(57)【要約】【課題】高温環境下における電極の酸化により、静電容量式ひずみ計の静電容量が変化しても、より正確なひずみ量を計測できるひずみ計測システムを提供すること。【解決手段】５００℃以上の高温下に晒される部位を挟むように設置される第１台座１０Ａ及び第２台座１０Ｂと、一方の電極が第１台座１０Ａに他方の電極が第２台座１０Ｂに設置される第１の静電容量式ひずみ計２０と、双方の電極が第２台座１０Ｂに設置されると共に、電極間の間隔が変化しないように設置される第２の静電容量式ひずみ計３０とを備えるひずみ計測システム１であって、計測装置５０は、第２の静電容量式ひずみ計３０の計測値を用いて算出したひずみ量に基づいて、第１の静電容量式ひずみ計２０の計測値を用いて算出したひずみ量を補正する。【選択図】図１
2018163008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
５００℃以上の高温下に晒される部位のひずみを計測するためのひずみ計測システムであって、
前記部位を挟むように設置される第１台座及び第２台座と、
一方の電極が第１台座に、他方の電極が第２台座に設置される第１の静電容量式ひずみ計と、
双方の電極が第２台座に設置されると共に、電極間の間隔が変化しないように設置される第２の静電容量式ひずみ計と、
前記第１の静電容量式ひずみ計と、前記第２の静電容量式ひずみ計の静電容量値を計測し、前記静電容量値に基づいてひずみ量を算出する計測装置とを備えるひずみ計測システムであって、
前記計測装置は、前記第２の静電容量式ひずみ計の計測値を用いて算出したひずみ量に基づいて、前記第１の静電容量式ひずみ計の計測値を用いて算出したひずみ量を補正する、ひずみ計測システム。
【請求項２】
前記計測装置は、前記第２の静電容量式ひずみ計の計測値を用いて、前記第２の静電容量式ひずみ計の電極に発生する酸化被膜量に基づく、みかけのひずみ量を算出する、請求項１に記載のひずみ計測システム。
【請求項３】
前記酸化被膜量は、前記第２の静電容量式ひずみ計の電極の酸化膨出量と前記電極の酸化浸食量とを含む、請求項２に記載のひずみ計測システム。
【請求項４】
前記第１の静電容量式ひずみ計のうち、前記第２台座に設置される電極と、前記第２の静電容量式ひずみ計の電極のうち一方の電極とが一体化している、請求項１〜３のいずれか１項に記載のひずみ計測システム。
【請求項５】
前記第１台座と前記第２台座とが、発電設備のボイラ及び／又は配管の溶接部を挟むように設置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のひずみ計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひずみ計測システムに関する。とりわけ、発電設備のような高温環境下におけるひずみを計測するためのひずみ計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管溶接部のひずみ測定において溶接部を跨ぐ配管表面にひずみ計を取り付けて、溶接部のひずみを計測する方法が知られている。とりわけ、高温環境下で発生するひずみを計測する方法として、特許文献１は、電極面を高温環境下においても変化しない空気を媒体として近接させることで、この電極間の静電容量からひずみ量を算定する計測方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４９２６５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
静電容量の変位からひずみ量を算出するにあたっては、予め電極に酸化物が形成されていないひずみ計による計測結果に基づき、「ひずみ量と静電容量値の特性曲線」を求め、この特性曲線を用いて、測定した静電容量値からひずみ量を算出することとなる。
【０００５】
