[공학실험] Strain Gage 부착 및 Strain 측정 실험

목차

▲ 실험 개요

▲ Strain 측정 이유

▲ Strain Gage란?

▲ 실험 목적

▲ Strain Gage의 원리

▲ Strain Gage의 종류

▲ Strain Gage factor

▲ Strain Gage의 부착 절차와 유의점

▲ 오차의 원인

▲ Strain Gage를 이용한 제품

▲ 실험후 느낀점

본문내용

당기면서 위로 들어주게 되면 게이지에 손상이 가지 않도록 잘 사용할 수가 있다.
- 게이지의 접착
위치가 선정된 게이지는 시료와의 접착을 하게되며 접착에는 스트레인 게이지용의 특수한 본드가 이용된다. 일반 본드의 경우는 접착제, 촉매제 및 솔벤트(Solvent)로 구성된다.
스카치테이프에 부착된 게이지의 겉표면에 촉진제를 바른 다음 접착제를 2∼3방울 떨어뜨린 후 거즈(gauze)로 스카치테이프를 밀어주면서 누르면 되며, 약 1∼2분간 손으로 누르고 있으면 완전히 접합이 된다. 완전히 굳은 후 솔벤트를 이용 테이프를 제거해 주면 되며 이때는 브러쉬에 솔벤트를 묻혀 테이프의 밑면에 발라주면서 젖혀서 제거하게 되면 게이지에 손상이 없이 테이프의 제거가 가능하다. 테이프가 제거되면 솔벤트를 이용하여 게이지의 표면 및 주변부를 깨끗이 닦아주면 된다.
.게이지의 결선
스트레인게이지의 결선을 위해 납땜을 하게되며 이 부분은 실제로 게이지의 부착에 있어 중요한 역할을 하게 된다. 결선에 사용되는 도구로는 납, 납땜기, 리드선, 터미널, flux 등이 사용되어진다.
먼저 납을 게이지의 탭(Tab) 부분에 뭍힌후 사용할 선을 피복을 벗겨 납을 묻힌다. 사용할 선은 3선(피복선)을 사용하며 게이지의 피복선을 벗겨 한 개의 선과 나머지 두 개의 선을 분리하여, 주선은 서로 꼬아서 연결한다.
리드선은 3선을 각각 분리하여 피복을 벗긴 후 납을 묻혀 둔다.
게이지와의 결선이 완료되면 리드선을 당길시 게이지의 손상을 방지하기 위해 리드선을 고정시키는 작업을 해주어야만 한다.
.보호제의 이용
접착된 게이지는 그대로 두게되면 외부의 노이즈(Noise)나 수분의 흡수, 게이지 표면의 외부 노출로 인한 손상의 우려가 있으므로 보호제를 발라주게 되며 그 용도에 따라 일반형, 방수형, 화학약품 방호, 고온용 등의 여러 가지가 있다.
보호제는 특별한 사용법이 없으며 상황에 따라 여러 번 바르는 방법과 몇 가지를 섞어서 사용하는 방법이 있으며, 여러번 바를 경우에는 반드시 처음 바른 것이 마른 후 다시 바르는 것이 좋다.
.스트레인 게이지와 증폭기의 결선
- 선의 종류 및 기호
게이지의 결선은 브릿지의 종류에 따라 최소 3개의 선에서 최대 8개의 선을 사용하게 되며 주로 사용되는 선의 종류 및 기호는 다음과 같다.
▶ 입력 전원부 : 증폭기로부터 게이지에 전원을 공급해주는 선으로 통상 여자전류(Excitation Voltage)라 하며, Exc + (또는 P +), Exc - (또는 P -)로 표시한다.
▶ 신호 출력부 : 게이지에서 발생되는 신호를 증폭기로 보내주는 선으로 통상 신호출력부(signal output)라 하며, Sig + (또는 S +), Sig - (또는 S -)로 표시한다.
