스트레인 게이지에 의한 변형 및 하중 측정실험-기계공학 응용실험

소개글

스트레인 게이지에 의한 변형 및 하중 측정실험-기계공학 응용실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 순서 및 방법( 반복 동하중 측정 )
1) 스트레인 게이지 부착 및 구성
2) 스트레인 측정 및 보정
3)임의 하중의 측정
4)탄성계수 측정<보조 실험>

3. 실험 장치 및 구성

4. 실험 결과
① Graph 3 개
② E 비교
③ 오차의 원인
④ 히스테리시스 Loop의 원인

5. 고 찰

6. 참 고 문 헌

본문내용

는 게이지의 접착 상태가 좋아야 정확한 측정값을 얻을 수 있다. 게이지의 접착법은 접착제의 종류와 사용하는 게이지마다 조금씩 다르다. 여기서는 Measurement Group사에서 생산하는 스트레인 게이지를 같은 회사의 접착제인 M-Bond 200을 사용하여 접착하는 방법에 대해 알아본다. 여기서 기술되는 화학 약품들은 Measurement Group사의 스트레인 게이지 접착용 키트에 포함되어 있는 제품이다.
1. 게이지를 붙일 곳에 Degreaser로 시편의 표면에 묻어 있는 기름기 및 이물질을 제거한다.(그림 1)
그림 1 그림 2
2. 220 또는 320번 사포로 시편을 마른 상태로 1차로 닦아내고, M PREP Conditioner A를 뿌려서 작업 면이 젖은 상태로 2차로 닦아낸다. 작업 면이 너무 거칠 때에는 그라인더를 사용하여 녹, 도금 등을 완전히 없앤 후 사포질을 한다. 작업 면에 기계 가공면이나 흠집 등이 없어질 때 까지 작업면이 젖은 상태로 계속 사포질한다.(그림 2a) 사포질이 끝나면 거즈로 닦아낸다.
3. 게이지를 붙일 곳에 볼펜이나 날카로운 송곳으로 직각이 되도록 금을 긋는다. 송곳을 사용할 때에는 너무 깊은 상처가 나지 않도록 한다. 작업면에 Conditioner를 뿌리고 면봉으로 닦아낸다. 면봉이 더러위지면 다시 새것으로 교체하여 문지른다. 면봉에 더러운 이 물질이 묻어 나오지 않을 때까지 문지른 후 거즈로 작업면을 닦아낸다.(그림 2b)
4. 작업면에 M-Prep Neutralizer 5A를 뿌리고 면봉으로 문지른 후(그림 3), 꺼즈로 살짝 닦아낸다. 이후에는 작업면에 이물질이 묻어서는 안 된다.
그림 3 그림 4
5. 게이지를 꺼내어 접착면이 바닥에 가도록 깨끗한 바닥에 놓는다. 터미널은 게이지의 다리에서 아래로 1.6 mm정도 떨어진 곳에 놓고 그 위로 셀로판 테이프를 붙인다. 테이프를 떼어낼 때는 게이지가 구겨지지 않도록 테이프와 지면이 약 30o도 되게 하여 한번에 떼어낸다.(그림 4)
6. 게이지가 붙은 테이프를 게이지를 붙일 지점에 정확히 붙인다. 게이지에 있는 삼각형 마크가 시편에 그어 놓은 선과 일치하도록 하면 정확히 붙일 수 있다.(그림 5)
그림 5 그림 6
7. 게이지와 터미널이 시편에서 떨어지도록 테이프를 떼어내고(그림 6a), 그림 6b처럼 완전히 테이프를 뒤로 제낀다.
8. M-Bond 200 catalyst를 게이지와 터미널에 바른 뒤 건조시킨다.(그림 7)
그림 7 그림 8
9. 그림 8과 같이 M-Bond 200을 테이프와 시편의 표면 경계에 한 두 방울 떨어뜨린다. 실제 게이지 접착면에서 테이프까지의 거리가 약 13 mm인 지점에 접착제를 떨어뜨리는 것이 좋다.
