Strain Gage là gì?
Strain gage (hay còn có tên gọi khác là Strain gauge) là một cảm biến đo độ căng. Lord Kelvin đã phát hiện ra từ nhiều thế kỷ trước rằng điện trở của một sợi dây thay đổi khi nó bị kéo căng hoặc bị nén. Thiết bị đo biến dạng ngày nay chỉ đơn giản là một dây dẫn điện được sắp xếp theo hình zíc zắc và được gắn vào một lá kim loại dẻo.
Thiết bị đo được gắn (dán) trực tiếp vào đối tượng được thử nghiệm. Khi đối tượng đo bị uốn cong, nó tạo ra sự thay đổi điện trở trong cảm biến tỷ lệ với sự biến dạng. Mỗi thiết bị đo biến dạng chỉ cảm nhận được sự biến dạng theo một hướng, do đó, có thể sử dụng nhiều cảm biến gắn vào một đối tượng đo, mỗi cảm biến được gắn theo các hướng chuyển động khác nhau của đối tượng đo nhằm ghi lại sự uốn cong theo nhiều hướng của đối tượng đo đó.
Tín hiệu đầu ra của thiết bị đo biến dạng được chuyển đến một bộ điều hòa tín hiệu chuyên dụng, cung cấp các điều khiển để “cân bằng” cảm biến trước mỗi thử nghiệm và khuếch đại đầu ra điện áp nhỏ của cảm biến lên một đầu ra phù hợp hơn để số hóa. Hệ thống DAQ sẽ số hóa tín hiệu sau khi được điều hòa và sau đó hiển thị. lưu trữ kết quả đo.
Các hệ thống DAQ được thiết kế để thu thập tín hiệu đo biến dạng thường có ít nhất 8 kênh và đôi khi lên đến hàng trăm kênh trong các ứng dụng thử nghiệm quy mô lớn. Thông tin thêm về điều đó ở phần sau của bài viết này.
Ứng dụng Strain gage trong công nghiệp
Hệ thống cân:
Kiểm tra các bộ phận quay:
Thử nghiệm tuabin gió:
Kiểm tra các thành phần quan trọng:
Thử nghiệm hệ thống nhà máy:
Ứng dụng trong hàng không vũ trụ
Máy bay phải được làm cho an toàn nhất có thể. Kiểm tra nghiêm ngặt được yêu cầu trong quá trình phát triển và chứng nhận. Máy bay cũng được kiểm tra định kỳ để đảm bảo rằng chúng ổn định về mặt cấu trúc.
Mọi người nghĩ đến động cơ đầu tiên khi nói đến an toàn bay, nhưng có rất nhiều thành phần khác cũng phải hoạt động hoàn hảo, ngày này qua ngày khác. Chúng bao gồm các bề mặt điều khiển như cánh tà cho phép phi công lái máy bay theo ba chiều và cơ cấu truyền động điều khiển những thứ như thiết bị hạ cánh.
Mọi kết cấu chịu lực trên máy bay phải được kiểm tra ứng suất và biến dạng, bao gồm:
Ứng dụng trong lĩnh vực ô tô
Mỗi loại xe đều trải qua quá trình thử nghiệm rộng rãi trong quá trình phát triển. Điều này bao gồm ô tô, xe tải, xe buýt và xe máy.
Ứng dụng trong đường sắt
Giám sát đường sắt
Không chỉ đoàn tàu phải được kiểm tra, mà bản thân các đường ray cũng cần phải kiểm tra vì chúng phải chịu lực nặng khi đoàn tàu nặng chạy qua với tốc độ cao. Bên cạnh đó là tình hình địa chất tại khu vực đó và ảnh hưởng bởi quỹ đạo quay của trái đất.
Hậu quả của việc một đoàn tàu chở đầy hành khách va phải một đoạn đường ray bị hư hỏng hoặc lệch hướng sẽ rất tàn khốc. Đường ray xe lửa được xây dựng theo từng đoạn, với những khoảng trống được gọi là “khe co giãn”. Những khoảng trống này cho phép mở rộng và co lại đường ray trong một phạm vi nhiệt độ môi trường. Cảm biến nhiệt và biến dạng thường được gắn trên các khe co giãn này và được kết nối với hệ thống cảnh báo để cảnh báo cho người điều khiển tàu nếu một đoạn đường có điều kiện khắc nghiệt.
Ứng dụng Strain gage trong hàng hải
Cho dù đó là một chiếc thuyền nhỏ trên hồ hay một tàu sân bay với 5000 thủy thủ trên tàu, nó đều phải được thử nghiệm.
Thử nghiệm độ căng và ứng suất của thân tàu ngầm – hãy tưởng tượng áp lực mà thân tàu phải chịu ở độ sâu ngày càng tăng. Thuyền và vỏ tàu cũng cần được thử nghiệm để đảm bảo rằng chúng có thể chịu được áp lực khi va chạm qua sóng và vẫn giữ được kết cấu vững chắc.
Cánh quạt cũng được kiểm tra, cũng như đo ứng suất, biến dạng và mô-men xoắn trên trục truyền động và các bộ phận quay khác trong hệ thống đẩy.
Ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng
Hầu hết các công trình xây dựng dân dụng được thiết kế để có tuổi thọ 100 năm. Nhưng điều này đòi hỏi phải kiểm tra thường xuyên vì hầu hết các hỏng hóc xảy ra trong những năm cuối của tuổi thọ của cấu trúc. Ngày nay, nhiều cấu trúc đang được tích hợp các thiết bị đo biến dạng và các cảm biến khác vào bên trong ngay từ ban đầu.
Thiết bị đo lực căng có thể được áp dụng trên mặt ngoài của tường và móng bê tông. Nhưng chúng cũng có thể được nhúng vào bên trong các cấu trúc này, và các dây dẫn được đưa ra ngoài thông qua các ống đặc biệt. Trong trường hợp này, các biến dạng bên trong bê tông có thể được theo dõi trong thời gian thực bằng cách kết nối hệ thống DAQ bên ngoài.
Các phép đo biến dạng, ứng suất, tải trọng và lực thường được thực hiện trên các kết cấu chịu tải trọng quan trọng, bao gồm:
Ứng dụng trong y tế
Có rất nhiều ứng dụng đo Strain gague trong ngành y tế và chăm sóc sức khỏe. Ví dụ:
