استرین گیج ابزاری فوق‌العاده دقیق برای اندازه‌گیری کرنش‌های مکانیکی در انواع سازه‌ها و مواد است. این ابزار با تکیه بر اصول ساختاری، کوچک‌ترین تغییرات تنش را به سیگنال‌های قابل تحلیل تبدیل می‌کند. همچنین با تنوع بالا، فرمول‌های محاسباتی اختصاصی و کاربردهای اختصاصی در صنایع مختلف، نقش مهمی در ایمنی ایمنی، دوام و بهینه‌سازی طراحی‌های مهندسی ایفا می‌کند.
استرین گیج چیست؟
استرین گیج (Strain Gauge) یک حسگر بسیار ظریف و کاربردی است که تغییرات بسیار کوچکی در طول یا شکل یک جسم را به اندازه‌گیری می‌کند. در واقع زمانی که جسمی نیرو می‌گیرد، فشار می‌آورد یا می‌گیرد و تغییر تغییر می‌کند (کرنش)، استرین گیج با تغییر مقاومت خود این کرنش را تشخیص داده و آن را به عددی قابل محاسبه تبدیل می‌کند.
جالب است بدانید این تجهیز کوچک اما فوق‌العاده مهم ، به‌قدری حساس و دقیق می‌شود که می‌تواند عملکرد حتی بسیار جزئی و نامحسوس در طول یا سطوحی که با چشم قابل مشاهده است، اندازه‌گیری کند. به همین دلیل از استرین گیج در پروژه‌های مهندسی، پزشکی، هوافضا و آزمایش‌های صنعتی استفاده‌های فراوانی می‌شود.
اگر بخواهیم ساده تر بگوییم: استرین گیج ابزار ثبت حرکات بسیار ریز و مخفی سازه هاست ، همان چیزی است که مهندسان برای تحلیل رفتار واقعی مواد به آن نیاز دارند.
انواع استرین گیج
1. استرین گیج سیمی (Wire Strain Gauge)
استرین گیج سیمی یکی از ابتدایی‌ترین و در عین حال قابل‌اعتمادترین انواع استرین گیج است که ساختار اصلی آن از یک فلز بسیار نازک ساخته شده است که به صورت مارپیچ یا زیگزاگ روی یک تخت عایق چسبیده می‌شود.
مکانیزم عملکرد این نوع می‌شود که با وارد شدن نیرو و ایجاد کرنش، طول سیم تغییر یافته و در نتیجه مقاومت الکتریکی آن تغییر می‌کند که این تغییر اندازه‌گیری و تحلیل می‌شود.
مزایا:
- دقت مناسب در کاربردهای عمومی
- مقاومت خوب در برابر ضربه‌های مکانیکی
- مناسب برای پروژه های تحقیقاتی و صنعتی با هزینه متوسط
معایب:
- نسبت به دما بیشتر دارد
- نیاز به پایدارسازی در شرایط خاص محیطی
2. استرین گیج فویلی (Foil Strain Gauge)
استرین گیج فویلی پرکاربردترین نوع استرین گیج در صنایع گوناگون است. این نوع شامل یک فویل بسیار نازک از جنس فلزاتی مانند نیکل-کروم (یا آلیاژهای خاص) است که به صورت الگوهای دقیق روی یک پایه قابل قبول (معمولاً پلی‌استر یا اپوکسی) چسبنده می‌شود.
ویژگی های برجسته:
- دقت بسیار بالا در اندازه گیری کرنش
- پایداری خوب در برابر تغییراتی
- امکانات و امکان نصب روی سطوح مختلف
- عمر طولانی حتی در محیط‌های صنعتی سخت
کاربردها:
- تست های سازه های
- آزمایش مواد
- کاربرد در صنایع خودروسازی و هوافضا
3. استرین گیج نیمه‌هادی (Semiconductor Strain Gauge)
نوع نیمه‌هادی از مواد نیمه‌رسانا مانند سیلیکون ساخته می‌شود و به دلیل تغییرات شدیدتر مقاومت نسبت به کرنش، آن‌ها بیشتر از انواع فلزات است. این ویژگی باعث می‌شود که حتی کوچک‌ترین تغییرات به اندازه‌گیری شود.
