KR100741623B1 - 변형계 - Google Patents

Abstract

개선된 변형계가 개시된다. 상기 변형계는 약 1 내지 약 30 밀의 두께를 가지는 반-강체 기판, 상기 변형계가 부착되는 표면과 관련되는 변형에 따라 다른 저항을 제공하기 위해 상기 반-강체 기판에 결합되는 저항식 변형 감지형 박편, 및 상기 저항식 변형 감지형 박편에 연결되는 제 1 단자와 제 2 단자를 포함한다.

Description

변형계 {STRAIN GAGE}

본 발명은 변형계에 관한 것이다.

변형계는 기계적 변형을 측정하기 위해 사용되는 변형 감지형 저항식 장치(strain sensitive resistive device)이다. 변형계는 통상적으로 어떠한 표면에 접착식으로 결합되고, 측정된 변형계의 저항 변화는 변형계의 구성에 따른 다양한 효과와 관련된다. 변형계는 굽힘 하중, 축방향 하중 및 비틀림 하중 또는 그 외 다른 변형 효과를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 변형계는 통상적으로 포토 에칭(photoetched), 이온 밀링(ion-milled), 기타 저항을 생성하기 위한 형태를 형성하도록 절단되는 저항식 박편(resistive foil)으로 제조된다. 박편 재료는 일반적으로 두께 50 마이크로인치 내지 200 마이크로인치의 망간 합금, 니켈-크롬 합금 또는 니켈-구리 합금이다. 변형계와 관련된 통상적인 저항치는 120 옴(ohms)이다. 박편 유형은 일반적으로 에폭시 혹은 유사한 수지 또는 다른 접합제로 매우 얇은 가요성 중합체 배면부에 결합된다. 상기 중합체 배면부는 얇아서[0.5 밀(mils)] 가요성이 증대된다. 이러한 장치는 공식 k dl/l = dr/r 을 따르는 변형 감지형 장치이며, 여기서 dl/l는 상기 장치가 구조물에 접합될 때 하중(응력) 하에서 게이지 상에 부과되는 변형이고, dr/r 는 변형에 의한 상대적인 저항 변화이며, k는 상수이다. 변형계의 상수 k 는 게이지의 변형과 저항의 상대적 변화 사이의 비례 인자이다. 때때로, k 는 변형계 인자라고 불린다. 상수 k 는 통상적으로 약 2의 값을 갖는다.

변형계가 매우 가요적이기 때문에, 매우 작은 반경을 가지는 만곡면에 적용될 수 있다. 게이지가 매우 가요적이고 정전하로부터 "접착적(sticky)"이기 때문에, 어떠한 심각한 단점을 나타낸다.

선행 기술상의 변형계에 있어 하나의 문제는 제조 공정에 관한 것이다. 변형계는 테이프 상에 패키징(packaging)되기 위해 진동 보울(vibrating bowl)에서 자동으로 분류될 수 없다. 그 대신에, 변형계는 트레이 포켓(tray pocket)이나 플라스틱 폴더에 개별적으로 패키징되어 성가시고 비용 추가적인 작업 공정을 요구한다.

추가적인 문제는 이러한 선행 기술상의 변형계는 수동 조작 또는 기계 조작 중에 부서지기 쉽다는 것이다.

게다가, 변형계를 설치하는 것이 어렵다는 또 다른 문제가 있다. 변형계는 변형을 측정하고자 하는 구조물에 결합된다. 전기 도선 결합이 이루어져야 하며 일반적으로 이러한 조작 요구 사항은 불편하고 비용이 들게 된다. 따라서, 본 발명의 주목적은 최신 기술로 개선하는 것이다.

본 발명의 또 하나의 목적은 자동으로 분류되어 테이프 상에 패키징될 수 있는 변형계를 제공하는 것이다.

게다가, 개별적으로 패키징될 필요가 없는 변형계를 제공하는 것 역시 본 발명의 목적이다.

본 발명의 추가적인 목적은 조작하기에 보다 용이하고 견고한 변형계를 제공하는 것이다.

용이한 설치에 도움이 되는 변형계를 제공하는 것도 본 발명의 추가적인 목적인 것이다.

