스트레인 게이지 센서: 구성, 작동 및 일반 용도
2026-01-05 4548

스트레인 게이지는 가해진 힘으로 인해 발생하는 재료 모양의 작은 변화를 감지하는 데 널리 사용되는 센서입니다.이 센서는 물리적 변형을 전기 신호로 변환하여 직접 관찰할 수 없는 변형률을 정확하게 측정할 수 있습니다.이 기사에서는 스트레인 게이지의 작동 방식, 구성 방식, 신호 측정 방식, 엔지니어링 및 산업 응용 분야에서 일반적으로 사용되는 위치에 대해 살펴봅니다.

카탈로그

스트레인 게이지 기본 사항

에이 스트레인 게이지 측정하는데 사용되는 센서이다. 긴장, 이는 재료의 변형 언제 외력 적용됩니다.이 힘은 인장, 압축, 굽힘, 압력 또는 토크로 인해 발생할 수 있습니다.언제 부하 물질에 작용하면 내부 저항이 발생합니다. 스트레스 그리고 모양에 작은 변화가 생깁니다.

스트레인 게이지는 재료 표면에 직접 접착되어 구조와 함께 변형됩니다.재료로는 뻗어 또는 압축하다, 게이지의 전기 저항은 변형에 비례하여 변화합니다.이러한 예측 가능하고 반복 가능한 동작을 통해 눈으로 볼 수 없는 극히 작은 변형도 측정할 수 있습니다.

긴장과 스트레스

그림 2. 재료의 변형률 및 응력 거동

스트레인	스트레스
스트레인은 상대적이다 가해진 응력으로 인한 재료의 변형.	스트레스는 당 내부의 힘이다. 외부 하중에 의해 발생하는 재료 내의 단위 면적.
길이 변화로 계산됨 원래 길이로 나눕니다(ε = ΔL / L).	힘을 다음으로 나누어 계산합니다. 단면적(σ = F/A).
재료의 양을 나타냅니다. 변형하다.	내부의 강도가 얼마나 강한지를 나타냅니다. 힘은 물질 내에서 작용합니다.
무차원 수량, 종종 마이크로스트레인(με)으로 표현됩니다.	파스칼(Pa) 단위로 측정됩니다.
물질적 행동을 연구하는 데 사용됩니다. 스트레스를 간접적으로 계산합니다.	재료를 평가하는 데 사용됩니다. 강도와 안전 한계.
변형률을 사용하여 간접적으로 측정됨 게이지.	직접 측정할 수 없습니다.

스트레인 게이지 구성 요소

그림 3. 시험편에 접착된 스트레인 게이지의 라벨링된 다이어그램

캐리어: 캐리어는 스트레인 게이지를 지지하는 얇은 뒷면 소재입니다.이는 감지 그리드를 제자리에 고정하고 게이지가 테스트 표본 표면에 단단히 접착되도록 합니다.

금속 그리드 패턴: 스트레인 게이지의 감지 요소입니다.감도를 높이기 위해 구불구불한 패턴으로 배열된 얇은 금속 호일로 만들어졌습니다.시편이 변형되면 이 그리드가 늘어나거나 압축되어 전기 저항이 변경됩니다.

리드: 리드선은 스트레인 게이지를 외부 측정 장비에 연결합니다.이는 감지 그리드의 저항 변화를 브리지 회로 또는 신호 조절기로 전송합니다.

시험편: 측정되는 재료나 구조입니다.스트레인 게이지는 표면에 직접 접착되어 하중을 받는 시편과 동일한 속도로 변형됩니다.

스트레인 게이지 구성

그림 4. 스트레인 게이지의 핵심 구조 요소

보호 라미네이트 층- 전기 절연을 제공하면서 습기, 먼지 및 기계적 손상으로부터 게이지를 보호합니다.

금속 감지 요소- 감도를 높이기 위해 격자 패턴으로 배열된 얇은 금속 호일입니다.일반적인 재료에는 안정적인 전기적 특성으로 인해 콘스탄탄 및 카르마 합금이 포함됩니다.

베이스 또는 캐리어 레이어- 일반적으로 폴리이미드 또는 유사한 폴리머로 제작되는 이 층은 감지 요소를 지원하고 테스트 표면에서 균일한 변형 전달을 보장합니다.

