스트레인 게이지는 1938 년 Edward E. Simmons와 Arthur C. Ruge에 의해 발명되었습니다.이 발명은 다양한 구조에서 상당한 양의 스트레인을 측정하게했습니다. 스트레인 게이지는 센서 유형 물체의 변형을 측정하기 위해 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 터널, 지하 공동, 건물, 교량, 콘크리트, 석조 댐, 토양 / 콘크리트에 매립 등과 같은 다양한 구조물의 변형을 결정하는 필수적인 지질 공학 도구입니다. 작동 원리, 특성 및 응용.
스트레인 게이지 란?
정의: 스트레인 게이지는 다양한 구조물의 스트레인을 측정하기 위해 지반 공학 분야에서 사용되는 필수 장치 중 하나입니다. 외력을 가하면 스트레인 게이지의 저항이 변경됩니다.
긴장 정도
게이지의 기본 구조는 금속 포일 구조를 지원하기 위해 절연 유연한 뒷면이 있습니다. 이 금속 코일은 캐리어라고하는 얇은 지지대에 접착되며 전체 설정은 적절한 접착제를 사용하여 물체에 고정됩니다. 물체가 힘, 압력, 무게, 장력 등에 의해 변형됨에 따라 전기 저항 호일 변화의. ㅏ 휘트 스톤 브리지 게이지 계수로 알려진 양을 통해 변형과 관련된 저항률의 변화를 측정합니다.
스트레인 게이지 표본 다이어그램
게이지 저항의 작은 변화는 휘트 스톤 브리지의 개념을 사용하여 측정됩니다. 아래 그림은 4 개의 저항 암과 여기 전압 V가있는 일반적인 휘트 스톤 브리지를 보여줍니다.전자.
휘트 스톤 브리지
휘트 스톤 다리에는 두 개의 평행선이 있습니다. 전압 분배기 회로. R1 및 R2는 하나의 전압 분배기 회로를 형성하고, R3 및 R4는 두 번째 전압 분배기 회로를 형성합니다. 출력 전압 VO는 다음과 같이 지정됩니다.
Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * V전자
R1 / R2 = R4 / R3이면 출력 전압은 0이고 브리지는 평형 브리지라고합니다.
저항의 작은 변화는 0이 아닌 출력 전압으로 이어집니다. 'R4'가 스트레인 게이지로 교체되고 스트레인 게이지의 저항이 변경되면 브리지가 불균형 해지고 0이 아닌 전압이 생성됩니다.
스트레인 게이지의 게이지 계수
게이지 계수 GF는 다음과 같이 제공됩니다.
GF = (∆R⁄RG) / ∈
어디,
‘ΔR’은 변형으로 인한 저항의 변화입니다.
‘RG’는 변형되지 않은 게이지의 저항입니다.
‘ε’은 변형입니다
일반적인 금속 포일의 게이지 계수는 약 2입니다. 휘트 스톤 브리지의 출력 센서 전압 SV는 다음과 같이 주어집니다.
SV = EV (GF.∈) / 4
EV는 브리지 여기 전압입니다.
스트레인 게이지 작동
스트레인 게이지의 기능은 전적으로 물체 / 도체의 전기 저항률에 달려 있습니다. 물체가 탄성 한계 내에서 늘어나고 영구적으로 부러 지거나 구부러지지 않으면 더 얇고 길어져 전기 저항이 높아집니다. 물체가 압축되고 변형되지 않지만 확장 및 축소되면 전기 저항이 감소합니다. 게이지의 전기 저항을 측정 한 후 얻은 값은 스트레스로 인한 양을 이해하는 데 도움이됩니다.
여자 전압은 게이지 네트워크의 입력 단자에 적용되고 출력은 출력 단자에서 읽 힙니다. 일반적으로 이들은 부하에 연결되어 있으며 장기간, 때로는 수십 년 동안 안정적으로 유지 될 가능성이 높습니다. 게이지에 사용되는 접착제는 측정 시스템의 기간에 따라 다릅니다. 시아 노 아크릴 레이트 접착제는 단기 측정에 적합하고 에폭시 접착제는 장기 측정에 적합합니다.
스트레인 게이지 작동 원리
저항은 도체의 길이와 단면적에 직접적으로 의존한다는 것을 알고 있습니다. R = L / A
어디,
‘R’= 저항
‘L’= 길이
‘A’= 단면적
분명히, 도체의 길이는 도체의 크기와 모양의 변화에 따라 변경되고 결국 단면적과 저항이 변경됩니다.
