센서 및 계측공학-스트레인게이지[Strain Gauge]
센서 및 계측공학-스트레인게이지[Strain Gauge]
1.실험제목: 스트레인게이지[Strain Gauge]
2. 목적
스트레인게이지의 원리와 이용방법을 이해하고 스트레인게이지를 이용하여 변형률(strain)과 응력(stress)을 측정한다.
3. 이론
1. 스트레인 게이지
물체가 외력으로 변형될 때 등에 변형을 측정하는 측정기를 말하며, 물체에 부착시켜 측정한다. 합금선은 인장방향의 변형을 받으면 길이가 증가하여 단면적이 감소되어 전기저항이 증가하며, 그 증가분을 측정한다. 저항측정은 원리적으로는 전기저항 측정기(Wheatstone Bridge)를 사용한다.
(1) 금속 스트레인 게이지 금속 저항선은 외력에 의해 신축, 즉 그 단면적과 길이가 변화함으로써 전기저항이 변하게 된다. 이 효과를 이용한 것이 금속저항선 스트레인 게이지이고, 그 기본적인 구조는 아래 그림과 같다 금속저항선 스트레인게이지응용원리: 절연체 기판 위에 저향률이 높은 금속저항선을 접착제로 고정시키고, 단말에 인출선(리드선)이 연결되어 있다.
이것을 피측정물의 한쪽면 또는 양쪽면에 접착제로 붙여서 물체의 스트레인을 전기저항으로 변환, 검출한다.최근에는 저항선 대신 같은 종류의 합금으로 저항박 (diaphragm)을 이용하는 경우가 많은데 이를 금속저항박 스트레인 게이지라 한다. 게이지의 감도는 게이지율 (gauge factor) G 로 표현하고, 이것은 게이지의 저항변화율 R/R, 스트레인을 l/l 이라고 하면 다음과 같이 표현된다. G=(△R/R)/(l/l)금속 스트레인 게이지는 l/l 가 지배적으로 변화한다. 또, 저항체의 체적변화율과 저항률의 변화율이 같다고 가정하면, G는 2 정도가 된다
(2) 반도체 스트레인 게이지통상적으로 반도체 재료인 실리콘이 이용되고, 그 종류에는 단결정 벌크 게이지, 기판 위에 실리콘을 박막화한 박막 스트레인 게이지, 확산형의 게이지, 그리고 p-n 접합 게이지 등이 있다.
많이 사용되는 벌크 게이지는 아래 그림과 같이 p형 또는 n 형실리콘 단결정으로 제작한다.
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2. 목적
스트레인게이지의 원리와 이용방법을 이해하고 스트레인게이지를 이용하여 변형률(strain)과 응력(stress)을 측정한다.
3. 이론
1. 스트레인 게이지
물체가 외력으로 변형될 때 등에 변형을 측정하는 측정기를 말하며, 물체에 부착시켜 측정한다. 합금선은 인장방향의 변형을 받으면 길이가 증가하여 단면적이 감소되어 전기저항이 증가하며, 그 증가분을 측정한다. 저항측정은 원리적으로는 전기저항 측정기(Wheatstone Bridge)를 사용한다.
(1) 금속 스트레인 게이지 금속 저항선은 외력에 의해 신축, 즉 그 단면적과 길이가 변화함으로써 전기저항이 변하게 된다. 이 효과를 이용한 것이 금속저항선 스트레인 게이지이고, 그 기본적인 구조는 아래 그림과 같다 금속저항선 스트레인게이지응용원리: 절연체 기판 위에 저향률이 높은 금속저항선을 접착제로 고정시키고, 단말에 인출선(리드선)이 연결되어 있다.
이것을 피측정물의 한쪽면 또는 양쪽면에 접착제로 붙여서 물체의 스트레인을 전기저항으로 변환, 검출한다.최근에는 저항선 대신 같은 종류의 합금으로 저항박 (diaphragm)을 이용하는 경우가 많은데 이를 금속저항박 스트레인 게이지라 한다. 게이지의 감도는 게이지율 (gauge factor) G 로 표현하고, 이것은 게이지의 저항변화율 R/R, 스트레인을 l/l 이라고 하면 다음과 같이 표현된다. G=(△R/R)/(l/l)금속 스트레인 게이지는 l/l 가 지배적으로 변화한다. 또, 저항체의 체적변화율과 저항률의 변화율이 같다고 가정하면, G는 2 정도가 된다
(2) 반도체 스트레인 게이지통상적으로 반도체 재료인 실리콘이 이용되고, 그 종류에는 단결정 벌크 게이지, 기판 위에 실리콘을 박막화한 박막 스트레인 게이지, 확산형의 게이지, 그리고 p-n 접합 게이지 등이 있다.
많이 사용되는 벌크 게이지는 아래 그림과 같이 p형 또는 n 형실리콘 단결정으로 제작한다.
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