しかし、高温環境下においては、ひずみ計の電極面の金属と空気雰囲気中の酸素原子との結合により、電極面に酸化物が形成される。この酸化物は誘電体として振る舞うことから、酸化物形成前の電極間の静電容量と、酸化物形成後の電極間の静電容量とでは、値が異なることとなる。
【０００６】
とりわけ、発電設備のような高温環境下においては、ひずみ計が計測する年間のひずみ量に対して、ひずみ計の電極に生成される酸化被膜の厚さが、１０％前後に及ぶことがある。
【０００７】
このため、予め電極に酸化物が形成されていないひずみ計による計測結果に基づく特性曲線とは、特性曲線の形状が変わってくる。従って、電極面に酸化物が形成されたひずみ計による計測結果を、電極面に酸化物が形成されていないひずみ計による計測結果に基づく特性曲線に当てはめても、正しいひずみ量は予測できない。
【０００８】
本発明は、高温環境下における電極の酸化により、静電容量式ひずみ計の静電容量が変化しても、より正確なひずみ量を計測できるひずみ計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、次に記載する構成を備えている。
【００１０】
（１）  ５００℃以上の高温下に晒される部位のひずみを計測するためのひずみ計測システムであって、前記部位を挟むように設置される第１台座及び第２台座と、一方の電極が第１台座に、他方の電極が第２台座に設置される第１の静電容量式ひずみ計と、双方の電極が第２台座に設置されると共に、電極間の間隔が変化しないように設置される第２の静電容量式ひずみ計と、前記第１の静電容量式ひずみ計と、前記第２の静電容量式ひずみ計の静電容量値を計測し、前記静電容量値に基づいてひずみ量を算出する計測装置とを備えるひずみ計測システムであって、前記計測装置は、前記第２の静電容量式ひずみ計の計測値を用いて算出したひずみ量に基づいて、前記第１の静電容量式ひずみ計の計測値を用いて算出したひずみ量を補正する、ひずみ計測システム。
【００１１】
（１）によれば、電極間の間隔が変化しない第２の静電容量式ひずみ計の計測値を用いて算出した、みかけのひずみ量を用いて、実際のひずみを計測する第１の静電容量式ひずみ計の計測値を用いて算出したひずみ量を補正するため、双方の静電容量式ひずみ計を設置した環境に由来する誤差の影響を低減することができる。
【００１２】
（２）  前記計測装置は、前記第２の静電容量式ひずみ計の計測値を用いて、前記第２の静電容量式ひずみ計の電極に発生する酸化被膜量に基づく、みかけのひずみ量を算出することが好ましい。
【００１３】
（２）によれば、ひずみ計測に用いたひずみ計のひずみ量計測値から、ひずみ計の電極の酸化のみによるみかけ上のひずみ量計測値を差し引くことにより、ひずみ自体のみによるひずみ量計測値を算出することができる。
【００１４】
（３）  前記酸化被膜量は、前記第２の静電容量式ひずみ計の電極の酸化膨出量と前記電極の酸化浸食量とを含むことが好ましい。
【００１５】
（３）によれば、実際のひずみの計測に用いたひずみ計のひずみ量計測値から、ひずみ計の電極の酸化と浸食双方の影響を除外したひずみ量計測値を算出することができる。
【００１６】
（４）  前記第１の静電容量式ひずみ計のうち、前記第２台座に設置される電極と、前記第２の静電容量式ひずみ計の電極のうち一方の電極とが一体化していることが好ましい。
【００１７】
（４）によれば、本発明の実施形態に係るひずみ計測システムの構成を単純化することができる。
【００１８】
（５）  前記第１台座と前記第２台座とが、発電設備のボイラ及び／又は配管の溶接部を挟むように設置されることが好ましい。
【００１９】