스트레인 게이지 작동 원리

그림 5. 스트레인 게이지 작동 원리

스트레인 게이지는 변환하여 작동합니다. 기계적 변형 변화로 전기저항.접착면에 응력이 가해지면 게이지도 같은 속도로 변형됩니다.스트레칭은 저항을 증가시키고, 압축은 저항을 감소시킵니다.

에 대한 금속박 스트레인 게이지의 경우 이러한 저항 변화는 기하학적 효과, 특히 감지 요소의 길이와 단면적 변화에 의해 지배됩니다.재료의 본질적인 압저항 효과는 전체 저항 변화의 작은 부분에만 기여합니다.이러한 구별은 금속 게이지를 반도체 스트레인 센서와 비교할 때 중요합니다.

스트레인 게이지 방정식 및 게이지 계수

변형률과 저항 변화 사이의 관계는 다음과 같습니다.

그림 6. 기본 스트레인 게이지 방정식

어디서 ΔR 의 변화는 무엇입니까? 저항, R 은 원래 저항, K 게이지입니다 요인, 그리고 ε 이다 긴장.

대부분의 금속 포일 스트레인 게이지의 경우 게이지 계수는 일반적으로 다음과 같습니다. 2.0에서 2.2, 감도와 장기 안정성 사이의 균형을 제공합니다.

휘트스톤 브리지를 사용한 신호 측정

그림 7. 스트레인 게이지 측정

스트레인 게이지에 의해 생성된 저항 변화는 매우 작기 때문에 직접 측정이 불가능합니다.에이 휘트스톤 브리지 회로 이러한 변화를 측정 가능한 것으로 변환하는 데 사용됩니다. 전압 신호.

휘트스톤 브리지는 다이아몬드 형태로 배열된 4개의 저항 요소로 구성됩니다.모든 저항이 동일하면 브리지가 균형을 이루고 출력 전압은 다음과 같습니다. 제로.변형으로 인한 저항 변화는 브리지의 불균형을 초래하여 적용된 변형에 비례하는 전압을 생성합니다.

일반적인 브리지 구성

• 쿼터 브리지: 3개의 고정 저항기가 있는 활성 스트레인 게이지 1개.간단한 단일 방향 측정에 사용됩니다.

• 하프 브리지: 일반적으로 하나는 인장 상태이고 다른 하나는 압축 상태에 있도록 배열된 두 개의 활성 게이지입니다.온도 보상 및 신호 출력이 향상됩니다.

• 풀 브리지: 활성 스트레인 게이지 4개.최대 감도, 우수한 온도 안정성 및 강력한 노이즈 제거 기능을 제공합니다.로드셀에 일반적으로 사용됩니다.

신호 컨디셔닝

브리지 출력 신호에는 다음이 필요합니다. 증폭 그리고 필터링.신호 컨디셔닝 전자 장치는 신호를 증폭하고, 잡음을 줄이며, 보상하다 에 대한 온도 효과, 그리고 개종하다 모니터링 또는 녹음을 위해 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환합니다.

일반적인 스트레인 게이지 유형

분류	스트레인 게이지 유형	일 중 원리	특징	응용
작동 원리에 기초	기계식 스트레인 게이지	다음을 사용하여 물리적 움직임을 측정합니다. 눈금과 포인터	전기 부품이 없고 단순함 시각적 표시	건물의 균열 모니터링 및 교량
	전기 스트레인 게이지	늘어나면 저항이 변합니다. 또는 압축	정확하고 신뢰할 수 있으며 널리 사용됩니다.	부하측정, 스트레스 분석, 테스트
	압전 스트레인 게이지	변형이 있을 때 전압을 생성합니다. 적용됨	매우 높은 감도, 동적 응답	진동, 충격, 충격 측정
장착 방법에 따라	접착 스트레인 게이지	표면에 직접 접착된 게이지 접착제로	직접 변형률 전달, 높음 정확성	구조 테스트, 로드 셀
	비접착 스트레인 게이지	고정선과 고정선 사이에 늘어진 와이어 이동식 프레임	표면에 부착되지 않아 안정함 설정	로드 셀, 압력 변환기
건축 기준	포일 스트레인 게이지	금속 포일 그리드가 접착됨 절연 백킹	내구성, 안정성, 비용 효율성	산업 및 실험실 측정
	반도체 스트레인 게이지	압저항 효과를 이용 실리콘 또는 게르마늄	매우 높은 감도, 온도에 민감한	작은 변형률 측정, 센서
	광전 스트레인 게이지	광선과 광학을 사용합니다. 격자	매우 높은 해상도, 섬세한	정밀 실험실 및 연구 일

스트레인 게이지 배열

• 선형 변형 게이지는 하중 방향이 알려진 경우 단일 축을 따라 변형을 측정합니다.

