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ひずみゲージ式の構造

ひずみゲージ式の構造

ひずみゲージ式の特長

ティアックのロードセルは、ひずみゲージ式を採用しています。
ひずみゲージ式ロードセルとは、「ひずみゲージ」を検出素子として採用し、力、重量などを電気出力信号に変換するトランスデューサです。
ひずみゲージ式ロードセルの原理・構造は、測定しようとする機械量を変形する弾性体(受感部、または起歪部と呼ばれる部分)で捉え、表面に生じたひずみを「ひずみゲージ」によって電気信号に変換します。
ロードセル受感部の構造は、そのロードセルの形式や容量によって異なりますが、柱、梁、ダイアフラムなどが用いられています。
方式としては、引張・圧縮ひずみ式ロードセルのほかに、せん断ひずみを検出する方式や、ティアック独自の構造をもった高精度ロードセルもあります。
ティアックロードセルのひずみゲージは、自己温度補償された「箔ひずみゲージ」を採用しています。
またロードセルは通常、ホイートストンブリッジと呼ばれる回路を組み、ロードセル受感部に生じた微小なひずみによるひずみゲージの電気抵抗の変化を精度よく測定することが可能です。
多くの場合、ブリッジの各辺とも働く、4アクティブ方式がロードセルには用いられています。そして、各辺にあるひずみゲージの変化分の総和が出力信号となります。
この他、ロードセル内に構成されたブリッジ回路には、初期バランス用、温度補償用、出力補償用などの抵抗が組み込まれ、ロードセルの安定度、性能の向上をはかっています。

ひずみゲージ式ロードセルの構造

ひずみゲージ式ロードセルの構造

ロードセルの基本的構造は、ロードセル自体に可動部がなく、従来の機械方式のようなメンテナンスの必要がありません。
電気信号に変換された出力は、ひずみ測定器を用いて増幅し、デジタルやアナログ式の指示計で表示およびレコーダー等によって力、重量の測定を行うことができます。

ホイートストンブリッジと結線図

ホイートストンブリッジと結線図

金属ひずみゲージを使用した抵抗変化は微小であるため、その検出にはブリッジ回路が使用されます。通常は、デジタル指示計やストレンアンプ(ストレインアンプ)と呼ばれるブリッジ回路と電圧増幅器を備えた機器と組み合わせて測定します。

ホイートストンブリッジ【Wheatstone bridge】

もっとも基本的なブリッジ回路で、図のように4辺がすべて抵抗からなるもの。4辺の抵抗値の間にR1:R2=R3:R4(または同じことであるがR1R4=R2R3)の関係があれば、検流計Dには電流が流れなくなるから、これを利用して、以下のように抵抗の精密測定を行うことができる。今、R1が未知の抵抗,R2が正確な値のわかっている標準抵抗、R3、R4はR3:R4の比が精密に調整可能な可変抵抗とする。はじめはR1:R2がわからないから見当をつけてR3:R4をこの値近くに設定する。
出典 株式会社平凡社/世界大百科事典 第2版より

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