ابزارانفارسیانگلیسی
تلگرام03136411197
ابزار دقيق » لودسل » استرین گیج

استرین گیج
Strain Gauge

استرین گیج چیست

 

کرنش سنج یا استرین گیج سنسوری است که مقاومت آن با نیروی اعمالی تغییر میکند . این سنسور نیرو، فشار، کشش، وزن و غیره را به استرین گیجصورت تغییر در مقاومت الکتریکی حس میکند که می توان از آن در اندازه گیری پارامترهای مذکور استفاده کرد. هنگامی که نیروهای خارجی به یک جسم ثابت اعمال می شود، باعت اینجاد تنش و کرنش می شود. تنش به عنوان نیروهای مقاومت داخلی جسم و کرنش به عنوان جابجایی و تغییر شکل که رخ می دهد . کرنش سنج یکی از مهمترین ابزارهای تکنیک اندازه گیری الکتریکی است که برای اندازه گیری کمیت های مکانیکی استفاده می شود. همانطور که از نام آنها مشخص است، آنها برای اندازه گیری کرنش استفاده می شوند. به عنوان یک اصطلاح فنی، "کرنش" شامل کرنش کششی و فشاری است که با علامت مثبت یا منفی متمایز می شود. بنابراین، می توان از کرنش سنج ها برای افزایش انبساط و همچنین انقباض استفاده کرد. استرین ممکن است در اثر نیروها، فشارها، گشتاورها، گرما، تغییرات ساختاری مواد و موارد مشابه ایجاد شود.

اگر شرایط خاصی برآورده شود، مقدار یا میزان کمیت تأثیرگذار را می توان از مقدار کرنش اندازه گیری شده استخراج کرد. در تجزیه و تحلیل استرس تجربی از این ویژگی به طور گسترده استفاده می شود. تجزیه و تحلیل تنش تجربی از مقادیر کرنش اندازه گیری شده روی سطح یک نمونه یا بخش ساختاری برای بیان تنش در ماده و همچنین برای پیش بینی ایمنی و استقامت آن استفاده می کند. مبدل های ویژه ای را می توان برای اندازه گیری نیروها یا مقادیر دیگر مشتق شده، به عنوان مثال، گشتاور، فشار، شتاب، جابجایی، ارتعاش و غیره طراحی کرد. مبدل به طور کلی حاوی یک دیافراگم حساس به فشار است که گیج های فشار به آن متصل شده اند.

استرین گیج ها از قطعات بلند و نازک فویل رسانای فلزی ساخته شده اند که به یک ماده پشتی انعطاف پذیر به نام حامل یا carrier متصل شده اند. دو سرنخ الکتریکی که به فویل مقاوم لحیم شده اند، جریان را به کرنش سنج می فرستند و باعث کشش یا انقباض آن متناسب با تغییرات سطح مورد آزمایش می شوند. تغییرات در مقاومت الکتریکی زمانی رخ می دهد که تغییراتی در ابعاد سطح آزمایش شده ایجاد شود.

 

ساختار استرین گیج

ابتدا گیج‌ها روی جسم مورد آزمایش نصب می‌شوند. هنگامی که نیرو به جسم وارد می شود، تغییر شکل آن توسط نیروهای فشاری یا کششی اندازه گیری شده توسط کرنش سنج ایجاد می شود. تغییر شکل ها می توانند به شکل ازدیاد طول و کشش یا باریک شدن، کوتاه شدن و گشاد شدن باشند. نتایج تحولات و تغییرات مقاومت قابل اندازه گیری ایجاد می کند. از قابلیت های کرنش سنج ها می توان به قابلیت اندازه گیری تنش های کششی، فشاری، خمشی، پیچشی و برشی اشاره کرد. آنها می توانند جزئی ترین و نامشخص ترین تغییرات در هندسه یک جسم را اندازه گیری کنند. از آنجایی که تغییر مقاومت بسیار کم است، کرنش سنج ها دارای نوارهای فلزی بسیار نازکی هستند که به کمترین میزان مقاومت حساس هستند.

