セン
サの２つのはり１２，１４の間にくさび１８を配置する
ことによって得られる。然し、このくさび荷重方式は、
一定の又はその他予定の応力強度係数を得るのに、遠隔
から制御し得ると云う利点がない。
【００２２】この発明では、予め形成されたひゞ割れ４
０を持つセンサ１０は、水の化学組成を監視する為又は
材料の応力試験を実施する為に、侵食性環境内に配置さ
れた時、遠隔制御することが出来る。「侵食性環境」と
云う言葉は、センサ１０を作っている材料を、予め形成
されたひゞ割れ４０を越えてひゞ割れの成長を促進す
る、即ちＳＣＣ並びに／又はひゞ割れの成長を腐食疲労
によって誘起する程に侵食する動作環境を云う。構造部
品に対する実際の又は潜在的な損傷を評価する為、セン
サ１０は典型的には構造部品と同じ動作環境内に配置さ
れる。その時、センサ１０は、関心のある構造部品と同
じ変化する環境条件、例えば温度上昇並びに化学的なバ
ランスの変化（例えば水中の過剰Ｏ2 含有量）の作用を
受ける。
０を持つセンサ１０は、水の化学組成を監視する為又は
材料の応力試験を実施する為に、侵食性環境内に配置さ
れた時、遠隔制御することが出来る。「侵食性環境」と
云う言葉は、センサ１０を作っている材料を、予め形成
されたひゞ割れ４０を越えてひゞ割れの成長を促進す
る、即ちＳＣＣ並びに／又はひゞ割れの成長を腐食疲労
によって誘起する程に侵食する動作環境を云う。構造部
品に対する実際の又は潜在的な損傷を評価する為、セン
サ１０は典型的には構造部品と同じ動作環境内に配置さ
れる。その時、センサ１０は、関心のある構造部品と同
じ変化する環境条件、例えば温度上昇並びに化学的なバ
ランスの変化（例えば水中の過剰Ｏ2 含有量）の作用を
受ける。
【００２３】図２及び３には、この発明のＤＣＢセンサ
が全体的に５０で示されている。判り易くする為、図１
のセンサ１０と共通のセンサ５０の部品は、同じ参照数
字で表わしてある。上側及び下側の取付けブロック５
１，５２が夫々はり１２，１４の端に対応する上側及び
下側の押えボルト５４，５４′及び５６，５６′を用い
て固定されているが、溶接の様に、取付けブロックを固
定するこの他の方式を用いてもよい。
が全体的に５０で示されている。判り易くする為、図１
のセンサ１０と共通のセンサ５０の部品は、同じ参照数
字で表わしてある。上側及び下側の取付けブロック５
１，５２が夫々はり１２，１４の端に対応する上側及び
下側の押えボルト５４，５４′及び５６，５６′を用い
て固定されているが、溶接の様に、取付けブロックを固
定するこの他の方式を用いてもよい。
【００２４】取付けブロック５１，５２は、その間に取
付けられたベロー６２によって発生された伝達荷重力を
保つ様に作用する。この代りに、ベロー荷重集成体６０
を取付ける空所を直接的にアーム１２，１４の端に加工
してもよい。この取付け方式が図３に示されている。ベ
ロー６２の下端が、ブロック５２内に形成された空所５
７の下側の内面に突合せに配置されている。ベローは空
所５７から、ブロック５１内に形成された上側の空所５
８内にある閉じた上面まで伸びている。ベロー６２の外
径と取付けブロックの空所５７，５８の内壁の間のすき
間は、空所の内壁の面と接触せずにベロー６２を作動す
ることが出来る様にするのに十分にすべきである。これ
は、電気的な隔離を保証する為だけでなく、その破壊に
通ずる様なベロー６２の摩耗疲労を避ける為にも望まし
い。ベロー６２の頂部からブロック５１への力を伝達す
る接続は、中間の荷重ボール７６の球面による点接触を
通じて行なわれる。ボール７６が、止めねじ６６の下面
を通じてブロック５１との自己整合との点接触をする。
止めねじ６６がブロック５１内にねじ係合して、空所５
８に入り込んでいることが判る。
付けられたベロー６２によって発生された伝達荷重力を
保つ様に作用する。この代りに、ベロー荷重集成体６０
を取付ける空所を直接的にアーム１２，１４の端に加工
してもよい。この取付け方式が図３に示されている。ベ
ロー６２の下端が、ブロック５２内に形成された空所５
７の下側の内面に突合せに配置されている。ベローは空
所５７から、ブロック５１内に形成された上側の空所５
８内にある閉じた上面まで伸びている。ベロー６２の外
径と取付けブロックの空所５７，５８の内壁の間のすき
間は、空所の内壁の面と接触せずにベロー６２を作動す
ることが出来る様にするのに十分にすべきである。これ
は、電気的な隔離を保証する為だけでなく、その破壊に
通ずる様なベロー６２の摩耗疲労を避ける為にも望まし
い。ベロー６２の頂部からブロック５１への力を伝達す
る接続は、中間の荷重ボール７６の球面による点接触を
通じて行なわれる。ボール７６が、止めねじ６６の下面
を通じてブロック５１との自己整合との点接触をする。
止めねじ６６がブロック５１内にねじ係合して、空所５
８に入り込んでいることが判る。
【００２５】ベロー６２は、カリフォルニア州のミニフ
レックス・コーポレーションによって部品番号Ｉ−７１
８−３２０−８０−６５０Ｍとして製造されている様な
完全に焼鈍したインコネル７１８形合金で作ることが出
来る。インコネル７１８合金は、この材料がＢＷＲの様
な侵食性中性子の環境で３乃至４年のＳＣＣ開始時間を
持つことが実証されているので、炉心内ＤＣＢセンサに
対するベローを構成するのに好ましいことが判ってい
る。応力−腐食センサの予想寿命は僅か１乃至２年であ
るから、その有効寿命の間、インコネル７１８材料は目
立つ程の応力腐食を受けない。この発明の荷重機構とし
て使う前に、ベロー６２を熱処理することも好ましい。
ベロー６２を熱処理するのに、当業者には種々の方式が
考えられようが、１つの熱処理順序は、この処理を７１
８℃で８時間、次に６２１℃で８時間行なう。ＤＣＢセ
ンサ５０に荷重を加える様に作られた１形式のベロー
は、ばね定数が約６５０ポンド／吋であるが、この他の
ばね定数を持つベローを用いてもよい。センサ５０に部
分的な予備荷重を加える為にベロー６２を使う為、２０
０ポンド／吋の最低ばね定数が望ましい。
レックス・コーポレーションによって部品番号Ｉ−７１
８−３２０−８０−６５０Ｍとして製造されている様な
完全に焼鈍したインコネル７１８形合金で作ることが出
来る。インコネル７１８合金は、この材料がＢＷＲの様
な侵食性中性子の環境で３乃至４年のＳＣＣ開始時間を
持つことが実証されているので、炉心内ＤＣＢセンサに
対するベローを構成するのに好ましいことが判ってい
る。応力−腐食センサの予想寿命は僅か１乃至２年であ
るから、その有効寿命の間、インコネル７１８材料は目
立つ程の応力腐食を受けない。この発明の荷重機構とし
て使う前に、ベロー６２を熱処理することも好ましい。
ベロー６２を熱処理するのに、当業者には種々の方式が
考えられようが、１つの熱処理順序は、この処理を７１
８℃で８時間、次に６２１℃で８時間行なう。ＤＣＢセ
ンサ５０に荷重を加える様に作られた１形式のベロー
は、ばね定数が約６５０ポンド／吋であるが、この他の
ばね定数を持つベローを用いてもよい。センサ５０に部
分的な予備荷重を加える為にベロー６２を使う為、２０
０ポンド／吋の最低ばね定数が望ましい。
【００２６】拘束されていないベロー６２に内部圧力が
加えられる時、「スカーミング(squirming) 」と呼ばれ
る状態が起こることがある。スカーミングは、ベローの
１つ又は更に多くの巻回部の平面のずれ又は回転となっ
て現れ、こう云う巻回部の平面がもはやベローの軸線に
対して垂直でなることゝなって現れることがある。スカ
ーミングは、疲労寿命及び圧力容量の両方を著しく低減
させることがあると云う点で、ベローの性能にとって有
害である。図１に示す様に、ベローの一方の基部を形成
する心棒７７がベロー６２の内部にあって１端から伸び
ている。心棒は密実であって、ベロー６２と同じ材料で
作られることが好ましい。心棒の内、ベローの中を通る
部分の直径は、ベローの巻回部の内壁より若干小さい。
その為、心棒７７は、高い圧力のもとでベロー６２がス
カーミングを起こさない様に制限する内側案内部として