（５）によれば、発電設備のような高温環境下における部位のひずみを、より正確に計測することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、高温環境下における電極の酸化により、静電容量式ひずみ計の静電容量が変化しても、より正確なひずみ量を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るひずみ計測システムの全体構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るひずみ計測システムの配線図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る静電容量式ひずみ計の電極に発生する酸化被膜を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る静電容量式ひずみ計の電極に発生する酸化被膜と電極の浸食を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るひずみ計測システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図３を参照しながら詳述する。
図１は、第１実施形態に係るひずみ計測システム１の全体構成を示す図である。ひずみ計測システム１は、第１台座１０Ａ、第２台座１０Ｂ、主電極２０、補助電極３０、切替器４０、計測装置５０、同軸ケーブル６０を備える。更に、主電極２０は第１電極２０Ａと第２電極２０Ｂとを備え、補助電極３０は第３電極３０Ａと第４電極３０Ｂとを備える。ここでは、必要に応じて、第１電極２０Ａと第２電極２０Ｂとを「主電極２０」と総称し、第３電極３０Ａと第４電極３０Ｂとを「補助電極３０」と総称することもある。
【００２３】
第１台座１０Ａ及び第２台座１０Ｂは、例えば配管のような部材７０に備わる溶接部８０を挟むように、部材７０上に設置される。第１台座１０Ａ及び第２台座１０Ｂは、後述の主電極２０及び補助電極３０を安定的に設置するための土台である。また、第１台座１０Ａ及び第２台座１０Ｂは、熱膨張や腐食しにくい材料、例えば、窒素入りオーステナイトステンレス鋼の一種であるＳＵＳ３１６Ｎや、鉄とニッケルの合金であるインバー（登録商標）を用いて製造される。なお、部材７０は、配管に限定されない。例えば、発電設備を構成するボイラの壁面であってもよい。
【００２４】
主電極２０は、上記のように、第１電極２０Ａと第２電極２０Ｂとを備える。第１電極２０Ａは第１台座１０Ａ上に、第２電極２０Ｂは第２台座１０Ｂ上に、Ｔ字型の電極の長辺が向き合うように設置される。主電極２０は、主として、溶接部８０におけるひずみ量を計測するための電極である。また、主電極２０の静電容量をＣｍａｉｎとする。
【００２５】
補助電極３０は、上記のように、第３電極３０Ａと第４電極３０Ｂとを備える。第３電極３０Ａと第４電極３０Ｂとは、互いの距離が固定されると共に、第２台座１０Ｂ上に、Ｔ字型の電極の長辺が向き合うように設置される。補助電極３０は、本実施形態においては、主として、高温環境下において電極に生成される酸化被膜に由来する見かけのひずみ量を計測するための電極である。また、補助電極３０の静電容量をＣｓｕｂとする。
【００２６】
なお、第１実施形態においては、主電極２０の第２電極２０Ｂと補助電極３０の第３電極３０Ａとは一体化している。具体的には、Ｔ字型の第２電極２０Ｂの短辺と、Ｔ字型の第３電極３０Ａの短辺とが、各々の中心軸が一致するように一体化している。
【００２７】
また、本実施形態においては、主電極２０と補助電極３０とは、白金を用いて製造されていることが好ましく、この場合、上記の酸化被膜は酸化白金（ＰｔＯ）からなる。しかし、本発明はこれには限定されない。また、酸化白金が生成される高温環境として、ここでは、主電極２０と補助電極３０の雰囲気温度が５００℃以上である環境を想定しているが、本発明はこれには限定されない。
【００２８】
主電極２０の第１電極２０Ａと計測装置５０とは、切替器４０を経由して、同軸ケーブル６０Ａにより互いに接続される。一体化した主電極２０の第２電極２０Ｂ及び補助電極３０の第３電極３０Ａと、計測装置５０とは、切替器４０を経由して、同軸ケーブル６０Ｂにより互いに接続される。補助電極３０の第４電極３０Ｂと計測装置５０とは、切替器４０を経由して、同軸ケーブル６０Ｃにより互いに接続される。この同軸ケーブル６０Ａ〜６０Ｃの配線の態様については、図２を用いて後述する。なお、同軸ケーブル６０Ａ〜６０Ｃ、延いては後述の同軸ケーブル６０Ａ〜６０Ｉを、ここでは「同軸ケーブル６０」と総称することがある。