• 다이어프램 변형 게이지는 얇은 표면의 변형을 측정하며 압력 센서에 일반적으로 사용됩니다.

• 로제트 계통 게이지는 주 변형 방향을 알 수 없을 때 여러 방향의 변형을 측정합니다.

• 비틀림 및 전단 변형 게이지는 회전 샤프트의 토크를 감지합니다.

• 이중 평행 변형 게이지는 장력과 압축을 비교하여 굽힘 측정을 향상시킵니다.

• 티 로제트 스트레인 게이지는 주요 방향이 알려진 경우 이축 변형률을 측정합니다.

스트레인 게이지의 사용

- 하중분포 및 피로해석을 위한 구조 및 기계공학

- 로드셀 및 토크 센서의 하중 및 힘 측정

- 다이어프램과 배관을 이용한 압력 및 유량 측정

- 연구 및 실험적 스트레스 분석

- 내구성 및 안전성 모니터링을 위한 항공우주, 자동차, 에너지 산업

- 예측 유지보수를 위한 산업 상태 모니터링

스트레인 게이지 설치 문제

그림 8. 스트레인 게이지 설치 과제

온도 영향

스트레인 게이지는 온도 변화에 민감합니다.온도가 변화함에 따라 게이지 재료의 전기 저항이 변경되어 실제 변형과 관련이 없는 측정 드리프트가 발생할 수 있습니다.적절한 온도 보상이나 제어가 없으면 이 효과로 인해 정확도가 떨어질 수 있습니다.올바른 게이지 재료를 선택하고 보상 기술을 사용하면 열 영향을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

환경 노출

환경 조건은 스트레인 게이지 성능을 방해할 수 있습니다.습기와 습도는 접착력을 약화시킬 수 있으며, 진동과 전자기 간섭은 신호 잡음을 유발할 수 있습니다.보호 코팅, 적절한 차폐 및 제어된 설치 환경은 특히 산업 또는 실외 응용 분야에서 이러한 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다.

접착 품질

정확한 변형률 측정을 위해서는 안전한 결합이 중요합니다.스트레인 게이지는 측정되는 표면과 정확히 일치하도록 단단히 부착되어야 합니다.표면 준비가 불량하거나 재료가 고르지 않거나 접착제를 잘못 선택하면 신호가 불안정해지거나 판독값이 부정확해질 수 있습니다.주의 깊은 청소, 표면 준비 및 적절한 접착 절차를 통해 안정적인 변형 전달이 보장됩니다.

신뢰할 수 있는 측정 달성

이러한 문제를 해결하려면 적절한 설치 기술, 교정 및 환경 제어가 필요합니다.스트레인 게이지가 올바르게 설치되면 구조 분석, 성능 테스트 및 장기 모니터링 애플리케이션을 지원하는 정확하고 신뢰할 수 있는 데이터를 제공합니다.

스트레인 게이지의 장점과 단점

장점

높은 정확도와 감도

로드 셀에 사용할 때 안정적인 하중 측정

전자 시스템과의 손쉬운 통합

실시간 및 장기 모니터링에 적합

단점

온도에 민감함 v ariat 이온

설치에는 정확성과 경험이 필요합니다.

열악한 환경의 영향을 받는 성능

매우 작은 신호에는 증폭이 필요함

영구 결합 및 교정 제약으로 인해 재사용성이 제한됨

결론

스트레인 게이지는 하중, 응력 및 구조 모니터링을 위한 정확하고 신뢰할 수 있는 스트레인 측정을 제공합니다.정확도는 적절한 선택, 설치 및 신호 조절에 따라 달라집니다.올바르게 적용하면 스트레인 게이지는 엔지니어링, 연구 및 산업 측정 시스템에서 중요한 도구로 남아 있습니다.