KR20000072271A - Detection system which measures and detects physical quantity of structure by transformational detector applied from strain guage - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A detection system is provided to be diffused as a universal detector sensor by being simplified and standardized to enable a novice to readily use. CONSTITUTION: A strain transformer is made up by connecting several sensors with a strain gauge. A summing box and conditioner box calibrates an output value previously processed by a temperature change in the strain transformer. An indicator amplifies and converts an analog voltage to a digital as well as sends a signal for remote control by adding up the output value. Then, the output value by the signal is induced on a screen of a computer so that a physical amount of a structure is measured.

Description

스트레인게이지를 응용한 변형검출기로 구조물의 물리량측정 검출시스템{Detection system which measures and detects physical quantity of structure by transformational detector applied from strain guage}Detect system which measures and detects physical quantity of structure by transformational detector applied from strain guage}

본 발명은 스트레인게이지를 응용한 변형검출기로 구조물의 물리량을 측정하는 검출시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조물에 형성되는 스트레인게이지를 포함한 변형검출기(Strain transtormer)에 온도보상센서(Temperature calibrate sensor)를 가진 합성조건결선함(Summing box & conditioner box)를 연결하여 미세전압을 출력하고, 상기 출력값을 인디게이트(Indicator)에서 아날로그의 전압을 디지탈로 증폭 전환과 동시에 출력값을 집계처리하여 원격조정 제어하는 신호를 송출하고, 상기 신호는 컴퓨터상에 화상으로 도출되도록 하여 구조물의 물리량을 측정함에 있어서, 온도의 변화에 따라 변화되는 변동값을 보상할 뿐 아니라 변형검출기로부터 인디게이트까지의 리드선 길이에 따르는 온도변화로 인한 출력오차를 능동적으로 보상할 수 있도록 하여 물리적인 양의 검출에 정확도를 기여하고자 하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a detection system for measuring a physical quantity of a structure by using a strain gage applying strain gauge, and more particularly, a temperature compensation sensor (Temperature calibrate sensor) in a strain transducer including a strain gage formed in a structure. A micro voltage is output by connecting a Summing box & conditioner box, and the output value is amplified and digitally converted from analog voltage at the indicator, and the output value is aggregated and remotely controlled. When the signal is sent and the signal is drawn on the computer to measure the physical quantity of the structure, the temperature according to the lead wire length from the strain detector to the indigate is compensated for as well as the change in the change in temperature. It is possible to actively compensate for the output error caused by the change. A system is intended to contribute accuracy to the detection of quantities.

상기의 스트레인게이지(Strain gauge)는 '변형 또는 변위게이지'라고도 불리워지며, 금속 또는 반도체의 저항체(抵抗體)에 변형이 가해지면 그 저항치(抵抗値)가 변화하여 휘스톤브릿지 효과에 의한 전압출력을 이용한 것으로서, 용도로서는 차압(差押)·압력발신기 및 와류량계(渦流量計), 토오크계, 기타 실응력(實應力)의 측정에 널리 사용되고 있다.The strain gauge is also called a strain or displacement gauge. When strain is applied to a resistor of a metal or a semiconductor, its resistance is changed and the voltage output by the Wheatstone bridge effect is applied. As a use, it is widely used for the measurement of a differential pressure, a pressure transmitter, a vortex flowmeter, a torque meter, and other real stresses.

이와 같이 스트레인게이지를 이용하여 하중을 측정하는 방법, 보울트의 응력을 측정하는 방법, 자동차에 설치되어 충격을 감지하는 센서, 상용하중센서(Load cell)을 이용한 저울, 필기시 압력을 측정하는 방법 등 여러 방면에 있어서, 응력을 측정하는데 널리 이용되고 있다.In this way, the method of measuring the load using the strain gauge, the method of measuring the stress of the bolt, the sensor installed in the vehicle to detect the impact, the scale using the load cell (Load cell), the method of measuring the pressure when writing In many ways, it is widely used to measure stress.

일반적으로 교량은 건설할 때 수십년 이상 유지하여야 하기 때문에 지속적으로 반복되는 하중을 감안하여 교량에는 보(Beam) 및 기둥(Column)을 설치하여 교량을 유지하게 하고 있다.In general, bridges need to be maintained for more than a few decades, so the beams and columns are installed in the bridges to keep the bridges in view of the continuously repeated loads.

