KR101844564B1 - 교육용 소형 인장시험기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교육용 소형 인장 시험기에 관한 것이고, 구체적으로 로드 셀 및 스트레인 게이지에 의하여 시편의 변형 및 인장 강도의 측정이 가능하도록 하는 교육용 인장 시험기에 관한 것이다. 교육용 소형 인장 시험기는 바닥 면(111), 한 쌍의 측면(112a, 112b) 및 천정 면(113)으로 이루어진 측정 케이스(11); 측정 케이스(11)의 내부에서 상하 이동이 가능하도록 배치되는 균형 블록(12); 균형 블록(12)의 이동을 유도하는 한 쌍의 가이드 부재(13a, 13b); 바닥 면(111)에 고정되는 로드 셀 유닛(14); 균형 블록(12)과 로드 셀 유닛(14)에 결합되어 시편(SP)의 양쪽 끝을 고정시키는 한 쌍의 측정 지그(15a, 15b); 균형 블록(12)의 상하 이동을 유도하도록 측정 케이스(11)의 내부로부터 외부로 관통되도록 배치되는 이동 부재(17); 이동 부재(17)의 한쪽 끝에 결합되어 정해진 힘으로 이동 부재(17)를 회전시키는 회전 유닛(16); 및 시편(SP)의 중앙 부위에 배치되는 스트레인 게이지(SG)를 포함하고, 상기 로드 셀 유닛(14)과 스트레인 게이지(SG)는 데이터 통신이 가능한 전자기기에 연결된다.

Description

교육용 소형 인장시험기{A Small Type of a Device for Measuring Strain for Practicing in Learning}
본 발명은 교육용 소형 인장 시험기에 관한 것이고, 구체적으로 로드 셀 및 스트레인 게이지에 의하여 시편의 변형 및 인장 강도의 측정이 가능하도록 하는 교육용 인장 시험기에 관한 것이다.
인장 강도(Tensile Strength)는 재료의 기계적 강도를 나타내고, 가해진 하중에 따른 시편의 변형률을 측정하여 인장 강도가 구해질 수 있다. 재료에 하중이 가해지는 형태에 따라 압축 강도, 굽힘 강도, 비틀림 강도 또는 인장 강도가 구해질 수 있고, 각각의 강도는 인장 강도와 관련성을 가지므로 일반적으로 인장 강도가 표준이 된다. 인장 강도의 측정을 위한 다양한 측정기가 이 분야에 공지되어 있다.
특허공개번호 제10-2008-0029086호는 전기 에너지가 저장되는 펄스 성형부와; 상기 펄스 성형부에 전원을 인가하는 전원부와; 상기 펄스 성형부와 시료의 한쪽 끝을 전기적으로 연결하는 제1 연결부와; 상기 시료의 다른 쪽과 전기적으로 연결하는 제2 연결부와; 상기 제1 결부와 상기 제2 연결부를 절연시키는 절연부와; 상기 펄스 성형부와 상기 제1 연결부 사이에 위치하는 스위치와; 상기 제2 연결부와 상기 펄스 성형부를 전기적으로 연결하는 제3 연결부를 포함하는 인장파단 계측 장치에 대하여 개시한다.
특허등록번호 제10-0797286호는 측정 대상물을 잡는 죠우 본체; 및 상기 측정 대상물의 두께에 대응되도록 상기 죠우 본체와 상대적 위치가 가변되어, 상기 죠우 본체와 함께 상기 측정 대상물을 잡는 보정 죠우를 포함하는 물성 측정 장치의 죠우 및 상기 죠우의 상측 및 하측을 잡는 인장 시험 장치에 대하여 개시한다.