作用し、こうして一層高いベロー圧力を使える様にす
る。心棒の内側延長部の長さは、ベローの長さからベロ
ー６２の推奨される最大許容圧縮撓みを差引いた値に大
体等しい。こうすると、心棒７７の端が、止めねじ６６
を介してＤＣＢセンサ５０に機械的な予備荷重が加えら
れる際のベロー６２の過剰圧縮を防止するストッパとし
て作用する。荷重セル６５が止めねじ６６と荷重ボール
７６の中間に配置されることが示されている。荷重セル
６５の出力を使って、ベロー６２によってセンサ５０に
加えられた荷重を直接的に測定することが出来る。荷重
セルは、高温（５５０°Ｆ）用に適すると判断されてい
るＡ．Ｌ．デザイン・インコーポレーテッド社によって
製造される形式番号ＡＬＤ−ＭＩＮＩ−Ｔと云う形式で
あってよい。ＢＷＲ炉心内用では、選ばれた荷重セルの
構造が照射の環境に耐え得るかどうかについても考慮す
べきである。
加えられる時、「スカーミング(squirming) 」と呼ばれ
る状態が起こることがある。スカーミングは、ベローの
１つ又は更に多くの巻回部の平面のずれ又は回転となっ
て現れ、こう云う巻回部の平面がもはやベローの軸線に
対して垂直でなることゝなって現れることがある。スカ
ーミングは、疲労寿命及び圧力容量の両方を著しく低減
させることがあると云う点で、ベローの性能にとって有
害である。図１に示す様に、ベローの一方の基部を形成
する心棒７７がベロー６２の内部にあって１端から伸び
ている。心棒は密実であって、ベロー６２と同じ材料で
作られることが好ましい。心棒の内、ベローの中を通る
部分の直径は、ベローの巻回部の内壁より若干小さい。
その為、心棒７７は、高い圧力のもとでベロー６２がス
カーミングを起こさない様に制限する内側案内部として
作用し、こうして一層高いベロー圧力を使える様にす
る。心棒の内側延長部の長さは、ベローの長さからベロ
ー６２の推奨される最大許容圧縮撓みを差引いた値に大
体等しい。こうすると、心棒７７の端が、止めねじ６６
を介してＤＣＢセンサ５０に機械的な予備荷重が加えら
れる際のベロー６２の過剰圧縮を防止するストッパとし
て作用する。荷重セル６５が止めねじ６６と荷重ボール
７６の中間に配置されることが示されている。荷重セル
６５の出力を使って、ベロー６２によってセンサ５０に
加えられた荷重を直接的に測定することが出来る。荷重
セルは、高温（５５０°Ｆ）用に適すると判断されてい
るＡ．Ｌ．デザイン・インコーポレーテッド社によって
製造される形式番号ＡＬＤ−ＭＩＮＩ−Ｔと云う形式で
あってよい。ＢＷＲ炉心内用では、選ばれた荷重セルの
構造が照射の環境に耐え得るかどうかについても考慮す
べきである。
【００２７】ベロー６２の取付けに伴ってブロック５
１，５２の間に必要な電気的な隔離を保証する為、空所
５７，５８の面は非導電材料で被覆することが出来る。
更に、ボール７６はコンプライアンスの小さい、即ち、
正常な荷重のもとで撓みが殆んど或いは全くないセラミ
ックの様な非導電材料で形成する。更にボールは、膨張
係数の小さい材料で作るべきである。こうすると、変化
する温度条件のもとで、ボール７６がセンサ５０に対す
る荷重、並びにそれに伴ってひゞ割れの先端４４に於け
る応力強度係数に影響を与えることを防止する助けにな
る。
１，５２の間に必要な電気的な隔離を保証する為、空所
５７，５８の面は非導電材料で被覆することが出来る。
更に、ボール７６はコンプライアンスの小さい、即ち、
正常な荷重のもとで撓みが殆んど或いは全くないセラミ
ックの様な非導電材料で形成する。更にボールは、膨張
係数の小さい材料で作るべきである。こうすると、変化
する温度条件のもとで、ボール７６がセンサ５０に対す
る荷重、並びにそれに伴ってひゞ割れの先端４４に於け
る応力強度係数に影響を与えることを防止する助けにな
る。
【００２８】ベロー６２のボールと接触する面、好まし
くは心棒７７の底と止めねじ６６は、夫々の中心に半球
形の凹みを作ることが出来る。この点について云うと、
ベロー及び止めねじの間に作動的に結合された時、ボー
ル７６が荷重を中心合せする機構として作用して、ベロ
ーから加えられる荷重を予め形成されたひゞ割れ４０の
面に対して法線方向、即ち垂直に保つ助けになる。
くは心棒７７の底と止めねじ６６は、夫々の中心に半球
形の凹みを作ることが出来る。この点について云うと、
ベロー及び止めねじの間に作動的に結合された時、ボー
ル７６が荷重を中心合せする機構として作用して、ベロ
ーから加えられる荷重を予め形成されたひゞ割れ４０の
面に対して法線方向、即ち垂直に保つ助けになる。
【００２９】ボール７６に利用する材料は、センサ５０
を配置する侵食性環境に対する耐力を持つべきである。
ボール７６の球形の代りとして、平坦な直立絶縁円板
（図面に示してない）を用いてもよい。設計上の主な考
慮すべき点は、ベロー６２の荷重伝達線に沿って剛性で
電気絶縁性の部品を配置すべきであることである。加圧
流体がベロー６２の下端に入れる様にする為、下側の取
付けブロック５２にポートを設ける。この点、圧力管６
３がベロー６２から、ブロック５２を通って制御された
圧力源６４（図２参照）まで伸びる。両方の取付けブロ
ック５１，５２は、センサ５０の本体と同じ膨張係数を
持つ材料で作られていて、温度変化によってはり１２，
１４の測定された撓みに不正確さを招くことがない様に
することが好ましい。その様に構成してはり１２，１４
の端に取付けた時、取付けブロック５１，５２を含む集
成体は、予め形成されたひゞ割れ４０の平面に対して垂
直な向きに、ベロー６２を捕捉する様に抑える効果があ
る。
を配置する侵食性環境に対する耐力を持つべきである。
ボール７６の球形の代りとして、平坦な直立絶縁円板
（図面に示してない）を用いてもよい。設計上の主な考
慮すべき点は、ベロー６２の荷重伝達線に沿って剛性で
電気絶縁性の部品を配置すべきであることである。加圧
流体がベロー６２の下端に入れる様にする為、下側の取
付けブロック５２にポートを設ける。この点、圧力管６
３がベロー６２から、ブロック５２を通って制御された
圧力源６４（図２参照）まで伸びる。両方の取付けブロ
ック５１，５２は、センサ５０の本体と同じ膨張係数を
持つ材料で作られていて、温度変化によってはり１２，
１４の測定された撓みに不正確さを招くことがない様に
することが好ましい。その様に構成してはり１２，１４
の端に取付けた時、取付けブロック５１，５２を含む集
成体は、予め形成されたひゞ割れ４０の平面に対して垂
直な向きに、ベロー６２を捕捉する様に抑える効果があ
る。
【００３０】図２に戻って説明すると、制御された圧力
源６４はベロー６２に対して空気圧又は流体圧力の何れ
かを供給することが出来る。汚染を避ける為、又はそれ
が動作している環境との悪い化学反応を避ける為、セン
サ５０をある用途で動作させる時には、不活性ガス又は
水を使うことが好ましいことがある。更に、原子炉の用
途では、取入管６３は毛細管に近い寸法にすることが好
ましい。この点について云うと、原子炉の炉心内で万一
管６３が破壊した場合、炉心内に導入される外部の空気
又はその他の加圧流体の容積は極く少ない。管の寸法が
小さいことは、それがセンサ５０にモーメントを加える
のを防止する傾向がある。取入管６３はＢＷＲの侵食性
環境内でＳＣＣに抵抗する材料で作るべきである。
源６４はベロー６２に対して空気圧又は流体圧力の何れ
かを供給することが出来る。汚染を避ける為、又はそれ
が動作している環境との悪い化学反応を避ける為、セン
サ５０をある用途で動作させる時には、不活性ガス又は
水を使うことが好ましいことがある。更に、原子炉の用
途では、取入管６３は毛細管に近い寸法にすることが好
ましい。この点について云うと、原子炉の炉心内で万一
管６３が破壊した場合、炉心内に導入される外部の空気
又はその他の加圧流体の容積は極く少ない。管の寸法が
小さいことは、それがセンサ５０にモーメントを加える
のを防止する傾向がある。取入管６３はＢＷＲの侵食性
環境内でＳＣＣに抵抗する材料で作るべきである。
