انواع مختلف استرین گیج برای اندازه گیری کرنش
در مورد نحوه اندازه گیری کرنش و همچنین نحوه انتخاب استرین گیج مناسب برای کاربرد شما، می توانید با متخصصین ما در ارتباط باشید
در مورد نحوه اندازه گیری کرنش و همچنین نحوه انتخاب استرین گیج مناسب برای کاربرد شما، می توانید با متخصصین ما در ارتباط باشید
کرنش یک کمیت اندازه گیری بدون بعد است که به صورت نسبتی تعریف می‌شود و عبارت است از: میزان تغییر طول جسم به طول کل یک جسم. بنابراین کرنش مثبت حاصل کشش یک ماده و کرنش منفی نتیجه فشرده سازی آن می‌باشد. کمیت تنش، میزان نیروی اعمال شده تقسیم بر سطح مقطع یک جسم می‌باشد.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، هر کرنش سنج از یک فویل فلزی تشکیل شده است که این فویل روی یک بستر انعطاف پذیر عایق به نام مواد حامل سوار شده است. به وسیله پایه‌های انتهایی کرنش‌سنج جریانی را از آن عبور می دهند، این جریان به نوبه خود ولتاژی را در دو سر استرین‌گیج به وجود می‌آورد که این ولتاژ متناسب با میزان مقاومت کرنش‌سنج می‌باشد. بنابراین با اندازه‌گیری این ولتاژ می‌توان تغییرات مقاومت کرنش‌سنج، که میزان کشیده شدن یا انقباض سطح جسم مورد نظر را نشان می‌دهد، اندازه گیری کرد.
این تغییر مقاومت، همانطور که در معادله زیر نشان داده شده است، متناسب با تغییر طول در سطح جسم مورد آزمایش است. کرنش سنج ها با اندازه گیری تغییر مقاومت الکتریکی در یک فویل نازک رسانا کار می کنند. ضریب گیج میزان حساسیت کرنش سنج (که معمولا 2 می‌باشد)را نشان می‌دهد. به این معنی که به ازای یک تغییر طول معین، مقاومت کرنش‌سنج چقدر تغییر پیدا می‌کند.
هنگامی که یک کرنش سنج، یک کرنش خمشی، کششی، فشاری و یا پیچ خوردگی را تجربه می کند، تغییر مقاومت آن توسط یک مدار پل وتستون اندازه گیری می شود. تغییر مقاومت اندازه گیری شده متناسب با کرنشی است که جسم تجربه می کند. کاربر می تواند با دانستن مدول الاستیسیته ماده E، تنش تجربه شده توسط یک جسم را با استفاده از قانون هوک (معادله نشان داده شده در زیر) تعیین کند.
در حالی که انواع مختلفی از کرنش سنج ها وجود دارد - برای کاربردهای مختلف و درجه آزادی که باید اندازه گیری شود، همه آنها از پل وتستون برای محاسبه تغییر مقاومت استفاده می کنند.
اگر در جایی فقط از یک استرین‌گیج برای اندازه‌گیری کرنش استفاده شود، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، از مدار ربع پل برای این منظور استفاده می شود. ربع پل به این واقعیت اشاره دارد که تنها یکی از بازوهای چهار مقاومت (Rx) پل، مقدارش تغییر می‌کند و مقاومت سه بازوی دیگر پل ثابت است. در حالت نرمال و بدون بار، مقدار مقاومت هر چهار بازوی پل باهم برابر است و به اصطلاح مدار پل متعادل می‌باشد و جریانی بین نقاط B و C عبور نمی‌کند.
به عنوان مثال اگر برای اندازه‌گیری کرنش از یک استرین گیج 350 اهمی استفاده شود، در این صورت این استرین گیج در بازوی RX مدار زیر قرار می‌گیرد و به سه بازوی دیگر مقاومت ثابت 350 اهمی متصل می‌شود. با تغییر مقاومت استرین‌گیج، ولتاژی در دو سر B و C به وجود می‌آید، و با اندازه‌گیری این ولتاژ، می‌توان میزان کرنش به وجود آمده روی سطح جسم را محاسبه کرد.
