[기계공학실험]Straingauge1

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목차

- 목 차 -

<실험요약>
1. 실 험 목 적 -------------------------------------------- 1
2. 실 험 결 과 의 개 요 -------------------------------------------- 1

<서 론>
1. 실 험 목 적 -------------------------------------------- 3
2. 실 험 이 론 -------------------------------------------- 3
3. Strain Gauge Bridge Circuitry ------------------------------------- 4

<본 론>
1. 실 험 장 치 -------------------------------------------- 8
2. 실 험 방 법 -------------------------------------------- 9
3. 실 험 시 주 의 사 항 -------------------------------------------- 9

<결 론>
1. 실 험 데 이 터 -------------------------------------------- 10
2. 결 론 및 고 찰 -------------------------------------------- 11
3. 참 고 문 헌 -------------------------------------------- 11

본문내용

저항의 변동이 오차 발생의 요인이 되기가 쉽다. 가장 간단한 1게이지법은 도선과 게이지가 1개의 브리지 변칙이 되므로 가장 불안정한 사용법이라 하겠다. 이와 같은 문제점을 제거하기 위하여 3선식 1게이지법, 2게이지법, 3선식 2게이지법, 4게이지법 등 여러 가지의 회로를 사용한다. 2게이지법에서 1개의 게이지는 스트레인을 검출하는 게이지로서, 이를 액티브(active) 게이지라고 하며 다른 1개의 게이지는 온도 보상용으로 사용되는 게이지이며 이를 더미 게이지(dummy gauge)라고 한다. 4게이지법은 가장 안정되고 감도가 뛰어나므로 변환기에서 많이 이용되고 있다.
< 본 론 >
1. 실험장치
KYOWA STRAIN GAGES
TYPE : KFG-5-120-D17-11
TEMPERATURE COMPENSATION for STEEL
GAGE LENGTH 5mm
GAGE RESISTANCE (24℃, 50%RH) 120.4± 0.4Ω
GAGE FACTOR 2.11± 1.0%
2. 실험방법
① Strain gage를 부착 방법에 따라 측정하고자 하는 외팔보에 접착제를 이용해 부착한다.
② Strain gage terminal을 Strain gage의 선과 연결시킨 후 Strain gages Switching and Balancing Box와 각각 연결한다.
③ 1개의 Strain gage를 사용하므로 single type으로 연결한다.
④ Strain gages Switching and Balancing Box와 Strain indicator를 연결한 후 각각의 Strain gage에 대한 balance를 맞춘다.
⑤ 하중을 가한 후 Strain의 변화량을 측정한다.
⑥ 측정한 변화량을 가지고 최대 주변형률, 최소 주변형률, 주변형률방향 최대 전단변형률, 최대 주응력, 최소 주응력, 최대 전단 주응력을 계산한다.
3. 실험시 주의사항
① 스트레인게이지를 부착 시 표면은 깨끗해야 하고 정확한 위치에 붙일 수 있도록 한다.
② 하중을 주기 전에 영점을 확실하게 잡는다.
③ 실험 중 외팔보를 건드리지 않도록 주의한다.
④ 외팔보에 하중을 가할 시 진동이 생기지 않도록 최대한 조심해서 올린다.
⑤ 실험장소 주위의 습도와 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 한다. 습도 및 온도가 일정하지 못 할 경우 저항의 변화로 인해 잘 못된 측정값을 얻을 수 있다.
⑥ 측정 시 실험 기기에 흐르는 전류는 너무 높지 않게 적당한 정도의 전류를 사용한다.
< 결 론 >
1. 실험 결과
1.1 실험데이터
Force
Strain 1(0)
Strain 2(45)
Strain 3(90)
5N
100
25
-36
10N
197
52
-72
15N
294
75
-108
1.2 계산결과 (실험데이터를 위의 식에 대입)
5N
10N
15N
최대주변형률()
123.68
244.32
364.37
최소주변형률()
1.32
4.68
4.63
주변형률방향(rad)
-0.0117
-0.00609
-0.00415
최대전단변형률()
122.36
239.64
359.74
최대주응력()
284.45
563.29
838.51
최소주응력()
85.27
173.19
252.89
최대전단주응력()
140.27
274.72
412.41
1.3 이론값 (재료역학 책 참조)
5N
10N
15N
M
9.68
19.37
29.05
290.81
581.62
872.43
()
138.48
276.96
415.44
1.4. 실험그래프 (각 하중에서의 이론값과 실험값 ( , ) 비교)
2. 결론 및 고찰
스트레인은 변형도 또는 변형률을 나타내며, 어느 물체가 인장 또는 압축을 받을 때 원래의 길이에 대하여 늘어나거나 줄어든 길이를 비율로 표시한 값을 일컫는다.
하중이 5N 10N 15N 일 때, 3번에 걸친 실험의 결과 비교적 정확한 Strain 결과를 얻어 낼 수가 있었다. 이때 0와 45의 결과값은 +, 90의 결과값은 -의 값이 나온 것을 확인할 수 있는데 이를 통해서 0와 45위치에서는 인장이, 90의 위치에서는 압축이 일어났다는 것을 알 수 있다.
이에 얻은 실험데이터 값을 이용하여 변형율과 주응력 등의 실험값을 구하고 이론값과의 비교를 실시한 결과 실험값과 이론값이 약간의 오차를 보이긴 했지만 그래프를 통해서 하중의 증가에 따라 변형량과 응력이 선형적으로 변화하는 것을 알 수 있다.
오차의 원인으로는 스트레인게이지의 부착상태, 하중을 주는 과정에서의 진동, 외팔보의 영구변형, 주위의 온도변화 등이 있다.
스트레인게이지 부착 시 깨끗한 표면에 정확한 위치에 부착을 시켜야 하는데 그렇지 못할 경우 잘 못된 측정값이 나올 수 있다.
하중을 주는 추를 올려놓는 과정에서 아무리 살살 올려놓는다고 해도 약간의 진동이 생겨 스트레인의 측정에 영향을 줄 수 있고, 이전의 많은 측정실험을 통해 외팔보가 영구변형되어 측정값에 영향을 줄 수 있다.
이번 실험에선 주변의 온도변화가 크지 않았지만 스트레인게이지는 주변온도변화에 민감하여 저항값의 변화가 생길 수 있기 때문에 실제 스트레인과는 다른 측정값이 나올 수 있다.
온도에 따른 오차 보정을 위해 다음과 같은 방법을 이용할 수 있다.
* Temperature Compensation
스트레인 게이지는 실제적인 스트레인이 발생하지 않더라도, 온도 변화에 따라 수축과 팽창을 하면서 저항 변화가 나타나게 된다. 이러한 온도 변화에 따른 스트레인 측정 오차를 보상하기 위하여, 다음의 Active Dummy Method 를 사용할 수 있다. 이 방법은 앞서 브릿지회로에서 설명한 바 있는 Half Bridge 의 응용 사례로서, 두개의 스트레인 게이지를 사용한다. 오차 보정을 위한 Dummy-Gauge 는 기계적인 스트레인이 나타나지 않는 위치에 부착하여, 온도 변화에 따른 스트레인만이 작용하도록 설치한다. 이렇게 하여, 두 스트레인 게이지 간의 신호가 서로 상쇄되도록 Half Bridge 를 구성하면, 온도 변화에 의한 영향을 제거할 수 있다.
3. 참고문헌
- Beer SI 고체역학 . Ferdinand. P Beer 외2명 인터비젼
- http://www.radian.kr(일본KYOWA사의 스트레인게이지)

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