【００３１】変位センサ集成体７０が、上側及び下側の
取付けブロック５１，５２の互いに内向きに向い合う面
に結合されている。集成体７０が、はり１２，１４の間
の変位を測定する検出器７１及びターゲット７２を含
む。検出器７１は、渦電流センサ、又は検出器７１とタ
ーゲット７２の間の距離に比例するアナログ電圧出力を
持つホール効果形センサの様な普通の形式であってよ
い。こう云うアナログ形センサは、強い磁界と共に増加
し且つ弱い磁界と共に減少する連続的な電圧出力を発生
する。従って、変位センサ集成体の電圧出力は、検出器
７１が磁気ターゲット７２に接近するにつれて増加す
る。
取付けブロック５１，５２の互いに内向きに向い合う面
に結合されている。集成体７０が、はり１２，１４の間
の変位を測定する検出器７１及びターゲット７２を含
む。検出器７１は、渦電流センサ、又は検出器７１とタ
ーゲット７２の間の距離に比例するアナログ電圧出力を
持つホール効果形センサの様な普通の形式であってよ
い。こう云うアナログ形センサは、強い磁界と共に増加
し且つ弱い磁界と共に減少する連続的な電圧出力を発生
する。従って、変位センサ集成体の電圧出力は、検出器
７１が磁気ターゲット７２に接近するにつれて増加す
る。
【００３２】この代りに、変位センサ集成体７０は、一
方のはりにあるレーザ・ビーム源及び検出器と向い合っ
たはりにある鏡を含むレーザ近接計で構成することが出
来る。はりを隔てる距離が、発信された且つ反射された
ビームの移動時間によって決定される。ＢＷＲ又は同様
な用途では、変位センサ集成体７０は、高い範囲が２５
０−３００℃である高温の環境内で動作し得るものでな
ければならない。更に、ベローの変位の範囲全体にわた
って、適当な感度及び分解能を持つ変位センサ集成体７
０を選ぶ様に注意を払うべきである。
方のはりにあるレーザ・ビーム源及び検出器と向い合っ
たはりにある鏡を含むレーザ近接計で構成することが出
来る。はりを隔てる距離が、発信された且つ反射された
ビームの移動時間によって決定される。ＢＷＲ又は同様
な用途では、変位センサ集成体７０は、高い範囲が２５
０−３００℃である高温の環境内で動作し得るものでな
ければならない。更に、ベローの変位の範囲全体にわた
って、適当な感度及び分解能を持つ変位センサ集成体７
０を選ぶ様に注意を払うべきである。
【００３３】変位センサすなわち検出器７１の出力信号
が、変位センサ集成体７０まで伸びている配線又はリー
ド線７４によって伝えられる。好ましい実施例では、配
線７４が取付けブロック５２の外部にあることが示され
ている。この代りに、内部配線チャンネルを介してはり
１４の中を検出器７１まで配線を通すのが便利であるこ
とがある。
が、変位センサ集成体７０まで伸びている配線又はリー
ド線７４によって伝えられる。好ましい実施例では、配
線７４が取付けブロック５２の外部にあることが示され
ている。この代りに、内部配線チャンネルを介してはり
１４の中を検出器７１まで配線を通すのが便利であるこ
とがある。
【００３４】動作について説明すると、最初に、標本に
応力に関係する所望のひゞ割れ成長速度を誘起するのに
必要な応力強度係数を決定する。この点、応力強度係数
Ｋ1を計算する前掲の式を利用することが出来る。加え
られる応力は、決定し得るはりの長さが与えられてい
て、標本材料のコンプライアンスが既知である場合、は
りの撓みの大きさの関数である。
応力に関係する所望のひゞ割れ成長速度を誘起するのに
必要な応力強度係数を決定する。この点、応力強度係数
Ｋ1を計算する前掲の式を利用することが出来る。加え
られる応力は、決定し得るはりの長さが与えられてい
て、標本材料のコンプライアンスが既知である場合、は
りの撓みの大きさの関数である。
【００３５】一旦必要な応力強度に対するはりの撓みが
決定されたら、センサ５０に予備荷重を加えることが出
来る。予備荷重を加えることにより、撓みの圧縮及び引
張り範囲の両方を利用することにより、ベロー６２を一
層大きく伸びさせることが出来る。予備荷重は、変位セ
ンサ集成体７０の出力を監視しながら、止めねじ６６を
使って、ベロー６２を機械的に圧縮することによって行
なわれる。前以て計算されたはりの変位が達成されるま
で、止めねじ６６を締付ける。ＤＣＢが、ＳＣＣを達成
するのに必要なよりも小さいある変位まで予備荷重され
たら、動作中、制御された圧力源６４からの流体圧力を
ベロー６２に加えることが出来る。選ばれた変位を達成
する為にベロー６２に加えるべき圧力の大きさは、下記
の式から計算することが出来る。
決定されたら、センサ５０に予備荷重を加えることが出
来る。予備荷重を加えることにより、撓みの圧縮及び引
張り範囲の両方を利用することにより、ベロー６２を一
層大きく伸びさせることが出来る。予備荷重は、変位セ
ンサ集成体７０の出力を監視しながら、止めねじ６６を
使って、ベロー６２を機械的に圧縮することによって行
なわれる。前以て計算されたはりの変位が達成されるま
で、止めねじ６６を締付ける。ＤＣＢが、ＳＣＣを達成
するのに必要なよりも小さいある変位まで予備荷重され
たら、動作中、制御された圧力源６４からの流体圧力を
ベロー６２に加えることが出来る。選ばれた変位を達成
する為にベロー６２に加えるべき圧力の大きさは、下記
の式から計算することが出来る。
【００３６】Ｆp −ＦDCB −Ｆb ＝０ （ｐb −ｐv ）Ａ−ｘDCB ｋDCB −ｘb ｋb ＝０ こゝでＦp 、ＦDCB 及びＦb は、加圧流体、二重片持ち
ばり及びベローによって夫々加えられる力であり、ｐb
及びｐv は夫々ベロー及び炉の容器内の圧力であり、ｘ
DCB 及びｘb は、夫々二重片持ちばり及びベローの引張
り方向の変位であり、ｋDCB 及びｋb は、夫々二重片持
ちばり及びベローのばね定数であり、Ａはベローの実効
面積である。こゝで、加圧流体は非圧縮性で、ＤＣＢ又
はベローにクリープが起こらず、ベローにも関連する配
管にも漏れが起こらないと仮定している。
ばり及びベローによって夫々加えられる力であり、ｐb
及びｐv は夫々ベロー及び炉の容器内の圧力であり、ｘ
DCB 及びｘb は、夫々二重片持ちばり及びベローの引張
り方向の変位であり、ｋDCB 及びｋb は、夫々二重片持
ちばり及びベローのばね定数であり、Ａはベローの実効
面積である。こゝで、加圧流体は非圧縮性で、ＤＣＢ又
はベローにクリープが起こらず、ベローにも関連する配
管にも漏れが起こらないと仮定している。
【００３７】最初ベローが圧縮されない、即ち予備荷重
がないと仮定すると、ｘDCB ＝ｘbである。式を組合せ
てベローの圧力について解くと、次の様になる。 ｐb ＝ｘDCB （ｋDCB ＋ｋb ）／Ａ＋ｐv ある変位を達成するのに必要な圧力を計算することが出
来るが、はり１２，１４の実際の撓みを監視すると、加
えられた荷重の大きさの確実なフィードバックが得られ
る。ベロー６２をその初期応力点まで加圧する手順は、
センサ５０をＢＷＲの炉心内に取付ける前に行なうこと
が出来る。これは、センサ５０を原子炉の環境内に導入
する前に、初期の漏れ又はその他の圧力に関係する欠陥
があれば、それが検出されるので望ましいことがある。
がないと仮定すると、ｘDCB ＝ｘbである。式を組合せ
てベローの圧力について解くと、次の様になる。 ｐb ＝ｘDCB （ｋDCB ＋ｋb ）／Ａ＋ｐv ある変位を達成するのに必要な圧力を計算することが出
来るが、はり１２，１４の実際の撓みを監視すると、加
えられた荷重の大きさの確実なフィードバックが得られ
る。ベロー６２をその初期応力点まで加圧する手順は、
センサ５０をＢＷＲの炉心内に取付ける前に行なうこと
が出来る。これは、センサ５０を原子炉の環境内に導入
する前に、初期の漏れ又はその他の圧力に関係する欠陥
があれば、それが検出されるので望ましいことがある。
【００３８】一旦センサ５０がＢＷＲ内の所定位置に位
置ぎめされたら、前に引用した米国特許第４，６７７，
８５５号及び同第４，９２３，７０８号に記載される様
な普通の方法を用いて、ＳＣＣの速度を決定する。ひゞ
