(57)【要約】円筒状構成部品の直径に垂直な薄板内の直径の変化によって影響を与えられる、折り曲げ（圧縮および引張）を監視および測定することによって、円筒状構成部品内の直径の変化を測定するための装置および方法が開示される。該方法に影響を与える装置は、少なくとも１つのウェブを備えるが、通常、円筒状構成部品の直径に垂直な薄板を画定し、ウェブ薄板上に装着された要素を測定する歪み、歪み計測器が装着されたウェブの圧縮および引張（折り曲げ）行為を検知し測定するように配置された２つのウェブを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成部品内の歪みを測定する装置であって、
剛性枠と、
前記枠上に配置された第１の接触組立体と、
前記枠の対向する端部上に配置された第２の接触組立体と、
前記枠を通って長手軸に実質的に平行な軸に沿って延在する通路であって、前記通路は、前記第１の接触組立体と前記第２の接触組立体との間に配置される、通路とを備え、
内側ウェブは前記通路と前記枠の内面との間で画定され、外側ウェブは前記枠の外面と前記通路との間で画定され、
少なくとも第１の歪み検知要素は、前記内側ウェブまたは前記外側ウェブのいずれかと接触する、装置。
【請求項２】
前記第１の歪み検知要素によって接触されない前記ウェブに接触する第２の歪み検知要素をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記枠は、１対の実質的に平滑で平行な側面を有し、各側面は、前記長手軸にほぼ垂直な薄板内に延在する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記歪み検知要素の測定軸は、前記長手軸に垂直で環軸にほぼ平行である軸に沿う、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記通路は、断面が実質的に長方形である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記通路は、前記通路の各角に少なくとも１つの弓形フィレットを有する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の歪み検知要素は、前記構成部品の引張の直径歪みを測定し、前記第２の歪み検知要素は、前記構成部品の圧縮の直径歪みを測定する、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記第２の歪み検知要素は、前記構成部品の引張の直径歪みを測定し、前記第１の歪み検知要素は、前記構成部品の圧縮の直径歪みを測定する、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記枠は、弓形の枠である、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記枠は、「Ｃ」字形の枠である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記調節可能な第１の接触組立体、前記第２の接触組立体のそれぞれは、「Ｖ」字形の接触要素を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記調節可能な第１の接触組立体は、所定値を有する前記枠内に歪みを生成するように調節された、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の歪み検知要素は、前記内側ウェブの外面または前記内側ウェブの内面上に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第２の歪み検知要素は、前記外側ウェブの外面または前記外側ウェブの内面上に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の接触組立体および前記第２の接触組立体は、前記構成部品に対して前記枠を位置合わせし、前記枠を前記構成部品に固定するように協働する、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１および第２の歪み検知要素は、前記構成部品の直径の変化を測定する、請求項２に記載の装置。
【請求項１７】
歪みを測定する装置であって、
外面、前記外面から半径方向に離間した内面、および概して第２の側平面に平行で第２の側平面から離間した第１の側平面を有する枠と、
前記上部面と前記下部面との間に配置された第１の支持組立体、および前記上部面と前記下部面との間に配置された第２の支持組立体であって、前記第１の支持組立体および前記第２の支持組立体は、前記枠の対向する端部上に相互にほぼ対向する、第１の支持組立体および第２の支持組立体と、
前記上部面から前記下部面に延在し、前記内面と前記外面との間および前記第１の支持組立体と前記第２の支持組立体との間に配置された通路と、
