KR20020005061A - 스트레인 게이지 부착구 - Google Patents

Abstract

감지부 기둥을 감쌀 수 있는 덮개 형태로 되어있고, 덮개 외측 측면에는 나사 체결부가 설치되어 있으며, 덮개 내부에는 발열 코일이 감겨져 있고, 발열 코일의 단부는 제어부의 열조절기에 연결되어 있는 발열 패드로 구성되는 발열부와 한 변이 개방된 마제형 형상으로써, 개방된 기둥의 내부 양측에는 감지부(1)와 동일한 곡률을 가지면서 일정한 면적을 지니는 원통 패드가 길이 가변축에 연결되어 설치된 압축 클램프로 구성되는 압축부로 이루어지는 스트레인 게이지 부착구를 제공함으로써 상용 가열로의 유효 체적 보다 큰 감지부에 스트레인 게이지를 고온 접착제로써 인라인 부착을 할 수 있도록 한다.

Description

스트레인 게이지 부착구 {A Apparatus of adhering strain gage}

본 발명은 로드셀의 변형 게이지 부착구에 대한 것으로 특히 길이가 수 미터인 대형 기둥을 로드셀 감지부로 사용하는 경우에 적용되는 변형 게이지 부착구에 대한 것이다.

일상 생활에서 힘과 관련하여 연상되는 것은 물체를 밀거나 끌어당기어 물체의 운동을 일으키는 힘이 있고, 또 가벼운 물체보다 무거운 물체를 드는 것이 더 힘들다는 중력의 법칙이 있다.

이러한 힘은 질량, 길이 및 시간과 같은 기본 단위로부터 유도된 단위이기 때문에 이에 대한 절대적인 값의 측정은 정의되어 있지 않다. 그러나 산업의 발달과 함께 정확한 힘의 측정이 요구되고 있기 때문에 사용 목적, 정확도 등에 따라 여러 가지 힘 측정 방법이 개발되어 사용되고 있다.

힘 측정 방법을 그 기본 원리에 따라 분류하면, 중력을 이용하는 방법, 유체의 압력을 이용하는 방법, 고체의 탄성 변형을 이용하는 방법, 물리적 성질 변화를 이용하는 방법, 가속도를 측정하는 방법 및 회전이나 진동 주파수를 이용하는 방법과 같은 다양한 측정 방법이 존재하고 있다.

이 가운데 유체의 압력을 이용하는 방법은 파스칼의 원리에 따른 힘측정 방법을 제시하는 것으로서, 파스칼의 원리에 따르면 유체가 정지하였을 때 밀폐된 유체에 어떠한 압력이 작용하면 이 압력은 유체 내부에서 같은 크기로 전달된다. 유압식 힘 표준기는 이러한 유체의 성질을 이용하는 것으로서 작은 힘을 증폭시켜 큰 힘을 내도록 한 것이며, 일반적으로 가장 큰 용량을 가질 수 있으며 정확도가 비교적 높다는 장점을 가지고 있다.

도 1은 유압식 힘 표준기의 설치 상태도로써, 상대 정밀도 5 ×10^-4으로 최대 2MN까지 측정할 수 있는 힘 표준기이며, 중앙 상부에 설치된 로드셀(2)은 탄성체 인 4개의 기둥 형태의 감지부(1,sensing element)에 힘이 가해질 때 감지부(1)에서 발행되는 변형에 대한 대응 정도를 측정하는 센서이다.

이러한 대응 정도를 전기적으로 측정하는 것은 감지부(1)에 부착된 변형 게이지에 의해 이루어진다.

도 2(a)는 감지부(1)에 변형 게이지가 부착된 상태의 모식도로서, 기둥형 감지부(1)에 힘이 가해짐에 따라 감지부가 변형이 일어나면서 이에 대응하는 변형 게이지(10,10')의 저항값 변화를 측정함으로써 외부에서 가해지는 힘을 전기적인 신호로 검출할 수 있게 된다.

도 2(b)는 도 2(a)의 게이지 부착 부위 A-A'에 대한 단면도로서 변형 게이지는 감지부(1)의 축방향 및 원주방향으로 각 각 2개씩의 스트레인 게이지(10,10')가 축 중심부에 대해 선대칭으로 부착되어 있다.