割れの長さが長くなるにつれて、成長しつゝあるひゞ割
れの先端で予定の応力強度を達成する為に、加える荷重
の大きさ、即ち、ベロー６２に供給する圧力を調節す
る。ひゞ割れの長さを絶えず監視して、ベローに加えら
れる荷重をそれに対応して調節することにより、ひゞ割
れの先端に於ける所望の一定の又は可変の応力強度を維
持することが出来る。
置ぎめされたら、前に引用した米国特許第４，６７７，
８５５号及び同第４，９２３，７０８号に記載される様
な普通の方法を用いて、ＳＣＣの速度を決定する。ひゞ
割れの長さが長くなるにつれて、成長しつゝあるひゞ割
れの先端で予定の応力強度を達成する為に、加える荷重
の大きさ、即ち、ベロー６２に供給する圧力を調節す
る。ひゞ割れの長さを絶えず監視して、ベローに加えら
れる荷重をそれに対応して調節することにより、ひゞ割
れの先端に於ける所望の一定の又は可変の応力強度を維
持することが出来る。
【００３９】図４には、この発明の別の実施例のセンサ
が取付けブロックを通る断面で示されている。この実施
例は、センサのはりに荷重を与える為並びにはりの変位
を測定する為の両方の為に、一体のベロー及び線形電圧
変位変換器（ＬＶＤＴ）を使っている。ベロー荷重及び
変位センサ集成体１１０を、図２及び３に示したベロー
荷重及び変位センサ集成体（６０，７０）の代りに用い
ることが出来る。
が取付けブロックを通る断面で示されている。この実施
例は、センサのはりに荷重を与える為並びにはりの変位
を測定する為の両方の為に、一体のベロー及び線形電圧
変位変換器（ＬＶＤＴ）を使っている。ベロー荷重及び
変位センサ集成体１１０を、図２及び３に示したベロー
荷重及び変位センサ集成体（６０，７０）の代りに用い
ることが出来る。
【００４０】ＬＶＤＴセンサ集成体１１０はハウジング
１１４を持ち、これは例えばインコネルの様な非磁性合
金で作ることが出来る。こう云う種類の材料は、ＬＶＤ
Ｔセンサの動作に悪影響を与える惧れのある残留磁気の
影響を受けないと共に、侵食性環境内で使うのに適応し
得ると云う利点がある。ハウジング１１４は全体的に円
筒形であって、ＤＣＢセンサ（図に示してない）の一方
のはりに固定される。ＬＶＤＴセンサ集成体１１０の１
次巻線１１６がハウジング１１４内でベロー集成体１２
８を取巻く様に配置されている。２次巻線１１８が１次
巻線１１６を取巻いており、両方の巻線がリード線１２
０を介して外部の測定装置（図に示してない）に作動的
に結合されている。１次及び２次巻線１１６，１１８は
普通の様に構成されており、巻線は互いに電気的に隔離
されていると共に、それらを支持しているハウジング１
１４からも隔離されている。巻線は、鉄心集成体１３２
の典型的な移動距離にわたって、適切な分解能を達成す
るのに十分なくらいの細いワイヤ・ゲージで精密に巻装
しなければならない。巻線が、ガスケット、カプセル封
じ又は適当な埋込み材料の様な密封剤によって、環境か
ら物理的に隔離されていることが好ましい。更にハウジ
ング１１４にキャップ１２２をはめて、巻線をハウジン
グ内に固定すると共に、ベローを接続する為の基部にす
ることが出来る。
１１４を持ち、これは例えばインコネルの様な非磁性合
金で作ることが出来る。こう云う種類の材料は、ＬＶＤ
Ｔセンサの動作に悪影響を与える惧れのある残留磁気の
影響を受けないと共に、侵食性環境内で使うのに適応し
得ると云う利点がある。ハウジング１１４は全体的に円
筒形であって、ＤＣＢセンサ（図に示してない）の一方
のはりに固定される。ＬＶＤＴセンサ集成体１１０の１
次巻線１１６がハウジング１１４内でベロー集成体１２
８を取巻く様に配置されている。２次巻線１１８が１次
巻線１１６を取巻いており、両方の巻線がリード線１２
０を介して外部の測定装置（図に示してない）に作動的
に結合されている。１次及び２次巻線１１６，１１８は
普通の様に構成されており、巻線は互いに電気的に隔離
されていると共に、それらを支持しているハウジング１
１４からも隔離されている。巻線は、鉄心集成体１３２
の典型的な移動距離にわたって、適切な分解能を達成す
るのに十分なくらいの細いワイヤ・ゲージで精密に巻装
しなければならない。巻線が、ガスケット、カプセル封
じ又は適当な埋込み材料の様な密封剤によって、環境か
ら物理的に隔離されていることが好ましい。更にハウジ
ング１１４にキャップ１２２をはめて、巻線をハウジン
グ内に固定すると共に、ベローを接続する為の基部にす
ることが出来る。
【００４１】ハウジング１１４の内部に、ベロー集成体
１２８を受入れるのに適当な寸法の室１４０が設けられ
る。この寸法により、ベロー１３０の面を室１４０の内
壁から隔てながら収納する。ベロー１３０は焼鈍して熱
処理したインコネル７１８材料で作ることが出来る。更
にベロー集成体１２８が、ベロー１３０内に中心合せさ
れていて、ベローの内側のキャップつきの端に固定され
た鉄心集成体１３２を含む。鉄心集成体１３２は鉄心１
３３をステンレス鋼又はその他の比較的非腐食性材料の
ジャケット１３４で覆って構成されている。この代り
に、鉄心１３３に金の様な非腐蝕性材料を電気めっきし
てもよい。鉄心１３２の取付けられていない端は、ボー
ル１４２の様な絶縁性の力伝達部材の形と対応する椀形
を中心に設けることが好ましい。前に図２及び３のベロ
ー荷重方式について述べた理由により、この球形又はボ
ールの形が、ハウジング１１４と上側の取付けブロック
１１２の間の整合状態を保つ助けになると共に、ベロー
集成体１２８から加えられる荷重を正しい向きに向ける
助けになるが、絶縁円板（図に示してない）に置換えて
もよいし、或いはそれをボール１４２と共に使ってもよ
い。荷重セル１４５が止めねじ１４４と荷重ボール１４
２の間に配置される。荷重セル１４５の出力を使って、
ベロー１３０からＬＶＤＴセンサ集成体１１０に加えら
れた荷重の大きさを決定することにより、荷重制御のフ
ィードバックを行なう。
１２８を受入れるのに適当な寸法の室１４０が設けられ
る。この寸法により、ベロー１３０の面を室１４０の内
壁から隔てながら収納する。ベロー１３０は焼鈍して熱
処理したインコネル７１８材料で作ることが出来る。更
にベロー集成体１２８が、ベロー１３０内に中心合せさ
れていて、ベローの内側のキャップつきの端に固定され
た鉄心集成体１３２を含む。鉄心集成体１３２は鉄心１
３３をステンレス鋼又はその他の比較的非腐食性材料の
ジャケット１３４で覆って構成されている。この代り
に、鉄心１３３に金の様な非腐蝕性材料を電気めっきし
てもよい。鉄心１３２の取付けられていない端は、ボー
ル１４２の様な絶縁性の力伝達部材の形と対応する椀形
を中心に設けることが好ましい。前に図２及び３のベロ
ー荷重方式について述べた理由により、この球形又はボ
ールの形が、ハウジング１１４と上側の取付けブロック
１１２の間の整合状態を保つ助けになると共に、ベロー
集成体１２８から加えられる荷重を正しい向きに向ける
助けになるが、絶縁円板（図に示してない）に置換えて
もよいし、或いはそれをボール１４２と共に使ってもよ
い。荷重セル１４５が止めねじ１４４と荷重ボール１４
２の間に配置される。荷重セル１４５の出力を使って、
ベロー１３０からＬＶＤＴセンサ集成体１１０に加えら
れた荷重の大きさを決定することにより、荷重制御のフ
ィードバックを行なう。
【００４２】ベロー集成体１２８が室１４０内に中心合
せされていて、環状の室１４０の円形開口を取巻く区域
内で、フランジ１３６をハウジング１１４の面に円周方
向に取付けることによって、ハウジングのキャップ１２
２に固定されている。溶接の様な普通の方法を用いて、
ベローのフランジ１３６をハウジング１１４に固定する
ことが出来る。ベローのフランジ１３６は、室１４０と
環境の間に封じを施す様な形で、ハウジングのキャップ
１２２に固定される。巻線を環境から密封する為に別個
のキャップを用いない場合、ベローのフランジ１３６を
ハウジング１１４の本体に直接的に結合することが出来
る。封じが、２０００乃至６０００ｐｓｉの範囲内の室
