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신율계

재료 물성시험용 변형률 측정 장치 – ZwickRoell 핵심 역량

신율계는 하중을 가한 상태에서 시편의 연신을 측정하는 데 사용하는 변형률 측정 장치입니다. 연신 측정은 ZwickRoell의 핵심 역량 중 하나입니다.

접촉식 신율계 광학 신율계 선택 기준

귀사의 분야에 맞는 신율계를 선택하는 데 도움이 필요하신가요?

ZwickRoell 변형률 측정 장치에 대해 더 자세히 알고 싶으신가요?

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신율계란?

신율계는 하중을 가한 상태에서 재료의 연신을 측정하는 데 사용하는 변형률 측정 장치입니다.

  • 재료의 연신은 인장 시험과 관련된 인장력과 같은 하중을 받을 때 발생하는 물리적 변형입니다. 신율계는 인장 하중에 의해 발생하는 변형률 외에 반복 시험(피로 시험 포함), 압축 시험, 굴곡 시험 등 다양한 형태로 하중을 받는 상태에서 압축 변형이나 굴절을 측정할 때에도 도움이 됩니다.
  • 신율계는 시편에서 직접 변형률을 측정합니다. 따라서 다른 시험 부품에서 받을 수 있는 측정 영향을 제거하고 정확도를 높일 수 있습니다.
  • 재료의 물성값을 측정하려면 변형률 측정이 필요합니다. 인장 계수, 영률, 항복점, 파단변형률, r값 및 푸아송 비는 신율계로 측정하는 대표적인 값입니다. 이 정보는 재료를 비교할 때 필수적이며, 제조업체가 의도한 목적에 사용할 때 가해지는 하중을 견딜 수 있는지 판단할 때 도움이 됩니다.
  • 신율계는 다양한 산업과 훨씬 더 광범위한 재료에 사용됩니다. 예를 들어 금속, 플라스틱, 섬유강화 복합재, 고무류, 필름, 섬유, 로프, 종이, 나무 등이 있습니다.

광학 / 비접촉식 신율계

광학 신율계(비디오 신율계와 레이저 신율계)는 접촉 없이 측정하기 때문에 재료의 물성값 측정에 영향을 미치지 않습니다. 비접촉 측정 기능이 있는 변형률 측정 장치의 추가적인 장점은 이런 측면에서 중요한 시편을 사용하는 경우에도 손상 위험 없이 파괴 직전까지 사용할 수 있다는 점입니다.

ZwickRoell 비디오 신율계 및 레이저 신율계에 대한 상세정보는 아래 링크에서 확인하실 수 있습니다.

비디오 신율계 레이저 신율계

광학 신율계(비디오 신율계와 레이저 신율계)는 접촉 없이 측정하기 때문에 재료의 물성값 측정에 영향을 미치지 않습니다. 비접촉 측정 기능이 있는 변형률 측정 장치의 추가적인 장점은 이런 측면에서 중요한 시편을 사용하는 경우에도 손상 위험 없이 파괴 직전까지 사용할 수 있다는 점입니다.

ZwickRoell 비디오 신율계 및 레이저 신율계에 대한 상세정보는 아래 링크에서 확인하실 수 있습니다.

비디오 신율계 레이저 신율계

ZwickRoell 신율계를 선택해야 하는 이유

ZwickRoell 신율계의 장점:

  • 수십 년의 응용 기술 노하우로 탄생한 ZwickRoell의 핵심 역량 중 하나.
  • ZwickRoell의 다른 시험 부품과 함께 자체적으로 개발 및 제조된 제품으로 완전한 시험 시스템 호환성 보장.
  • 신율계의 정확도는 재현 가능하고 신뢰할 수 있는 시험 결과에 필수이므로 표준 요구사항을 뛰어넘도록 설계.

선택 기준

ASTM, ISO 같은 거의 모든 인장 시험 표준에서는 변형률 측정을 요구합니다. 응용 분야마다 가장 적합한 신율계는 표준에서 정하는 요구사항과 시편의 재료 속성에 따라 다릅니다.

가장 적절한 신율계는 6가지 주요 기준을 기반으로 결정할 수 있습니다. 여기에는 신율계의 정확도, 분해능, 측정 범위, 필요한 측정값, 신율계가 사용될 시험 온도 같이 반드시 충족해야 할 성질들이 포함됩니다. 하지만 취급 용이성, 학습 곡선 감소, 기능 범위, 시험당 비용, 옵션을 추가하여 얻을 수 있는 추가 정보 같은 기능을 통해 핵심 부가 가치가 발생하기도 합니다.