لودسل

کاربرد اصلی کرنش سنج ها در ساخت مبدل های نیرو و فشار مانند لودسل ها و سنسور فشار است، نوعی مبدل که بار مکانیکی روی یک جسم را با تبدیل آن به سیگنال های الکترونیکی قابل خواندن اندازه گیری می کند. لودسل های استرین گیج رایج ترین نوع لودسل هستند و به طور گسترده برای وزن خوانی استفاده می شوند. در کاربردهای توزین، لودسل های کرنش سنج به یک عضو ساختاری متصل می شوند که با اعمال وزن تغییر شکل می دهد. لودسل های مدرن دارای چندین کرنش سنج برای افزایش دقت قرائت ها هستند. جدا از استفاده از آنها برای اندازه گیری وزن، لودسل های ترانسمتیر فشار در اتوماسیون، کنترل های فرآیند، بیومکانیک، نظارت بر تجهیزات، تجزیه و تحلیل یکپارچگی ساختمان، توزین مواد فله، آزمایش و کنترل کیفیت یافت می شوند. ویلیام تامسون بیشتر روی این اختراع در سال 1856 کار کرد.
راگ و تیمش اختراع خود را توسعه و به مرحله تولید رساندند. این کار سرآغاز کاربرد گسترده استرین گیج ر

تاریخچه استرین گیج

توسعه کرنش سنج ها توسط کاربردهای فنی مدار پل وتستون ایجاد شد. پل وتستون در سال 1843 توسط چارلز وتستون اختراع و رایج شد. استفاده از آن به اثری مربوط میشود که تغییر مقاومت در یک جسم بر اثر تنش مکانیکی را توصیف می‌کند. از این اختراع به صورت بیشتر توسط ویلیام تامسون در سال 1856 مورد استفاده قرار گرفت . هشتاد سال بعد، دو مهندس آمریکایی به طور مستقل این اثر را بررسی کردند. ادوارد سیمونز، مهندس برقی در کالیفرنیا، از سیم‌های مقاومتی نازک و نخ‌های ابریشمی برای ایجاد یک کرنش سنج بافته شده استفاده کرد. نمونه اولیه ای از گیج فشار روی یک استوانه فولادی چسبانده شد. سپس برای اندازه‌گیری تکانه‌های نیرو از یک مدل آونگی که با سیلندر برخورد می‌کرد، مورد آزمانیش قرار گرفت . به طور همزمان، آرتور روگ، مهندس مکانیک در MIT، دستگاهی را توسعه داد که در ابتدا برای اندازه‌گیری تنش ناشی از زلزله‌های شبیه‌سازی شده به مدل مخزن آب مقاوم در برابر زلزله طراحی شده بود. او از سیم‌های بسیار نازکی که به یک تکه کاغذ چسبیده بودند به عنوان فشار سنج استفاده کرد. سپس این گیج به یک تیر خمشی متصل شد که به عنوان بدنه آن عمل می کرد.

استرین گیج آرتور راگ

راگ و تیمش اختراع خود را توسعه و به مرحله تولید رساندند. این کار سرآغاز کاربرد گسترده استرین گیج را بود. امروزه طراحی بدنه کرنش سنج بسیار ساده تر شده است. همچنین، تکنیک های مختلف تولید مدار پدید آمده است که به مراتب برتر از تکنیک های سیم پیچی است. نمونه هایی از فناوری های جدید تولید مدار عبارتند از Etching شیمیایی و چاپ مدار.

اصول عملکرد استرین گیج

پدیده های فیزیکی مختلف می توانند باعث تغییر در مقاومت الکتریکی یک هادی شوند. به عنوان مثال، دما، کرنش، و تاباندن نور عوامل شناخته شده ای هستند که بر مقاومت الکتریکی تأثیر می گذارند. مبدل‌های نیرو، مانند لودسل، از کرنش سنج‌ها برای استفاده از رابطه بین کرنش مکانیکی و مقاومت الکتریکی یک رسانا استفاده می‌کنند.

 

رابطه مقاومت و طول

مقاومت الکتریکی یک سیم با طول آن نسبت مستقیم و با سطح مقطع آن نسبت معکوس دارد. هنگام کشش یک کرنش سنج، طول سیم آن افزایش می یابد در حالی که سطح مقطع کاهش می یابد. بنابراین، مقاومت الکتریکی سیم افزایش می یابد. بالعکس، فشرده سازی کرنش سنج بدون کمانش سیم های آن باعث کاهش مقاومت الکتریکی می شود. همانطور که در فصل قبل ذکر شد، کرنش سنج کاربرد مدار پل وتستون است. مدار پل وتستون از چهار مقاومت و یک منبع انرژی الکتریکی تشکیل شده است. از بین چهار مقاومت، یکی متغیر و بقیه ثابت هستند. این مقاومت متغیر، کرنش سنج است. با توجه به منبع انرژی، یک منبع جریان مستقیم (DC) در سراسر مدار پل تغذیه می شود. این منبع تحریک نامیده می شود.

