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제품명 Strain 측정을 위한 System 구성 요소
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회사 CERIC
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Strain Gauge Technology 및 계측관리시스템

제1장 Strain Gauge 원리

◎ Strain 측정을 위한 System 구성 요소

1. Wheatstone Bridge

앞서의 내용에서 보여진 것처럼 구조물의 미소한 물리적 현상인 스트레인 량을 strain gage를 이용하여 전기적 신호로 측정하여 확인한다.

따라서 Strain Gage에서 발생된 저항의 미소량은 매우 작다. 그래서 휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge)를 이용한다.

휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge)는 strain Gage 제조상 피할 수 없는 게이지 하나하나의 저항값의 차로 인해서 생기는 출력 또는 일정한 스트 레인 기준으로 그 기준 이상의 스트레인을 측정할 경우에도 비교적 쉽게 회로적으로 실현 가능한 이점을 가지고 있다.

휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge)는 저항의 변화를 전압의 변화로 나타 나며 저항으로 회로가 구성되어 있다.

일상적으로 Bridge Box로 칭해지기도 한다.

옆의 그림의 휘스톤 브리지 회로이며 출력 단자 eo의 output의 zero가 되기 위한 공식이 주어져 있다.

다음 그림에서 보이는 것처럼 이 휘스톤 브리지의 저항 R1 , R2 , R3 , R4 대신에 Strain Gage를 연결하면 측정하고자 하는 구조물의 스트레인(변형률)을 전기적 신호인 Volts로 측정할 수 있는 것이다.

2. Strain Gage 연결 방법

Strain Gage의 application에서 주로 스트레인 측정 목적으로 휘스톤 브리지 구성시 1/4 브리지를 이용하며 기타 Transducer 및 일반 응용 목적일 경우 /2 브리지 및 Full Bridge로 구성한다.

3. 2 wire 방식과 3 wire 방식의 비교

Quarter(1/4) 브리지 구성시 2 wire 방식과 3 wire 방식이 있으며 차이점을 비교해 보자.

우선, 2wire 방식을 확인해 보면 출력 eo가 Zero가 되기 위해서는

R1

=

2RL + RG

가 되어야 한다.

R2

R3

그런데, RL은 Leadwire의 저항으로 길이가 길어지면 그 저항값도 커져 출력 eo가 Zero가 되기 위해서는 큰 Balancing이 필요하다.

그리고, 주변 온도에 대한 영향을 쉽게 받을 수 있다.

반면, 3 wire 방식일 경우에는 출력 eo가 Zero가 되기 위해서는

R1

=

(RG + 2RL)

이 된다.

R2

(R3 + 2RL)

Leadwire의 길이가 길어져도, 출력 eo가 Zero Balancing이 용이해지며, 주변 온도에 대한 Leadwire의 저항 변화를 서로 상쇄시키는 효과가 된다.