１４０内の圧力に耐えることが出来ることが重要であ
る。圧力取入管１３８から室１４０に空気圧又はその他
の適当な流体圧力を導入する。管１３８は制御された圧
力源１３９に接続し得る。取付けブロック１１２が、溶
接又はボルト（図に示してない）を使うこと等により、
普通の方法でＤＣＢセンサ（図に示してない）の一方の
はりに固定される。ブロックが止めねじ１４４を保持す
るねじ軸を持っており、この止めねじは、ボール１４２
を鉄心集成体１３２と圧縮接触する様に調節自在であ
る。止めねじを使わないで、標本に予備荷重を加える為
にベローを膨張させ又は締付けるこの他の方法を用いて
もよい。
せされていて、環状の室１４０の円形開口を取巻く区域
内で、フランジ１３６をハウジング１１４の面に円周方
向に取付けることによって、ハウジングのキャップ１２
２に固定されている。溶接の様な普通の方法を用いて、
ベローのフランジ１３６をハウジング１１４に固定する
ことが出来る。ベローのフランジ１３６は、室１４０と
環境の間に封じを施す様な形で、ハウジングのキャップ
１２２に固定される。巻線を環境から密封する為に別個
のキャップを用いない場合、ベローのフランジ１３６を
ハウジング１１４の本体に直接的に結合することが出来
る。封じが、２０００乃至６０００ｐｓｉの範囲内の室
１４０内の圧力に耐えることが出来ることが重要であ
る。圧力取入管１３８から室１４０に空気圧又はその他
の適当な流体圧力を導入する。管１３８は制御された圧
力源１３９に接続し得る。取付けブロック１１２が、溶
接又はボルト（図に示してない）を使うこと等により、
普通の方法でＤＣＢセンサ（図に示してない）の一方の
はりに固定される。ブロックが止めねじ１４４を保持す
るねじ軸を持っており、この止めねじは、ボール１４２
を鉄心集成体１３２と圧縮接触する様に調節自在であ
る。止めねじを使わないで、標本に予備荷重を加える為
にベローを膨張させ又は締付けるこの他の方法を用いて
もよい。
【００４３】動作について説明すると、ＬＶＤＴセンサ
集成体１１０の１次巻線１１６に外部の源からリード線
１２０を介して電圧を供給し、その間２次巻線は、リー
ド線１２０によってやはり巻線に接続された外部の測定
装置によって監視する。ＤＣＢセンサのはり（図に示し
てない）は最初は止めねじ１４４の調節によって予備荷
重が加えられている。取入管１３８から外部の流体圧力
がＬＶＤＴセンサ集成体に供給される。ＤＣＢセンサに
加えられる荷重を遠隔地点から調節したい場合、圧力は
取入管１３８を介して室１４０に対して増加したり減少
したりする。これがベロー１３０を圧縮したり緩めたり
する傾向を持つ。ベロー１３０が動くと、１次及び２次
巻線１１６，１１８に対する鉄心１３３の向きの変化に
より、２次巻線１１８に生ずる電圧に変化が起こる。こ
の電圧の変化が、鉄心１３３の位置変化に直線的に比例
する。その為、ＬＶＤＴセンサ集成体１１０は、それが
結合された二重片持ちばりの変位の測定値を発生する。
集成体１１０の１次巻線１１６に外部の源からリード線
１２０を介して電圧を供給し、その間２次巻線は、リー
ド線１２０によってやはり巻線に接続された外部の測定
装置によって監視する。ＤＣＢセンサのはり（図に示し
てない）は最初は止めねじ１４４の調節によって予備荷
重が加えられている。取入管１３８から外部の流体圧力
がＬＶＤＴセンサ集成体に供給される。ＤＣＢセンサに
加えられる荷重を遠隔地点から調節したい場合、圧力は
取入管１３８を介して室１４０に対して増加したり減少
したりする。これがベロー１３０を圧縮したり緩めたり
する傾向を持つ。ベロー１３０が動くと、１次及び２次
巻線１１６，１１８に対する鉄心１３３の向きの変化に
より、２次巻線１１８に生ずる電圧に変化が起こる。こ
の電圧の変化が、鉄心１３３の位置変化に直線的に比例
する。その為、ＬＶＤＴセンサ集成体１１０は、それが
結合された二重片持ちばりの変位の測定値を発生する。
【００４４】図５には、センサのはりの間の変位を決定
する為に静電容量伸び計を利用した実施例のＤＣＢセン
サ１５０の部分的な側面図で示されている。はり１５
２，１５４の互いに内向きの面に、向い合って配置され
た対の部品１７０，１７０′乃至１８０，１８０′で形
成される容量性電極集成体が取付けられている。各々の
容量性部品が、キャパシタの全体的に平行な一方の極板
を形成しており、ＤＣＢセンサ１５０のはりからセラミ
ックの様な絶縁材料によって絶縁された金属の円板で構
成される。ＢＷＲの用途では、金属の電極に選ばれる材
料は、侵食性環境に耐えるのに適していなければならな
い。ＤＣＢがその中で動作する環境の流体が、キャパシ
タ構造に対する誘電体となり、液体又はガスの何れかで
あってよい。金属円板として構成された時、各々の容量
性部品１７０，１７０′乃至１８０，１８０′がリード
線に接続され、そのリード線がはり１５２，１５４内に
形成された夫々のチャンネル１９４，１９４′を介して
外部の測定回路（図に示してない）に通される。ＤＣＢ
センサ１５０に荷重がかけられていない状態にある時、
容量性部品１７０，１７０′の平行な向い合った面は、
例えば約０．１００吋だけ隔たっている。部品のこの様
な間隔は、センサ１５０がその中で動作する流体の誘電
率に応じて調節する必要があることがある。図２及び３
に示した様に、取付けブロック１６２，１６４の間に取
付けられたベロー１６１によって荷重が加えられた時、
向い合う部品の間の間隔は、予め加工されたひゞ割れ１
５８の先端１５９と夫々対の電極の間の距離によるが、
典型的には約０．１２５吋である。
する為に静電容量伸び計を利用した実施例のＤＣＢセン
サ１５０の部分的な側面図で示されている。はり１５
２，１５４の互いに内向きの面に、向い合って配置され
た対の部品１７０，１７０′乃至１８０，１８０′で形
成される容量性電極集成体が取付けられている。各々の
容量性部品が、キャパシタの全体的に平行な一方の極板
を形成しており、ＤＣＢセンサ１５０のはりからセラミ
ックの様な絶縁材料によって絶縁された金属の円板で構
成される。ＢＷＲの用途では、金属の電極に選ばれる材
料は、侵食性環境に耐えるのに適していなければならな
い。ＤＣＢがその中で動作する環境の流体が、キャパシ
タ構造に対する誘電体となり、液体又はガスの何れかで
あってよい。金属円板として構成された時、各々の容量
性部品１７０，１７０′乃至１８０，１８０′がリード
線に接続され、そのリード線がはり１５２，１５４内に
形成された夫々のチャンネル１９４，１９４′を介して
外部の測定回路（図に示してない）に通される。ＤＣＢ
センサ１５０に荷重がかけられていない状態にある時、
容量性部品１７０，１７０′の平行な向い合った面は、
例えば約０．１００吋だけ隔たっている。部品のこの様
な間隔は、センサ１５０がその中で動作する流体の誘電
率に応じて調節する必要があることがある。図２及び３
に示した様に、取付けブロック１６２，１６４の間に取
付けられたベロー１６１によって荷重が加えられた時、
向い合う部品の間の間隔は、予め加工されたひゞ割れ１
５８の先端１５９と夫々対の電極の間の距離によるが、
典型的には約０．１２５吋である。
【００４５】この実施例では、キャパシタ集成体１６８
を構成する対の容量性部品１７０，１７０′乃至１８
０，１８０′が、はり１５２，１５４の長さに沿って一
様に分布していることが好ましい。制御圧力源（図に示
してない）からベロー１６１に流体圧力が加えられ、こ
うしてはり１５２，１５４を撓ませる。はりが撓むと、
はりの上に設けられた対の容量性電極の静電容量が、夫
々の対で起こった撓みの大きさと共に変化する。対に対
する静電容量の値の決定が、容量性部品の対に作動的に
結合された回路（全体を１８６で示す）によって行なわ
れる。普通のはり理論を適用すると、即ち、はりの弯曲
が加えられた荷重の関数であることから、センサ１５０
のはりに加えられた荷重の大きさを計算することが出来
る。加えられた荷重の決定は、ひゞ割れの長さを考慮に
入れる。このひゞ割れの長さは、前に述べた様に、前に
