استرین گیج چیست؟

استرین گیج ( Strain Gauge ) یا کرنش سنج یک سنسور الکترونیکی است که برای اندازه گیری کرنش یا تغییرات نسبی طول یک جسم به کار گرفته می شود. تغییرات طول نسبی یک جسم برابر است با حاصل تقسیم طول فعلی جسم به طول اولیه آن به فرض مثال اگر یک میله فلزی یک متری تحت کشش 1 میلی متر متر افزایش طول دهد ، کرنش این میله برابر 1 میلی متر بر متر ( 1mm/m ) خواهد بود.

رایج ترین نوع استرین گیج در حال حاضر برای نخستین بار توسط دو دانشمند به نام های ادوارد ای. سیمونز و آرتور سی. روگی ساخته شد. این سنسور دارای یک الگوی فلزی پیچاپیچ بر روی یک قطعه عایق انعطاف پذیر است ، میزان مقاومت رسانای به کار رفته در این سنسور با تغییرات طول آن به صورت خطی تغییر می کند و علت اینکه از یک الگوی پیچاپیچ برای این رسانا استفاده می شود اینست که کوچکترین میزان تغییرات طول سنسور ، بیشترین تاثیر را بر روی مقاومت سنسور داشته باشد و به عبارتی بتوان کمترین میزان کرنش را نیز اندازه گیری نمود.

در شکل زیر نحوه ی عملکرد استرین گیج توضیح داده شده است.

برای اندازه گیری کرنش یک جسم ، کرنش سنج را با چسب های محکم و انعطاف پذیر مانند سیانوآکریلات یا جسب های سیلیکونی به سطح جسم مورد نظر می چسبانند ، زمانی که ابعاد جسم دچار تغییراتی شود ، سنسور نیز مطابق سطح بیرونی جسم تغییر شکل می دهد و با تغییر شکل سنسور مقاومت فویل پیچاپیچ سنسور نیز تغییر می کند و می توان میزان تغییرات را از این طریق اندازه گیری نمود. معمولا با استفاده از پل وتستون می توان میزان مقاومت این سنسور را با دقت بالا اندازه گیری نمود. واحد اندازه گیری استرین یا کرنش ، GF یا Gauge Factor است.

یکی از کاربرد های کرنش سنج یا استرین گیج سنجش تنش یا Stress یک سازه است که در مهندسی مکانیک و مهندسی عمران از اهمیت ویژه ای برخوردار است. برای مثال برای سنجش تنش یا استرس در توربین ها ، جک ها ، شفت توربین ها و موتور ها ، بدنه مخازن ، پل ها ، برج ها و … از استرین گیج استفاده می شود. مثلا در هنگام ساخت پل ها ممکن است به میلگرد ها یا تیرآهن های به کار رفته استرین گیج متصل کنند، پس از تکمیل پل می توان با اتصال سیم های خروجی استرین گیج هایی که در قسمت های مختلف سازه نصب شده اند به دیتالاگر ها و مانیتور کردن داده های به دست آمده محل آسیب های احتمالی را شناسایی نمود و قبل از اینکه باعث ایجاد خسارت جدی شوند ترمیم کرد.

نوع دیگری از استرین گیج نیز در مهندسی عمران برای تشخیص میزان و جهت رشد شکاف ها در ساختمان ها به کار می رود که به عنوان استرین گیج مکانیکی شناخته می شوند. این نوع استرین گیج فاقد هر گونه قطعه الکترونیکی است و عملکردی کاملا مکانیکی دارد.

فهرست مطالب:

کرنش چیست؟

اثر کرنش بر روی مقاومت

نسبت پوآسن

مدارات اندازه گیری مقاومت

تزریق جریان

مدار بالاست

پل وتستون

کرنش سنج چیست؟

برخی ملاحظات در مورد پل وتستون

جبران سازی دمایی پل وتستون

جبران سازی اثر مقاومت و دما در سیم های هادی

متعادل سازی پل

کالیبراسیون

کاربردهای کرنش سنج

سنجش کرنش تحت بار تک محوری

سنجش کرنش تحت خمیدگی

سنجش پیچش یک شافت استوانه ای

سنجش کرنش در حلقه ها

اصول انتخاب کرنش سنج ها

منابع