▶ 보조 전원부 : 통상은 입, 출력 선으로 구분되나, 일부 변환기(Transducer)나 remote 제어 등을 위해 보조전원을 필요로 하며 이는 결국 입력 전원부와 연결된다. Exc. sense + (또는 RS +), Exc. sense - (또는 RS-)로 표시한다.
▶ 기타부분 : 센서나 게이지의 shunt calibration을 위해 사용되는 선으로 cal로 표시되는 선과 Shield 또는 ground의 목적으로 사용되는 선으로 GND (또는 chassis)로 표시되는 선이 있다.
오차의 원인
스트레인(Strain)이란 어떤 탄성체를 당기거나 밀면 변형이 일어나고 이때 줄거나 느는 양을 스트레인이라 하며, 이 미세한 변형량을 측정하기 위해 스트레인 게이지를 사용하게 된다. 이러한 특성을 이용하여 변형량을 하중으로 변환하여 측정하는 것이 바로 로드셀의 원리이다.
이러한 미세한 변화를 검출하기 위해 전기적으로 브릿지 회로라는 회로를 사용하게 된다. 즉, 평상시에는 전기적으로 평형이 유지되어 (물의 수면이 동일한 경우와 같은 경우) 극히 미세한 전류를 흘려 보내다가, 어느 한쪽의 불균형이 발생하면(저항값이 변하면) 그쪽으로 전류가 흘러 이 전류의 흐름이 전압의 변화로 나타나 검출된다. 이때 저항값의 변화는 스트레인에 의해서만 나타나지 않고 온도나 습도에 따라 변할 수도 있으므로 이에 대한 보상이 반드시 필요하다.
실험시 변형률 측정은 종종 실제 신호에 전기적 노이즈가 더해진 채 기록된다. 이러한 노이즈 저감 노력을 하지 않으면 측정 결과에 대한 정확도를 떨어트리고 변형률 신호에 대한 잘못된 판단을 하게 된다. 심한 경우 측정된 신호 전체가 의미없는 결과를 가져올 수 있다.
사실상 전원을 만들거나 소비하거나 전달하는 모든 전기 장치는 스트레인 게이지 회로에 노이즈를 야기시키는 원천이 된다. 일반적으로 고전압, 고전류를 사용하는 전기 장치, 게이지 회로에 근접한 전기 장치는 노이즈 발생에 더 큰 영향을 준다. 아래의 목록은 일반적인 전기 노이즈 소스가 된다.
.교류 전원선 .모터 .트랜스 .릴레이 .발전기 .회전, 왕복 기계 .용접기 .가진기 .형광등 .무전기(상당히 큰 영향을 줌) .인두
Strain Gage를 이용한 제품
.스트레인게이지 입력센스를 사용하여 정확하고 정밀도 높은 혈압측정
.반도체 스트레인게이지 타입
.스트레인 게이지 로트셀은 변형량을 감지하는 strain gage를 기초 소자로하여 무게나 하중등의 물리량을 전기적 신호로 변화 시키는 하중 감지
.스트레인게이지식 로드셀용 으로 개발된 고성능 중량지시계입니다.
.가정용 저울
.상업용 저울
실험후 느낀점
이론적인 σ 와 실험치의 σ의 차이는 위와 같은 이유로 오차를 보이고 있다.
오차를 줄이기위해서 습도에 강한 Uplex Cover 방식을 사용할수도 있다.
해상 구조물 및 대형 기계 구조물의 하중 측정, 고급 재료시험기의 하중 감지, 힘 자동제어 및 측정장치, 각종 하중 측정시스템, 원자재 강도시험 및 댐, 터널 등의 토목 구조물의 구조 해석용 하중 감지소자로 산업현장에 널리 응용되고 있는데 그것의 응용범위가 학장 되면될 수록 사용목적 및 설치 환경에 적합한 형태 및 크기의 로드셀이 필요하게 된다. 바로 이 로드셀의 원리가 바로 스트레인 게이지의 원리이다. 스트레인게이지는 측정하기 쉬우면서도 값이 싼 장점을 가지고 있다.

키워드

공학실험,   스트레인,   스트레인 게이지,   strain gage,   스트레인 측정,   게이지