휘스톤 브리지+스트레인게이지 실험 보고서

목차

실험4 - 휘스톤 브리지 실험
□ 실험목적
□ 관련 이론
□ 실험방법
□ 실험결과
□ 고찰
실험 5 - 스트레인 게이지 회로 실험
□ 실험목적
□ 관련 이론
□ 실험방법
□ 실험결과
□ 고찰

본문내용

는 결과를 초래할 수 있습니다. 그래서 조금이나마 최초 게이지 저항 값에 따른 평형상태를 벗어나지 않도록 최소한의 저항 값을 유지하게 위해서 이 방법을 쓰게 됩니다. 저도 처음에는 2선방식이 편리하여 사용했지만 실험 중에 결과 값이 여러 원인으로 Over flow되는 경우가 발생하여 쓰게 되었습니다.
▷ 외부 더미 게이지를 쓸 경우
특수한 환경(온도, 압력등)에서 실험할 경우 사용하는 방법으로 위에서 설명한 3선방식보다 더 좋은 결과를 얻을 수 있지요. 예를 들면 윤활유로 채워진 기어 박스내부의 특정 하중에 의한 응력만을 측정하고자 한다면 실험을 하는 동안 기어를 비롯한 회전부의 마찰열로 인해 온도가 상승하게 되는데 이때 연속으로 데이터를 얻어야 할 경우 측정대상이 열적 변형으로 인해 추가된 응력 값을 얻게 될 것이기 때문에 그 만큼의 절대치의 차를 알 수 가 없습니다. 물론 온도 보정을 하면 되지만 실시간으로 처리하는 데이터의 경우 신뢰성이 떨어질 수가 있겠죠. 실험을 한번 해보면 확실히 알 수 있습니다.
□ Half Bridge
그림의 외팔 보처럼 평균 응력을 측정하고자 할 때 그 두께에 따라 굽힘 응력과 압축 응력 값이 다를 경우나 굽힘 응력이나 압축 응력 중에서 폭 방향이나 길이 방향 값만을 얻고자 할 경우 등에 사용할 수 있습니다.
□ Full Bridge
그림에서 외팔 보의 경우와 같이 폭 방향에 대한 균일한 하중이 작용하지 않을 때 그 평균값을 얻고자 할 때나 인장을 받는 봉의 경우 Poisson's Ratio를 고려하여 측정하고자 할 때, 축의 토크를 측정시 오로지 회전 방향의 하중에 따른 토크만을 측정하고자 할 경우 예를 들면 회전축의 토크를 측정시 회전력을 전달하는 하중뿐만 아니라 베어링이나 커플링, 축 정렬 오차등에 의해 굽힘 하중등이 발생하게 되는 데 이를 제거하여 회전력만을 측정할 수 있도록 하는 경우에 사용할 수 있습니다.
[ 출처 : http://www.leeyo.pe.kr/ ]
위처럼 스트레인게이지의 개수에 따라서 구분할 수 있고 또한 스트레인게이지는 전기식으로 측정하는 전기식 스트레인게이지(electrical strain gage)와 기계식으로 측정하는 기계식 스트레인게이지(mechanical strain gage)의 2종류로 구분할 수 있습니다. 전기식 스트레인게이지는 구조체가 변형을 일으킬 때에 부착된 스트레인게이지의 전기적 저항이 변하여 이로부터 변형률을 측정하는 것이며, 기계식 스트레인게이지는 두 점 사이의 미소한 거리변화를 기계적으로 측정하여 구조체의 변형률을 측정하는 것입니다. 이 스트레인게이지의 개발로 인하여 구조체의 변형 상태를 정밀하게 측정할 수 있게 되었으며, 이 변형률에 의하여 응력을 알 수 있습니다. 스트레인게이지는 구조체의 재질에 따라 그 모양과 길이가 다른 것이 사용되며, 금속이나 강재에는 주로 5mm 게이지가, 콘크리트에는 30~100mm 게이지가 자주 사용됩니다. 이 스트레인게이지는 표면에 부착하는 부착게이지뿐만 아니라 물체나 구조체를 만들 때에 그 내부에 매몰시켜 설치하는 매몰형 스트레인게이지도 있습니다.
