ＵＭレベル１

一次一般試験問題のポイント

問３

次の文は，物質の音響インピーダンスを比べたものである。誤っているものを一つ選び，記号で答えよ。
UM レベル 1 一次試験の問題については，Vol.54 No.3（ａ）グリセリンの音響インピーダンスは，水よりも大きい。

（一般と専門の問題），Vol.55 No.5（一般の問題），Vol.56
No.2（専門の問題）の本欄で解説してきた。その中で，（ｂ）空気の音響インピーダンスは，鋼に比べると無視できるほど小さい。

難度の高い問題例や注意が必要な問題例についてはすでに解説したため，今回は平均的な難度の一般的な問題例（ｃ）鋼の音響インピーダンスは，アクリル樹脂よりもかなり大きい。

について解説する。

（ｄ）アルミニウムの音響インピーダンスは，鋼よりも問１大きい。

次の記述のうち正しいものを一つ選び，記号で答

正答（ｄ）

えよ。
（ａ）超音波は，可聴音波に比べて，遠くまで伝わる。

音響インピーダンスは密度と音速の積で，空気：（ｂ）超音波は，可聴音波に比べて，一定の方向に集中4.1×102，水：1.5×106，グリセリン：2.4×106，アクリル樹して伝わる性質がある。

脂：3.2×106，アルミニウム：17.0×106，鋼：45.4×106（単（ｃ）超音波は，可聴音波に比べて，音速が遅い。

位は Pa・s/m3 又は N・s/m5）の順に大きくなる。密度と（ｄ）超音波は，可聴音波に比べて，境界面などを通過音速はそれぞれ気体，液体，固体の順に大きくなる傾向しやすい。
正答（ｂ）
普通，音波は周波数が高くなるほど伝搬による減衰ががあるので，音響インピーダンスも空気のような気体は著しく小さく，液体，プラスチック，軽金属，鋼の順に大きくなる。

大きくなる。そのため，超音波は可聴音波ほど遠くまでは伝わらない。また，周波数が高くなると，一定の方向問４に集中する傾向が強まる。しかし，音速や，境界面の通ある材料の厚さが 30.0mm の部分を厚さ測定したところ過しやすさ（間に層を挟む場合を除く）は，周波数によ50.8mm が表示された。この材料の材質はなにか。次の表

りあまり変化しない。の（ａ）～（ｄ）の中から適切なものを選べ。

問２

音速調整を 10,000m/s とした超音波厚さ計により，次の文は，鋼を伝わる超音波について述べたもの

材質

音速（縦波）m/sである。誤っているものを一つ選び，記号で答えよ。

（ａ）銅4,700（ａ）鋼では，超音波の音速は温度が高くなると遅くな（ｂ）ニッケル5,600る。
（ｂ）周波数が 5 MHz の縦波が鋼を伝わるときの波長（ｃ）鉄5,900（ｄ）アルミニウム

6,300は，およそ 1.18 mm である。
（ｃ）超音波が水から鋼に入射すると，波長は長くなる。
（ｄ）鋼の音響インピーダンスは，水よりも小さい。
正答（ｄ）
わずかな例外を除いてほとんどの材料では，音速は温正答（ｃ）
30.0mm の厚さが 50.8mm と表示されたことから，音速が 10000m/s の場合に比べて，その部分を超音波が往復するのに度が高くなると遅くなる。また，鋼中の縦波の音速はおよそ 5,900m/s なので，5MHz の超音波の波長はおよそ5,900,000 mm/s÷5,000,000 1/s＝1.18 mm

50.8÷30.0＝1.693倍の時間がかかったことがわかる。そのため，この材料の音速はである。同様に，水の音速は 20℃のときに 1,480m/s なの

10,000÷1.693≒5900 m/s

で，5MHz のときの波長は 0.3mm になり，鋼中に比べるになるので，鉄であることがわかる。とかなり小さい。しかし，鋼の音響インピーダンスは，水に比べるとかなり大きいので，（ｄ）が誤りである。

問５次の文は，表示器付き超音波厚さ計の開発目的を述べたものである。正しいものを一つ選び，記号で答えんで行う。

よ。
（ａ）モニタ図形の観察で，測定面と裏面の凹凸を正確に知ることができる。
（ｂ）モニタ図形の観察で，厚さ測定の支障となる妨害エコーの有無を確認できる。

（ｄ）電源スイッチの ON/OFF を 5 分おきにくりかえす。
正答（ｄ）（ａ）～（ｃ）は行ってはならないが，（ｄ）は装置の性能に支障をきたす操作ではない。

（ｃ）モニタ図形の観察で，校正が正しく行われていることを確認できる。

問８

次の文は，超音波厚さ計の零点調整について述べ（ｄ）デジタル表示かモニタ図形のどちらかが故障してたものである。正しいものを一つ選び，記号で答えよ。

も，他の一方で厚さ測定を続行できる。

（ａ）零点調整を行うと，測定面と裏面との間の超音波

正答（ｂ）
表示器付き超音波厚さ計ではエコー波形を観察するこ斜め伝搬による誤差も補正される。
（ｂ）厚さの定められた試験片によって，表示値と厚さとが一致するように，見かけの音速値を設定する。とができるが，超音波探傷器と同じように，一般的な測定条件では裏面の凹凸などを正確に知ることはできない。

（ｃ）感度調整用の試験片によって，表示値と厚さとがしかし，エコーの表示を直接観察することにより，底一致するように，感度を調整する。

面エコーとその他のエコー（妨害エコー）を識別するこ（ｄ）零点調整を行うと，表示値のばらつきが減る。とはできる。厚さがデジタル表示されるだけの汎用超音正答（ａ）

波厚さ計では，測定中のエコーの状態を詳しく知ること

R～B1 方式の厚さ計では，超音波が測定物の内部を斜ができないため，表示器付きの厚さ計が開発された。まめに伝搬することによる誤差も零点調整により補正された，（ｃ）と（ｄ）は開発目的ではない。

る。
（ｂ）と（ｃ）は，「表示値と厚さとが一致するように」

問６

JIS Z 2355 が義務づけている超音波厚さ計の定期というところがもっともらしくて紛らわしいが，零点調点検の項目は下記のうちいずれか。正しいものを一つ選整の説明としては不適切で，文章全体を読むとおかしいび，記号で答えよ。

ことがわかる。また，（ｄ）については，零点調整では表（ａ）表示値のばらつき幅示値のばらつきは変わらない。

（ｂ）測定下限（ｃ）平底穴の距離測定

問９（ｄ）測定最高使用温度っとも注意深く行う必要のある初期調整は何か。正しい正答（ｂ）

ものを一つ選び，記号で答えよ。

超音波探傷器を用いて厚さ測定を行うときに，もJIS Z 2355:2005 には，定期点検の項目として，目視点（ａ）底面エコーによる感度の調整検と誤差及び測定下限の測定とを少なくとも 1 年ごとに（ｂ）多重エコーによる時間軸の調整行うことが規定されている。2005 年の改正により，JIS Z（ｃ）標準試験片による入射点の調整

2355 による定期点検の間隔は 6 か月ごとから 1 年ごとに（ｄ）減衰の補正変わった。現在の UM1 の一次試験では，2005 年の改正正答（ｂ）により変更された点を出題するときには，JIS の改正年を明記するようにしている。

（ａ）は垂直探傷試験，（ｃ）は斜角探傷試験，（ｄ）
は減衰を無視できないときの超音波探傷試験で必要になる調整で，超音波探傷器により厚さを測定するときには

問７

次の文は，超音波厚さ計の使用方法について述べたものである。行っても性能に支障のないものを一つ選（ｂ）の多重エコーによる時間軸の調整がもっとも重要になる。

び，記号で答えよ。
（ａ）探触子ケーブルの接栓 2 個を送受逆に接続する。

JIS Z 2355 が改正されてから 4 年経ち，JSNDI 発行の（ｂ）接触媒質に汚れた手でつまみやスイッチを操作す参考書「超音波厚さ測定Ⅰ」も改訂されたため，新しいる。
（ｃ）探触子ケーブルを着脱するとき，ケーブルをつかJIS や参考書で変更された点については，一次試験の出題もそれらに沿った内容に統一されていく予定である。