 

پل واتسون

خروجی پل وتستون ولتاژ گپ یا شکاف اندازه گیری شده در Vg است که در شکل بالا نشان داده شده است. هنگامی ولتاژ شکاف صفر باشد گفته می شود که پل متعادل می شود. این معمولاً وضعیت اولیه دستگاه است. عدم تعادل زمانی ایجاد می شود که مقاومت در سراسر مقاومت متغیر تغییر می کند و در نتیجه پتانسیل الکتریکی در سراسر شکاف وجود دارد.

تنظیمات پل در استرین گیج ها

یکی از روش های طبقه بندی کرنش سنج ها بر اساس پیکربندی پل آنها است. یک لودسل ساده یا مبدل نیرو تنها از یک کرنش سنج استفاده می کند. آنها از مداری به نام پیکربندی پل یک چهارم استفاده می کنند. برای دستیابی به عملکرد بهتر، اکثر طرح ها از دو یا چهار کرنش سنج استفاده می کنند. آنهایی که از دو کرنش سنج استفاده می کنند، نیم پل نامیده می شوند، در حالی که آنهایی که از چهار کرنش سنج استفاده می کنند، مدارهای پل کامل نامیده می شوند.

پل یک چهارم

پل وتستون که قبلا توضیح داده شد، مدار پل یک چهارم نامیده می شود. یک استرین گیج تک فعال جای مقاومت متغیر را می گیرد. از آنجایی که تنها از یک استرین گیج استفاده می شود، تنها می تواند یک نوع کرنش را اندازه گیری کند. به همین دلیل، آنها کمترین حساسیت را نیز دارند.

 

استرین گیج پل یک چهارم

مدارهای پل یک چهارم خود نیز به دو پیکربندی تقسیم می شوند.

1-مدار پل ربع ساده:

این مدل ساده ترین مدار در میان انواع مدار کرنش سنج در این دسته است. از یک گیج فعال و سه مقاومت تکمیل تشکیل شده است. مقاومت تکمیل جفت شده با کرنش سنج مقاومت ساختگی نامیده می شود. این نوع کمترین حساسیت را دارد و مستعد خطاهای ناشی از تغییرات دما است.

مدل ربع ساده

2-پل ربع با گیج ساختگی:

در این مدار از دو کرنش سنج استفاده شده است. یک فشار سنج فعال است، در حالی که دیگری به عنوان ساختگی استفاده می شود. گیج فعال با توجه به جهت کرنشی که باید اندازه گیری شود تراز می شود. در مقابل، گیج ساختگی در جهت عرضی است. هنگامی که یک بار مکانیکی اعمال می شود، گیج فعال فشار بیشتری را تجربه می کند و بنابراین، مقاومت الکتریکی بیشتری را نسبت به گیج ساختگی تجربه می کند. با توجه به تغییرات دما، این تغییر با همان اندازه توسط گیج های فعال و ساختگی احساس می شود. از آنجایی که گیج های فعال و ساختگی در یک پایه قرار دارند، نسبت مقاومت آنها تغییر نمی کند. بنابراین، اثر دما خنثی یا به حداقل می رسد.

پل ربع با گیج ساختگی

پل ربع دوتائی یا پل مورب

این نوع دارای دو کرنش سنج فعال است. یک کرنش سنج روی یک پایه مدار قرار می گیرد در حالی که گیج دیگر روی پایه دوم قرار دارد. روی عنصر یا سازه الاستیک، گیج ها در دو طرف مخالف به موازات جهت بارگذاری نصب می شوند.

