스트레인 게이지는 브릿지 구성에 따라 분류되며 간단한 로드셀 또는 포스 트랜스듀서는 하나의 스트레인 게이지만 사용하며 쿼터 브리지 구성이라는 회로를 사용합니다. 더 나은 성능을 얻기 위해 대부분의 설계는 2개 또는 4개의 스트레인 게이지를 사용합니다. 2개의 스트레인 게이지를 사용하는 것을 하프 브리지라고 하고, 4개를 사용하는 것을 풀 브리지 회로라고 합니다.
1) 쿼터 브리지
휘트스톤 브리지를 쿼터 브리지 회로라고 합니다. 단일 액티브 스트레인 게이지가 가변 저항을 대신하며 스트레인 게이지는 하나만 사용하기 때문에 한 가지 유형의 스트레인만 측정할 수 있습니다.
쿼터 브리지 회로는 두 가지 구성으로 더 나뉩니다.
- 단순 쿼터 브리지: 이것은 이 범주의 스트레인 게이지 유형 중 가장 간단하며 1개의 활성 게이지와 3개의 완료 저항으로 구성됩니다. 스트레인 게이지와 쌍을 이루는 완성 저항을 더미 저항이라고 하며 이 유형은 가장 민감하지 않으며 온도 변화로 인한 오류가 발생하기 쉽습니다.
- 더미 게이지가 있는 쿼터 브리지: 이 회로에는 두 개의 스트레인 게이지가 사용되며 하나의 스트레인 게이지는 활성화되고 다른 스트레인 게이지는 더미로 사용됩니다. 활성 게이지는 측정할 변형률의 방향에 따라 정렬되며 더미 게이지는 가로 방향을 향합니다. 기계적 부하가 가해지면 활성 게이지는 더 큰 변형을 경험하므로 더미 게이지보다 전기 저항의 변화가 더 큽니다. 온도 변화와 관련하여 변화는 활성 게이지와 더미 게이지 모두에서 동일한 크기로 느껴집니다. 활성 게이지와 더미 게이지가 같은 브리지에 있기 때문에 저항 비율은 변경되지 않아 온도의 영향은 무효화되거나 최소화됩니다.
2) 더블 쿼터 브릿지 또는 대각선 브릿지
더블 쿼터 브리지는 두 개의 활성 스트레인 게이지가 있습니다. 하나의 스트레인 게이지는 회로의 한쪽 다리에 배치되고 다른 게이지는 두 번째 다리에 배치됩니다. 탄성 요소 또는 구조물에서 게이지는 하중 방향과 평행한 반대쪽에 장착됩니다.
대각선 브릿지로 사용할 때 알려진 두 가지 이점이 있는데 첫 번째는 감도 증가입니다. 두 개의 스트레인 게이지가 동일한 양의 변형을 경험하기 때문에 더 큰 출력을 얻을 수 있고 증가는 단순한 쿼터 브리지 회로의 약 두 배입니다.
또 다른 장점은 굽힘 변형을 거부하는 기능이며 대각선 브리지 스트레인 게이지는 인장 및 압축 변형률만 측정합니다. 게이지가 반대 방향의 변형을 감지하면 효과가 무효화되며 게이지에 의해 발생하는 변형은 동일한 방향이어야 합니다.
그러나 단점은 온도 변화의 영향이 크다는 것이며 이 구성은 오류를 두 배로 늘립니다. 이에 대응하려면 더미 게이지를 각 활성 게이지와 페어링해야 합니다.
3) 하프 브리지
하프 브리지 회로에는 활성 게이지로 사용되는 두 개의 스트레인 게이지가 있습니다. 두 개의 변형률 측정 요소가 있기 때문에 쿼터 브리지 유형보다 더 민감하며 하프 브리지 회로의 스트레인 게이지는 두 가지 방법으로 구성할 수 있습니다.
- 푸아송 게이지가 있는 하프 브리지: 이 설계에서 하나의 스트레인 게이지는 세로 또는 축 방향으로 향하고 다른 스트레인 게이지는 가로 방향으로 향합니다. 인장, 압축 및 굽힘 변형률을 더 높은 감도로 측정할 수 있습니다.
이 하프 브리지 구성은 푸아송 효과에 따라 작동하며 푸아송 효과는 재료가 하중에 수직인 방향으로 단면을 변경하는 경향이며 대부분의 재료는 수직 방향에서 반대 변형을 나타납니다. 두 스트레인 게이지 모두 두 축의 치수 변화를 측정하는 데 사용되기 때문에 다양한 저항에 대한 영향이 증가하며 차례로 출력 전압의 크기를 향상시킵니다. 추가 출력은 재료의 푸아송 비율에 따라 다릅니다. 두 스트레인 게이지가 브리지 회로의 동일한 다리에 위치함으로써 온도의 영향을 상쇄시키며 더미 게이지 회로가 있는 쿼터 브리지에서 볼 수 있는 이점과 유사합니다.
