เครื่องวัดความเครียดถูกคิดค้นโดย Edward E. Simmons และ Arthur C. Ruge ในปี 1938 สิ่งประดิษฐ์นี้นำไปสู่การวัดความเครียดจำนวนมากในโครงสร้างต่างๆ มาตรวัดความเครียดคือ ประเภทของเซ็นเซอร์ ใช้ในการใช้งานที่หลากหลายเพื่อวัดความเครียดของวัตถุ เป็นเครื่องมือทางธรณีเทคนิคที่สำคัญซึ่งกำหนดความเครียดในโครงสร้างต่างๆเช่นอุโมงค์โพรงใต้ดินอาคารสะพานคอนกรีตเขื่อนก่ออิฐการฝังในดิน / คอนกรีตเป็นต้นนี่คือทุกสิ่งที่ผู้อ่านสามารถทราบเกี่ยวกับมาตรวัดความเครียด ได้แก่ หลักการทำงานลักษณะและการใช้งาน
Strain Gauge คืออะไร?
คำจำกัดความ: เครื่องวัดความเครียดเป็นหนึ่งในอุปกรณ์จำเป็นที่ใช้ในสาขาวิศวกรรมธรณีเทคนิคเพื่อวัดความเครียดในโครงสร้างที่หลากหลาย โดยการใช้แรงภายนอกจะมีการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของมาตรวัดความเครียด
เครื่องวัดความเครียด
โครงสร้างพื้นฐานของมาตรวัดมีฉนวนกันความร้อนสำรองเพื่อรองรับโครงสร้างฟอยล์โลหะ ขดลวดโลหะนี้ติดอยู่กับแผ่นรองบาง ๆ ที่เรียกว่าตัวพาและการตั้งค่าทั้งหมดจะถูกยึดติดกับวัตถุโดยใช้กาวที่เหมาะสม เนื่องจากวัตถุมีรูปร่างผิดปกติเนื่องจากแรงความดันน้ำหนักความตึงเครียด ฯลฯ ความต้านทานไฟฟ้า ของการเปลี่ยนแปลงฟอยล์ ก สะพานวีทสโตน วัดการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานซึ่งเกี่ยวข้องกับความเครียดผ่านปริมาณที่เรียกว่า Gauge Factor
สายพันธุ์มาตรวัดตัวอย่างแผนภาพ
การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความต้านทานของมาตรวัดวัดโดยใช้แนวคิดของสะพานวีทสโตน รูปด้านล่างแสดงให้เห็นถึงสะพานวีทสโตนทั่วไปซึ่งมีแขนต้านทานสี่ตัวและแรงดันไฟฟ้ากระตุ้น Vอดีต.
สะพานวีทสโตน
สะพานวีทสโตนมีสองเส้นขนานกัน ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า วงจร R1 และ R2 สร้างวงจรแบ่งแรงดันหนึ่งวงจร R3 และ R4 เป็นวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่สอง แรงดันไฟฟ้าขาออก VO กำหนดโดย:
Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * Vอดีต
ถ้า R1 / R2 = R4 / R3 แรงดันขาออกจะเป็นศูนย์และบอกว่าบริดจ์เป็นสะพานสมดุล
การเปลี่ยนแปลงความต้านทานเล็กน้อยจะนำไปสู่แรงดันไฟฟ้าขาออกที่ไม่ใช่ศูนย์ ถ้า 'R4' ถูกแทนที่ด้วยสเตรนเกจและการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในความต้านทานของสเตรนเกจจะทำให้สะพานไม่สมดุลและทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ใช่ศูนย์
เกจแฟกเตอร์ของเกจความเครียด
มาตรวัด GF จะได้รับเป็น
GF = (∆R⁄RG) / ∈
ที่ไหน
'ΔR' คือการเปลี่ยนแปลงความต้านทานเนื่องจากความเครียด
‘RG’ คือความต้านทานของมาตรวัดที่ไม่มีรูปทรง
‘ε’ คือความเครียด
ปัจจัยการวัดของฟอยล์โลหะทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 2 แรงดันเซ็นเซอร์เอาท์พุต SV ของสะพานวีทสโตนกำหนดโดย
