ひずみゲージは、1938年にエドワードE.シモンズとアーサーC.ルージュによって発明されました。この発明により、さまざまな構造物のかなりの量のひずみが測定されました。ひずみゲージは センサーの種類 物体のひずみを測定するためにさまざまなアプリケーションで使用されます。これは、トンネル、地下空洞、建物、橋、コンクリート、石造ダム、土/コンクリートへの埋め込みなど、さまざまな構造物のひずみを決定するために不可欠な地盤工学ツールです。これは、読者がひずみゲージについて知ることができるすべてのものです。動作原理、特性、およびアプリケーション。
ひずみゲージとは何ですか？
定義： ひずみゲージは、地盤工学の分野でさまざまな構造物のひずみを測定するために使用される必須のデバイスの1つです。外力を加えると、ひずみゲージの抵抗が変化します。
歪みゲージ
ゲージの基本構造には、金属箔構造をサポートするための絶縁性の柔軟な裏当てがあります。この金属コイルは、キャリアと呼ばれる薄い裏地に接着され、セットアップ全体が適切な接着剤を使用してオブジェクトに固定されます。力、圧力、重量、張力などによって物体が変形すると、 電気抵抗 ホイルの変更。 A ホイートストンブリッジ 抵抗率の変化を測定します。これは、ゲージ係数と呼ばれる量によるひずみに関連しています。
ひずみゲージ-試験片-図
ゲージの抵抗の小さな変化は、ホイートストンブリッジの概念を使用して測定されます。次の図は、4つの抵抗アームと励起電圧Vを備えた一般的なホイートストンブリッジを示しています。前者。
ホイートストンブリッジ
ホイートストンブリッジには2つの並列があります 分圧器 回路。 R1とR2は1つの分圧回路を形成し、R3とR4は2番目の分圧回路を形成します。出力電圧VOは次の式で与えられます。
Vo = [R3 /（R3 + R4）-R2 /（R1 + 2）] * V前者
R1 / R2 = R4 / R3の場合、出力電圧はゼロであり、ブリッジは平衡ブリッジと呼ばれます。
抵抗のわずかな変化は、ゼロ以外の出力電圧につながります。 「R4」がひずみゲージに置き換えられ、ひずみゲージの抵抗が変化すると、ブリッジのバランスが崩れ、ゼロ以外の電圧が発生します。
ひずみゲージのゲージ係数
ゲージファクターGFは次のように与えられます。
GF =（∆R⁄RG）/∈
どこ、
「ΔR」はひずみによる抵抗の変化です
「RG」は、変形していないゲージの抵抗です。
「ε」はひずみです
一般的な金属箔のゲージ係数は約2です。ホイートストンブリッジの出力センサー電圧SVは、次の式で与えられます。
SV = EV（GF.∈）/ 4
ここで、EVはブリッジ励起電圧です。
ひずみゲージの動作
ひずみゲージの機能は、物体/導体の電気抵抗率に完全に依存します。物体が弾性の範囲内で引き伸ばされ、永久に壊れたり座屈したりしない場合、物体は薄く長くなり、電気抵抗が高くなります。物体が圧縮されて変形しないが、広がったり縮んだりすると、電気抵抗が減少します。ゲージの電気抵抗を測定した後に得られた値は、誘発された応力の量を理解するのに役立ちます。
励起電圧はゲージネットワークの入力端子に印加され、出力は出力端子で読み取られます。通常、これらは負荷に接続されており、長期間、場合によっては数十年にわたって安定している可能性があります。ゲージに使用される接着剤は、測定システムの期間によって異なります。シアノアクリレート接着剤は短期間の測定に適しており、エポキシ接着剤は長期測定に適しています。
ひずみゲージの動作原理
私たちが知っているように、抵抗は導体の長さと断面積に直接依存します。 R = L / A
どこ、
‘r’ =抵抗
‘l’ =長さ
「A」=断面積