ＳＭレベル２

一次専門試験問題のポイント

問３

線膨張係数 15.5×10-6 ／℃の抵抗体でゲージ率2.00 のはくひずみゲージを線膨張係数 23.0×10-6／℃の非破壊試験技術者ひずみ測定（SM）レベル 2 の資格試

アルミニウム合金に対する自己温度補償ゲージとして使験の一次専門試験では，電気抵抗ひずみ測定法に関する用したい。この場合の抵抗温度係数を次のうちから選び，問題が 30 問出題される。この代表的な問題例については，記号で答えよ。

すでに本誌 Vol.55，No.9（2006）の NDT フラッシュ欄で（ａ）－15.0×10-6 （ｂ）－11.0×10-6紹介され，解答に当たっての解説もされている。ここで（ｃ）9.0×10-6（ｄ）26.5×10-6

は，これ以外の問題例を取り上げ，解答に当たっての簡単な解説をする。

正答（ａ）
線膨張係数がαｇ ，ゲージ率が Ｋ のひずみゲージを線膨

問１

次の各記述は電気抵抗ひずみ測定法の特徴について述べたものである。このうちから正しいものを一つ選張係数が αｓ の被測定物に対する自己温度補償ゲージとして用いるための抵抗温度係数をβとすると，β＋Ｋ（αｓ－αｇ）＝０び，記号で答えよ。
（ａ）局所的測定法で多数箇所の測定ができない。の条件を満たすことで温度による見かけのひずみを除く（ｂ）電気的あるいは磁気的外乱を受けやすい。

ことができる。したがって，（ｃ）非接触でひずみを測定する方法である。

β＝－Ｋ（αｓ－αｇ）＝－2.0（23.0－15.5）×10-6（ｄ）衝撃のような早い現象の測定は困難である。

＝－15.0×10-6になる。

正答（ｂ）
電気抵抗ひずみ測定法では，多くの箇所にひずみゲー

問４

次の半導体ひずみゲージに関する記述から正しい

ジを接着すれば多点での測定ができる。接着されたひずものを一つ選び，記号で答えよ。

みゲージにリード線を接続して測定するので，非接触の（ａ）半導体ひずみゲージは温度による抵抗値の変化が測定法であるとは言えない。また，電気的方法であるの小さく，この影響を受けにくい。

で，非常に早い現象の測定にも適用できる。しかし，電（ｂ）金属抵抗によるひずみゲージよりもひずみ限界が界や磁界の影響を受けるので，このような場合の測定で大きく，大きなひずみの測定ができる。

は注意が必要である。

（ｃ）ピエゾ抵抗効果の比抵抗変化は小さいので，半導体ひずみゲージのゲージ率は小さくなる。

問２

通常使用されている抵抗体が銅・ニッケル合金の（ｄ）温度による影響は大きいが，ゲージ率の大きい正はくひずみゲージのゲージ率Ｋとこのひずみゲージをシ負のゲージ率を持つひずみゲージができる。

アノアクリレート系接着剤で接着したときのひずみ限界εｍはどのくらいであるか。次のうちから正しい組合せを選び，記号で答えよ。

正答（ｄ）
半導体ひずみゲージはピエゾ抵抗効果の比抵抗変化を

εｍ＝10～20％（ｂ）Ｋ＝4 εｍ ＝5～8％（ｃ）Ｋ＝2 εｍ ＝3～5％（ｄ）Ｋ＝1 εｍ ＝0.5～1％利用したもので，この抵抗係数を大きくすることができ正答（ｃ）

問５（ａ）Ｋ＝6る。また，半導体にはｐ型とｎ型の正負の極性を示すものがある。このため，正負の大きいゲージ率を持つひずみゲージができるが，温度の影響も受けやすくなる。
ポアソン比が 0.32 のステンレス鋼短冊形試験片