 

پل مورب

هنگام استفاده از طرح پل مورب دو مزیت شناخته شده وجود دارد. اولین مورد افزایش حساسیت است. از آنجایی که دو کرنش سنج تغییر شکل یکسانی را تجربه می کنند، می توان خروجی بزرگتری به دست آورد. این افزایش تقریباً دو برابر مدار یک چهارم پل ساده است. مزیت دیگر توانایی آن در رد کرنش خمشی است. کرنش سنج های پل مورب فقط کرنش های کششی و فشاری را اندازه گیری می کنند. هنگامی که گیج‌ها سویه‌های جهت مخالف را تشخیص می‌دهند، اثر آن نفی می‌شود. کرنش های تجربه شده توسط گیج ها باید در یک راستا باشند. با این حال، نقطه ضعف استفاده از این نوع، تأثیر زیاد تغییرات دما است. این پیکربندی خطا را دو برابر می کند. برای مقابله با این، گیج های ساختگی باید با هر گیج فعال جفت شوند.

مدار نیم پل

مدارهای نیم پل دارای دو کرنش سنج هستند که به عنوان گیج فعال استفاده می شوند. آنها نسبت به انواع پل چهارم حساس تر هستند زیرا دو عنصر اندازه گیری کرنش وجود دارد. کرنش سنج ها در مدار نیم پل را می توان به دو صورت پیکربندی کرد.

 

مدار نیم پل

مدار نیم پل با گیج پواسون :

در این پل، یک کرنش سنج در جهت طولی یا محوری و دیگری در جهت عرضی است. می تواند کرنش های کششی، فشاری و خمشی را با حساسیت بالاتر اندازه گیری کند.

گیج پواسون

این پیکربندی نیم پل بر اساس اثر پواسون عمل می کند. اثر پواسون تمایل یک ماده به تغییر سطح مقطع خود در جهت عمود بر بار است. اکثر مواد کرنش های مخالف را در جهت های عمود بر هم تجربه می کنند. از آنجایی که هر دو کرنش سنج برای اندازه‌گیری تغییر ابعاد هر دو محور استفاده می‌شوند، تأثیر آن بر مقاومت‌های متغیر افزایش می‌یابد. این به نوبه خود، مقدار ولتاژ خروجی را بهبود می بخشد. خروجی اضافی به نسبت پواسون ماده بستگی دارد.

علاوه بر این، با داشتن هر دو کرنش سنج در یک پایه مدار پل، اثر دما را خنثی می کنند. این مشابه مزیتی است که در پل چهارم با مدار گیج ساختگی مشاهده می شود.

مدار نیم پل خمیده :

نوع دوم از پیکربندی نیم پل دارای دو کرنش سنج موازی است که در طرف مقابل عنصر الاستیک مبدل نصب شده است. کرنش سنج ها بر خلاف نوع قبلی با یکدیگر همسطح نیستند.

مدار نیم پل خمیده استرین گیج

این پیکربندی فقط برای اندازه گیری کرنش خمشی قابل استفاده است. هنگامی که عنصر الاستیک خم می شود، اضلاع نرمال نسبت به جهت نیروی اعمالی، کشش یا فشار را تجربه می کنند. دو کرنش سنج انحراف عنصر الاستیک را اندازه گیری می کنند. ویژگی منحصر به فرد این طرح، توانایی آن در حذف کرنش محوری اندازه گیری شده است. ترانسدیوسر قرائت ولتاژ را به گونه ای تفسیر می کند که یک کرنش سنج در کشش است در حالی که دیگری در فشار است. هنگامی که هر دو کرنش سنج در کشش یا فشار هستند، تغییر مقاومت یک کرنش سنج توسط دیگری نفی می شود. به طور مشابه، این توانایی نیز تأثیر دما را نفی می کند.

مدار پل کامل

یک مدار پل کامل تمام مقاومت ها را با گیج های فعال جایگزین می کند. آنها به دلیل پیکربندی های مختلف با استفاده از چهار کرنش سنج، همه کاره ترین هستند. از آنجایی که همه مقاومت ها متفاوت هستند، اثرات دما در سراسر مدار، صرف نظر از پیکربندی، نفی می شود. در زیر انواع مدارهای پل کامل برشمرده شده است.

مدار پل کامل

1- پل کامل محوری خمشی :

در این پیکربندی، هر چهار کرنش سنج در یک طرف سازه نصب می شوند. تا جایی که امکان دارد، گیج ها با یکدیگر همسطح هستند. جفت های گیج روی یک پایه پل به گونه ای جهت گیری شده اند که یکی عمود بر دیگری باشد.

پل کامل محوری خمشی

یک مدار پل کامل محوری و خمشی به عنوان دو مدار نیم پل پواسون در نظر گرفته می شود که پشت سر هم کار می کنند. نتیجه یک سیگنال خروجی با قدر دو برابر همتای نیم پل آن است.