مزایا:
- ارزش بسیار بالا (10 تا 50 برابر بیشتر از انواع فلزی)
- مناسب برای اندازه گیری های فوق دقیق
معایب:
- تغییرات زیاد به دما
- قیمت بالاتر نسبت به استرین گیجهای معمولی
- نیاز به جبرانی در سیستم اندازه گیری
4. استرین گیج فایبر اپتیک (Fiber Optic Strain Gauge)
نوع فایبر اپتیک نوع پیشرفته‌ای از حسگرهای کرنش است که به جای مقاومت مقاومت، تغییر در ویژگی‌های نوری (مثل طول بازتاب شده در فیبر نوری) را اندازه‌گیری می‌کند. این فناوری به مقاومت به نویزهای الکترومغناطیسی است و می‌تواند در محیط‌های بسیار سخت مانند معادن، نیروگاه‌های هسته‌ای یا تجهیزات زیردریایی کاربرد داشته باشد.
مزایا:
- مصونیت کامل در برابر نویز الکتریکی و مغناطیسی
- تحمل بسیار بالای محیطی (رطوبت، حرارت، فشار)
- قابلیت ارسال به فواصل بسیار طولانی بدون افت کیفیت
معایب:
- تجهیزات نصب و تجهیزات بیشتر
- نیاز به دستگاه های خوانش مخصوص
5. استرین گیج مقاوم به دما (High-Temperature/Low-Temperature Strain Gauge)
برای کاربردهایی که نیاز به اندازه‌گیری کرنش در شرایط بالا یا خیلی شدید (خیلی خیلی پایین) دارند، از گیجهای مقاوم به دما می‌شوند. این نوع گیج‌ها با مواد ساخته شده می‌شوند که در دماهای غیرمعمول (مثلاً بالای 30 درجه سانتی‌گراد یا زیر صفر مطلق) هستند.
ویژگی ها:
- عدم تغییر قابل توجه در ویژگی های موجود در برابر دما
- مناسب برای توربینها، راکتورها، تستهای کرایوژنیک
6. استرین گیج چندمحوره (Multi)
گیجهای چندمحوره به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که می‌توانند در آن‌ها نقش‌آفرینی کنند. این گیج‌ها معمولاً شامل چند المان حسگر در زاویه‌های مختلف (مثلاً ۰°، ۴۵° و ۹۰°) هستند و در تحلیل تنش‌های پیچیده کاربرد دارند.
کاربردها:
کاربرد در تحقیقات پیشرفته مواد مرکب و سازه های مهندسی
تحلیل تنش‌های دوبعدی یا سه‌بعدی در قطعات صنعتی
تست پیچیدگی های مکانیکی در طراحی پیشرفته
استرین گیج 350 اهم
استرین گیج350اهم یکی از مدلهای پرکاربرد است که مقدار مقاومت اسمی آن ۳۵۰اهم است. این مقدار به طور مستقیم روی عملکرد و دقت اندازه گیری تاثیر می‌گذارد.
مزیت اصلی گیجهای 350 اهم نسبت به اهمی است (که رایج‌تر هستند) در این است که جریان کمتری از آن‌ها عبور می‌کند، بنابراین تولید گرمای کمتری دارند و کمتری نسبت به تغییراتی که از خود نشان می‌دهند، می‌شوند، که این موضوع باعث می‌شود بیشتر در میزان جذب و پایداری بهتری داشته باشیم.
استرین گیجهای 350 اهمی مخصوصاً برای پروژه‌هایی که نیاز به دقت بالا و مقاومت در برابر نویز الکتریکی دارند، گزینه‌های بسیار مناسبی هستند
فرمول استرین گیج
فرمول محاسبه کرنش (Strain) در استرین گیج:
Strain (ε) = تغییر طول (ΔL) ÷ طول اولیه (L0)
که در این فرمول داریم:
- ε = کرنش (strain) (بدون واحد یا به صورت میکرو استرین µε)
- ΔL = تغییر طول ایجاد شده در جسم (متر یا میلی‌متر)
- L0 = طول اولیه‌ی جسم قبل از اعمال نیرو (متر یا میلی‌متر)
فرمول تغییر مقاومت در استرین گیج:
(تغییر مقاومت ÷ مقاومت اولیه) = فاکتور گیج × کرنش
یا به صورت نمادین:
(ΔR / R) = GF × ε
که در آن:
- ΔR = تغییر مقاومت الکتریکی (بر حسب اهم)
- R = مقاومت اولیه‌ی استرین گیج (بر حسب اهم)
- GF = فاکتور گیج یا ضریب حساسیت (Gauge Factor)
- ε = کرنش وارد شده (Strain)
فرمول محاسبه فاکتور گیج:
GF = (ΔR / R) ÷ ε
کاربرد استرین گیج
استرین گیج‌ها کاربردهای فوق‌العاده‌ای دارند که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
- مهندسی عمران: برای اندازه گیری تغییر شکل پل ها، ساختمان ها، سدها و سایر سازه های عظیم.