前記通路および通路内面と前記枠の前記内面との間によって確立される第１のウェブ、ならびに前記通路および通路外面と前記枠の前記外面との間によって確立される第２のウェブと、
前記第１のウェブ上に配置された第１の歪み検知要素、および前記第２のウェブ上に配置された第２の歪み検知要素であって、前記第１の歪み検知要素は引張歪みを測定し、前記第２の歪み検知要素は圧縮歪みを測定する、第１の歪み検知要素および第２の歪み検知要素と、を備える装置。
【請求項１８】
前記第１および第２の側面は、長手軸に概して垂直なそれぞれの薄板に延在する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記枠は、弓形の枠である、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記装置は、概して円筒状構成部品内の直径の歪みを測定する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記装置は、０．５インチ〜５インチの範囲の直径を有する概して円筒状構成部品内の歪みを測定する、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記外側ウェブは、前記外面から前記外側ウェブに延びる凹部によってさらに画定される、請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
前記通路は、概して長方形の通路である、請求項１７に記載の装置。
【請求項２４】
前記通路の感度は、通路幅、第１のウェブ接触面から上部フィレット半径までの距離、前記通路のそれぞれの角に配置されたフィレット半径、前記支持組立体の中心線から前記通路の側壁までの距離、およびその組合せからなるパラメータの群から選択された複数のパラメータの少なくとも１つを最適化することによって、最適化される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１の支持組立体および第２の支持組立体は、歪みを構成部品から前記枠に転送する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２６】
円筒状構成部品上の負荷を測定する方法であって、
（ａ）少なくとも２つの歪み検知要素を前記円筒状構成部品に装着するステップと、
（ｂ）負荷を前記円筒状構成部品に加えるステップと、
（ｃ）前記負荷によって影響を受けた前記円筒状構成部品内の直径の変化に応答して、第１の前記歪み検知要素における実質的に純性な引張歪みおよび第２の前記歪み検知要素における実質的に純性な圧縮歪みを同時に検知するステップと、
（ｄ）前記第２の引張を前記シャフトに加えた前記負荷と等しい値に変換するステップと、を含む方法。
【請求項２７】
ステップ（ａ）に先立って、前記歪み検知要素を枠の内側ウェブおよび外側ウェブのそれぞれに取り付ける、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記枠を前記円筒状構成部品に装着する前記ステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記外側ウェブに取り付けられた前記歪み検知要素で圧縮歪みを測定し、前記内側ウェブに取り付けられた前記歪み検知要素で引張歪みを測定する前記ステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
シャフトの軸負荷によって生成された前記シャフト内の直径の変化を測定する装置であって、
第１の装着部および中央本体部から離間し、中央本体部によって相互接続される第２の装着部を画定する本体と、
シャフトに係合するために、前記第１の装着部に装着された第１のクランプヘッドと、
シャフトに係合するために、前記第２の装着部に装着され、第１のクランプヘッドから離間された第２のクランプヘッドであって、前記第１のクランプヘッドおよび前記第２のクランプヘッドは、共通の中心線に沿って位置合わせされ、共通の中心線に沿って離間され、前記中心線は、前記中央本体部と交差しない、第２のクランプヘッドと、
前記中央本体部を通って延在し、前記第１のクランプヘッドまたは前記第２のクランプヘッドのいずれかに近接する通路であって、第１のウェブは、前記通路と前記本体の内面との間に確定され、第２のウェブは、前記通路と前記本体の外面との間に画定される、通路と、
前記第１のウェブに取り付けられた第１の歪み検知要素と、
前記第２のウェブに取り付けられた第２の歪み検知要素と、を備える装置。
【請求項３１】
前記装置が装着されているシャフト内で測定された直径歪みは、前記シャフト内の負荷の代表値に変換される、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記第１のウェブは、引張歪み状態にあり、前記第２のウェブは、前記装置が据え付けされないときは、圧縮歪み状態にある、請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
前記第１のウェブは、第１の薄板に存在し、前記第２のウェブは、第２の薄板に存在し、前記第１および第２の薄板は、概して互いに平行であり、概して前記共通の中心線に垂直である、請求項３０に記載の装置。
【請求項３４】
前記第１のウェブおよび前記第２のウェブのそれぞれは、前記通路の中に突出し、前記本体を通って延在する肥厚性リッジ、および前記リッジの各側部に隣接したより薄いウェブ壁で形成される、請求項３０に記載の装置。
【請求項３５】
前記通路は、前記共通の中心線から２分の１インチ未満の距離内に配置される、請求項３０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００９年１２月３１日に出願された米国仮出願第６１／３３５，１４９号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、構成部品内の歪みを測定する装置に関し、より詳細には、円筒状構成部品内の直径の歪みを測定する装置に関し、該測定を使用して円筒状構成部品内の負荷および応力を算出する。
【０００３】
多くの業界では、円筒状の部材またはシャフト上に掛り得る様々な動的または静的な軸負荷を測定することが重要である。これは、電動弁を広範囲で使用する原子力業界では特に当てはまる。弁の様々な作動パラメータを監視することは、原子力を規制する機関によって必要とされている。電動弁は、バルブステムおよびバルブステムを部分的に包囲する弁枠に接続された電動機駆動アクチュエータで概して構成される。
【０００４】
弁の作動中に生じるある種の動的力および事象を監視する方法の１つは、軸または径伸縮計のいずれかを使用するバルブステムの軸負荷の測定によることが観察されている。
【０００５】
バルブステムの直径の変化を測定することにより、バルブステムまたはあらゆる他の同様の部材内の軸の負荷もしくは応力を算出できることは公知である。ポアソン比と呼ばれる直径の変化と軸伸長に対する比率は公知であり、ほとんどの材料に使用可能である。したがって、径伸縮計などの装置を使用して、バルブステムの直径の変化を測定することによって、軸の歪みおよびバルブステムの軸の負荷を容易に算出および決定することができる。しかし、正確な読取りを達成するために、現行の伸縮計の設計の感度および安定性が欠如していることが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
米国仮出願第６１／３３５，１４９号の内容全体に対して優先権を上記に主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００７】
本開示は、円筒状構成部品内の直径の変化を検知し、歪み測定装置の枠上に配置された歪み検知要素を使用して、そのような直径の変化を測定する歪み測定装置を対象とする。歪み検知要素は、構成部品の直径の伸びを介して枠の屈曲の結果として、枠内に生じた引張および圧縮歪みを測定してもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
簡潔に述べると、歪み測定装置は、剛性枠を備える。概して枠は、外面および半径方向に外面から離間した内面を有する。また枠は、概して第２の側平面に平行で第２の側平面から離間した第１の側平面を有する。剛性枠は、弓形枠または「Ｃ」字形の枠であってもよい。歪み測定装置は、枠の１端部に、または枠の１端部付近に配置された第１の接触組立体、および枠の反対側の１端部上に配置された第２の接触組立体をさらに備えてもよい。通路は、長手軸に実質的に平行な軸に沿って枠を通って延在し、該通路は第１の接触組立体と第２の接触組立体との間の枠上に配置される。内側ウェブは通路と枠の内面との間に画定され、外側ウェブは枠の外面と通路との間に画定される。歪み測定装置は、内側ウェブまたは外側ウェブのいずれかと接触する、少なくとも第１の歪み検知要素をさらに備える。一部の実施形態では、歪み測定装置は、第１の歪み検知要素によって接触されないウェブに接触する、第２の歪み検知要素をさらに備えてもよい。歪み測定要素は、構成部品の直径の伸びにより、枠内に生じた実質的に純性な引張歪みおよび圧縮歪みを測定するために、枠のウェブに装着されてもよい。
【０００９】
別の実施形態では、歪み測定装置は、第１の装着部、および中央本体部から離間し中央本体部によって相互接続された第２の装着部を確定する本体を備えてもよい。第１のクランプヘッドは、シャフトと係合するために、第１の装着部に装着されてもよい。第２のクランプヘッドは、シャフトと係合するために、第１の装着部に装着され、第１のクランプヘッドから離間されてもよい。第１のクランプヘッドおよび該第２のクランプヘッドは、該中央本体部を交差しない共通の中心線に沿って位置合わせされ、共通の中心線に沿って離間される。通路は、該中央本体部を通って延在し、第１のクランプヘッドまたは第２のクランプヘッドのいずれかに近接する。
