(57)【要約】【課題】より正確に歪みを測定することができる歪み検出装置等を提供する。【解決手段】非接触状態で所定方向に並ぶ２つの電極に蓄積される静電容量の変化に基づいて当該２つの電極が設けられた被検出体の歪みを検出する歪み検出装置であって、静電容量を測定する測定部と、測定された静電容量に基づいて被検出体の歪み量を算出する演算部と、２つの電極に生じる経時変化と静電容量との対応に関する情報を記憶する記憶部とを備え、演算部は、情報に基づいて歪み量を補正する。【選択図】図８
2018159672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触状態で所定方向に並ぶ２つの電極に蓄積される静電容量の変化に基づいて当該２つの電極が設けられた被検出体の歪みを検出する歪み検出装置であって、
前記静電容量を測定する測定部と、
測定された前記静電容量に基づいて前記被検出体の歪み量を算出する演算部と、
前記２つの電極に生じる経時変化と前記静電容量との対応に関する情報を記憶する記憶部とを備え、
前記演算部は、前記情報に基づいて前記歪み量を補正する
歪み検出装置。
【請求項２】
前記経時変化は、前記２つの電極の酸化により生じる前記２つの電極の間隔の変化である
請求項１に記載の歪み検出装置。
【請求項３】
前記２つの電極の設置後の経過時間を計時するタイマーを備え、
前記演算部は、前記タイマーが計時した時間に基づいて前記補正の度合いを決定する
請求項１又は２に記載の歪み検出装置。
【請求項４】
前記２つの電極のうち少なくとも対向面にはロジウムが用いられている
請求項１から３のいずれか一項に記載の歪み検出装置。
【請求項５】
前記被検出体は、溶接によって接続された配管であり、
前記２つの電極は、前記溶接の位置を挟んで対向する
請求項１から４のいずれか一項に記載の歪み検出装置。
【請求項６】
非接触状態で所定方向に並ぶ２つの電極に蓄積される静電容量の変化に基づいて当該２つの電極が設けられた被検出体の歪みを検出する歪み検出方法であって、
前記静電容量を測定し、
測定された前記静電容量に基づいて前記被検出体の歪み量を算出し、
前記２つの電極に生じる経時変化と前記静電容量との対応に関する情報に基づいて前記歪み量を補正する
歪み検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪み検出装置及び歪み検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの電極間に蓄えられる静電容量を測定することで、温度変化による配管の歪みを測定する装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【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】
静電容量に基づいて歪みをより正確に測定するためには、歪み以外の事象によって生じる静電容量の変化の影響を低減する必要がある。例えば、２つの電極に酸化、腐食のような化学変化を生じた場合、２つの電極の間隔が変化し、歪みの有無に関わらず静電容量が変化することがある。しかしながら、従来の装置では、このような化学変化に伴い生じる静電容量への影響を低減することができなかった。
【０００５】
本発明では、より正確に歪みを測定することができる歪み検出装置及び歪み検出方法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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の歪み検出装置は、非接触状態で所定方向に並ぶ２つの電極に蓄積される静電容量の変化に基づいて当該２つの電極が設けられた被検出体の歪みを検出する歪み検出装置であって、前記静電容量を測定する測定部と、測定された前記静電容量に基づいて前記被検出体の歪み量を算出する演算部と、前記２つの電極に生じる経時変化と前記静電容量との対応に関する情報を記憶する記憶部とを備え、前記演算部は、前記情報に基づいて前記歪み量を補正する。
【０００７】
本発明の望ましい態様として、前記経時変化は、前記２つの電極の酸化により生じる前記２つの電極同士の間隔の変化である。
【０００８】
本発明の望ましい態様として、前記２つの電極の設置後の経過時間を計時するタイマーを備え、前記演算部は、前記タイマーが計時した時間に基づいて前記補正の度合いを決定する。
【０００９】
本発明の望ましい態様として、前記２つの電極のうち少なくとも対向面にはロジウムが用いられている。
【００１０】
本発明の望ましい態様として、前記被検出体は、溶接によって接続された配管であり、前記２つの電極は、前記溶接の位置を挟んで対向する。
