[휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge)] 쿼터 브릿지(quater bridge)의 출력

쿼터 브리지(quater bridge)는 총 4개의 저항 가운데 능동 변형률 게이지가 붙은 저항이 1개이다.

 

이런 쿼터 브리지에서 능동 변형률 게이지의 저항을 Rg라 하면 이 저항기 한 개를 시편에 부착하여

 

변형률을 측정하는 것입니다. 다만, 이 시험에서는 온도 등의 영향에 의한 변형은 없다고 가정한다

 

※ 온도의 영향을 고려하여 Dummy 게이지를 부착하는 방법이 있으나, 이를 쿼터 브릿지로 분류하는 것에 대해서는

 

아직 이해가 안되는 부분이 있긴 하지만, Dummy 게이지를 부착하는 방법도 쿼터 브릿지로 분류하기도 한다.

 

이를 이해하기 위해서는 일단 이전의 휘스톤 브릿지 관련 내용을 보고 오는 것이 좋다.

 

휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 회로의 원리, 변형률 측정 방법의 종류(휘스톤 브릿지 관점, 스트레인 측정 측정, Strain gauge)

휘트스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 회로의 원리, 변형률 측정 방법의 종류(휘스톤 브릿지 관점, 스트

 

 

1. 온도의 영향 미고려.

 

쿼터 브릿지

 

앞서 본  내용에서 지배 방정식을 다시 끌어오면 아래와 같다.

 

 

여기서 활성화 저항기가 Rg 뿐이므로 R1 대신 Rg를 넣어서 수식을 전개하면 된다.

 

(△R2 = △R3 = △R4 = 0 으로 둔다. why?? 능동 저항기(게이지가 붙어 있지 않기 때문이다.))

 

위의 내용을 대입하여 출력 전압 △E를 정리하면

가 된다.

 

여기서 m = 저항 비 = R2/Rg를 말한다.

 

모든 변형률 게이지는 성능지표의 하나로서 “단위 변형률에 대해 게이지가 발휘하는 전기저항의 변화량”으로

 

정의되는 게이지 계수(gage factor) Gf 값을 가지고 있다.

 

게이지 계수의 값은 제조사에 의해 제공 되며, 다음과 같이 정의된다

이 값을 이용하여 변형률로 정리하면 아래와 같이 된다.

 

 

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2. 온도의 영향을 고려한 경우.

 

온도의 영향을 고려하는 브릿지 구성

 

 

쿼터 브리지의 또 다른 구성방식으로 위의 그림과 같이 더미 변형률 게이지(dummy strain gage) Rd를 부착하여

 

사용하는 방식이다. 

 

예를 들어, 능동게이지에 대응하여 추가로 부착한 더미 게이지는 온도의 영향 등에 의해 시편에 추가적인 변형이 예상될 때

 

사용하 는 것으로 능동 게이지의 측정값 중에서 온도 영향 부분을 상쇄시켜 오직 가중 하중에 의한 변형률만 구하도록 하는

 

역할을 한다

 

예를 들어, 온도의 영향을 받은 경우에는 능동게이지의 저항 변화량은 온도 영향에 의한 저항 변화량 △Rt가

 

추가되어 (△Rg +△Rt )가 된다.

 

더미게이지는 시편에 부착한 것이 아니므로 (더미 게이지는 시편과 같은 재질의 다른 조각에 붙여 시편 가까이에 둠)

 

그 저항의 변화량은 온도 영향에 따른 △Rt만 있다.

 

시험에 사용하는 변형률 게이지는 Rg = Rd 로 동일한 게이지를 사용한다.

 

휘스톤 브릿지 지배 방정식에서 R1 = Rg, R2 = Rd, △R1 = △Rg +△Rt , △R2 = △Rt , △R3 = △R4 = 0을 대입하고,

 

Rg = Rd로 놓으면 온도 영향 부분(△Rt /Rg)은 서로 상쇄되어 없어지고 오직 주된 변형에 의한 부분 인 △Rg /Rg만 남게

 

되어 결국은 이 쿼터 브리지의 출력 전압도 아래의 식과 같이 온도 영향을 미고려하는 경우와 같아진다.

 

이래서.. 2개의 저항기를 사용하지만 최종 식이 동일해서 쿼터 브리지로 부르는 것 같다.