この記事では、ひずみゲージとは何か、またその用途について説明します。そこで、ひずみゲージのさまざまな種類、ひずみゲージの使用方法、およびその長所と短所について学びます。
ひずみゲージとは何ですか?
ひずみゲージ、またはひずみゲージ は、材料の変形を電気抵抗の変化に変換するセンサーです。したがって、ひずみゲージは材料の変形を測定するために使用される機器です。
ひずみゲージは、材料の圧力、荷重、トルク、位置を測定するためにも使用できます。
ひずみゲージの動作は、特定の材料が持つ物理的特性であるピエゾ抵抗効果に基づいており、受ける機械的応力に応じて電気抵抗の値が変化します。以下では、ひずみゲージがどのように機能するかを詳しく見ていきます。
一般にひずみゲージは小さくて硬いです。さらに、それらは通常、アルミニウムやニッケルなどの金属合金、またはシリコンやゲルマニウムなどの半導体元素で作られています。
さらに、ひずみゲージを正しく測定するには、製造者が動作温度、ゲージ抵抗、疲労試験などのひずみゲージの測定特性を示すことが重要です。
ひずみゲージの種類
ひずみゲージの定義がわかったので、さまざまな種類のひずみゲージが何であるかを見てみましょう。
- 金属ひずみゲージ– 金属合金で作られたひずみゲージです。この種のひずみゲージは一般に薄くて薄いものです。さらに、長さの変化から材料の変形を測定します。
- 抵抗ひずみゲージ: このタイプのひずみゲージは、変形すると抵抗が増加するため、ホイートストン ブリッジのおかげで、この抵抗の変化が張力に変換され、材料の変形が測定されます。
- 容量性ひずみゲージ: このタイプのひずみゲージは幾何学的特性に関連付けられており、応力とひずみを測定できます。
- 光電ひずみゲージ: このタイプのひずみゲージの動作は、光電池に到達する光の量によってひずみを測定することに基づいています。そのため、ゲージの伸びに応じて多かれ少なかれ光エネルギーがセルに到達し、したがって材料の変形を判断できます。
- 半導体ひずみゲージ: このタイプのひずみゲージは、ひずみの測定を可能にする半導体コンポーネントで構成されています。通常、サイズは小さくなりますが、非常に大きな変形に耐えることができます。
ひずみゲージの仕組み
ひずみゲージは、変形を研究したい物体に接着する必要がある電気部品です。そのため、対象物に簡単に貼り付けることができるように、粘着部分が付いているのが一般的です。
オブジェクトの変形は、外部または内部の機械的な力によるものであることに留意してください。したがって、機械的応力と材料の特性がわかっていれば、材料のひずみを計算できます。
ひずみゲージの動作はピエゾ抵抗に基づいています。ピエゾ抵抗とは、特定の材料が持つ特性であり、受ける機械的応力に応じて電気抵抗の値が変化します。
したがって、ピエゾ抵抗効果のおかげで、機械的な力を電気に変換することができ、その結果、物体の変形を測定することができます。
ほとんどの場合、オブジェクトが受ける変形は非常に小さい変形であるため、手動で測定することは非常に困難です。しかし、電流を使用することで、これらの変形の値を知ることができます。
ひずみゲージの長所と短所
ひずみゲージの利点:
- ひずみゲージは非常にシンプルで使いやすいです。
- 小さな楽器です。
- 一般に、ひずみゲージは直流または交流で使用できます。
- ひずみゲージによる測定は磁場の影響を受けません。
ひずみゲージの欠点:
- 多くの環境要因がひずみゲージによる測定に影響を与える可能性があります。
- これらは通常、不安定なデバイスです。
- 時間が経つと、ひずみゲージのグリップ力が失われ、使用が困難になります。
- ゲージ出力信号が弱い。
- 温度変化はひずみゲージに影響を与える可能性があります。
- 加えられた応力によってひずみゲージが弾性限界を超えることはありません。
ひずみゲージの応用例
ひずみゲージは、工学分野で次のような多くの用途に使用できます。
- 構造物においては、橋梁、インフラ、クレーンなどの変形測定に。
- 産業界では、ひずみゲージは主にモーター、ポンプ、機械などの抵抗試験を行うために使用されます。
- ひずみゲージはロボット工学でも使用され、たとえばロボットが物体を掴むときにかかる力を測定します。
- 建設工事では、コンクリートの沈下を確認するためにひずみゲージが使用されます。
- 航空宇宙産業では、航空機の構造荷重を測定し、翼のたわみを計算するためにひずみゲージが使用されます。