실험보고서 - 스트레인 게이지
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1. 실험 목적
외력이나 자주에 의하여 재료는 미소한 변형을 발생하게 되고 어느 수준을 넘어서면 재료는 구조용으로 부적합하게 되며, 파손 및 재해의 원인이 된다. 스트레인의 측정범위는 정적인 측정에서 동적인 측정까지 미치는 것으로 본 실험에서는 스트레인게이지의 원리 및 측정법을 익히는 한편 응력을 구하는 방법을 습득하는 데 있다. 실험기를 다루는 요령습득 및 스트레인 게이지의 작동원리를 이해한다. 한쪽 끝이 고정되어 있는 보에서 실험에 의한 처짐과 이론식에 의한 처짐과 비교해 본다.
2. 이론적 배경
◉ 스트레인 게이지의 원리
물체에 힘이 작용하여 물체의 변형이 일어나는 효과를 이용하여 재료의 응력, 스트레인을 측정하는 센서인 스트레인 게이지는 저항 소자의 길이 변화율과 저항의 변화율이 비례하는 특성을 응용한 것이다. 피 측정물과 스트레인 게이지는 완전히 접착시킨 상태에서
→ 피측정물에서 발생하는 변형량은 변형량 감지 저항체에 그대로 전달.
→ 저항체의 변화는 전기 저항값의 변화를 유발
→ 변형량과 저항변화 사이에는 일정한 관계가 있으며 이 저항값의 변화에서 변형량 값을 알아낼 수 있다.
Strain Gauge는 베이스라 불리는 플라스틱이나 종이 위에 매우 가느다란 금속 전선을 앞, 뒤 반복적으로 배치해 놓은 저항체이다. 일반적으로 전선은 구리와 니켈의 합금을 사용하여 직경은 약 25㎛정도이다. 이 전선은 grid와 같이 지그재그로 감겨져 있고 하중이 작용하면 전선의 길이가 늘어나는 효과를 가져온다. 납땜 부위는 게이지의 끝에 부착되어져 있다. 스트레인게이지는 매우 작게 만들어 질 수 있다. 때로는 0.4mm정도로 작게 만들어 지기도 한다. 이런 게이지는 강한 금속에 부착되어 지며, 일반적으로 하중을 감지하는 로드셀이라는 것을 만든다.
Strain Gauge의 원리는 저항을 응용한 것이다. 저항 소자는 길이 변화율(변형율)과 저항의 변화율이 비례하는 특성을 갖는데 스트레인 게이지는 바로 이 특성을 응용한 것이다. 그리고 이 변형율과 저항 변화율의 비를 Gauge Factor라고 하며 스트레인 게이지 제작사에서 제공되는 값을 사용한다. 측정된 스트레인은 브리지 회로의 출력 전압으로 나타나지만 실제로는 저항의 변화를 측정하는 것이므로 게이지 Factor 만 있으면 저항 변화량으로부터 변형율을 바로 구해 낼 수 있는 것이다.
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