특허공개번호 제10-2010-0123437호는 로딩 포인트가 가공되는 상부 포인트와; 상기 상부 프레임의 로딩 포인트에 장착되는 액추에이터와; 상기 액추에이터의 하단에 한쪽 끝 부분이 장착되고, 다른 쪽 끝 부분은 상기 하부 프레임을 관통하는 로드 셀과; 상기 로드 셀의 하단에 장착되는 제1 시편 홀더와; 상기 제1 시편 홀더와 대향되는 방향에 위치하는 제2 시편 홀더와; 상기 제2 시편 홀더가 장착되는 하부 프레임과; 상기 하부 프레임과 상부 프레임에 관통되어 고정되는 지지 바; 및 상기 지지 바의 중간 부분에 관통되어 다수 적층되는 스페이스 블록을 포함하는 압축 및 인장 강도 측정 장치에 대하여 개시한다.
상기 선행기술에서 개시된 인장 측정 장치는 구조적으로 복잡하면서, 시편의 변형에 따른 인장 강도 특성이 측정되기 어렵다는 단점을 가진다. 예를 들어 교육 실습용으로 인장 시험기가 사용되는 경우 항복 강도와 함께 가해지는 하중에 따른 시편의 변형이 동시에 측정될 필요가 있다. 그리고 그와 같은 변형률 곡선은 그래프 형태로 표시되는 것이 유리하다. 또한 인장 시험기가 산업 현장에서 소재의 인장 강도 측정을 위하여 사용되는 경우 인장 강도와 함께 변형률이 측정되는 것이 유리하다. 그러나 상기 선행기술은 인장 강도 및 소재 변형 특성이 동시에 측정되도록 하는 인장 시험기에 대하여 개시하지 않는다. 또한 인장 시험기는 구조적으로 간단한 것이 유리하다. 그러나 상기 선행기술은 간단한 구조로 이루어지면서 정밀하게 인장 측정이 이루어질 수 있도록 하는 인장 시험기 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 상기 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술 1: 특허공개번호 제10-2008-0029086호(국방과학연구소, 2008년04월03일 공개) 인장파단 계측 장치 선행기술 2: 특허등록번호 제10-0797286호(주식회사 포스코, 2008년01월23일 공고) 물성 측정 장치의 죠우 및 이를 이용한 인장 시험 장치 선행기술 3: 특허공개번호 제10-2010-0123437호(한국항공우주산업 주식회사, 2010년11월24일 공개) 압축 및 인장 강도 측정 장치
본 발명의 목적은 구조적으로 간단하면서 정밀한 측정이 가능하여 교육용으로 적합한 교육용 소형 인장 시험기를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 교육용 소형 인장 시험기는 바닥 면, 한 쌍의 측면 및 천정 면으로 이루어진 측정 케이스; 측정 케이스의 내부에서 상하 이동이 가능하도록 배치되는 균형 블록; 균형 블록의 이동을 유도하는 한 쌍의 가이드 부재; 바닥 면에 고정되는 로드 셀 유닛; 균형 블록과 로드 셀 유닛에 결합되어 시편의 양쪽 끝을 고정시키는 한 쌍의 측정 지그; 균형 블록의 상하 이동을 유도하도록 측정 케이스의 내부로부터 외부로 관통되도록 배치되는 이동 부재; 이동 부재의 한쪽 끝에 결합되어 정해진 힘으로 이동 부재를 회전시키는 회전 유닛; 및 시편의 중앙 부위에 배치되는 스트레인 게이지를 포함하고, 상기 로드 셀 유닛과 스트레인 게이지는 데이터 통신이 가능한 전자기기에 연결된다.
