Apa itu Pengukur Regangan (Strain Gauge): Prinsip Kerja dan Aplikasinya

Pengukur regangan atau Strain gauge ditemukan oleh Edward E. Simmons dan Arthur C. Ruge, pada tahun 1938. Penemuan ini mengarah pada pengukuran jumlah regangan yang signifikan pada berbagai struktur. Ini adalah jenis sensor yang digunakan dalam berbagai aplikasi untuk mengukur regangan suatu benda.

Strain gauge adalah alat geoteknik penting yang menentukan regangan dalam berbagai struktur seperti terowongan, rongga bawah tanah, bangunan, jembatan, beton, bendungan batu, embedment dalam tanah / beton, dll. Berikut semua yang dapat diketahui pembaca tentang Strain gauge termasuk prinsip kerja, karakteristik, dan aplikasi.

Apa itu Pengukur regangan (Strain Gauge)?

Definisi: Pengukur regangan atau Strain gauge adalah salah satu perangkat penting yang digunakan di bidang rekayasa geoteknik untuk mengukur regangan pada struktur yang beragam. Dengan menerapkan gaya eksternal, akan ada perubahan resistansi pengukur regangan.

Konstruksi dasar suatu pengukur memiliki penyekat fleksibel yang mendukung struktur lembaran logam. Kumparan logam ini direkatkan ke penyangga tipis yang disebut pembawa, dan seluruh pengaturan dipasang ke objek menggunakan perekat yang sesuai.

Karena benda berubah bentuk karena gaya, tekanan, berat, tegangan, dll., Hambatan atau resistansi listrik foil berubah. Sebuah jembatan Wheatstone mengukur perubahan resistivitas, yang terkait dengan ketegangan melalui kuantitas dikenal sebagai Gauge Factor.

Perubahan kecil dalam resistansi pengukur diukur dengan menggunakan konsep jembatan Wheatstone. Gambar di bawah mengilustrasikan jembatan Wheatstone umum, yang memiliki empat lengan resistif dan tegangan eksitasi, V EX.

Jembatan Wheatstone memiliki dua rangkaian pembagi tegangan paralel. R1 dan R2 membentuk rangkaian pembagi tegangan satu, R3 dan R4 membentuk rangkaian pembagi tegangan kedua. Tegangan output VO diberikan oleh:

Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * VEX

Jika R1/R2 = R4/R3, maka tegangan keluarannya adalah nol dan jembatan dikatakan seimbang.

Perubahan kecil dalam resistansi menyebabkan tegangan keluaran bukan nol. Jika 'R4' diganti dengan pengukur regangan dan setiap perubahan resistansi pengukur regangan akan menyebabkan ketidakseimbangan jembatan dan menghasilkan tegangan bukan nol.

Faktor Pengukur Strain Gauge

Faktor pengukur GF diberikan sebagai

GF = (∆R⁄RG)/∈

Dimana,

ΔR adalah perubahan resistansi akibat regangan
RG adalah resistansi dari pengukur yang tidak berbentuk
ε adalah regangannya

Faktor pengukur dari foil logam umum adalah sekitar 2. Tegangan sensor keluaran SV dari jembatan Wheatstone diberikan oleh,

SV = EV (GF.∈)/4

Dimana EV adalah tegangan eksitasi jembatan

Cara Kerja Pengukur Regangan atau Strain Gauge

Fungsi pengukur regangan sepenuhnya tergantung pada resistivitas listrik suatu benda / konduktor. Ketika sebuah benda diregangkan dalam batas elastisitasnya dan tidak pecah atau tertekuk secara permanen, benda itu menjadi lebih tipis dan lebih panjang, sehingga menimbulkan resistansi listrik yang tinggi.

Jika suatu benda dikompresi dan tidak berubah bentuk, tetapi, melebar dan memendek, mengakibatkan penurunan resistansi listrik. Nilai yang diperoleh setelah mengukur resistansti atau hambatan listrik suatu alat pengukur membantu untuk memahami jumlah stres yang ditimbulkan.

Tegangan eksitasi diterapkan pada terminal input jaringan pengukur, kemudian output dibaca di terminal output. Biasanya, ini terhubung ke beban dan cenderung tetap stabil untuk waktu yang lebih lama, terkadang puluhan tahun.

Lem yang digunakan untuk pengukur bergantung pada durasi sistem pengukuran - lem super (cyanoacrylate) cocok untuk pengukuran jangka pendek dan lem epoksi untuk pengukuran jangka panjang.

Prinsip Kerja Pengukur Regangan atau Strain Gauge

Seperti yang kita ketahui bahwa resistansi secara langsung bergantung pada panjang dan luas penampang konduktor, yang diberikan oleh R = L/A

Dimana,

R = Resistansi
L = Panjang
A = luas penampang

Jelas, panjang konduktor diubah dengan perubahan ukuran dan bentuk konduktor, akhirnya, mengubah luas penampang dan resistansi.