SV = EV (GF.∈) / 4
โดยที่ EV คือแรงดันไฟฟ้ากระตุ้นสะพาน
เครื่องวัดความเครียดทำงาน
การทำงานของเครื่องวัดความเครียดทั้งหมดขึ้นอยู่กับความต้านทานไฟฟ้าของวัตถุ / ตัวนำ เมื่อวัตถุยืดออกจนเกินขีด จำกัด ของความยืดหยุ่นและไม่แตกหรือหักอย่างถาวรวัตถุนั้นจะบางลงและยาวขึ้นส่งผลให้มีความต้านทานไฟฟ้าสูง หากวัตถุถูกบีบอัดและไม่ทำให้เสียรูป แต่ขยายและสั้นลงจะส่งผลให้ความต้านทานไฟฟ้าลดลง ค่าที่ได้รับหลังจากการวัดความต้านทานไฟฟ้าของมาตรวัดช่วยให้เข้าใจปริมาณของความเครียดที่เกิดขึ้น
แรงดันไฟฟ้ากระตุ้นจะถูกนำไปใช้ที่ขั้วอินพุตของเครือข่ายเกจในขณะที่อ่านเอาต์พุตที่ขั้วเอาท์พุท โดยปกติสิ่งเหล่านี้จะเชื่อมต่อกับโหลดและมีแนวโน้มที่จะคงที่เป็นระยะเวลานานขึ้นบางครั้งหลายทศวรรษ กาวที่ใช้สำหรับเกจจะขึ้นอยู่กับระยะเวลาของระบบการวัด - กาวไซยาโนอะคริเลตเหมาะสำหรับการวัดระยะสั้นและกาวอีพ็อกซี่สำหรับการวัดระยะยาว
หลักการทำงานของเครื่องวัดความเครียด
ดังที่เราทราบว่าความต้านทานนั้นขึ้นอยู่โดยตรงกับความยาวและพื้นที่หน้าตัดของตัวนำซึ่งกำหนดโดย R = L / A
ที่ไหน
‘R’ = ความต้านทาน
‘L’ = ความยาว
‘A’ = พื้นที่หน้าตัด
เห็นได้ชัดว่าความยาวของตัวนำมีการเปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงขนาดและรูปร่างของตัวนำในที่สุดก็เปลี่ยนพื้นที่หน้าตัดและความต้านทาน
มาตรวัดปกติใด ๆ จะมีแถบนำไฟฟ้าที่ยาวและบางวางในรูปแบบซิกแซกของเส้นขนาน จุดประสงค์ของการจัดแนวซิกแซกนี้คือการอธิบายอย่างละเอียดเกี่ยวกับความเค้นเล็กน้อยที่เกิดขึ้นระหว่างเส้นขนานด้วยความแม่นยำมาก ความเค้นหมายถึงแรงต้านทานของวัตถุ
Strain Gauges Rosettes
มาตรวัดสองตัวขึ้นไปวางตำแหน่งชิดกันในโครงสร้างคล้ายดอกกุหลาบเพื่อวัดจำนวนส่วนประกอบเพื่อประเมินความเครียดที่แม่นยำบนพื้นผิวเรียกว่าดอกกุหลาบเกจวัดความเครียด ภาพประกอบแสดงในรูปด้านล่าง
สายพันธุ์มาตรวัดกุหลาบ
โหลดเซลล์เกจวัดความเครียด
โหลดเซลล์เหล่านี้มักพบในงานอุตสาหกรรม มีความแม่นยำสูงและประหยัด โดยทั่วไปโหลดเซลล์ประกอบด้วยตัวโลหะที่ติดตั้งเกจวัดความเครียด เพื่อให้ตัวโลหะมีความทนทานและยืดหยุ่นน้อยจึงใช้เหล็กอัลลอยอลูมิเนียมหรือสแตนเลสในการออกแบบ
เมื่อมีการใช้แรงภายนอกกับโหลดเซลล์โหลดเซลล์จะเปลี่ยนรูปไปเล็กน้อยและหากไม่รับน้ำหนักมากเกินไปก็จะกลับสู่รูปร่างเดิม
หากโหลดเซลล์ผิดรูปมาตรวัดจะเปลี่ยนรูปร่างทำให้ความต้านทานไฟฟ้าของเกจเปลี่ยนไปซึ่งจะวัดแรงดันไฟฟ้า
มีประเภททั่วไปของโหลดเซลล์แบบวัดความเครียดซึ่งรวมถึงคานดัดแพนเค้กโหลดเซลล์แบบลำแสงเฉือนจุดเดียวคานเฉือนปลายคู่ที่หนีบลวดสลิงและอื่น ๆ
ลักษณะของ Strain Gauges
ลักษณะที่สำคัญของเครื่องวัดความเครียดคือ:
