strain gauge

Strain Gauge

Operasi fisik

Sebuah strain gauge mengambil keuntungan dari properti fisik konduktansi listrik dan ketergantungan pada geometri konduktor. Ketika konduktor listrik ditarik dalam batas-batas elastisitasnya sehingga tidak pecah atau permanen merusak, itu akan menjadi lebih sempit dan lebih lama, perubahan yang meningkatkan ketahanan end-to-end listriknya. Sebaliknya, bila sebuah konduktor dikompresi sedemikian rupa sehingga tidak tertekuk, itu akan memperluas dan mempersingkat, perubahan yang menurunkan hambatan listrik end-to-end. Dari hambatan listrik diukur dari strain gauge, jumlah tegangan yang dapat disimpulkan. Sebuah strain gauge khas mengatur panjang, tipis konduktif strip di pola zig-zag garis paralel sehingga sejumlah kecil stres dalam arah orientasi paralel hasil baris dalam pengukuran regangan multiplicatively lebih besar lebih panjang efektif permukaan konduktor dalam array konduktif garis-dan karenanya perubahan multiplicatively lebih besar dalam perlawanan-daripada yang diamati dengan garis lurus konduktif kawat tunggal.

Faktor Gauge

Faktor pengukur GF didefinisikan sebagai:

GF = \ frac {\ Delta R / R_G} {\ epsilon}

di mana

\ Delta R adalah perubahan resistensi yang disebabkan oleh ketegangan,

R_G adalah resistensi dari gauge undeformed, dan

\ Epsilon adalah ketegangan.

Untuk alat pengukur foil logam, faktor pengukur biasanya sedikit lebih dari 2. Untuk mengukur aktif tunggal dan tiga resistor boneka, v keluaran dari jembatan adalah:

v = \ frac {BV \ cdot GF \ cdot \ epsilon} 4

di mana

BV adalah tegangan jembatan eksitasi.

Pengukur foil biasanya memiliki area aktif sekitar 2-10 mm2 dalam ukuran. Dengan instalasi-hati, gauge yang benar, dan perekat yang benar, strain sampai setidaknya 10% dapat diukur.

Alat ukur dalam praktek

Visualisasi konsep bekerja di belakang strain gauge pada balok di bawah berlebihan lentur.

Tegangan eksitasi diterapkan pada masukan memimpin jaringan gauge, dan pembacaan tegangan diambil dari output lead. Tegangan input khas adalah 5 V atau 12 V dan pembacaan keluaran khas dalam milivolt.

Pengukur foil regangan digunakan dalam banyak situasi. Aplikasi yang berbeda menempatkan kebutuhan yang berbeda pada alat ukur. Dalam kebanyakan kasus orientasi strain gauge signifikan.

Pengukur melekat pada sel beban biasanya akan diharapkan untuk tetap stabil selama periode tahun, jika tidak puluhan tahun; sementara yang digunakan untuk mengukur respon dalam percobaan dinamis mungkin hanya perlu tetap melekat pada obyek selama beberapa hari, diberi energi selama kurang dari satu jam, dan beroperasi selama kurang dari satu detik.

Pengukur regangan yang melekat pada substrat dengan lem khusus. Jenis lem tergantung pada masa yang diperlukan dari sistem pengukuran. Untuk pengukuran jangka pendek (sampai beberapa minggu) lem cyanoacrylic sesuai, untuk tahan lem instalasi epoxy panjang diperlukan. Biasanya lem epoxy membutuhkan curing suhu tinggi (sekitar 80-100 ° C). Penyusunan permukaan di mana strain gauge harus terpaku adalah yang paling penting. Permukaan harus merapikan (misalnya dengan kertas pasir sangat halus), deoiled dengan pelarut, jejak-jejak pelarut kemudian harus dihapus dan strain gauge harus terpaku segera setelah ini untuk menghindari oksidasi atau polusi dari daerah disiapkan. Jika langkah ini tidak diikuti dengan strain gauge mengikat ke permukaan mungkin kesalahan pengukuran dapat diandalkan dan tak terduga dapat dihasilkan.

Teknologi berbasis strain gauge digunakan umumnya dalam pembuatan sensor tekanan. Alat pengukur yang digunakan dalam sensor tekanan sendiri biasanya terbuat dari silikon, polysilicon, film logam, film tebal, dan terikat foil. Variations in temperature

Variasi suhu

Variasi suhu akan menyebabkan banyak efek. Objek akan berubah dalam ukuran dengan ekspansi termal, yang akan terdeteksi sebagai regangan dengan mengukur. Perlawanan gauge akan berubah, dan ketahanan dari kabel yang menghubungkan akan berubah.

Kebanyakan pengukur regangan terbuat dari paduan constantan. Berbagai paduan constantan dan Karma paduan telah dirancang sehingga efek suhu pada perlawanan dari strain gauge sendiri membatalkan perubahan resistansi dari alat ukur karena ekspansi termal dari objek yang diuji. Karena bahan-bahan yang berbeda memiliki jumlah yang berbeda dari ekspansi termal, kompensasi suhu diri (STC) memerlukan memilih paduan khusus disesuaikan dengan materi objek yang sedang diuji.