【００１０】
本開示のさらに別の実施形態は、円筒状構成部品上の負荷を測定する方法である。方法は、
（ａ）少なくとも２つの歪み検知要素を円筒状構成部品に装着するステップと、
（ｂ）負荷を円筒状構成部品に加えるステップと、
（ｃ）負荷によって影響を受けた円筒状構成部品内の直径の変化に応答して、第１の歪み検知要素における実質的に純性な引張歪み、および第２の歪み検知要素における実質的に純性な圧縮歪みを同時に検知するステップと、
（ｄ）第２の引張をシャフトに加えた負荷と等しい値に変換するステップと、を含んでもよい。
【００１１】
本発明のこれらの態様および他の態様は、図面と共に検討して以下に記載の好ましい実施形態を読んだ後、当業者には明らかになろう。前述の概要および以下に詳述の両方とも、例示および説明に過ぎず、特許請求の範囲に記載された本発明を限定するものではないことを理解されたい。
【００１２】
慣習に従って、以下に論じられる図面の様々な特徴は、必ずしも原寸に比例して描かれていない。図面における様々な特徴および要素の寸法は、本開示の実施形態をより明確に示すために拡大または縮小されている場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施形態に従って導入された構成における、歪み測定装置の等角図である。
【図２】本開示の歪み測定装置の実施形態の等角図である。
【図３】図２に示された実施形態の第２の等角図である。
【図４】より詳細な歪み測定装置要素の通路を示す、図２の実施形態の一部の平面図である。
【図５】例示目的および明確にするためのみに装置の外面を半透明にした、図２の歪み測定装置の一部の等角図である。
【図６】本明細書に開示された歪み測定装置の第１の支持組立体および第２の支持組立体の分解等角図である。
【図７】歪み測定装置と共に使用され得る、歪み検知要素に対する電気回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
検討をわかりやすくするために、以下の３方向の定義および座標系を本明細書に論じた歪み測定装置を論じる際に共通に使用し、本出願全体を通して使用し、本明細書に開示されたすべての実施形態に適用可能である。円筒状座標系１は、長手軸「α」、放射軸「β」、および環軸「φ」を有する。「長手」は、シャフト１２の長手軸に平行な方向に配向された長手軸「α」を指す。「放射」は、長手方向に直行する方向で、長手軸から外方に延びる方向に配向された放射軸「β」を指す。「環」は、角度軸「φ」、すなわち長手軸αに垂直な２つの基準軸３、４のいずれかに対して放射軸「β」に配向する方向を指す。集合的に、３方向軸α、β、φは、円筒状座標系１を確立する。本開示のために、長手方向αは、概してシャフト１２に沿った方向を指し、横方向βは、概してシャフト１２の中央から延びる方向を指す（図面の図１に隣接する「方向羽根」の例を参照されたい）。
【００１５】
ここで図面をより詳細に参照すると、同様の参照番号は、複数の図全体を通して同様の部分を示し、図１は、円筒状シャフト１２、たとえば原子力発電所または他の施設に見られることがある、電動弁または空気作動弁のためのバルブステムなどに対する設置位置にある、本開示の一実施形態による歪み測定装置１０を示す。歪み測定装置１０は、円筒状シャフトへの使用に限定される必要はなく、歪み測定を得るためにあらゆる形状の構成部品への使用に適合できる。歪み測定装置１０は、径伸縮計に類似した原理で作動してもよく、円筒状シャフト１２の直径の伸びまたは収縮は、歪み測定装置１０を介して線形歪みおよび／または応力に変換されてもよい。円筒状シャフト１２は、平滑な外面を有する部分１４および螺合する外面を有する部分１６を備えてもよい。歪み測定装置１０は、表面１４、１６のいずれかまたは両方のタイプの使用に適することができる。
【００１６】
図２〜６を参照すると、図２および３は、本開示による歪み測定装置１０の一実施形態の等角図である。歪み測定装置１０は、本体すなわち概して弓形であることがある枠２０を有する。本体２０は弓形である必要はなく、本体２０は、構成部品１２内の歪みを測定するために、構成部品１２に装置２０の取付けを容易にするのに必要なあらゆる形状であってよい。この具体的な実施形態では、本体２０は、概ね「Ｃ」字形であり、内面２２、外面２４、ならびに概して平行で平面の第１の側面２６および第２の側面２８を有する。しかし、本体２０は、弓形または「Ｃ」字形である必要はなく、他の形状でも適用可能である。たとえば、本体２０は、「Ｕ」字形または溝形も可能である。