strain gauge의 원리 개요

목차

1. Strain Gauge의 원리 개요
2. Strain Gauge의 원리
3. 휘스톤 브리지
4. 게이지율
5. 보의 변형량을 이용한 변형률의 측정
6. 진동응답에 의한 탄성계수 측정
7. 대수 감쇠율 측정
8. 실험 도구
9. 실험 방법
10. 실험 결과
11. 결론 및 고찰
12. 참고 문헌

본문내용

수 c인 형태의 항을 추가하면 해 x(t)가 감쇠한다는 것을 알 수 있다. 물리적 관찰도 이 모델과 잘 일치하며 다양한 기계시스템의 감쇠를 모델링하는 데 매우 훌륭하게 사용할 수 있다. 이런 형태의 감쇠를 점성감쇠라고 한다. 본 실험에서는 외팔보를 아래의 그림과 같은 점성감쇠(c)를 지닌 일자유도 진동계로 가정하고 실험을 진행하였다. 점성감쇠를 고려한 운동방정식은 자유물체도에 의하여 다음과 같다.mx + cx +kx = 0감쇠비(ζ)는 감쇠율 또는 감쇠치(damping factor)로도 불리워지며, 시스템의 임계감쇠 계수와 감쇠 계수의 비로써 정의된다.cc = 2m√k / √m = 2√(mk) = 2mωn ζ = c / cc = c / 2√(mk)여기서 x = ae^(λt) = 0 로 가정하고 mx + cx +kx = 0 식을 정리하면 다음과 같다.(mλ² + cλ + k)ae^(λt) = 0위의 식에서 ae^(λt) ≠ 0 이므로 근의 공식으로 풀이하면 다음과 같다.λ1,λ2 = -c±√(c²-mk) / 2m = -ζωn ± ωn√(ζ²-1)아래 그림과 같이 외팔보의 진동감쇠는 부족감쇠(under-damping)로 ζ < 1이고 = √-1,wd= wn√(1-ζ²) 라 하면 λ1,λ2 = -ζwn ± wd 로 정리된다. 여기서 도출되는 해를 오일러 공식을 이용해 정리하면 다음과 같다.x = Ae^ζwnt(wdt + Φ) 부족감쇠시스템의 변위응답 기록을 이용해 감쇠비를 결정 할 수 있으며, 이러한 방법에서 대수 감쇠비(ζ)가 나온다. 즉 대수 감소율의 값으로 도출되는 감쇠비는 아래와 같다.ζ = δ / √(4π²+δ²)
실험 도구이번 실험에서 사용되었던 도구는 아래와 같은 것들이 있다.
알루미늄 외팔보 &
스트레인 게이지:
외팔보의 변위를 이용해서 자유진동 응답을 시켜 스트레인 게이지를 통해 저항 변화 값을 구하기 위한 장치
오실로스코프:
시간에 따른 입력전압의 변화를 화면에 출력하는 장치
파워서플라이:
컴퓨터에 안정적인 전원을 공급하는 전원 공급 장치
디지털 멀티미터:
전압측정 외에 전류나 저항을 측정할 수 있는 디지털 전압계
줄자:
알루미늄 외팔보의 길이와 폭, 스트레인 게이지와의 길이를 측정하기 위한 도구
실험 방법①스트레인 게이지 및 변화율 측정- 외팔보에 변형을 가하면서 스트레인 게이지의 저항 변화값을 관측한다.- 관측된 변형값을 줄자로 측정하고, 스트레인 게이지의 저항 변화값을 멀티미터를 이용해 측정한다.- 측정한 값을 기록한다.②탄성계수 및 감쇠비 측정- 스트레인 게이지가 부착된 외팔보에 각자가 자유진동을 가한다- 오실로스코프를 이용하여 출력파형을 얻는다.- 오실로스코프를 이용하여 출력파형을 정지시킨 후, USB에 저장한다.
실험 결과⑴ 게이지율 측정①스트레인 게이지 및 변화율 측정 외팔보의 변형량에 다른 스트레인 게이지의 저항 변화값은 아래의 표와 같다. 저항 변화값에 따른 외팔보의 변형량은 거의 일정하였다.저항 변화 값(Ω)
외팔보의 변형량(cm)
-0.1
3
-0.2
7
-0.3
13.5
+0.1
3
+0.2
8
+0.3
12
②스트레인 게이지와 변화율을 계산하는 과정을 아래에 열거하였다.⑵ 탄성계수 및 감쇠비 측정①탄성계수 측정우선 자유진동을 가한 외팔보에 대한 오실로스코프의 출력파형은 다음과 같았다.그리고 엑셀에 기록된 각각의 좌표값을 MiniTab 프로그램을 이용하여 산점도로 표현해 보았다.미니탭을 이용하여 원하는 좌표의 크기를 알 수 있었다. 이를 통하여 주기를 구할 수 있었다. 탄성계수에 대한 계산과정은 아래에 열거하였다.
결론 및 고찰저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례 한다는 사실을 실험을 통하여 확실하게 알 수 있었다. 그리고 저항의 길이가 길어지거나 짧아지는 변화량이 비슷하면 저항의 변화량도 비슷한 값이 나온다는 것을 알 수 있었다. 미세한 변화(Strain)을 전기신호로 검출하는 Strain Gauge라는 생소한 장치에 대해서 공부할 수 있었던 좋은 계기가 되었다. 조원 모두가 실험을 했을 때 조금 더 세밀하게, 서두르지 않고 측정하였더라면 Gf 값이 거의 일정하게 나왔을 것이다. 오실로스코프 파형분석에 대한 엑셀자료를 보고 주기를 구하기가 쉽지 않았기 때문에 MiniTab을 이용하게 되었는데, 하나의 실험을 통하여 여타 다른 많은 프로그램들을 접해보고, 다루는 기회가 되었던 것 같다.
참고 문헌기초기계공학실험(GS인터비전), 네이버 지식백과http://www.imadang.co.kr/tech-data/strain.htm

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