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の歪み検出方法は、非接触状態で所定方向に並ぶ２つの電極に蓄積される静電容量の変化に基づいて当該２つの電極が設けられた被検出体の歪みを検出する歪み検出方法であって、前記静電容量を測定し、測定された前記静電容量に基づいて前記被検出体の歪み量を算出し、前記２つの電極に生じる経時変化と前記静電容量との対応に関する情報に基づいて前記歪み量を補正する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、より正確に歪みを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る歪み検出装置及び歪み検出装置が設けられた被検出体の主要構成例を示す模式図である。
【図２】図２は、歪み検出装置に接続されるＬＣＲメータと２つの電極及び通電用電極との接続関係の一例を示す模式図である。
【図３】図３は、２つの電極及び通電用電極と導電部との位置関係であって図１に示す位置関係とは異なる位置関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、２つの電極及び通電用電極と導電部との位置関係であって図１に示す位置関係とは異なる位置関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、２つの電極の間隔を示す模式図である。
【図６】図６は、酸化が生じた２つの電極の間隔を示す模式図である。
【図７】図７は、図６に示す酸化後の２つの電極に蓄えられる静電容量の算出方法の考え方に関する模式図である。
【図８】図８は、２つの電極の設置後の経過時間と、溶接部Ｗを挟んだ配管Ｐに生じた歪み量と、みかけ上の変位量と、静電容量の変化に基づいて算出される補正前の歪み量との関係の一例を示すグラフである。
【図９】図９は、歪み及び酸化が生じた２つの電極の間隔と歪み量との関係を示す模式図である。
【図１０】図１０は、導電部の具体的構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る歪み検出装置１及び歪み検出装置１が設けられた被検出体の主要構成例を示す模式図である。図２は、歪み検出装置１に接続されるＬＣＲメータ２０と２つの電極１１，１２及び通電用電極１３との接続関係の一例を示す模式図である。
【００１５】
歪み検出装置１が設けられる被検出体は、例えば溶接によって接続された配管Ｐである。図１は、２つの配管を接続している溶接部Ｗに設けられた歪み検出装置１を図示している。
【００１６】
歪み検出装置１は、例えば図１に示すように、３つの電極、供給部２１、導電部３０、被覆部４０、ワイヤ５０等を備える。３つの電極のうち２つは、非接触状態で並ぶ２つの電極１１，１２である。３つの電極のうち２つの電極１１，１２を除く１つの電極は、通電用電極１３である。
【００１７】
本実施形態における配管Ｐは、例えば発電機のボイラーと接続されている蒸気輸送配管であり、自然環境下の気温（例えば、２５［℃］）よりも高温（例えば、６００［℃］）になる。以下、本実施形態において単に高温と記載した場合、係る配管Ｐの温度（例えば、６００［℃］）をさすものとする。
【００１８】
配管Ｐに設けられている構成及び配管Ｐの周囲の構成は、配管Ｐから温度を伝達されて高温又は当該高温に近い温度になる。このような高温の環境下では自然環境下よりも酸化等の腐食が進行しやすいことから、２つの電極１１，１２及び通電用電極１３は、より高い耐食性を有することが望ましい。本実施形態における２つの電極１１，１２及び通電用電極１３は、例えば白金を素材とする電極である。また、本実施形態では、２つの電極１１，１２のうち少なくとも対向面にはロジウムが用いられている。具体的には、２つの電極１１，１２には、例えばロジウムによる表面被覆処理が行われている。
【００１９】
２つの電極１１，１２は、蓄電器（コンデンサ）と同様の原理で静電容量（Ｃ0´（ｔ））を蓄積する。歪み検出装置１は、非接触状態で所定方向に並ぶ２つの電極１１，１２に蓄積される静電容量（Ｃ0´（ｔ））の変化に基づいて当該２つの電極１１，１２が設けられた被検出体の歪みを検出する。
【００２０】
本実施形態における２つの電極１１，１２は、配管Ｐを接続している溶接の位置を挟んで並ぶ。具体的には、２つの電極１１，１２は、例えば図１に示す配管Ｐにおいて、溶接前に別体であった２つの配管同士を物理的に接続している溶接部Ｗを挟んで非接触の位置関係となるよう設けられた板状の電極である。２つの電極１１，１２は、板面が平行になるよう配管Ｐに固定されている。より具体的には、２つの電極１１，１２は互いに対向する側が最も径が大きい円板状となっており、その反対側に相対的に小さい径の円筒が延出している電極であり、絶縁体１４，１５を介して配管Ｐに固定されている。本実施形態では、２つの電極１１，１２の形状、すなわち、円板の径及び厚みは等しいが、これは一例であってこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。２つの電極１１，１２の各々と配管Ｐとの間は絶縁されている。
【００２１】