引用した米国特許に記載される方法を用いた電位降下方
法によって計算することが出来る。更にこの決定には、
センサ１５０の本体を構成する材料のコンプライアンス
の値、並びに相隔たる容量性部品１７０，１７０′乃至
１８０，１８０′で収集された種々の変位の値をグラフ
に描くことによって決定されたはり１５２，１５４の弯
曲を考慮に入れる。
を構成する対の容量性部品１７０，１７０′乃至１８
０，１８０′が、はり１５２，１５４の長さに沿って一
様に分布していることが好ましい。制御圧力源（図に示
してない）からベロー１６１に流体圧力が加えられ、こ
うしてはり１５２，１５４を撓ませる。はりが撓むと、
はりの上に設けられた対の容量性電極の静電容量が、夫
々の対で起こった撓みの大きさと共に変化する。対に対
する静電容量の値の決定が、容量性部品の対に作動的に
結合された回路（全体を１８６で示す）によって行なわ
れる。普通のはり理論を適用すると、即ち、はりの弯曲
が加えられた荷重の関数であることから、センサ１５０
のはりに加えられた荷重の大きさを計算することが出来
る。加えられた荷重の決定は、ひゞ割れの長さを考慮に
入れる。このひゞ割れの長さは、前に述べた様に、前に
引用した米国特許に記載される方法を用いた電位降下方
法によって計算することが出来る。更にこの決定には、
センサ１５０の本体を構成する材料のコンプライアンス
の値、並びに相隔たる容量性部品１７０，１７０′乃至
１８０，１８０′で収集された種々の変位の値をグラフ
に描くことによって決定されたはり１５２，１５４の弯
曲を考慮に入れる。
【００４６】ベローの内部に静電容量測定装置を配置す
ることによって、センサのアームの変位を測定すること
も出来る。一方の極板はベローの一方の面に取付け、他
方の極板はベローの他方の面に取付ける。各々の極板は
ベローから並びに互いに電気的に隔離されていなければ
ならない。この実施例は、センサのアームに沿った相異
なる位置に於ける相対的な変位を通じて標本のコンプラ
イアンスを決定することが出来ないが、センサがその中
で動作する全体的な環境から隔離されると云う利点があ
る。これはベローの内側の環境だけを見ており、これは
静電容量の測定感度を下げない様に適当に非導電に保つ
ことが出来る。
ることによって、センサのアームの変位を測定すること
も出来る。一方の極板はベローの一方の面に取付け、他
方の極板はベローの他方の面に取付ける。各々の極板は
ベローから並びに互いに電気的に隔離されていなければ
ならない。この実施例は、センサのアームに沿った相異
なる位置に於ける相対的な変位を通じて標本のコンプラ
イアンスを決定することが出来ないが、センサがその中
で動作する全体的な環境から隔離されると云う利点があ
る。これはベローの内側の環境だけを見ており、これは
静電容量の測定感度を下げない様に適当に非導電に保つ
ことが出来る。
【００４７】この発明に従ってベロー荷重式ＤＣＢ応力
センサを動作させる方法を説明する為に、図２及び３に
示した実施例を例として用いる。図４及び５に示したこ
の発明の各々の実施例並びにＣＴ標本を含めた種々の他
のセンサ形式にも、同じ動作が全体的に該当することを
承知されたい。前に引用した米国特許に記載される様
に、試験標本をＤＣＢ形センサとして作用する様に調製
する。これは、センサのはり１２，１４に、電位降下方
法によって、ひゞ割れの長さａ0 を決定する為の電圧接
点２４，２４′及びプローブ接点２６−３０及び２６′
−３０′を取付けることを含む。適当な寸法のベロー６
２を、２つの取付けブロック５１，５２の間でセンサの
はりの端に取付ける。取付けブロックは、荷重線２２に
対して調節して、はり１２，１４の間の変位を監視する
変位センサ集成体７０をも保持していてよい。ベロー
は、それに関連する圧力取入管６３が下側の取付けブロ
ック５２の１端から突出する様に位置ぎめする。圧力取
入管を制御圧力源６４に作動的に結合し、ベロー６２を
加圧する。好ましくはボール形である絶縁部材７６が、
上側の取付けブロックの頂部に設けたねじ孔の中に配置
され、それが、好ましくはベローの中心に設けられた凹
みの中で、圧力取入管６３と向い合ってベロー６２の端
の頂部にのっかる様にする。やはりボールと接触する端
に椀形の凹みを設けた止めねじ６６がねじ山を設けた取
付けブロックに挿入され、それがボール７６と圧縮接触
するまで調節される。荷重がない時のはりの変位を決定
する為に、変位センサ７１の読みを読取る。はり１２，
１４の変位を測定することによって加えられた荷重の大
きさを計算する代りに、ベロー６２によって加えられた
荷重の大きさは、ベローと取付けブロック５１に保持さ
れた止めねじ６６の間に配置された荷重セル６５によっ
て直接的に測定することも出来る。
センサを動作させる方法を説明する為に、図２及び３に
示した実施例を例として用いる。図４及び５に示したこ
の発明の各々の実施例並びにＣＴ標本を含めた種々の他
のセンサ形式にも、同じ動作が全体的に該当することを
承知されたい。前に引用した米国特許に記載される様
に、試験標本をＤＣＢ形センサとして作用する様に調製
する。これは、センサのはり１２，１４に、電位降下方
法によって、ひゞ割れの長さａ0 を決定する為の電圧接
点２４，２４′及びプローブ接点２６−３０及び２６′
−３０′を取付けることを含む。適当な寸法のベロー６
２を、２つの取付けブロック５１，５２の間でセンサの
はりの端に取付ける。取付けブロックは、荷重線２２に
対して調節して、はり１２，１４の間の変位を監視する
変位センサ集成体７０をも保持していてよい。ベロー
は、それに関連する圧力取入管６３が下側の取付けブロ
ック５２の１端から突出する様に位置ぎめする。圧力取
入管を制御圧力源６４に作動的に結合し、ベロー６２を
加圧する。好ましくはボール形である絶縁部材７６が、
上側の取付けブロックの頂部に設けたねじ孔の中に配置
され、それが、好ましくはベローの中心に設けられた凹
みの中で、圧力取入管６３と向い合ってベロー６２の端
の頂部にのっかる様にする。やはりボールと接触する端
に椀形の凹みを設けた止めねじ６６がねじ山を設けた取
付けブロックに挿入され、それがボール７６と圧縮接触
するまで調節される。荷重がない時のはりの変位を決定
する為に、変位センサ７１の読みを読取る。はり１２，
１４の変位を測定することによって加えられた荷重の大
きさを計算する代りに、ベロー６２によって加えられた
荷重の大きさは、ベローと取付けブロック５１に保持さ
れた止めねじ６６の間に配置された荷重セル６５によっ
て直接的に測定することも出来る。
【００４８】前に述べた様に、ベローは限られた最大の
撓みを持っており、この最大値を達成するにはかなりの
圧力を必要とする。ベロー６２から可能な最大荷重を得
る為、止めねじ６６を使ってベローを機械的に圧縮す
る。圧縮されたベローのばね定数が、取付けブロックに
対する力の反作用をし、こうしてセンサのはりを引離
す。これによって、加圧されていないベローから荷重を
誘起することが出来る。ＤＣＢセンサ５０に予備荷重が
加えられる時、はり１２，１４の変位を監視し、ひゞ割
れの長さを考慮に入れて、予め選ばれた応力強度係数の
値に近付く。機械的な予備荷重によって所望の応力強度
が十分に達成されない場合、動作中、ベロー６２は制御
圧力源６４から更に加圧する。加えるべき圧力の大きさ
は、センサ５０のコンプライアンス及びベローのばね定
数が判っていれば、計算することが出来る。ベローに加
えられる圧力の大きさは、供給源６４に作動的に結合し
た圧力変換器（図に示してない）によって監視すると共
に、変位センサ集成体７０によって決定されるその結果
として起こるはりの変位によって確かめることが好まし
い。こうして、ひゞ割れの長さが長くなるにつれて、圧
力源の圧力を下げることにより、センサのひゞ割れの先
端に於ける一定の応力強度を維持することが出来る。
撓みを持っており、この最大値を達成するにはかなりの
圧力を必要とする。ベロー６２から可能な最大荷重を得
る為、止めねじ６６を使ってベローを機械的に圧縮す
