ストレインゲージセンサーの原理、種類、構成を解説し、精度の高い測定や多様な産業での応用を紹介。
ストレインゲージセンサーとは
ストレインゲージセンサーは、物体に生じる微小な変形、すなわち「ひずみ」を電気信号として検出するセンサーです。多くの工業製品や建築構造物の強度試験、重量測定、圧力計など幅広い分野で活用されています。
ストレインゲージセンサーの原理
このセンサーの基本原理は、導体や半導体の伸縮に伴う電気抵抗の変化を利用しています。一般的に、ストレインゲージは金属箔または半導体素材で作られたものが一般的で、これらの素材は伸縮することで抵抗値が変わります。
ストレインゲージの種類
- 金属箔ストレインゲージ – 金属箔を薄い絶縁体にエッチングまたは接着して作られ、多くの産業で使用される。
- 半導体ストレインゲージ – 金属箔に比べて感度が高いが、温度変化に弱いため注意が必要。
ストレインゲージの構成
ストレインゲージセンサーは、ストレインゲージを測定対象に取り付け、その変形を電気抵抗の変化として測定します。最も一般的な接続方式はウィートストンブリッジ回路です。この回路は4つの抵抗から成り、そのうちの1つまたは複数がストレインゲージによるものです。
ウィートストンブリッジ回路の原理
ウィートストンブリッジ回路は、以下の方程式に従います。
Vout = (Vs * (Rg / (Rg + R2)) – (R3 / (R3 + R4)))
ここで、Voutは出力電圧、Vsは供給電圧、Rgはストレインゲージの抵抗、R2、R3およびR4はブリッジの他の三つの抵抗です。
ストレインゲージセンサーの利点と応用
- 高精度な測定が可能
- 小型であり、さまざまな製品に組み込みやすい
- 低コストで多くの産業に適用可能
ストレインゲージセンサーは、航空機のストレス分析、橋や建物の健全性監視、医療機器の力センサー、ロードセルとしての重量測定など、多岐にわたる分野で利用されます。
まとめ
ストレインゲージセンサーは、その単純な構造と高い精度により、工学分野だけでなく、日常生活の多くの側面にも応用されています。ひずみを感知することで、機械や構造物の安全を守り、性能を最適化するために不可欠なツールとなっています。
