범위가 점점 넓어지고 있다.
또, 물체에 여러 가지 현상을 변형으로 변환해서 측정하는, 측 물리현 상 ⇒ 변형 ⇒ 전기 신호의 변환기로서, 하중, 장력, 압력 등의 전기적 변환기(transducer)가 출현한 후에 연구, 시험 단계를 거쳐 공업 프로세 서에서의 관리 계기나 자동제어기기에도 응용되고 있다. 또, 검사 기기 나 시험기는 물론, 상업적인 칭량기까지에도 응용되며, 스트레인 게이지 의 센서, transducer 분야에 차지하는 역할은 큰 것으로 되었다.
스트레인 게이지는 이러한 넓은 용도를 갖고 있는데, 그 우너리는 종래 의 것과 꼭 같다. 즉, 물리현상을 변형으로 교체하여 그것을 스트레인 게이지에 의해 전기적으로 픽업하는 것이다. 그러나 스트레인 게이지와 transducer를 모두 응용하는 데는 그것만으로는 소용없고, 스트레인 게 이지의 저항 변화를 측정하기 위해서 스트레인 게이지에 가하는 전원, 증폭기, 지시계, 기록계 등이 필요하다.
압력측정에 이용되는 변환기는 접착형, 비접착형으로 두 가지가 있으 며, 그 원리는 동일하다. 즉, 도선이 턴성적으로 늘어나면 그 길이와 직 경이 변하여 도선 전체의 전기저항이 변화하는데, 스트레인 게이지는 이 원리를 이용한다. 따라서 다이아프램, 벨로우즈, 브로돈관 같은 길이 변 환 장치와 스트레인 게이지를 결합하면 압력을 전기적인 신호로 감지할 수 있다.
스트레인 게이지 압력 센서의 특징
검출단, 변환기, 지시 기록계등과 측정 장치와의 분리
원격측정이 가능
정도 신뢰성이 양호
소형이며, 응답성이 빠름
출력치의 연산이 가능
검출소자
Type
측정범위
(kgf/cm2)
Accuracy
(% of FS)
사용온도범위
(℃)
주파수
(Hz)
부르돈관 및
벨로우즈
접착형
0 ~ 0.7
0 ~ 3500
± 0.25
120
300
2000
벨로우즈 및
다이아프램
비접착형
0 ~ 0.003
0 ~ 700
± 0.5
-50 ~ -120
270
10,000
Ring Type
접착형
0 ~ 1.75
0 ~ 700
± 1.0
-45 ~ 95
1,500
다이아프램
접착형
-1 ~ 7
-1 ~ 700
± 1.0
-180 ~ 3300
45,000
< strain - gauge 압력 센서의 종류별 특징>
4. 동압계
수정 및 롯셀염 등의 결정체는 특정한 방향으로 압력을 받게 디면 자체 내에 전압이 유기되는 성질을 갖고 있으며, 이와 같이 전압이 유기되는 현상을 압전효과(piezoelectric effect)라 한다. 이런 현상의 역상태로 결정체에 전압을 가하면 결정이 신축 기계적인 변형을 일으키는 데 이는 압전효과의 반대현상으로 역압전이라 하고 일반적으로 양 효과를 총칭해 서 압전효과라 하고 있다.
압전형 압력 센서는 이러한 압전효과를 이용하여 입력 압력에 대응된 전지적 출력을 얻을 수 있도록 설계된 것으로, 압전체들은 외부의 전원 없이 사용되기도 하나 이 경우에는 출력신호가 적기 때문에 증폭이 필수 적이며 대부분 경우에는 외부전원과 연결하거나 똔느 병렬로 압전체를 여러 갤 연결하여 이용하고 있다.
측정매질에 딸 결정되는 일정한 주파수에서 압전체들을 동작시켜 압력 을 측정할 수 있는 출력은 발생전하인 Q인자에 따라 달라진다. Q인자는 결정체에 평균적으로 저장되는 에너지의 싸이클당 발산되는 에너지의 비 로서 정의되며, 이 값은 결정체의 종류 및 부하 조건에 따라 변한다. 따 라서 높은 감도를 갖기 위해서는 내부마찰에 의한 에너지손실이 가장 작 은 결정체를 사용하는 것이 필요하다. 실험치에 의하면 수정은 고주파용 으로 적합하며 적당한 처리를 하면 진공에서 Q값이 5000,000 정도가 된다.
장점
단점
- 직선성이 좋다
- 동압 및 폭발적인 압력측정에 좋다
- 고주파 응답 특성이 있다
- 구조가 견고하고, 크기가 작으며, 출력이 크다
- 정압 측정이 어렵다
- 온도변화에 민감하다
< Piezoelectric 압력센서의 기본 구조 >
○ DATA SHEET
#
Strain guage
(kPa)
Bourdon tube 1
(kgf/cm2)
Bourdon tube 2
Bourdon tube
Remark
1
102.16
1.0
1.35
가압
2
201.15
2.0
2.40
〃
3
304.50
3.0
3.50
〃
4
406.43
4.0
4.50
〃
5
498.71
5.0
5.50
〃
6
594.86
6.0
6.50
〃
7
693.46
7.0
7.50
〃
8
600.55
6.1
6.55
감압
9
496.72
5.0
5.50
〃
10
397.89
4.0
4.50
〃
11
302.27
3.1
3.50
〃
12
198.58
2.10
2.50
〃
13
103.24
1.20
1.45
〃
1. Static Pressure
① 가압시
② 감압시
2.Dynamic Pressure
#
Strain guage
(kPa)
Output, △
(volt)
Output, △
(psig)
Remark
1
211.91
0.370
18.5
가압
2
0.53
0.466
23.3
감압
3
416.88
0.720
36.0
가압
4
0.55
0.800
40.0
감압
5
600.30
1.060
53.0
가압
6
0.57
1.110
55.5
감압
오실로스코프를 이용한 동압 그래프
- 1번 과정
- 2번 과정
- 3번 과정
- 4번 과정
- 5번 과정
- 6번 과정
① 가압시
② 감압시
○ 오차의 원인에 대한 평가
- 각각의 계측기에 오차 발생
- Strain gauge가 정확해서 미세의 압력까지 측정하여 오차 발생
- 대기압 때문에 오차 발생
- 질소통 regulater을 손으로 정확하기 못하는데서 오차 발생
- Boudon tube, Strain-gauge 압력계가 아날로그로 되어있어 정확한 수치 측정이 불가능해서 오차 발생
- 오실로스코프 내의 저항이 발생하여 오차 발생
○ 느낀점
압력 층정 센서들을 이용하여 압력을 측정, 비교하고, 정압 및 압력의 동 적 특성에 대해 알 수 있었다.
실험장치인 Bourdon-tube, Strain gauge 압력계, meter, piezoelectric 압력계, charge amplifier, 디지털 오실로스코프, signal cable에 대해 알 수 있었다.