(57)【要約】      （修正有）【課題】第１電極と第２電極とで形成されるコンデンサの静電容量に基づいて被測定体の変移距離を測定する歪測定装置を提供する。【解決手段】第１電極は、平板形状を呈し、第１電極と対向する第２電極の対向面は、第１電極との間の距離が、第１電極の中心から外縁に向かうに従って連続的に長くなる曲面形状を呈することを特徴とする歪測定装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極とで形成されるコンデンサの静電容量に基づいて、被測定体の変位距離を測定する歪測定装置であって、
前記第１電極は、平板形状を呈し、
前記第１電極と対向する前記第２電極の対向面は、前記第１電極との間の距離が、前記第１電極の中心から外縁に向かうに従って連続的に長くなる曲面形状を呈する
ことを特徴とする歪測定装置。
【請求項２】
前記コンデンサの静電容量を測定する静電容量測定部と、
前記静電容量測定部から出力される静電容量を示す情報に基づいて、前記被測定体の変位距離を算定する歪算定部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の歪測定装置。
【請求項３】
前記第２電極の対向面は、一の方向に沿って中心から遠ざかるほどに、前記第１電極の平板面からの距離が長くなるような一定の曲率を有する面である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の歪測定装置。
【請求項４】
前記第２電極の対向面は、球面形状を呈する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の歪測定装置。
【請求項５】
前記第２電極は、棒形状を呈する電極であり、
前記第２電極の対向面は、前記第２電極の一端に設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の歪測定装置。
【請求項６】
前記第１電極と前記第２電極とが対向するように、前記第１電極と前記第２電極の一端とを収容し、前記第１電極を前記被測定体に支持する第１絶縁支持体と、
前記第２電極の他端を収容し、前記第２電極を前記被測定体に支持する第２絶縁支持体と、
をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の歪測定装置。
【請求項７】
前記第１電極は、白金で形成され、
前記第２電極は、白金で形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の歪測定装置。
【請求項８】
前記第１絶縁支持体は、セラミックで形成されている
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の歪測定装置。
【請求項９】
前記第２絶縁支持体は、セラミックで形成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の歪測定装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の歪測定装置を用いて前記被測定体の変位距離を測定するための歪測定方法であって、
前記コンデンサの静電容量を測定し、
前記静電容量を示す情報に基づいて、前記被測定体の変位距離を算定する
ことを特徴とする歪測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪測定装置、歪測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、金属溶接部などの余寿命を検査するために、被測定体の表面の歪を測定する歪測定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】特開２００７−３１５８５３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１には、筒状の第１電極に棒状の第２電極が挿入されて、第１電極と第２電極とで形成されるコンデンサの静電容量に基づいて歪の長さを測定する歪測定装置が開示されている。