例示的実施形態では、本体２０は、それを中心に弓形および凹内面２２が画定される回転軸（円筒状座標系１を参照すると、回転軸は長手軸αになり、円周方向φに回転する）を有する、少なくとも１つの凹部を含む。凹内面２２は、円筒状壁の一部として回転軸αに平行に延びる表面高さで画定される。概して「Ｃ」字形本体２０は、概して円筒状構成部品１２上への歪み測定装置１０の設置を容易にすることがある。内面２２および外面２４は、円筒状座標系１に対して検討すると、円周方向φに延びるとみなされてもよく、側面２６、２８は、概して内面２２および外面２４に垂直であってもよい。一部の実施形態では、チャネルまたは凹部３１は、本体２０の外面２４内に機械加工されるか、または製造され、本体２０の中に延在してもよい。凹部３１は、本体２０の局部可撓性を増加させてもよい。一部の実施形態では、チャネルまたは凹部３３（図４参照）は、本体２０の内面２２内に機械加工されるか、または製造され、本体２０の中に延在してもよい。本体２０は、本体２０の一端に向かって配置されたポート２９を有してもよい。ポート２９は、少なくとも２つの歪み検知要素４６、４８と接続するために、導線または他の機器に対する通路として少なくとも機能する。ポート２９は、本体２０を通って延在してもよいが、これは必須条件ではなく、ポート２９は、本体２０の一端（第１の側部２６または第２の側部２８のいずれか）のみから出てもよい。図５で最も明確にわかるように、線供給部２７は、本体２０の表面からポート２９に延び、ポート２９と交差する。線供給部２７は、歪み検知要素４６、４８と好都合に接続するために、導線を含む線１７（図１参照）に対する導管として機能する。通路３０は、本体２０を通って第１の側面２６から第２の側面２８に延び、歪み検知要素４６、４８は、通路３０に近接して配置される。第１の支持組立体インターフェース６０は、本体２０の一側部上に配置され、第２の支持組立体インターフェース６１は、本体２０の反対側の側部上に配置される。第１の支持組立体インターフェース６０および第２の支持組立体インターフェース６１の中心線６２は共線であり、長手軸αに沿って延在する。第１の支持組立体インターフェース６０および第２の支持組立体インターフェース６１の中心線６２が共線であるという事実は、直径歪みを構成部品１２から歪み測定装置１０の本体２０により有効に転送することがある。第１の支持組立体７０は、第１の支持組立体インター��ェース６０を介して本体２０と連通し、調節可能な第２の支持組立体８０は、第２の支持組立体インターフェース６１を介して本体２０と連通する。示された実施形態では、第１の支持組立体インターフェースは、概して平滑な穴であり、第２の支持組立体インターフェース６１は、螺合穴である。
【００１７】
図４は、通路３０の一実施形態のより詳細な説明を提供する。通路３０は、歪みを検出するために、歪み測定装置１０の本体２０の感度を「調整する」手段を提供する。通路３０は、測定または試験される構成部品の直径の変化を測定するために、支持組立体７０と８０との間の本体２０に沿って配置されなければならない。これは、本体２０が構成部品の直径の変化によって歪んだ状態に配置されるためである。一部の実施形態では、通路３０は、第１の支持組立体インターフェース６０または第２の支持組立体インターフェース６１の付近にあるように、本体２０内に配置されることが好ましい。通路３０を第１の支持組立体インターフェース６０または第２の支持組立体インターフェース６１付近に配置することは、歪み検知要素４６、４８の性能を少なくとも向上させ得る。通路３０は、構成部品１２内の直径歪みの変化を検出するために、歪み測定装置１０の能力を研ぎ澄ませ、向上させるように通路３０に近接した本体２０の感度を増加させるために、通路３０のいくつかのパラメータまたは寸法（以下に論じられている）を調節することにより、適切にサイズ化することができる。これは、通路３０に近接した歪み測定装置１０の本体２０の増加した可撓性にある程度起因する。歪み測定装置１０の一般概念は、通路（すなわちウェブ５０、５２）付近の本体の一部が発達した歪みのレベルを増加させるための、本体２０内の通路３０の配置である。さらに、通路は、歪み測定装置１０が経験し得る熱的効果によって取り込まれたエラーを、低減させるようある程度機能する。これは、本体２０の集積が通路３０を形成するために除去されたためであり得、歪み検知要素４６と４８との間に配置された通路３０を負荷する熱に対する感度を低減する。歪み検知要素４８と４８との間への通路３０のこの配置は、一検知要素による別の検知要素への相互加熱を低減させるのに役立つため、有益であることがある。全体的に、歪み測定装置１０の感度および安定性は、通路３０付近に配置された歪み検知要素４６、４８の感度および応答が増加したために、向上することがある。歪み測定装置のドリフトもまた低減される。したがって、歪み測定装置１０の別の一般概念は、通路３０の対向する側部上に歪み検知要素４６、４８を配置させて、歪み検知要素４６、４８によって高められた熱的加熱から生じるドリフトによって取り込まれるエラーを低減させる。「ドリフト」は、アナログ回路の固有の限界によって引き起こされ、ドリフトは、時間を掛けてなされる測定に関して、基準値の徐々に意図的でない変化によって生じるバイアスを意味すると理解される。
