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ジオテクサービス株式会社

ジオテクサービスのひずみゲージアンプSTA-04Gのよくある質問の回答です。FAQコーナーではお客様のご質問をお待ちしております。

2018-02-02

歪みゲージアンプSTA-04Gの質問コーナーです

お知らせ: LCA-4Gは2012/06月で製造終了しました。後継機は STA-04Gとなります。
ひずみゲージアンプSTA-04G

ひずみアンプ STA-04G 4ゲージ120〜350Ω用 

歪ゲージを電圧ロガーに接続する増幅アンプです。4ゲージ専用で、ブリッジ電圧を200倍〜1600倍に増幅し±5Vの直流電圧に変換します。

DC12V駆動の屋外使用の静ひずみアンプで,倍率800倍で使うと「1μStrain=1mV」の出力になり換算も容易です。


よくある質問


回答

Q01.この歪みアンプSTA-04Gは、動歪みアンプとして使えますか?

このSTA-04G型アンプは、動歪み増幅器としては使えません。

計測時のAC電源の50Hzや60Hzノイズや、携帯や無線機、インバータの高周波ノイズを避け、安定した信号が得られるように、10Hz以上の高周波をカットするローパスフィルターが入っております。基本的には1秒以下のゆっくりした現象を測定する、静ひずみアンプとしてご利用ください。

なお、フィールド計測で100〜500Hz応答の、DC駆動の省電力アンプの御要望も時々あります。社内的には、動歪みアンプを試験テーマとして取り組んでおりますので、具体的なお話があれば、ご連絡ください。

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Q02.この変換器は絶縁型ですか?。複数台使用したときの干渉はありますか?

このひずみアンプは、非絶縁型で、グランドラインは内部で繋がっています。

そのため、以下のようなケースでは測定値が不安定になる場合もあります。

  • ひずみゲージやケーブルの絶縁低下が進み、リーク電流がある場合
  • 鉄道線路や電力施設、放送用アンテナの近くで、迷走電流がある場合。
  • センサケーブルと動力線などが同居して、商用電源ノイズが入りやすい場合

なお、ブリッジ印加電圧には直流を使用しているので、複数台が同居しても相互干渉はありません。

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Q03.STA-04Gは350Ω4ゲージ専用と書いてありますが、120Ωゲージは接続できますか?

当増幅器は350オームに最適化されていますが、ブリッジ電源の供給能力に若干の余裕があるため、120Ωのフルブリッジ・4ゲージの接続は可能です。 但し、120Ωブリッジを接続した場合は、ブリッジに流れる電流が7mAほど増え、この変換器の全体消費電流が15mAから23mAに増加します。

また、抵抗が500Ωや1000Ωのゲージについては、接続可能ですが、当増幅器は350オームに最適化されているため、それ以外の抵抗のゲージでは、測定精度等が落ちる可能性はあります。

【接続可能センサー例】

  • 間隙水圧計: 共和電業製 BPB-A, BPC-A, BPG-A-S, BPA-F-S(350Ω×4ゲージ)
  • 間隙水圧計: 共和電業製 BPR-A-S(120Ω×4ゲージ)

なお、120Ωゲージの1,2ゲージについては、同じシリーズのSTA-12G、やSTA-12Lが対応しています。

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Q04.増幅率や、ゼロ点、スパンの調整は自分で行わなければならないのでしょうか?

基本的に出荷時には、次表の設定でゼロ点とスパンは設定済みです。ひずみゲージ変換器の定格出力に合わせて、ディップスイッチで増幅倍率を選択すれば所定の出力が出ます。 基本的に800倍で使用すれば、歪み1マイクロストレインが電圧1mVに増幅されます。400倍の場合は1μStrainが半分の0.5mVに変換され、1600倍のなら2倍の2mVに変換されます。

なお、ゼロ点調整は一度変更しても、測定用のひずみゲージを接続した状態で、B,D端子間を短絡して調整すれば初期状態に戻せます。しかし、スパンを変えると元に戻すにが難しいので、通常はスパン調整は変えないでご使用ください。

  • ひずみゲージ式変換器の型式
       例:東京測器研究所のロードセル KCE-NA
  • 定格出力(mV/V)   例: 1.25mV/V
  • 増幅後の出力電圧  例: 2500mV