通電用電極１３は、２つの電極１１，１２に対して２つの電極１１，１２の所定方向に並ぶ。具体的には、通電用電極１３は、円筒状の電極であり、絶縁体１６を介して配管Ｐに固定されている。本実施形態では、２つの電極１１，１２の円筒の中心と通電用電極１３の円筒の中心は同一直線上に位置するが、これは一例であってこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。通電用電極１３と配管Ｐとの間は絶縁されている。
【００２２】
供給部２１は、通電用電極１３に電力を供給する。具体的には、供給部２１は、例えばＬＣＲメータ２０が有する発振器である。係る発振器は、配線ＭＩ１を介して通電用電極１３と電気的に接続されて通電用電極１３に電圧を印加する。
【００２３】
なお、ＬＣＲメータ２０は、接続された構成の静電容量（Ｃ0´（ｔ））（キャパシタンス）に限らず、抵抗値（インピーダンス）、誘導起電力（インダクタンス）を求めることもできる。本実施形態のＬＣＲメータ２０は、例えば２端子法で２つの電極１１，１２と接続されるＬＣＲメータであり、電圧を印加するハイ（Ｈ）側のセンサケーブルが通電用電極１３と接続され、ＬＣＲメータ２０に設けられている検流計等の測定部２２と接続されているロウ（Ｌ）側のセンサケーブルが２つの電極１１，１２のうち１つ（電極１１：他方の電極）と配線ＭＩ２を介して接続されている。電極１１は、２つの電極１１，１２のうち、通電用電極１３からより遠い位置にある電極である。ＬＣＲメータ２０による静電容量（Ｃ0´（ｔ））等の測定の際には、２つの電極１１，１２のうち１つ（電極１２：一方の電極）と通電用電極１３とが導電部３０によって接続される。配線ＭＩ１，ＭＩ２は例えば無機物絶縁（ＭＩ：Mineral  Insulation）ケーブルであるが、これに限られるものでなく、絶縁のための被覆が施された導線であればよく、適宜変更可能である。
【００２４】
図３、図４は、２つの電極１１，１２及び通電用電極１３と導電部３０との位置関係であって図１に示す位置関係とは異なる位置関係の一例を示す図である。導電部３０は、所定方向に移動可能に設けられる。具体的には、２つの電極１１，１２及び通電用電極１３には導電部３０を挿通可能な孔（例えば、孔１１ａ，１２ａ，１３ａ）が設けられており、導電部３０は、所定方向への移動に係り、これら３つの電極に設けられている孔を挿通する。
【００２５】
より具体的には、２つの電極１１，１２及び通電用電極１３はそれぞれ、例えば図３に示すように、円板の中央を貫通する孔１１ａ，１２ａ，１３ａを有する。孔１１ａ，１２ａ，１３ａは、例えば２つの電極１１，１２及び通電用電極１３の円板と同心の円状の孔であるが、これは孔１１ａ，１２ａ，１３ａの具体的形状の一例であってこれに限られるものでなく、導電部３０が挿通可能な形状であればよく、適宜変更可能である。
【００２６】
導電部３０は、２つの電極１１，１２及び通電用電極１３と同時に当接する延設長を有する。具体的には、導電部３０は、例えば、当接体３０ａ、第１連結体３０ｂ、第２連結体３０ｃ、連結部３０ｄ等を有する。当接体３０ａは、例えば環状の導電体である。第１連結体３０ｂと第２連結体３０ｃは、例えば両端側が丸みを帯びるように両端側に向かって径が小さくなる部分を有する円柱状の部材である。当接体３０ａは、第１連結体３０ｂと第２連結体３０ｃのうち、丸みを帯びず、相対的に径が大きい位置の外周縁に沿って設けられている。当接体３０ａの外径は、第１連結体３０ｂと第２連結体３０ｃの外径よりも大きい。導電部３０の外径は、当接体３０ａの外径に対応する。
【００２７】
本実施形態の当接体３０ａは、第１連結体３０ｂと第２連結体３０ｃの各々に２つずつ設けられている。第１連結体３０ｂに設けられた２つの当接体３０ａ同士の間隔は、２つの当接体３０ａのうち第２連結体３０ｃに対してより遠い位置にある一方が電極１１と当接している場合に他方が電極１２と当接することが可能であって、かつ、当該一方が電極１２と当接している場合に当該他方が通電用電極１３と当接することが可能な間隔である。第２連結体３０ｃに設けられた２つの当接体３０ａ同士の間隔は、２つの当接体３０ａのうち第１連結体３０ｂに対してより近い位置にある一方が電極１２と当接している場合に他方が通電用電極１３と当接することが可能な間隔である。連結部３０ｄは、丸みを帯びた第１連結体３０ｂと第２連結体３０ｃの一端同士を連結する。連結部３０ｄを介して、第２連結体３０ｃは第１連結体３０ｂに対して回動可能に連結されている。
【００２８】
連結部によって連結された第１連結体３０ｂと第２連結体３０ｃは、孔１１ａ，１２ａ，１３ａの全ての内側に同時に進入した状態となることができる延設長を有する。また、導電部３０は、第１連結体３０ｂに設けられた２つの当接体３０ａのうち第２連結体３０ｃに対してより遠い位置にある一方が電極１１と当接し、他方が電極１２と当接している場合に、第２連結体３０ｃに設けられた２つの当接体３０ａのうち第１連結体３０ｂに対してより近い位置にある一方が電極１２と当接し、他方が通電用電極１３と当接することができるよう、当接体３０ａの位置、第１連結体３０ｂ及び第２連結体３０ｃの延設長が決定されている。当接体３０ａは、例えば白金を素材とする。第１連結体３０ｂ、第２連結体３０ｃ及び連結部３０ｄは、例えばインコネル（登録商標）等のニッケル合金を素材とする。