비록, 교량을 건설할 때 수십년 이상 유지할 수 있도록 설계되어 시공되었지만 지속적으로 작용되는 교량하중, 동하중 또는 산화 때문에 최초에 설계된대로 유지하지 못하고 붕괴되는 경우가 간혹 발생하게 된다. 교량의 붕괴는 대형 참사를 가져오기 때문에 관리자가 한 번씩 체크는 하지만 외형적 이상이나 테스트기를 이용하여 그 당시의 외형상태 또는 반발력에 의한 강도를 측정하는 것에 불과하고, 내부의 피로, 항복상태, 응력상태 등의 물리적 양은 측정이 어렵고, 교량의 크기를 감안해 볼 때 테스트기로 측정한다고 하지만 일일이 여러 부분을 연속적으로 측정하기에는 상당한 어려움이 있어 정확도가 떨어져 교량이 받는 하중을 정확하게 알 수 없어 교량의 상태 정도를 파악하는데 어려움이 있었다.Although bridges are designed and constructed to last for more than a few decades, bridges, dynamic loads, or oxidation, which are continuously applied, sometimes fail to maintain as originally designed and collapse. The collapse of the bridge causes a catastrophic disaster, so the manager checks it once, but measures the strength due to the appearance or repulsion at the time by using an external abnormality or a tester, and internal fatigue, yield state, stress The physical quantity such as the state is difficult to measure, and considering the size of the bridge, it is measured by the tester.However, it is difficult to measure several parts continuously in succession. There was a difficulty in grasping.

또한, 곡식이나 분말로 된 가루 등을 저장하기 위하여 대형의 탱크를 만들어 이를 받쳐주는 지지대의 구성으로 구조물을 만드는 것이 보편적이며, 상기의 저장탱크에 저장되어 있는 곡물이나 분말 등을 얼마간 인출하였을 경우 탱크내의 잔여분에 대하여 그 양을 정확히 알 수 없을 뿐만 아니라 기존 부피로 용량을 표시하는 장치들은 내부 충진상태가 불균일하거나 상하부 충진 밀도가 다르게 집적되었을 때 실제의 양과 차이를 유발시키고 방출시 게이트 부분에 동공을 형성할 때에는 양 파막에 오차를 초래한다.In addition, it is common to make a structure with a support structure that supports and supports a large tank to store grain or powdered powder, and when the grain or powder stored in the storage tank is withdrawn for some time, the tank Not only is the quantity unknown for the residuals in the unit, but the devices that display the capacity in the existing volume cause a difference from the actual amount when the internal filling state is uneven or the upper and lower packing densities are different, and the pupils in the gate portion at the time of emission are released. Formation causes errors in both membranes.

특히 싼물벼를 수매하는 도정공장에서는 탱크내 장기간 보관하면서 수분을 건조시키는 공정이 포함되므로 최종 재고분 파악은 용이하지 않으며, 부피로 출하되는 것이 아니라 중량으로 상거래가 이루어지므로 방출후 실제의 양과 가정된 양과 현격한 차이를 유발시킨다.In particular, a factory that purchases cheap rice paddies includes a process of drying moisture while storing it in a tank for a long time, so it is not easy to grasp the final stock, and since the commerce is carried out by weight instead of being shipped in volume, the actual quantity and assumed Cause a noticeable difference in volume.

그래서 개발된 것이 구조물에 변형센서를 이용한 중량식 레벨러(Weighing leveler)가 도입되어 구조물의 하중을 측정하는 저 정밀도 개념의 레벨러가 도입되어 사용되고 있으나, 구조물과 감지기의 온도편차 등 온도에 따르는 출력의 변화 등으로 측정의 정확성이 떨어지고 사용범위도 극히 제한적이므로 초보적인 레벨러 단계를 벗어나지 못한 실정이다. 또한 구조물에 스트레인게이지를 직접 부착시켜 구조 해석하는 방법도 개발 보급되었으나 구조물과 게이지의 접착상태, 회로간의 온도보상문제, 열처리문제, 절연 및 기밀유지상태, 시행자의 숙련도 및 지식 경험에서 오는 제한으로 고비용이면서 비효율적이고 개별간의 신뢰성도 떨어져 정밀 정확도에 문제점이 지적되고 있다.So, the developed level was introduced to the structure by using a weight leveler (Weighing leveler) using a deformation sensor, a low-precision leveler that measures the load of the structure has been introduced and used, but the change of output according to the temperature, such as the temperature deviation between the structure and the sensor Due to the low accuracy of the measurement and the extremely limited use range, it has not escaped the basic leveler stage. In addition, the method of analyzing the structure by directly attaching the strain gauge to the structure has been developed and distributed.However, the cost is high due to limitations in the adhesion state between the structure and the gauge, the temperature compensation problem between the circuits, the heat treatment problem, the insulation and airtightness, and the proficiency and knowledge experience of the implementer At the same time, the problem of precision accuracy is pointed out because of inefficiency and lack of reliability between individuals.