この場合は以下のような計算で、出力電圧が求まります。

<定格出力1.25mV/V × 印加電圧2.5V固定 × 増幅率800倍 = 出力2500mV>

なを、出力電圧については、当アンプの増幅率は200、400、800、1600倍の4段階で、ゼロ、スパンの調整範囲も限られるため、ある程度きりのいい数字に合わせていただく必要があります。

増幅倍率の選択
ブリッジ定格出力 ブリッジ電圧 増幅率 出力電圧
0.25mV/V
(500μSTRAIN)
2.5V固定 1600倍 1000mV
2.5V固定 800倍 500mV
0.5mV/V
(1000μSTRAIN)
2.5V固定 1600倍 2000mV
2.5V固定 800倍 1000mV
0.75mV/V
(1500μSTRAIN)
2.5V固定 1600倍 3000mV
2.5V固定 800倍 1500mV
1.0mV/V
(2000μSTRAIN)
2.5V固定 1600倍 4000mV
2.5V固定 800倍 2000mV
1.25mV/V
(2500μSTRAIN)
2.5V固定 1600倍 5000mV
2.5V固定 800倍 2500mV
1.5mV/V
(3000μSTRAIN)
2.5V固定 800倍 3000mV
2.5V固定 400倍 1500mV
2.0mV/V
(4000μSTRAIN)
2.5V固定 800倍 4000mV
2.5V固定 400倍 2000mV
2.25mV/V
(4500μSTRAIN)
2.5V固定 800倍 4500mV
2.5V固定 400倍 2250mV
2.5mV/V
(5000μSTRAIN)
2.5V固定 800倍 5000mV
2.5V固定 400倍 2500mV
3.0mV/V
(6000μSTRAIN)
2.5V固定 800倍 6000mV
2.5V固定 400倍 3000mV
注意)STA-04Gの最大出力電圧は±6V以内ですBR>
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Q05.市販のひずみ変換器の初期不平衡や校正係数はゼロ,スパンで調整できますか?2

ひずみの土木用変換器などに添付されるデータシートには、次のようなパラメータが添付されます。

  • 定格容量   1MPa
  • 定格出力   1098μV/V  (又は 1.098mV/V)
  • 定格出力ひずみ 2196μStrain(又は 2.196×10-6st
  • 初期不平衡  -120μV/V (又は 0.12mV/V)
  • 校正係数   0.0009112MPa/1μV/V (又は 09112MPa/mV/V)

これらの細かい調整を、ひずみアンプのハード的なゼロ、スパンのボリュームで合わせようとすると、微調整が必要です。通常当社で行う、出荷時調整は、カタログスペックの定格出力(1mV/Vなど)に合わせおり、細かい校正は、お客様ご自信で行っていただくか、パソコン等による数値変換で対応していただいております。

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Q06.4ゲージ用変換器にはひずみゲージ4個が接続できるのですか?

STA-04Gの「04G」という記号は「350Ωの4ゲージ型のひずみセンサ用」の意味で、「4個のゲージが組み合わされたセンサ1台」が接続できます。アナログ電圧出力も1個だけです。

従って、複数のひずみセンサを使用する時は、同じ台数のひずみゲージアンプが必要になるので、多数の歪み計を使用する場合意は、多チャンネルのひずみ専用データロガーの使用をお勧めします。

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Q07.市販のひずみゲージ型検出器を接続して,0〜5V入力の電圧ロガーで計測できますか?

基本的には、0〜5Vの正電圧しか測定できないロガーでも計測できます。

但し、一般的なひずみ検出器(ひずみゲージ変換器)は、出力がプラス・マイナスのものが一般的で、このひずみアンプも出力が±5Vなので、歪みの計測範囲がマイナスになる場合はひと工夫いります。

【ひずみのマイナス変化を0〜5Vロガーで測定する方法】
  • ひずみの変化がプラス側だけであれば、そのまま0〜5V範囲で計測可能
  • 初期値が若干マイナス側であれば、ゼロ点調整トリマーを回して,初期値をプラス側に移動させる(800倍で±1.6Vのシフト可能)
  • ひずみの変化がマイナス側の範囲だけなら、センサ入力端子の「B-D間」を逆に接続して,出力電圧をプラス側に反転させる。   
  • もっと単純にマイナス電圧を測定するには、アンプ出力の「OUTとGND端子」をロガーの+−と逆に接続する方法もあります。

注意:この歪みアンプは、9〜12Vの電源で動作します。ロガー本体の電源が5Vなどの場合は、別にセンサ用の12V電源を用意する必要があります。

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Q08.データロガーの入力が0〜5Vの場合、マイナス側のひずみ変化を測定できますか?

ひずみの出力がマイナス側に変化すると、アンプの出力電圧はマイナス側に出ます。これを、プラス入力専用のロガーで計測するには、以下の方法があります

【ひずみのマイナス変化を0〜5Vロガーで測定する方法】
  • ひずみの変化がプラス側の範囲におさまれば、そのまま0〜5V範囲で計測可能
  • 初期値が若干マイナス側であれば、ゼロ点調整トリマーを回して,初期値をプラス側に移動させる(800倍で±1.6Vのシフト可能)
  • 2ゲージ式の場合、ひずみの変化がマイナス側の範囲だけなら、入力端子の「B-D間」を逆に接続して,出力電圧をプラス側に逆転させる。   
  • もっと単純にマイナス電圧を測定するには、アンプ出力の「OUTとGND端子」をロガーの+−と逆に接続する方法もあります。

注意:この歪みアンプは、5〜12Vの電源で動作しますが、電源電圧が9V以下の場合は、歪の測定範囲の上限が狭くなります。フルレンジで測定するのは、ロガー本体の5V電源とは別にセンサ用の12V電源を用意する必要があります。

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Q09.電源電圧は安定していなければなりませんか?

ひずみアンプの電源電圧は9〜16Vの範囲であれば、変動しても問題はありません。

もともと、車載用の12Vバッテリやソーラ電源の使用を想定し、内部で7Vに安定化させて使用していますので、不安定な電源でもOKです。

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Q10.電源電圧は最低何ボルトまで動作しますか?5V電源で使えますか?

規定の電源電圧は9V以上ですが、マイコン測定回路に組み込む場合などは、最低5Vでも動作します。但し、出力電圧の直線性が「電源電圧-2V」までしか無いため、5Vで動作させた場合は出力は3V以内でご使用ください。

たとえば、歪5000μストレインまで測定したい場合、増幅倍率800倍だと、出力電圧が5Vまで上がります。この場合、増幅倍率を400倍に半減させてれば、出力電圧は2.5Vに収まります。

なお、電源電圧が5V以下だとブリッジの印加電圧が規定の2.5Vを確保できなくなるため規定の性能が出なくなります。詳細はひずみアンプの最低動作電圧の資料をご覧ください。

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Q11.ひずみが定格出力を超えた場合アンプはどうなりますか?またゲージが破損した場合は?

この、ひずみアンプの出力電圧は、最大±6V付近まで追随し、そこで頭打ちになります。ひずみゲージや延長ケーブルが断線した場合、出力電圧は0V付近や6V以上で不安に動きます。

また、ひずみゲージのA-C端子間がショートした場合、ゲージには最大40mA程度の電流が流れ、全体の消費電流が60mAくらいに増加しますが、アンプ自体が壊れることはありません。

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Q12.電源を接続するとき+12VとGNDにプラスとマイナを逆に接続すると壊れますか?

電源のプラスとマイナスを間違えて、単純に逆に接続しても壊れません。+−の逆接続は、計測現場でしばしば起きるので、あらかじめ保護回路が内蔵されています。

但し、より複雑な配線で、接続間違いをすると、内部回路がショートして焼き切れる場合があります。

 損傷例:「電源GND端子に電源+を接続」して、「歪C端子に電源の−を接続」すると、基盤のグランドパターンが焼き切れる場合があります!

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Q13.出力電圧のOUTとGNDをショート(短絡)させても壊れませんか?

アンプの出力側のOUTとGNDを短絡させると、最大25〜30mAの電流が流れますが、壊れることはありません。

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Q14.出力電圧±5Vのマイナスは絶対電圧の負電圧か、仮想グランドのマイナスか?