通常使われている銅・ニッケル合金のはくひずみゲーにゲージ率ＫのひずみゲージＧ１，Ｇ２を図のように接着

ジのゲージ率は 2 近傍の値である。また，シアノアクリして引張試験を行い，このときのひずみを電源電圧Ｅのレート系接着剤で接着した場合，ひずみ限界である測定2 アクティブゲージ法のブリッジ回路にして測定した。

可能な最大のひずみ量は 30000～50000×10-6 すなわち 3ひずみゲージＧ １ のひずみがε であるとき，この回路の～5％程度である。

出力電圧ｅを次のうちから選び，記号で答えよ。

問７

ゲージ率が 2.00 に設定されたデジタル式静ひずみ測定器でひずみ測定を実施して 1250×10-6 の指示ひずみが得られたが，使用したひずみゲージのゲージ率が1.96 であった。この場合の真のひずみの値を次のうちから選び，記号で答えよ。
（ａ）1200×10-6（ｂ）1225×10-6（ｃ）1250×10-6（ｄ）1275×10-6

正答（ｄ）
ゲージ率が 2.00 に設定された測定器と異なったゲー
ジ率のひずみゲージを使用した場合，真のひずみε は指示ひずみをε
ひずみゲージのゲージ率をＫｓとすると，ｓ，（ａ）ｅ＝0.33ＫεＥ（ｂ）ｅ＝0.64ＫεＥ（ｃ）ｅ＝1.32ＫεＥ（ｄ）ｅ＝2.00ＫεＥ

次の式で求めることができる。

ε＝（2.00／Ｋｓ）εｓ
したがって，ε＝（2.00／1.96）×1250×10-6＝1275×10-6

正答（ａ）
図のようなひずみゲージＧ１，Ｇ２による 2 アクティブになる。

ゲージ法のブリッジ回路では電源電圧Ｅ，各ひずみゲージのひずみを ε１，ε２ とすると出力電圧 ｅ は次のように問８与えられる。

ゲージ法の結線にされた荷重変換器の出力の定格容量がゲージ率が 2.00 のひずみゲージで，4 アクティブｅ＝1／4×Ｋ（ε１－ε２）Ｅ
題意より ε１ ＝ ε であるが，試験片のポアソン比を ν とすると， ε２ ＝－ νε
１ ＝－ νεになる。したがって，こ2.0ｍＶ／Ｖと表示されていた。この変換器の定格容量に（ａ）1500×10-6（ｂ）2500×10-6

れらの関係を上述の式に代入すると，（ｃ）4000×10-6（ｄ）5000×10-6

ｅ＝1／4×Ｋ（１＋ν）εＥ＝1.32／4×ＫεＥ＝0.33ＫεＥ

正答（ｃ）

おける等価ひずみを次のうちから選び，記号で答えよ。

ゲージ率Ｋのひずみゲージを 4 アクティブゲージ法にになる。

した荷重変換器の出力電圧と電源電圧の比を η とする
問６

一定環境下で繰り返し荷重を受けるときのひずみと，これに対する等価ひずみ ε は次の式で与えられる。

ε＝４η／Ｋ測定を実施したが，ひずみの増加過程と減少過程で実ひずみが同一であるにもかかわらず指示ひずみが一致しない現象が起きた。この現象を次のうちから選び，記号でしたがって，この問の定格容量に対する等価ひずみはε＝（４×2.0×10-3）／2.00＝4000×10-6になる。

答えよ。
（ａ）零点移動（ｂ）クリープ（ｃ）ヒステリシス（ｄ）疲労現象

ここでの問題例は参考書「ひずみ測定Ⅰ」，「ひずみ測定Ⅱ」を基に作成し，さらに「ひずみ測定問題集」を参正答（ｃ）考にしている。

設問の記述のように，測定物に接着されたひずみゲーまた，限られた紙面内でできるだけ多くの問題例を取ジが繰り返し負荷されたときに，同一であるはずのひずり上げたが，使用した数式の導出などの解説が十分でな

みの値が，増加過程と減少過程で一致せず多少異なってい箇所もある。したがって，このような箇所の詳しいこしまう現象が起きることがあり，この現象はヒステリシとを知りたい場合は，上述の参考書及び問題集を見て確スと言われている。

認してもらいたい。