본 발명에 따른 인장 시험기는 간단한 구조로 가해지는 힘에 따른 시편의 변형 수준의 측정이 가능하도록 한다. 또한 측정된 값과 이론값의 비교를 통하여 교육용으로 적용될 수 있도록 한다. 추가로 측정값을 인자에 따른 데이터의 작성을 통하여 다양한 방법으로 표시될 수 있도록 한다. 이를 위하여 인장 시험기는 다양한 형태의 소프트웨어와 연결될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 인장 시험기의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 인장 시험기의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 인장 시험기에 적용되는 회전 유닛의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 인장 시험기의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 인장 시험기(10)의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 인장 시험기(10)는 바닥 면(111), 한 쌍의 측면(112a, 112b) 및 천정 면(113)으로 이루어진 측정 케이스(11); 측정 케이스(11)의 내부에서 상하 이동이 가능하도록 배치되는 균형 블록(12); 균형 블록(12)의 이동을 유도하는 한 쌍의 가이드 부재(13a, 13b); 바닥 면(111)에 고정되는 로드 셀 유닛(14); 균형 블록(12)과 로드 셀 유닛(14)에 결합되어 시편(SP)의 양쪽 끝을 고정시키는 한 쌍의 측정 지그(15a, 15b); 균형 블록(12)의 상하 이동을 유도하도록 측정 케이스(11)의 내부로부터 외부로 관통되도록 배치되는 이동 부재(17); 이동 부재(17)의 한쪽 끝에 결합되어 정해진 힘으로 이동 부재(17)를 회전시키는 회전 유닛(16); 및 시편(SP)의 중앙 부위에 배치되는 스트레인 게이지를 포함하고, 상기 로드 셀 유닛(14)과 스트레인 게이지는 데이터 통신이 가능한 전자기기에 연결된다.
측정 케이스(11)는 전체적으로 양쪽 측면이 개방된 박스 형상이 될 수 있고, 플레이트 형상의 바닥 면(111), 바닥 면(111)과 마주보도록 배치되는 천정 면(113)으로 이루어질 수 있다. 그리고 바닥 면(111)과 천정 면(113)은 서로 마주보도록 분리되어 배치되는 한 쌍의 측면(112a, 112b)에 의하여 연결될 수 있다. 측정 케이스(11)는 예를 들어 금속 또는 플라스틱과 같은 다양한 소재로 만들어질 수 있고, 다양한 형상으로의 제작이 가능하고, 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
측정 케이스(11)의 내부에 배치되는 균형 블록(12)은 직육면체 블록 형상으로 만들어지면서 측정 케이스(11)의 내부에서 상하로 이동 가능한 구조 또는 형상으로 만들어질 수 있다. 균형 블록(12)은 좌우 대칭 구조로 만들어지는 것이 유리하다. 이와 같은 좌우 대칭 구조로 인하여 균형 블록(12)의 중앙 부분에 한쪽 끝이 고정되는 시편(SP)의 길이 방향을 제외한 다른 방향으로의 변형이 방지될 수 있다. 균형 블록(12)은 이동 부재(17)를 따라 상하로 이동될 수 있고, 균형 블록(12)은 이동은 한 쌍의 가이드 부재(13a, 13b)에 의하여 유도될 수 있다.
한 쌍의 가이드 부재(13a, 13b)는 균형 블록(12)의 중심 부분을 기준으로 양쪽으로 대칭되는 위치에 각각 배치될 수 있고, 각각의 가이드 부재(13a, 13b)의 한쪽 끝은 천정 면(113)에 견고하게 고정될 수 있다. 필요에 따라 각각의 가이드 부재(13a, 13b)의 다른 끝은 받침 부재(131, 132)에 각각 고정될 수 있지만 반드시 요구되는 것은 아니다. 받침 부재(131, 132)는 한쪽 끝이 측면(112a, 112b)에 고정되면서 측정 케이스(11)의 내부로 각각 연장되는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 받침 부재(131, 132)는 각각의 가이드 부재(13a, 13b)의 한쪽 끝을 고정할 수 있는 적절한 구조를 가질 수 있고, 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
바닥 면(111)에 로드 셀 유닛(14)이 위쪽으로부터 가해지는 힘 또는 압력이 측정 가능하도록 배치될 수 있다. 로드 셀 유닛(14)은 중량, 힘 또는 압력의 측정이 가능한 이 분야에 공지된 임의의 측정 유닛이 될 수 있다. 로드 셀 유닛(14)은 예를 들어 고정 수단(142)에 의하여 나사 결합과 같은 방식으로 바닥 면(111)에 한쪽 끝이 고정된다. 그리고 로드 셀 유닛(14)의 위쪽 부분에 커넥터(143)가 배치되고, 커넥터(143)에 하나의 측정 지그(15b)가 결합될 수 있다. 그리고 다른 측정 지그(15a)는 균형 블록(12)의 아래쪽에 결합될 수 있다.
