歪みゲージアンプSTA-12Lの質問コーナーです
歪ゲージを電圧ロガーに接続する簡易増幅アンプです。１ゲージ又は２ゲージ120Ω専用で、ブリッジ電圧を400倍に増幅し0.5～5V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,中心電圧が2.5Vで、-4000μ＝0.5V、＋5000μ＝5Vに変換されます。分解能は「2μStrain=1ｍV」で、歪の換算も容易です。
注意:標準１，２ゲージアンプSTA-12GのFAQはこちらをご覧ください。
注意:４ゲージアンプはSTA-04GのFAQはこちらをご覧ください。
よくある質問
- Q01. この歪みアンプSTA-12Lは、動ひずみアンプとして使えますか？
- 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？
- Q03. STA-12Lは120Ωゲージ専用とありますが、60Ωや350Ωゲージは接続できますか？
- Q04. 増幅率や、ゼロ点、スパンの調整は可能ですか？
- Q06. 適合ゲージは1ゲージ3線式,2ゲージ3線式ですが,2線式120Ωゲージは使えますか？
- Q07. このアンプは1ゲージ４線式には対応していますか？
- Q08. データロガーの入力電圧が0～3Vの場合接続できますか？
- Q09. 電源電圧は安定していなければなりませんか？
- Q10. このアンプの電源は最低何ボルトで動作しますか？5V電源で使えますか？
- 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？
- 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？
- 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？
- Q14. 2ゲージ(例：共和電業120Ω)を接続し2μStrain＝1mVの出力が出るのでしょうか？
- Q15. 1ゲージで使用した場合も、2μStrain＝1mVの出力が出るのでしょうか？
- Q16. ゲージとアンプの接続はハンダ付が必須ですか？ネジ端子での接続は可能ですか？
- Q17. 計測器との接続ケーブルを自作したいので、コネクタ型式を教えてください？
- 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？
- Q19. １ゲージ３線式の自己温度補償型ゲージ（セルコンゲージ）は使用できますか？
- Q20. STA-12Lでプラスチック用ひずみゲージは使えますか？
- Q21. ２つのゲージをブリッジの対角線上に配置する「対辺２ゲージ法」は使えますか？
- Q22. ゲージを表裏に２枚貼り付けた場合、ひずみ出力は２倍になりますか？直交の場合は？
- Q23. 未完成： ひずみゲージのケーブルはどのくらい延長できますか？
- Q24. 未完成： 雷対策について教えてください
回答
Q01.この歪みアンプSTA-12Lは、動歪みアンプとして使えますか？
このSTA-12L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。
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？
１．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。
- 2台以上のひずみアンプが、同一の電源線や信号線で接続されている場合。
下の図は、鋼材の２箇所に歪ゲージを貼り付けた際に、鋼材に流れるノイズ電流が、電源やロガーの共通のグランド（マイナス）線を通して、歪ゲージの信号線に流れる例です。
ノイズ電圧自体は微小な信号ですが、歪アンプ側で200～1600倍に増幅されるため、大きな計測誤差になります。
２台のひずみゲージアンプにノイズが回り込む例 図を拡大する
２．ノイズ対策方法として、ノイズ自体を減らすために、商用電源線を遠ざける、鋼材を接地（アース）する、ひずみの信号線をシールドスする、ゲージを絶縁する、などの「入口対策」があります。
もう一方で、ノイズがひずみアンプを通過して、外に流れないように、個々のアンプの電源を、独立した絶縁電源に変える「出口対策」も有効です。最初から絶縁型のひずみアンプを選択するという方法もありますが、非絶縁型ひずみアンプのノイズ対策としては、以下のものがあります