【００２９】
導電部３０は、孔１１ａ，１２ａ，１３ａの内側を挿通することで、２つの電極１１，１２及び通電用電極１３に対して当接しながら所定方向に沿って移動可能に設けられている。本実施形態では、孔１１ａ，１２ａ，１３ａは全て同じ径である。また、導電部３０の外径は、２つの電極１１，１２及び通電用電極１３との嵌合によって導電部３０が所定方向に移動することを妨げられないよう、孔１１ａ，１２ａ，１３ａの内径以下となっている。
【００３０】
導電部３０は、孔１１ａ，１２ａ，１３ａを挿通しているか否かによって２つの電極１１，１２及び導通用電極１３との接触と非接触とが切り替わる。具体的には、導電部３０は、第１位置と、第２位置と、第３位置とを切り替え可能に設けられている。第１位置は、導電部３０が２つの電極１１，１２に対して非接触である位置である。第２位置は、導電部３０が２つの電極１１，１２及び通電用電極１３に接触する位置である。第３位置は、導電部３０が２つの電極１１，１２のうち一方と通電用電極１３に接触する位置である。
【００３１】
具体的には、導電部３０は、例えば図３に示すように、２つの電極１１，１２と非接触の位置に移動可能に設けられている。また、導電部３０は、例えば図４に示すように、２つの電極１１，１２及び通電用電極１３と接触する位置に移動可能に設けられている。また、導電部３０は、例えば図１に示すように、導電部３０が２つの電極１１，１２のうち一方の電極１２と通電用電極１３に接触する位置に移動可能に設けられている。すなわち、図３は、本実施形態において導電部３０が第１位置にある場合の例を示している。また、図４は、本実施形態において導電部３０が第２位置にある場合の例を示している。また、図１及び図２は、本実施形態において導電部３０が第３位置にある場合の例を示している。
【００３２】
被覆部４０は、２つの電極１１，１２及び通電用電極１３を外部から覆う。具体的には、被覆部４０は、例えば図１等に示すように、３つの電極を内包する空間を形成するように配管Ｐに固定されたカバーとして設けられる。より具体的には、被覆部４０は、例えば、内側面が３つの電極に対して非接触となる位置で固定された状態で配管Ｐに立設するよう設けられる。
【００３３】
ワイヤ５０は、例えば図１等に示すように、導電部３０と接続された状態で孔１３ａを挿通可能な絶縁部４５を介して導電部３０の所定方向の一端と連結されたワイヤである。絶縁部４５は、導電部３０とワイヤ５０とを絶縁した状態で連結する。また、本実施形態の絶縁部４５は、導電部３０が第２位置にある状態でもワイヤ５０を通電用電極１３に対して被覆部４０の外側寄りの位置に留める延設長を有する。これによって、ワイヤ５０は導電性に関する設計上の制限を受けない。すなわち、ワイヤ５０は、導電性を有していてもよい。具体的には、絶縁部４５は、例えば第１接続部４５ａ及び第２接続部４５ｂを有する。第１接続部４５ａは、一端側が第２連結体３０ｃに固定され、他端側が第２接続部４５ｂと連結している。第２接続部４５ｂは、一端側が第１接続部４５ａに連結され、他端側がワイヤ５０に固定されている。第１接続部４５ａと第２接続部４５ｂのうち少なくとも一方は、絶縁性を有する。すなわち、第１接続部４５ａと第２接続部４５ｂのうち少なくとも一方は、一端側と他端側との間を導通させない表面加工処理が施されているか又は絶縁性を有する部材からなる。
【００３４】
ワイヤ５０は、可撓性を有する。また、ワイヤ５０は、被覆部４０の外側に延出する延出部として機能する。具体的には、ワイヤ５０は、電極１１，１２及び通電用電極１３に対して所定方向に沿う延長線上に位置する被覆部４０の一側面に設けられている貫通孔４１を挿通可能に設けられている。より具体的には、貫通孔４１は、３つの電極に設けられている孔１１ａ，１２ａ，１３ａが位置する一直線上に位置している。本実施形態における貫通孔４１は、３つの電極に設けられている孔１１ａ，１２ａ，１３ａと同一径の円状の孔であり、導電部３０、絶縁部４５及びワイヤ５０が挿通可能となっている。本実施形態では、貫通孔４１は、被覆部４０から延出するよう設けられた延出部４１ａの内側の孔であるが、延出部４１ａが省略され、被覆部４０の側方に設けられた孔が貫通孔４１となっていてもよい。
【００３５】
ワイヤ５０は、導電部３０を移動させる際の取っ手として機能する。具体的には、例えば導電部３０の一端のうち溶接部Ｗに対して電極１３側に設けられたワイヤ５０が被覆部４０の外側から引っ張り出されるように力を加えられることで、導電部３０は溶接部Ｗに対して電極１３側に移動する。逆に、ワイヤ５０が押し込まれるるように力を加えられることで、導電部３０は溶接部Ｗに対して電極１２側に移動する。このように、導電部３０を移動させる作業を行う作業者は、ワイヤ５０を介して係る作業を実施することができる。