측정 지그(15a, 15b)는 균형 블록(12) 및 로드 셀 유닛(14)에 각각 결합되어 상하로 분리되어 위치되고, 각각의 측정 지그(15a, 15b)에 인장 강도가 측정되어야 하는 시편(SP)의 양쪽 끝이 고정될 수 있다. 이로 인하여 시편(SP)은 바닥 면(111)으로부터 천정 면(113)으로 측정 케이스(11)의 높이 방향을 따라 연장되는 구조로 배치될 수 있다. 1 측정 지그(15a) 또는 2 측정 지그(15b)는 균형 블록(12) 또는 커넥터(143)에 대하여 상하 이동이 가능하도록 균형 블록(12) 또는 로드 셀 유닛(14)에 결합될 수 있다. 1 측정 지그(15a) 또는 2 측정 지그(15b)에서 시편(SP)이 고정되는 부분은 서로 마주보는 탄성 갭 고정 구조로 만들어질 수 있다. 구체적으로 각각의 고정 부분에 시편(SP)의 끝 부분이 삽입될 수 있는 틈이 형성될 수 있고, 시편(SP)의 양쪽 끝은 1 측정 지그(15a) 또는 2 측정 지그(15b)의 고정 부분에 형성된 고정 홀에 체결되는 고정 핀(152a, 152b)에 의하여 고정될 수 있다. 고정 부분에 형성된 각각의 틈은 고정 핀(152a, 152b)에 의하여 간격이 조절될 수 있는 구조로 만들어질 수 있고, 설계 구조에 따라 틈의 서로 마주보는 면은 신축 소재로 코팅이 되거나 신축 소재가 라이닝(lining)이 된 구조로 만들어질 수 있다. 이와 같은 구조로 인하여 시편(SP)의 양쪽 끝이 측정 지그(15a, 15b)에 의하여 견고하게 고정될 수 있다.
균형 블록(12)은 이동 부재(17)를 따라 측정 케이스(11)의 내부에서 상하로 이동될 수 있고, 이동 부재(17)는 한쪽 끝이 균형 블록(12)에 고정되면서 천정 면(113)을 관통하여 외부로 연장되는 구조로 만들어질 수 있다. 이동 부재(17)는 원형 단면을 가지는 스크루 또는 볼트 구조로 만들어질 수 있고, 균형 부재(12)의 중심에 한쪽 끝이 고정될 수 있다. 균형 부재(12)의 변형 및 견고한 고정을 위하여 균형 블록(12)의 위쪽 면에 견고한 소재로 만들어진 체결 커넥터(171)가 배치되고, 천정 면(113)에 유도 부싱(172)이 배치될 수 있다. 그리고 이동 부재(17)의 한쪽 끝에 회전 유닛(16)이 결합될 수 있다.
회전 유닛(16)은 렌치 형상으로 만들어질 수 있고, 이동 부재(17)의 한쪽 끝에 결합되는 고정 머리(161), 고정 머리(161)로부터 이동 부재(17)의 연장 방향에 대하여 수직이 되는 방향으로 연장되는 회전 부재(163)로 이루어질 수 있다. 그리고 필요에 따라 고정 머리(161)로부터 이동 부재(17)를 따라 이동 부재(17)를 둘러싸도록 연장되는 유도 케이싱(162)을 포함할 수 있다. 대안으로 유도 케이싱(162)은 균형 블록(12)의 위쪽 면으로부터 이동 부재(17)를 따라 연장되면 이동 부재(17)가 내부에 수용되는 구조로 만들어질 수 있다. 이동 부재(17)의 위쪽 끝은 육각 볼트 형상이 될 수 있고, 고정 머리(161)는 육각 볼트 형상을 수용하여 회전시키는 형상으로 만들어질 수 있다. 회전 유닛(16)의 회전력 또는 회전 토크에 의하여 균형 블록(12)에 대하여 위쪽 방향으로 향하는 인장력을 발생시키고, 이에 따라 시편(SP)이 변형되면서 균형 블록(12)이 위쪽 방향으로 이동될 수 있다. 그리고 회전력 또는 회전 토크에 따른 인장력이 측정되고 이에 따라 시편(SP)의 인장 강도가 측정될 수 있다. 또한 회전 유닛(16)의 회전각에 따른 균형 블록(12)의 이동 거리가 측정될 수 있고, 그에 따라 시편(SP)의 신장 길이가 산출될 수 있다.