본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전기적 회로 및 기계적 메카니즘을 해부하고 온도에 따르는 출력변화 요인들을 분석해 제어하고 처리할 수 있도록 하여 성능을 극대화 시키기 위한 것이다. 또한 현장의 특수한 여건들을 고려하여 사용범위를 증대시킬 수 있도록 발명되어져 초보자라도 쉽게 설치 운용할 수 있도록 단일화하고 규격화하여 보편적인 검출기센서로 보급될 수 있게 하는데 목적을 두고 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and is intended to maximize performance by dissecting electrical circuits and mechanical mechanisms, and analyzing and controlling the output change factors according to temperature. In addition, it is invented to increase the range of use in consideration of special conditions in the field, and its purpose is to be unified and standardized so that even a beginner can easily install and operate it, so that it can be spread as a universal detector sensor.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 스트레인게이지를 포함한 센서 수 개를 연계되게 연결하여 변형검출부를 구성하고, 한편 상기 변형검출부는 교량이나 대용량의 저장용기 및 충진호퍼 등을 적절한 위치에 설치되도록 하고, 상기 변형검출부와 연계되도록 온도보상센서를 형성한 합성조건결선함을 연결하여 변형검출부에서 온도의 변화로 미처리 된 출력값을 보상하도록 하고, 상기 출력값은 인디게이트로 전송되도록 하여 아날로그의 전압을 디지탈로 증폭 전환하는 동시에 출력값을 집계처리하여 원격조정 제어하는 신호가 송출되도록 하여 그 신호에 의한 출력값이 컴퓨터의 화상으로 도출되도록 하는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.In order to achieve the above object, in the present invention, a strain detection unit is configured by connecting several sensors including a strain gauge in connection, while the deformation detection unit is installed such that a bridge, a large storage container, a filling hopper, etc. are installed at an appropriate position. By connecting the junction box of the synthesis condition that forms the temperature compensation sensor to be connected with the strain detection unit, the strain detection unit compensates the unprocessed output value due to the change of temperature, and the output value is transmitted to the indi- vidual to convert the analog voltage into digital. It is an object of the present invention to provide a system for outputting a signal for controlling a remote control by amplifying and simultaneously outputting an output value and outputting the output value by the signal to an image of a computer.

도1은 본 발명의 시스템에 관한 흐름도1 is a flow diagram of a system of the present invention.

도2의 (가)(나)(다)는 본 발명의 변형검출기를 구성하기 위한 기본적인 회로도2 (a) and 2 (b) are basic circuit diagrams for constructing the strain detector of the present invention.

도3은 본 발명의 요부인 변형검출기의 회로도3 is a circuit diagram of a strain detector which is a main part of the present invention.

도4는 본 발명의 일부인 합성조건결선함 회로도4 is a schematic diagram of a synthetic condition junction box which is a part of the present invention.

도5는 본 발명의 일실시례에 의한 사용상태도5 is a state diagram used in accordance with an embodiment of the present invention

도6은 본 발명에 사용되는 변형검출게이지의 일예 사시도Figure 6 is an example perspective view of the deformation detection gauge used in the present invention

도7은 도6의 변형검출게이지 단면도7 is a cross-sectional view of the deformation detection gauge of FIG.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Major Parts of Drawings *

1. 변형검출부(기) 2. 온도보상센서1. Deformation detection unit 2. Temperature compensation sensor

3. 합성조건결선함 4. 지시계3. Synthetic condition connection box 4. Indicator

5. 리드선 6. 컴퓨터5. Lead wire 6. Computer

11. 변형검출게이지 12. 취부홈11. Deformation detection gauge 12. Mounting groove

13. 응집부 14. 브라켓13. Cohesion 14. Bracket

15. 구조물15. Structure

이하, 첨부된 도면에 관련하여 일실시례에 의해 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the present invention in detail with reference to the accompanying drawings as follows.

도1은 본 발명의 시스템에 관한 전체 흐름도이고, 도2의 (가)(나)(다)는 본 발명의 변형검출기 회로를 구성하기 위한 기본적인 회로도이며, 도3은 본 발명의 요부인 변형검출부의 회로도이고, 도4는 본 발명의 일부인 합성조건결선함 회로도이며, 도5는 본 발명의 일실시례에 의한 사용상태도로서 함께 설명한다.1 is an overall flow diagram of the system of the present invention, Figure 2 (a) (b) (c) is a basic circuit diagram for configuring the strain detector circuit of the present invention, Figure 3 is a deformation detector which is the main part of the present invention 4 is a schematic diagram of a synthetic condition junction box which is a part of the present invention, and FIG. 5 is described together with a state diagram of use according to an embodiment of the present invention.

