중앙대학교 고체재료실험 스트레인게이지 실험 결과 보고서

목차

1. 스트레인게이지의 원리를 서술하시오
2. 각 측정 방식(인장, 비틀림, 굽힘)에 사용된 회로 연결에 대해 설명하시오.
3. 실험방법 및 결과분석
4. 고찰
5. Reference

본문내용

스트레인 게이지는 가해지는 힘에 따라 저항이 변하는 센서이다. 이 게이지는 힘, 압력, 인장, 무게 등을 전기 저항의 변화로 전환하고, 그 이후에 저항을 측정한다.
아래 그림은 일반적인 포일형 스트레인 게이지의 구조를 나타내고 있다.
측정 그리드는 실제 변형량을 감지하는 부분으로, 변형량을 측정하고자 하는 금속 표면에 접착제를 붙여 부착한다. 이때 주의해야 할 점은 금속의 표면 세정상태를 확인해야 하며, 그렇지 않을 경우 정확한 변형량을 측정할 수 없게 된다. 게이지 인수(gauge factor)는 스트레인 게이지의 민감도를 의미하며,
GF=(∆R/R)/(∆L/L)=(∆R/R)/ε 으로 정의한다. 게이지율은 두 개의 요소에 의해 영향을 받는 것을 알 수 있는데, 오른쪽 항의 괄호에 있는 첫 번째 요소인 포아송 효과와 두 번째 항인 스트레인에 의한 비저항의 변화량 요소로 이것은 재료 물성의 변화에 의한 영향이다. 즉, 재료마다 게이지 인수는 달라지며, 재료마다 적절한 게이지 인수 값을 사용해야 한다는 점을 알 수 있다. 스트레인게이지를 이용하여 좌측 그림과 같은 회로를 구성하여 변형량을 측정하게 되는데, 이와 같은 회로를 휘스톤 브릿지라고 한다.
입력 전압, 출력 전압을 각각 V_in,V_out이라고 하고, 옴의 법칙을 이용하면, 를 얻는다. 즉, 기존 저항 값들(2개)과 전류가 흐르지 않을 때의 가변저항 값을 알면 미지의 저항값을 구할 수 있다.
스트레인게이지의 전기 저항체도 일반적인 저항체처럼 가늘고, 길어지면 저항의 값이 커진다. 따라서 스트레인게이지에 인장력이 작용할 때에는 저항이 증가하고, 압축력이 작용하면 저항이 감소한다.
위 그림은 대표적인 스트레인게이지 구성을 위한 회로의 모습을 나타내고 있다. 측정 방식, 특성에 따라서 원하는 회로를 선택할 수 있다.

참고 자료

https://kr.omega.com/prodinfo/straingages.html - OMEGA engineering - 스트레인 게이지
https://m.blog.naver.com/tkawns4537/220534485850 - 스트레인 게이지 원리 및 구조
https://m.blog.naver.com/iotsensor/222092061130 - 스트레인 게이지의 원리
https://www.ni.com/ko-kr/innovations/white-papers/07/measuring-strain-with-strain-gages.html
-스트레인게이지로 스트레인 측정
https://www.omega.co.uk/techref/pdf/Strain-gauge-application-info/how-to-position-strain-gauges.pdf -Strain Gauge Installation