균형 블록(12)은 다양한 구조로 상하로 이동될 수 있고, 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따르면, 시편(SP)의 양쪽 끝은 측정 지그(15a, 15b)에 의하여 고정되고, 측정 지그(15a, 15b)의 한쪽 끝에 힘이 가해지는 것에 의하여 시편(SP)이 변형되어 인장력의 측정이 가능하게 된다. 시편(SP)의 변형 수준은 예를 들어 이동 부재(17)의 이동 수준에 의하여 측정될 수 있고, 이에 따라 인장력이 측정될 수 있다. 그러나 시편(SP)의 견고한 고정을 위하여 시편(SP)의 양쪽 끝은 중간 부분에 대하여 상대적으로 큰 폭으로 만들어질 수 있다. 또한 시편(SP)은 다양한 원인으로 인하여 두께 편차를 가질 수 있다. 이와 같은 시편(SP)의 위치에 따른 변형 오차를 보완하기 위하여 시편(SP)의 중간 부분에 스트레인 게이지가 부착될 수 있다. 스트레인 게이지는 가해지는 서로 다른 힘에 따른 인장력의 측정이 가능하고, 측정값은 스트레인 게이지에 연결된 전자기기로 전송될 수 있다. 그리고 로드 셀 유닛(14)에 의한 하중에 변화에 따른 미리 결정된 부위의 인장력이 스트레인 게이지에 의하여 측정되어 전자기기로 전송될 수 있다. 로드 셀 유닛(14) 또는 회전 유닛(16) 또한 데이터 통신이 가능한 전자기기와 연결될 수 있다. 스트레인 게이지, 로드 셀 유닛(14) 또는 회전 유닛(16)의 측정값이 각각 데이터 통신을 통하여 전자기기로 전송되어 처리될 수 있다. 그리고 각각의 데이터로부터 인장력이 산출되고, 필요에 따라 시편(SP)의 구조에 따른 오차가 발생될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 인장 시험기(10)의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 가이드 부재(13a, 13b)는 사각형 플레이트 형상의 안정 플레이트(134a, 134b)에 의하여 균형 블록(12)에 안정적으로 결합되도록 하면서 균형 블록(12)을 관통하는 형상으로 배치될 수 있다. 안정 플레이트(134a, 134b)는 가이드 부재(13a, 13b)의 변형을 방지하면서 가이드 부재(13a, 13b)에 가해지는 힘을 분산시키고 이로 인하여 균형 블록(12)에 대한 대칭성이 유지되도록 한다. 필요에 따라 가이드 부재(13a, 13b)의 아래쪽에 고정 수단이 결합되어 가이드 부재(13a, 13b)를 균형 블록(12)에 견고하게 고정시킬 수 있다.
고정 머리(161)의 아래쪽으로 유도 케이싱(162)이 배치될 수 있고, 이동 부재(17)는 나사산이 형성된 볼트 구조로 만들어질 수 있다. 그리고 균형 블록(12)의 위쪽 면에 배치되는 체결 커넥터(171)는 사각형 형상의 블록 구조로 만들어질 수 있고, 결합 안정, 압력 분산 및 대칭성 유지가 가능한 형상으로 만들어질 수 있다. 측정 지그(15a 15b)는 시편(SP)의 양쪽 끝이 고정되는 틈이 형성된 지그 몸체(151a, 151b) 및 지그 몸체(151a, 151b)를 관통하는 형상으로 만들어진 고정 홀에 체결되는 고정 핀(152a, 152b)으로 이루어질 수 있다. 그리고 로드 셀 유닛(14)에 측정 케이블(CA)이 연결되어 로드 셀 유닛(14)에 의하여 측정되는 인장력 또는 힘이 측정되어 예를 들어 외부에 위치하는 제어 유닛으로 전송될 수 있다.
