스트레인 게이지란?
기계적인 미세한 변화(Strain)를 전기 신호로 해서 검출하는 센서(sensor)이다.
Strain Gauge를 기계나 구조물의 표면에 접착 해두면, 그 표면에서 생기는 미세한 치수의 변화, 즉 변화를 측정하는 것이 가능하고, 그 크기로부터 강도나 안전성의 확인을 하는데 중요한 응력을 알 수 있습니다.
안전 진단 및 설계 검증 등을 위하여 응력 측정의 중요성이 한층 높게 되어 자동차, 항공기는 물론 교량, 댐 등의 거대한 구조물에 이르기까지 Strain Gauge는 넓게 이용되고 있습니다. Strain Gauge는 힘, 압력, 가속도, 변위, Torque 등의 물리량을 전기 신호로 바꾸기 위한 Sensor의 수감 소자로도 응용되고, 계측 제어용으로도 널리 이용되고 있다. Strain Gauge는 금속저항소자의 저항치 변화에 따라, 피측정물의 표면의 변형을 측정하는 것입니다.
쉽게 말해 금속 또는 반도체로 만들어지는 일종의 전기 저항이라고 보시면 됩니다. 응력을 가하면 치수가 변하고 이 변하는 치수로 인해 저항 변화를 이용한다고 보면 됩니다.
스트레인 게이지의 원리
금속은 신축 하므로서 저항치가 변화한다.
Strain Gauge는 금속저항소자의 저항치 변화에 따라, 피측정물의 표면의 변형을 측정하는 것이다.
일반적으로 금속 재료의 저항치는 외부로부터의 힘에 따라 늘어나면 증가하고 압축되면 감소하는 성질을 가지고 있다.
예를 들면 최초의 길이의 물체가 X만큼 늘어났다 하고 최초 R이었던 저항치가 Δr만큼했다고 하면 다음과 같은 관계가 성립된다.
Δr/R = Ks.Ε
Ks는 Gauge율 이고, Strain Gauge의 감도를 나타내는 계수이고, 일반용의 Strain Gauge에 이용되고 있는 동,니켈계,니켈과크롬계합금에서는 2에 가깝게 값이 되어 있다.
Gauge는 Strain접착제로 피측정물의 표면에 붙혀서 사용한다.
Strain Gauge는 박판 과 선등이 저항재료를 격자상에 정밀가공해서 수지등의 Base에 부착한 것이고 접착제로 피측정물에 부착해서 사용한다. 피측정물에서 발생한 Strain을 Gauge에 확실이 전달하기 위해서는 사용조건에 맞는 접착제를 바르게 선택해서 사용하는 것이 필요하다.
Strain Gauge는 휘스톤 브리지회로를 구성하여 사용한다.
접착된 Strain Gauge가 Strain ε를 받은 경우에 발생하는 저항치 변화는 극히 작고 예를들면 Gauge율이 2인strain Gauge에 1000×10e-6의 Strain(1m길이의 재료가 1mm변화됐을 때의 Strain이고, 강재의 경우 약21kgf/㎟의 응력에 상당)이 주어졌을 경우 저항치는 120ω의 Strain Gauge이고 Δr은0.24ω에 지나지 않는다.
이렇게 작은 저항치변화를 효율적으로 잘 전기신호로 전환시키기위해 Strain Gauge는 통상 휘스톤 브리지 회로에 넣어서 사용한다. 이 경우 브리지회로를 꾸미기에 따라서 온도에의 영점이동을 제거하기도 하고, 측정하고 싶은 신호만을 얻을 수도 있다.
전기신호를 증폭해서 Data를 얻는다.
휘스톤 브리지의 출력전압은 통상 극히 작기때문에 증폭기에서 1000~10000배로 증폭시켜야 읽을 수 있다.
Strain측정기에는 이러한 기능이 포함되어있다. 시간적으로 Strain의 변화가 늦은 정strain측정의 경우에는 통상측정치를 디지털로 표시시키기도하고, 프린터로 출력하기도 한다. 또 진동이나 충격등 시간적으로 빠른 현상을 다루는 동strain측정의 경우에는 기록기에 한번기록한후 Pc를 이용해서 Data의 처리 해석을 수행하는 경우가 많다.
스트레인 게이지의 종류
1. 일반용 Gauge
주로 금속재료의 상온부근에서의 Strain측정에 사용하는 것으로 판게이지와 선게이지가 있다. 판게이지는 두께가 Μ단위의 저항판(주로 동,니켈계 합금)수지필름의 Base에 접착시키고 포토에칭기술에 의해 가공되어 지기 때문에 치수가 정확하고 저렴한 비용으로 제조가 가능한 이점을 가지고 있다.
