"정확함 - 왕의 공손함!" 우리 시대에는 이 중세 프랑스 격언의 관련성이 점점 커지고 있습니다. 생산 및 일상 생활에서 정확한 측정 계산을 수행하기 위해 스트레인 게이지 기반 장치가 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
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스트레인 게이지란 무엇이며 스트레인 게이지는 무엇을 위한 것입니까?
Tensometry(라틴어 Tensus에서 - stress)는 측정 대상 또는 구조의 응력-변형 상태를 측정하는 방법 및 기술입니다. 사실 기계적 응력을 직접 측정하는 것은 불가능하므로 물체의 변형을 측정하고 재료의 물리적 특성을 고려한 특수 기술을 사용하여 응력을 계산하는 것이 과제입니다.
스트레인 게이지의 작업은 스트레인 효과를 기반으로 합니다. 이것은 다양한 변형으로 저항을 변경하는 고체 재료의 특성입니다. 스트레인 게이지 센서는 고체의 탄성 변형을 측정하고 그 값을 전기 신호로 변환하는 장치입니다. 이 과정은 센서 도체가 늘어나거나 압축될 때 저항이 변할 때 발생합니다. 이들은 고체(예: 기계 부품, 구조물, 건물)의 변형을 측정하는 기기의 주요 요소입니다.
장치 및 작동 원리
스트레인 게이지의 기본은 측정 패널 전면에 고정된 특수 접점이 장착된 스트레인 게이지입니다. 측정하는 동안 패널의 민감한 접촉부가 물체와 접촉합니다. 변형이 발생하여 측정되고 스트레인 게이지의 측정 값의 처리 및 표시 요소로 전송되는 전기 신호로 변환됩니다.
기능적 사용 범위에 따라 센서는 측정된 양의 유형과 유형이 모두 다릅니다. 중요한 요소는 필요한 측정 정확도입니다. 예를 들어, 빵집 출구에 있는 로드 셀 로드 셀은 100분의 1그램이 중요한 전자 제약 저울에 절대적으로 적합하지 않습니다.
현대식 스트레인 게이지의 유형과 유형을 더 자세히 살펴 보겠습니다.
토크 센서
토크 센서는 엔진 크랭크 샤프트 또는 스티어링 칼럼과 같은 시스템의 회전 부품에서 토크를 측정하도록 설계되었습니다.토크 스트레인 게이지는 접촉 또는 비접촉(텔레메트릭) 방법으로 정적 및 동적 토크를 모두 결정할 수 있습니다.
빔, 캔틸레버 및 에지 로드 셀
이러한 유형의 변환기는 일반적으로 측정의 높은 감도와 선형성을 위해 굽힘 요소가 내장된 평행사변형 설계를 기반으로 만들어집니다. 그 안에있는 스트레인 게이지는 센서의 탄성 요소의 민감한 영역에 고정되어 있으며 풀 브리지 방식에 따라 연결됩니다.
구조적으로 빔 로드셀에는 고르지 않은 하중 분포와 압축 및 인장 변형 감지를 위한 특수 구멍이 있습니다. 최대 효과를 얻기 위해 스트레인 게이지는 빔 표면의 가장 얇은 지점에 있는 특수 표시로 엄격하게 배향됩니다. 이 유형의 매우 정확하고 안정적인 센서는 플랫폼 또는 벙커 스케일에서 다중 센서 측정 시스템을 만드는 데 사용됩니다. 그들은 계량 배처, 느슨하고 액체 제품의 포장기, 케이블 장력 측정기 및 기타 전력 부하 측정기에서 응용 프로그램을 찾았습니다.
인장 및 압축 로드셀
인장 및 압축 로드셀은 일반적으로 알루미늄 및 합금 스테인리스강으로 만들어진 S자형입니다. 측정 범위가 0.2~20톤인 벙커 스케일 및 배처용으로 설계되었습니다. S자형 인장 및 압축 로드셀은 케이블, 직물 및 섬유 기계에서 이러한 재료의 인장력을 제어하는 데 사용할 수 있습니다.
와이어 및 포일 스트레인 게이지
철사 스트레인 게이지는 직경이 작은 와이어의 나선형 형태로 만들어지며 접착제로 테스트 중인 부품 또는 탄성 요소에 장착됩니다.다음과 같이 구별됩니다.