Setiap pengukur normal memiliki strip konduktif yang panjang dan tipis, ditempatkan secara zig-zag dengan garis sejajar. Tujuan dari penyelarasan zig-zag ini adalah untuk menguraikan sejumlah kecil tegangan yang terjadi antara garis sejajar dengan sangat akurat. Tegangan diartikan sebagai gaya tahan suatu benda.

Pengukur Regangan berbentuk Mawar

Dua atau lebih pengukur yang diposisikan dekat dalam struktur seperti mawar atau roset untuk mengukur jumlah komponen untuk mengevaluasi regangan yang tepat pada permukaan yang dikenal sebagai strain gauge rosettes. Ilustrasinya ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Pengukur Regangan Sel Beban

Sel beban ini paling sering ditemukan dalam aplikasi industri. Ini sangat tepat dan ekonomis. Pada dasarnya, sel beban terdiri dari benda logam tempat pengukur regangan dipasang. Agar bodi logam kokoh dan kurang elastis, campuran baja, aluminium, atau baja tahan karat digunakan untuk desain.

Ketika gaya eksternal diterapkan pada sel beban, sel beban sedikit berubah bentuk, dan jika tidak kelebihan beban, ia kembali ke bentuk aslinya.

Jika sel beban berubah bentuk, pengukur berubah bentuk, menyebabkan perubahan resistansi listrik pengukur, yang pada gilirannya mengukur tegangan.

Ada jenis umum dari sel beban pengukur regangan, yang meliputi balok lentur, penekuk, sel beban balok geser titik tunggal, balok geser ujung ganda, klem tali kawat, dan sebagainya.

Karakteristik Strain Gauges

Karakteristik penting dari pengukur regangan adalah:

Ini sesuai untuk waktu yang lebih lama dengan tindakan pencegahan tertentu
Mereka memberikan nilai yang tepat dengan perubahan suhu dan faktor lainnya
Ini mudah dibuat karena komponennya sederhana
Mereka mudah dirawat dan memiliki masa pengoperasian yang lama
Ini benar-benar dikemas untuk melindungi dari kerusakan seperti penanganan dan pemasangan

Aplikasi Strain Gauge

Fitur luar biasa memungkinkan pengukur regangan ini digunakan di bidang rekayasa geoteknik untuk memantau struktur seperti bendungan, terowongan, dll. Secara konstan dan untuk menghindari kecelakaan jauh sebelumnya. Beberapa aplikasi pengukur regangan meliputi -

Pemantauan rel
Jembatan kabel
Dirgantara
Pembangkit listrik tenaga nuklir

Pertanyaan

1). Apa sensitivitas strain gauge?

Tegangan aliran berbeda sehubungan dengan laju regangan. Juga, tingkat regangan bergantung pada ukuran butir suatu benda atau bahan kerja. Ini didefinisikan sebagai rasio perubahan tegangan aliran terhadap perubahan regangan.

2). Apa satuan regangan?

Ketegangan adalah besaran tak berdimensi. Namun, laju regangan adalah kebalikan dari waktu dan satuan SI adalah kebalikan dari detik (s-1).

3). Bagaimana cara memilih pengukur regangan (strain gauge)?

Ini dipilih berdasarkan jenis aplikasi dan elemen terkait lainnya. Seperti -

Berdasarkan panjang dan tahanan pengukur
Berdasarkan biaya hemat tenaga kerja
Berdasarkan material dan lingkungan pengukuran

4). Mengapa jembatan Wheatstone digunakan untuk strain gauge?

Jembatan Wheatstone mampu mengukur tegangan keluaran dalam satuan milivolt. Untuk pengukur regangan terikat, perubahan resistansi dapat diukur saat dihubungkan ke rangkaian listrik (jembatan Wheatstone) yang mengukur perubahan kecil resistansi.

Ketika tegangan keluaran pada jembatan Wheatstone menjadi bukan nol, rangkaian kehilangan keseimbangan dan membantu menentukan regangan pada objek.

5). Bagaimana Anda memasang strain gauge?

Berikut langkah-langkah memasang pengukur regangan

Dengan demikian, deskripsi ekstensif tentang pengukur regangan atau strain gauge, prinsip kerja, faktor pengukur, karakteristik, dan aplikasi disediakan dalam artikel ini. Selain itu, korelasi citra digital (DIC) merupakan teknik yang digunakan saat ini untuk mengukur regangan.

Pengukur regangan digunakan di banyak digunakan dalam industri karena akurasi dan sebagai pengganti jenis sensor konvensional seperti akselerometer, pot tali, LVDT, dan banyak lagi.

INFO ELEKTRO