일반적으로 사용되고 있는 Gauge는 거의 이형식의 Gauge이고 그 종류도 용도에 따라 다양하고 풍부하다.
Gauge 붙이는 작업의 간략화를 위해 리드선이 부착된 Gauge가 많이 이용된다. 선gauge는 Strain Gage보급 초기에 주로 사용
되었고 직경 13~25㎛의 저항선(주로 동,니켈계 합금)을 격자상으로 가공해서 Base에 부착시킨 것이고 현재는 콘크리트용등 일부에 사용되어 지고 있다.
2. 반도체 Gauge
실리콘 등의 반도체의 단결정을 저항소자에 사용한 것으로서 Gauge율이 일반용 게이지의 수십 배이고, 미세한strain의 검출이나
고감도 Sensor의 제작에 적합하다. 또 충격 등 빠른 현상을 계측하는 경우 등 증폭기 없이도 측정이 가능하다. 그러나 온도영향이 크고, 출력의 직선성이 별로 좋지 않은 등의 결점도 있다
3. 특수 Gauge
일반용 Gauge외에 있을 수 있는 용도에 부응하기 위하여 각종의 특수용도로 제조된 Gauge이다. 그 종류로는 잔류응력 측정용 Gauge/고온용 Gauge/저온형 Gauge/큰strain Gauge/복합재료, 플라스틱용gauge/항자성용 Gauge/Bolt축력 측정용 Gauge 등이 있다.
4. 자기 온도 보상형 Gauge
Strain Gage는 통상 온도 변화에 따라서 영점이 이동하는 성질을 가지고 있고, 이것이 측정 오차에 큰 원인이 된다.
당사의 Strain Gage는 거의 자기 온도 보상형 Gage로 되어있고, 이것은 적합한 선팽창 계수에 맞게 제어된 저항 재료를 사용한 것이고, 적합 재료에 접착된 경우에 온도에 따른 변화를 보면 자기 온도 보상 범위에 있어서 큰 부분이 ±1.8×10e-6 Strain/℃이다.
(단 2선 리드선type의 Gage의 경우에는 리드선의 온도 영향이 있으므로 3선의 리드선type을 권합니다.)
기계적인 미세한 변화(Strain)를 전기 신호로 해서 검출하는 센서(sensor)이다.
Strain Gauge를 기계나 구조물의 표면에 접착 해두면, 그 표면에서 생기는 미세한 치수의 변화, 즉 변화를 측정하는 것이 가능하고, 그 크기로부터 강도나 안전성의 확인을 하는데 중요한 응력을 알 수 있습니다.
안전 진단 및 설계 검증 등을 위하여 응력 측정의 중요성이 한층 높게 되어 자동차, 항공기는 물론 교량, 댐 등의 거대한 구조물에 이르기까지 Strain Gauge는 넓게 이용되고 있습니다. Strain Gauge는 힘, 압력, 가속도, 변위, Torque 등의 물리량을 전기 신호로 바꾸기 위한 Sensor의 수감 소자로도 응용되고, 계측 제어용으로도 널리 이용되고 있다. Strain Gauge는 금속저항소자의 저항치 변화에 따라, 피측정물의 표면의 변형을 측정하는 것입니다.
쉽게 말해 금속 또는 반도체로 만들어지는 일종의 전기 저항이라고 보시면 됩니다. 응력을 가하면 치수가 변하고 이 변하는 치수로 인해 저항 변화를 이용한다고 보면 됩니다.
금속은 신축 하므로서 저항치가 변화한다.
Strain Gauge는 금속저항소자의 저항치 변화에 따라, 피측정물의 표면의 변형을 측정하는 것이다.
일반적으로 금속 재료의 저항치는 외부로부터의 힘에 따라 늘어나면 증가하고 압축되면 감소하는 성질을 가지고 있다.
예를 들면 최초의 길이의 물체가 X만큼 늘어났다 하고 최초 R이었던 저항치가 Δr만큼했다고 하면 다음과 같은 관계가 성립된다.
Δr/R = Ks.Ε
Ks는 Gauge율 이고, Strain Gauge의 감도를 나타내는 계수이고, 일반용의 Strain Gauge에 이용되고 있는 동,니켈계,니켈과크롬계합금에서는 2에 가깝게 값이 되어 있다.
Gauge는 Strain접착제로 피측정물의 표면에 붙혀서 사용한다.
