strain gage animation

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ひずみセンサーの計測ヒント

ひずみ量の単位(×10-6ひずみ)とセンサー出力の単位(mV/V)の関係や簡単な等価ひずみ発生法、測定分解能、総合精度の算出について書いてみました。

変換器出力(mV/V)とひずみ量(×10-6)の関係

当社のひずみゲージ式変換器の出力単位は"mV/V"で表記しております。この単位はブリッジに入力電圧1Vを加えたときの定格時出力で、ひずみ量(×10-6ひずみ)単位へは次式の関係になります。

e=(1/4)*K*E*ε
K:ひずみゲージのゲージ率
E:ブリッジ電圧(V)
e:出力電圧(V)
ε:ひずみ量(×10-6ひずみ)

ゲージ率(K)=2.00、印加電圧(V)=1とすると2e=εの関係になり、ひずみ量ε(μstrain=×10-6ひずみ)とブリッジ出力電圧e(μV)は2倍の関係にある。

例)3000μstrain-----1500μV/V=1.5mV/V

ブリッジの一辺に並列抵抗挿入による簡単な等価ひずみ発生法

ホイートストンブリッジ回路ではブリッジの一辺に並列抵抗を挿入することにより等価ひずみを発生させる方法があります。

図のようにひずみゲージに並列抵抗(rp)を挿入すると、較正ひずみ(ε)、挿入抵抗(rp)とゲージ抵抗(Rg)は次式の関係になります。

Rg/(rp+Rg)=K*ε から
rp≒Rg/(K*ε)

下記一覧表はブリッジ抵抗(120Ωまたは350Ω)の一辺に並列抵抗を挿入した場合の等価ひずみ、または変換器出力の関係を表したもので、簡単なひずみ増幅器チェックやひずみゲージのリード線補正にご利用いただけます。但し、ゲージ率:2.00での値です。

変換器出力(mV/V) 0.050 0.100 0.250 0.500 1.000 1.500
等価ひずみ量(×10-6ひずみ)
100
200
500
1000
2000
3000
120Ω系挿入抵抗(kΩ)
600
300
120
60
30
20
350Ω系挿入抵抗(kΩ)
1750
875
350
175
87.5
58.3

ロードセルの総合精度

ロードセルの精度は、直線性・ヒステリシス・繰り返し性、および温度特性等の外的要因を含めた総合精度で精度算出することが望ましく、 一般的にはそれぞれ性能保証された誤差の2乗和の平方根として下式が用いられます。

δs=[α1^2+α2^2+α3^2+(α4*Δt)^2+(α5*Δt)^2]^(1/2) (%R.O)

α1:直線性 (%R.O)
α2:ヒステリシス (%R.O)
α3:繰り返し性 (%R.O)
α4:零点の温度影響 (%R.O/℃)
α5:出力の温度影響 (%LOAD/℃)
Δt:温度変化 (℃)

また、ロードセルを複数個、並列和算して力および重さ計測する場合は以下の式を利用します。

Σδs=δs/n^(1/2) (%R.O)

n:使用するロードセルの個数

尚、測定器の誤差を含めた総合精度(δ)の表記には、ロードセルの総合精度(δs)と測定器の総合精度(δi)2乗和の平方根として扱います。

δ=[δs^2+δi^2]^(1/2)

ロードセルの分解能

計測機器のデジタル化に伴いロードセルの分解能に関するご質問が多く寄せられます。 一般的に、ロードセルはひずみゲージを利用したアナログセンサーであることから、単体では分解能という表現はしておりません(デジタルロードセルを除く)。 しかし、計測器の高分解能化から温度等の外的影響を受けない限り、高精度ロードセル(0.05%R.O 以上※1)では、1/10000程度の安定性が得られますので、定格容量の1/100〜1/1※2の範囲を実測するのに差し支えない性能を持っております。

※1直線性、及びヒステリシスがこの規格を満足する場合。
※2JIS B 7728/力検定器では定格の1/50までが有効となります。

ロードセルの負荷条件/設置条件

ロードセル及び計測器の高性能化はユーザの立場からは好ましい状況にあります。しかし、いくら高精度であっても、計測の目的や要求精度を明確化した設置・計測条件でなければその性能を十分に引き出すことは出来ません。本ホームページ/webカタログ上では各種変換器の取扱説明書を"pdf"ファイルダウンロード可能にしておりますが、あくまで基本事項を記載した取説であり設置方法でご不明な点やお困りの節にはメール・電話等でお問い合わせ下さい。

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