در این مقاله شما با تاریخچه و اصول عملکردی گیج های نیمه هادی و فویلی آشنا خواهید شد و در مورد اصول کار آنها اطلاعات بیشتری به دست خواهید آورد.
برخی از کرنش‌سنج ها به نام روزت های کرنش سنج از حسگرهای اضافی برای اندازه گیری کرنش در جهات مختلف استفاده می کنند. روزت‌ها برای تعیین وضعیت کرنش کامل یک جسم روی سطح آن، استفاده می شوند. یک روزت دو محوره از دو سنسور گیج برای اندازه‌گیری کرنش استفاده می کند و کرنش سنج ها عمود بر یکدیگررروی ماده حامل نصب می شوند. برای یک روزت سه محوری، سه درجه اندازه گیری لازم است. این گیج‌ها بسته به اندازه گیری‌های مورد نیاز در زوایای °0-°45-°90 یا °0-°60-°120 نسبت به یکدیگر قرار داده می شوند. در زیر برخی از پیکربندی‌های رایج برای روزت‌های کرنش‌سنج آورده شده است.
در این مقاله شما با نحوه عملکرد مدار پل وتستون به همراه روابط کامل آن در مبدل های استرین گیجی آشنا خواهید شد
رشته‌های مهندسی عمران و مانیتورینگ ژئوتکنیک به طور منظم از کرنش‌سنج برای تشخیص خرابی در سازه هایی مانند پل ها، ساختمان ها و موارد دیگر استفاده می کنند. این سازه ها نیاز به نظارت دائمی دارند زیرا هرگونه تغییر شکل قابل توجهی می تواند منجر به جراحت یا مرگ شود. در این نوع کاربردها از استرین‌گیج استفاده می‌کنند زیرا دقت بالایی دارند، در طولانی مدت به خوبی عمل می‌کنند و خاصیت خود را از دست نمی‌دهند و همچنین راه‌اندازی آنها آسان و نگهداری آنها در مدت زمان طولانی مقرون به صرفه است.
مدارات پل وتستون بسته به کاربرد آنها در آرایش های مختلفی بسته می شوند، در این مقاله خطاهای غیرخطی ناشی از این آرایش ها بررسی شده اند
نتایج تست‌های عملی معمولا از نتایج تست‌های آزمایشگاهی که تحت شرایط خاصی انجام می‌گیرند، متفاوت می‌باشد. یکی از دلایلی که کرنش‌سنج‌ها ارزش بالایی دارند این واقعیت است که می توان از آنها در محیط های سخت و خشن نیز استفاده کرد و نتایجی با دقت بالا را به همراه قابلیت تکرارپذیری بالا داشت. به عنوان مثال، برنامه های هوافضا از میلیون ها کرنش سنج برای تأیید نتایج شبیه سازی های CAD (طراحی به کمک رایانه) و FEA (تحلیل عناصر محدود) استفاده می کنند. این آزمایش‌ها اغلب در شرایط دینامیکی انجام می‌شوند تا نمایش دقیقی از چگونگی تأثیر نیروهای مختلف بر هواپیما را نشان دهند.
علاوه براین از کرنش‌سنج‌ها در ساخت سنسورها و مبدل‌های دقیق نیز استفاده می‌شود، امروزه در ساختار اکثر سنسورهای نیرو، گشتاور، لودسل‌ها و سنسورهای فشار از استرین‌گیج‌ها استفاده می‌کنند. زیرا استرین‌گیج‌ها در این ساختارها نتایج بسیار دقیق و قابل اعتماد با تکرارپذیری و برگشت‌پذیری بالایی را ارائه می‌دهند و همچنین کمتر به عوامل محیطی مانند تغییرات دما و یا نویزهای مغناطیسی حساس هستند.
:مطالب پیشنهادی برای شما