도 3은 스트레인 게이지(10)의 확대도로서, 집적되어 있는 감지 금속(12)의 한쪽 끝에 있는 절연판(13)이 절연체인 기판(11) 위에 접착되어 있는 구조로 이루어져 있다.

상기와 같이 스트레인 게이지(10)를 감지부(1)에 부착하는 방법으로는 다양한 방법이 사용되어질 수 있으나, 접착제를 사용하여 부착하는 방법이 가장 일반적으로 사용되고 있다.

접착제에는 고온에서 접착하는 고온 경화 접착제와 상온에서 경화하는 순간 접착제로 구분되어 진다.

고온 접착제는 300㎪ 내외의 일정한 압력과 함께 열을 가하면서 경화시키기 때문에 접착층을 마이크로미터 단위의 박층으로 형성할 수 있으며, 다습와 고온에도 안정된 거동을 보이고, 시간에 따른 경련 변화도 없는 장점을 가지고 있다.

따라서 정밀도가 높은 로드셀을 제조하기 위해서는 고온 경화형 접착제를 사용하여 스트레인 게이지를 감지부에 부착하여야 한다.

스트레인 게이지를 감지부에 부착하는 종래 방법은, 절연판(13)에 오염 방지 테이프를 부착하고, 스트레인 게이지를 부착할 감지부 표면에 접착제를 도포한 다음, 오염 방지 테이프로써 스트레인 게이지를 감지부 표면에 고정하고, 스트레인 게이지의 다른 끝단을 테프론 테이프로 고정함으로써 감지부로부터 스트레인 게이지가 이탈하지 않도록 하였다.

스트레인 게이지 위에 압축 패드를 올려놓은 다음, 압축 패드와 감지부에 집게를 사용하여 압력을 가해 준 상태에서 경화 온도로 설정된 가열로에 집어넣어 고온 경화시켰다.

그러나 로드셀 감지부의 크기가 가열로의 내부 유효 공간보다 큰 경우에는 상기의 방법을 사용할 수 없었다.

특히, 시험기의 기둥을 로드셀 감지부로 사용하는 경우에는 기둥의 크기가 수 미터가 될 수 있기 때문에 가열로에서 고온 경화시키는 종래의 방법으로 스트레인 게이지를 부착하는 것은 불가능하였다.

이러한 이유로 순간 접착제를 사용한 접착 방법이 사용되고 있다.

순간 접착제를 사용하는 방법은 접착 공정이 단순하기 때문에 편리하지만, 다습한 조건 또는 고온의 환경에서 접착 특성이 저하되고, 시간이 경과함에 따라 접착 특성이 변하는 문제가 있기 때문에, 정밀도가 높은 힘 표준기의 제작이 불가능하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 상용 가열로의 유효 체적 보다 큰 감지부에 스트레인 게이지를 고온 접착제로써 인라인 부착을 할 수 있는 스트레인 게이지의 부착구의 제공을 그 목적으로 한다.

도 1은 유압식 힘 표준기의 설치 상태도,

도 2는 감지부에 변형 게이지가 부착된 상태의 모식도,

도 3은 스트레인 게이지의 확대도,

도 4는 스트레인 게이지 부착구의 요부 사시도,

도 5은 발열 패드의 분해 사시도,

도 6은 압축 클램프의 사시도이고

도 7은 제어부의 회로도이다.

<도면 주요부에 대한 부호 설명>

1 : 감지부 10,10' : 스트레인 게이지

11 : 기판 12 : 감지 금속

13 : 절연판

2 : 발열부 20 : 발열 패드

21 : 나사 체결부 22 : 발열 코일

23 : 발열 코일 단부

3 : 압축부 30 : 압축 클램프

31 : 원통 패드 32,33 : 길이 가변축

34 : 볼트 두부 35 : 지지축 레버

4 : 제어부 41 : 온도 조절기

42 : 전원 조절기 5 : 로드셀

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고온 경화형 접착제를 상용하여 스트레인 게이지를 감지부에 접착하는 스트레인 게이지 부착구에 있어서, 감지부 기둥을 감쌀 수 있는 덮개 형태로 되어있고, 덮개 외측 측면에는 나사 체결부가 설치되어 있으며, 덮개 내부에는 발열 코일이 감겨져 있고, 발열 코일의 단부는 제어부의 열조절기에 연결되어 있는 발열 패드로 구성되는 발열부와 한 변이 개방된 마제형 형상으로써, 개방된 기둥의 내부 양측에는 일정한 면적을 지니는 원통 패드가 길이 가변축에 연결되어 설치된 압축 클램프로 구성되는 압축부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 아래와 같다.