도1에서와 같이 본 발명의 시스템은 스트레인게이지를 포함한 센서 수 개를 연계되게 연결하여 변형검출부(1)를 구성하는 수단; 상기 변형검출부(1)에 연계되도록 온도보상센서(2)를 형성한 합성조건결선함(3)을 연결하여 센서에서 온도의 변화로 미처리 된 출력값을 보상하는 수단; 상기 출력값은 아날로그의 전압을 디지탈로 증폭 전환하는 동시에 출력값을 집계처리하여 원격조정 제어하는 신호를 송출하는 지시계(인디게이트)(4) 수단; 그 신호에 의한 출력값이 컴퓨터의 화상으로 도출되도록 하는 수단으로 구성되게 하였다.As shown in Fig. 1, the system of the present invention comprises means for constituting a deformation detection unit 1 by connecting several sensors including a strain gauge in an interlocked manner; Means for compensating for the unprocessed output value by a change in temperature in the sensor by connecting a composite condition junction box (3) in which a temperature compensation sensor (2) is formed to be linked to the deformation detection unit (1); The output value includes: an indicator (indicator) means for amplifying and converting an analog voltage into a digital signal and simultaneously outputting a signal for totally controlling the output value for remote control; The output value by the signal is constituted by means for causing the image of the computer to be derived.

한편, 변형검출부(1)와 지시계(4) 사이에는 특별히 선정된 도선으로 이루어져 있더라도 제작시 표준 리드선(5)은 온도보상이 이루어져 있으나 현장조건에 따라 달라지는 선길이로 인하여 선길이에 따르는 저항성분에 의한 온도편차 요인을 초래하므로 기존 휘스톤 브릿지 응용회로로는 온도변화에 따르는 출력요인들을 제어하지 못하므로 도3에서와 같이 특수한 회로를 구성하여 리드선길이에 관계없이 온도편차 요인을 일정 수준 이하로 제어할 수 있도록 하였다.On the other hand, even if the strain detection unit (1) and the indicator (4) is made of a specially selected conductor, the standard lead wire (5) at the time of manufacturing the temperature compensation, but due to the length of the wire depending on the site conditions due to the resistance component according to the length of the line Due to the temperature deviation factor, the existing Wheatstone bridge application circuit cannot control the output factors according to the temperature change. Therefore, a special circuit is constructed as shown in FIG. 3 to control the temperature deviation factor below a certain level regardless of the lead wire length. I could do it.

상기 변형검출부(1)는 교량의 저면부 적절한 위치와 대용량의 저장용기 및 충진호퍼 등을 지지하는 지지대와 같은 구조물(15)의 적절한 위치를 선정하여 견고하게 고정 설치하면 된다.The deformation detection unit 1 may be firmly fixed by selecting an appropriate position of the structure 15 such as a support for supporting a proper position of the bottom of the bridge and a storage container and a filling hopper having a large capacity.

상기 변형검출부(1)에 형성되는 센서는 도2의 (가)에서와 같이 변형검출부 베이스 부분에의 스트레인게이지에서 하중이 증대하면 저항이 증대하는 방향으로 2개조, 하중이 증대하면 저항이 감소하는 방향으로 2개조 부착하여 변형검출부와 스트레인게이지가 동일한 변형조건이 되도록 접착하여 기본회로를 결선한다.The sensor formed in the deformation detection unit 1 has two sets in the direction of increasing resistance when the load increases in the strain gauge on the deformation detection unit base portion as shown in FIG. 2A, and the resistance decreases when the load increases. Two sets are attached in the direction, and the strain detection unit and the strain gauge are bonded so that they are in the same deformation condition, and the basic circuit is connected.

이러한 상태에서의 초기는Initially in this state

ig= 0 이면if i g = 0

R1= R2, R3= R4i1= i2, i3= i4이고R 1 = R 2 , R 3 = R 4 i 1 = i 2 , i 3 = i 4

i1R1= i3R3, i2R2= i4R4 i 1 R 1 = i 3 R 3 , i 2 R 2 = i 4 R 4

에서 제로평행조건과 오옴의 법칙에서 At zero parallel condition and Ohm's law

…………………………① … … … … … … … … … … ①

는 스트레인게이지이고, 변위에 대한 능동소자이므로 변위가 인가되면 Is a strain gage and is an active element for displacement.