- アンプ１台ごとに絶縁された電源を設ける。
- 計測器に、入力が独立した差動入力型や絶縁入力型の装置を用いる。
- アンプのE端子（アースライン）からノイズが回り込む場合、アースラインを外してみる。
一般的には電源の絶縁が一番効果があります。
電源の分離には、AC側で分離する方法と、DC側で絶縁電源を用いる方法があります。
| 電源の絶縁方法 | ||||
|---|---|---|---|---|
| 項目 | AC側で絶縁 | DC側で絶縁 | ||
| 区分 | AC側で分離 アンプ別にAC/DCコンバータを使用 |
DC側で分離 アンプ別にDC/DCコンバータを使用 |
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| 模式図 |  |
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| 電源区分 | ACアダプター | AC/DCコンバータ | 基板用絶縁型 DC/DCコンバータ |
制御盤用絶縁型 DC/DCコンバータ |
| 電源イメージ |  |
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| 電源装置例 | 秋月 GF12-US1210 100-240V/12V×1A |
OMRON S8VS-01512 100-240V/12V×1.2A |
秋月 MCWI03-12S12 4.5-18V/12V×0.25A |
OMRON S82S-7312 12-24V/12V×0.25A |
| 本体一般価格 (税・送料別) |
¥1,000 | ¥6,100 | ¥1,500 | ¥4,700 |
次ぎの画像は、STA-12Gを複数台使用する際の絶縁電源の例です。市販の絶縁電源モジュールにケーブルを付けてコンパクトに仕上げています。(背景の歪アンプは、上位機種のSTA-12Gです)
これは、当社の標準販売品ではありませんが、狭い制御盤内に複数のひずみアンプを収める用途で、絶縁電源の収納スペースが確保できないケースで、特注対応で作りました。参考までに、価格は5本作って、1本4500円ほどです。
絶縁電源ケーブル24V/12V型 (12V/12Vも同様な形状)
３．このアンプはブリッジ印加電圧には直流を使用しているので、上記のようなノイズの回り込みの問題がなければ、複数台のアンプが同居しても歪ゲージ間の相互干渉はありません。
Q03.STA-12Lは120Ωゲージ専用とありますが、60Ωや350Ωゲージは接続できますか？
当増幅器は、内部に120オーム×1個と300～400Ω×2個の補助抵抗が入り、全体で4ゲージのフルブリッジを構成しています。このため、
(1)ゲージ法の場合は、内部の120Ωゲージを使うため、120オーム専用機となります。
(2)２ゲージ法に限れば、当アンプは定電圧印加方式なので、120Ω以上の抵抗のゲージの測定は可能です。
•外部に350Ω×２ゲージを接続すれば、アンプ内部の約350Ωゲージとバランスし、正常に動作します。
•ゲージ抵抗の上限はありませんが、設計上の想定は、700～1000Ωです。
•このアンプは120Ωで出荷校正を行っています。それ以外だとゼロ点やスパンがずれる可能性もあります。
(3)２ゲージ法で、120Ω以下の60～100Ωのゲージの測定もある程度可能です。
•アンプの出力電流の上限は20mAです。60Ωゲージだと20.8mAの電流が流れ、ギリギリの測定になります。
•但し、120Ωより抵抗の小さなゲージを使うと、ゲージ発熱やアンプ温度上昇で、温度ドリフトが増えたり、
アンプ自体の寿命が短くなる可能性もあります。
•室内模擬試験で、40Ω×２ゲージも一応動作はしましたが、こちらは完全にスペック外の使い方なので、
自己責任でのご利用をお願いします。
120Ω専用ひずみゲージアンプに350Ωを接続した場合の出力例 図を拡大する
Q04.増幅率や、ゼロ点、スパンの調整は可能ですか？
このアンプは機能限定で、増幅率やゼロ・スパンは出荷時固定で変更できません
Q06.適合ゲージが、1ゲージ3線式、2ゲージ3線式ですが、2線式120Ωゲージは使えますか？
2線式120Ωゲージを2個組み合わせ、真ん中の線を１本にまとめれば、「2ゲージ3線式」となります。この場合、まとめた１本の線の抵抗は測定に影響しませんので、どのような線でもOKです。