【００３６】
本実施形態では、被覆部４０は、貫通孔４１が設けられた側面の外側に延設されたチューブ状の延設部４２を有する。延出部４１ａ及び延設部４２は、例えば被覆部４０と同様の素材で設けられており、貫通孔４１を介して被覆部４０内の空間と延設部４２内の空間とが連続するよう設けられている。延設部４２が設けられる場合、ワイヤ５０は、ワイヤ５０の端部が延設部４２の端部より外側に位置する延設長を有する。延設部４２は、その延設長に応じて、被覆部４０が設けられている位置からより遠くまで被覆部４０及び延設部４２によって外部から絶縁された空間を延長する構成として機能する。このため、配管Ｐからの温度の伝達がより及びにくい位置まで当該外部から絶縁された空間を延長することができる。従って、ワイヤ５０を介した導電部３０の移動に係る作業を、配管Ｐからの温度に実質的に晒されることのない遠方から行うことができるようになる。
【００３７】
次に、歪み検出の補正方法について説明する。まず、導電部３０が第１位置に移動されることで、オープン補正が行われる。次に、導電部３０が第２位置に移動されることで、ショート補正が行われる。係るオープン補正及びショート補正によって、測定部２２のゼロ点と測定値との間に生じる誤差を補正する所謂ゼロ点補正のための補正値をより高い精度で求めることができる。係るオープン補正及びショート補正が行われた後、導電部３０が第３位置に移動されることで、静電容量（Ｃ0´（ｔ））に基づいた歪み検出が可能な状態になる。このように、導電部３０を第３位置とする前に、導電部３０を第１位置とし、導電部３０を第２位置とすることで、歪み検出の精度をより高めることができる。
【００３８】
特に、本実施形態のように高温になる配管Ｐに固定される歪み検出装置１は、高温の環境下で生じる可能性がある配管Ｐの溶接部Ｗ及び溶接部Ｗ付近の歪みを検出することを主要な目的としている。また、歪み検出の分解能として、例えばマイクロメートル単位の分解能が求められている。このため、歪み検出装置１に接続される測定部２２の誤差補正は、配管Ｐが高温になってから行われることが望ましい。本実施形態では、ワイヤ５０を介して導電部３０を第１位置と第２位置に移動させることでオープン補正とショート補正を行うことができるので、歪み検出が行われる環境と同様の環境下で簡便に補正を行うことができる。従って、本実施形態によれば、簡便な作業で歪み検出の精度をより高めることができる。
【００３９】
次に、歪み量の算出に関して説明する。図５は、２つの電極１１，１２の間隔を示す模式図である。２つの電極１１，１２の間隔に応じた静電容量は、以下の式（１）のように表すことができる。式（１）において、Ｃ0は、静電容量を示す。ε0は、２つの電極１１，１２の間が真空である場合の誘電率を示す。εrは、２つの電極１１，１２の間が空気である場合の誘電率を示す。ｄ0は、２つの電極１１，１２の間隔を示す。Ｓは、２つの電極１１，１２の対向面の面積を示す。以下、Ｃ0は、設置時点における２つの電極１１，１２の静電容量、すなわち、酸化前の静電容量を示すものとする。また、ｄ0は、酸化前の２つの電極１１，１２の間隔を示すものとする。
【数１】
2018159672.tif 000003
【００４０】
図６は、酸化が生じた２つの電極１１０，１２０の間隔を示す模式図である。図６及び後述する図７、図９では、酸化が生じた２つの電極に符号１１０，１２０を付して、酸化が生じる前の２つの電極１１，１２と区別している。図６に示すように、２つの電極１１，１２同士の対向面に酸化が生じると、２つの電極１１，１２の間隔が酸化前後で変化する。具体的には、酸化によって電極１１０，１２０の膨出、浸食が生じた場合、２つの電極１１，１２の間隔が変化する。図６に示す例では、２つの電極１１０，１２０の各々の対向面に生じた浸食よりも膨出の方が大きく、酸化後の２つの電極１１０，１２０の間隔（ｄ1）が酸化前の２つの電極１１，１２の間隔（ｄ0：図５参照）よりも短くなっている。なお、図６で示す膨出（ｄ+）は、酸化前の電極１１，１２の対向面を基準として、浸食（ｄ-）の影響を含めてなお生じた膨出の度合いを示す。図５に示す２つの電極１１，１２の間隔（ｄ0）と、図６に示す２つの電極１１０，１２０の間隔（ｄ1）及び膨出（ｄ+）との対応関係は、例えば以下の式（２）のように表すことができる。
【数２】
2018159672.tif 000004
【００４１】
図７は、図６に示す酸化後の２つの電極１１０，１２０に蓄えられる静電容量の算出方法の考え方に関する模式図である。酸化後の２つの電極１１０，１２０の間には、酸化による電極１１０，１２０の膨張及び浸食によって生じた層が介在することになる。ここで、酸化後の２つの電極１１０，１２０の間隔に応じた静電容量をＣ1とすると、Ｃ1は、以下の式（３）のように表すことができる。また、酸化による電極１１０，１２０の膨張及び浸食によって生じた層に応じた静電容量をＣ2とすると、Ｃ2は、以下の式（４）のように表すことができる。また、酸化が生じた２つの電極１１０，１２０の間の静電容量をＣ0（ｔ）とすると、Ｃ0（ｔ）は、以下の式（５）のように表すことができる。
