Strain Gauge là gì: Làm việc và các ứng dụng của nó

Strain Gauge là gì: Làm việc và các ứng dụng của nó

Máy đo biến dạng được Edward E. Simmons và Arthur C. Ruge phát minh vào năm 1938. Phát minh này đã dẫn đến việc đo lường một lượng biến dạng đáng kể trên các cấu trúc khác nhau. Một máy đo biến dạng là một loại cảm biến được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau để đo sức căng của một vật thể. Đây là một công cụ địa kỹ thuật cần thiết để xác định biến dạng trong một loạt các cấu trúc như đường hầm, hốc ngầm, tòa nhà, cầu, bê tông, đập xây, nhúng trong đất / bê tông, v.v. Đây là mọi thứ mà người đọc có thể biết về máy đo Biến dạng bao gồm nguyên lý làm việc, đặc điểm và ứng dụng.

Máy đo độ căng là gì?

Định nghĩa: Máy đo biến dạng là một trong những thiết bị bắt buộc được sử dụng trong lĩnh vực địa kỹ thuật để đo biến dạng trên các cấu trúc đa dạng. Bằng cách tác dụng một lực bên ngoài, sẽ có sự thay đổi về điện trở của một máy đo biến dạng.




Máy đo sức căng

máy đo sức căng



Cấu trúc cơ bản của một máy đo có lớp nền mềm dẻo cách nhiệt để hỗ trợ cấu trúc lá kim loại. Cuộn dây kim loại này được dán vào một lớp nền mỏng được gọi là chất mang và toàn bộ thiết lập được cố định vào một vật bằng chất kết dính thích hợp. Khi vật thể bị biến dạng do lực, áp suất, trọng lượng, lực căng, v.v., điện trở thay đổi lá. A Cầu Wheatstone đo sự thay đổi điện trở suất, có liên quan đến biến dạng thông qua một đại lượng được gọi là Hệ số đo.

Strain-Gauge-Mẫu-Sơ đồ

biến dạng-đo-mẫu-biểu đồ



Những thay đổi nhỏ về điện trở của đồng hồ đo được đo bằng khái niệm cầu Wheatstone. Hình bên dưới minh họa cầu Wheatstone chung, có bốn nhánh điện trở và điện áp kích thích, VTRƯỚC ĐÂY.

Cầu Wheatstone

Cầu Wheatstone

Cây cầu Wheatstone có hai song song chia điện áp Chu trình. R1 và R2 tạo thành mạch phân áp một, R3 và R4 tạo thành mạch phân áp thứ hai. Điện áp đầu ra VO được cho bởi:



Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * VTRƯỚC ĐÂY


Nếu R1 / R2 = R4 / R3, thì điện áp đầu ra bằng không và cầu được cho là cầu cân bằng.

Một sự thay đổi nhỏ trong điện trở dẫn đến điện áp đầu ra khác không. Nếu ‘R4’ được thay thế bằng máy đo biến dạng và bất kỳ thay đổi nào trong điện trở của máy đo biến dạng sẽ làm mất cân bằng cầu và tạo ra điện áp khác không.

Hệ số đo của Strain Gauge

Hệ số đo GF được cho là

GF = (∆R⁄RG) / ∈

Ở đâu,

‘ΔR’ là sự thay đổi lực cản do biến dạng

'RG' là điện trở của máy đo không định dạng

‘Ε’ là căng thẳng

Hệ số đo của các lá kim loại thông thường là khoảng 2. Điện áp cảm biến đầu ra SV của cầu Wheatstone được cho bởi,

SV = EV (GF.∈) / 4

Trong đó EV là điện áp kích thích cầu

Máy đo độ căng làm việc

Hoạt động của máy đo biến dạng hoàn toàn phụ thuộc vào điện trở suất của vật thể / vật dẫn. Khi một vật bị kéo căng trong giới hạn đàn hồi của nó và không bị gãy hoặc khóa vĩnh viễn, nó trở nên mỏng hơn và dài hơn, dẫn đến điện trở cao. Nếu một vật bị nén và không biến dạng, nhưng giãn ra và ngắn lại, dẫn đến giảm điện trở. Các giá trị thu được sau khi đo điện trở của máy đo giúp hiểu được lượng ứng suất gây ra.

Điện áp kích thích được đặt ở các cực đầu vào của mạng đo, trong khi đầu ra được đọc ở các cực đầu ra. Thông thường, chúng được kết nối với tải và có khả năng duy trì ổn định trong thời gian dài hơn, đôi khi hàng chục năm. Keo sử dụng cho đồng hồ đo phụ thuộc vào thời gian của hệ thống đo lường - keo cyanoacrylate thích hợp cho các phép đo ngắn hạn và keo epoxy cho các phép đo dài hạn.

Nguyên lý làm việc của Strain Gauge

Như chúng ta biết rằng điện trở phụ thuộc trực tiếp vào chiều dài và diện tích mặt cắt ngang của một dây dẫn, được cho bởi R = L / A

Ở đâu,

‘R’ = Kháng

‘L’ = Chiều dài

‘A’ = diện tích mặt cắt ngang

Rõ ràng, chiều dài của một dây dẫn bị thay đổi cùng với sự thay đổi về kích thước và hình dạng của dây dẫn, cuối cùng, làm thay đổi diện tích mặt cắt ngang và điện trở.

