1. 스트레인 게이지란?
스트레인 게이지는 힘이 가해질 때 저항의 변화를 측정한 다음 전기 저항의 변화를 측정값으로 변환하는 센서입니다. 스트레인 게이지는 길고 얇은 금속 도체 호일 조각으로 만들어지며 캐리어라고 하는 유연한 지지재에 접착됩니다. 저항성 포일에 납땜된 두 개의 전기 리드는 스트레인 게이지에 전류를 보내고 테스트 중인 표면의 변화에 비례하여 스트레인 게이지를 늘리거나 수축시킵니다. 전기 저항의 변화는 테스트 표면의 치수가 변경될 때 발생합니다.
물체에 힘이 가해지면 변형은 스트레인 게이지로 측정된 압축력 또는 인장력에 의해 발생합니다. 변형은 신장 및 늘이기 또는 좁아짐, 단축 및 넓어짐의 형태를 취할 수 있습니다. 변환과 변화의 결과는 측정 가능한 저항을 생성합니다.
스트레인 게이지의 기능에는 인장, 압축, 굽힘, 비틀림 및 전단 응력을 측정하는 기능이 포함되며 물체의 형상에서 가장 미세하고 불분명한 변화를 측정할 수 있습니다. 저항의 변화가 매우 작기 때문에 스트레인 게이지에는 가장 작은 양의 저항에 민감한 매우 얇은 금속 스트립이 있습니다.
스트레인 게이지의 주요 응용 분야는 하중 셀과 같은 힘 및 압력 트랜스듀서의 제조에 있으며, 이는 전자 신호로 변환하여 물체에 가해지는 기계적 하중을 측정하는 트랜스듀서의 일종입니다. 스트레인 게이지 로드셀은 가장 일반적인 유형의 로드셀이며 중량 판독에 널리 사용됩니다.
2. 스트레인 게이지 작동 원리
다양한 물리적 현상으로 인해 도체의 전기 저항이 변경될 수 있으며 온도, 변형률 및 포토 일루미네이션은 전기 저항에 영향을 미치는 알려진 요인입니다. 로드셀과 같은 포스 트랜스듀서는 기계적 변형률과 도체의 전기 저항 사이의 관계를 활용하기 위해 스트레인 게이지를 사용합니다.
모든 구성 요소는 동작이나 힘이 적용될 때 어떤 형태의 하중을 인가되며 기계적 응력과 변형률의 특성을 이해하는 것은 부품이 응용 분야의 하중을 견딜 수 있는지 여부를 결정하는 데 중요합니다. 스트레인 게이지는 부품이 견딜 수 있는 응력의 양을 관찰하고 모니터링할 수 있도록 정확하고 정밀한 판독값을 제공하는 장치이며 잠재적인 고장 또는 손상을 예측하는 데 도움이 됩니다.
전선의 전기 저항은 길이에 정비례하고 단면적에 반비례합니다. 스트레인 게이지를 늘리면 와이어의 길이는 늘어나고 단면적은 줄어듭니다. 따라서 와이어의 전기 저항이 증가하고 스트레인 게이지를 압축하면 전기 저항이 감소합니다.
스트레인 게이지는 휘트스톤 브리지 회로를 응용한 것이며 휘트스톤 브리지 회로는 4개의 저항과 전기 에너지원으로 구성되며 4개의 저항 중 하나는 가변적이고 나머지는 고정되어 있습니다. 이 가변 저항은 스트레인 게이지이며 직류(DC) 공급이 브리지 회로를 통해 공급되는데 이를 여기 소스라고 합니다.
휘트스톤 브리지 출력은 표시된 Vg에서 측정된 갭 전압이며 브리지는 갭 전압이 0일 때 균형을 이룬다고 합니다. 일반적으로 디바이스의 초기 상태이며 불균형은 가변 저항을 가로질러 저항이 변할 때 발생하여 갭을 가로질러 전위가 존재합니다.