る。圧縮されたベローのばね定数が、取付けブロックに
対する力の反作用をし、こうしてセンサのはりを引離
す。これによって、加圧されていないベローから荷重を
誘起することが出来る。ＤＣＢセンサ５０に予備荷重が
加えられる時、はり１２，１４の変位を監視し、ひゞ割
れの長さを考慮に入れて、予め選ばれた応力強度係数の
値に近付く。機械的な予備荷重によって所望の応力強度
が十分に達成されない場合、動作中、ベロー６２は制御
圧力源６４から更に加圧する。加えるべき圧力の大きさ
は、センサ５０のコンプライアンス及びベローのばね定
数が判っていれば、計算することが出来る。ベローに加
えられる圧力の大きさは、供給源６４に作動的に結合し
た圧力変換器（図に示してない）によって監視すると共
に、変位センサ集成体７０によって決定されるその結果
として起こるはりの変位によって確かめることが好まし
い。こうして、ひゞ割れの長さが長くなるにつれて、圧
力源の圧力を下げることにより、センサのひゞ割れの先
端に於ける一定の応力強度を維持することが出来る。
【００４９】場合によっては、標本に於けるひゞ割れの
成長を変化する加えられた応力強度の関数として検査す
ることが望ましいことがある。こう云う場合、試験標本
に加えられる応力強度は、標本に於けるひゞ割れの成長
速度並びにその結果記録されるひゞ割れの成長を観測し
ながら、系統的に増加することが出来る。更に、低合金
鋼の様なある種類の材料では、ＳＣＣ並びに／又は腐食
疲労ひゞ割れを誘起する為に、加えられる荷重をサイク
ル式に変えることが必要になることがある。この点につ
いて云うと、予定の応力強度の限界の間で荷重を実効的
にサイクル式に変える為に、この発明を用いることが出
来る。
成長を変化する加えられた応力強度の関数として検査す
ることが望ましいことがある。こう云う場合、試験標本
に加えられる応力強度は、標本に於けるひゞ割れの成長
速度並びにその結果記録されるひゞ割れの成長を観測し
ながら、系統的に増加することが出来る。更に、低合金
鋼の様なある種類の材料では、ＳＣＣ並びに／又は腐食
疲労ひゞ割れを誘起する為に、加えられる荷重をサイク
ル式に変えることが必要になることがある。この点につ
いて云うと、予定の応力強度の限界の間で荷重を実効的
にサイクル式に変える為に、この発明を用いることが出
来る。
【００５０】以上の好ましい実施例は、例の為に説明し
たに過ぎない。ＤＣＢひゞ割れ成長センサの分野の当業
者であれば、好ましい実施例に対する種々の変形が容易
に考えられよう。これら全ての変形及び変更は特許請求
の範囲内に含まれるものである。
たに過ぎない。ＤＣＢひゞ割れ成長センサの分野の当業
者であれば、好ましい実施例に対する種々の変形が容易
に考えられよう。これら全ての変形及び変更は特許請求
の範囲内に含まれるものである。
【図１】普通のＤＣＢひゞ割れ成長センサの部分的な側
面図。
面図。
【図２】この発明の好ましい実施例による、ベロー荷重
装置及び変位センサを備えたＤＣＢひゞ割れ成長センサ
の部分的な側面図。
装置及び変位センサを備えたＤＣＢひゞ割れ成長センサ
の部分的な側面図。
【図３】図２に示した切断線３−３で切った断面図。
【図４】この発明の別の好ましい実施例によるベロー荷
重装置及び線形電圧変位センサの断面図。
重装置及び線形電圧変位センサの断面図。
【図５】この発明の更に別の好ましい実施例による、複
数個の容量性変位センサを備えたベロー荷重式ＤＣＢセ
ンサの部分的な側面図。
数個の容量性変位センサを備えたベロー荷重式ＤＣＢセ
ンサの部分的な側面図。
１２，１４ はり ４０ ひゞ割れ ５１，５２ 取付けブロック ６０ ベロー荷重集成体 ６２ ベロー ６４ 制御圧力源 ７０ 変位センサ集成体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ２１Ｃ 17/003 ＧＤＢ Ｇ２１Ｄ 1/00 ＧＤＢ (72)発明者 ピーター・ルイス・アンドレセン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ・ラグビー・ロード、1204番 (72)発明者 ウイリアム・ラムセイ・カトリン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、フォックス・ハロー・ロード、 1444番 (72)発明者 ギャリー・ウイリアム・カントリラス アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン ホゼ、ホステッター・ロード、2637番 (72)発明者 ロナルド・エドワード・ドレアー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、サウス・カントリー・クラブ・ ドライブ、1190番 (72)発明者 ウイリアム・デイル・ミラー アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン ホゼ、ウィローハースト・アヴェニュー、 1712番 (72)発明者 ハーベイ・ドナルド・ソロモン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、アントニア・ドライブ、2501番 (72)発明者 ダニエル・ヴァインスタイン アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン ホゼ、ホエイレイ・ドライブ、6322番
Claims (20)
- 【請求項１】 原子炉の圧力容器又は配管のひゞ割れの
成長を監視する装置に於て、（Ａ）ひゞ割れ形成区域及
び夫々該ひゞ割れ形成区域に結合された１端を持つ第１
及び第２の片持ちばりで構成された二重片持ちばり形ひ
ゞ割れ成長センサと、（Ｂ）夫々の端が前記第１及び第
２の片持ちばりの他端に機械的に結合された中空の膨張
し得る手段であって、その内部の流体圧力に応答して予
定の方向にのみ膨張することでき、かつ前記第１及び第
２の片持ちばりの他端を互いに離そうとする荷重を加え
て、該荷重の大きさが部分的に当該中空の膨張し得る手
段の内部の圧力に応じて定まる様にした中空の膨張し得
る手段とを含むことを特徴とする装置。 - 【請求項２】 前記中空の膨張し得る手段がベローであ
る請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 更に、前記中空の膨張し得る手段に予定
の圧力を持つ流体を供給する加圧手段を有する請求項１
記載の装置。 - 【請求項４】 前記中空の膨張し得る手段の夫々の端
が、前記第１及び第２の片持ちばりの他端と荷重を伝達
する様に接続し得る第１及び第２の取付け部品によっ
て、前記第１及び第２の片持ちばりの他端に機械的に結
合される請求項３記載の装置。 - 【請求項５】 前記第２の取付け部品の中に加圧室が形
成されており、前記中空の膨張し得る手段が、前記加圧
室内からの流体によって加えられた圧力に応答して前記
予定の方向に膨張し得る様に、圧力を受取る関係に前記
第２の取付け部品に固定されており、前記加圧手段が前
記加圧室と流体を伝達する様に結合されている請求項４
記載の装置。 - 【請求項６】 更に、前記第１の取付け部品に取付けら
れていて、前記中空の膨張し得る手段と向い合ってい
て、前記予定の方向と平行に且つそれと反対に移動する
様に作動し得る接触面を持つ予備荷重アクチュエータ
と、前記接触面及び前記中空の膨張し得る手段の中間に
あって、前記予備荷重アクチュエータからの予備荷重の
力を前記中空の膨張し得る手段に伝達する力伝達部品と
を有する請求項４記載の装置。 - 【請求項７】 更に、電気出力を持つと共に、前記中空
の膨張し得る手段及び前記第１の取付け部品と作動的に
結合されていて、前記中空の膨張し得る手段によって前
記第１の取付け部品に加えられた力の大きさを感知する
荷重セル手段を有する請求項６記載の装置。 - 【請求項８】 前記力伝達部品が球形であって電気絶縁
材料で作られ、前記予備荷重アクチュエータが前記第１