[ 출처 : http://kin.naver.com/detail/detail.php?d1id=11&dir_id=110202&docid=4240927&qb=7Iqk7Yq466CI7J246rKM7J207KeAIOydkeyaqQ==&enc=utf8 ]
이처럼 스트레인 게이지는 거의 변형률 측정 에 관련된 회로에 많이 쓰입니다.
그리고 실험 할 때 조교분이 왜 이 실험에서 스트레인 게이지를 2개를 사용하였는지 생각해보라 하였습니다. 일단, 스트레인 게이지를 2개를 사용하였으니 Half Bridge 로 정의되고, 우리가 실험하는 것은 외팔보였습니다. 외팔보의 아래에 하나, 위에 하나 이렇게 2개를 사용하였는데, 아마도 외팔보의 위의 스트레인 게이지는 인장 변형률을 계산하고 아랫부분의 스트레인 게이지는 압축 변형률을 계산하여 평균 변형률을 구하기 위해서 스트레인 게이지를 2개를 사용 한 것 같습니다.
실험측정 후 보니 시편이 처음엔 수평을 유지 하였는데, 나중에는 조금 아래로 처진 것이 보였습니다. 이 또한 조교분이 왜 그럴까 질문 하셨는데, 우리가 실험한 것은 연성 재료로써 항복응력 이하의 응력을 주었습니다. 제 생각은 연성재료가 변형 후 바로 회복되는 것이 아니라 회복되는데 시간이 걸리고, 항복응력 이하의 힘이라도 원래 시편의 길이를 다 회복하는 것이 아니라 미세한 차이가 있어서 그렇다고 생각합니다. 연성재료의 탄성 영역의 회복의 자료를 찾던 중 관련된 자료를 찾아보니 탄성회복율(彈性回復率, elastic recovery percentage), 레질리언스율(resilience percentage)이라는 자료를 찾았습니다. 이 두 단어는 같은 것으로 보아도 무방하다는 이야기도 들었는데 이 두 용어는, 어떤 물체에 힘으로 변형을 부여했을 때 그 원래대로 회복하는 비율을 말합니다. 그 계산 방법은 아래와 같습니다.
탄성회복율(%) = 회복된 길이 ÷ 힘을 가했을 때의 길이 × 100
회복된 길이는 힘을 가했을 때의 길이에서 원래의 길이를 뺀 값입니다.
스트레인 게이지의 고찰 부분의 첨부자료는 http://www.leeyo.pe.kr/ 이 사이트에서 내용을 가지고와서 편집 작업을 하였습니다. 이 사이트에는 스트레인게이지의 기본 구조에서부터 측정원리, 게이지 선택방법, 데이터 처리 및 스트레인게이지 붙이는 방법까지 과정을 상세하게 다루고 있어서 학부생들에게는 많은 도움이 되는 사이트인 것 같습니다. 자료를 찾으면서 책에 없는 내용을 알게 되어서 많은 도움이 되었고, 세세한 전기 회로도가 가리키는 내용은 잘 모르겠지만 어떤 원리에 의해서 변형이 측정 되고 응용 되는지에 대해서 알게 되어 유익한 실험이었습니다. 앞으로도 이런 이론에 관련된 실험을 하면서 이론과 실제 측정간의 관계에 대해서도 많이 배워야 하겠습니다.
끝으로 실험을 잘 할 수 있게 랩 실을 빌려주신 권 순 범 교수님 및 실험 설명과 실험의 도움을 주신 조 철 민 조교님께 감사의 말씀을 전합니다. 이상으로 보고서를 마칩니다. 지금까지 읽어주셔서 감사합니다.

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휘스톤 브리지 원리,   스트레인게이지,   휘스톤 브리지