Strain gauge adalah perangkat yang mengubah deformasi elastis terukur dari benda padat menjadi sinyal listrik. Hal ini terjadi karena perubahan resistansi konduktor sensor ketika dimensi geometriknya berubah dari tegangan atau kompresi.
Strain gauge: prinsip operasi
Elemen utama perangkat ini adalah pengukur regangan yang dipasang pada struktur elastis. Pengukur regangan dikalibrasi dengan pembebanan bertahap dengan gaya yang meningkat dan mengukur besarnya hambatan listrik. Kemudian, dengan mengubahnya, dimungkinkan untuk menentukan nilai beban yang tidak diketahui yang diterapkan dan regangan yang sebanding dengannya.
Tergantung pada jenis sensornya, Anda dapat mengukur:
- kekuatan;
- tekanan;
- bergerak;
- torsi;
- percepatan.
Bahkan dengan skema pemuatan struktur yang paling kompleks, aksinya padapengukur regangan direduksi menjadi meregangkan atau mengompresi kisinya sepanjang bagian panjang yang disebut alas.
Pengukur regangan mana yang digunakan
Jenis pengukur regangan yang paling umum dengan perubahan resistansi aktif di bawah aksi mekanis - pengukur regangan.
Pengukur regangan kawat
Contoh paling sederhana adalah sepotong kawat tipis lurus, yang dilekatkan pada bagian yang diteliti. Resistansinya adalah: r=pL/s, di mana p adalah resistivitas, L adalah panjang, s adalah luas penampang.
Bersama dengan bagiannya, kawat yang direkatkan mengalami deformasi elastis. Pada saat yang sama, dimensi geometrisnya berubah. Saat dikompresi, penampang konduktor meningkat, dan ketika diregangkan, itu berkurang. Oleh karena itu, perubahan resistansi berubah tanda tergantung pada arah deformasi. Sifatnya linier.
Sensitivitas yang rendah dari pengukur regangan menyebabkan perlunya menambah panjang kawat di area pengukuran yang kecil. Untuk melakukan ini, itu dibuat dalam bentuk spiral (kisi) kawat, direkatkan di kedua sisi dengan pelat insulasi dari film pernis atau kertas. Untuk menghubungkan ke sirkuit listrik, perangkat ini dilengkapi dengan dua kabel tembaga. Mereka dilas atau disolder ke ujung kawat melingkar dan cukup kuat untuk terhubung ke sirkuit listrik. Strain gauge dilekatkan pada elemen elastis atau bagian yang diuji dengan lem.
Wire load cell memiliki keuntungan sebagai berikut:
- desain sederhana;
- ketergantungan linier pada regangan;
- ukuran kecil;
- harga murah.
Kerugian termasuk sensitivitas rendah, pengaruh suhu lingkungan, kebutuhan untuk perlindungan dari kelembaban, hanya digunakan di area deformasi elastis.
Kawat akan berubah bentuk ketika gaya rekat dari perekat melebihi gaya yang dibutuhkan untuk meregangkannya. Rasio permukaan ikatan dengan luas penampang harus 160 hingga 200, yang sesuai dengan diameternya 0,02-0,025 mm. Itu dapat ditingkatkan hingga 0,05 mm. Kemudian, selama pengoperasian normal pengukur regangan, lapisan perekat tidak akan hancur. Selain itu, sensor bekerja dengan baik dalam kompresi, karena untaian kawat menyatu dengan film perekat dan bagiannya.
Foil Load Cells
Parameter dan prinsip pengoperasian sel beban foil sama dengan yang ada pada kabel. Satu-satunya bahan adalah nichrome, constantan atau titanium-aluminium foil. Teknologi manufaktur fotolitografi memungkinkan memperoleh konfigurasi kisi yang kompleks dan mengotomatisasi proses.
Dibandingkan dengan pengukur regangan kawat, pengukur regangan foil lebih sensitif, membawa lebih banyak arus, mengirimkan regangan lebih baik, memiliki sadapan yang lebih kuat, dan memiliki pola yang lebih kompleks.
Sel beban semikonduktor
Sensitivitas sensor kira-kira 100 kali lebih tinggi daripada sensor kabel, yang memungkinkannya sering digunakan tanpa amplifier. Kerugiannya adalah kerapuhan, ketergantungan tinggi pada suhu sekitar dan signifikanpenyebaran parameter.
Spesifikasi pengukur regangan
- Dasar - panjang konduktor grid (0,2-150 mm).
