学生用 小坂研

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

全文

(1)

1.ひずみゲージの原理

 金属材料は、その金属固有の抵抗値を持っているので、外部から引張力(圧縮力)を加え られると伸縮し、その抵抗値は増加、減少する。金属材料にひずみが加えられたときRだっ た抵抗値が⊿Rだけ変化したとすれば、次の関係が成り立つ。

      S S K L L K R R S

K はゲージ率といい、ひずみゲージの感度を表す係数で、一般的に使われている銅・ニッ ケル系、ニッケル・クロム系合金はほぼ2である。

2.ひずみゲージの構造

      図1 ひずみゲージの構造

(2)

3.ひずみゲージの結線法

 ひずみゲージでブリッジ回路を構成する場合、測定方法に応じて1、2、4ゲージ法がある。 (1)1ゲージ法

 ブリッジ回路の一辺にひずみゲージが、ほかの三辺に固定抵抗が接続される回路。この方 式は一般の応力・ひずみ測定に簡便なため、広く使われているが、図4-1の1ゲージ2線式 ではリード線の影響を大きく受けるため、温度変化の大きい場合やリード線が長くなる場

合には、図4-2の1ゲージ3線式を使用しなければならない。

     図2 1ゲージ法を用いた回路

(2)2ゲージ法

 ブリッジ回路の二辺にひずみゲージが、ほかの二辺に固定抵抗が接続される回路。2枚の

ひずみゲージのうち1枚をアクティブゲージ、他の1枚を温度補償用のダミーゲージとする

アクティブ・ダミー法(図5-1)や2枚ともアクティブゲージとする2アクティブ法がある。

2アクティブ法は、測定対象以外のひずみ成分の除去などに使われるが、測定目的によって

図5-1や図5-2の2通りの接続がとれる。

     図3 2ゲージ法を用いた回路

(3)

 ブリッジ回路の各辺がすべてひずみゲージで構成される回路(図6)。この回路は、変換 器(センサ)製作時の出力を大きくしたり、温度補償を向上させる。また、測定対象以外の ひずみ成分の除去などに使われる。

    図4 4ゲージ法を用いた回路

4.実験で用いるひずみゲージの仕様 (1) ひずみゲージ

    ひずみゲージは,メーカー型番FLA-5-11-5LTを用いる.

    

      図5 FLA-5-11-5LT

     

(4)

表1 FLA-5-11-5LTの仕様

項目 仕様 単位

ゲージ長 5 mm

ゲージ幅 1.5 mm

ベース長 10 mm

ベース幅 3 mm

抵抗値 120 Ω

リード線の長さ 3線5m付き m

(2)ひずみゲージアンプ

ひずみゲージの信号は非常に微小なため,信号を増幅させるために型番SGI-100A のひずみゲージアンプを用いる.

(5)

表2 SGI-100Aの仕様

項目 仕様

測定対象 ひずみゲージ、ひずみゲージ式変換器

測定チャネル数 1点

適用ゲージ抵抗 1ゲージ法   120Ω

2ゲージ法   60~1000Ω(ただし対辺2アクティブゲージ法は不可) 4ゲージ法   120~1000Ω

ブリッジ電圧 2V DC

測定範囲 ±2000×10-6ひずみ(±1mV/V

零点調整範囲 ±2000×10-6ひずみ ただし4ゲージ法120Ωの場合に限る

(ゲージ抵抗値が120Ω以外の場合、調整範囲は変動する) 応答周波数特性 DC~100Hz(-3dB±1dB)

表示 液晶表示   -1999~1999(単位:×10-6ひずみ)

電源ランプ 

 電源ON/OFFモニタ(電源電圧が7V以下になると消える) 電圧出力 出力:±1.0V/±2000×10-6ひずみ  負荷抵抗5kΩ以上

電源 積層9V電池×1本(006P)  (アルカリ電池で約8時間稼動) 消費電流 30mA以下(4ゲージ120Ω接続時)

使用温湿度範囲 5~40℃、20~80%RH(ただし結露しないこと) 外形寸法 120mm(W)×80mm(D)

(6)

ひずみゲージアンプを用いても信号が小さく,さらに増幅する必要がある場合,差 動増幅器(増幅率10倍)を使用する.

図8 差動増幅器

5.実験方法

   (1)ひずみゲージアンプ

     入力端子にひずみゲージと短絡線を接続,出力端子の+端子に差動増幅器の      入力を接続し,-端子にグラウンドを接続する.電源には9Vの電池を接続する.    (2)差動増幅器

     定電圧電源には5V,入力端子にはひずみゲージアンプの出力端子を接続し,出力 端子はA/Dボードに接続する.

定電圧電源 入力

(7)

6.部品表

 ひずみゲージ FLA-5-11-5LT×1 ひずみゲージアンプ SGI-100A×1 9V電池×1

差動増幅回路

 ・ユニバーサル基板×1 ・オペアンプ LM358N×1 ・コネクタ×3

・金属皮膜抵抗 1kΩ:誤差±1%×4         10kΩ:誤差±1%×4

参考URL

ひずみゲージとは

http://www.kyowa-ei.co.jp/support/technical/info/strain_gages.html ひずみゲージの結線法

http://www.kyowa-ei.co.jp/support/technical/info/sg_04.html

ひずみゲージブリッジの組み方例

http://www.kyowa-ei.co.jp/support/technical/pdf/straingage_bridge.pdf ひずみゲージの接着法と防湿処理の一例

http://www.kyowa-ei.co.jp/support/technical/memo/glue.html 教材用ひずみゲージアンプ

http://www.kyowa-ei.co.jp/japanese/e-shop/sgi100a_2.htm

RS Mobile

(8)

ひずみゲージ

アル

目次

1.ひずみゲージの原理・・・P.1

2.ひずみゲージの構造・・・P.1

3.ひずみゲージの結線法・・・P.2

Updating...

関連した話題 :