【００１８】
通路３０は、概して長方形の形状または断面であってもよく、断面は、平面の断面図、すなわち第１の側面２６または第２の側面２８の平面視におけるものである。他の実施形態では、通路３０は、正方形、円形、長円形、多角形、または通路３０内の適切な歪み場を提供するあらゆる他の断面であってもよい。適切な歪み場は、構成部品の直径変化に感度が高い歪み場であると理解され、歪み検知要素４６、４８によって特定された精度で測定することができる。通路３０は、内側ウェブ５０および外側ウェブ５２のそれぞれ、ならびに第１の側壁５３および第２の側壁５５によって内側および外側に結合される。内側ウェブ５０は、第１の平面内にあってもよく、外側ウェブ５２は、第２の平面内にあってもよく、第１および第２の面は、概して互いに平行であり、共通の中心線（すなわち中心線６２）に概して垂直であってもよい。通路３０は、第１の側壁５３と第２の側壁５５との距離である通路幅３２を有してもよい。通路３０は、ウェブ５０の内部面とウェブ５２の内部面との距離である通路高さを有する。内側ウェブ５０は、内側ウェブ接触面５４からリッジ４３までの距離であるウェブ厚さ３８を有し、リッジは、内側ウェブ接触面５４から距離３８延びる。リッジ４３は、ウェブ５０を超えてより一定である内側ウェブ５０内に歪みを作成するように機能してもよい。外側ウェブ５２もまた、ウェブ厚さを有し、ウェブ厚さは外側ウェブ接触面５６からリッジ４３’までの距離である。リッジ４３’は、ウェブ５２を超えて、より一定である外側ウェブ５０内に歪みを作成するように機能してもよい。内側ウェブ接触面５４と外側ウェブ接触面５６との距離は３４によって得られる。概ね長方形の通路３０の各角部は、フィレット４１を有してもよい。示されたように、各フィレット４１は、同じフィレット半径４２を有する。しかし、各フィレット４１は同じフィレット半径４２を有する必要はなく、一部の実施形態では、各フィレット半径４２は異なってもよい。フィレット縁端部は、たとえば内側ウェブ接触面５４から距離３６に配置される。フィレット４１は、概して角部に生じる応力集中において発現し得る局部応力を低減するようにある程度機能する。第２の側壁５５は、第１の支持組立体インターフェース６０の中心線６２から距離４４に配置される。歪み検知要素４６、４８は、内側ウェブ接触面５４および外側ウェブ接触面５６のそれぞれの上に配置される。内側ウェブ接触面５４および外側ウェブ接触面５６および歪み検知要素４６、４８は、歪み検知要素４６、４８がそれぞれのウェブ接触面５４、４６の大部分を超えて、それらのそれぞれのウェブ５０、５２において、局部歪みのより正確な測定を少なくとも獲得するようにサイズ化されてもよい。歪み検知要素４６、４８は、本体２０の屈曲に関連した歪みを測定してもよい。歪み検知要素４６、４８は、曲がりやすくなり、実質的に純性な引張および実質的に純性な圧縮のそれぞれに置かれる。したがって、歪み測定装置の別の一般概念は、本体２０上の歪み検知要素４６、４８の配置であるので、歪み検知要素４６の１つは、実質的に純性な引張歪みを測定してもよく、歪み検知要素４８の１つは、実質的に純性な圧縮歪みを測定してもよい。一部の実施形態では、歪み検知要素４６によって測定された引張歪みの大きさは、構成部品１２の試験中、歪み検知要素４８によって測定された圧縮歪みの大きさとほぼ同じでもよい。
【００１９】
歪み検知要素４６、４８は、概して円周方向φと正接する測定軸を有してもよい。歪み測定装置１０が製造されると、第１の歪み検知要素４６は、圧縮して負荷されるように据え付けられ、構成されてもよく、第２の歪み検知要素４８は、引張して負荷されるように据え付けられ、構成されてもよい。このような据付けの１つの理由は、歪み測定装置１０が据え付けられると、歪み測定装置１０は、第１の歪み検知要素４６および第２の歪み検知要素４８が、歪み「ゼロ」の読取りをあらゆる構成部品の試験または監視に先立って生成するように、調節できるためである。
【００２０】