본 발명의 하나 이상의 이러한 목적 및/또는 다른 목적, 특징 또는 장점들은 이하의 청구항 및 명세서로부터 명백해 질 것이다.

본 발명은 제조, 조작 및 설치가 보다 간단한 변형계를 제공하는 것이다. 상기 변형계는 약 1 밀(25 ㎛) 내지 약 30 밀(762 ㎛)의 두께를 갖는 반-강체 기판, 반-강체 기판에 결합되는 저항식 변형 감지형 박편, 및 상기 저항식 박편에 연결되는 제 1 단자와 제 2 단자를 포함한다. 변형계는 편평한 면 또는 약간 만곡진 면에 사용될 수 있다. 반-강체 기판이 사용되기 때문에, 변형계는 조작 및 설치가 보다 용이하다.

변형계는 반-강체 기판의 표면에 부착되는 대전 방지층(anti-static layer)을 포함할 수 있으며, 이러한 대전 방지층은 보다 용이하게 변형계를 조작할 수 있도록 한다. 대전 방지층으로 인해 변형계를 금속 부분에 납땜하는 것 또한 용이하게 된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 변형계를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 저항식 박편 및 반-강체 기판이 동일한 저항 박편을 이용하는 선행 기술상의 변형계와 동등한 변형계 인자(통상 약 2 정도)를 제공하도록 선택되는, 저항식 변형 감지형 박편을 반-강체 기판에 결합하는 단계, 및 제 1 단자와 제 2 단자를 상기 저항식 변형 감지형 박편에 부착하는 단계를 포함한다. 대전 방지층은 또한 상기 저항식 변형 감지형 박편의 표면에 부착될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형계의 정면도이며,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형계의 측면도이다.

본 발명은 변형계에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 선행 기술상의 단점을 방지하기 위해 반-강성인 반면 가요적이지 않은 변형계를 제공하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 변형계는 편평하거나 약간 만곡진 면에 사용하기에 적합하며, 제조 및 설치가 용이하다는 장점을 제공한다.

상기 변형계는 선행 기술상의 변형계와 관련된 꾸불꾸불한 저항식 박편 형(serpentine resistive foil pattern)과 동일한 유형을 포함하지만, 상기 박편 유형은 약 1 밀(25 ㎛) 내지 약 30 밀(762 ㎛)의 두께의 유리 섬유, 또는 폴리이미드계 수지(polyimide resin), 또는 다른 강성 재료로 제조되는 반-강체 기판에 결합된다. 변형계 인자 즉, k는 장치의 강도 및 두께에도 불구하고 동일하게 유지된다.

도 1에 도시된 것처럼, 변형계(10)는 기판(12)을 포함한다. 기판(12)은 선행 기술상의 가요성 기판과 달리 반-강체 기판이다. 본 발명은 유리 섬유, 플라스틱, 유리, 강화 에폭시, 폴리이미드, 석탄산 또는 다른 강성 혹은 반-강성 재료를 포함하는 다양한 재료가 사용될 수 있다는 것을 예기한다. 기판의 두께는 약 1 밀 내지 약 30 밀이다. 따라서, 기판의 두께는 상기 기판이 반-강성을 유지하기에 충분히 크다. 저항식 변형 감지형 박편(16)이 반-강체 기판(12)에 결합된다. 다양한 유형의 결합제, 접합제, 에폭시 또는 수지가 기판(12)과 박편(16) 사이에 결합부(14)를 형성하도록 사용될 수 있다.

제 1 단자(18A) 및 제 2 단자(18B)가 박편(16)에 연결된다. 이러한 단자(18A, 18B)는 변형계(10)에 도선 연결(lead attachment)을 용이하게 하기 위해 범핑(bumped)되거나 미리 납땜될 수 있다.

또한, 대전 방지층(20)이 도 1에 도시된다. 이러한 대전 방지층(20)은 박편(16)의 표면이나 반대편 또는 양쪽 모두에 있을 수 있다. 대전 방지층(20)은 제조 공정에서 진동 보울(vibrating bowl)이 사용될 수 있기 때문에 분류 작업을 용이하게 하는 장점을 제공한다. 대전 방지층(20)은 제조 공정에서 각각의 변형계(10)가 상호 점착되는 것을 방지한다.

