آشنایی با استرین گیج

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، 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 می‌شود. 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 ۱ میلی متر متر افزایش طول دهد، کرنش این میله برابر ۱ میلی متر بر متر (۱mm/m) خواهد بود.

استرین گیج نصب شده روی یک میله فلزی


رایج‌ترین نوع استرین گیج در حال حاضر برای نخستین بار توسط دو دانشمند به نام‌های 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 می‌کند و علت اینکه از یک الگوی پیچاپیچ برای این رسانا استفاده می‌شود 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 نحوه‌ی عملکرد استرین گیج توضیح داده شده است.



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

یکی از کاربرد‌های کرنش سنج یا استرین گیج سنجش تنش یا Stress یک سازه است که در مهندسی مکانیک و مهندسی عمران از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. برای مثال برای سنجش تنش یا استرس در توربین‌ها، جک‌ها، شفت توربین‌ها و موتور‌ها، بدنه مخازن، پل‌ها، برج‌ها و … از استرین گیج استفاده می‌شود. مثلا در هنگام ساخت پل‌ها ممکن است به میلگرد‌ها یا تیرآهن‌های به کار رفته استرین گیج متصل کنند، پس از تکمیل پل می‌توان با اتصال سیم‌های خروجی استرین گیج‌هایی که در قسمت‌های مختلف سازه نصب شده اند به دیتالاگر‌ها و مانیتور کردن داده‌های به دست آمده محل آسیب‌های احتمالی را شناسایی نمود و قبل از اینکه باعث ایجاد خسارت جدی شوند ترمیم کرد. تصویر زیر استرین گیج نصب شده بر روی پره‌های یک توربین آبی را نمایش می‌دهد.



نوع دیگری از استرین گیج نیز در مهندسی عمران برای تشخیص میزان و جهت رشد شکاف‌ها در ساختمان‌ها به کار می‌رود که به عنوان استرین گیج مکانیکی شناخته می‌شوند. این نوع استرین گیج فاقد هر گونه قطعه الکترونیکی است و عملکردی کاملا مکانیکی دارد. تصویر این نوع کرنش سنج در زیر آمده است.