본 발명에 따르면, 시편(SP)에 스트레인 게이지(SG)가 배치될 수 있다. 스트레인 게이지(SG)는 예를 들어 시편(SP)의 길이 방향으로 중간 부분에 배치될 수 있고, 시편(SP)의 변형을 측정하는 기능을 가질 수 있다. 구체적으로 스트레인 게이지(SG)는 시편(SP)의 수직 방향의 변형 수준 또는 수평 방향의 변형 수준의 측정이 가능한 센서가 될 수 있고 있고, 예를 들어 광섬유 센서 또는 다른 적절한 센서가 될 수 있다. 필요에 따라 스트레인 게이지(SG)에 의하여 인장력이 직접 측정될 수 있다. 스트레인 게이지(SG)는 적절한 케이블에 의하여 제어 유닛에 연결될 수 있고, 스트레인 게이지(SG)에 의하여 측정된 값은 제어 유닛으로 전송될 수 있다.
시편(SP)의 인장력은 실질적으로 스트레인 게이지(SG)에 의하여 측정될 수 있다. 시편(SG)은 위쪽 및 아래쪽 부분이 큰 면적을 가지고 위쪽 및 아래쪽 부분을 연결하는 중간 부분은 좁은 면적을 가지면서 연장되는 평면 아령 형상이 될 수 있다. 그리고 스트레인 게이지(SG)는 중간 부분에 배치될 수 있다. 회전 유닛(16)의 회전 및 그에 따른 균형 블록(12)의 이동에 의하여 시편(SP)이 신장 길이가 측정될 수 있고, 로드 셀 유닛(14)에 의하여 가해지는 하중이 측정될 수 있다. 그러나 시편(SP)의 아래쪽 및 위쪽의 고정 부분에서 변형 수준과 중간 부분의 변형 수준이 다를 수 있다. 이로 인하여 균형 블록(12)에 이동 거리에 따른 인장력의 측정값에 오차가 발생할 수 있다. 이에 비하여 스트레인 게이지(SG)에 의한 측정값은 실제 변형이 발생되는 위치에서 측정되므로 신뢰성이 높다. 스트레인 게이지(SG)는 전송 케이블에 의하여 제어 유닛과 연결될 수 있고, 제어 유닛에 의하여 스트레인 게이지(SG)로부터 전송되는 정보가 처리될 수 있다. 스트레인 게이지(SG)에서 전송되는 정보는 변형 단계별로 전송될 수 있고, 다양한 방법으로 정보가 처리될 수 있다. 또한 다양한 센서가 시편(SP)에 배치되어 제어 유닛과 연결될 수 있고, 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
회전 유닛(16)은 수평 방향으로 연장되는 회전 부재(163)를 가질 수 있지만 회전 유닛(16)은 다양한 구조로 만들어질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 인장 시험기에 적용되는 회전 유닛(16)의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 회전 유닛(16)의 고정 머리(161)에 기준 바(165)가 배치된 측정 유닛(164)이 설치될 수 있다. 측정 유닛(164)은 고정 머리(161)의 회전각을 측정하면서 고정 머리(161)가 반대 방향으로 회전되는 것을 방지하는 스토퍼의 기능을 가질 수 있다. 그리고 기준 바(165)는 고정 머리(161)의 회전각을 측정하는 기능을 가질 수 있다. 그리고 측정 유닛(164)에 의하여 측정된 값은 제어 유닛으로 전송될 수 있고, 회전각에 따른 인장력이 산출될 수 있다. 회전 유닛(16)은 하중 발생 유닛의 기능을 가질 수 있고, 회전 유닛(16)은 회전각이 정밀하게 조절될 수 있는 구조로 만들어질 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 인장 시험기의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 제어 유닛(41)에 의하여 하중 발생 유닛(42)에 의하여 가해져야 할 인장력이 결정될 수 있다. 위에서 설명된 것처럼, 하중 발생 유닛(42)은 회전 유닛이 될 수 있고, 회전 유닛의 토크를 측정하는 것에 의하여 가해지는 하중이 측정될 수 있다.