Strain Gauge는 박판 과 선등이 저항재료를 격자상에 정밀가공해서 수지등의 Base에 부착한 것이고 접착제로 피측정물에 부착해서 사용한다. 피측정물에서 발생한 Strain을 Gauge에 확실이 전달하기 위해서는 사용조건에 맞는 접착제를 바르게 선택해서 사용하는 것이 필요하다.
Strain Gauge는 휘스톤 브리지회로를 구성하여 사용한다.
접착된 Strain Gauge가 Strain ε를 받은 경우에 발생하는 저항치 변화는 극히 작고 예를들면 Gauge율이 2인strain Gauge에 1000×10e-6의 Strain(1m길이의 재료가 1mm변화됐을 때의 Strain이고, 강재의 경우 약21kgf/㎟의 응력에 상당)이 주어졌을 경우 저항치는 120ω의 Strain Gauge이고 Δr은0.24ω에 지나지 않는다.
이렇게 작은 저항치변화를 효율적으로 잘 전기신호로 전환시키기위해 Strain Gauge는 통상 휘스톤 브리지 회로에 넣어서 사용한다. 이 경우 브리지회로를 꾸미기에 따라서 온도에의 영점이동을 제거하기도 하고, 측정하고 싶은 신호만을 얻을 수도 있다.
전기신호를 증폭해서 Data를 얻는다.
휘스톤 브리지의 출력전압은 통상 극히 작기때문에 증폭기에서 1000~10000배로 증폭시켜야 읽을 수 있다.
Strain측정기에는 이러한 기능이 포함되어있다. 시간적으로 Strain의 변화가 늦은 정strain측정의 경우에는 통상측정치를 디지털로 표시시키기도하고, 프린터로 출력하기도 한다. 또 진동이나 충격등 시간적으로 빠른 현상을 다루는 동strain측정의 경우에는 기록기에 한번기록한후 Pc를 이용해서 Data의 처리 해석을 수행하는 경우가 많다.
1. 일반용 Gauge
주로 금속재료의 상온부근에서의 Strain측정에 사용하는 것으로 판게이지와 선게이지가 있다. 판게이지는 두께가 Μ단위의 저항판(주로 동,니켈계 합금)수지필름의 Base에 접착시키고 포토에칭기술에 의해 가공되어 지기 때문에 치수가 정확하고 저렴한 비용으로 제조가 가능한 이점을 가지고 있다.
일반적으로 사용되고 있는 Gauge는 거의 이형식의 Gauge이고 그 종류도 용도에 따라 다양하고 풍부하다.
Gauge 붙이는 작업의 간략화를 위해 리드선이 부착된 Gauge가 많이 이용된다. 선gauge는 Strain Gage보급 초기에 주로 사용
되었고 직경 13~25㎛의 저항선(주로 동,니켈계 합금)을 격자상으로 가공해서 Base에 부착시킨 것이고 현재는 콘크리트용등 일부에 사용되어 지고 있다.
2. 반도체 Gauge
실리콘 등의 반도체의 단결정을 저항소자에 사용한 것으로서 Gauge율이 일반용 게이지의 수십 배이고, 미세한strain의 검출이나
고감도 Sensor의 제작에 적합하다. 또 충격 등 빠른 현상을 계측하는 경우 등 증폭기 없이도 측정이 가능하다. 그러나 온도영향이 크고, 출력의 직선성이 별로 좋지 않은 등의 결점도 있다
3. 특수 Gauge
일반용 Gauge외에 있을 수 있는 용도에 부응하기 위하여 각종의 특수용도로 제조된 Gauge이다. 그 종류로는 잔류응력 측정용 Gauge/고온용 Gauge/저온형 Gauge/큰strain Gauge/복합재료, 플라스틱용gauge/항자성용 Gauge/Bolt축력 측정용 Gauge 등이 있다.
4. 자기 온도 보상형 Gauge
Strain Gage는 통상 온도 변화에 따라서 영점이 이동하는 성질을 가지고 있고, 이것이 측정 오차에 큰 원인이 된다.
당사의 Strain Gage는 거의 자기 온도 보상형 Gage로 되어있고, 이것은 적합한 선팽창 계수에 맞게 제어된 저항 재료를 사용한 것이고, 적합 재료에 접착된 경우에 온도에 따른 변화를 보면 자기 온도 보상 범위에 있어서 큰 부분이 ±1.8×10e-6 Strain/℃이다.
(단 2선 리드선type의 Gage의 경우에는 리드선의 온도 영향이 있으므로 3선의 리드선type을 권합니다.)