로 각각 저항이 변한다. Each resistance changes.

이것을 ①식에 대입하면로 되어지므로 정리하면Substituting this into ① Is As it becomes

……………………② … … … … … … … … ②

여기서 초기이고, 이것을로 표현하고,를 하중이 증대하면 저항이 감소하는 방향으로 접착하여 붙이고,를 하중이 증대하면 저항이 증대하는 방향으로 접착하여 붙이면이고,이다.Where initial And this Expressed as When the load increases, attach it in the direction of decreasing resistance, When the load increases, the adhesive is attached in the direction of increasing the resistance ego, to be.

이것을 ②식에 대입하면Substituting this into ②

…………………………③ … … … … … … … … … … ③

초기시= 0 ㎵/V 라면= 0 이고,Initial time = 0 ㎵ / V = 0,

이면(저항성분이 반대방향)≠0 이다. Back side (the opposite direction of resistance component) ≠ 0.

여기서,은 부하 스트레인 영향에 의한 저항변화로 표시하고, 온도의 영향에 의한 저항변화를로 표시될 수 있고,,로 표시된다.here, Changes in resistance due to load strain And change of resistance due to temperature influence Can be represented by Is , Is displayed.

는 같은 재질, 같은 온도 특성을 가진 동일한 제조 로트(LOT)를 가진 게이지를 사용하면 온도 특성이 같으므로로 표시된다. Wow Using the same material, the same manufacturing lot (LOT) with the same temperature characteristics, the same temperature characteristics Is displayed.

………………………… ④ … … … … … … … … … … ④

무부하상태에 부하스트레인 영향에 의한가 0 이면가 0 인 자기보상회로가 성립되어 넓은 범위에 걸쳐 온도보상이 이루어진다.Due to load strain effect on no-load condition Is 0 A self-compensation circuit with 0 is established to achieve temperature compensation over a wide range.

위 ④식에서이 크기가 같고 성분의 부호가 서로 다른 부분으로 구조설계를 할 수 있고 스트레인게이지를 접착할 수 만 있다면In ④ above Wow If you can design the structure with parts of the same size and different components, and you can glue strain gauge

로 단순화 할 수 있다.Can be simplified.

부하상태의 온도보상은 기본회로에서는 보상자체가 이루어지지 않으므로 기존회로에 온도감도 변화에 민감한 게이지를 선택하여 보상할 수 있다.Since the compensation of the temperature under load is not made in the basic circuit, it can be compensated by selecting a gauge sensitive to temperature sensitivity change in the existing circuit.

예를 들면, 온도가 20℃에서 -20℃로 급격히 변화되는 곳에 상기 도2의 (가)와 같은 기본회로로 구성된 변형검출기를 취부하여 20℃에서 지시값을 50,000㎏으로 지시되었다. 그때 피검출부의 스트레인()이 750μ였다면 -20℃에서는 출력이 보상되지 않았을 때의 하중을 살펴보면,For example, a strain detector composed of a basic circuit as shown in FIG. 2 (A) was mounted where the temperature was rapidly changed from 20 ° C. to −20 ° C., and the indicated value was 50,000 kg at 20 ° C. FIG. At that time, the strain of the part to be detected ) Is 750μ, look at the load when the output is not compensated at -20 ℃,

단, →검출기, 피검출기의 재질에 있어서 열팽창계수(c): 11PPM/℃However, the thermal expansion coefficient (c) in the material of the detector and the detector is 11PPM / ° C.

열탄성계수(k): -220PPM/℃Thermoelastic coefficient (k): -220PPM / ℃

→스트레인게이지: 20℃저항()= 350Ω→ strain gauge: 20 ℃ resistance ) = 350 yen

게이지핵타(Gauge Factor:F): 2.0Gauge Factor (F): 2.0

온도에 따른 저항계수(T): 11PPMΩ/℃Resistance coefficient according to temperature (T): 11PPMΩ / ℃

→검출기의 감도계수: 1 로 하며,→ the sensitivity coefficient of the detector is set to 1,

위의 게이지 핵타(F)는 The gauge rudder (F) above

여기서,: 스트레인here, Strain

: 인간전압볼트 : Human voltage bolt

R: 스트레인게이지 저항R: strain gauge resistance

F: 게이지 핵타(사용자의 게이지 선택에 따라 선택될 수 있다)F: gauge hack (can be selected according to user's gauge selection)

。20℃에서 스트레인에 의한 저항변화 。 Resistance change by strain at 20 ℃

。-20℃에서 스트레인(): 온도차()Strain at -20 ℃ ): Temperature difference ( )