로드 셀 유닛(14)에 의하여 시편에 가해지는 힘이 측정될 수 있고, 이와 동시에 스트레인 게이지(SG)에 의하여 응력이 측정될 수 있다. 스트레인 게이지(SG)는 시편의 정해진 위치에 배치되어 가해지는 힘의 변형에 따른 인장력의 측정이 정확하게 나타날 수 있는 위치에 배치될 수 있다. 그리고 로드 셀 유닛(14) 및 스트레인 게이지(SG)에 의하여 측정된 값은 제어 유닛(41)으로 데이터 통신을 통하여 전송될 수 있고, 필요에 따라 위에서 설명된 이동 부재의 이동량이 또한 제어 유닛(41)으로 전송될 수 있다. 탐지 유닛(43)이 설치되어 시편의 고정 상태, 측정 환경 온도 또는 습도와 같은 것이 측정될 수 있다. 예를 들어 탐지 유닛(43)은 접촉 센서를 포함할 수 있고, 시편이 측정 지그에 고정되는 부분에 접촉 센서가 설치되어 시편의 고정 상태가 탐지될 수 있다. 시편의 고정 상태는 인장력이 가해지는 상태에서 고정 부분의 이동 여부를 탐지하는 것을 포함한다. 또한 온도 센서 또는 습도 센서가 설치되어 온도 또는 습도에 따른 인장력의 변화가 탐지될 수 있도록 한다. 이와 같은 탐지 유닛(43)에 의한 접촉 상태, 온도 또는 습도의 탐지에 의하여 정확한 인장력의 측정이 가능하도록 한다. 제어 유닛(41)은 탐지 센서(43)로부터 전송된 정보를 처리하여 출력 포트(45)로 전송할 수 있다. 출력 포트(45)는 전송된 정보로터 시편과 관련된 다양한 물리적 특성을 추출할 수 있다. 이를 데이터 처리 유닛(46) 및 디스플레이 유닛(47)으로 전송할 수 있다. 제어 유닛(41), 출력 포트(45), 데이터 처리 유닛(46) 또는 디스플레이 유닛(47)은 측정과 관련된 하드웨어 또는 소프트웨어가 되고, 인장 시험기로부터 측정된 값을 수신하여 처리하는 기능을 가질 수 있다. 데이터 처리 유닛(46)은 변환 유닛을 포함할 수 있고, 변환 유닛은 그래프 형태 또는 다른 적절한 표시 방식으로 데이터를 변환하는 기능을 가질 수 있다. 그리고 변환 유닛에 의하여 변환된 데이터가 특성을 나타낼 수 있는 다양한 데이터의 형태로 표시되어 디스플레이 유닛(47)으로 전송될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이론 데이터 유닛(TD)이 설치될 수 있고, 이론 데이터 유닛(TD)은 소재 특성 또는 구조에 따른 시편의 이론 인장 데이터를 제공하는 기능을 가질 수 있다. 또한 오차 산출 유닛이 설치될 수 있다. 오차 산출 유닛은 도 1의 실시 예와 관련되어 설명된 시편의 구조 또는 고정 상태에 따른 오차를 산출하는 기능을 가질 수 있다. 또는 환경 변화에 따른 오차를 산출하는 기능을 가질 수 있다. 구체적으로 오차 산출 유닛은 측정 조건에 따른 오차를 산출하는 기능을 가질 수 있다. 그러므로 오차 산출 유닛에 의하여 서로 다른 시편에 대한 오차 또는 측정 환경에 따른 오차가 산출될 수 있고 이로 인하여 정확한 인장 측정 방법이 확립되도록 한다. 그리고 이로 인하여 본 발명에 따른 인장 시험기가 교육용으로 적합하도록 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 인장 시험기는 다양한 컴퓨터 하드웨어 또는 소프트웨어와 연결되어 작동될 수 있고, 측정값 또는 소재 특성이 컴퓨터의 하드웨어 및 소프트웨어에 의하여 처리, 분석 및 표시가 되도록 한다. 필요에 따라 인장 시험기의 작동이 컴퓨터 하드웨어 또는 소프트웨어에 의하여 제어될 수 있다.
