스트레인 게이지 측정의 기초

스트레인 게이지는 힘이 가해질 때 재료의 팽창 또는 수축을 정확하게 측정하는 데 가장 유용한 도구 중 하나입니다. 스트레인 게이지는 또한 재료의 변형과 거의 선형으로 정렬 된 경우 적용된 힘을 간접적으로 측정하는 데 유용합니다.

스트레인 게이지 란?

스트레인 게이지는 스트레인의 양 (재료 변형)에 비례하여 전기 저항이 변하는 센서입니다.

이상적인 스트레인 게이지는 센서가 부착 된 표면의 세로 변형에 비례하여 저항을 변경합니다.

그러나 온도, 재료 특성 및 게이지를 재료에 접착시키는 접착제와 같이 저항에 영향을 미칠 수있는 다른 요소가 있습니다.

스트레인 게이지는 얇은 절연 에폭시 층으로 변형 된 표면에 접착 된 매우가는 금속 와이어 또는 호일의 평행 그리드로 구성됩니다. 결합 된 재료가 변형되면 변형이 접착제를 통해 전달됩니다. 그리드 모양은 단위 면적당 최대 저항 변화를 제공하는 패턴으로 설계되었습니다.

스트레인 게이지 선택 방법

어플리케이션에 대한 스트레인 게이지를 선택할 때 세 가지 주요 고려 사항은 작동 온도, 감지 할 스트레인의 특성 및 안정성 요구 사항입니다.

스트레인 게이지는 변형 된 표면에 장착되므로 게이지가 표면과 동일하게 변형되는 것이 중요합니다. 접착 재료는 넓은 온도 범위 및 기타 조건에서 안정적으로 센서에 변형을 전달하기 위해 신중하게 선택해야합니다.

스트레인 게이지의 저항 값은 다음에 따라 적용된 스트레인의 함수에 따라 달라집니다. R / R = S의 변화 여기서 R은 저항, e는 스트레인, S는 스트레인 감도 계수입니다. 금속 호일 게이지의 경우 변형 감도 계수는 약 2입니다.

변형의 증분은 일반적으로 0.005 인치 / 인치 미만이며 종종 마이크로 변형 단위로 표시됩니다. 공식에서 스트레인 게이지의 저항은 주어진 스트레인에 따라 0.1 % 정도의 아주 작은 양으로 변할 것임을 알 수 있습니다.

그런 다음 전압 판독 값을 볼트 당 밀리 볼트 (mV / V)로이 저항에서 제거하여 변형률에 대한 측정 값을 제공 할 수 있습니다.

푸 아송 비율은 재료가 변형 될 때 발생하는 얇아 짐과 신장률을 측정 한 것입니다. 예를 들어 저항 와이어에 인장력이 가해지면 와이어가 약간 길어지고 동시에 얇아집니다. 이 두 변형의 비율이 푸 아송 비율입니다.

이것은 Poisson 효과로 인해 와이어 저항이 비례 적으로 증가하기 때문에 스트레인 게이지 측정의 기본 원리입니다.

스트레인 게이지 출력을 정확하게 측정하는 방법

저항의 작은 변화를 정확하게 측정하기 위해 스트레인 게이지는 거의 항상 전압 여기 소스가있는 브리지 구성에서 발견됩니다.

휘트 스톤 브리지는 일반적으로 다이어그램과 같이 사용됩니다. 저항 비율이 양쪽에서 같거나 R1 / R2 = R4 / R3이면 브리지가 균형을 이룹니다. 분명히이 조건에서 출력 전압은 0입니다.

스트레인 게이지 저항 (Rg)이 변하면 출력 전압 (Vout)이 몇 밀리 볼트만큼 변하고이 전압은 판독 가능한 값을 반환하기 위해 차동 증폭기에 의해 증폭됩니다.

이 휘트 스톤 회로는 온도 보상에도 적합하며 온도의 영향을 거의 제거 할 수 있습니다. 때로는 게이지 재료가 열팽창을 보상하도록 설계되었지만 이것이 열 민감도를 완전히 제거하지는 않습니다.

더 나은 열 보상을 얻기 위해 R3와 같은 저항을 유사한 스트레인 게이지로 대체 할 수 있습니다. 이것은 온도 효과를 무효화하는 경향이 있습니다.

실제로 최대 온도 안정성을 위해 4 개의 저항을 모두 스트레인 게이지 센서로 대체 할 수 있습니다. 이들 중 두 개 (R1 및 R3)는 압축을 측정하도록 설정할 수 있고 다른 두 개 (R2 및 R4)는 장력을 측정하도록 설정할 수 있습니다.

이것은 온도를 보상 할뿐만 아니라 감도를 4 배로 증가시킵니다. 전기 저항 요소가있는 스트레인 게이지는 스트레인 측정을위한 가장 일반적인 유형의 센서입니다. 잘 확립되어 있습니다.

작은 크기로 제공되며 온도 변화의 영향을 거의받지 않고 동시에 +/- 0.10 % 미만의 오차를 달성합니다. 접착 저항 스트레인 게이지는 또한 매우 민감하며 정적 및 동적 스트레인을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

그러나 피에조 저항, 탄소 저항, 반도체, 음향, 광학 및 유도와 같은 특정 응용 분야에 사용할 수있는 다른 유형이 있습니다.

커패시터 회로를 기반으로하는 스트레인 게이지 센서도 있습니다.