- صنایع هوافضا: برای تست فشار و تنش روی بال‌ها، بدنه هواپیما و تجهیزات فضایی.
- صنایع خودروسازی: برای تحلیل استرس و کرنش در قطعات خودرو، از جمله شاسی، بدنه و موتور.
- آزمایشگاه‌های تحقیقاتی: برای آزمایش و تحلیل رفتار مواد مختلف تحت بارگذاری‌های گوناگون.
- صنایع الکترونیک و پزشکی: در طراحی تجهیزات دقیق و پیشرفته که نیازمندی های بسیار حساس هستند.
به زبان ساده، هر جا که بخواهیم مطمئن شویم که یک ماده یا سازه چقدر به احتمال زیاد تغییر شکل می دهد، استرین گیج همان ابزار مورد اعتماد ماست
کاربرد استرین گیج در پزشکی
شاید جالب باشد کاربرد استرین گیج در پزشکی یکی از جذاب‌ترین حوزه‌های فناوری نوین است؛ این حسگرهای کوچک و دقیق در طراحی و ساخت تجهیزات پزشکی نقش بسیار مهمی دارند، از جمله:
- اندازه گیری فشار در پروتزها و ایمپلنت ها: برای سنجش میزان تنش وارد شده به اعضای بدن مصنوعی.
- تحلیل حرکت و تغییرات مفاصل: برای تحقیق در مورد عملکرد سیستم اسکلتی-عضلانی و طراحی ارتزهای پیشرفته.
- توسعه تجهیزات مانیینگ: مانند دستگاه‌های کنترل بر فشار یا تغییر شکل بافت‌های زنده.
با کمک استرین گیج‌ها، پزشکان و مهندسین پزشکی می‌توانند رفتار واقعی انسان را با شرایط مختلف اندازه‌گیری کنند و بر اساس داده‌های دقیق، درمان‌های متمرکز ارائه‌دهنده ارائه دهند.
استرین گیج و لودسل
لودسل‌ها معمولاً از یک یا چند استرین گیج برای تغییر نیرو یا وزن استفاده می‌کنند. در واقع، استرین گیج‌ها جزئی از لودسل‌ها هستند که با تغییراتی در ساختار لودسل به‌طور مستقیم ارتباط مستقیم ایجاد می‌شوند.
هنگامی که یک لودسل تحت تأثیر نیروی خارجی قرار می‌گیرد، جسم داخل تغییر شکل می‌دهد و این تغییرات به استرین گیج‌ها منتقل می‌شود. استرین گیج‌ها سپس تغییر مقاومت خود را اندازه‌گیری کرده و به برق تبدیل می‌شود که می‌تواند توسط سیستم‌های الکترونیکی تحلیل شود و به نیرو یا وزن وارد شود.
ما در این مقاله در رابطه با لودسل چیست؟ و انواع و طرز کار لودسل مفصل صحبت کرده ایم.
عملکرد استرین گیج در لودسل
عملکرد استرین گیج در لودسل‌ها بر اساس تغییرات مقاومت الکتریکی است. در لودسل‌های معمولی، چندین استرین گیج به‌صورت متوازی یا سری در موقعیت‌های خاص قرار می‌گیرند. این استرین گیج‌ها معمولاً در چهار گوشه لودسل نصب می‌شوند تا تأثیرات تأثیرگذاری بر روی همه جاها را بگیرند.
مراحل عملکرد:
- اعمال خارجی : زمانی که نیروی خارجی به لودسل وارد می‌شود، ساختار تغییر شکل می‌دهد.
- این تغییر در ساختار باعث تغییر در مقاومت استرین گیج‌ها می‌شود.
- تبدیل به تصمیم گیری است: تغییر مقاومت در گیج‌ها به سیگنال‌هایی تبدیل می‌شود.
- پردازش تصمیم‌گیری : تصمیم‌گیری تغییر یافته توسط دستگاه پردازشگر (معمولاً یک مبدل آنالوگ به دیجیتال) دریافت می‌شود و می‌تواند قابل خواندن باشد.
مشاوره قبل از خرید
برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با خرید محصولات می‌توانید با شماره تلفن‌های زیر تماس بگیرید: