Menguasai Strain Gauge: Mengubah Tekanan Mekanikal menjadi Sinyal Listrik Presisi

Sebuah transducer pasif, seperti strain gauge, mengubah perpindahan mekanis menjadi perubahan dalam resistansi. Ini adalah perangkat tipis seperti wafer yang mengukur strain yang diterapkan dan dapat terhubung ke berbagai bahan dengan perekat yang sesuai. Strain yang mengakibatkan deformasi strain gauge yang terpasang pada struktur saat Struktur mengalami stres. Ini meningkatkan resistansi gauge, resulting in sinyal listrik yang sebanding dengan deformasi. Saat mengalami perpindahan, sensor perpindahan strain gauge terdiri dari struktur yang terpasang pada strain gauge yang deformasi elastis.

Dalam artikel ini, Anda akan mempelajari definisi, aplikasi, persyaratan, bagian, diagram, jenis, cara kerja, kelebihan, dan kekurangan strain gauge.

Apa itu strain gauge?

Sebuah strain gauge (juga dikenal sebagai strain gauge) adalah perangkat yang mengukur jumlah strain pada suatu item. Tipe strain gauge yang paling umum, yang ditemukan oleh Edward E. Simmons dan Arthur C. Ruge pada tahun 1938, terdiri dari backing fleksibel yang melindungi yang mendukung pola foil logam. Perekat yang sesuai, seperti cyanoacrylate, digunakan untuk menghubungkan gauge ke item. Saat objek berubah bentuk, foil juga berubah bentuk, mengubah resistansi listrik. Gauge factor adalah kuantitas yang terhubung dengan perubahan resistansi, yang biasanya diukur menggunakan Wheatstone bridge.

Engineer sering menggunakan strain gauge untuk mengukur pengaruh gaya eksternal pada suatu objek. Mereka secara langsung mengukur strain, yang dapat digunakan untuk menyimpulkan stres, tork, tekanan, defleksi, dan berbagai metrik lainnya.

Strain adalah ukuran non-dimensi, yaitu rasio panjang yang berubah terhadap panjang awal objek. Akibatnya, strain positif terjadi ketika bahan ditarik, sedangkan strain negatif terjadi ketika bahan ditekan. Stres didefinisikan sebagai gaya yang diterapkan dibagi dengan luas penampang awal objek atau kemampuan resistensi internal objek.

Aplikasi

Strain gauge umum digunakan dalam teknik sipil dan pemantauan geoteknik untuk mengidentifikasi kegagalan dalam struktur seperti jembatan, gedung, dan struktur lainnya. Karena deformasi yang cukup besar dapat mengakibatkan cedera atau kematian, struktur ini harus selalu dipantau. Gauge ini banyak digunakan karena presisi tinggi, kemampuan untuk bekerja pada jarak jauh dari objek uji, dan kemudahan penyiapan serta pemeliharaan dalam jangka waktu yang lama.

Pengujian di luar ruangan sering kali tidak sama dengan pengujian di laboratorium dalam kondisi ideal. Salah satu alasan strain gauge sangat berharga adalah mereka dapat digunakan dalam kondisi ekstrem dan menghasilkan data yang dapat diandalkan, presisi tinggi. Perangkat khusus seperti strain gauge sering diperlukan ketika engineer menguji produk dengan bentuk tidak teratur di lokasi yang sulit dengan setup yang sulit diakses. Misalnya, jutaan strain gauge digunakan dalam aplikasi penerbangan untuk memeriksa hasil simulasi CAD (Computer-Aided Design) dan FEA (Finite Element Analysis). Pengujian ini sering dilakukan dalam kondisi dinamis untuk memberikan gambaran yang realistis bagaimana berbagai gaya mempengaruhi pesawat.

Pengujian statis juga rutin dilakukan dengan strain gauge. Telemetri nirkabel digunakan oleh beberapa jembatan, yang mengirim hasil uji melalui Ethernet. Jembatan lain, di sisi lain, ditinjau secara visual atau diuji penetrant untuk mendeteksi cacat permukaan. Meskipun teknologi ini hemat biaya, mereka tidak memungkinkan inspeksi berkelanjutan, yang dapat mengakibatkan runtuhan mengerikan seperti jembatan steel truss I-35 Minneapolis. Pemerintah federal menetapkan jembatan tersebut sebagai "struktural lemah" pada tahun 1990, yang berarti ia harus mengalami inspeksi tahunan. Jembatan akhirnya runtuh pada tahun 2007, membunuh 13 orang, karena kurangnya pemantauan strain gauge berkelanjutan, perbaikan besar, atau penggantian. Berikut adalah aplikasi umum dari strain gauge:

• Pengukuran strain
• Pengukuran stres residual
• Analisis getaran
• Pengukuran tork
• Pengukuran bengkok dan defleksi
• Pengukuran kompresi dan tarikan

Persyaratan bahan strain gauge

Sebuah strain gauge yang baik harus dapat melakukan hal-hal berikut:

• Strain gauge harus berukuran kecil dan ringan.
• Ini harus sangat sensitif terhadap strain.
• Gauge factor dari strain gauge harus tinggi.
• Ini harus mudah dipasang pada spesimen.
• Ini harus memiliki waktu respons yang cepat dan waktu keterlambatan yang sedikit.
• Ini harus dapat membedakan antara strain statis, transient, dan dinamis.
• Ini harus dapat menunjukkan dan mencatat informasi dari jarak jauh.
• Suhu, kelembaban, getaran, dan faktor lingkungan lainnya tidak boleh mempengaruhinya.
• Ini harus terjangkau, andal, dan mudah tersedia dalam berbagai ukuran.