3. 스트레인 게이지의 종류
1) 리니어 스트레인 게이지
선형 스트레인 게이지는 한 방향의 변형률을 측정하며 구조가 가장 간단하고 비용이 가장 저렴합니다. 따라서 하중 테스트, 피로 테스트 및 구조적 무결성 모니터링과 같은 일반적인 용도에 적합합니다. 이러한 유형에는 쿼터 브리지, 대각선 브리지 또는 축 풀 브리지 회로가 있을 수 있습니다.
2) 로제트 스트레인 게이지
로제트 스트레인 게이지는 공통 캐리어에 결합된 여러 측정 요소로 만들어지며 스트레인 게이지의 배열은 로제트 또는 원형 패턴과 유사합니다. 이축 응력 조건에 의해 생성된 변형률을 측정하기 위해 서로 다른 측정 축을 갖도록 지향됩니다.
로제트 스트레인 게이지에는 여러 유형이 있습니다.
- 티 로제트 스트레인 게이지: 90° 로제트라고도 하는 이 스트레인 게이지는 서로 수직으로 향하는 두 개의 측정 요소로 구성됩니다. 주요 변형률 방향이 알려진 응용 분야에서 사용됩니다. 하나의 측정 요소는 변형률의 방향에 맞춰 정렬됩니다.
90° 로제트 스트레인 게이지는 하프 브리지 회로로 구성할 수 있습니다. 풀 브리지 회로는 여러 개의 로제트를 사용하여 만들 수도 있습니다.
- 직사각형 로제트 스트레인 게이지: 이 로제트 스트레인 게이지에는 0°/45°/90°에서 교차하는 3개의 측정 요소가 있습니다. 주 변형률 방향을 알 수 없을 때 사용됩니다.
- 델타 로제트 스트레인 게이지: 직사각형 스트레인 게이지와 마찬가지로 주 스트레인 방향을 알 수 없는 경우에도 사용됩니다. 측정 요소는 0°/60°/120°로 정렬됩니다.
직사각형 및 델타 로제트는 다른 스트레인 게이지와 다르게 구성되며 측정 요소의 판독값은 일반적으로 시뮬레이션 및 데이터 축소를 위해 컴퓨터 프로그램에 제공됩니다. 주로 응력 분석 및 동적 하중 모니터링에 적합합니다.
3) 전단 스트레인 게이지
전단 변형률계는 토크 또는 비틀림 하중으로 인한 전단 변형률을 측정하는 데 사용되며 하나 또는 두 개의 측정 그리드를 단일 캐리어에 결합할 수 있습니다. 단일 스트레인 게이지 요소는 샤프트 축에 대해 45° 각도로 정렬되며 2그리드 전단 스트레인 게이지(V Rosette)에는 45° 및 135°로 정렬된 측정 요소가 있습니다. 전단 스트레인 게이지의 응용 분야는 엔진 샤프트와 구동계입니다. 샤프트 동력은 스트레인 게이지 측정에서 계산할 수 있습니다.
4) 더블 평행 스트레인 게이지
더블 평행 스트레인 게이지는 서로 평행하게 정렬된 두 개의 선형 스트레인 게이지로 만들어지며 다양한 브리지 회로 구성과 함께 사용할 수 있습니다. 전형적인 예는 두 개의 이중 평행 스트레인 게이지가 구조물의 반대쪽에 배치되는 굽힘 풀 브리지 회로입니다.
5) 다이어프램 스트레인 게이지
다이어프램 스트레인 게이지는 기둥, 빔 또는 샤프트의 방사형 및 접선 변형률을 측정하는 데 사용되며 일반적으로 풀 브리지 회로로 구성되며 4개의 측정 요소는 원형 또는 선형 패턴으로 배열됩니다. 접선 측정 요소는 캐리어의 주변 근처에 위치하고, 방사형 측정 요소는 중앙 근처에 결합됩니다.
'데이터계측분석 > 센서 기술자료' 카테고리의 다른 글
| 압력게이지의 종류 (0) | 2024.05.12 |
|---|---|
| 힘 센서의 원리 및 종류 (0) | 2024.05.03 |
| 스트레인 게이지 브릿지회로 (0) | 2024.05.02 |
| 로드셀의 종류 (0) | 2024.05.02 |
| 초음파 유량계의 종류와 용도 (0) | 2024.04.25 |