대전 방지층은 바람직하게는 구리나 땜납 또는 다른 저 저항 금속이다. 아교와 같은 접착제를 사용하는 대신에 이러한 금속층이 변형계(10)를 금속부 또는 다른 표면(24)에 결합하기 위해 사용될 수 있다. 이로써, 본 발명의 변형계의 설치 공정이 간단하게 될 수 있다.

도 2는 본 발명의 변형계에 대한 일 실시예의 평면도를 제공한다. 비록 본 발명이, 요구되는 저항에 도달하기 위해 다른 유형이 사용될 수 있다는 것을 충분히 예기하고 있지만, 도 2에서는 꾸불꾸불한 박편(16) 형태가 제공된다. 바람직하게는, 상기 박편 유형(22)은 50 옴 내지 10,000 옴 사이의 저항을 제공한다. 만약, 박편이 0.5 밀의 매우 가요적인 배면부에 부착된다면, 변형계(10)로부터 얻어지는 변형계 인자 k는 반드시 동일하다. 따라서, 변형계 인자 k는 통상적으로 약 2가 된다.

개선된 변형계가 이제 개시된다. 본 발명은 반-강체 기판의 두께와 유형, 박편 유형, 박편 저항, 박편을 부착하기 위해 사용되는 접합제 혹은 다른 결합제의 유형, 대전 방지층으로 사용되는 재료의 유형, 및 개선된 변형계를 구조물에 부착시키는 방법(접착식 결합, 납땜 등)에 있어서 여러 가지 다양성을 예기한다. 여러 가지 변형물 및 동등물이 본 발명의 범위와 취지 내에 있다.

Claims (18)

1. 변형계를 테이프 및 릴에 패키징하기 위한, 1 밀(25 ㎛) 내지 30 밀(762 ㎛)의 두께를 가지는 반-강체 기판(12),

   상기 변형계가 부착되는 표면과 관련된 변형에 따라 변하는 저항을 제공하도록 상기 반-강체 기판(12)에 결합되는 저항식 변형 감지형 박편(16),

   상기 저항식 변형 감지형 박편에 연결되는 제 1 단자(18A)와 제 2 단자(18B), 및

   상기 변형계를 진동 보울을 이용하여 분류하기 위해 상기 저항식 변형 감지형 박편의 표면에 도포되는 대전 방지층(20)을 포함하는,

   변형계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 저항식 변형 감지형 박편이 50 옴 내지 10,000 옴의 저항을 제공하는,

   변형계.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 대전 방지층에 의해 상기 변형계가 변형이 측정되는 금속 부분에 납땜되는,

   변형계.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 대전 방지층은 상기 저항식 변형 감지형 박편 반대편에 있는 상기 반-강체 기판 표면에 도포되는,

   변형계.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 대전 방지층에 의해 상기 변형계가 변형이 측정되는 금속 부분에 납땜되는,

   변형계.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 반-강체 기판이 유리 강화 에폭시인,

   변형계.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 반-강체 기판이 폴리이미드인,

   변형계.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 반-강체 기판이 석탄산인,

   변형계.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 단자 및 제 2 단자는 도선 연결이 용이하도록 미리 납땜되는,

   변형계.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 변형계는 2의 변형계 인자 k를 가지는,

    변형계.
11. 변형계를 테이프 및 릴에 패키징하기 위해 저항식 변형 감지형 박편(16)을 반-강체 기판(12)에 결합하는 단계,

    상기 저항식 변형 감지형 박편에 제 1 단자와 제 2 단자를 부착하는 단계, 및

    상기 저항식 변형 감지형 박편의 표면에 대전 방지층(20)을 부착하는 단계를 포함하며,

    상기 저항식 변형 감지형 박편 및 반-강체 기판은 변형계 인자가 2가 되도록 선택되는,

    변형계 제조 방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 반-강체 기판의 두께가 1 밀(25 ㎛) 내지 30 밀(762 ㎛)인,

    변형계 제조 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 대전 방지층이 금속인,

    변형계 제조 방법.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 변형계를 테이프 상에 패키징하는 단계를 더 포함하는,

    변형계 제조 방법.
15. 제 12 항에 있어서,

    상기 변형계를 진동 보울을 이용하여 분류하는 단계를 더 포함하는,

    변형계 제조 방법.
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