Diagram strain gauge:

Jenis strain gauge

Ada beberapa jenis strain gauge yang tersedia di pasar. Berikut adalah berbagai jenis strain gauge:

• Linear strain gauges
• Membrane Rosette strain gauges
• Double linear strain gauges
• Full bridge strain gauges
• Shear strain gauges
• Half-bridge strain gauges
• Column strain gauges
• 45°-Rosette (3 arah pengukuran)
• 90°-Rosette (2 arah pengukuran).

Berikut adalah beberapa jenis strain gauge lainnya yang mungkin Anda temui:

Semiconductor strain gauges, juga dikenal sebagai piezoresistive, umumnya lebih disukai daripada foil gauge untuk mengukur strain kecil. Gauge factor dari semiconductor gauge biasanya lebih tinggi daripada foil gauge. Semiconductor gauge sering kali lebih mahal, lebih sensitif terhadap suhu, dan lebih rapuh daripada foil gauge.

Strain gauge yang terbuat dari nanoparticle tampaknya menjadi teknik baru yang menjanjikan. Karena impedansi tinggi mereka, sensor resistensi ini dengan area aktif yang terdiri dari kumpulan konduktif nanoparticle, seperti emas atau karbon, memiliki gauge factor yang tinggi, rentang deformasi yang besar, dan konsumsi listrik yang rendah.

Mercury-in-rubber strain gauge digunakan dalam pengukuran biologis, terutama aliran darah dan pembengkakan jaringan. Strain gauge ini terdiri dari sejumlah kecil merkuri cair yang tertutup dalam tabung karet kecil yang dibungkus di sekitar jari kaki atau kaki, misalnya. Saat bagian badan membengkak, itu menyebabkan tabung melebar, menjadikannya lebih panjang dan lebih tipis, meningkatkan resistansi listrik.

Untuk mengukur strain bersama serat optik, fiber optic sensing dapat digunakan. Pengukuran dapat dilakukan pada lokasi acak bersama serat atau pada titik tertentu. Sensor tertanam jenis ini digunakan pada kapal America's Cup 2010 Alinghi 5 dan USA-17.

Strains juga dapat diukur menggunakan teknik optik lainnya seperti electronic speckle pattern interferometry atau digital picture correlation.

Microscale strain gauges sering digunakan dalam MEMS untuk memantau stres yang disebabkan oleh gaya, akselerasi, tekanan, atau suara. Misalnya, MEMS accelerometers sering digunakan untuk mengaktifkan airbag dalam mobil. Integrated optical ring resonators dapat digunakan untuk memantau strain dalam microoptoelectromechanical systems sebagai alternatif untuk piezo-resistant strain gauges (MOEMS).

Sebuah variable capacitor digunakan dalam capacitive strain gauges untuk mendeteksi tingkat deformasi mekanis.

Geotechnical dan civil engineering applications menggunakan vibrating wire strain gauges. Sebuah wire yang bergetar dan tertekan membentuk gauge. Strain dihitung dengan menentukan frekuensi resonansi wire (peningkatan tension meningkatkan frekuensi resonansi).

Geotechnical applications juga menggunakan quartz crystal strain gauges. DART's crucial sensor adalah pressure sensor dengan resonant quartz crystal strain gauge dan bourdon tube force collector. DART mendeteksi gelombang tsunami di kedalaman terdalam laut. Saat memantau tekanan pada kedalaman banyak kilometer, ia memiliki resolusi tekanan sekitar 1 mm air.

Prinsip Kerja

Kerja strain gauge cukup menarik, kurang kompleks dan mudah dipahami. tonton video di bawah untuk memiliki tampilan visual bagaimana strain gauge bekerja.

Kelebihan dan kekurangan strain gauge

Kelebihan:

Berikut adalah manfaat strain gauge dalam berbagai aplikasinya:

• Karena tidak ada bagian yang bergerak, tidak ada aus.
• Strain gauge sangat akurat.
• Ia kompak dan berbiaya rendah.
• Ia memiliki rentang frekuensi yang luas.

Kekurangan:

Meskipun ada kelebihan strain gauge, beberapa keterbatalan masih terjadi. Berikut adalah kekurangan strain gauge dalam berbagai aplikasinya.

• Ia adalah sistem non-linear.
• Ia sangat sensitif terhadap suhu.
• Ia harus dikalibrasi secara berkala.
• Strain gauge harus dipasang secara manual. Memakan waktu dan uang untuk meletakkan mereka di tempat yang tepat. Ini adalah salah satu kekurangan paling serius mereka.

Kesimpulan

Sebuah transducer pasif, seperti strain gauge, mengubah perpindahan mekanis menjadi perubahan dalam resistansi. Ini adalah perangkat tipis seperti wafer yang mengukur strain yang diterapkan dan dapat terhubung ke berbagai bahan dengan perekat yang sesuai. Strain yang mengakibatkan deformasi strain gauge yang terpasang pada struktur saat Struktur mengalami stres. Itu saja untuk artikel ini, di mana definisi, aplikasi, persyaratan, bagian, diagram, jenis, cara kerja, kelebihan, dan kekurangan strain gauge dibahas.

Saya harap Anda banyak belajar dari pembacaan, jika iya, silakan bagikan dengan siswa lain. Terima kasih telah membaca, sampai jumpa!