- 벤딩 하프 브릿지: 하프 브리지 구성의 두 번째 유형은 트랜스듀서의 탄성 요소의 반대쪽에 장착된 두 개의 평행 스트레인 게이지를 특징으로 합니다. 스트레인 게이지는 이전 유형과 달리 서로 동일 평면에 있지 않습니다.
이 구성은 굽힘 변형률 측정에만 적용할 수 있습니다. 탄성 요소가 구부러지면 적용된 힘의 방향에 수직인 측면이 장력 또는 압축을 경험합니다. 두 개의 스트레인 게이지는 탄성 요소의 처짐을 측정합니다.
이 설계의 고유한 특징은 측정된 축 방향 변형을 제거할 수 있다는 것입니다. 변환기는 하나의 스트레인 게이지가 장력을 받는 동안 다른 스트레인 게이지가 압축되도록 전압 판독값을 해석합니다. 두 스트레인 게이지가 모두 장력 또는 압축 상태에 있을 때, 한 스트레인 게이지의 저항 변화는 다른 스트레인 게이지에 의해 무효화됩니다. 마찬가지로, 이 능력은 온도의 영향도 무효화합니다.
4) 풀 브릿지
풀 브리지 회로는 모든 저항을 액티브 게이지로 대체하며 4개의 스트레인 게이지를 사용하여 다양한 구성을 만들 수 있습니다. 모든 저항이 다양하기 때문에 구성에 관계없이 회로 전체에서 온도 효과가 무효화됩니다.
- 축 방향 및 굽힘 풀 브리지: 이 구성에서는 4개의 스트레인 게이지가 모두 구조물의 한쪽에 장착되며 게이지는 서로 동일 평면에 있습니다. 교량의 한쪽 다리에 있는 게이지 쌍은 한쪽이 다른 쪽에 수직이 되도록 방향이 지정됩니다.
축 방향 및 굽힘 풀 브리지 회로는 나란히 작동하는 두 개의 푸아송 하프 브리지 회로로 간주되어 하프 브리지 신호의 크기가 두 배인 출력 신호가 생성됩니다.
- 액시얼 풀 브릿지: 이 설계에서는 두 개의 스트레인 게이지가 구조물의 한쪽에 장착되고 다른 두 개는 반대쪽에 장착됩니다. 동일 평면상의 게이지는 해당 쌍과 수직으로 정렬됩니다.
축 방향 풀 브리지 회로는 대각선 브리지 회로와 유사한 굽힘 변형률 판독값을 제거합니다. 구조물의 반대쪽에 있는 스트레인 게이지는 동일한 변형 방향을 갖는 것으로 간주됩니다. 이러한 스트레인 게이지가 역방향의 변형률일 때, 저항 비율에 대한 영향은 무효화됩니다. 이전 유형과 유사하게 이 구성은 두 개의 푸아송 하프 브리지 회로처럼 작동합니다. 그 결과 센서가 매우 민감해집니다.
- 벤딩 풀 브릿지 : 이 회로는 스트레인 게이지 쌍을 구조물의 반대쪽에 배치하고 서로 평행하게 배치하여 생성됩니다. 배열은 축 유형의 배열과 유사해 보일 수 있습니다. 그러나 두 푸아송 게이지는 회로의 한쪽 다리에 배치됩니다.
이 버전의 벤딩 풀 브리지 회로는 푸아송 하프 브리지와 벤딩 하프 브리지 회로의 특성을 결합합니다. 축 방향 변형이 제거될 뿐만 아니라 신호 감도도 증가합니다. 생성된 출력 신호는 푸아송 하프 브리지의 두 배입니다.
- 푸아송 게이지가 없는 벤딩 풀 브릿지: 이 벤딩 풀 브리지 회로에는 4개의 스트레인 게이지가 모두 한 방향으로 정렬되어 있어 푸아송 게이지가 없습니다. 스트레인 게이지 쌍은 구조물의 반대쪽에 배치됩니다.
푸아송 게이지가 없는 벤딩 풀 브릿지는 두 개의 벤딩 하프 브리지 회로와 같은 기능을 합니다. 회로의 한쪽 브릿지에 있는 스트레인 게이지 쌍은 장력과 압축을 제공하며 쌍이 단일 방향의 편향을 감지할 때 축 방향 변형의 영향을 제거합니다.
4개의 스트레인 측정 컨덕터가 있기 때문에 이 구성의 감도는 단순한 쿼터 브리지 유형에 비해 4배입니다.
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