고체재료실험 - 스트레인게이지 결과보고서 (중앙대학교)

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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 저항으로 이루어진 센서로서 피측정물에 부착되어 피측정물의 물리적인 변형률을 휘스톤 브릿지 방식으로 전기적인 신호로 바꾸어 측정물의 변형량을 측정하는 저항 센서이다. 영국의 물리학자 휘트스톤이 발명하여 그의 이름을 붙였다.
회로 구성은 오른쪽의 그림과 같다. 그림처럼 가운데에 검류계를 설치하고 4방향으로 각각의 저항을 설치한다. 가변저항의 저항 값을 변화시키면 가운데 검류계에 전류가 흐르지 않는 값이 존재한다. 옴의 법칙에 따라 휘트스톤 브릿지를 분석하면 R1R4=R2R3이므로 기존 저항 2개의 값과 전류가 흐르지 않을 때의 가변저항 값을 알면 미지의 저항값을 구할 수 있다.
스트레인 게이지의 전기 저항체는 전류를 흐르지 않도록 하는 저항을 갖고 있는 것으로서 이 값은 저항체의 재질 종류에 따라 다르지만 일반적으로 저항체는 가늘고, 길어질수록 저항의 값이 커진다. 따라서 저항체를 잡아당기면 가늘고 길게 되어 저항이 증가하고 반대로 굵어지고 짧아지면 저항값은 줄어든다.
위와 같은 변형의 값을 전기적인 신호로 바꾸어 변형률 또는 응력을 측정할 수 있다.
여기서 측정되는 변형은 대부분 재질의 탄성 영역에서 측정이 이루어지며 변형의 방향에 따라 수직 변형과 전단 변형으로 나뉜다.
스트레인게이지는 위와 같은 원리를 이용하여 피측정물에 부착되어 피측정물의 기계적인 미세한 변형을 전기적인 신호로 바꾸어 주는 역할을 한다.

2.각 측정 방식(인장, 비틀림, 굽힘)에 사용된 회로 연결에 대해 설명하시오.
1)인장 측정방식
① 시편에 하중을 달아 중력으로 인한 변형률과 그로 인한 전압의 변화를 측정하는 것이다.
② strain gauge의 위치는 사진과 같이 시편의 앞뒤로 부착했다.
③ 두개의 strain gauge 모두 위아래로 늘어나는 방식이기 때문에 각각 Red gauge와 yellow gauge에 장착하였다.

참고 자료

Mechanics of materials, James M. Gere, (2020, Cengage), P. 670-672
National Instruments, https://www.ni.com/ko-kr/innovations/white-papers/07/measuring-strain-with-strain-gages.html (2020.8)
Naver, https://m.blog.naver.com/tkawns4537/220534485850 (2015,11)
https://www.scienceall.com/%ED%9C%98%ED%8A%B8%EC%8A%A4%ED%86%A4-%EB%B8%8C%EB%A6%AC%EC%A7%80wheatstone-bridge/
Mechanics of materials, James M. Gere, (2020, Cengage), P. 633-639
https://www.omega.co.uk/techref/pdf/Strain-gauge-application-info/how-to-position-strain-gauges.pdf