【００２９】
切替器４０は、計測装置５０が、静電容量値を計測し、延いてはひずみ量を算出する対象を、主電極２０と補助電極３０との間で切り替える機器である。
【００３０】
計測装置５０は、ＬＣＲメータと自動平衡ブリッジとを備え、主電極２０及び補助電極３０の静電容量値を計測し、延いては各々のひずみ量を算出する。計測装置５０は、更に、後述の方法により、補助電極３０の測定値を用いて算出された見かけのひずみ量を用いて、主電極２０の測定値を用いて算出されたひずみ量を補正する。具体的には、計測装置５０は、補助電極３０の静電容量値を計測し、この静電容量値を用いて電極に生成された酸化被膜に由来する見かけのひずみ量を算出する。また、計測装置５０は、主電極２０の静電容量値を計測し、この静電容量値を用いて、主電極２０のひずみ量を算出する。更に、計測装置５０は、主電極２０のひずみ量から見かけのひずみ量を差し引いて、高温環境下での電極の酸化の影響を取り除くことにより、溶接部８０における真のひずみ量を算出する。
【００３１】
図２は、第１実施形態に係るひずみ計測システムの配線の態様を示す。
上記のように、主電極２０の第１電極２０Ａには、同軸ケーブル６０Ａが、一体化された主電極２０の第２電極２０Ｂと補助電極３０の第３電極３０Ａには、同軸ケーブル６０Ｂが、補助電極３０の第４電極３０Ｂには、同軸ケーブル６０Ｃが接続される。
【００３２】
切替器４０の内部において、同軸ケーブル６０Ａは、切り替えスイッチ４５Ａを経て、分岐点Ｐ１で、同軸ケーブル６０Ｄと同軸ケーブル６０Ｅとに分岐する。また、同軸ケーブル６０Ａのシールドと、同軸ケーブル６０Ｄのシールドとは、導線４７Ａにより互いに接続されている。
【００３３】
同様に、切替器４０の内部において、同軸ケーブル６０Ｂは、分岐点Ｐ２で、同軸ケーブル６０Ｆと同軸ケーブル６０Ｇとに分岐する。
【００３４】
また、切替器４０の内部において、同軸ケーブル６０Ｃは、切り替えスイッチ４５Ｂを経て、接続点Ｐ３で、同軸ケーブル６０Ｇに接続する。接続点Ｐ３は、分岐点Ｐ２にも連絡しているため、同軸ケーブル６０Ｃは、接続点Ｐ３及び分岐点Ｐ２を経由することにより、同軸ケーブル６０Ｆにも接続する。
【００３５】
計測装置５０のＬＣＲメータは、同軸ケーブル６０Ｄを用いて、Ｈｉｇｈ側の電流値（Ｈｃ）を計測する。また、計測装置５０のＬＣＲメータは、同軸ケーブル６０Ｅを用いて、Ｈｉｇｈ側の電圧値（Ｈｐ）を計測する。また、計測装置５０のＬＣＲメータは、同軸ケーブル６０Ｆを用いて、Ｌｏｗ側の電圧値（Ｌｐ）を計測する。また、計測装置５０のＬＣＲメータは、同軸ケーブル６０Ｇを用いて、Ｌｏｗ側の電流値（Ｌｃ）を計測する。これらの計測値を用いて、計測装置５０のＬＣＲメータは、主電極２０の静電容量値及び補助電極３０の静電容量値を計測する。
【００３６】
計測装置５０のＬＣＲメータが、静電容量値を計測する対象を、主電極２０と補助電極３０とで切り替える際は、切替器４０の切り替えスイッチ４５Ａ及び４５Ｂを用いる。具体的には、計測装置５０のＬＣＲメータが、主電極２０の静電容量値を計測する際は、図２に記載のように、切り替えスイッチ４５Ａを閉じ、切り替えスイッチ４５Ｂを開く。一方で、計測装置５０のＬＣＲメータが、補助電極３０の静電容量値を計測する際は、図２の矢印Ｓで示されるように、切り替えスイッチ４５Ａを開く。
【００３７】
続いて、図３を参照しながら、計測装置５０による、上記のみかけのひずみ量の算出方法について詳述する。
図３は、補助電極３０の第３電極３０Ａ及び第４電極３０Ｂに酸化被膜が発生する前と発生した後の、各寸法を示す。図３の（Ａ）に示すように、第３電極３０Ａ及び第４電極３０Ｂの電極板の面積をＳＳｕｂ、電極板間の距離をｄ０とする。また、図３の（Ｂ）に示すように、高温環境下において第３電極３０Ａ及び第４電極３０Ｂの各々が酸化し、第３電極３０Ａ及び第４電極３０Ｂが膨出するように酸化被膜が発生した結果、電極板間の距離がｄ１となり、各々の酸化被膜の厚さがｄ２となったとする。