【数３】
2018159672.tif 000005
【００４２】
式（５）における２ｄ+・（１−１／εr´）をδ+とし、２ｄ-／εr´をδ-とすると、式（５）は、以下の式（６）のように表すことができる。ここで、δ+は、電極１１０，１２０の対向面の酸化による膨出が生じさせる２つの電極１１，１２の間隔の縮小分に相当する。また、δ-は、電極１１０，１２０の対向面の酸化による浸食が生じさせる２つの電極１１，１２の間隔の拡大分に相当する。なお、δ+及びδ-は、２つの電極１１，１２の対向面の面積（Ｓ）及び酸化する前の２つの電極１１，１２の間隔（ｄ0）と関係性を有しない。
【数４】
2018159672.tif 000006
【００４３】
（δ+−δ-）は、以下の式（７）のように表すことができる。
【数５】
2018159672.tif 000007
【００４４】
２つの電極１１，１２の間が空気である場合の誘電率を示すεrの値は、例えば１．０００５９であり、約１．０である。このため、εr＝１．０とすると、式（１）と式（７）に基づいて、以下の式（８）が導出される。式（８）のように導出される（δ+−δ-）は、２つの電極１１，１２が酸化することで生じる、間隔の変位量（みかけ上の変位量：δ（ｔ））を表す。
【数６】
2018159672.tif 000008
【００４５】
図８は、２つの電極１１，１２の設置後の経過時間と、溶接部Ｗを挟んだ配管Ｐに生じた歪み量と、みかけ上の変位量と、静電容量の変化に基づいて算出される補正前の歪み量との関係の一例を示すグラフである。δ（ｔ）の具体的な値は、溶接部Ｗの歪みを生じない環境下に設けられた２つの電極１１，１２が設置後の経過時間に応じて酸化することにより生じる電極１１，１２の間隔の変位を事前に計測することで、予め把握することができる。「溶接部Ｗの歪みを生じない環境下に設けられた２つの電極１１，１２」とは、図１とは異なり、溶接部Ｗを挟まない一続きの配管Ｐに設けられた２つの電極１１，１２をさす。みかけ上の変位量（δ（ｔ））として現れる「経過時間と、酸化による電極１１０，１２０の間隔の変位との関係」は、例えば図８における線Ｌ１のようになる。線Ｌ１が示す電極１１０，１２０の間隔の変位は、溶接部Ｗに生じた歪み量とは関係ない電極１１０，１２０の間隔の変位であり、例えば経過時間が２０００時間に満たないうちに０．０４［ｍｍ］以上の間隔の縮小が生じた後、間隔の縮小が０．０８［ｍｍ］に達するのが６０００時間を過ぎてからになるような特性カーブを描く。従って、より正確に静電容量に基づいて溶接部Ｗに生じた歪み量を算出する場合、このようなみかけ上の変位量による電極１１０，１２０の間隔の変位の影響を考慮する必要がある。
【００４６】
図８では、２つの電極１１，１２の設置後の経過時間と、静電容量の変化に基づいて算出される補正前の歪み量との関係の一例を線Ｌ２で示している。また、図８では、線Ｌ２が示す補正前の歪み量から、線Ｌ１が示すみかけ上の変位量による電極１１０，１２０の間隔の変位を差し引いた歪み量、すなわち、溶接部Ｗを挟んだ配管Ｐに生じた歪み量を線Ｌ３で示している。線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が示す各々の値はあくまで一例であってこれに限られるものでない。
【００４７】
図９は、歪み及び酸化が生じた２つの電極１１０，１２０の間隔と歪み量との関係を示す模式図である。図７、図９では、静電容量を求める仕組みを分かりやすく図示する目的で２つの電極１１０，１２０の浸食及び膨出が電極１２０側に纏めて図示されているが、実際には図６に示すように、２つの電極１１０，１２０の各々で浸食及び膨出が生じる。図９のように、溶接部Ｗを挟む配管Ｐに生じた歪み量をΔｄ（ｔ）とすると、歪み及び酸化が生じた２つの電極１１０，１２０の間隔に応じた静電容量（Ｃ0´（ｔ））は、以下の式（９）のように表すことができる。従って、溶接部Ｗを挟む配管Ｐに生じた歪み量（Δｄ（ｔ））は、式（１）と式（９）に基づいて、以下の式（１０）のように表すことができる。式（１０）のうち、２つの電極１１，１２の間が真空である場合の誘電率（ε0）及び２つの電極１１，１２の対向面の面積（Ｓ）は、既知の値である。酸化前の静電容量（Ｃ0）及びみかけ上の変位量（δ（ｔ））は、事前に測定されている。また、歪み及び酸化が生じた２つの電極１１０，１２０の間隔に応じた静電容量（Ｃ0´（ｔ））は、ＬＣＲメータ２０によって測定される。歪み及び酸化が生じた２つの電極１１０，１２０の間隔に応じた静電容量（Ｃ0´（ｔ））は、例えば図８における線Ｌ２に対応する値である。溶接部Ｗを挟む配管Ｐに生じた歪み量（Δｄ（ｔ））は、例えば図８における線Ｌ３に対応する値である。式（１０）は、例えば図８における線Ｌ１が示すような、２つの電極１１０，１２０に生じる経時変化と静電容量との対応に関する情報（みかけ上の変位量（δ（ｔ）））に基づいた歪み量の補正を含む。
【数７】
2018159672.tif 000009
