TARİHİ
1843 Yılında, İngiliz fizikçisi Charles Wheatstone malzemelerin elektrik dirençlerinin ölçülmesi için, bir köprü devresi buldu . Bu köprü devresi malzemedeki çok küçük direnç değişimlerini ölçebilecek hassasiyetteydi.
1856 Yılında Lord Kelvin yaptığı deneylerde, bakır ve çelik tellere bir gerilme uygulandığında tellerin direncinin değiştiğini gördü. Ayrıca aynı gerilme koşulları altında demirin direncinin bakırın direncine göre daha fazla değiştiğini gördü. Kelvin daha sonra Wheatstone Köprüsü deneyi yardımıyla bu direnç değişmelerini ölçtü ve şu üç önemli sonuca vardı:
- Teldeki direnç değişmesi, teldeki yer değiştirmenin bir fonksiyonudur.
- Değişik malzemeler için bu fonksiyon değişiktir.
- Wheatstone Köprüsü yöntemiyle çok küçük dirençlerin ölçümlerini yapmak mümkündür.
Daha sonra 1938 yılında CIT‘den Simmons ve MIT’ten Rage adlı fizikçiler STRAIN-GAGE yöntemini ayrı ayrı birbirlerinden habersiz olarak bugünkü ölçme şeklini geliştirmişlerdir. Bu nedenle ilk modern SG rozeti tipleri adlarının ilk harfleriyle (SR) simgelendirilmiştir.
GERİLİM TANIMI
Dış kuvvete maruz kalma bir parça, gerilim ve gerinim altındadır. Gerilim direkt ölçülemez. Fakat etkisi ölçülebilir ve gerilim ile gerinim arasındaki ilişki bilinirse gerilme hesaplanabilir.
Gerinim’in tanımını iyice anlamak için şekildeki gibi homojen bir çubuk (L) boyunda olsun ve bir (P) kuvvetiyle çekilsin ya da basma etkisinde kalsın. Çubuk eksen boyunca uzar veya kısalır. Bu uzunluk değişimi (ΔL) doğrusal yayılımlıdır ve verilen P yükü için (ΔL) yayılımı çubuk uzunluğu (L) na bağlıdır. İşte gerinim her iki halde, birim uzunluk başına yayılmadır.
Gerinim-Strain= ΔL/L
ÇAPRAZ-YANAL GERINIM (POISSON ORANI)
Çapraz gerinim, yükün uygulandığı eksen dik yönde meydana gelen azalma veya artıştır. Aynı tarzda hesaplanır. Çapraz gerinim’in direkt gerinime oranı POISSON oranı olarak bilinir.
Doğrudan gerilme altındaki elastik malzemelerde E elastisite modülü;
E = Gerilme (σ)/ Strain (ε)
σ = E. ε dur.
Gauge fak.=(∆R/R)/Strain
STRAİN GAUGE YAPISI VE KULLANIMI
Özel bir teknikle imali hazırlanan çok ince bir tel, şekilde görüldüğü gibi ince plastik yaprak üzerine yerleştirilir. Aynı plastik malzeme ile örtülür. Gerekli yerlerdeki sağlamlaştırma bandları ve bağlantı kolları yapıştırılarak bir strain gauge yapılmış olur.
Metal Tel Bağlı Strain gauge Yapısı:
- Substrate ( Alt tabaka)
- Strain-sensitive wire (Gerilmeye hasas kablo)
- Leads (Kablo)
- Protective film (Koruma Filmi)
- Measured surface (Ölçülen yüzey)
İdeal bir strain gaugete sadece uzamaya bağlı olarak direncin değişimi istenmektedir fakat , gerçek şartlarda direnç değişimi sadece uzunluğa bağlı olmayıp sıcaklık, metarial özellikleri , kullanılan yapıştırıcı gibi etkenlerde bunu etkilemektedir.
Gauge fak.=(∆R/R)/Strain
İDEAL STRAİN GAUGE NASIL OLMALIDIR
- Boyutları son derece küçük olmalı.
- Çok küçük bir kütleye sahip olmalı.
- Ölçüm yapılacak parçanın üstüne kolaylıkla yapıştırılabilmeli.
- Deformasyonlara karşı yüksek duyarlıklı olmalı.
- Sıcaklık ve nem gibi çevre koşullarından fazla etkilenmemeli
- Dinamik ve statik deformasyonlarda ölçüm yapmaya yeterli olmalı.
- Uzaktan ölçme yapılabilmeli (hareketli parçalar için).
- Ucuz olmalı.
- Çok küçük bir ölçü boyunu karakterize edebilmeli.
- Uzun süre kullanılabilme imkanı olmalı.
- Eski şekline kolaylıkla dönebilmeli (esnek olmalı).
Seçim yapılırken dikkat edilmesi gerekenler
- Gauge’in k-faktörü ve tipi
- Ölçüm yapılacak yerin sıcaklığı ve gauge’nin bu sıcaklığa dayanımı
- Ölçüm yerindeki yükler ve bu yerin bu yüklere dayanıklılığı
- Strain gauge’nin enine genleşme ve süneklilik sınırı
- Strain gauge’in birlikte kullanılacak ölçü aletleri ve bunların birbirine uygunluğu
STRAİN GAUGE ÖLÇÜM TEORİSİ
Strain gaugelerde hesaplamalar Wheatstone köprüsü yardımı ile yapılır.Aşağıdaki şekilde denge halindeki Wheatstone köprüsü gösterilmiştir.Bu durumda AC uçları arasında ölçüm yapan
galvonometre ibresi sıfırı göstermektedir.Şekilde B noktasındaki akım dalgalanması KIRCHOF yasaları ile açıklanabilir.AC arasındaki potansiyel fark sıfır olacağından ;
Denklemleri taraf tarafa oranlarsak
Burda R1 strain gauge direncidir ve deformasyon ile birlikte dirençte değişim meydana gelir. R4/R3 oranına bağlı olarak , R2’den R1’deki değişimi bulabiliriz.
Parça şekil değişimine uğradıktan sonra galvonometre sıfırlanarak R1’deki değişim saptanabilir. R1’deki değişim ile uzama arasında genellikle bir oran vardır. Bu oran genellikle 2’dir.
Şekilde gösterilen sistemde strain gauge sadece bir tanedir, diğer dirençler ölçme aletinin üzerinde bulunmakradır. Bu tür devlere çeyrek köprü devreleri denmektedir. Eğer köprü üzerinde dirençlerin hepsi parça üzerinde yapışmış ise bu tip devrelere tam köprü devreleri denmektedir.
