ひずみ計測のノウハウ

物体のひずみは、ひずみゲージを使って計測します。ひずみゲージは測定対象物によって選ぶ必要があります。ここではひずみゲージの選び方や、ひずみ計測の精度を高めるためのポイントを紹介します。

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ひずみゲージ選びのポイント
高精度に測定するためのポイント

ひずみゲージ選びのポイント

測定対象物の材質にあったひずみゲージを選ぶ

測定対象物の材質に合ったひずみゲージを選んで、測定対象物の温度変化（熱膨張）の影響をキャンセルしましょう。

一般的な鋼材は、1°Cの温度変化で、長さが1m当たり11μm（つまり11μST）も変化します。

この見かけのひずみε_tempは測定対象物の線膨張係数をβ、ひずみゲージの線膨張係数をβ_G、ひずみゲージ抵抗の温度係数α_G、ゲージ率Kとしたとき、以下の式で示されます。

ε_temp＝（β－β_G）＋α_G／K

線膨張係数の例: 鋼材11.7×10^-6／°C; SUS30416.2×10^-6／°C; アルミ合金23.4×10^-6／°C

そこで、見かけのひずみε_tempが「0」になるように測定対象物の材質の線膨張係数が補正されたゲージを選択します。一般的なひずみゲージでは、形式の末尾に「11」や「16」などと、線膨張係数の整数部が記載されています。

計測目的に合った長さ・幅のひずみゲージを選ぶ

パイプや丸棒など細い測定対象物の場合は、幅の狭いひずみゲージを用いるなど、測定対象物の材質や、計測目的に合った長さ・幅のひずみゲージを選びましょう。

計測目的別ゲージ長の例: 衝撃など高速の現象やR面、応力が集中する面の場合0.2～1㎜; 金属・プラスチックを計測する場合2～10㎜程度; 木材・複合材料を計測する場合10～20㎜程度; コンクリートを計測する場合30㎜以上（砂利粒径の3倍以上）

設置環境、配線長など条件に合ったひずみゲージを選ぶ

一般的な箔ゲージはアドバンス合金と呼ばれる合金で、銅とニッケル（Cu54％,Ni46％）の合金で数μmの厚みです。ベースになる部分はポリエステルやポリイミドが用いられています。したがって防水性や耐高温性が求められる場合には専用のものを用いましょう。

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高精度に測定するためのポイント

ひずみゲージの貼付状態をチェックする

「ひずみ計測時の基本」でご紹介した貼り付けの「前処理」はきちっと行いましたか？接着剤をしっかり滴下しましたか？以下のチェックをして、正しくひずみゲージが貼り付けられているか確認しましょう。

接着剤のはみ出し量は適正か
均等にはみ出しているか確認します。はみ出していない方向は、しっかり貼り付いていない可能性が高くなります。

接着面にゴミや気泡がないか
ゴミや気泡を巻き込んだまま接着すると、測定誤差の要因となります。

断線していないか
ひずみゲージのリード線は非常に細く、接着時に力がかかって断線することがあります。テスターでひずみゲージの2線間の抵抗を測り、120Ωであれば正常です。

ひずみゲージのゲージ率を補正する

ひずみゲージのゲージ率は2.00を基準に作られていますが、実際には1.9～2.2程度ばらつきがあります。ひずみレコーダのゲージ率は2.00固定なので、ゲージ率が0.1異なると約5％の誤差になります。そこで、ひずみゲージの箱に記載されているゲージ率Kを用い、レコーダのスケーリング機能を用いた補正が必要になります。