재료 및 시편 모양
시험 시퀀스 및 표준
시험 환경
기능성
취급
예산 및 비용

재료 및 시편 모양

최적의 신율계를 선택하는 과정은 재료 및 시편 모양 기준에서부터 시작합니다.

  • 최대 연신: 필요한 측정 범위를 계산하는 데 중요합니다. 또, 연신율이 적은 재료에는 일반적으로 더 높은 수준의 정확도가 필요합니다.
  • 접촉 민감성: 얇거나 접촉에 민감한 재료를 시험할 때는 특수 받침날이 있는 센서 암 신율계를 사용하여 시편에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다. 광학 신율계는 시편에 전혀 영향을 미치지 않기 때문에 최적의 솔루션입니다.
  • 파괴 거동: 신율계를 손상시키지 않기 위해 시편 파손까지만 시험하는 데 중요합니다. 파괴 에너지가 높은 경우 해당 안전 메커니즘이 있는 광학 신율계나 센서 암 신율계를 사용해야 합니다.
  • 시편 치수: 일부 시편 치수는 폭이나 두께가 극단적이라 신율계 선택을 제한합니다.
  • 시편 모양: 특별한 어려움이 있을 수 있습니다. 예를 들어, 부품의 모양이 불규칙하여 시편에 대한 접근성이 제한될 수 있습니다.

시험 시퀀스 및 표준

시험 시 산업 표준 및 회사 표준 준수 여부: 시험 시퀀스와 필요한 측정값은 중요한 신율계 기능을 명확하게 지정합니다.

  • 하중 방식: 인장 시험, 압축 시험, 굴곡 시험 또는 반복 시험 중 신율계가 사용되는 용도는 무엇인가요? 일부 신율계는 네 가지 하중 방식 모두에 사용되며, 시험 유형을 빠르게 바꿀 수 있도록 설계되었습니다.
  • 초기 표점 거리: 일반적으로 표준에 의해 지정됨. 신율계로 처리할 수 있는 측정 범위는 시편의 초기 표점 거리와 최대 연신에 기반합니다.
  • 정확도: 신율계 정확도와 관련하여 표준이란 일반적으로 정확도 등급을 지칭합니다. 이는 측정된 편차와 분해능을 기반으로 하는 신율계의 교정 표준에 정의되어 있습니다(ISO 9513, ASTM E83).
  • 필요한 측정값: 특정 시험에서는 어떤 측정값을 측정하고 사용자의 요구사항은 무엇인가요? 예를 들어, 모듈은 시험 시작 직후에 측정되기 때문에 해당 수준의 정확도가 이미 설정되어 있어야 합니다. 이 같은 수준의 정확도는 적절한 교정을 통해 얻을 수 있습니다.
  • ISO 6892-1 Method A1에 따른 폐쇄 루프 변형 속도 제어: 이러한 유형의 변형 제어는 신율계에 특별한 요구사항을 부과합니다. 시험 속도의 자동 조절을 위해 신율계는 전자장치에 현재 변형률 값을 지속적으로 피드백합니다(ZwickRoell에서는 초당 2,000회).

시험 환경

시험 환경은 어떠하며 그 환경이 신율계에 미치는 영향은 무엇인가요?

  • 시험 온도: 온도 조건에서 시험할 때에는 적절한 신율계를 사용해야 합니다. 온도 챔버나 고온 퍼니스용으로 특수 설계된 신율계는 해당 환경에서 그 정확도가 매우 높습니다.
  • (가령 에어컨 시스템에 의한) 빛의 영향이나 대류로 인해 비접촉 광학 신율계의 정확도가 떨어질 수 있습니다.
  • 생산 환경에서는 시험에 영향을 미치는 먼지, 더러움, 진동 때문에 견고하고 민감도가 낮은 신율계가 필요합니다.

기능성

신율계는 더 많은 것을 제공할 수 있기 때문에 기능성은 부가 가치와 밀접한 관련이 있습니다.