アンプ内部に負電源を持っているので、マイナス出力は電源のGNDをゼロとした絶対電圧です。

なお、信号のグランドと電源のマイナスは共通です。また、ひずみゲージ側とアンプの電源・信号出力の間は絶縁されていません。

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Q15.ディップスィッチでゲインを変えた場合、ブリッジ電圧も変わりますか?

この装置は定電圧方式のひずみアンプです。ゲインを200〜1600倍に変えても、ブリッジ印加電圧は一定の2.5Vで変わりません。

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Q16.ブリッジ回路の出力がNDIS規格のコネクタです。この端子の接続は可能ですか?

NDIS規格プラグ(オス)を、ひずみアンプの端子台に接続するには、バラ線に変える必要があります

  • 単純な方法では、コネクタの線を切って、中の線を出します。
    線と端子の対応関係はひずみゲージ式変換器とアンプの接続例を参照してください。
  • コネクタを接続してバラ線に変換する市販の部材だと、共和電業のプラグ用中継ケーブル「N-70」という製品もあります。  NDIS規格のコネクタ(メス)→4心線10cm付に変換
  • もし当社で、この変換コネクタをご用意する場合は、受注生産で手作りする形になり、価格は数千円程度見込まれます。
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Q17.計測器との接続ケーブルは最大何メートルくらい延長可能ですか?

本体の接続端子の通りに、電源線2本と信号線2本の4線で延長する限りにおいては、伝送中の信号の減衰が少ないので特に長さの制限はありません。

経験的には、300mくらいは問題なく伸ばせます。

但し、電線が長くなる(数10m〜)と商用電源ノイズの混入が増えたら、落雷・誘導雷の危険が高まるので、別途ノイズ対策や雷防護が必要になります。

また、電源のグランドと信号のマイナスを1本にまとめた3線伝送を行うと、電線の電気抵抗の温度変化が測定誤差として現れるので、10m以上の伝送では規定の4線式接続を奨励しております。

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Q18.このアンプは1個でも購入できますか? 代理店はありますか? 納期は?

1個単位でも販売しております。

購入方法については、弊社は特に指定代理店は無く、直売が可能です。

基本的には、メールやFAXで注文書(お客様書式やメール本文も可)をお送りください。製品と納品書・請求書をお送りしますので、お客様の請求書締日から1月以内に代金の銀行振り込みをお願いします。

また、お客様のご希望の販売店をご利用いただく場合は、代理店経由の販売にも対応いたします。販売店様に直接、価格や納期をご確認いただければ、販売店側と弊社の間で、売買手続きを進めます。

納期に関しては、常時10台程度の在庫を確保し、即納に勤めておりますが、多数の注文が入った場合に一時的に在庫切れが発生し、次のロット製作に最長2ヶ月要する場合もあります。お急ぎの場合は、事前に電話やメール等で在庫を確認してください。

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Q18.アンプを架台に直接ネジ留めする際の穴の位置とネジのサイズは?

背面のDINレール取付足の固定用の穴は、20×55mmの間隔で4個あけてあります。

ネジは M3×4mmを使用しています。内部に2〜3mm入る程度の長さでご用意ください。
長過ぎると内部の基盤に当たるので、取り付け板の厚さを考慮してネジの長さを決めてください。

ひずみゲージアンプの背面ネジ穴位置図を拡大

参考までに、当社でご用意しているDINレール取付板のCAD図面等は次のメーカのサイトからダウンロード可能です。「タカチ電気工業 DINレール取付足 DTR-1」

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Q20.ゲージのシールド線のリードはアンプのE端子に接続したほうがいいですか?

基本的には、接続方法の説明にあるように、シールド線はE端子に接続したほうが商用電源からのノイズが減り出力が安定します。

但し、このFAQのQ02番にあるように、機械設備内などで複数のゲージとアンプが混在する場合、逆にシールドを通してノイズが回りこむ場合もあります。ノイズが大きいようであれば試しに、シールドE端子に接続せず、設備の「電源アース」に直接落としてみてください。

なお、アンプ内部に10Hz程度のローパスフィルター回路が入っていますので、50〜60Hzの電源ノイズはアンプの出力には表われにくく、通常は数mV以内の微小な変動になります。

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Q50.FAQは随時追加します
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