【００３８】
真空の誘電率をε０、空気の比誘電率をεｒとすると、図３の（Ａ）に示す酸化被膜発生前における補助電極３０の静電容量値Ｃｓｕｂ０は、以下の式（１）で表わされる。
【００３９】
【数１】
2018163008.tif 000003
【００４０】
その後、図３（Ｂ）に示すように酸化被膜が発生した後の、補助電極３０の静電容量値をＣｓｕｂ０’、補助電極３０中の空気部分による静電容量値をＣｓｕｂ１、酸化被膜部分による静電容量値をＣｓｕｂ２とすると、補助電極３０によって構成されるコンデンサは、空気部分によって構成されるコンデンサと、酸化被膜部分によって構成されるコンデンサとが直列に接続されたものとみなされるため、Ｃｓｕｂ０’は、以下の式（２）で表わされる。
【００４１】
【数２】
2018163008.tif 000004
【００４２】
ここで、式（１）と同様に、補助電極３０中の空気部分による静電容量値Ｃｓｕｂ１は、以下の式（３）で表わされる。
【００４３】
【数３】
2018163008.tif 000005
【００４４】
また、補助電極３０中の酸化被膜部分による静電容量値Ｃｓｕｂ２は、酸化被膜の比誘電率をεｒ’とすると、以下の式（４）で表わされる。
【００４５】
【数４】
2018163008.tif 000006
【００４６】
式（３）と式（４）を式（２）に代入すると、以下の式（２−１）となる。
【００４７】
【数５】
2018163008.tif 000007
【００４８】
ここで、空気の誘電率εｒ＝１．０００５９を１に近似すると、式（２−１）は、以下の式（２−２）となる。
【００４９】
【数６】
2018163008.tif 000008
【００５０】
式（２−２）の右辺の分母と分子に２ｄ１ｄ２を乗じると、式（２−２）は、以下の式（２−３）となる。
【００５１】
【数７】
2018163008.tif 000009
【００５２】
式（２−３）の右辺の分母と分子をεｒ’で除すると、式（２−３）は、以下の式（２−４）となる。
【００５３】
【数８】
2018163008.tif 000010
【００５４】
ここで、図３より、ｄ０＝ｄ１＋２ｄ２であるから、式（２−４）にｄ１＝ｄ０−２ｄ２を代入すると、以下の式（２−５）となる。
【００５５】
【数９】
2018163008.tif 000011
【００５６】
式（２−５）の右辺の分母中の２ｄ２を含む項を単一項にまとめると、以下の式（２−６）となる。
【００５７】
【数１０】
2018163008.tif 000012
【００５８】
ここで、δ＝２ｄ２・（１−１／εｒ’）とすると、式（２−６）は、以下の式（２−７）となる。
【００５９】
【数１１】
2018163008.tif 000013
【００６０】
式（２−７）の右辺の分母より、δは電極面の酸化による電極間隔の減縮分に相当することが分かる。また、δ＝２ｄ２・（１−１／εｒ’）であるから、δは、電極の面積及び電極間隔の初期値に依存しない。
【００６１】
式（２−７）より、δは、ｄ０、ε０、ＳＳｕｂ、Ｃｓｕｂ０’を用いて、以下の式（２−８）により表わされる。
【００６２】
【数１２】
2018163008.tif 000014
【００６３】
式（１）を用いて式（２−８）を書き換えた後、εｒ＝１．０を代入すると、以下の式（５）となる。
【００６４】
【数１３】
2018163008.tif 000015
【００６５】
この式（５）に対し、真空の誘電率ε０、補助電極３０の電極板の面積ＳＳｕｂ、補助電極３０に酸化被膜が発生する前の静電容量値Ｃｓｕｂ０、酸化被膜が発生した後の静電容量値Ｃｓｕｂ０’を代入することにより、見かけのひずみ量δが算出される。
【００６６】