同様に、2線式120Ωゲージを「1ゲージ3線式」に変更するには、B側に線を１本追加してください。1ゲージの場合、線の電気抵抗が測定に影響するのは、A側とB’側の電線で、B端子側は影響しませんので、追加する電線はB端子側に接続してください。
１ゲージのブリッジ回路の結線方法の詳細はこちらです。
２ゲージのブリッジ回路の結線方法の詳細はこちらです。
Q07.このアンプは1ゲージ４線式には対応していますか？
1ゲージ４線式ひずみ測定法は測定原理が異なります。1ゲージ４線式の計測には使えません。
Q08.データロガーの入力電圧が0～3Vの場合接続できますか？
このアンプの出力電圧は0.5(-4000με)～2.5V(0με)～最大7V(9000με)の範囲があります。
- 出力電圧がAD変換器の入力範囲に収まれば、そのまま接続できます。（注意：ADコンバータの過電圧入力保護は必要）
- 歪がプラス側に増加する場合、ゲージを逆接続し、出力を0.5～2.5V＝-4000～0μεに収める方法もあります。
- 簡易的にアンプ出力に減衰抵抗（アッテネータ）を入れ、電圧を半分に減らす方法もあります。
例：50KΩの抵抗を2個直列にし、中間点の電圧を計測すれば1/2の0.25～2.5Vに収まります。 - 参考：姉妹品で、出力電圧範囲の調整が可能な歪みアンプSTA-12G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。
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。
なお、20V以上の電源(例：24V)が入力された、故障の可能性が大きくなります。
Q10.このアンプの電源は最低何ボルトで動作しますか？5V電源で使えますか？
規定の電源電圧は9V以上ですが7V程度でも動作します。
マイコン測定回路に組み込む場合などは、最低5Vでも一応動作しますが、出力電圧の上限が「電源電圧-2V」付近で頭打ちになるため、5Vで動作させると出力は3V付近が上限になります。
もし-4000μ～＋1000μ＝出力0.5～3V範囲の計測であれば5V電源でも計測可能です。どうしてもプラス側の歪を計る場合は、Q08：ゲージの極性を反転などの方法もあります。
但し、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を確保でず、正常動作しません。
注意：上記はあくまで、参考データで、低電圧の動作・精度保証はできません。
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＋7V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程度の電流が流れますが、アンプ自体が壊れることはありません。
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！
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。
Q14.2ゲージ(例：共和電業120Ω)を接続し2μStrain＝1mVの出力が出るのでしょうか？
このアンプは400倍固定で，2μStrain当たり1mVの電圧が出ます。計測した電圧mVをひずみに変換するには、初期値（2500ｍV前後）を引いた値に2を掛けます。
Q15.1ゲージで使用した場合も、2μStrain＝1mVの出力が出るのでしょうか？
1ゲージ、2ゲージとも、増幅率は同じで、2μStrain＝1mVの出力です。
Q16.ゲージとアンプの接続はハンダ付が必須ですか？ネジ端子での接続は可能ですか？
1ゲージと２ゲージの3線式計測では、ゲージのリード線とアンプの端子の接続抵抗が温度などで変わると、計測値がドリフトします。そのため、接触抵抗がより少ない半田付けを奨励しております
センサを交換して計測する場合は、ひずみアンプの基盤端子に、一旦リード線をハンダ付けし、その先に端子台やNDISコネクタを付けて置けば、センサ交換も可能です。
Q17.計測器との接続ケーブルを自作したいのですが、コネクタの型式を教えてください？
アンプ本体と計測用ケーブルは日本圧着端子製造のXH型プリント基盤用コネクタで接続しています。
専用ケーブルを作られる場合は、XHP-4ハウジング（４極）をご利用ください。ピンの配置は、
1: 電源GND-黒
2: 電源+12V-赤
3: 信号GND-緑
4: 信号出力-白
コネクタ部の拡大画像
となっています。なお、標準添付品の線の長さは約60cmですが、落雷（誘導雷）等の危険が無ければ、数ｍ～300ｍ程度の延長は可能です。
経験的には、線の長さが数10ｍを超えたあたりから、ノイズ対策や避雷対策が必要になるケースが増えてきます。
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。但し、4個以下の場合は送料をいただいております。
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。
注文のやり取りは、メールやFAX等で注文書（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、代金の銀行振り込みををお願いします。
御支払い条件は、通常「納品月末締め翌月末払い」にて取引しておりますが、その他の条件でも可能な限り対応いたしますので、ご相談ください。
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、次のロット製作に時間を要する場合もあります（半導体部品の長納期化による影響もあり6ヶ月程度かかる場合があります）。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。
Q19.１ゲージ３線式の自己温度補償型ゲージ（セルコンゲージ）は使用できますか？
ゲージの抵抗値が120Ωの１ゲージ３線式の自己温度補償型ゲージ（セルコンゲージ）であれば使用できます。
結線方法は、こちらの図をご覧ください。なお、セルコンゲージは、株式会社共和電業様の商標です。
TopQ20.STA-12Lでプラスチック用ひずみゲージは使えますか？
プラスッチク用ひずみゲージは、金属より軟らかい樹脂の変形を測るために、伸びやすい線材で作られた歪ゲージです。
たとえば、㈱東京測器研究所の製品の「GFシリーズプラスチック用ひずみゲージ」だと、抵抗値が120Ωと350Ωの製品があり、ひずみ限界は3%(30000×10-6ひずみ)となっています。
簡易歪アンプSTA-12Lの使用可能なゲージ抵抗 ⇒詳細はこちら
(1)２ゲージ法で使う場合は120～350Ωゲージの使用可能
(2)１ゲージ３線式で使う場合は120Ωのみ使用可能。350Ωは使用不可。
注意すべき点は、ひずみの測定限界です。プラスッチクは金属に比べて軟らかい材料で、ヤング率も２桁近く小さいため、同じ力でも変形が10～100倍大きくなります。
STA-12Lは、ひずみの増幅倍率が400倍固定のため、測定できるひずみの範囲が以下のように制限されます。
(1)測定器の入力範囲が0.5 ～5Vの場合、-4000μ～＋5000μ
(2)測定器の入力範囲が0.25～7Vの場合、-4500μ～＋9000μ
STA-12Lで樹脂の変形を計測する場合、この測定範囲の限界を考慮してくださ。
なお、１，２ゲージでより広い範囲を計測したい場合は上位機種のSTA-12GのFAQを参照。
また、４ゲージ測定の場合はSTA-04GのFAQを参照してください。
Q21.２つのゲージをブリッジの対角線上に配置する「対辺２ゲージ法」は使えますか？
対辺２ゲージ法のブリッジ回路には使えません。２ゲージの内部抵抗回路が、直列に接続されているため、外部のゲージも直列に接続する必要があります。 ⇒ブリッジ回路の詳細はこちら。
使えるのは「２アクティブゲージ法（平行、直交）」や「１ゲージアクティブ＋１ダミーゲージ法」です。
TopQ22.ゲージを表裏２枚貼り付けた場合、ひずみ出力は２倍になりますか？直交の場合は？
１ゲージ方式の場合、アンプの出力は「１マイクロストレイン＝0.5mV出力」で固定ですが、２ゲージ法では、ゲージの貼り方によって、１μひずみ当たりの出力電圧が変化します。代表的な例を下図に示します
たとえば、１枚の板の表裏に２枚のゲージを貼り曲げ測定する場合「１μひずみが２倍の1mVに増幅」されます。
また、材料の表面に直交するように貼ると「１μストレインが（１＋ν）倍のに増幅」されます。ここでν(にゅー)は、材料のポアッソン比で、鋼材で0.28～0.3、アルミニュウムで0.34ほどの値です ⇒ブリッジ回路の結線の詳細はこちら
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