- สิ่งเหล่านี้เหมาะสมสำหรับระยะเวลาที่ยาวนานขึ้นโดยมีข้อควรระวังบางประการ
- พวกเขาให้ค่าที่แม่นยำพร้อมการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและปัจจัยอื่น ๆ
- สิ่งเหล่านี้ผลิตได้ง่ายเนื่องจากส่วนประกอบที่เรียบง่าย
- ดูแลรักษาง่ายและมีอายุการใช้งานยาวนาน
- สิ่งนี้ถูกห่อหุ้มทั้งหมดเพื่อป้องกันความเสียหายเช่นการจัดการและการติดตั้ง
การใช้งานของ Strain Gauge
คุณสมบัติพิเศษช่วยให้สามารถใช้มาตรวัดเหล่านี้ในสาขาวิศวกรรมธรณีเทคนิคเพื่อตรวจสอบโครงสร้างเช่นเขื่อนอุโมงค์ ฯลฯ อย่างต่อเนื่องและเพื่อหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุล่วงหน้า การใช้งานบางส่วนของเครื่องวัดความเครียด ได้แก่ -
- การตรวจสอบราง
- สะพานเคเบิล
- การบินและอวกาศ
- โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
คำถามที่พบบ่อย
1). ความไวของเครื่องวัดความเครียดคืออะไร?
ความเค้นของการไหลแตกต่างกันไปตามอัตราความเครียด นอกจากนี้อัตราความเครียดขึ้นอยู่กับขนาดเกรนของวัตถุหรือวัสดุงาน ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงความเค้นของการไหลต่อการเปลี่ยนแปลงของความเครียด
2). หน่วยความเครียดคืออะไร?
ความเครียดเป็นปริมาณที่ไร้มิติ อย่างไรก็ตามอัตราความเครียดคือการต่างกันของเวลาและหน่วย SI คือส่วนกลับของวินาที (s-1)
3). ฉันจะเลือกเครื่องวัดความเครียดได้อย่างไร?
สิ่งนี้ถูกเลือกตามประเภทของแอปพลิเคชันและองค์ประกอบอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่น -
- ขึ้นอยู่กับความยาวและความต้านทานของมาตรวัด
- ขึ้นอยู่กับต้นทุนการประหยัดแรงงาน
- ขึ้นอยู่กับวัสดุและสภาพแวดล้อมการวัด
4). เหตุใดสะพานวีทสโตนจึงใช้สำหรับเครื่องวัดความเครียด
สะพานวีทสโตนสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าขาออกในรูปของมิลลิโวลต์ สำหรับเครื่องวัดความเครียดแบบผูกมัดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานสามารถวัดได้เมื่อเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้า (สะพานวีทสโตน) ที่วัดค่าความต้านทานที่เปลี่ยนแปลงเป็นนาที เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาออกบนสะพานวีทสโตนไม่เป็นศูนย์วงจรจะสูญเสียความสมดุลและช่วยในการกำหนดความเครียดของวัตถุ
5). คุณจะติดตั้งสเตรนเกจได้อย่างไร?
ขั้นตอนในการติดตั้งสเตรนเกจมีดังนี้
ดังนั้น คำอธิบายที่ครอบคลุมของมาตรวัดความเครียด หลักการทำงานปัจจัยการวัดลักษณะและการใช้งานมีให้ในบทความนี้ นอกจากนี้ความสัมพันธ์ของภาพดิจิทัล (DIC) ยังเป็นเทคนิคที่ใช้ในการวัดความเครียดในปัจจุบัน มีการใช้ในหลายอุตสาหกรรมเนื่องจากมีความแม่นยำและใช้แทนเซ็นเซอร์ประเภทเดิม ๆ เช่นมาตรวัดความเร่งหม้อสตริง LVDT และอื่น ๆ อีกมากมาย นี่คือคำถามสำหรับคุณอะไรคือหน้าที่หลักของเครื่องวัดความเครียด?
