경북대학교 기초전기전자실험 스트레인게이지 실험보고서 [기계공학부]

문서 내 토픽

1. 스트레인 게이지

스트레인 게이지는 저항으로 이루어진 센서로서 피 측정물에 부착되어 피측정물의 물리적인 변형률(Strain)을 휘트스톤 브리지 방식으로 전기적인 신호로 바꾸어 측정물의 변형량을 측정하는 저항 센서입니다. 스트레인 게이지의 구조, 원리, 종류 및 연결 방식에 대해 자세히 설명하고 있습니다.
2. 게이지율

게이지율(Gauge Factor)은 스트레인 게이지의 감도를 나타내는 지표로, 단위 변형당 저항의 변화율을 의미합니다. 게이지율이 클수록 감도가 높습니다. 게이지율은 재료의 포아송 효과와 변형에 의한 비저항 변화량에 의해 영향을 받습니다.
3. 휘트스톤 브리지

휘트스톤 브리지는 4개의 저항이 사각형의 각 변에 위치하고 대각선을 잇는 저항이나 전압계를 브리지로 하는 회로입니다. 평형 휘트스톤 브리지와 불평형 휘트스톤 브리지에 대해 설명하고 있습니다.
4. VDAS (데이터 획득장치)

VDAS(데이터 획득장치)는 데이터를 자동으로 계측, 계산, 저장하는 시스템으로 하드웨어와 소프트웨어로 구성됩니다. 센서에서 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 컴퓨터에서 처리할 수 있도록 합니다.
5. 굽힘 실험

굽힘 실험에서는 나이프 에지 행거에 하중을 가하여 빔의 굽힘 변형을 측정하였습니다. 변형 눈금과 출력전압, 계산된 응력-변형 관계를 분석하여 훅의 법칙이 성립함을 확인하였습니다.
6. 비틀림 실험

비틀림 실험에서는 토크 암에 하중을 가하여 빔의 비틀림 변형을 측정하였습니다. 변형 눈금과 계산된 전단 응력-변형 관계를 분석하여 이론과 잘 일치함을 확인하였습니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 스트레인 게이지

스트레인 게이지는 물체에 가해지는 힘이나 변형을 측정하는 데 사용되는 중요한 센서 기술입니다. 이 게이지는 물체의 표면에 부착되어 물체가 변형될 때 발생하는 미세한 저항 변화를 감지하여 변형량을 측정할 수 있습니다. 이를 통해 구조물의 응력, 변형, 하중 등을 정확하게 파악할 수 있어 다양한 공학 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 특히 기계, 토목, 항공우주 등의 분야에서 구조물의 안전성 및 성능 평가에 필수적인 도구로 사용되고 있습니다. 향후 스트레인 게이지 기술의 발전으로 더욱 정밀하고 신뢰성 높은 측정이 가능해질 것으로 기대됩니다.
2. 게이지율

게이지율은 스트레인 게이지의 중요한 특성 중 하나로, 게이지가 측정하는 변형률과 실제 물체의 변형률 사이의 비율을 나타냅니다. 게이지율은 게이지의 감도와 정확도를 결정하는 핵심 요소이며, 이를 통해 측정 결과의 신뢰성을 확보할 수 있습니다. 높은 게이지율은 미세한 변형도 정확하게 감지할 수 있어 정밀한 측정이 필요한 분야에 유용합니다. 반면 낮은 게이지율은 변형 감지 능력이 떨어져 대변형 측정에 적합합니다. 따라서 측정 대상과 목적에 따라 적절한 게이지율을 선택하는 것이 중요합니다. 게이지율 향상을 위한 지속적인 기술 개발이 필요할 것으로 보입니다.
3. 휘트스톤 브리지

휘트스톤 브리지는 스트레인 게이지를 이용하여 저항 변화를 측정하는 대표적인 회로 구조입니다. 이 브리지 회로는 4개의 저항으로 구성되며, 그 중 하나가 스트레인 게이지로 사용됩니다. 스트레인 게이지의 저항 변화에 따라 브리지의 출력 전압이 변화하게 되며, 이를 통해 변형량을 측정할 수 있습니다. 휘트스톤 브리지는 온도 변화, 전압 변동 등의 외부 요인에 강인한 특성을 가지고 있어 정밀한 측정이 필요한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 또한 브리지 회로의 구성을 변경하여 다양한 용도로 활용할 수 있다는 장점이 있습니다. 향후 휘트스톤 브리지 기술의 발전으로 더욱 정확하고 안정적인 변형 측정이 가능해질 것으로 기대됩니다.
4. VDAS (데이터 획득장치)

VDAS(Virtual Data Acquisition System)는 스트레인 게이지와 같은 센서로부터 측정된 데이터를 컴퓨터로 전송하고 처리하는 데이터 획득 시스템입니다. VDAS는 실험 데이터의 실시간 모니터링, 분석, 저장 등을 가능하게 하여 실험 결과의 정확성과 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 특히 복잡한 구조물의 변형 및 응력 분포 분석에 유용하게 활용될 수 있습니다. 또한 VDAS는 다양한 센서와 호환되어 통합 계측 시스템을 구축할 수 있어 실험 환경의 유연성을 높일 수 있습니다. 향후 VDAS 기술의 발전으로 더욱 정밀하고 효율적인 데이터 처리가 가능해질 것으로 기대됩니다.
5. 굽힘 실험

굽힘 실험은 재료나 구조물의 굽힘 강도와 변형 특성을 평가하는 대표적인 실험 방법입니다. 이 실험에서는 시편에 수직 방향의 하중을 가하여 발생하는 변형을 측정하고 분석합니다. 스트레인 게이지를 이용하면 시편의 표면 변형률을 정확하게 측정할 수 있어 재료의 탄성 및 소성 특성을 파악할 수 있습니다. 또한 VDAS와 같은 데이터 획득 시스템을 활용하면 실험 데이터를 실시간으로 모니터링하고 분석할 수 있어 실험 결과의 신뢰성을 높일 수 있습니다. 굽힘 실험은 기계, 토목, 항공우주 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 하며, 향후 실험 기술의 발전으로 더욱 정밀하고 효율적인 평가가 가능해질 것으로 기대됩니다.
6. 비틀림 실험

비틀림 실험은 재료나 구조물의 비틀림 강도와 변형 특성을 평가하는 실험 방법입니다. 이 실험에서는 시편에 비틀림 모멘트를 가하여 발생하는 변형을 측정하고 분석합니다. 스트레인 게이지를 이용하면 시편의 표면 변형률을 정확하게 측정할 수 있어 재료의 비틀림 특성을 파악할 수 있습니다. 또한 VDAS와 같은 데이터 획득 시스템을 활용하면 실험 데이터를 실시간으로 모니터링하고 분석할 수 있어 실험 결과의 신뢰성을 높일 수 있습니다. 비틀림 실험은 기계, 토목, 항공우주 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 하며, 특히 회전체 및 축 구조물의 설계와 평가에 활용됩니다. 향후 실험 기술의 발전으로 더욱 정밀하고 효율적인 비틀림 특성 평가가 가능해질 것으로 기대됩니다.