2- پل کامل محوری

در این طرح دو کرنش سنج در یک طرف سازه و دو کرنش سنج در طرف مقابل نصب می شوند. گیج های همسطح به صورت عمود بر جفت خود تراز می شوند.

مشابه نوع قبلی، این پیکربندی مانند دو مدار نیم پل پواسون عمل می کند. این باعث ایجاد یک سنسور بسیار حساس می شود.

پل کامل محوری

مدارهای پل کامل محوری خوانش کرنش خمشی مشابه مدارهای پل مورب را حذف می کنند. فرض می شود که کرنش سنج در طرفین مخالف سازه دارای جهت کرنش یکسان هستند. هنگامی که این کرنش سنج ها کرنش هایی با جهت معکوس باشند، اثر بر نسبت مقاومت باطل می شود.

3 - مدار کامل خمیده:

این مدار با قرار دادن زوج های کرنش سنج در طرفین مخالف سازه و موازی با یکدیگر ایجاد می شود. آرایش ممکن است شبیه به چیدمان نوع محوری به نظر برسد. با این حال، هر دو گیج پواسون روی یک پایه مدار قرار می گیرند.

دار کامل خمیده

این نسخه از مدار پل کامل خمشی ویژگی های مدارهای نیم پل پواسون و نیم پل خمشی را ترکیب می کند. نه تنها کرنش محوری حذف می شود، بلکه حساسیت سیگنال افزایش می یابد. سیگنال خروجی تولید شده دو برابر یک نیم پل پواسون است.

4- مدار کامل خمیده با گیج پواسون:

این مدار پل کامل خمشی دارای هر چهار کرنش سنج در یک جهت است. بنابراین، این نوع سنج پواسون ندارد. جفت های استرین گیج در دو طرف سازه قرار می گیرند.

مدار کامل خمیده با گیج پواسون

این نوع مانند دو مدار نیم پل خمشی عمل می کند. جفت های کرنش سنج در یک پایه مدار، کشش و فشرده سازی را تجربه می کنند. همچنین اثر کرنش محوری را زمانی که جفت ها انحراف را در یک جهت تشخیص می دهند، از بین می برد. از آنجایی که چهار هادی اندازه گیری کرنش وجود دارد، حساسیت این پیکربندی در مقایسه با نوع پل چهارم ساده چهار برابر شده است.

انواع استرین گیج

دانستن پیکربندی‌های مختلف پل باعث می‌شود تا درک بهتری از انواع مختلف فشار سنج داشته باشید. کرنش سنج ها معمولاً با توجه به آرایش عناصر اندازه گیری نامگذاری می شوند. بسته به کاربرد، آنها را می توان در بیش از یک نوع پل استفاده کرد.

استرین گیج خطی

کرنش سنج های خطی کرنش را در یک جهت اندازه گیری می کنند. در نتیجه ساده ترین ساخت و ساز و کمترین هزینه را دارند. این باعث می شود آنها برای استفاده عمومی مانند تست بار، تست خستگی و نظارت بر یکپارچگی سازه مناسب باشند. این انواع می توانند مدارهای پل چهارم، مورب یا مدارهای پل کامل محوری داشته باشند.

استرین گیج خطی

استرین سنج روزت

کرنش سنج های روزت از چندین عنصر اندازه گیری متصل به یک حامل مشترک ساخته شده اند. همانطور که از نام آن پیداست، چیدمان کرنش سنج ها شبیه یک الگوی گل رز یا دایره ای است. آنها برای اندازه گیری کرنش های تولید شده توسط شرایط تنش دو محوره جهت گیری دارند تا محورهای اندازه گیری متفاوتی داشته باشند.

انواع مختلفی از کرنش سنج روزت وجود دارد. مثال های اساسی در زیر به اختصار توضیح داده شده است.

1-تی رزت استرین گیج:

گاهی اوقات به عنوان روزت های 90 درجه نامیده می شود، این کرنش سنج از دو عنصر اندازه گیری عمود بر یکدیگر تشکیل شده است. آنها در کاربردهایی استفاده می شوند که جهت کرنش اصلی مشخص است. یک عنصر اندازه گیری با جهت یک کرنش هم تراز است.