  • 유연성: 다양한 응용 분야, 시편 유형이나 기능면에서 유연성이 높은 신율계를 사용하면 신율계가 여러 개 필요하지 않습니다.
  • 작업자 영향: 신뢰할 수 있는 시험 결과를 얻기 위해 작업자의 영향을 줄이거나 없애는 것이 얼마나 중요한가요? 작업자의 영향으로 편차 또는 시험 결과의 분산이 발생할 수 있습니다.
  • 자동화 기능: 자동화 기능을 통해 작업자 영향을 줄이거나 없앨 수 있습니다. 이것으로 시험 결과의 반복성과 재현성이 크게 높아집니다. 자동화 기능을 사용하면 시험 영역의 자동 측정 및 측정 지점 센터링부터 초기 표점 거리 자동 설정 및 센서 암 부착 및 분리까지 작업자가 개입할 필요가 없습니다.
  • 옵션을 통한 부가 가치: 광학 신율계는 카메라를 통해 시편의 대부분을 포착하기 때문에 측정치에서 더 많은 정보를 모을 수 있습니다. 여러 측정 지점에서 측정하거나 2D 이미지 상관관계를 통한 전면적 변형률 평가 또는 파괴점 자동 측정을 수행할 수 있어 시편 거부가 방지됩니다.
  • 개선 옵션: 이 옵션으로 미래 투자를 확보할 수 있습니다. 일부 신율계는 시작부터 다루는 응용 분야가 광범위합니다. 그 밖의 것들은 미래 시점에서 봤을 때 개선을 통해 추가 응용 분야에 쉽게 맞춰집니다.

취급

취급이 용이하여 사용자를 선두에 서게 만듭니다.

  • 사용자 프로파일: 이 기계로 작업하는 사람은 누구인가요? 계속 바뀌는 생산 인력으로 사전 교육을 많이 못 받았고 시험 절차를 거의 수정하지 않는 사람인가요? 아니면 광범위한 기능에 접근해 시험 시퀀스의 모든 단계를 유연하게 제어하려는 전문가인가요? 이 신율계와 소프트웨어는 사용자 유형에 따라 조정할 수 있습니다.
  • 필수 교육 요건: 자동화 기능으로 필수 교육 요건이 크게 줄어듭니다. 여기에는 직관적인 작동, 명확한 구조, 사용자의 작동 절차에 대한 적응성을 갖춘 소프트웨어 프로그램이 포함됩니다.
  • 수정 노력: 응용 분야를 다양하게 자주 변경하는 경우, 시간이 얼마나 소요되는지, 한 사람이 수행할 수 있는지, 그 과정에서 오류가 발생할 수 있는지 등 시스템 수정에 필요한 노력도 고려해야 합니다.
  • 시편 표식: 광학 신율계를 사용하려면 시편 표식을 사용해야 하지만, 시편에 따라 사용하지 않는 경우도 있습니다. 시편 또는 수행하는 시험에 따라 채택할 수 있는 다양한 표식 옵션 옆에 있는 광학 시스템은 표식 없이도 측정할 수 있습니다. 이 경우, 시편 표면의 거칠기가 사용되고 소프트웨어를 통해 가상 표점 마크가 시편에 적용됩니다.

예산 및 비용

비용 측면에서는 구매 이후 몇 년간에 초점을 맞추는 것이 중요합니다.

  • 구매 비용: 초기에는 구매 비용이 매우 중요하지만, 신율계(및 시스템 전체) 작동에 발생하는 비용이 낮을 경우 높은 구매 비용을 빠르게 보상할 수 있습니다.
  • 교육 비용은 필요한 교육 양과 시스템을 사용할 작업자 수에 따라 다릅니다.
  • 시험당 비용 및 가능한 시편 처리량: 작업자가 시스템을 다루는 데 많은 시간을 소요할수록 시험 실행에 더 많은 시간이 필요합니다.
  • 시스템 전환 또는 수정에 필요한 시간: 응용 분야 변경을 위해 시스템을 변경하는 일에는 시간이 듭니다. 온도 챔버를 사용하는 데 필요한 전환이 좋은 예입니다. 이 경우 한 사람이 교체 작업을 한다면 많은 시간을 절약할 수 있습니다.
  • 후속 시험 비용: 시스템의 정확성 및 재현성 부족으로 추가 비용이 발생합니다. 값의 산포가 너무 크면 정교한 후속 시험이 필요합니다. 인건비 외에 재료 비용도 새로 발생합니다. 따라서 이때는 신뢰할 수 있는 시험 결과가 중요한 역할을 합니다.
  • 보수 비용: 마지막으로 중요한 것은 지속적인 보수 비용입니다. 이는 마모되지 않는 부품이나 먼지가 많은 생산 환경에서 사용하는 특수 장비를 통해 줄일 수 있습니다.
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