Dasar-dasar Pengukuran Strain Gauge

Pengukur regangan adalah salah satu alat yang paling berguna untuk secara tepat mengukur ekspansi atau kontraksi material saat gaya diterapkan. Pengukur regangan juga berguna untuk mengukur gaya yang diterapkan secara tidak langsung jika mereka sejajar kira-kira secara linier dengan deformasi material.

Apa itu Strain Gauges

Pengukur regangan adalah sensor yang hambatan listriknya bervariasi sesuai dengan jumlah regangan (deformasi suatu material).

Pengukur regangan yang ideal akan mengubah resistansinya sebanding dengan regangan longitudinal pada permukaan tempat sensor dipasang.

Namun, ada faktor lain yang dapat mempengaruhi resistansi, seperti suhu, sifat material, dan perekat yang mengikat alat ukur ke material.

Pengukur regangan terdiri dari kisi-kisi paralel dari kawat logam yang sangat halus atau foil yang diikat ke permukaan yang dikencangkan oleh lapisan epoksi yang diisolasi tipis. Saat bahan yang terikat diikat, regangan ditransmisikan melalui perekat. Bentuk kisi dirancang dengan pola yang memberikan perubahan resistansi maksimum per satuan luas.

Bagaimana Memilih Strain Gauge

Saat memilih pengukur regangan untuk suatu aplikasi, tiga pertimbangan utama adalah suhu operasi, sifat regangan yang akan dideteksi, dan persyaratan stabilitas.

Saat pengukur regangan dipasang ke permukaan yang dikencangkan, penting bahwa pengukur harus dikencangkan secara merata dengan permukaan. Bahan perekat harus dipilih dengan hati-hati untuk mengirimkan ketegangan ke sensor dengan andal pada kisaran suhu yang luas dan kondisi lainnya.

Nilai resistansi pengukur regangan bervariasi sebagai fungsi dari regangan yang diterapkan menurut: perubahan R / R = S dimana R adalah resistansi, e adalah regangan, dan S adalah faktor sensitivitas regangan. Untuk pengukur foil logam, faktor sensitivitas regangan sekitar 2.

Penambahan regangan biasanya kurang dari 0,005 inci / inci dan sering dinyatakan dalam satuan regangan mikro. Dari rumus tersebut terlihat bahwa tahanan strain gauge akan berubah dalam jumlah yang sangat kecil dengan regangan yang diberikan, dengan urutan 0.1%.

Pembacaan tegangan kemudian dapat diambil dari resistor ini dalam satuan mili-volt per volt (mV / V) untuk memberikan nilai pengukuran regangan.

Rasio Poisson adalah ukuran penipisan dan pemanjangan yang terjadi pada material saat diregangkan. Jika gaya tarik diterapkan ke kawat resistif misalnya, kawat akan menjadi sedikit lebih panjang, dan pada saat yang sama menjadi lebih tipis. Rasio kedua strain ini adalah Rasio Poisson.

Ini adalah prinsip dasar di balik pengukuran strain gauge, karena resistansi kabel akan meningkat secara proporsional karena efek Poisson.

Bagaimana Mengukur Output Strain Gauge Secara Akurat

Untuk mengukur secara akurat perubahan kecil pada resistansi, pengukur regangan hampir selalu ditemukan dalam konfigurasi jembatan dengan sumber eksitasi tegangan.

Jembatan Wheatstone biasanya digunakan seperti yang ditunjukkan pada diagram. Jembatan seimbang ketika rasio resistor sama di kedua sisi, atau R1 / R2 = R4 / R3. Ternyata, tegangan keluarannya nol pada kondisi ini.

Ketika resistansi pengukur regangan (Rg) berubah, tegangan keluaran (Vout) berubah beberapa miliVolt, dan tegangan ini kemudian diperkuat oleh penguat diferensial untuk mengembalikan nilai yang dapat dibaca.

Sirkuit Wheatstone ini juga cocok untuk kompensasi suhu - ini hampir dapat menghilangkan efek suhu. Kadang-kadang bahan pengukur dirancang untuk mengkompensasi ekspansi termal, tetapi ini tidak sepenuhnya menghilangkan sensitivitas termal.

Untuk mencapai kompensasi termal yang lebih baik, resistor seperti R3 dapat diganti dengan pengukur regangan serupa. Ini cenderung meniadakan efek suhu.

Faktanya, keempat resistor dapat diganti dengan sensor pengukur regangan untuk stabilitas suhu maksimum. Dua di antaranya (R1 dan R3) dapat digunakan untuk mengukur kompresi, sedangkan dua lainnya (R2 dan R4) dapat digunakan untuk mengukur tegangan.

Ini tidak hanya akan mengimbangi suhu, tetapi juga meningkatkan sensitivitas dengan faktor empat. Pengukur tegangan dengan elemen hambatan listrik sejauh ini merupakan jenis sensor yang paling umum untuk mengukur regangan, karena memiliki keunggulan biaya yang lebih rendah, juga. sebagai mapan.

Mereka tersedia dalam ukuran kecil dan hanya sedikit terpengaruh oleh perubahan suhu, secara bersamaan mencapai kesalahan kurang dari +/- 0,10%. Pengukur regangan tahanan berikat juga sangat sensitif, dan dapat digunakan untuk mengukur regangan statis dan dinamis.

Namun, ada jenis lain yang tersedia untuk aplikasi tertentu, seperti piezo-resistif, resistif karbon, semi-konduktif, akustik, optik, dan induktif.

Bahkan ada sensor pengukur regangan berdasarkan rangkaian kapasitor ..