通路３０の一部の寸法またはパラメータを調節して、歪み測定装置１０の感度および安定性を向上してもよい。通路幅３２、内側ウェブ接触面から上部フィレット半径４０までの距離３６（ならびに外側ウェブ接触面から下部フィレット半径までの対応する距離）、フィレット半径４２、および第１の支持組立体インターフェース６０の中心線６２から通路３０の第２の側壁５５までの距離４４を調節すること。通路の大きさを調節することは、ウェブ５０、５２内の歪みを増加させることによって、歪み検知要素４６、４８の感度を調節することを意味する場合があることは、当業者には理解されよう。これらのパラメータ３２、４０、４２、４４は、調節され得る想定されるパラメータまたは寸法の内のわずかでしかない。調節され得る他の実行可能なパラメータは、ウェブ５０、５２内の局部の歪みに著しく影響を与えるあらゆるパラメータである。したがって、歪み測定装置１０の別の一般概念は、ウェブ５０、５２内の歪みを測定するために、歪み検知要素４６、４８の能力を向上させるように該歪みを増加させるために、通路３０の一部の寸法を調節することである。通路３０の寸法は、ウェブ５０、５２内の大きな歪みを生成するように調節される一方で、材料の弾性限界より下に保持し得る。材料の弾性限界は、永久歪みの発現前に材料内に生じる可能性がある最大応力、すなわち単位面積当たりの力であることが、当業者には理解されよう。弾性限界までの応力または歪みが除去されると、材料はその元のサイズおよび形状を回復する。
【００２１】
例として、また決して本開示の範囲を限定することを意味せず、以下の表、表１は、通路の寸法の一部の例示的範囲を提供する。
【表１】
2013516611.tif 000003
別の例では、上の表１に一覧にされた寸法の範囲は、以下の離散値を有してもよい。寸法３２は０．１３０インチでもよい。寸法３６は０．１８０インチでもよい。寸法３８は０．０２８インチでもよい。寸法４０は０．０４９インチでもよい。寸法４２は０．０３１インチでもよい。寸法４４は０．２４０インチでもよい。
【００２２】
図６は、第１の支持組立体７０および調節可能な第２の支持組立体８０の分解等角図である。支持組立体７０および調節可能な第２の支持組立体８０は、歪み測定装置１０をシャフトまたは構成部品１２に固定し、歪み検知要素４６、４８を「ゼロにする」ことを促進する。開示された実施形態では、第２の支持組立体８０のみが調節可能である。しかし、他の実施形態では、支持組立体７０および第２の支持組立体８０の両方が調節可能であってもよい。
【００２３】
支持組立体７０、８０は、本体２０の反対側に装着され、歪み測定装置１０を構成部品（たとえば図１のシャフト１２を参照）に固定して監視または試験する。支持組立体７０、８０は、インターフェース６０、６１のそれぞれで本体２０と機械的に連通してもよい。構成部品は、概して長手軸αに平行な方向に加えられた負荷を有するシャフトなどの円筒である。支持組立体７０、８０は、構成部品の外面に接触でき、支持組立体７０、８０が歪み測定装置１０を構成部品に固着されるように調節される。
【００２４】
第１の支持組立体７０は、支持要素７２から構成されてもよい。支持要素７２は、「Ｖ」字形頭部要素７３を含んでもよい。「Ｖ」字形頭部要素７２は、特に構成部品１２が円筒である場合は、構成部品１２と位置合わせがより容易にできる。頭部要素７３の「Ｖ」字形は、「Ｖ」字形の頂点が長手軸αと平行であり、したがって構成部品の長手軸に平行であるように、配向されてもよい。一部の実施形態では、構成部品１２に対する装置１０の位置合わせを向上させるために玉軸受を含んでもよい。第２の支持組立体８０は、概して支持要素８２、螺合スピンドル８４、位置決めねじ８６、薄板８８、抜け止めピン９２および玉軸受９０を備える。支持要素８２は、「Ｖ」字形頭部要素８３（図３参照）を含んでもよい。さらに、支持要素８２は、支持要素７２と交換可能であってもよい。位置決めねじ８６は、歪み測定装置１０を構成部品１２に据付け中に、螺合スピンドル８４の回転または調節を容易にするために、螺合スピンドル８４の中にねじ込まれ固定される。薄板８８は、螺合スピンドル８４の座ぐり穴（図示せず）内に据え付けられ、螺合スピンドル８４の座ぐり穴の内部面上に置かれる。薄板は、金属またはプラスチックなどのあらゆる硬質材料から製造されてもよい。玉軸受９０は、座ぐり穴内に挿入され、薄板８８に支えられる。玉軸受９０は、支持要素８２の端部上の玉軸受空洞部８９に支持される。玉軸受９０は、構成部品１２に対して支持要素８２の位置合わせを容易にし、第２の支持組立体８０を調節するときに、螺合スピンドル８４の回転を容易にし得る。抜け止めピン９２は、孔９３を通って挿入され、螺合スピンドル８４の一部を通って延在する。抜け止めピン９２が孔９３に挿入されると、玉軸受９０は、螺合スピンドル８４の座ぐり穴内に留まる。
【００２５】
図７は、歪み測定装置１０と共に使用され得る歪み検知要素４６、４８の電気回路の概略図である。歪み検知要素４８は、計測器１０２および１０４を備えてもよく、これらの計測器は、圧縮歪みを検知する計測器１０２、１０４である。歪み検知要素４６は、計測器１０６および１０８を備えてもよく、これらの計測器は、引張歪みを検知する計測器１０６、１０８である。計測器１０２および１０４は、基板（図示せず）上に装着され、物理的に外側ウェブ５２に装着されてもよい。計測器１０２および１０４は、基板（図示せず）上に装着され、物理的に内側ウェブ５０に装着されてもよい。さらに歪み検知要素４８は、熱ドリフトの一部の効果を低減するために、計測器１０２、１０４および抵抗器１２４に前負荷を加えるために使用され得る、抵抗器１２０を備えてもよい。歪み検知要素４６はさらに、熱ドリフトの一部の効果を低減するために、計測器１０６、１０８および抵抗器１２６に前負荷を加えるために使用され得る、抵抗器１２２を備えてもよい。抵抗器１２８は、歪み測定装置１０の校正中に生じることがある校正曲線の傾斜を訂正するように機能する。計測器が構成部品１２の直径の変化を検知すると、計測器１０２、１０４、１０６、１０８は、検知した直径の変更（すなわち直径歪み）量に比例した電気信号（すなわち電圧）を生成する。これらの電気信号は、電気信号が保存され評価され得るデータ収集システム１１０に送信される。