도4는 본 발명에 의한 부착구의 요부 사시도로서, 스트레인 게이지(10) 부착 장치의 요부는 발열부(2)와 압축부(3)로 구성되며, 발열부(2)는 감지부(3)를 감싸는 두 개의 발열 패드(20)로 구성되고, 압축부(3)는 발열 패드(20) 사이의 공간에서 스트레인 게이지(10)에 압축력을 부여하는 두 개 이상의 압축 클램프(30)로 구성되어있다.

발열 패드(20)는 열을 발생하는 장치로서, 발생된 열을 열전도체인 감지부(1)를 통해 스트레인 게이지(10)를 접착할 부위로 전달시키며, 2개가 쌍을 이루어 압축 클램프(30)의 상단 및 하단에 설치된다.

압축 클램프(30)는 접착이 완료되는 동안 감지부(1)에 접착제에 의해 임시로 부착된 스트레인 게이지(10)에 일정한 압력을 부여하는 클램프로써, 2개가 쌍을 이루어 사용된다.

도 5은 발열 패드의 분해 사시도로서, 발열 패드(20)는 기둥을 감쌀 수 있는 덮개로써 패드 양단에는 나사 체결부(21)를 지니고 있고, 덮개 내부에는 발열 코일(22)이 감겨져 있으며, 발열 코일의 단부(23)는 제어부의 전원으로 연결되어있다.

발열 패드는 기둥 둘레의 크기에 따라 2개 이상을 나사 체결부의 나사를 조임으로서 조합하여 사용될 수 있다.

발열 패드의 재질은 제한이 없으나 열 손실을 최소화 할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하고, 기둥을 감쌀 때 발열 패드와 기둥간의 밀착을 최대로 할 수 있도록 굴곡이 자유로운 것을 선택하는 것이 바람직하다.

도 6은 압축 클램프(30)의 사시도로서 한 변이 개방된 마제형 형상을 하고 있으며, 개방된 기둥의 내부 양측에는 일정한 면적을 지니는 원통 패드(31)가 길이 가변축(32,33)에 연결되어있다.

압축 클램프의 마제형은 직각, 라운드 또는 원형 모서리를 포함하여 특별한 제한이 있는 것은 아니다.

원통 패드(31)에서 원통형 감지부에 접하는 부분은 감지부(1)와 동일한 곡률을 갖는 원통형 구조를 지니거나, 접하는 부분을 평면 형상으로 하고, 감지부(1)와 동일한 곡률을 갖는 원통형 구조의 보호 패드(33)를 추가적으로 사용할 수 있다.

압축 클램프의 개방된 기둥과 원통 패드(31)는 길이 가변축에의해 연결되어있는데, 길이 가변축은 나선형 볼트(32) 또는 외측에 스프링이 설치된 지지축(33)이 모두 또는 하나씩 선택적으로 사용되며, 나선형 볼트의 경우 볼트 두부(34)에 의해 길이가 가변되고, 지지축의 경우 기둥 외측에 연결된 레버(35)에 의해 고정된다.

도 7은 제어부의 회로도로서, 제어부(4)는 스트레인 게이지 부착 장치에 고온 경화 반응이 일어나는 온도와 시간을 제어한다.

제어부는 온도 조절기(41)와 전원 조절기(42)로 이루어져 있으며, 온도 조절기의 열전쌍은 스트레인 게이지에 부착되어 있고 전원 조절기의 열전쌍은 발열 패드에 연결되어 있다.

상기와 같은 구조로서 감지부에 스트레인 게이지를 부착하는 방법의 일 실시예를 설명하면 아래와 같다.

스트레인 게이지를 부착하고자 하는 지점의 상단 및 하단으로부터 압축 클램프의 유효공간을 고려한 위치에 두 개의 발열 패드를 부착한 다음, 두 개의 발열 패드의 끝이 서로 맞닿게 하여 나사로써 체결한다.