Bất kỳ máy đo thông thường nào cũng có một dải dẫn điện dài và mỏng, được đặt theo kiểu zig-zag của các đường song song. Mục đích của việc căn chỉnh zig-zag này là để chi tiết hóa lượng ứng suất nhỏ xảy ra giữa các đường song song với độ chính xác cao. Ứng suất được định nghĩa là lực cản của một vật thể.

Đồng hồ đo độ căng Rosettes

Hai hoặc nhiều đồng hồ đo được đặt gần nhau trong một cấu trúc giống như hoa thị để đo số lượng các thành phần nhằm đánh giá biến dạng chính xác trên bề mặt được gọi là hoa thị đo biến dạng. Hình minh họa như hình bên dưới.

Strain-Gauge-Rosettes

đo biến dạng-hoa thị

Strain Gauge Load Cells

Các cảm biến lực này thường thấy nhất trong các ứng dụng công nghiệp. Nó rất chính xác và kinh tế. Về cơ bản, cảm biến lực bao gồm một thân kim loại, trên đó gắn đồng hồ đo biến dạng. Để phần thân kim loại cứng cáp và ít đàn hồi hơn, người ta sử dụng thép hợp kim, nhôm hoặc thép không gỉ để thiết kế.

Khi có ngoại lực tác dụng lên cảm biến lực thì cảm biến lực sẽ bị biến dạng nhẹ, nếu không quá tải thì trở lại hình dạng ban đầu.

Nếu cảm biến lực biến dạng, đồng hồ đo sẽ thay đổi hình dạng, gây ra sự thay đổi điện trở của đồng hồ đo, từ đó đo điện áp.

Có các loại cảm biến lực đo biến dạng phổ biến, bao gồm cảm biến lực dầm uốn, bánh kếp, cảm biến tải trọng chùm tia cắt đơn, chùm tia cắt hai đầu, kẹp dây, v.v.

Đặc điểm của đồng hồ đo độ căng

Các đặc điểm quan trọng của máy đo biến dạng là:

  • Chúng thích hợp trong thời gian dài hơn với một số biện pháp phòng ngừa
  • Chúng cung cấp các giá trị chính xác với sự thay đổi nhiệt độ và các yếu tố khác
  • Đây là những loại dễ sản xuất vì các thành phần đơn giản
  • Chúng dễ bảo trì và có tuổi thọ hoạt động lâu dài
  • Điều này hoàn toàn được đóng gói để bảo vệ khỏi những thiệt hại như xử lý và cài đặt

Các ứng dụng của Strain Gauge

Các tính năng đặc biệt cho phép các đồng hồ đo này được sử dụng trong lĩnh vực địa kỹ thuật để giám sát các công trình như đập, đường hầm, v.v. liên tục và tránh các tai nạn xảy ra trước. Một số ứng dụng của máy đo biến dạng bao gồm:

  • Giám sát đường sắt
  • Cầu cáp
  • Không gian vũ trụ
  • Nhà máy điện hạt nhân

Câu hỏi thường gặp

1). Độ nhạy của máy đo biến dạng là gì?

Ứng suất dòng chảy khác nhau đối với tốc độ biến dạng. Ngoài ra, tốc độ biến dạng phụ thuộc vào kích thước hạt của vật thể hoặc vật liệu gia công. Nó được định nghĩa là tỷ số giữa sự thay đổi của ứng suất dòng chảy với sự thay đổi của biến dạng.

2). Đơn vị của biến dạng là gì?

Biến dạng là một đại lượng không thứ nguyên. Tuy nhiên, tốc độ biến dạng là nghịch đảo của thời gian và đơn vị SI là nghịch đảo của giây (s-1).

3). Làm cách nào để chọn một máy đo biến dạng?

Điều này được chọn dựa trên loại ứng dụng và các yếu tố liên quan khác. Nhu la -

  • Dựa trên chiều dài cữ và sức đề kháng
  • Dựa trên chi phí tiết kiệm lao động
  • Dựa trên vật liệu và môi trường đo lường

4). Tại sao cầu Wheatstone được sử dụng cho máy đo biến dạng?

Cầu Wheatstone có khả năng đo điện áp đầu ra theo đơn vị milivôn. Đối với máy đo biến dạng ngoại quan, sự thay đổi điện trở có thể được đo khi nó được kết nối với một mạch điện (cầu Wheatstone) để đo sự thay đổi theo phút của điện trở. Khi điện áp đầu ra trên cầu Wheatstone trở nên khác 0, mạch sẽ mất cân bằng và giúp xác định sức căng của vật thể.

5). Làm thế nào để bạn cài đặt máy đo biến dạng?

Dưới đây là các bước để cài đặt máy đo biến dạng

Vì vậy, một mô tả rộng rãi về máy đo biến dạng , nguyên lý làm việc, hệ số đo, đặc điểm và ứng dụng được cung cấp trong bài viết này. Bên cạnh đó, tương quan hình ảnh kỹ thuật số (DIC) là một kỹ thuật được sử dụng ngày nay để đo sức căng. Nó được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp vì độ chính xác và thay thế cho các loại cảm biến thông thường như gia tốc kế, nồi dây, LVDT, và nhiều loại cảm biến khác. Đây là một câu hỏi cho bạn, chức năng chính của máy đo biến dạng là gì?