(예비+결과) 스트레인게이지

목차

◆예비보고서

■스트레인 게이지 부착법
■스트레인게이지란?

― Wheatstone Bridge 분류


◆결과보고서

◆검토

본문내용

있는 Dummy를 쓰게 된다. 각각의 경우에 따라 세세하게 알아보자.
1) 쿼터브릿지 (앰프내장형 더미 게이지를 쓸 경우)
-2선방식: 간단한 실험의 경우나 교육용의 경우에 사용하는 방식이다.
-3선방식
: 측정방식과 계측장비 특히 앰프와의 거리가 멀 경우 즉 도선의 저항을 무시할 수 없을 때 사용하며, 특별한 경우가 아니라면 이 방법을 사용하는 것이 좋다. 예를 들어 게이지를 붙이는 과정이나 결선과정 도선 저 항등에 의해 최초 게이지 사양에 명시된 저항 치를 초과하게 되는데, 이때 대부분의 앰프는 이러한 결과를 조정할 수 있도록 Balancing기능이 있어 어느 정도 조정할 수 있지만 이를 초과할 경우 즉, 측정이 측정대상의 변형 결과 값이 커 제품의 사양에 명시된 Range를 벗어나 초과된 측정치가 앰프 상에서 잘려 나가는 결과를 초래할 수 있다. 그래서 조금이나마 최초게이지 저항 값에 따른 평형상태를 벗어나지 않도록 최소한의 값을 유지하기 위해서 이 방법을 쓰게 된다.
-외부 더미 게이지를 쓸 경우
특수한 환경(온도, 압력 등)에서 실험할 경우 사용하는 방법으로 위에서 설명한 3선방식보다 더 좋은 결과를 얻을 수 있다. 예를 들면 윤활유로 채워진 기어 박스내부의 특정 하중에 의한 응력만을 측정하고자 할 경우 측정대상이 열적 평형으로 인해 추가된 응력 값을 얻게 될 것이지 때문에 그 만큼의 절대치의 차를 알 수 없다. 물론 온도보정을 하면 되지만 실시간으로 처리하는 데이터의 경우 신뢰성이 떨어질 수가 있다. 따라서 외부 더미 게이지를 쓰게 되면 더욱 신뢰성이 확보된다.
2) 하프브릿지
외팔보처럼 평균응력을 측정하고자 할 때 그 두께에 따라 굽힙응력과 압축응력 값이 다를 경우나 굽힘응력이나 압축응력 중에서 폭 방향이나 길이 방향 값만을 얻고자 할 경우 등에 사용할 수 있다.
3) 풀브릿지
외팔보의 경우와 같이 길이 폭 방향에 대한 균일한 하중이 작용하지 않을 때 그 평균값을 얻고자 할 때나 인장을 받는 봉의 경의 Poisson\'s Ratio를 고려하여 측정하고자 할 때, 축의 토크를 측정 시 오로지 회전 방향의 하중에 따른 토크만을 측정하고자 할 경우 예를 들면 회전축의 토크를 측정 시 회전력을 전달하는 하중뿐만 아니라 베어링이나 커플링, 축 정렬 오차 등에 의해 굽힘하중 등이 발생하게 되는 데 이를 제거하여 회전력만을 측정할 수 있도록 하는 경우에 사용할 수 있다.
◆결과보고서
b:25.00mm
h:3.00mm
L:200mm
단위를 맞쳐주기 위해서 m로 모두 바꾸거나 mm로 통일을 시킨다.
m로 모두 단위를 통일 시키고 식을 정리했다.
먼저 이론값을 구하면,
①50g의 추를 하중을 사용했을 때, (단위는 무차원이다)
②100g 일때,
③200g 일때,
다음은 실험값을 구하면,
추의 무게
(50g)
(100g)
(200g)
이론값과 실험값을 엑셀로 그래프를 그리면 다음과 같다.
(1) 이론값을 나타낸 그래프
(2) 실험값을 나타낸 그래프
실험값을 통해서 임의의 추의 무게를 구할 수 있다.
임의의 추를 달았을 때의 변형이 139 였다.
그러므로 이 값을 의 식의 x값에 넣으면
추의 무게 y를 구할 수 있다. y의 값은 179.48이 나온다
그러므로 임의의 추의 무게는 179.48g 이다.
실험값과 이론값의 오차를 구해보면,
오차 =
50g일 때
100g 일 때
200g 일 때
변위
2mm
107
4mm
217
6mm
329
이번에는 처짐량과 스트레인을 구해보면
처짐량과 스트레인을 엑셀로 그래프를 그리면 다음과 같다.
임의의 처짐량 a 에 대한 변형률이 277이다.
y=0.018x + 0.078의 식에 x=277을 대입시키면
y= 5.06mm이다. 그러므로 임의의 처짐량 a = 5.07mm 라는 것을 알 수 있다.
◆검토
우리는 인장시험을 위해서 먼저 알루미늄 시편을 준비해서 스트레인게이지를 붙일 곳에 사포로 알루미늄을 깨끗이 문질렀다. 사포를 문지를 때는 한쪽 방향으로만 문질러 깨끗한 시편이 된다. 시편의 끝에서 10mm를 띄운 곳을 샤프로 표시했다. 이 부분은 실험에서 추를 매 다는 곳이다. 그리고 그 지점에서 200mm떨어진 곳을 재서 연필로 십자를 표시 했다. 이 부분이 스트레인게이지를 붙이는 곳이다.
십자로 표시한 곳에 정확하게 스트레인게이지를 붙이는 것에서 어려움이 있었고
많은 시간을 들였다. 본드를 이용해서 스트레인게이지를 붙이고 스트레인 인디케이터로 변형을 실험 하였다. 시편을 움직이지 않게 고정시켰다. 채널을 선택하고 쿼터브릿지를 연결했다. 게이지팩터 값 K는 2.16이었으므로 이 값을 입력 해 줬다. 추를 시편에 달고 balance를 눌러 0 값을 지정 해줬다. 추의 무게를 바꿔 가면서 실험을 했고 임의의 추에 대해서도 그래프를 통해 구해낸 방정식으로 무게를 구했다.
다음으로는 처짐량을 줘서 변형률을 구했다. 마이크로미터는 2바퀴 돌릴때 마다 1mm씩 움직이는 것을 배웠다. 2.4.6mm에 대해서 실험일 바꿔 가면서 했고
임의의 처짐량에 대해서 그래프를 통해 구해낸 방정식으로 구할 수 도 있었다.
엑셀로 R의 제곱 값을 구할 수 있었다. R의 제곱 값이 1에 가까울 수록 그래프가
직선에 가까운 의미를 나타낸다. 이론값과 실험값 모두 거의 1에 가까운 값을 얻었다. 이론 값과 실험값의 차이가 많이 나지 않는 다는 의미로써 실험이 매우 잘 된 것 같다. 하지만 약간의 오차가 발생한 이유를 생각해 보았다.
그 원인으로써는 첫째, 시편을 사포로 갈 때 완벽히 맨들맨들 하게 만들지 못했기 때문에 스트레인게이지를 붙이는 데 정확 할 수가 없었다. 둘째로는 스트레인게이지를 정확하게 우리가 표시한 곳에 붙이는데 한계가 있었다. 컴퓨터가 하는것이 아니라 사람이 하는 것 이므로 오차가 발생할 수 밖에 없다고 생각한다. 세 번째로는 시편의 약간의 벤딩이 있었다. 또한 시편이 정확히 직사각형이아니 여서 b와 h값 L 값을 정확히 측정 할 수 가 없었다. 다음으로는 추를 시편에 매달아 측정할 때 실이 정확히 표시한곳에 일치 시키려 했고 추가 완벽히 움직이지 않을 때 기계로 측정을 하려 했지만 약간의 움직임이 있어 이때 오차가 발생 한 것 같다.

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