`

کرنش سنج های 90 درجه روزت را می توان در مدارهای نیم پل پیکربندی کرد. مدارهای پل کامل را نیز می توان با استفاده از چند روزت ایجاد کرد.

2-کرنش سنج های روزت مستطیلی:

این کرنش سنج های روزت دارای سه عنصر اندازه گیری هستند که در 0°/45°/90° تلاقی دارند. آنها زمانی استفاده می شوند که جهت کرنش اصلی ناشناخته باشد.

کرنش سنج های روزت مستطیلی

3-استرین سنج دلتا روزت:

مانند کرنش سنج های مستطیلی، آنها نیز زمانی استفاده می شوند که جهت کرنش اصلی ناشناخته باشند. عناصر اندازه گیری در 0°/60°/120 درجه تراز شده اند.

استرین سنج دلتا روزت

روزت های مستطیلی و دلتا به طور متفاوتی نسبت به دیگر کرنش سنج ها پیکربندی شده اند. خوانش عناصر اندازه گیری معمولاً به یک برنامه کامپیوتری برای شبیه سازی و کاهش داده ها ارائه می شود. آنها بیشتر برای تحلیل تنش و پایش بار دینامیکی مناسب هستند.

استرین گیج برشی :

کرنش سنج برشی برای اندازه گیری کرنش برشی ناشی از گشتاور یا بار پیچشی استفاده می شود. آنها می توانند یک یا دو شبکه اندازه گیری متصل به یک حامل داشته باشند. یک عنصر کرنش سنج واحد با زاویه 45 درجه نسبت به محور شفت تراز شده است. یک گیج کرنش برشی دو شبکه ای (V Rosette) دارای عناصر اندازه گیری در 45 درجه و 135 درجه است. کاربردهای فشار سنج برشی میل موتور و پیشرانه است. توان شفت را می توان از اندازه گیری کرنش سنج محاسبه کرد.

استرین گیج برشی

کرنش سنج دوگانه موازی:

این نوع از دو کرنش سنج خطی که به صورت موازی با یکدیگر قرار گرفته اند ساخته شده است. آنها را می توان با پیکربندی های مختلف مدار پل استفاده کرد. یک مثال معمولی یک مدار پل کامل خمشی است که در آن دو کرنش سنج موازی دوتایی در دو طرف سازه قرار می گیرند.

استرین گیج دوگانه موازی

استرین گیج دیافراگمی :

کرنش سنج های دیافراگمی برای اندازه گیری کرنش های شعاعی و مماسی در یک ستون، تیر یا شفت استفاده می شود. آنها معمولاً در یک مدار پل کامل پیکربندی می شوند. چهار عنصر اندازه گیری به صورت دایره ای یا خطی مرتب شده اند. عناصر اندازه گیری مماسی در نزدیکی حاشیه حامل قرار می گیرند، در حالی که عناصر اندازه گیری شعاعی نزدیک به مرکز متصل می شوند.

استرین گیج دیافراگمی

سایر ملاحظات طراحی

جدای از مدار پل و چیدمان کرنش سنج، معیارهای مهم دیگری نیز وجود دارد که باید هنگام انتخاب کرنش سنج در نظر گرفته شوند. بیشتر طراحی مهندسی در این عوامل دیگر قرار می گیرد.

مواد عنصر اندازه گیری

کرنش سنج های شرح داده شده در این مقاله از فلزات ساخته شده اند. کرنش سنج های فلزی را می توان به انواع فویل سیمی و فلزی تقسیم کرد. نوع سیم زخمی اولیه ترین شکل دستگاه است. امروزه کرنش سنج های فویل فلزی رایج ترین نوع هستند. آنها از طریق اچ فتوشیمیایی یا چاپ مداری تولید می شوند. برخی از مواد خام مورد استفاده برای تولید کرنش سنج فلز عبارتند از مس نیکل (کنستانتان)، نیکل کروم و آلیاژهای پلاتین.به غیر از فلزات، نوع دوم عنصر اندازه گیری نیز موجود است. اینها را کرنش سنج های نیمه هادی می نامند و از مواد نیمه هادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم استفاده می کنند. اصل اندازه گیری آنها متفاوت از انواع فلزی است که از طریق تغییر در هندسه عمل می کنند.

