歪みゲージ（一定荷重なのに歪みが増加していく原因）

質問

片持ち梁の先端に一定荷重を掛けつづけた時の，片持ち梁の根元の歪みをひずみゲージで計測しました．

横軸が時間軸，縦軸がひずみのグラフを作成し，波形を見てみると，（片持ち梁には”一定荷重”を掛けつづけたのに，）右肩上がりの波形になっていました．

使用する片持ち梁やひずみゲージ，貼り方などいろいろ変えてやってみましたが，やっぱり，一定荷重にもかかわらず，でてきたひずみゲージの波形は，徐々にですが増加しつづけます．

一定荷重であれば，ひずみも一定になるはずだと思うですが，実際に行った実験では，徐々に歪みが増していったその原因は何なのでしょうか？どのような対策をすればこのような現象を防ぐことができるのでしょうか？

よろしくお願いいたします．

回答No.3

gn_drive · ベストアンサー

ひずみゲージのブリッジに定電流を印加している場合は、電流により自己発熱し（P=EI=I^2*R)、ドリフトすることがあります。放熱性も考え貼ったり、印加電流を下げたりすると、抑えられることがあります。
これは貼ったままの応力をかけない状態でドリフトするのかどうかで判ります。

http://www.minebea-mcd.com/product/s-gages/technote.html

お礼

ご回答ありがとうございます。なるほど自己発熱によってドリフトすることがあるのですね。大変参考になりました。また、参考URLも教えて頂き有難うございます。

すみません、追加でひとつご質問があります。

＞これは貼ったままの応力をかけない状態で
＞ドリフトするのかどうかで判ります。

とのことですが、これは、応力をかけない状態でもドリフトしていれば、自己発熱によるドリフト現象の可能性が高いと考えて良いということでしょうか？

回答No.6

phobos

梁の材質、歪みゲージの接着方法、使用枚数（１枚か２枚か）、使用アンプ（メーカー製歪み専用アンプかそうでないものか）、等について追加情報を頂きたいところですが、現状では

> 原因は何なのでしょうか？どのような対策をすればこのような現象を防ぐことができるのでしょうか？

考えられる原因としては、既にご回答が寄せられているように
・材料の変形
・ひずみアンプの不良
・温度変化
がまずは考えられます。

対策としては
・材料の変形だったらどうしようもありません（が、それはなさそうとの事ですね）。
・ひずみアンプの不良によるドリフトの場合は、別のアンプにつないで出力を確認してみて、元のアンプの不良が判明すれば修理に出すしかありません。
・温度変化に対しては、２枚ゲージ法である程度はキャンセルできるはずですので、梁の裏側にもう１枚貼るか（感度が２倍になり一挙両得）、裏に貼れない場合は並べて横向きにもう１枚貼って温度補償ゲージにします。

このほか私の経験ではひずみ出力ドリフトの原因と考えられるものとして、
・ひずみゲージの接着不良
・ひずみゲージ被覆の不良
があり得ます。
なお被覆の不良とは、例えばエポキシ系接着剤などでゲージを防水被覆すると、硬化した樹脂がゲージの変形を拘束して出力がドリフトしたりヒステリシスが現れたりする場合があると言う意味です。

お礼

丁寧に教えて頂きありがとうございました。
大変参考になりました。

回答No.5

noname#221368

現実の仕事で、計測業者と付き合った事があります。

　計測業者さんは、あなたの言うような挙動の可能性も見越して、非常に注意深く最初に系のキャリブレーションを行います（無荷重で、最初に測定してみるとか）。

　現実にはその結果を折り込み済みにして（想定内として）、データロガーからの生データをキャリブレーション結果で補正した数値を送ってきたりします。それで「いいから生データをよこせ！」と、ときどきケンカになったりします(^^；)。

お礼

ご回答ありがとうございました。大変参考になりました。

回答No.4

gn_drive

必ずしも自己発熱だけではないでしょうが、あなたが心配しているドリフトが、アンプや定電流回路を含むひずみ計測系のものなのか、応力をかけていない状態で現れれば、原因究明が進むと思います。
あと可能性だけであれば、ひずみゲージを固定する接着剤に未硬化があれば、計測中に硬化が進んだ可能性がありますね。ただ一定のドリフトというので、最近の計測器は進化しているので、まずは自己発熱かなと。

お礼

ご回答ありがとうございます。やはり自己発熱なのですね。検証してみたいと思います。

回答No.2

noname#249717

室温の変化なども考えられますが、一定の増加傾向だとアンプのドリフトだと思います。ひずみが増加しているのではないと思います。

アンプの暖機（電源onしてから30分とか1時間とか放置）をしてもドリフトはつきものです。
機械→電気信号変換の微弱電流・電圧からの高精度測定の肝はアンプの性能です。リニアリティ、S/N比、ゼロドリフト。必然的に100万円以上します。

現状の機材で、もしドリフトがほぼリニアに増加しているならあとでy＝kt分引き算すればひずみ変化＝0の時には電圧変化＝0と補正することも可能だと思います。

お礼

ご回答ありがとうございました。アンプのドリフトの可能性もあるのですね。まったく存じ上げませんでした。参考になりました。

回答No.1

Willyt

片持ち梁の上面は常に軸方向に引っ張られていますから、これによりクリープという現象が起きます。それは荷重の増加なしに材料が徐々に伸びる現象で、材料によってその大きさには差がありますが、鋼でさえ大きな力をかけるとこれが起きます。荷重と歪みが常に比例関係にあるというのは理想化されたものであり、現実にはそのような材料は存在しません。その事が実験で明らかになったのですよ。それは間違った方法を採ったためではありません。

お礼

ご回答ありがとうございます。すみません私の説明不足だったのですが、ひずみの増加具合は「徐々に」と書きましたが、１０秒間に１０％（１V→１．１V）ほど大きくなっているので、クリープではないと存じます。
でもクリープという現象、大変勉強になりました。有難うございました。