Gerinim ölçerler seçimi için kriterler (Strain Gage -Strain Gauge seçim kriteri)

Ölçümün amacı

Gerinim ölçerler temelde iki farklı amaç için kullanılır: eğer amaç, mekanik yük miktarını, izin verilen yükle veya bir hesaplama modeli ile karşılaştırmak ise, örn. Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM), buna “gerilme analizi” denir. Eğer konu kuvvet veya torku belirleme meselesi ise, buna “Sensör sistemi” denilir. (Yük Hücresi, Tork Sensörü veya Kuvvet Sensörü imalatı gibi)
Bu hedeflerin her biri için, özel olarak tasarlanmış gerinim ölçerler (birim deformasyon ölçer) vardır, ancak sensörü imalatı için kullanılan gerinim ölçerler de gerilme analizinde kullanılır ve bunun tersi de geçerli olabilmektedir.

Stres analizi

Gerilme analizi için tek ızgaralı veya üçlü rozet tipi strain geyçler kullanılır. Maksimum gerilme yönü bilindiğinde tek ızgaralı modeller kullanılır.

Tek ızgaralı, bağlantı telliTee Rozet (0° – 90°)Üst üste yerleştirilmiş Rozet tipi 3×45°, bağlantı telli

Dikdörtgen Rozet Strain Gage

Gerilme yönü bilinmiyorsa, örneğin bir çentik veya kaynak yakınında veya nervürlü ve kırılmalı geometrilerde, üçlü rozet kullanılmalıdır. Maksimum gerinim (veya mekanik gerilme) yönü ve miktarı şüphesiz sadece 3 katlı bir rozet ile belirlenebilir. Gerilme analizi için her zaman tek bir aktif gerinim ölçer kullanılır. Aktif gerinim ölçer, 3-telli dahili köprü tamamlama devresine sahip bir ölçüm amplifikatörüne veya veri toplama sistemine bağlanır. Yarım köprünün tamamlanması ise yine ölçüm amplifikatöründe veya ek bir pasif gerinim ölçer ile gerçekleştirilebilir. (Tam köprüye tamamlıyoruz – Full bridge)

Bir gerinim ölçer rozeti, tanım olarak, test parçasının alt yüzeyindeki farklı yönler boyunca normal gerilimleri ölçmek için ayrı ayrı yönlendirilmiş, birbirine yakın konumlandırılmış iki veya daha fazla ölçüm ızgarasının bir düzenlemesidir. Rozetler, deneysel stres analizinde çok pratik ve önemli bir işlevi yerine getirmek üzere tasarlanmıştır. Ana yönlerin bilinmediği genel çift eksenli gerilme durumu gibi, ana şekil değiştirmeleri ve gerilmeleri belirlemek için üç bağımsız gerinim ölçümü (farklı yönlerde) gerekli olduğu gösterilebilir. Ayrıca, ana yönler önceden bilinse bile, asal gerinimleri ve gerilimleri elde etmek için iki bağımsız gerinim ölçümü gereklidir.

Tee Rozet (0° – 90°) Strain Gage

Asal şekil (principal strain) değiştirme yönünün bilindiği yerlerde T-rozetler kullanılır. 90°’deki gerinimler, tek bir gage ile ölçümü mümkün olmayan, ölçüm noktasındaki gerilmelerin hesaplanmasını sağlar. Çekme veya basma materyal özellik testlerinin yapıldığı uygulamalarda yaygın olarak kullanılırlar, Poisson oranının yanı sıra Young modülünün hesaplanmasını sağlarlar. T-rozet kullanmak, görünüşte basit bir test için kullanıcının test sonuçlarından maksimum doğruluğu elde etmesi için enine hassasiyet (transverse sensitivity) düzeltmeleri yapmasına izin verir.

Ayrıca, gerilmiş cıvata veya sıkıştırılmış askı çubuğu gibi doğrudan çekme ölçümlerinin istendiği durumlarda da kullanılırlar. Bu durumda tam köprü, eğilme nedeniyle pickup’ı en aza indirir. T rozetler, özellikle rüzgar türbini kuleleri gibi büyük altyapılarda yararlı olan, eğilme(bending) ölçümleri için de kullanılabilir.

Örneğin ince cidarlı bir basınçlı kapta hem hoop (şişme) yönününde hem de uzama yönünde gerinim ölçek istiyorsunuz bu durumda 2 tane tek eksenli birim deformasyon ölçer (gerinim pulu) kullanmak yerine 1 adet T-rozet kullanmak daha avantajı olabilir. Ayrıca eksenel yükü ölçmek istediğinizde bu silindirik basınçlı kabın diğer yüzünede bir T-rozet bağlayıp, tam köprüye tamamlayıp (full poisson bridge) kalibre ederek eksenel yük ölçümü yapılabilir.

Aynı yüzey üzerindeki bitişik gerinim ölçerler aynı sıcaklığı görecek ve bu nedenle yapı boyunca farklı sıcaklıklardan kaynaklanan termal hataları ortadan kaldıracaktır.

R3 aktif  strain gage. 3. tel kablo direcini kompanze etmek için kullanılmaktadır

 

Yarım köprü devresi. R3 aktif gage (ölçümü yapan gage), R4 ise pasif gage (strese maruz kalmayacak şekilde yerleştirilir) sıcaklık değişimlerini kompanze etmesi için kullanılıyor.

Sensör Sistemi – Load Cell İmalatı

Sensör sistemi, dört aktif gerinim ölçerin tercihen tam bir köprü oluşacak şekilde bağlanması ile oluşur. Dört gerinim ölçerli devre, sinyali ölçüm yönünde maksimize etmeye ve diğer etkileri en aza indirmeye çalışır. Örneğin, bir römork çeki demirinin çekme kuvveti ölçülmek istediğinde rulman kuvvetlerinin ölçülmesi istenmeyecektir. Eksenel gerilim, eğilme gerilimi ve burulma geriliminin ölçülmesi için, prefabrike ızgara düzenlemeleri bulunmaktadır.

Enine kuvvetlerin kompanzasyonu ile bir kuvvet  ölçmek için 4 aktif ölçüm ızgaralı tam köprü devresi.