기계 계측 및 실험

(1)

Seong J. Cho Research

기계 계측 및 실험

조성진

첨단 재료 및 생산공학 연구실 mems.cnu.ac.kr

기계공학부 충남대학교

(2)

전압분할회로

• 분압기(voltage divider) : 회로는 한 쌍의 저항을 이용해서 입 력 전 압 e

_i

를 더 작은 전압으로 분할

• 브리지 회로(7.9 절), 비반전 증폭기(예제 7.5)등에 사용

(3)

변환기 저항의 미소 변화: 측정기 분해능 한계

• 변환기 저항이 R

₂

= R

₀

에서 R

₂

= (R

₀

+ ΔR)로 증가하면 출력은

ΔR/2R ₀ << 1 일 때

http://www.showa-sokki.co.jp

- Foil strain gage는 일반적으로

0.0001% 변화

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변환기 저항의 미소 변화: 측정기 분해능 한계

• 만약 R

₀

= 120 Ω, ΔR = 240 μΩ

• 출력 전압에서의 변화를 관찰하기 위해서는 0.0001% (10

^-6

) 보다 분 해능이 더 좋은 측정기 필요

– 고성능 전압계의 분해능은 0.01% (10

^-4

)  측정 불가

센서 기본적으로 걸리는 측정전압 센서의 저항변화에 따른 측정 전압

0.0001%

(5)

변환기 저항의 미소 변화: 입력 전압의 안정성 문제

• 출력전압 Δe

₀

는 입력 전압 Δe

_i

와 저항변화 ΔR에 비례하여 변화

• 저항변화가 거의 없는 정밀 측정의 경우 Δe

_i

>> ΔR

• 예를 들어 입력전압 e

_i

가 0.1% (Δe

_i

= 0.001 e

_i

) 변하면 – Δe

₀

역시 그것에 비례하여 약 0.1% (Δe

_i

/2) 변함

– 만약 저항의 변화가 0.001%만 변화하는 시스템의 경우 저항 변화(ΔR)에 Δe

₀

는 약 0.001%(ΔR/4R

₀

)로 ΔR의 1/1000 수준

 저항이 미세하게 변화할 때 입력 전압이 변화하면 저항 변화 측정이 불가능

e _i + Δe _i 입력 전압 변화

e _i  e _i + Δe _i

(6)

변환기 저항의 미소 변화

• 출력 오프셋 전압 e

₀

제거

• 주변 환경(온도, 외부 잡음) 등에 둔감한 회로 구성

참고: 일반 전압 분배기 센서

∆𝑒𝑒 _𝑎𝑎 = ∆𝑒𝑒 _𝑖𝑖 2 +

∆𝑅𝑅

4𝑅𝑅 ₀ 𝑒𝑒 _𝑖𝑖 ∆𝑒𝑒 _𝑏𝑏 = ∆𝑒𝑒 _𝑖𝑖

2

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휘스톤 저항 브리지(Wheatstone resistance bridge)

• 브리지 회로는 수동 변환기를 측정 시스템에 연결하는데 사용되는 가장 보편적인 방법

• 1833 년에 S. H. Christie 에 의해 고안된 휘스톤 저항 브리지 (Wheatstone resistance bridge)가 가장 널리 사용

• 스트레인 게이지, 저항 온도계, 서미스터 (thermistor) 등 저항형 센 서에 사용

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휘스톤 저항 브리지(Wheatstone resistance bridge)

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저항 브리지

• 브리지 회로의 장점

– 높은 정확도의 저항 측정 가능

– 두 분압기의 오프셋 전압이 상쇄되므로 브리지 출력전압이 센서 저항의 변화에만 영향을 받는다.

• 사용방법

– 평형 브리지: 계측기의 전압이 0이 될 때까지 브리지의 하나 또 는 그 이상의 암을 조정하여 브리지를 평형상태로 만드는 방법 – 편향 브리지: 계측기의 눈금으로부터 브리지의 불평형의 크기를

직접 측정하는 방법

평형 조건 (e

₀

=0)

(10)

(11)

휘스톤 저항 브리지(Wheatstone resistance bridge)

Large resistance change - series arrangement Small resistance change

- shunt balance

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