特許文献１の歪測定装置では、第１電極が第２電極に挿入される方向以外へ何れかの電極が変位した場合には、夫々の電極の一部に電界が集中するため、コンデンサの電気的特性が変化し、正確に歪の長さを測定できない虞があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述した課題を解決する主たる本発明は、第１電極と第２電極とで形成されるコンデンサの静電容量に基づいて、被測定体の変位距離を測定する歪測定装置であって、前記第１電極は、平板形状を呈し、前記第１電極と対向する前記第２電極の対向面は、前記第１電極との間の距離が、前記第１電極の中心から外縁に向かうに従って連続的に長くなる曲面形状を呈する、歪測定装置である。
【０００６】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１電極又は第２電極が、夫々の電極に向かう方向以外へ変位した場合であっても、コンデンサの電気的特性を変化させず、正確に歪の長さを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る歪測定装置の断面図である。
【図２】本実施形態に係る第１実施形態の第２電極を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係る第２実施形態の第２電極を示す斜視図である。
【図４】本実施形態に係る第２電極の曲率半径を説明する断面図である。
【図５】本実施形態に係る歪測定装置の測定手順を示すフローチャートである。
【図６】従来の歪測定装置の断面図である。
【図７】従来の歪測定装置の電極を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。尚、図１〜図３においては、同一であるものには同一の引用数字を用いている。尚、図１〜６において、Ｘ軸は第２電極１３の長手方向に沿う軸であり、Ｙ軸は被測定体１００の表面に対して鉛直方向に沿う軸であり、Ｚ軸はＸ軸及びＹ軸と直交する軸である。
【００１０】
＝＝＝構成＝＝＝
図１は、本実施形態に係る歪測定装置１の断面図である。図２は、本実施形態に係る第１実施形態の第２電極１３Ａを示す斜視図である。図３は、本実施形態に係る第２実施形態の第２電極１３Ｂを示す斜視図である。以下、図１、図２、図３を参照しつつ、歪測定装置１の構成について説明する。
【００１１】
発電所における高温環境下（例えば６００℃）では、金属部材の溶接部１１０が熱で劣化し、歪を生じる。歪測定装置１は、当該歪の長さを測定する装置である。歪測定装置１は、例えば、後述する第１電極１１と第２電極１３とが、溶接部１１０を跨ぐように配置され、溶接部１１０の歪の長さに応じて第１電極１１と第２電極１３との間の距離を変化させ、当該変化に基づいて歪の長さを測定する。
【００１２】
歪測定装置１は、例えば、第１電極１１、第２電極１３、第１絶縁支持体１５、第２絶縁支持体１６、静電容量測定部２０、歪算定部３０を含んで構成されている。尚、第１電極１１、第２電極１３、第１絶縁支持体１５、第２絶縁支持体１６で歪計１０を構成することとする。又、以下説明の便宜上、第２電極１３の説明において、第１実施形態の第２電極１３Ａ及び第２実施形態の第２電極１３Ｂの夫々について説明することとする。
【００１３】
＜＜第１電極＞＞
第１電極１１は、後述する第２電極１３と対向してコンデンサ４０を形成する電極である。第１電極１１は、例えば金属材料で形成され、例えば平板形状を呈している。第１電極１１で用いられる金属材料には、例えば、白金、ニッケル基合金、クロム基合金、コバルト基合金、又はクロムを含むステンレスが用いられる。つまり、第１電極１１は、高温環境下で酸化しない金属材料で形成され、長時間使用しても性状の変化が少ない金属材料であればよい。これにより、第１電極１１は、高温環境下で生じやすい酸化による表面の誘電率の変化を回避でき、コンデンサ４０の静電容量に基づいて後述する歪算定部で算定される歪の長さの測定誤差を小さくできる。