모든 일반 게이지에는 길고 얇은 전도성 스트립이 있으며 평행선의 지그재그 방식으로 배치됩니다. 이 지그재그 정렬의 목적은 평행선 사이에서 발생하는 적은 양의 응력을 매우 정확하게 설명하는 것입니다. 스트레스는 물체의 저항력으로 정의됩니다.
스트레인 게이지 로제트
표면의 정밀한 변형을 평가하기 위해 구성 요소의 수를 측정하기 위해 로제트와 같은 구조에 가깝게 배치 된 두 개 이상의 게이지를 스트레인 게이지 로제트라고합니다. 그림은 아래 그림과 같습니다.
스트레인 게이지 로제트
스트레인 게이지 로드셀
이러한로드 셀은 산업 응용 분야에서 가장 일반적으로 발견됩니다. 매우 정확하고 경제적입니다. 기본적으로 로드셀은 스트레인 게이지가 부착 된 금속 몸체로 구성됩니다. 금속 몸체가 튼튼하고 덜 탄력적이기 위해 합금강, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸이 설계에 사용됩니다.
로드셀에 외력이 가해지면 로드셀이 약간 변형되고 과부하가 걸리지 않으면 원래 모양으로 돌아갑니다.
로드셀이 변형되면 게이지 모양이 바뀌어 게이지의 전기 저항이 변화하여 전압을 측정합니다.
벤딩 빔, 팬케이크, 단일 포인트 전단 빔로드 셀, 양단 전단 빔, 와이어 로프 클램프 등을 포함하는 일반적인 유형의 스트레인 게이지로드 셀이 있습니다.
스트레인 게이지의 특성
스트레인 게이지의 중요한 특징은 다음과 같습니다.
- 특정 예방 조치를 취하면 장기간에 적합합니다.
- 온도 및 기타 요인의 변화로 정확한 값을 제공합니다.
- 단순한 구성 요소로 인해 제조가 용이합니다.
- 유지 관리가 쉽고 작동 수명이 길다
- 이것은 취급 및 설치와 같은 손상으로부터 보호하기 위해 완전히 캡슐화되어 있습니다.
스트레인 게이지의 응용
뛰어난 기능 덕분에이 게이지는 지반 공학 분야에서 사용되어 댐, 터널 등과 같은 구조물을 지속적으로 모니터링하고 사고를 사전에 예방할 수 있습니다. 스트레인 게이지의 일부 응용 분야는 다음과 같습니다.
- 철도 모니터링
- 케이블 브리지
- 항공 우주
- 원자력 발전소
자주 묻는 질문
1). 스트레인 게이지의 감도는 얼마입니까?
유동 응력은 변형률에 따라 다릅니다. 또한 변형률은 물체 또는 작업 재료의 입자 크기에 따라 달라집니다. 유동 응력의 변화와 변형률의 변화 비율로 정의됩니다.
2). 변형의 단위는 무엇입니까?
변형은 차원이없는 양입니다. 그러나 변형률은 시간의 역수이고 SI 단위는 초의 역수입니다 (s-1).
삼). 스트레인 게이지는 어떻게 선택합니까?
이는 응용 프로그램 유형 및 기타 관련 요소에 따라 선택됩니다. -
- 게이지 길이 및 저항 기준
- 인건비 절감 기준
- 재료 및 측정 환경 기준
4). 왜 휘트 스톤 브릿지가 스트레인 게이지에 사용됩니까?
휘트 스톤 브리지는 밀리 볼트 단위로 출력 전압을 측정 할 수 있습니다. 접합 스트레인 게이지의 경우 저항의 미세한 변화를 측정하는 전기 회로 (Wheatstone 브리지)에 연결하면 저항의 변화를 측정 할 수 있습니다. 휘트 스톤 브리지의 출력 전압이 0이되지 않으면 회로는 균형을 잃고 물체의 변형을 결정하는 데 도움이됩니다.
5). 스트레인 게이지를 어떻게 설치합니까?
스트레인 게이지를 설치하는 단계는 다음과 같습니다.
따라서 스트레인 게이지에 대한 광범위한 설명 , 작동 원리, 게이지 계수, 특성 및 응용 프로그램이이 기사에서 제공됩니다. 이 외에도 DIC (디지털 이미지 상관 관계)는 오늘날 변형률을 측정하는 데 사용되는 기술입니다. 정확도 때문에 많은 산업에서 사용되며 가속도계, 스트링 포트, LVDT 등과 같은 기존 유형의 센서를 대체합니다. 스트레인 게이지의 주요 기능은 무엇입니까?
