스트레인게이지 기초

본문내용

59.8
55.8
51.9
50.9
2
60g
102
101
96.7
96.2
3
90g
154
153
142
142
4
120g
200
199
192
192
5
150g
248
248
238
238
실험 2.
단계
추의 무게 (g)
변형율(ust)
1회
2회
증가
감소
증가
감소
초기
0g
2.77
2.42
0.505
0.505
1
30g
40
40
40
40
2
60g
80
80
80
80
3
90g
120
120
122
120
4
120g
161
160
160
160
5
150g
200
203
200
200
6
180g
240
243
240
240
7
210g
282
281
280
280
실험 3.
단계
추의 무게 (g)
변형율(ust)
1회
2회
증가
감소
증가
감소
초기
0g
3.5
6.2
7.92
3.75
1
30g
64
61.6
60.2
64
2
60g
128
127
125
127
3
90g
192
191
193
197
4
120g
256
255
256
262
5
150g
320
320
320
323
6
180g
391
391
384
384
■ 최소자승법을 이용한 하중에 대한 변형율의 기울기
실험 2의 측정 1회의 데이터를 이용하여 변형율의 기울기를 그려보았다.
<하중을 증가했을 때>
<하중을 감소했을 때>
=> 증가, 감소 모두 선형적임을 알 수 있다.
<하중을 증가, 감소했을 때 비교. (히스테리시스)>
=> 증가와 감소가 완전히 일치하지는 않음을 알 수 있다. 즉, 히스테리시스가 일어났다.
5. 검토
1) 휘스톤 브리지 회로의 입출력 관계인 식(1-5)를 증명하시오.
B와 D사이가 차단되어 있을 때, V1에서 전류는 A→B→C(A→D→C)방향으로 나뉘어 흐른다.
A→B→C 방향의 전류를 ,
A→D→C 방향의 전류를 라 하면,
이다.
B와 D 사이의 전위차를 구하기 위해서 B의 전위를 구하면,
이므로 대입하면,
2) 변형율의 이론치와 비교하고, 만약 차이가 있다면 이유에 대해서 설명하시오.
(탄소강 탄성계수 : 205kN/mm2)
실험재료 :
식 (8)을 이용하여 대입하여 풀면, 이론치는 다음과 같다.
■ 변형율 이론치
단계
추의 무게 (g)
변형율(ust)
증가
초기
0
0
1
30
39
2
60
78.1
3
90
117.1
4
120
156.1
5
150
195.2
6
180
234.2
7
210
273.2
■ 오차 계산
식 (9)를 이용하여 오차를 계산한다.
실험1.
단계
추의 무게 (g)
오차율(%)
1회
2회
증가
감소
증가
감소
초기
0g




1
30g
53
43
33
31
2
60g
31
29
24
23
3
90g
32
31
21
21
4
120g
27
27
23
23
5
150g
27
27
22
22
실험2.
단계
추의 무게 (g)
오차율(%)
1회
2회
증가
감소
증가
감소
초기
0g




1
30g
2.56
2.56
2.56
2.56
2
60g
2.43
2.43
2.43
2.43
3
90g
2.48
2.48
4.18
2.48
4
120g
3.14
2.5
2.5
2.5
5
150g
2.46
4
2.46
2.46
6
180g
2.48
3.76
2.48
2.48
7
210g
3.22
2.86
2.49
2.49
실험3.
단계
추의 무게 (g)
오차율(%)
1회
2회
증가
감소
증가
감소
초기
0g




1
30g
91.02
84.10
79.64
90.38
2
60g
18.05
21.13
22.92
18.05
3
90g
9.31
8.45
6.75
8.45
4
120g
23
22.36
23.64
26.20
5
150g
31.15
30.64
31.15
34.22
6
180g
36.64
36.64
36.64
37.92
7
210g
43.12
43.12
40.56
40.56
- 실험 1,2,3을 비교해 보고 오차를 분석해보았을 때, 실험 2는 오차가 모두 5%미만으로 실험이 굉장히 잘 된 것을 알 수 있었다. 하지만, 실험 1과 실험 3은 오차가 컸는데, 그 이유는 스트레인 부착에 있어서 위치를 제대로 잡지 못한 것이 문제라고 생각된다. 스트레인 게이지의 부착상태가 육안상으로 양호하였으나, 실험결과의 오차율을 보니 완전히 정확하지 않았을 것이라 추측한다. 또한, 추를 연결해 무게에 따른 변형율을 측정하기 위해서 끈을 사용하였는데 그 끈의 길이가 너무 길었던 것도 오차의 원인으로 예측된다. 그리고 실험 1은 실험을 처음 하는 것이었기 때문에 기계에 대한 미숙함과 측정에 대한 오차가 있었고 책상이나 지그의 흔들림으로 인해 오차가 발생한 것이라 생각한다. 실험 3은 조교선생님께서 실험법을 설명하기 위해서 샘플로 그 시편을 쓴 것이 오차의 큰 문제였다고 생각한다. 감도를 설정하고 시편에 힘을 주었을 때 전압이 오실로스코프에 나타나는 것을 학생들에게 잘 보여주기 위해 그 시편을 심하게 상하로 흔들었는데 이로 인해서 실험 3의 실험을 할 때, 처음부터 이상한 값이 나오게 되면서 오차를 발생시킨 것이다.
3) 기타(재미있는 현상, 측정오차, 실험장치의 개선방향과 대책 등)
실험결과를 기록하면서 재미있었던 현상은 바로 추의 증가에 따라 세 실험 모두 오차와는 상관없이 실험값이 선형적으로 증가된다는 것이었다.
그래서 처음에는 실험이 잘못된 것은 아닌가 의심도 했었지만, 나중에는 그렇게 되는 것이 맞다는 것을 알게 되었고, 우리 조원 중 비교적 실험이 잘 된 학우가 있었기 때문에 실험이 더욱 재미있음을 느꼈다.
실험값을 측정하는 데 있어서 처음 쓰는 장비로 인해 어려움을 겼었지만, 학생 수가 적어서 조교선생님의 설명을 조별로 혹은 개인별로 자세히 들을 수 있어서 좋았다. 조금 아쉬웠던 점은, 실험법을 가르쳐주기 위해 조원의 시편을 샘플로 써서 실험을 제대로 수행하기 어려웠던 점이었다. 그래서 다음에는 샘플용을 하나 만드는 것이 좋을 것 같다는 생각이 들었다.
또한, 스트레인 게이지를 응용한 트랜스듀서로서 가장 많이 쓰이는 것이 로드셀, 압력트랜스듀서, 토크셀, 가속도계라고 하는데 어떻게 응용되는 것인지 궁금하다.
5. 참고문헌
- http://cafe.daum.net/controlpe
- 능력개발교육원, 센서제어기술, 2008
- 실습교재

키워드

스트레인게이지 ,   스트레인게이지 측정,   스트레인게이지 원리,   게이지 부착,   부착 실험