。-20℃에서 스트레인게이지의 온도에 의한 저항변화。 Resistance change by strain gauge temperature at -20 ℃

。-20℃에서 스트레인에 의한 저항변화Resistance change by strain at -20 ℃

。20℃에서 출력전압()는Output voltage at 20 ℃ )

。-20℃에서 출력전압()는Output voltage at -20 ℃ )

-20℃에서 온도에 의한 저항변화()= Resistance change by temperature at -20 ℃ ) =

이와 같이 1.5mV/V가 50,000㎏을 지시한다면 1.485mV/V는 49,500㎏으로 약 500㎏의 지시차가 발생하게 된다. 이것은 약 1%오차 요인을 발생하므로 반드시 출력보상하여야 만이 정확한 재고관리가 이루어진다는 것이 확인된다.As such, if 1.5mV / V indicates 50,000kg, 1.500mV / V is 49,500kg and an indication difference of about 500kg occurs. Since this causes about 1% error factor, it is confirmed that accurate stock management can be achieved only by output compensation.

상기의 스트레인게이지를 이용한 기본적인 회로에서의 변화 이외에도 리드선의 길이에 따르는 출력변화를 살펴보면 다음과 같다.In addition to the change in the basic circuit using the strain gauge, the output change according to the length of the lead wire is as follows.

일반적으로 변형검출기의 무부하시 온도보상, 부하시 출력에 대한 온도 보상이 완벽하게 이루어져 검출기를 제작하여도 현장의 여건에 따라 설치하는 과정에 검출기에서 지시계까지 통상 100m∼300m의 리드선으로 구성되어 있다.In general, the temperature compensation at the time of no load of the strain detector and the temperature compensation for the output at the load are completely done, and even if the detector is manufactured, it is usually composed of 100m to 300m lead wires from the detector to the indicator during the installation process according to the conditions of the site.

상기 리드선은 통상 54.7Ω/1㎞인 연동선으로 구성되면 온도에 따르는 저항계수(T,C,R)는 4,000PPM이다. 그러므로 200m 리드선을 포설한다고 가정하면 20℃때 리드선의 선저항은=54.7Ω/㎞×0.2=10.94Ω이고, 도2의 (다)에서의 검출 a,d단자에 DC1V를 인가하면 검출회로 부분 b,c는 선저항 Re 때문에 강하되어 0.94V의 전압이 인가된다.When the lead wire is generally composed of an interlocking wire of 54.7 kW / 1 km, the resistance coefficients T, C, and R depending on temperature are 4,000 PPM. Therefore, assuming 200m lead wire, the wire resistance of lead wire is = 54.7 kW / km x 0.2 = 10.94 kW, and when DC1V is applied to the detection a and d terminals in Fig. 2C, the detection circuit portions b and c are dropped due to the line resistance Re and a voltage of 0.94 V is applied. .

뿐만 아니라, 설치조건이 최저 -15℃에서 최고 40℃로 변하는 곳에 변형검출기를 설치하면 리드선에 따르는 전압강하는 다음과 같다.In addition, if the strain detector is installed where the installation condition changes from -15 ℃ to 40 ℃, the voltage drop along the lead wire is as follows.

-15℃의 선저항은 20℃보다 강하되는 바,The line resistance of -15 ℃ is lower than 20 ℃

∴Re=10.94-1.5316= 9.408ΩRe = 10.94-1.5316 = 9.408

40℃에서는At 40 ℃

∴Re=10.94Ω+0.875Ω=11.81Ω∴Re = 10.94Ω + 0.875Ω = 11.81Ω

그러므로 온도에 의한 리드선의 저항변화 Therefore, resistance change of lead wire by temperature

이 생기므로 전압강하에 의한 출력변화는 55℃편차에 2.44% 출력 변화가 생긴다. 따라서 재고관리용으로 사용 가능한 정밀급은 0.1%의 수준을 유지하여야 하므로 리드선에 의한 출력을 보상할 필요성이 있으며, 나아가 리드선의 길이에 따라 능동적으로 보상되어야 한다. As a result, the output change caused by voltage drop causes 2.44% output change in 55 ℃ deviation. Therefore, the precision grade that can be used for inventory management should be maintained at a level of 0.1%, so it is necessary to compensate the output by the lead wires, and moreover, actively compensate for the length of the lead wires.

상기에서 살펴본 바와 같이 리드선 길이에 따라 출력 오차를 보상하기 위하여 도3에서와 같이 회로를 개선하였다.As described above, the circuit is improved as shown in FIG. 3 to compensate for the output error according to the lead wire length.

구체적으로는, 도3에서의 a,b 양단에 전압을 인가하고,는 능동스트레인게이지이므로 저항이 변하여 출력 g,h에 출력이 생성된다.Specifically, a voltage is applied across a and b in FIG. Since is an active strain gage, the resistance changes to produce an output at the output g, h.

는 부하시 출력의 온도에 대한 보상게이지이면는 선트저항이고,는 리드선 길이에 다르는 저항이다. Is the compensation gauge for the temperature of the output under load Is the shunt resistance, Is a resistance that depends on the lead wire length.

예컨대, 20℃ AWG No22번 구리선 200m 결선시이 표준저항이고, -15℃에서 40℃로 변하는 곳에 사용되는 검출기는 최대편차저항()은For example, when wiring 200m of 20 ℃ AWG No22 copper wire Is the standard resistance, and the detector used at -15 ℃ to 40 ℃ is the maximum deviation resistance ( )silver

이다. to be.

그러므로 a,d양단에는 리드선에 의한 저항 변화가 최고 4.8Ω이고, 이것에 의한 출력변화는 a,d구간의 표준저항이 430Ω이라고 가정하면 다음과 같다.Therefore, assuming that the resistance change by the lead wire is a maximum of 4.8 Ω at both ends of a and d, and the output change by this is a standard resistance of 430 구 as follows.

여기서, n은 출력비Where n is the output ratio

R은 입력저항R is the input resistance

Rs는 최대저항변화치 이고,Rs is the maximum resistance change,

따라서,에서 n = 0.989therefore, N = 0.989

특히, a,d양단에 4.8Ω의 온도에 따르는 리드선 저항이 생긴다면 출력 g,h에는 1.1%의 출력강하가 생긴다.In particular, if a lead wire resistance occurs at a temperature of 4.8 kΩ across a and d, an output drop of 1.1% occurs at the output g, h.

그리고 b,c에 입력전압이 인가되고가 스트레인으로 받아 출력을 낼 때 온도에 따르는 변화치를 도출하여 보면,And input voltage is applied to b, c Strain If you derive the change value according to the temperature when outputting

이고 ego

20℃에서이다.At 20 ℃ to be.

40℃에서의 스트레인게이지 저항은Strain gauge resistance at 40

그때 하중에 의한 스트레인은At that time, strain by load

스트레인에 의한 스트레인게이지 저항변화는The change of strain gauge resistance by strain

그러므로 ①식은Therefore, ①

출력을 낸다. Produces an output

한편, -15℃에서는On the other hand, at -15 ℃

상기에서From above

그러므로 ①식은Therefore, ①

∴ b,c 양단에 -15℃에서 40℃로 변하는 곳에 전압을 인가하면 1.4668mV/V에서 1.4808mV/V로 출력전압이 상승하여 나타난다.하면 If voltage is applied at both ends of -15 ℃ and 40 ℃ at both ends of b, c, output voltage rises from 1.4668mV / V to 1.4808mV / V.

이것을 백분율로 나타내면If this is expressed as a percentage

따라서 a,b,c,d 구간의 -15℃에서 40℃로 변하는 곳에 전압출력 g,h는 리드선에 의한 출력강하 -1.1% 회로에 의한 출력상승 0.95%이므로 합성하면 -0.15%의 전압강하가 생기고, 이것은 출력보상에서 제어 가능한 범위이고, 변형검출기의 재고관리용으로 가능한 정밀도 0.1% 이내로 만족할 수 있다.Therefore, where the voltage output g, h is changed from -15 ℃ to 40 ℃ in the a, b, c, d sections, the output drop by the lead wire is -1.1% and the output increase by 0.95% is combined. Is generated, and this It is within the controllable range and can be satisfied within 0.1% of possible precision for inventory control of strain detectors.

그러므로 선길이에 따르는 온도 보상이 회로에 의하여 정밀급 수준으로 보상되게 하였다.Therefore, the temperature compensation along the line length is compensated to the precision level by the circuit.

상기와 같이 구성된 스트레인게이지회로를 변형검출부에 취부하고, 상기 변형검출부는 교량이나 대용량의 저장용기의 적절한 위치에 고정하되, 고정되는 구조물의 재질과 변형검출기의 재질, 형태 및 하중상태 등을 감안하여 도5에서와 같이 구조물에 브라켓을 사용하여 고정한다. 브라켓 형상 및 길이의 변경만으로 최상의 출력을 얻을 수 있도록 하고, 현장의 특수한 여건을 반영할 수 있도록 하여 그 사용범위를 확대할 수 있어 취부에 대한 융통성을 부여하여 준다.The strain gage circuit configured as described above is attached to the deformation detection unit, and the deformation detection unit is fixed at an appropriate position of a bridge or a large capacity storage container, in consideration of the material of the structure to be fixed and the material, shape and load state of the deformation detector. Fix using a bracket to the structure as shown in FIG. Only by changing the shape and length of the bracket, the best output can be obtained, and the special scope of the site can be reflected to extend the range of use, thereby providing flexibility for installation.

상기와 같은 방법으로 온도의 변화에 따르는 변형검출부에서의 출력값에 대하여 미처리 된 부분에 있어 운용후 직접 보상할 수 있고, 또한 리드선의 길이와 그 길이에 따르는 온도의 변화에도 정밀한 출력값을 얻을 수 있다.In the same way as described above, the output value of the strain detection part according to the temperature change can be directly compensated after operation in the untreated part, and precise output value can be obtained even with the length of the lead wire and the temperature change along the length.

또한 변형검출부나 리드선이 온도변화에도 보상이 이루어져 정밀하게 측정이 되므로 장기적으로 안정적이고 신뢰성이 높다. 따라서 대용량의 저장용기에 저장된 내용물의 양 측정이나, 교량 등 대형 구조물의 물리적 특성을 비파괴로 물리적 특성인, 휨, 처짐량, 피로, 항복, 내부응력상태 등의 정보를 안정적으로 연속적으로 얻을 수 있으며, 재고물량을 정확하게 파악함으로 자동화 도입이 가능할 수 있어 측정의 오차로 인한 손실을 막을 수 있고 원가절감을 이룰 수 있으며, 구조물의 물리적 성질을 정확하게 파악할 수 있어 대형사고를 사전에 예방하고 설계시 반영할 수 있으므로 산업발전에 크게 이바지할 수 있는 특징이 있다.In addition, the strain detection part and the lead wire are compensated for the temperature change, so that accurate measurement is possible, so it is stable and reliable in the long term. Therefore, it is possible to stably and continuously obtain information such as physical properties such as bending, deflection, fatigue, yield, internal stress state by measuring the amount of contents stored in a large storage container or non-destructive physical properties of large structures such as bridges. Automated introduction can be made by accurately grasping inventory, preventing loss due to measurement errors, reducing costs, and accurately understanding the physical properties of structures to prevent large accidents and reflect them in design Therefore, there is a characteristic that can greatly contribute to industrial development.

Claims (2)

스트레인게이지를 응용한 변형검출기로 구조물의 물리량을 측정하는 검출시스템을 구성함에 있어서,In constructing a detection system that measures the physical quantity of a structure by using a strain detector applying strain gauges, 스트레인게이지를 포함한 센서 수 개를 연계되게 연결하여 변형검출부를 구성하는 수단; 상기 변형검출부에 연계되어 변형검출부에서 온도의 변화로 미처리 된 출력값을 보상할 수 있도록 온도보상센서를 구비한 합성조건결선함을 구성하는 수단; 상기 출력값은 아날로그의 전압을 디지탈로 증폭 전환하는 동시에 출력값을 집계처리하여 원격조정 제어하는 신호를 송출하는 지시계를 구성하는 수단; 그 신호에 의한 출력값이 컴퓨터의 화상으로 도출되도록 하는 수단으로 이루어져 구조물의 물리량을 측정할 수 있도록 함을 특징으로 하는 스트레인게이지를 응용한 변형검출기로 구조물의 물리량측정 검출시스템.Means for linking several sensors including strain gauges in association to form a strain detection unit; Means for constructing a synthetic condition connection box having a temperature compensation sensor connected to the deformation detection unit to compensate for an unprocessed output value due to a change in temperature in the deformation detection unit; The output value comprises means for constituting an indicator for amplifying and converting an analog voltage into a digital signal and simultaneously outputting a signal for performing a remote control control by aggregating the output value; A strain detection device using a strain gauge, characterized in that the output of the signal is derived from a computer image to measure the physical quantity of the structure. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 변형검출게이지는 스트레인게이지를 취부할 수 있도록 취부홈을 형성하고, 상기 취부홈의 형성으로 응집부가 구성되도록 함을 특징으로 하는 스트레인게이지를 응용한 변형검출기로 구조물의 물리량측정 검출시스템.The strain detection gauge is a strain gauge applied to the strain gauge, characterized in that the mounting groove to form a mounting groove for mounting the strain gauge, the formation of the mounting groove is configured to measure the physical quantity measurement of the structure.
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