計測装置５０は、主電極２０を用いて計測されるひずみ量に、この見かけのひずみ量δを加算することにより、高温環境下による電極の酸化の影響が除去された、溶接部８０自身のひずみ量を算出することが可能となる。
【００６７】
具体的には、酸化被膜発生前における主電極２０の静電容量値ＣＭａｉｎ０は、真空の誘電率をε０、空気の比誘電率をεｒ、電極板の面積をＳＭａｉｎ、電極板間の距離をｄ０と、以下の式（６）で表わされる。
【００６８】
【数１４】
2018163008.tif 000016
【００６９】
また、酸化被膜が発生した後の主電極２０の静電容量値ＣＭａｉｎ０’は、溶接部８０における真のひずみ量をΔｄとすると、以下の式（７）で表わされる。
【００７０】
【数１５】
2018163008.tif 000017
【００７１】
式（７）を、Δｄを左辺とする式に変換すると、以下の式（８）となる。
【００７２】
【数１６】
2018163008.tif 000018
【００７３】
この式（８）のδに、式（５）を用いて算出されたδの値を代入することにより、溶接部８０における芯のひずみ量を算出することが出来る。
【００７４】
〔第１実施形態の効果〕
以上、説明したように構成された本実施形態によれば、電極間の間隔が変化しない第２の静電容量式ひずみ計の計測値を用いて算出した、みかけのひずみ量を用いて、実際のひずみを計測する第１の静電容量式ひずみ計の計測値を用いて算出したひずみ量を補正するため、双方の静電容量式ひずみ計を設置した環境に由来する誤差の影響を低減することができる。
【００７５】
また、本実施形態によれば、ひずみ計測に用いたひずみ計のひずみ量計測値から、ひずみ計の電極の酸化のみによるみかけ上のひずみ量計測値を差し引くことにより、ひずみ自体のみによるひずみ量計測値を算出することができる。
【００７６】
また、本実施形態によれば、主電極２０の第２電極２０Ｂと、補助電極３０の第３電極３０Ａとが一体化されているため、ひずみ計測システム１の構成を単純化することができる。
【００７７】
また、本実施形態によれば、第１台座１０Ａと第２台座１０Ｂとが、発電設備のボイラ及び／又は配管の溶接部８０を挟むように設置されている。これにより、発電設備のような高温環境下における部位のひずみを、より正確に計測することができる。
【００７８】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について、図４を参照しながら詳述する。
第２実施形態に係るひずみ計測システム１Ａの全体構成は、第１実施形態に係るひずみ計測システム１の全体構成と基本的には同一であるため、図面と各構成要素の機能の記載は省略する。
【００７９】
第１実施形態に係るひずみ計測システム１においては、計測装置５０は、補助電極３０の電極に発生する酸化被膜が、酸化膨出のみに由来することを前提に、見かけのひずみ量を算出していた。一方、第２実施形態に係るひずみ計測システム１Ａにおいては、これとは異なり、計測装置５０は、補助電極３０の電極に発生する酸化被膜が、酸化膨出と酸化浸食双方に由来することを前提に、見かけのひずみ量を算出する。
【００８０】
図４は、補助電極３０の第３電極３０Ａ及び第４電極３０Ｂに酸化被膜が発生する前と発生した後の、各寸法を示す。図４の（Ａ）に示すように、第３電極３０Ａ及び第４電極３０Ｂの電極板の面積をＳＳｕｂ、電極板間の距離をｄ０とする。また、図４の（Ｂ）に示すように、高温環境下において第３電極３０Ａ及び第４電極３０Ｂの各々が酸化し、第３電極３０Ａ及び第４電極３０Ｂの各々に、酸化膨出と酸化浸食の双方に由来する酸化被膜が発生した結果、電極板間の距離がｄ１となり、酸化膨出に由来する酸化被膜の各々の厚さがｄ＋に、酸化浸食に由来する酸化被膜の各々の厚さがｄ−になったとする。
【００８１】
真空の誘電率をε０、空気の比誘電率をεｒとすると、図４の（Ａ）に示す酸化被膜発生前における補助電極３０の静電容量値Ｃｓｕｂ０は、以下の式（１Ａ）で表わされる。
【００８２】
【数１７】
2018163008.tif 000019
【００８３】
