ひずみゲージ型センサー
ひずみゲージを用いて各種物理量を求めるアナログセンサー
4ゲージ式が一般的
印加電圧数Vに対して数mV程度の出力しか出ないため、アンプを介して出力を増加させる必要がある
基本構造
ひずみゲージを未知抵抗とみなし、Wheatstone bridgeで抵抗値を測定する
印加電圧を$ E_{\rm in}、ひずみゲージの抵抗値を$ R_sとしたとき、出力電圧$ E_{\rm out}は次式となる
$ E_{\rm out}=\frac{R_2R_g-R_3R_1}{R_2+R_3}\frac1{R_1+R_g}E_{\rm in}
導出はWheatstone bridgeを参照
印加電圧はブリッジ電圧ともいう
他の3つの抵抗値を全て同一$ R=R_1=R_2=R_3にすると
$ E_{\rm out}=\frac{R_g-R}{2}\frac1{R+R_g}E_{\rm in}
$ =\frac{\varDelta R}{4R+2\varDelta R}E_{\rm in}
$ \varDelta R:=R_g-Rとした
$ \approx\frac{\varDelta R}{R}\frac{E_{\rm in}}{4}
$ \varDelta R\ll2Rを仮定した
$ Rをゲージ抵抗 (入出力抵抗)と呼ぶ
もう少し整理
$ S_V\simeq\frac14\frac{\varDelta R}{R}
$ S_V:=\frac{E_{\rm out}}{E_{\rm in}}:出力比 (ひずみゲージ型センサー)
物理量に換算する
次の値を使う
$ P_{\max}:定格容量 (capacity range)
測定できる負荷の上限値
センサ(変換器)についての共通用語集 - 学ぶ・調べる|共和電業によると定格負荷のほうが正確?わからんtakker.icon
次元はそのセンサーが測定する物理量の次元に等しい
$ S_{V\max}:=\left.S_V\right|_{P=P_{\max}}-\left.S_V\right|_{P=0}:定格出力
これらの値より、センサーが測定した物理量$ Pを次式で求められる
(校正曲線を直線と仮定した場合)
$ P=\frac{P_{\max}}{S_{V\max}}S_V-\frac{P_{\max}}{S_{V\max}}\left.S_V\right|_{P=0}
4ゲージ式ひずみゲージ型センサーの電圧とひずみの関係式
結線方法
https://product.kyowa-ei.com/learn/strain-gages/wiring
https://tml.jp/knowledge/strain_gauge/bridge_list.html
https://www.unipulse.tokyo/techinfo/loadcetthowto/
https://www.mgco.jp/magazine/plan/mame/pdf/m1801.pdf
配線における記号
VCC(EXP+):印加電圧の+
GND(EXP-):印加電圧の-
接地と同じ
SIG+:出力電圧の+
SIG-:出力電圧の-
用例
ロードセル
変位変換器
用語の説明ちゃんと載ってる
https://tml.jp/knowledge/strain_gauge/bridge_list.html
References
第19回 ひずみゲージ型センサーからのデータ取得 | geotechlab-workshopのブログ
西村研
ひずみゲージとは | 株式会社 東京測器研究所
ひずみゲージ入門 | 共和電業
ひずみゲージの基礎知識 | 株式会社 東京測器研究所
#2025-09-22 13:42:27
#2025-09-12 11:36:33