Strain Gauge 실험 레포트

문서 내 토픽

1. 스트레인 게이지(Strain Gauge)

스트레인 게이지는 가해진 힘에 따라 저항이 변하는 센서로, 기계요소에서 변형률을 실험적으로 측정하는 가장 일반적인 변환기이다. 접착식 박막 스트레인 게이지는 폴리아미드 배면재 위에 그리드 형태로 증착된 얇은 금속 포일로 구성되며, 일반적으로 콘스탄탄으로 제작된다. 변형률을 전기 저항의 변화로 전환하여 측정하고자 하는 값을 도출한다. 단축 게이지, 2축 로젯, 비틀림 게이지, 3축/4축 로젯 게이지 등 다양한 종류가 있으며, 압력, 힘, 무게 등을 측정할 수 있다.
2. 휘스톤 브릿지(Wheatstone Bridge)

휘스톤 브릿지는 직류 전압에 의해 구동되며 4개의 저항으로 구성된 회로로, 스트레인 게이지의 작은 저항 변화를 정확하게 측정할 수 있다. 정적평형모드와 동적비평형모드 두 가지 동작 모드가 있으며, 단순한 전압분배기와 비교하여 정밀한 영점 설정이 용이하고 온도 보상이 가능하며 높은 민감도와 정밀도를 제공한다. ¼브릿지, ½브릿지, 풀 브릿지 등의 구성 방식이 있다.
3. 응력집중(Stress Concentration)

응력집중은 재료의 기하학적 형상이나 결함으로 인해 응력이 특정 부위에 집중되는 현상이다. 응력집중계수는 최대응력과 공칭응력의 비로 정의되며, 균열의 방향과 기하학적 형상에 따라 달라진다. 연성재료는 응력집중 효과를 받아도 큰 영구 변형률까지 견디지만, 취성재료는 응력집중 효과를 받으면 비례한도를 지나 바로 파단된다.
4. 응력과 변형률

응력은 물체의 내부에 작용하는 단위 면적당의 힘으로, 수직 응력과 전단 응력으로 분해된다. 변형률은 가해진 힘에 따라 물체에 일어난 변형의 정도로, 변화된 길이와 원래 길이의 비율로 정의된다. 인장으로 인한 늘어남은 양수, 압축으로 인한 줄어듦은 음수로 표현되며, 실제 측정에서는 마이크로 단위의 μ ε로 표기한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 스트레인 게이지(Strain Gauge)

스트레인 게이지는 재료의 미세한 변형을 정확하게 측정하는 매우 중요한 센서입니다. 저항 변화를 통해 변형률을 감지하는 원리는 간단하면서도 효과적이며, 산업 현장에서 구조물의 안전성 모니터링, 재료 특성 평가, 기계 부품의 성능 분석 등 다양한 분야에서 광범위하게 활용됩니다. 특히 높은 정확도와 빠른 응답 속도로 인해 실시간 데이터 수집이 필요한 응용에 매우 유용합니다. 다만 온도 변화에 민감하고 설치 위치에 따라 측정값이 달라질 수 있다는 점은 신중한 보정과 관리가 필요함을 의미합니다.
2. 휘스톤 브릿지(Wheatstone Bridge)

휘스톤 브릿지는 저항값의 미세한 변화를 증폭하여 감지할 수 있는 고전적이면서도 매우 효율적인 회로입니다. 스트레인 게이지와 함께 사용될 때 측정 신호의 신호대잡음비를 크게 향상시키며, 온도 보상 기능도 제공할 수 있어 측정의 정확성을 높입니다. 이 회로의 균형 조건을 이용한 원리는 직관적이고 이해하기 쉬우며, 현대의 디지털 센서 시대에도 여전히 많은 아날로그 측정 시스템의 핵심 요소로 활용되고 있습니다. 정밀한 계측 장비에서 필수적인 구성 요소입니다.
3. 응력집중(Stress Concentration)

응력집중은 구조물의 설계와 안전성 평가에서 반드시 고려해야 하는 중요한 현상입니다. 구멍, 모서리, 단면 변화 등의 기하학적 불연속으로 인해 국소적으로 응력이 크게 증가하는 현상은 피로 파괴와 갑작스러운 파괴의 주요 원인이 됩니다. 응력집중계수를 정확히 파악하고 설계에 반영하는 것은 구조물의 신뢰성과 수명을 크게 향상시킵니다. 현대의 유한요소해석 기술로 복잡한 형상의 응력집중을 정확히 예측할 수 있게 되었으며, 이는 안전하고 효율적인 제품 설계에 필수적입니다.
4. 응력과 변형률

응력과 변형률은 재료역학의 가장 기본적이면서도 핵심적인 개념입니다. 응력은 재료에 작용하는 외력의 강도를 나타내고, 변형률은 재료의 기하학적 변화를 정량화합니다. 이 두 개념 사이의 관계인 응력-변형률 곡선은 재료의 기계적 성질을 완전히 설명하며, 탄성계수, 항복강도, 인장강도 등 중요한 재료 특성을 결정합니다. 구조 설계, 재료 선택, 안전성 평가 등 모든 공학 분야에서 이 기본 개념에 기초하여 의사결정이 이루어집니다. 따라서 응력과 변형률의 정확한 이해는 모든 엔지니어에게 필수적입니다.

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