明らかに、導体の長さは導体のサイズと形状の変化に伴って変化し、最終的には断面積と抵抗が変化します。
通常のゲージには、長くて薄い導電性のストリップがあり、平行線のジグザグに配置されています。このジグザグ配置の目的は、平行線の間に発生する少量の応力を非常に正確に詳しく説明することです。応力は、物体の抵抗力として定義されます。
ひずみゲージロゼット
表面の正確なひずみを評価するためにコンポーネントの数を測定するためにロゼットのような構造に近接して配置された2つ以上のゲージは、ひずみゲージロゼットと呼ばれます。図を下図に示します。
ひずみゲージロゼット
ひずみゲージロードセル
これらのロードセルは、産業用アプリケーションで最も一般的に見られます。それは非常に正確で経済的です。基本的に、ロードセルはひずみゲージが取り付けられた金属ボディで構成されています。金属ボディを頑丈で弾力性のないものにするために、合金鋼、アルミニウム、またはステンレス鋼を使用して設計します。
ロードセルに外力を加えると、ロードセルはわずかに変形し、過負荷にならない場合は元の形状に戻ります。
ロードセルが変形すると、ゲージの形状が変化し、ゲージの電気抵抗が変化し、電圧が測定されます。
ひずみゲージロードセルには、曲げビーム、パンケーキ、シングルポイントせん断ビームロードセル、両端せん断ビーム、ワイヤーロープクランプなどの一般的なタイプがあります。
ひずみゲージの特性
ひずみゲージの重要な特性は次のとおりです。
- これらは、特定の予防措置を講じて長期間に適しています
- それらは、温度やその他の要因の変化に応じて正確な値を提供します
- これらは単純なコンポーネントのために製造が容易です
- メンテナンスが容易で、動作寿命が長い
- これは完全にカプセル化されており、取り扱いや設置などの損傷から保護します
ひずみゲージの応用
優れた機能により、これらのゲージを地盤工学の分野で使用して、ダムやトンネルなどの構造物を常に監視し、事故を事前に回避することができます。ひずみゲージの用途には次のものがあります–
- 鉄道監視
- 斜張橋
- 航空宇宙
- 原子力発電所
よくある質問
1）。ひずみゲージの感度はどれくらいですか？
流動応力はひずみ速度によって異なります。また、ひずみ速度は、物体または被削材の粒径に依存します。これは、ひずみの変化に対する流動応力の変化の比率として定義されます。
2）。ひずみの単位は何ですか？
ひずみは無次元量です。ただし、ひずみ速度は時間の逆数であり、SI単位は秒の逆数（s-1）です。
3）。ひずみゲージの選び方は？
これは、アプリケーションのタイプおよびその他の関連要素に基づいて選択されます。といった -
- ゲージの長さと抵抗に基づく
- 省力化コストに基づく
- 材料と測定環境に基づく
4）。ひずみゲージにホイートストンブリッジを使用するのはなぜですか？
ホイートストンブリッジは、ミリボルト単位で出力電圧を測定することができます。接着ひずみゲージの場合、抵抗の微小変化を測定する電気回路（ホイートストンブリッジ）に接続すると、抵抗の変化を測定できます。ホイートストンブリッジの出力電圧がゼロ以外になると、回路はバランスを失い、物体のひずみを判断するのに役立ちます。
5）。ひずみゲージはどのように取り付けますか？
ひずみゲージを取り付ける手順は次のとおりです
したがって、 ひずみゲージの詳細な説明 、動作原理、ゲージ係数、特性、およびアプリケーションは、この記事で提供されます。これに加えて、デジタル画像相関（DIC）は、ひずみを測定するために今日採用されている手法です。精度が高く、加速度計、ストリングポット、LVDTなどの従来のタイプのセンサーの代わりとして、多くの業界で使用されています。ここにあなたへの質問があります、ひずみゲージの主な機能は何ですか？