【００１４】
第１電極１１は、後述する第１絶縁支持体１５を介して被測定体１００に支持されている。第１電極１１の平面１２は、後述する第２電極１３の対向面１４に対向するように配置されている。当該平面１２と当該対向面１４とでコンデンサ４０が形成される。コンデンサ４０は、当該平面１２と当該対向面１４との距離と、コンデンサ４０を−Ｘ方向に向かってみたときの当該平面１２と当該対向面１４とが対向して重なり合う対向面積と、誘電率と、に基づく静電容量を有する。つまり、歪測定装置１は、被測定体１００がＸ軸に沿う方向に変化すると、当該距離が変化し、それに伴って静電容量が変化するため、変化に応じた歪の長さを測定する。
【００１５】
＜＜第２電極＞＞
第２電極１３は、第１電極１１と対向してコンデンサ４０を形成する電極である。第２電極１３は、例えば金属材料で形成され、例えば棒形状を呈している。第２電極１３に用いられる金属材料には、第１電極１１と同様に、例えば、白金、ニッケル基合金、クロム基合金、コバルト基合金、又はクロムを含むステンレスが用いられる。第２電極１３は、後述する第２絶縁支持体１６を介して被測定体１００に支持されている。第２電極１３の対向面１４は、第１電極１１の平面１２に対向するように配置されている。第２電極１３は、対向面１４が第１電極１１の平面１２のＹ方向及びＺ方向の幅に収まって対向するように形成されている。つまり、第２電極１３は、＋Ｘ方向に向かってみたときに、対向面１４が平面１２の外縁の内側に収まるように形成されている。第２電極１３は、例えば、以下で説明する第１実施形態の第２電極１３Ａと第２実施形態の第２電極１３Ｂとの何れの形態でも用いることができる。
【００１６】
図２を参照しつつ、第１実施形態の第２電極１３Ａについて説明する。第２電極１３Ａは、例えば、一端に、Ｚ方向から見たときに平面１２の中心からＹ方向に向かうに従って平面１１から遠ざかるような形状を呈する対向面１４Ａを有する。具体的には、対向面１４Ａは、例えば、Ｚ方向からみたときに円弧を描くように形成され、Ｘ方向及びＹ方向からみたときに、長方形を描くように形成されている。つまり、対向面１４Ａは、Ｚ軸に沿う方向では、対向面１４Ａと第１電極１１の平面１２との距離は変わらず、Ｙ軸に沿う方向では、対向面１４Ａの中心から遠ざかるほどに、第１電極１１の平面１２から連続的に遠ざかるように形成されている。対向面１４Ａの曲率半径は、溶接部１１０を跨ぐように夫々の脚部５０が配置されることを考慮すると、被測定体１００（例えば、配管）の直径の１〜０．５倍程度か、あるいは夫々の脚部５０の設置間距離の１〜０．５倍程度かのいずれかを満足するように設定されていることが望ましい。具体的には、図４に示すように、被測定体１００を基準にすると、溶接部１１０周辺で被測定体１００に歪が生じる場合に、第２電極１３Ａの対向面１４Ａが、被測定体１００の中心から夫々の脚部５０までの距離Ｒ１（直径の０．５倍程度）、あるいは被測定体１００の中心から夫々の脚部５０までの距離Ｒ２（直径の１．０倍程度）の曲率半径を有していれば、歪測定装置１は精度良く歪を測定できる。又、夫々の脚部を基準に考えると、溶接部１１０周辺で被測定体１００に歪が生じるため、夫々の脚部５０の間で歪が生じるので、いずれかの脚部５０から溶接部１１０までの距離Ｌ１（夫々の脚部５０の設置間距離の０．５倍程度）、あるいは夫々の脚部５０間の距離Ｌ２（夫々の脚部５０の設置間距離の１．０倍程度）の曲率半径を有していれば、歪測定装置１は精度良く歪を測定できる。
【００１７】
つまり、第１実施形態の第２電極１３Ａにおいては、Ｘ軸に対して＋Ｙ方向又は−Ｙ方向へのアライメントのズレ（Ｘ軸に沿う仮線と第２電極１３とで角度が設けられた状態）ではコンデンサ４０Ａの静電容量に影響を及ぼさない形状を呈している。
【００１８】