の取付け部品内にねじ係合した止めねじである請求項６
記載の装置。 - 【請求項９】 前記ベローが約２００ポンド／吋以上の
ばね定数を有する請求項２記載の装置。 - 【請求項１０】 更に、前記ベローの１端に結合されて
いて、実質的にその中に入り込む心棒を有する請求項２
記載の装置。 - 【請求項１１】 前記流体が不活性ガスである請求項１
記載の装置。 - 【請求項１２】 前記第１及び第２の相隔たる片持ちば
りに作動的に結合されていて、選ばれた位置での該片持
ちばりの相互変位に対応する信号を取出す変位センサ手
段を有する請求項２記載の装置。 - 【請求項１３】 前記変位センサ手段が、前記第１のは
り部品に装着されていて、それと共に可動であって、磁
界を形成する様に磁化された第１のセンサ部品と、前記
磁界内にある場所で前記第２の片持ちばりに装着されて
いて、前記第１のセンサ部品から所定の距離だけ隔た
り、該所定の距離に対応する磁界によって誘起された出
力を持つ第２のセンサ部品と、前記出力に応答して、前
記選ばれた位置での前記相隔たる片持ちばりの相互変位
を取出す手段とで構成されている請求項１２記載の装
置。 - 【請求項１４】 前記変位センサ手段が、強磁性材料で
形成されていて、前記ベローに結合されていてそれと一
緒に可動である鉄心部品と、該鉄心部品を取巻いてい
て、出力信号を出す様に電気的に付勢可能である不動の
感知コイル部品と、該不動のコイル部品を電気的に付勢
する手段と、前記出力信号に応答して、前記選ばれた位
置での前記相隔たる片持ちばりの間の間隔に対応する変
位信号を取出す手段とで構成されている請求項１２記載
の装置。 - 【請求項１５】 前記変位センサ手段が、前記第１及び
第２の片持ちばりに沿って選ばれた位置に装着されてい
て、何れも前記第１の片持ちばりに装着された第１のキ
ャパシタ部品及び該第１のキャパシタ部品から隔たって
前記第２の片持ちばりに装着されていて該第１のキャパ
シタ部品との間にキャパシタを構成する第２のキャパシ
タ部品を含んでいる、第１及び第２のキャパシタを構成
する集成体と、前記第１及び第２のキャパシタ部品の各
々と電気結合されていて、それらを、それの静電容量に
対応する出力を有する回路内にキャパシタとして結合す
る回路手段とで構成されている請求項１２記載の装置。 - 【請求項１６】 前記変位センサ手段が、前記第１の片
持ちばりに装着されていてそれと一緒に可動であるレー
ザ・ビーム反射手段と、前記第２の片持ちばりに装着さ
れていてそれと一緒に可動であって、前記レーザ・ビー
ム反射手段の方に向けられたレーザ・ビーム源と、前記
第２片持ちばりのに装着されていてそれと一緒に可動で
あって、レーザ・ビームが入射したことを検出する手段
と、レーザ・ビームが前記レーザ・ビーム源から前記レ
ーザ・ビーム反射手段を介して検出する手段まで移動す
る時間を決定する手段とで構成されている請求項１２記
載の装置。 - 【請求項１７】 第１及び第２の相隔たるはり部品の中
間にあって、ひゞ割れの先端からはりの第１及び第２の
端にある口まで伸びる予め形成されたひゞ割れを持つ試
験標本に対してひゞ割れの成長を誘起する荷重を加える
方法に於て、（ａ）第１の期間の間、予定の方向に第１
の予定の荷重を加えて、該第１の予定の荷重が前記第１
及び第２の相隔たるはり部品を反対方向に押圧する様に
し、（ｂ）第２の期間の間、前記予定の方向に第２の予
定の荷重を加えて、該第２の予定の荷重が前記第１及び
第２の相隔たるはり部品を反対の方向に押圧する様にす
る工程を含み、前記第２の予定の荷重は前記第１の予定
の荷重と同じではなく、前記第１の予定の荷重は第１の
予定のばね荷重及び第１の予定の流体圧力の合計の力に
よって発生され、前記第２の予定の荷重は第２の予定の
ばね荷重及び第２の予定の流体圧力の合計の力によって
発生され、前記ばね荷重が前記第１及び第２の相隔たる
はり部品を隔てる距離の関数である方法。 - 【請求項１８】 前記第１及び第２の予定の荷重が、前
記第１及び第２の相隔たるはり部品の間にベローを取付
け、第１及び第２の予定の圧力を持つ加圧流体を夫々前
記ベローに供給することによって発生される請求項１７
記載の方法。 - 【請求項１９】 更に、前記第１の予定の荷重を加える
前の第１の時刻、並びに前記第１の予定の荷重を加えた
後で第２の予定の荷重を加える前の第２の時刻に、前記
第１及び第２の相隔たるはり部品を隔てる距離を測定す
る工程と、前記測定された距離の変化によって生じた前
記ベローから加わるばね荷重の変化を補償する様に前記
第２の予定の荷重を選ぶ工程を含む請求項１８記載の方
法。 - 【請求項２０】 原子炉の圧力容器又は配管内のひゞ割
れの成長を監視する装置に於て、（Ａ）ひゞ割れ形成区
域及び該ひゞ割れ形成区域に結合された１端を夫々持つ
第１及び第２の片持ちばりで構成された二重片持ちばり
形ひゞ割れ成長センサと、（Ｂ）所定のばね定数を持つ
と共に、夫々の端が前記第１及び第２の片持ちばりの他
端に機械的に結合される中空の膨張し得る手段であっ
て、その内部の流体圧力に応答して予定の方向にのみ膨
張し得ると共に、前記第１及び第２の片持ちばりの他端
を互いに引離す様な荷重を加えて、該荷重の大きさが当
該中空の膨張し得る手段の内部の圧力及び当該中空の膨
張し得る手段のばね定数に応じて定まる様にした中空の
膨張し得る手段と、前記第１及び第２の相隔たるはり部
品に作動的に結合されていて、選ばれた位置での前記は
り部品の相互変位に対応する信号を取出す変位センサ手
段とを有する装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/083,140 US5386442A (en) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | Method and apparatus for controlling the load on double cantilever beam sensors |
| US083140 | 1993-06-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07167764A true JPH07167764A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=22176449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6140627A Withdrawn JPH07167764A (ja) | 1993-06-25 | 1994-06-23 | ひゞ割れの成長を監視する装置と方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5386442A (ja) |
| EP (1) | EP0631123A3 (ja) |
| JP (1) | JPH07167764A (ja) |
Cited By (3)
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| CN115930761A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-04-07 | 中国科学院金属研究所 | 一种苛刻腐蚀环境紧凑拉伸试样裂纹长度原位监测系统及其使用方法 |
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- 1994-06-23 JP JP6140627A patent/JPH07167764A/ja not_active Withdrawn
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| US5386442A (en) | 1995-01-31 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010904 |