【００２６】
歪み測定装置１０は、鋼鉄および合金鋼を含むあらゆる適切な材料から製造することができる。好ましくは、該装置は、チタニウムから製造される。歪み測定装置１０のための材料は、適切に作動し、かつ負荷条件に適切に応答するために、機械的特性および熱特性を十分に確保するように、、環境およびデューティサイクルを考慮して、選択されるべきである。歪み測定装置１０は、機械加工、鋳造、または鍛造などのあらゆる許容される製造方法を使用して製造することができる。装置１０は、必要に応じて、複数の異なる材料から製造されてもよい。
【００２７】
概して、構成部品または、たとえばバルブステムなどのシャフト１２は、たとえば移動範囲を通る弁頭部を移動する間、引張荷重および圧縮荷重に直面する。シャフト上の引張荷重および圧縮荷重の他の例は、当業者には明らかである。引張荷重または圧縮荷重がシャフト１２に加えられると、シャフトの直径は、それぞれ低減または増加する。歪み測定装置１０は、シャフト１２の直径の変化を測定する。この測定から、アルゴリズムが、シャフト１２に加えられる負荷、およびその負荷がどのように加えられるか、すなわち負荷の周期性ならびに負荷の大きさを決定できる。直径が増加または低減すると、歪み測定装置１０の本体２０は、それぞれ外方または内方のいずれかに屈曲する。本文書全体を通して使用される用語「屈曲」は、本体端部が相互に向かってまたは相互から離れて移動する、本体２０の歪みを意味することは、当業者には理解されよう。歪み計測器などの歪み検知要素４６、４８は、歪み測定装置１０に取り付けられ、本体１０の変化を測定し、次いでシャフト１２の直径の変化に関係し、シャフト１２に加えられる負荷を決定できる。
【００２８】
使用中、歪み測定装置１０は、まず監視または評価されるべきシャフト１２に装着される。歪み測定装置１０は、シャフト１２にしっかりと接触するために、第２の支持組立体８０の螺合スピンドル８４の回転によりシャフト１２に固定される。歪み測定装置１０は、２つの支持要素７０、８０によって占められる薄板が、シャフト１２の長手軸αにほぼ垂直であるとき、シャフト１２に対して適切に位置合わせされる。これが必要なのは、歪み検知要素４６、４８の配置が、シャフト負荷中にシャフト１４の直径変化によって誘発された本体２０の引張歪みおよび圧縮歪みを測定するためである。第２の支持要素８２は、支持組立体７０、８０の頭部要素７３、８３が、シャフト１２上に締め付けられるように、構成部品１２に向かって前進しなければならない。さらに第２の支持要素８２は、歪み検知要素４６、４８がほぼゼロの歪みを読み取るまで、本体２０の歪みを増加させるために前進しなければならない。歪み測定装置１０は、ここでは「ゼロ」である。シャフト１２が、長手軸αに沿って負荷されると、シャフト１２の直径は、増加または低減のいずれかをする。たとえば、長手軸αに沿って加えられた負荷が圧縮の場合、シャフト直径は、圧縮によって増加する。したがって、シャフト１２の直径が増加すると、屈曲力は支持要素７０、８０で本体２０に加えられ、本体２０は屈曲または折り曲げられる。通路３０の設計および頭部要素７３、８３の行為により、シャフト１２に装着されると、引張歪みは、内側ウェブ５０内で発現することがあり、圧縮歪みは外側ウェブ５２内で発現することがある。歪み要素４６、４８から引張歪みおよび圧縮歪みを測定して、長手軸αに沿って加えられる負荷を決定することができ、シャフト１２の機械的完全性が評価される。
【００２９】
前述の説明を読むと、当業者はある種の修正および改善を思いつくであろう。そのようなすべての修正および改善は、簡潔さおよび読みやすさのために本明細書から削除されているが、以下の特許請求の範囲の範囲内に適することを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【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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【国際調査報告】
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