- Resistensi nominal R - nilai resistansi aktif (10-1000 Ohm).
- Arus suplai kerja Ip - arus di mana pengukur regangan tidak memanas secara nyata. Saat terlalu panas, sifat bahan elemen penginderaan, alas dan lapisan perekat berubah, mendistorsi pembacaan.
- Faktor regangan: s=(∆R/R)/(∆L/L), di mana R dan L masing-masing adalah hambatan listrik dan panjang sensor yang diturunkan; R dan L - perubahan resistansi dan deformasi dari gaya eksternal. Untuk bahan yang berbeda, bisa positif (R meningkat dengan tegangan) dan negatif (R meningkat dengan kompresi). Nilai s untuk logam yang berbeda bervariasi dari -12,6 hingga +6.
Skema untuk menyalakan pengukur regangan
Untuk mengukur sinyal listrik kecil, pilihan terbaik adalah sambungan jembatan, di tengahnya terdapat voltmeter. Contoh paling sederhana adalah pengukur regangan, sirkuit yang dirakit sesuai dengan prinsip jembatan listrik, di salah satu lengan yang terhubung. Resistansi yang diturunkan akan sama dengan resistor lainnya. Dalam hal ini, perangkat akan menunjukkan tegangan nol.
Prinsip pengoperasian pengukur regangan adalah menaikkan atau menurunkan nilai hambatannya, tergantung pada apakah gaya tekan atau tarik.
Suhu pengukur regangan memiliki pengaruh yang signifikan terhadap keakuratan pembacaan. Jika hambatan regangan yang sama dimasukkan ke lengan jembatan yang lain, yang tidak akan dibebani, ia akan melakukan fungsi kompensasi untuk efek termal.
Rangkaian pengukur juga harus memperhitungkan nilai hambatan listrik dari kabel yang terhubung ke resistor. Pengaruhnya dikurangi dengan menambahkan kabel lain yang terhubung ke salah satu pin pengukur regangan dan voltmeter.
Jika kedua sensor direkatkan ke elemen elastis sedemikian rupa sehingga bebannya berbeda tanda, sinyal akan diperkuat 2 kali. Jika ada empat sensor di sirkuit dengan beban yang ditunjukkan oleh panah pada diagram di atas, sensitivitasnya akan meningkat secara signifikan. Dengan sambungan pengukur regangan kawat atau foil ini, mikroammeter konvensional akan memberikan pembacaan tanpa penguat sinyal listrik. Penting untuk memilih nilai resistansi secara akurat menggunakan multimeter sehingga nilainya sama satu sama lain di setiap lengan jembatan listrik.
Penerapan pengukur regangan di bidang teknik
- Bagian dari desain timbangan: saat menimbang, badan sensor berubah bentuk secara elastis, dan dengan itu pengukur regangan direkatkan padanya, terhubung dalam sebuah sirkuit. Sinyal listrik ditransmisikan ke meteran.
- Pemantauan status tegangan-regangan struktur bangunan dan struktur teknik dalam proses konstruksi dan operasinya.
- Strain gauges untuk mengukur gaya deformasi selama pemesinantekanan logam pada rolling mill dan stamping press.
- Sensor suhu tinggi untuk baja dan industri lainnya.
- Mengukur sensor dengan elemen elastis baja tahan karat untuk pengoperasian di lingkungan yang agresif secara kimiawi.
Standar strain gauge dibuat dalam bentuk ring, kolom, balok sederhana atau dua sisi, berbentuk S. Untuk semua struktur, penting bahwa gaya diterapkan dalam satu arah: dari atas ke bawah atau sebaliknya. Di bawah kondisi operasi yang parah, desain khusus memungkinkan untuk menghilangkan aksi kekuatan parasit. Harga mereka sangat bergantung pada ini.
Untuk pengukur regangan, harganya berkisar dari ratusan rubel hingga ratusan ribu. Banyak tergantung pada pabrikan, desain, bahan, teknologi manufaktur, nilai parameter yang diukur, peralatan elektronik tambahan. Sebagian besar, mereka adalah komponen dari berbagai jenis skala.
Kesimpulan
Prinsip pengoperasian semua pengukur regangan didasarkan pada transformasi deformasi elemen elastis menjadi sinyal listrik. Untuk tujuan yang berbeda, ada desain sensor yang berbeda. Saat memilih pengukur regangan, penting untuk menentukan apakah sirkuit memiliki kompensasi untuk pembacaan suhu yang terdistorsi dan pengaruh mekanis parasit.