図３を参照しつつ、第２実施形態の第２電極１３Ｂについて説明する。第２電極１３Ｂは、一端が球面形状を呈し、第１電極１１に対向する対向面１４Ｂを有する。具体的には、対向面１４Ｂは、Ｘ軸に直交するいずれの方向から見ても円弧を描くように形成されている。つまり、対向面１４Ｂは、Ｙ軸及びＺ軸を含む平面１２において、対向面１４Ｂの中心点（対向面１４Ｂ上の第１電極１１に最も近い点）から遠ざかるに従って第１電極１１の平面１２から連続的に遠ざかるように形成されている。対向面１４Ｂの曲率半径は、溶接部１１０を跨ぐように夫々の脚部５０が配置されることを考慮すると、被測定体１００（例えば、配管）の直径の１〜０．５倍程度か、あるいは夫々の脚部５０の設置間距離の１〜０．５倍程度かのいずれかを満足するように設定されていることが望ましい。具体的には、図４に示すように、被測定体１００を基準にすると、溶接部１１０周辺で被測定体１００に歪が生じる場合に、第２電極１３Ｂの対向面１４Ｂが、被測定体１００の中心から夫々の脚部５０までの距離Ｒ１（直径の０．５倍程度）、あるいは被測定体１００の中心から夫々の脚部５０までの距離Ｒ２（直径の１．０倍程度）の曲率半径を有していれば、歪測定装置１は精度良く歪を測定できる。又、夫々の脚部を基準に考えると、溶接部１１０周辺で被測定体１００に歪が生じるため、夫々の脚部５０の間で歪が生じるので、いずれかの脚部５０から溶接部１１０までの距離Ｌ１（夫々の脚部５０の設置間距離の０．５倍程度）、あるいは夫々の脚部５０間の距離Ｌ２（夫々の脚部５０の設置間距離の１．０倍程度）の曲率半径を有していれば、歪測定装置１は精度良く歪を測定できる。
【００１９】
つまり、第２実施形態の第２電極１３Ｂにおいては、Ｘ軸に対してＹ方向、Ｚ方向及びねじり方向へのアライメントのズレではコンデンサ４０Ｂの静電容量に影響を及ぼさない形状を呈している。
【００２０】
上記により、図５及び図６に示すように、従来の歪測定装置２００において、例えば、棒状電極２２０が挿入される方向以外へ、少なくとも一方の電極の位置が変化した場合、筒状電極２１０の内部では、棒状電極２２０の一部が接近し、一部が遠ざかるように配置され、夫々の電極間の一部に電界が集中するため、コンデンサの電気的特性が変化し、正確に歪の長さを測定できない、という問題が解決される。
【００２１】
＜＜第１絶縁支持体＞＞
第１絶縁支持体１５は、第１電極１１を被測定体１００から電気的に絶縁し、取付部材５０を介して第１電極１１を被測定体１００に支持する部材である。第１絶縁支持体１５は、中空内において第１電極１１の少なくとも外縁部を覆い、第１電極１１の平面１２がＹＺ平面に沿うように固定されている。又、第１絶縁支持体１５の中空は、例えば第２電極１３の一端が挿通されるように、第２電極１３のＹＺ平面で切られる断面に合う大きさの孔である。つまり、第１絶縁支持体１５は、第２電極１３の軸受けとなうように構成されている。したがって、第２電極１３は、一端が第１絶縁支持体１５に覆われているため、高温環境下でも焼き付けを起こすリスクが軽減される。
【００２２】
第１絶縁支持体１５は、例えばセラミックス材料で形成され、例えば中空の円筒形状を呈している。セラミックス材料では、高温環境下（例えば６００℃）でも電気的絶縁を確保することができるためである。セラミックス材料は、例えば純度が９０％以上であれば常温において電気的絶縁が保たれ、特に、純度が９９％以上であることが好ましい。より好ましくは、セラミックス材料の純度が９９．７％以上であれば、例えば６００℃の高温環境下にあっても４０ＭΩ程度の絶縁抵抗を実現することができる。又、セラミックス材料は、例えばアルミナが好ましい。純度が９９．７％のアルミナは、６００℃の高温環境下にあっても４０ＭΩの絶縁抵抗を示すためである。
【００２３】
尚、上記において第１絶縁支持体１５は円筒形状を呈しているとして説明したが、これに限定されない。例えば、角柱形状でもよく、第２電極１３が挿通される中空を有していればよい。尚、上記の第１絶縁支持体１５の中空には、第２電極１３が第１電極１１に案内されるように案内部を有していてもよい。この場合、例えば、案内部は中空の一部に溝（不図示）を設けて形成され、第２電極１３の一部に当該溝に嵌合する凸部（不図示）を設けて形成される。
