고체부문, 동적하중 측정 및 원리

1. 실험제목 : 고체부문, 동적하중 측정 및 원리

2. 실험목표

하중을 측정할 때에 일반적으로 사용하는 로드셀의 원리를 이해하고, 또한 실제로 로드셀을 이용하여 충격량을 측정, 결과를 계산해본다. 이러한 과정을 운동량과 충격량의 관계에 대하여 고찰해보고, 이론적으로 구할 수 있는 결과와 실험으로 구해지는 결과를 비교, 분석해본다.

3. 실험이론

`로드셀의 원리`
스트레인 게이지식 로드셀은 1조의 스트레인 게이지를 금속 탄성체에 접착하고 그 탄성체에 하중을 가했을 때에 일어나는 스트레인을 스트레인 게이지의 저항변화로 검출하여 하중을 측정하는 `하중변환기`(FORCE TRANSDUCER)의 총칭이다. 탄성체에 접착된 ONE(1)SET의 스트레인 게이지는 전기적으로 휘스턴 브리지 회로를 구성하도록 접속되어 있고 하중에 의한 변형량으로 인해 스트레인 게이지가 변형되고, 저항치 변화에 의해 브리지 회로에 불균형 전압이 발생하게 된다. 이때 브리지 회로에 입력전압을 일정하게 하면 출력전압은 가해진 하중에 비례하게 되고, 이 출력전압을 측정하여 하중을 정밀하게 읽어낼 수 가있다. 아래 그림에서 보는 바와 같이 압축하중을 받은 탄성체에 스트레인(ε)이 발생하고, 이때의 압력과 스트레인 관계는 응력의 크기가 탄성체 재료의 탄성한도 이내에 있으면 비례적이고, 비례 정수는 종탄성계수(E)가 된다 .이 경우, 탄성체의 스트레인과 스트레인 게이지의 저항치(R)와의 GAUGE FACTOR(K)를 비례상수로 하는 다음식이 얻어진다.
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로드셀은 상기 원리로 탄성체의 스트레인을 얻으며 그 스트레인에 상당하는 저항변화로 출력신호를 얻어낸다. 이 변환소자로서의 스트레인 게이지는 대단히 얇은 합금박 저항체와 에폭시 수지 또는 페놀수지의 베이스 재로 상GAUGE(FOIL GAUGE)가 일반적으로 사용된다.
`실험에 필요한 공식`
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4. 실험과정

5. 계산 방법