نیمه هادی استرین گیج

کرنش سنج های نیمه هادی در درجه اول از اثر پیزورزیستیو استفاده می کنند. اثر پیزورمقاومتی تغییرات بیشتری در مقاومت الکتریکی و به نوبه خود ولتاژ خروجی بیشتر ایجاد می کند. این باعث می شود که کرنش سنج های نیمه هادی برای اندازه گیری کرنش های بسیار کوچک مطلوب باشند. با این حال، نقطه ضعف استفاده از این نوع، حساسیت آن به اثرات دمای بالا، شکنندگی و در نتیجه جابجایی دشوار و تغییر مقاومت غیر خطی است.

نصب استرین گیج

نصب استرین گیج به طور کلی به دو دسته چسبانده شده و بدون اتصال طبقه بندی می شود.

1-کرنش سنج باند

کرنش سنج های پیوندی مستقیماً به سطح عنصر الاستیک یا ساختار مورد تجزیه و تحلیل متصل می شوند. اینها رایج‌ترین نوع هستند و از طریق چسبندگی به دست می‌آیند. از انواع دیگر اتصال مانند جوش نیز می توان استفاده کرد.

2-کرنش سنج قابل جوش

کرنش سنج های قابل جوش برای کاربردهای در دمای بالا استفاده می شود. کرنش سنج ها با این نوع نصب دارای یک حامل فولادی هستند یا در یک محفظه فلزی محصور می شوند. آنها از طریق جوش نقطه ای به سطح سازه نصب می شوند.

کرنش سنج قابل جوش

کرنش سنج های بدون پیوند نوع کمتر رایجی هستند. آنها منحصراً برای برنامه های مبدل استفاده می شوند. آنها از یک سیم نازک استفاده می کنند که یک سر آن به یک قاب سفت و سخت وصل شده و سر دیگر آن به یک حامل متحرک سنجاق شده است. سیم از قبل بارگذاری شده و توسط یک مکانیسم فنری نگهداری می شود.

ساختار روزت

برای کرنش سنج با عناصر اندازه گیری متعدد، دو گزینه ساخت و ساز وجود دارد که باید در نظر گرفته شود. کرنش سنج های روزت یا مسطح هستند یا پشته ای. در کرنش سنج های مسطح، شبکه های اندازه گیری در کنار یکدیگر در یک صفحه قرار می گیرند. آنها نتایج دقیق تری دارند زیرا هر دو شبکه فاصله یکسانی از محور سازه دارند.

استرین گیج روزت

کرنش سنج های انباشته دارای شبکه های اندازه گیری هستند که یکی روی دیگری قرار گرفته اند. شبکه‌ها نسبت به یکدیگر فاصله کمی دارند و آنها را غیرهمسطح می‌کند. به دلیل ساختار انباشته آنها، برای کاربردهایی که فضای نصب محدود یا محدود است مناسب هستند.

روش های جبران سازی

در کاربردهای واقعی، هم کرنش و هم دما رابطه مستقیمی با مقاومت هادی دارند. از آنجایی که تنها کرنش پارامتری است که باید اندازه گیری شود، دما به یک عامل تداخلی تبدیل می شود.علاوه بر دما، خزش می تواند بر روی خوانش کرنش سنج تأثیر بگذارد. خزش در اثر قرار گرفتن طولانی مدت در معرض بار ایجاد می شود. این خواص مکانیکی هادی، حامل و چسب پیوند را تغییر می دهد که منجر به تغییر در خروجی می شود. هدف طراحی مبدل ها به حداقل رساندن اثرات دما و خزش برای حفظ اندازه گیری های دقیق بار مکانیکی است.

سیمولاتور استرین گیج

برخی از روش های جبران سازی در زیر ذکر شده است.

1- گیج ساختگی :در فصول قبل در این مورد بحث شده است. گیج ساختگی یک هادی غیر فعال است که عمود بر جهت کرنش تراز شده است. فقط به دلیل دما مقاومت را تغییر می دهد. با یک سنج فعال جفت می شود که هم فشار و هم تغییر دما را حس می کند. گیج ساختگی تغییر دمایی که توسط گیج فعال حس می شود را باطل می کند. این به این دلیل است که نسبت مقاومت آنها بدون تغییر است.