【００２４】
＜＜第２絶縁支持体＞＞
第２絶縁支持体１６は、第２電極１３を被測定体１００から電気的に絶縁し、取付部材５０を介して第２電極１３を被測定体１００に支持する部材である。第２絶縁支持体１６は、第２電極１３の他端部の外周部を覆う部材である。第２絶縁支持体１６は、例えばセラミックス材料で形成され、例えば四角柱形状を呈している。尚、セラミックス材料は、第１絶縁支持体１５と同様とし、その説明を省略する。
【００２５】
尚、上記において第２絶縁支持体１６は四角柱形状を呈しているとして説明したが、これに限定されない。例えば、角柱形状でもよく、第２電極１３が支持されていればよい。
【００２６】
＜＜静電容量測定部＞＞
静電容量測定部２０は、例えば、第１電極１１と第２電極１３とで形成されるコンデンサ４０の静電容量を測定する装置である。静電容量測定部２０は、例えばチャージアンプやＬＣＲメーターで構成されている。静電容量測定部２０では、コンデンサ４０と接続され、コンデンサ４０から出力される信号に基づいて静電容量が測定される。静電容量測定部２０は、後述する歪算定部３０に静電容量を示す情報を出力する。
【００２７】
＜＜歪算定部＞＞
歪算定部３０は、例えば、静電容量測定部２０から出力される静電容量を示す情報に基づいて歪の長さを算定する装置である。歪算定部３０は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを含んで構成されている。歪算定部３０は、例えば、表示部（不図示）に歪の長さを示す情報を出力する機能を有する。
【００２８】
＝＝＝測定手順＝＝＝
以下、図５を参照しつつ、歪測定装置１の測定手順について説明する。尚、以下において、Ｓ１００を実行する主体は、作業員であり、Ｓ１０１を実行する主体は、コンデンサ４０であり、Ｓ１０２及びＳ１０３を実行する主体は、静電容量測定部２０であり、Ｓ１０４を実行する主体は、歪算定部３０である。又、歪測定装置１は、静電容量測定部２０及び歪算定部３０を実行するためのプログラムが記憶されている記憶部（不図示）を備えている。例えば、静電容量測定部２０及び歪算定部３０の機能は、歪測定装置１の当該プログラムの実行結果に基づいて実行されることとする。
【００２９】
先ず、作業員は、歪計１０の第１電極１１と第２電極１３とを、測定対象の溶接部１１０を跨ぐように配置する（Ｓ１００）。第１電極１１と第２電極１３とを結ぶ仮線に沿う方向の変位に応じて、コンデンサ４０の静電容量が変化する。コンデンサ４０は、静電容量測定部２０に信号を出力する（Ｓ１０１）。静電容量測定部２０は、コンデンサ４０から入力された信号に基づいて静電容量を測定する（Ｓ１０２）。静電容量測定部２０は、静電容量を示す情報を歪算定部３０に出力する（Ｓ１０３）。歪算定部３０は、静電容量を示す情報に基づいて歪の長さを算定する（Ｓ１０４）。
【００３０】
尚、上記の測定手順において、歪計１０を設置した後に、第２電極１３が第１電極１１に対して、第１電極１１と第２電極１３とを結ぶ仮線に沿う方向以外にズレを生じることがある。つまり、第１電極１１と第２電極１３との間で、アライメントにズレを生じることがある。しかし、第２電極（１３Ａ、１３Ｂ）の対向面（１４Ａ、１４Ｂ）が第１実施形態の円状の面又は第２実施形態の球面である場合には、アライメントのズレに対して、第１電極１１の平面１２と第２電極（１３Ａ、１３Ｂ）の対向面（１４Ａ、１４Ｂ）との距離は変化しない。したがって、第１電極１１と第２電極１３との間においては、局所的に電気的特性が変化することがなく、コンデンサ４０の静電容量にズレを生じない。