【００４８】
図２に示すように、本実施形態のＬＣＲメータ２０は、さらに、記憶部２３、タイマー２４、演算部２５等の回路を有する。また、本実施形態の測定部２２は、例えば静電容量に対応した電気信号をデジタル化して演算部２５に出力するためのＡ／Ｄコンバータとしての機能を含むが、当該Ａ／Ｄコンバータは、測定部２２と独立した構成として設けられてもよい。記憶部２３、タイマー２４及び演算部２５のうち一部又は全部は、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等のプログラマブルロジックデバイスに統合して実装されていてもよい。
【００４９】
記憶部２３は、例えば第１補正プログラム２３ａ、第２補正プログラム２３ｂ等のソフトウェア・プログラムを記憶する。以下、プログラム等と記載した場合、ソフトウェア・プログラム及び当該ソフトウェア・プログラムの実行に際して参照されるパラメータ等を含む。第１補正プログラム２３ａは、図１から図４を参照して説明したオープン補正及びショート補正を含む歪み検出の補正を実施するためのプログラムである。第１補正プログラム２３ａを演算部２５が実行した状態でオープン補正及びショート補正が行われることで、ゼロ点補正の結果としての初期値（静電容量（Ｃ0））が決定される。第２補正プログラム２３ｂは、上記の図５から図９を参照して説明した酸化による静電容量の変化を補正するためのプログラムである。
【００５０】
また、記憶部２３は、初期値情報２３ｃ、経時変化情報２３ｄ等を記憶する。初期値情報２３ｃは、第１補正プログラム２３ａを演算部２５が実行することで決定された初期値（静電容量（Ｃ0））を示す情報である。経時変化情報２３ｄは、上記の図８を参照して説明した、２つの電極１１，１２の設置後の経過時間とみかけ上の変位量との関係を示す情報である。本実施形態において、経時変化情報２３ｄは、２つの電極１１，１２に生じる経時変化と静電容量との対応に関する情報として機能する。タイマー２４は、２つの電極１１，１２の設置後の経過時間を計時する。
【００５１】
演算部２５は、静電容量に基づいて被検出体の歪み量を算出する。具体的には、２つの電極１１，１２に蓄積される静電容量に基づいた歪み量の算出に際して、演算部２５は、例えば第２補正プログラム２３ｂを読み出して実行する。第２補正プログラム２３ｂを実行した演算部２５は、初期値情報２３ｃを読み出して、式（１）が示す酸化前の静電容量（Ｃ0）とする。また、演算部２５は、２つの電極１１，１２の設置後の経過時間をタイマー２４から取得する。演算部２５は、経時変化情報２３ｄを参照し、経過時間に応じたみかけ上の変位量（δ（ｔ））を特定する。このように、本実施形態の演算部２５は、タイマー２４が計時した時間に基づいて、経時変化に応じた補正の度合いを決定する。また、演算部２５は、２つの電極１１，１２に蓄積される静電容量を示す情報を測定部２２から取得する。演算部２５は、測定部２２から取得した２つの電極１１，１２に蓄積される静電容量を、歪み及び酸化が生じた２つの電極１１０，１２０の間隔に応じた静電容量（Ｃ0´（ｔ））として算出する。演算部２５は、酸化前の静電容量（Ｃ0）、みかけ上の変位量（δ（ｔ））、静電容量（Ｃ0´（ｔ））を上記の式（１０）に代入して、溶接部Ｗを挟む配管Ｐに生じた歪み量（Δｄ（ｔ））を算出する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、２つの電極１１０，１２０に蓄積される静電容量の変化に基づいて算出される被検出体の歪み量を、２つの電極１１０，１２０に生じる経時変化と静電容量との対応に関する情報に基づいて補正する。これによって、２つの電極１１０，１２０に生じる経時変化によってもたらされる静電容量への影響を低減することができる。従って、より正確に歪みを測定することができる。
【００５３】
また、２つの電極１１０，１２０の酸化により生じる２つの電極１１０，１２０の間隔の変化を経時変化として考慮することで、より正確に歪みを測定することができる。
【００５４】
また、２つの電極１１，１２の設置後の経過時間を計時するタイマー２４を備え、タイマー２４が計時した時間に基づいて補正の度合いを決定することで、経時変化により生じる静電容量への影響をより正確に把握することができる。
【００５５】
また、２つの電極１１，１２のうち少なくとも対向面にロジウムを用いることで、酸化等の経時変化をより生じにくくすることができる。
【００５６】
また、２つの電極１１，１２が配管Ｐを接続している溶接部Ｗを挟んで並ぶことで、溶接部Ｗに歪みが生じた場合に当該歪みを検出することができる。
【００５７】
さらに、導電部３０の位置を第１位置と第２位置と第３位置に切り替えることで２つの電極１１，１２と通電用電極１３との接続関係を切り替えることができるので、２つの電極１１，１２の位置関係を変ずることなくオープン補正及びショート補正を行うことができる。従って、本実施形態によれば、歪み検出の精度をより高めることができる。
【００５８】