절연판(13)에 오염 방지 테이프를 부착하고, 스트레인 게이지를 부착할 감지부 표면에 접착제를 도포한 다음, 스트레인 게이지가 오염 방지 테이프에 의해 감지부 표면에 고정되도록 부착한 다음, 스트레인 게이지의 다른 끝단을 테프론 테이프로 고정함으로써 감지부로부터 스트레인 게이지가 이탈하지 않도록 한다.

스트레인 게이지는 감지부 기둥의 동일 높이에 대하여 수평 방향 및 수직 방향을 향하도록 부착하되, 기둥의 중심 축과 두 개의 스트레인 게이지 사이의 각도가 90도를 이루도록 수평 방향으로의 부착 및 수직 방향으로의 부착을 교대로 실시하여 4개의 스트레인 게이지를 교대로 배치한다.

스트레인 게이지 위에 보호 패드를 올려놓고, 압축 클램프의 원통 패드를 보호 패드에 접촉시킨 다음, 나선형 볼트를 조이고 레버를 바깥쪽으로 당겨줌으로서 스프링의 압력에 의해 스트레인 게이지로 일정한 압축력이 가해지게 된다.

스트레인 게이지에 걸리는 압력은 압축 클램프의 원통 패드 사이의 거리(L)와 스트레인 게이지 위에 놓여지는 보호 패드의 단면적(Φ)에 의해 계산되어지는데, 감지부의 지름은 고정된 값이므로 압축 클램프의 원통 패드 사이의 거리(L)는 일정하기 때문에, 스트레인 게이지에 걸리는 압력은 보호 패드의 단면적(Φ)에 의해 결정된다.

발열부와 압축부의 설치가 완료되면 제어부의 온도 조절기로부터 스트레인 게이지에 열전쌍을 연결하고 제어부의 전원 조절기로부터 발열 패드에 열전쌍을 연결한다.

온도 조절기에는 고온 경화형 접착제가 경화되는 온도를 설정하였으며, 제어부에 전원을 공급하게 되면 경화온도에 도달할 때까지 온도가 상승될 수 있도록 발열 패드에 열원을 공급한다. 열원의 공급으로 발생된 열은 전도체인 감지부에 의해 열확산이 이루어져 스트레인 게이지 접착 부위의 온도를 경화 온도까지 상승시키게 된다.

접착 부위의 온도가 경화 온도 보다 상승하게 되면 스트레인 게이지에 부착된 열전쌍은 제어부의 전원 조절기에 신호를 전달하여 전원 공급을 중단하게 됨으로써 일정한 오차 범위에서 경화가 이루어 질 수 있도록 한다.

상기와 같이 본 발명은 상용 가열로의 유효 체적 보다 큰 감지부에 스트레인 게이지를 고온 접착제로써 인라인 부착을 할 수 있는 스트레인 게이지의 부착구를 제공하는 바람직한 발명인 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것이 불과하며, 당해 기술 분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적인 보호는 첨부된 특허 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 고온 경화형 접착제로써 스트레인 게이지를 감지부에 접착하는 스트레인 게이지 부착 장치에 있어서, 감지부 기둥을 감쌀 수 있는 덮개 형태로 되어있고, 덮개 외측 측면에는 나사 체결부가 설치되어 있으며, 덮개 내부에는 발열 코일이 감겨져 있고, 발열 코일의 단부는 제어부의 열조절기에 연결되어 있는 발열 패드로 구성되는 발열부와 한 변이 개방된 마제형 형상으로써, 개방된 기둥의 내부 양측에는 감지부(1)와 동일한 곡률을 가지면서 일정한 면적을 지니는 원통 패드가 길이 가변축에 연결되어 설치된 압축 클램프로 구성되는 압축부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지 부착 장치.
2. 제 1항에 있어서 압축 클램프의 감지부(1)와 접면부가 평면 형상을 이루고, 일면은 평면 형상을 이루며 감지부(1)와의 접면은 감지부와 동일한 곡률을 갖는 원통형을 지니는 분리형 보호 패드(33)를 추가적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지 부착 장치.
3. 제 1항에 있어서, 길이 가변축은 나선형 볼트(32) 또는 외측에 스프링이 설치된 지지축(33)이 모두 또는 하나씩 선택적으로 사용되어 지는 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지 부착 장치.