よって、第１電極と第２電極とが平板形状である場合、第１電極が筒形状を呈し第２電極が棒形状を呈している場合、の何れの歪計よりも正確に歪の長さを測定することができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態に係る歪測定装置１は、第１電極１１と第２電極１３とで形成されるコンデンサ４０の静電容量に基づいて、被測定体１００の変位距離を測定する歪測定装置１であって、第１電極１１は、平板形状を呈し、第１電極１１と対向する第２電極１３の対向面１４は、第１電極１１との間の距離が、第１電極１１の中心から外縁に向かうに従って連続的に長くなる曲面形状を呈することを特徴とする。本実施形態によれば、歪計１０のアライメント変化に影響されず、正確に歪の長さを測定することができる。
【００３２】
又、本実施形態に係る歪測定装置１は、コンデンサ４０の静電容量を測定する静電容量測定部２０と、静電容量測定部２０から出力される静電容量を示す情報に基づいて、被測定体１００の変位距離を算定する歪算定部３０と、をさらに備えることを特徴とする。本実施形態によれば、歪計１０で計測された歪の長さをデジタルデータで扱えるため、情報管理が容易になる。
【００３３】
又、本実施形態に係る歪測定装置１の第２電極１３Ａの対向面１４Ａは、一の方向に沿って中心から遠ざかるほどに、第１電極１１の平面１２からの距離が長くなるような放物状の面であることを特徴とする。本実施形態によれば、歪計１０の第２電極１３Ａと、Ｘ軸に沿う仮線と、で角度が設けられた状態であっても、正確に歪の長さを測定することができる。
【００３４】
又、本実施形態に係る歪測定装置１の第２電極１３Ｂの対向面１４Ｂは、球面形状を呈することを特徴とする。本実施形態によれば、歪計１０の第２電極１３ＢがＸ軸に対してＹ方向、Ｚ方向及びねじり方向へ変位した状態であっても、正確に歪の長さを測定することができる。
【００３５】
又、本実施形態に係る歪測定装置１は、第２電極１３は、棒形状を呈する電極であり、第２電極１３の対向面１４は、第２電極１３の一端に設けられていることを特徴とする。本実施形態によれば、第１電極１１と第２電極１３とで歪を起こしやすい溶接部１１０等の幅に合わせて、溶接部１１０等を跨いで測定することができる。
【００３６】
又、本実施形態に係る歪測定装置１は、第１電極１１と第２電極１３とが対向するように、第１電極１１と第２電極１３の一端とを収容し、第１電極１１を被測定体１００に支持する第１絶縁支持体１５と、第２電極１３の他端を収容し、第２電極１３を被測定体１００に支持する第２絶縁支持体１６と、をさらに備えることを特徴とする。本実施形態によれば、高温環境下に第２電極１３が露出して焼け付くのを防止できる。
【００３７】
又、本実施形態に係る歪測定装置１は、第１電極１１は、白金で形成され、第２電極１３は、白金で形成されていることを特徴とする。本実施形態によれば、高温環境下において第１電極１１と第２電極１３が腐食することを防止できる。
【００３８】
又、本実施形態に係る歪測定装置１は、第１絶縁支持体１５は、セラミックで形成されていることを特徴とする。本実施形態によれば、第１電極１１に対して耐熱効果、絶縁効果を与えることができる。
【００３９】
又、本実施形態に係る歪測定装置１は、第２絶縁支持体１６は、セラミックで形成されていることを特徴とする。本実施形態によれば、第２電極１３に対して耐熱効果、絶縁効果を与えることができる。
【００４０】
尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１  歪測定装置
１１  第１電極
１３  第２電極
１３Ａ  第２電極
１３Ｂ  第２電極
１４  対向面
１４Ａ  対向面
１４Ｂ  対向面
１５  第１絶縁支持体
１６  第２絶縁支持体
２０  静電容量測定部
３０  歪算定部
４０  コンデンサ
１００  被測定体
【図１】
2017156210.tif 000003
【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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