その後、図４の（Ｂ）に示すように酸化被膜が発生した後の、補助電極３０の静電容量値をＣｓｕｂ０”、補助電極３０中の空気部分による静電容量値をＣｓｕｂ１、酸化被膜部分による静電容量値をＣｓｕｂ２’とすると、補助電極３０によって構成されるコンデンサは、空気部分によって構成されるコンデンサと、酸化被膜部分によって構成されるコンデンサとが直列に接続されたものとみなされるため、Ｃｓｕｂ０”は、以下の式（２）で表わされる。
【００８４】
【数１８】
2018163008.tif 000020
【００８５】
ここで、式（１Ａ）と同様に、補助電極３０中の空気部分による静電容量値Ｃｓｕｂ１は、以下の式（３Ａ）で表わされる。
【００８６】
【数１９】
2018163008.tif 000021
【００８７】
また、補助電極３０中の酸化被膜部分による静電容量値Ｃｓｕｂ２’は、酸化被膜の比誘電率をεｒ’とすると、以下の式（４Ａ）で表わされる。
【００８８】
【数２０】
2018163008.tif 000022
【００８９】
式（３Ａ）と式（４Ａ）を式（２Ａ）に代入すると、以下の式（２−１Ａ）となる。
【００９０】
【数２１】
2018163008.tif 000023
【００９１】
ここで、空気の誘電率εｒ＝１．０００５９を１に近似すると、式（２−１Ａ）は、以下の式（２−２Ａ）となる。
【００９２】
【数２２】
2018163008.tif 000024
【００９３】
式（２−２Ａ）の分母と分子に２ｄ１（ｄ＋＋ｄ−）を乗じると、式（２−２Ａ）は、以下の式（２−３Ａ）となる。
【００９４】
【数２３】
2018163008.tif 000025
【００９５】
式（２−３Ａ）の分母と分子をεｒ’で除すると、式（２−３Ａ）は、以下の式（２−４Ａ）となる。
【００９６】
【数２４】
2018163008.tif 000026
【００９７】
ここで、図４より、ｄ０＝ｄ１＋２ｄ＋であるから、式（２−４Ａ）にｄ１＝ｄ０−２ｄ＋を代入すると、以下の式（２−５Ａ）となる。
【００９８】
【数２５】
2018163008.tif 000027
【００９９】
式（２−５Ａ）の右辺の分母中の２ｄ＋を含む項を単一項にまとめると、以下の式（２−６Ａ）となる。
【０１００】
【数２６】
2018163008.tif 000028
【０１０１】
ここで、δ＝２ｄ２・（１−１／εｒ’）、δ’＝２ｄ−／εｒ’とすると、式（２−６Ａ）は、以下の式（２−７Ａ）となる。
【０１０２】
【数２７】
2018163008.tif 000029
【０１０３】
式（２−７Ａ）の右辺の分母より、δは電極面の酸化膨出による電極間隔の減縮分に相当し、δ’は電極面の酸化浸食による電極間隔の拡大分に相当することが分かる。また、δ＝２ｄ２・（１−１／εｒ’）、δ’＝２ｄ−／εｒ’であるから、δ及びδ’は、電極の面積及び電極間隔の初期値に依存しない。
【０１０４】
式（２−７Ａ）より、（δ−δ’）は、ｄ０、ε０、ＳＳｕｂ、Ｃｓｕｂ０”を用いて、以下の式（２−８Ａ）により表わされる。
【０１０５】
【数２８】
2018163008.tif 000030
【０１０６】
式（１Ａ）を用いて式（２−８Ａ）を書き換えた後、εｒ＝１．０を代入すると、以下の式（５Ａ）となる。
【０１０７】
【数２９】
2018163008.tif 000031
【０１０８】
この式（５Ａ）に対し、真空の誘電率ε０、補助電極３０の電極板の面積ＳＳｕｂ、補助電極３０に酸化被膜が発生する前の静電容量値Ｃｓｕｂ０、酸化被膜が発生した後の静電容量値Ｃｓｕｂ０”を代入することにより、見かけのひずみ量（δ−δ’）が算出される。計測装置５０は、主電極２０を用いて計測されるひずみ量に、この見かけのひずみ量（δ−δ’）を加算することにより、高温環境下による電極の酸化の影響が除去された、溶接部８０自身の真のひずみ量を算出することが可能となる。
【０１０９】
具体的には、酸化被膜発生前における主電極２０の静電容量値ＣＭａｉｎ０は、真空の誘電率をε０、空気の比誘電率をεｒ、電極板の面積をＳＭａｉｎ、電極板間の距離をｄ０とすると、以下の式（６Ａ）で表わされる。