さらに、被覆部４０によって２つの電極１１，１２及び通電用電極１３を外部から絶縁することができることから、２つの電極１１，１２に対する外部の影響を抑制することができる。従って、歪み検出の精度をより高めることができる。
【００５９】
さらに、ワイヤ５０が導電部３０の所定方向の一端側に連結されたているので、ワイヤ５０を操作することで当該端部側に導電部３０を移動させることができる。
【００６０】
さらに、導電部３０が２つの電極１１，１２及び通電用電極１３と同時に当接する延設長を有する棒状の導電体であるので、単純な操作で２つの電極１１，１２と通電用電極１３との接続関係を切り替えることができる。
【００６１】
なお、上記の実施形態における歪み検出装置１の具体的構成はあくまで一例であってこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。
【００６２】
図１０は、導電部３００の具体的構成の一例を示す図である。例えば図１０に示すように、導電部３００は、棒状の基部３１と、基部３１の外周面よりも外側に突出する複数の弾性部３２，３３，３４とを具備していてもよい。弾性部３２，３３同士の所定方向の間隔及び弾性部３３，３４同士の所定方向の間隔は、２つの電極１１，１２同士の所定方向の間隔及び通電用電極１３と２つの電極１１，１２のうち通電用電極１３に相対的に近い位置の電極１２との間隔に応じる。また、基部３１の所定方向に直交する断面形状は、２つの電極１１，１２及び通電用電極１３に設けられた孔１１ａ，１２ａ，１３ａを非接触の状態で挿通することができる断面形状である。より具体的には、例えば円柱状の基部３１の外径は、孔１１ａ，１２ａ，１３ａの径未満である。また、弾性部３２，３３，３４を含む導電部３０の所定方向に直交する断面形状は、２つの電極１１，１２及び通電用電極１３に設けられた孔１１ａ，１２ａ，１３ａを挿通した場合に２つの電極１１，１２及び通電用電極１３に接触する断面形状である。より具体的には、例えば円柱状の基部３１の周囲を取り巻くように配設されたばね状の部材による弾性部３２，３３，３４の外径は、孔１１ａ，１２ａ，１３ａの径以上であり、その弾性によって孔１１ａ，１２ａ，１３ａの径以下に収まることができるよう設けられている。基部３１及び弾性部３２，３３，３４は、例えば白金等の導電体からなる。図１から図４で例示した導電部３０を図１０に示すような導電部３００に置き換えてもよい。これによって、２つの電極１１，１２及び通電用電極１３と導電部３００とをより接触させやすくなる。
【００６３】
導電部３０等、各部の構成の具体的な素材及び形状は上記の実施形態で例示したものに限定されず、適宜変更可能である。例えば、当接体３０ａの素材として、インコネル（登録商標）等のニッケル合金を採用してもよい。
【００６４】
導電部３０は、非測定時に被覆部４０の外部に取り出されてもよい。この場合、歪み検出装置１等が固定される環境と同様の環境下（例えば、高温環境下）に導電部３０が晒される期間をオープン補正及びショート補正の実施期間並びに歪み検出の実施期間に限定することができるので、導電部３０に要求される耐腐食性等の条件をより緩和しやすくなり、上記のニッケル合金の採用をより容易にすることができる。
【００６５】
また、歪み検出装置１等は溶接部Ｗ、高温環境下に限らず任意の構成に設けることができる。
【００６６】
また、上記の実施形態ではタイマー２４が設けられているが、他の方法によって経時変化と静電容量との対応を考慮するようにしてもよい。例えば、設置後の経過時間を示すパラメータを外部から入力可能な入力部をＬＣＲメータ２０に設けるようにしてもよい。この場合、歪み量の算出をＬＣＲメータ２０に実行させる作業者が、設置後の経過時間を示すパラメータを入力する。
【００６７】
また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
【符号の説明】
【００６８】
１      歪み検出装置
１１，１２  電極
１１ａ，１２ａ，１３ａ  孔
１３    通電用電極
２０    ＬＣＲメータ
２１    供給部
２２    測定部
２３    記憶部
２３ａ  第１補正プログラム
２３ｂ  第２補正プログラム
２３ｃ  初期値情報
２３ｄ  経時変化情報
２４    タイマー
２５    演算部
３０    導電部
３０ａ  当接体
３０ｂ  第１連結体
３０ｃ  第２連結体
３０ｄ  連結部
３１    基部
３２，３３，３４    弾性部
４０    被覆部
４１    貫通孔
４２    延設部
４５    絶縁部
５０    ワイヤ
Ｐ      配管
Ｗ      溶接部
【図１】
2018159672.tif 000010
【図２】
2018159672.tif 000011
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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