10. 테이프를 시편과 약 30°정도의 각도가 되도록 기울여 그림 9와 같이 위에서 꺼즈로 밀어서 접착제가 완전히 게이지에 묻도록 한다.
그림 9 그림 10
11. 손가락으로 게이지 접착면에 균일하게 압력을 가하면서 1분 정도 누른다.(그림 10) 만약 실내온도가 낮을 경우 누르는 시간은 오래 하는 것이 좋다. 테이프를 벗겨내기전까지 약 2분간 기다린다..
12. 이제 게이지와 터미널은 완전히 접착되었다. 테이프는 그림 11과 같이 테이프를 뒤로
완전히 제껴서 떼어낸다. 터미널에 리이드선을 납땜하기 전까지는 게이지의 오염을 막기위해 테이프는 그대로 붙여둔다.
13. soldering flux를 터미널에 약간 묻혀서 게이지의 단자선을 터미널에 납땜하고 리드선을 납땜한다. 납땜 후에는 Rosin Solvent(RSK-1)로 flux를 닦아낸다.
납땜을 하기 전에는 게이지의 변형량 감지 저항체 부분을 셀로판 테이프로 붙여서 납땜도중 납이 변형량 감지부로 튀어가지 않도록 보호한다. 리이드선의 납땜 후에는 리이드선이 움직여서 납땜이 떨어지지 않도록 테이프를 붙여 고정해 준다.
14. 납땜 작업이 끝났으면 적당한 코팅제(M-Coat A∼D)를 선택하여 게이지 면과 터미널 부에 코팅을 해 준다.
그림 11
6.3 strain gage에 의한 측정법
6.3.1 인장 및 압축 스트레인의 측정
축방향으로 힘을 받는 구조물의 인장 및 압축 스트레인을 측정하고자 할 때, 그림과 같이 스트레인 게이지를 부착하여 스트레인을 측정한다.
게이지A 하나만으로 측정할 때는 Wheatston Bridge에서 R1이 스트레인 게이지라고 생각한다.(Quarter Bridge라고 함) 그러면 R1을 제외한 다른 저항들의 변화는 없으므로 변형 후 출력전압은 다음과 같다.
두 개의 게이지(A와 B)를 시편에 서로 직각 방향으로 붙여서 측정하면 출력전압은 다음과 같다.(Half Bridge)
그런데 압축(또는 인장) 방향과 직각으로 부착된 게이지는 압축(또는 인장) 스트레인의 -ν(프와송 비)배의 스트레인 값을 가지게 되므로 식(2-28)은 다음과 같이 쓸 수 있다.
그림에서 A, B게이지외에 반대편에 같은 방향으로 두 개의 스트레인 게이지를 더 붙여서 로드셀을 만드는데 이용한다. 이렇게 네 개의 스트레인 게이지로 구성된 브리지 회로를 Full Bridge회로라고 한다. 이 회로에서 출력전압은 다음과 같다.
6.3.2 굽힘 스트레인의 측정
보의 굽힘 스트레인을 측정하기 위해서는 게이지 한 개를 측방항으로 붙여서 측정할 수도 있고, 보의 양면에 같은 위치에 게이지를 각각 하나씩 붙여 그림과 같이 Half Bridge회로를 구성하면 출력값은 식과 같다. 그런데, 이므로 다음과 같이 쓸 수 있다.
여기서 흥미로운 것은 출력되는 신호가, 한 개의 게이지를 사용할 때에 비해서, 2배로 출력된다. 따라서 스트레인 인디케이터에 지시된 스트레인의 절반값이 실제 스트레인이 된다.
6.3.3 인장과 굽힘을 같이 받는 경우의 스트레인 측정
인장과 굽힘을 함께 받고 있는 경우 인장 스트레인만 측정하려고 할 때 구성하는 회로에서 인장(또는 압축)에 의한 스트레인은 R1과 R3저항 변화값의 합으로 되어 출력되고 굽힘에 의한 스트레인은 두 게이지에서 동일한 값으로 출력되지만 부호가 서로 다르므로 합하면 영이되어 굽힘 스트레인은 출력되지 않고 인장 스트레인만 출력된다.

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