다양한 하드웨어 또는 소프트웨어가 인장 시험기에 연결되어 작동될 수 있고, 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 인장 시험기는 변형을 위하여 가해지는 힘과 변형 수준을 이론적인 값과 비교될 수 있도록 하는 것에 의하여 교육용으로 적용될 수 있도록 한다. 또한 취득 값을 이용하여 응력 변형률에 대한 그래프의 작성이 가능하도록 한다. 또한 다양한 스트레인 게이지의 부착이 가능하도록 하면서 소프트웨어와 연결되어 작동되도록 하고, 추가로 계산 프로그램의 적용이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 인장 시험기는 구조적으로 간단하면서 다양한 소재에 대한 인장 측정이 가능하도록 한다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 인장 시험기 11: 측정 케이스
12: 균형 블록 13a, 13b: 가이드 부재
14: 로드 셀 유닛 15a: 1 측정 지그
15b: 2 측정 지그 16: 회전 유닛
17: 이동 부재 41: 제어 유닛
42: 하중 발생 유닛 43: 탐지 유닛
45: 출력 포트 46: 데이터 처리 유닛
47: 디스플레이 유닛 111: 바닥 면
112a, 112b: 측면 113: 천정 면
131, 132: 받침 부재 134a, 134b: 안정 플레이트
142: 고정 수단 143: 커넥터
152a, 152b: 고정 핀 161: 고정 머리
162: 유도 케이싱 163: 회전 부재
164: 측정 유닛 165: 기준 바
171: 체결 커넥터 172: 유도 부싱
CA: 측정 케이블 SC: 스트레인 게이지
SP: 시편 TD: 이론 데이터 유닛

Claims (1)

  1. 바닥 면(111), 한 쌍의 측면(112a, 112b) 및 천정 면(113)으로 이루어진 측정 케이스(11);
    측정 케이스(11)의 내부에서 상하 이동이 가능하도록 배치되는 균형 블록(12);
    균형 블록(12)의 이동을 유도하는 한 쌍의 가이드 부재(13a, 13b);
    바닥 면(111)에 고정되는 로드 셀 유닛(14);
    균형 블록(12)과 로드 셀 유닛(14)에 결합되어 시편(SP)의 양쪽 끝을 고정시키는 한 쌍의 측정 지그(15a, 15b);
    균형 블록(12)의 상하 이동을 유도하도록 측정 케이스(11)의 내부로부터 외부로 관통되도록 배치되는 이동 부재(17);
    이동 부재(17)의 한쪽 끝에 결합되어 정해진 힘으로 이동 부재(17)를 회전시키는 회전 유닛(16); 및
    시편(SP)의 중앙 부위에 배치되는 스트레인 게이지(SG)를 포함하고,
    상기 로드 셀 유닛(14)과 스트레인 게이지(SG)는 데이터 통신이 가능한 전자기기에 연결되고,
    상기 회전 유닛(16)은 고정 머리(161)의 회전각을 측정하면서 상기 고정 머리(161)가 반대 방향으로 회전되는 것을 방지하는 측정 유닛(164) 및 상기 고정 머리(161)의 회전각을 측정하는 기준 바(165)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교육용 소형 인장 시험기.
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