힘측정실험

소개

기계공학실험-힘측정실험
휘스톤 브릿지의 구조와 원리를 이해하고 그것을 이용하여 힘을 측정한다. 결과값의 유도과정과 실제측정값을 비교해 오차를 알아내고 그 원인을 고찰한다.

목차

1. 목적
2. 이론
1) 힘과 변형
2) 스트레인게이지
3) 휘스톤 브릿지
4) 뉴턴의 운동법칙
3. 실험장치
가) 고정저항, 가변저항
나) 브레드 보드
다) 전원 장치, 연결선
라) 스트립퍼, 조절용 드라이버
사) 멀티미터
아) 전원장치
4. 실험방법
가) 휘이트스톤 브릿지 기본 회로 실험
나) 휘이트스톤 브릿지 회로의 밸런스 실험
다) 힘 측정장치의 보정
라) 전체 시스템 보정
5. 결과
1) 휘스톤 브릿지 기본 회로 실험
2) 휘스톤 브릿지 온도변화에 따른 저항변화
3) 힘 측정 실험
6. 토의
1) 휘스톤 브릿지 기본 회로 실험
2) 휘스톤 브릿지 온도변화에 따른 저항변화
3) 힘 측정 실험
7. 결론

본문내용

1. 목적
휘스톤 브릿지의 구조와 원리를 이해하고 그것을 이용하여 힘을 측정한다. 결과값의 유도과정과 실제측정값을 비교해 오차를 알아내고 그 원인을 고찰한다.

2. 이론
1) 힘과 변형
고정된 끝으로부터의 길이 a지점에 집중력 P를 받는 보에서 발생하는 굽힘모멘트 Mb는
Mb = P*a 이다.
보의 변형률을 계산하는 식은 (y=중립면으로부터 임의의 거리)
변형에 의해 발생된 응력은 (E=재료의 탄성률)
모든 단면에서 발생한 응력의 합이 외부에서 가해진 모멘트의 합과 같다는 조건의 식을 단면 2차 모멘트로 표현하면 으로 나타낼 수 있다.
본 실험에서는 보의 두께 t, 폭 w, y=0.5t의 값을 가지므로
이란 식을 구할 수 있다.

원리 : 한쪽 끝이 고정되어 있는 외팔보의 자유단 끝에 하중을 걸면 변형을 일으킨다. 외팔보가 하중을 받을 때 외팔보 전체에 순수 굽힘 모멘트가 발생하게 된다.

2) 스트레인게이지
구조해석을 하기 위해서는 응력 측정과 하중측정을 해야 하는데 이때 한 방법으로 스트레인 게이지를 이용하여 측정할 수 있다. 스트레인 게이지는 측정하는 대상의 변형을 직접 측정할 수 있으며, 이를 전기적인 신호로 바꾸어 우리가 얻고자 하는 변형률이나 응력변화를 알 수가 있다. 여기서 측정할 변형 량은 거의 대부분이 재질의 탄성 영역 부분에서 측정이 이루어진다. 또한 변형의 방향에 따라 수직 변형과 전단 변형 측정이 있는데, 수직 변형을 측정하는 경우가 대부분이다.
단점 : 측정되는 변형률이 작아 저항변화가 매우 작다 / 단순 저항측정회로를 이용할 때 출력신호가 작고 영점 조절이 어렵다.
대안 : 스트레인 게이지의 저항선을 여러 개를 평행으로 직렬 연결하여 최대의 저항값 변 화를 도출 / 휘이트스톤 브릿지회로를 사용.

3) 휘스톤 브릿지
동일한 값을 가지는 4개의 저항으로 구성되는 브릿지 회로.

참고자료

· 없음