2- کرنش سنج های جبران شده با خود دما:

: این کرنش سنج ها از آلیاژهای خاصی به عنوان عناصر اندازه گیری استفاده می کنند که برای داشتن ضریب دمای مقاومتی تنظیم شده در محدوده دمایی کاربرد تولید می شوند. این امر تأثیر دما را بر روی سیگنال خروجی در محدوده دمایی مشخص شده به حداقل می رساند

3- سیگنال کاندیشنر:

این شامل تمام تکنیک های مورد استفاده برای حذف خطاهای سیگنال می شود. آنها دما، خزش، رطوبت و تغییر مقاومت سیم سربی را به خود اختصاص می دهند. طراحی روش های تهویه سیگنال در هر سازنده متفاوت است. نمونه‌های رایج تکمیل پل با استفاده از مقاومت‌های با دقت بالا، نول کردن افست، تقویت سیگنال و کالیبراسیون شنت است.

خلاصه

وقتی بر جسمی نیرو وارد میگردد استرس و استرین ایجاد میشود . استرس معرف مقاومت درونی جسم در مقابل نیرو است و استرین در حقیقت بیانگر جابجائی و تغییر شکل جسم میباشد .استرین گیج یا کرنش سنج در واقع برای اندازه گیری کرنش و تغییرات فیزیکی ناشی از اعمال فشار بر جسم طراحی گردید است و معمولا استرین گیج ها را از سیم هایی با جنس مس نیکل می سازند و به شکل رفت و برگشت روی پلاستیک های مقاومی می چسبانند.

ابعاد استرین گیج ها از چند میلی متر مربع تا چند سانتی متر مربع است و دارای مقاومتی از چند ده تا چند هزارم اهم می باشند. استرین گیجها در اندازه گیری فشار ، وزن در لودسل ، گشتاور در ترک متر و همچنین سنسورهای موقعیت به وفور مورد استفاده قرار میگیرد .برای اندازه گیری تغییرات مقاومتی سنسور استرین گیج از پل وتسون استفاده می گردد .

استرین گیج میتواند در مدار پل وتسون به صورت چهار تایی یا ( full Bridge) و دوتایی یا (half bridge) و یا کمتر برای مثال تکی (quarter bridge) و ... متصل گردد . در مدل تکی پل به کمک یک مقاومت دقیق کامل میگردد و با تحریک یک منبع تغذیه مستقیم ، ولت متر متصل مطابق تصویر مدار زیر اختلاف پتانسیل صفر را اندازه گیری میکند . با وارد شدن استرس بر روی استرین گیج مقاومت تغییر میکند و ناپایداری در پل وتسون به وجود میآید که باعث اینجاد سیگنال میلی ولتی و اندازه گیری آن در دو سر ولتمتر میباشد . به کمک تجهیزات الکترونیکی این ولتاژ تقویت شده به 5 تا 10 ولت مناسب سیستهای اندازه گیری و نمایش و ثبت داده نظیر دیتا اکوزیشن و ... میگردد .

بیشتر تولید کنندگان استرین گیج با توجه به کابرد در الگوهای مختلفی اقدام به تولید این المان سنسور میکنند . همچنین تجهیزات جانبی شامل چسب مخصوص و مواد آماده سازی ، تگهای اتصال ، کابل و غیره نیز جزء تولیدات این کمپانی هاست .

اتصال استرین گیج مهارت و نکاتی لازم دارد که در تمرین و تجربه به دست می آید

پل وستون استرین گیج

در انتخاب استرین گیج بایستی به این موارد توجه داشت .

  1. فاكتور گيج بالا باشد(ايجاد كم كرنش سبب تغييرات زياد در مقاومت)
  2. پایداری بالا، خطی بودن و پسماند کم
  3. حساسیت کمتر به عوامل محیطی مثل دما
  4. اندازه فیزیکی و جرم ان کم باشد
  5. سطح اشغال شده كم باشد تا بتوان به كرنش نقطه اي نزديك شد
  6. مقاومت کرنش سنج کم ولی حساسیت به کرنش بالا باشد
  7. رابطه بین تغییرات مقاومت و تغییرات کرنش خطی باشد
    محصولات پر طرفدار
ترمومتر لیزری

ترمومتر لیزری آلمانی با ترموکوپل خارجی K ابزار 1725

لول سوئیچ پره ای

کنترلر سطح/ لول سوئیچ پره ای مواد جامد و پودری مدل 1872

ترمومتر دو لیزر

ترمومتر صنعتی دو لیزر ابزار1727

رکوردر دما ترموکوپل

رکوردر دما 12 کانال ترموکوپل ابزار 1189