Pengukur regangan yang tidak suhu diri kompensasi (seperti paduan isoelastic) dapat kompensasi suhu dengan menggunakan teknik mengukur dummy. Sebuah mengukur boneka (identik dengan strain gauge aktif) dipasang pada sampel longgar dari bahan yang sama seperti benda uji. Sampel dengan ukuran boneka ditempatkan dalam kontak termal dengan benda uji, berdekatan dengan mengukur aktif. Indeks dummy kabel ke jembatan Wheatstone pada lengan berdekatan dengan mengukur aktif sehingga efek suhu pada alat pengukur aktif dan boneka membatalkan satu sama lain. (Hukum Murphy awalnya diciptakan dalam menanggapi satu set alat pengukur yang salah kabel ke jembatan Wheatstone.

Efek suhu pada kabel utama dapat dibatalkan dengan menggunakan "3-kawat jembatan" atau "4-kawat sirkuit ohm" (juga disebut "4-kawat sambungan Kelvin").

Dalam setiap kasus itu adalah praktek rekayasa yang baik untuk menjaga Wheatstone jembatan tegangan drive yang cukup rendah untuk menghindari pemanasan diri dari strain gauge. Pemanasan diri dari strain gauge tergantung pada karakteristik mekanik (pengukur regangan besar kurang rentan terhadap pemanasan diri). Level tegangan drive yang rendah dari jembatan mengurangi sensitivitas dari sistem secara keseluruhan.
Kesalahan dan kompensasi

Nol Offset - Jika impedansi dari empat kelompok pengukur tidak persis sama setelah ikatan mengukur dengan gaya kolektor, akan ada nol offset yang dapat dikompensasikan dengan memperkenalkan resistor paralel dengan satu atau lebih lengan gauge.

Koefisien Suhu Gauge Factor (TCGF) - ini adalah perubahan sensitivitas perangkat ketegangan dengan perubahan suhu. Hal ini umumnya diimbangi dengan pengenalan perlawanan tetap di leg masukan, dimana tegangan yang disediakan efektif akan meningkat dengan suhu, kompensasi untuk penurunan sensitivitas dengan suhu.

Pergeseran nol dengan suhu - Jika TCGF setiap alat ukur tidak sama, akan ada pergeseran nol dengan suhu. Hal ini juga disebabkan oleh anomali dalam angkatan kolektor. Hal ini biasanya dikompensasi dengan satu atau lebih resistor ditempatkan secara strategis dalam jaringan kompensasi.

Linearitas - Ini adalah kesalahan dimana sensitivitas perubahan di berbagai tekanan. Ini umumnya fungsi dari pemilihan ketebalan koleksi berlaku untuk tekanan dimaksudkan dan / atau kualitas ikatan.

Hysteresis - Ini adalah kesalahan kembali ke nol setelah tekanan pesiar.

Pengulangan - Kesalahan ini kadang-kadang terikat dengan hysteresis tetapi di berbagai tekanan.

EMI kesalahan diinduksi - Sebagai regangan pengukur tegangan output dalam kisaran mV, bahkan μV jika Wheatstone tegangan jembatan drive tetap rendah untuk menghindari pemanasan diri dari elemen, perawatan khusus harus diambil dalam amplifikasi sinyal output untuk menghindari penguatan juga suara ditumpangkan . Sebuah solusi yang sering diadopsi adalah dengan menggunakan "frekuensi carrier" amplifier yang mengubah variasi tegangan menjadi variasi frekuensi (seperti pada VCOs) dan memiliki bandwidth yang sempit sehingga mengurangi keluar dari band EMI.

Overloading - Jika strain gauge dimuat melampaui batas desain (diukur dalam microstrain) degradasi kinerja dan tidak dapat dipulihkan. Biasanya praktek rekayasa yang baik menunjukkan tidak stres pengukur regangan luar +/- 3000 microstrain.

Kelembaban - Jika kabel penghubung strain gauge dengan pengkondisi sinyal yang tidak dilindungi terhadap kelembaban, seperti kawat telanjang, korosi dapat terjadi, menyebabkan resistensi parasit. Hal ini dapat memungkinkan arus mengalir antara kawat dan substrat yang strain gauge direkatkan, atau antara dua kabel secara langsung, memperkenalkan kesalahan yang bersaing dengan arus yang mengalir melalui strain gauge. Untuk alasan ini arus tinggi, pengukur regangan resistansi rendah (120 ohm) kurang rentan terhadap jenis kesalahan. Untuk menghindari kesalahan ini sudah cukup untuk melindungi pengukur regangan kabel dengan isolasi enamel (misalnya, epoxy atau polyurethane jenis). Pengukur regangan dengan kabel yang tidak dilindungi hanya dapat digunakan di lingkungan laboratorium kering tapi tidak dalam satu industri.

Dalam beberapa aplikasi, pengukur regangan menambah massa dan redaman ke profil getaran