- 제조 용이성;
- 변형에 대한 선형 의존성;
- 작은 크기와 가격.
단점 중 낮은 감도, 측정 오류에 대한 환경의 온도 및 습도 영향, 탄성 변형 분야에서만 사용할 가능성이 주목됩니다.
박 스트레인 게이지는 높은 도량형 품질과 제조 가능성으로 인해 현재 가장 일반적인 유형의 스트레인 게이지입니다. 이것은 제조의 포토리소그래피 기술 덕분에 가능하게 되었습니다. 첨단 기술을 통해 측정 그리드 재료의 특성에 따라 -240 ~ +1100ºC의 넓은 작동 온도 범위를 가진 0.3mm 베이스의 단일 스트레인 게이지, 특수 스트레인 게이지 소켓 및 스트레인 게이지 체인을 얻을 수 있습니다.
스트레인 게이지의 장점과 단점
스트레인 게이지는 다음과 같은 특성으로 인해 널리 사용됩니다.
- 연구 중인 부품과 스트레인 게이지의 모놀리식 연결 가능성;
- 1-3%의 오차로 높은 측정 정확도를 보장하는 측정 요소의 얇은 두께;
- 평평한 표면과 곡선 표면 모두에서 고정 용이성;
- 최대 50,000Hz의 주파수로 변화하는 동적 변형을 측정하는 기능;
- -240 ~ +1100˚С의 온도 범위에서 어려운 환경 조건에서 측정을 수행할 가능성;
- 부품의 많은 지점에서 동시에 매개변수를 측정할 수 있는 가능성;
- 스트레인 게이지 시스템에서 먼 거리에 있는 물체의 변형을 측정할 가능성;
- 움직이는(회전하는) 부품의 변형을 측정하는 기능.
단점 중 다음 사항에 유의해야 합니다.
- 센서의 감도에 대한 기상 조건(온도 및 습도)의 영향;
- 측정 요소의 저항이 미미한 변화(약 1%)는 신호 증폭기를 사용해야 합니다.
- 스트레인 게이지가 고온 또는 공격적인 환경에서 작동할 때 이를 보호하기 위한 특별한 조치가 필요합니다.
기본 배선도
스트레인 게이지를 가정용 또는 산업용 저울에 연결하는 예를 사용하여 이것을 고려해 보겠습니다. 저울용 표준 로드 셀에는 4개의 다중 색상 와이어가 있습니다. 2개의 입력은 전원 공급 장치(+Ex, -Ex)이고 다른 2개는 측정 출력(+Sig, -Sig)입니다. 5개의 와이어가 있는 옵션도 있으며 추가 와이어는 다른 모든 와이어에 대한 스크린 역할을 합니다. 빔 유형의 무게 측정 센서 작업의 본질은 매우 간단합니다. 입력에 전원이 공급되고 출력에서 전압이 제거됩니다. 전압 값은 측정 센서에 가해지는 부하에 따라 다릅니다.
웨이트 로드 셀에서 ADC 장치까지의 와이어 길이가 상당한 경우 와이어 자체의 저항이 저울 판독에 영향을 미칩니다. 이 경우 측정회로에 도입된 전선의 저항으로 인한 오차를 보정하여 전압강하를 보상하는 피드백 회로를 추가하는 것이 바람직하다. 이 경우 연결 다이어그램에는 전원, 측정 및 손실 보상의 세 쌍의 와이어가 있습니다.
스트레인 게이지의 적용 사례
- 무게 요소.
- 스탬핑 프레스 및 압연기에 대한 압력에 의한 금속 가공의 변형력 측정.
- 건설 및 작동 중 건물 구조 및 구조물의 응력-변형 상태 모니터링.
- 야금 기업용 내열 합금강으로 만든 고온 센서.
- 화학적으로 공격적인 환경에서 측정을 위한 스테인리스 스틸 탄성 요소 포함.
- 오일 및 가스 파이프라인의 압력 측정용.
스트레인 게이지의 단순성, 편리성 및 제조 가능성은 도량형 프로세스 및 일상 생활에서 가전 제품의 측정 요소로서 더욱 적극적으로 구현하는 주요 요소입니다.
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