【０１１０】
【数３０】
2018163008.tif 000032
【０１１１】
また、酸化被膜が発生した後の主電極２０の静電容量値ＣＭａｉｎ０’は、溶接部８０における真のひずみ量をΔｄとすると、以下の式（７Ａ）で表わされる。
【０１１２】
【数３１】
2018163008.tif 000033
【０１１３】
式（７Ａ）を、Δｄを左辺とする式に変換すると、以下の式（８Ａ）となる。
【０１１４】
【数３２】
2018163008.tif 000034
【０１１５】
この式（８Ａ）の（δ−δ’）に、式（５Ａ）を用いて算出された（δ−δ’）の値を代入することにより、溶接部８０における芯のひずみ量を算出することが出来る。
【０１１６】
〔第２実施形態の効果〕
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が奏される。これに加えて、実際のひずみの計測に用いたひずみ計のひずみ量計測値から、ひずみ計の電極の酸化と浸食双方の影響を除外したひずみ量計測値を算出することができる。
【０１１７】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について、図５を参照しながら詳述する。
図５は、第３実施形態に係るひずみ計測システム１Ｂの全体構成を示す図である。なお、第１実施形態に係るひずみ計測システム１と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その機能の説明を省略する。
【０１１８】
第３実施形態に係るひずみ計測システム１Ｂは、第１実施形態に係るひずみ計測システム１及び第２実施形態に係るひずみ計測システム１Ａと異なり、主電極２０の第２電極２０Ｂと、補助電極３０の第３電極３０Ａとが一体化しておらず、個別独立に存在する。これに伴い、各電極と切替器４０とを接続する同軸ケーブル６０として、主電極２０の第１電極２０Ａと切替器４０と接続する同軸ケーブル６０Ａ、補助電極３０の第４電極３０Ｂと切替器４０とを接続する同軸ケーブル６０Ｃに加えて、主電極２０の第２電極２０Ｂと切替器４０とを接続する同軸ケーブル６０Ｈと、補助電極３０の第３電極３０Ａと切替器４０とを接続する同軸ケーブル６０Ｉとが存在する。
【０１１９】
計測装置５０は、同軸ケーブル６０Ａと同軸ケーブル６０Ｈとを用いて、主電極２０の静電容量値を計測し、この静電容量値に基づくひずみ量を算出する。また、計測装置５０は、同軸ケーブル６０Ｃと同軸ケーブル６０Ｉとを用いて、補助電極３０の静電容量値を計測し、この静電容量値に基づくひずみ量を算出する。
【０１２０】
なお、計測装置５０による、酸化被膜に由来する見かけのひずみ量の算出方法は、第１実施形態及び第２実施形態における計測装置５０による算出方法と同一であるため、その説明を省略する。
【０１２１】
〔第３実施形態の効果〕
本実施形態によれば、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果が奏される。また、主電極２０の静電容量値と補助電極３０の静電容量値を個別に計測することが可能であるため、切替器４０の構成を単純化することができる。
【０１２２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１２３】
１  １Ａ  １Ｂ  ひずみ計測システム
１０  台座
２０  主電極
３０  補助電極
４０  切替器
５０  計測装置
６０  同軸ケーブル
７０  部材
８０  溶接部
【図１】
2018163008.tif 000035
【図２】
2018163008.tif 000036
【図３】
2018163008.tif 000037
【図４】
2018163008.tif 000038
【図５】
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