Ứng dụng của Strain Gage

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:

• Hệ thống cân xe tải trên đường cao tốc
• Hệ thống cân trong môi trường sản xuất
• Máy nghiền sử dụng thiết bị đo lực căng để phát hiện ứng suất tăng đột ngột và tắt máy nếu máy bị kẹt trước khi máy bị hỏng
• Các mặt hàng có trọng lượng giống hệt nhau như đinh vít, đinh tán, v.v., thường được tính theo trọng lượng của chúng. Chúng được đưa vào một phễu để cân và chia trọng lượng tổng thể cho trọng lượng của mỗi đơn vị để tính toán số lượng.

Kiểm tra các bộ phận quay:

• Các phép đo mô-men xoắn và công suất trên các loại trục truyền động, trong các nhà máy điện, nhà máy lọc dầu, quạt, tuabin, v.v.

Thử nghiệm tuabin gió:

• Đo ứng suất trên cánh tuabin gió, vỏ động cơ và bản thân tháp.
• Thử nghiệm đo mô-men xoắn trên trục và thiết bị quay khác

Kiểm tra các thành phần quan trọng:

• Thiết bị đo biến dạng rất nhỏ được sử dụng để đo ứng suất trên bảng mạch in
• Kiểm tra ứng suất dư trên các bộ phận đúc và hàn
• Thiết bị đo độ căng được sử dụng để kiểm tra các van quan trọng trong nhà máy điện hạt nhân

Thử nghiệm hệ thống nhà máy:

• Giám sát hệ thống băng tải và đường ray băng tải.
• Kiểm tra lực căng phù hợp trong các nhà máy giấy là rất quan trọng đối với sản xuất giấy và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và tổn thất sản xuất
• Máy ép in sử dụng hệ thống đo lực căng để đảm bảo căn chỉnh giấy

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:

• Cánh – giống như các tòa nhà cao tầng và cầu có nghĩa là uốn cong khi chịu tác động của ngoại lực, cánh máy bay cũng được thiết kế để uốn cong. Thử nghiệm đo độ căng đảm bảo rằng độ uốn của cánh nằm trong các thông số kỹ thuật cho phép.
• Ứng suất và biến dạng thân do cả lực cơ học và sự thay đổi áp suất bên ngoài và bên trong.
• Các cấu trúc quan trọng như giá đỡ động cơ được kiểm tra để đảm bảo chống lại các hư hỏng nghiêm trọng.
• Các phép đo mô-men xoắn và công suất trên các bộ phận quay / quay như quạt, tua-bin, v.v.
• Thử nghiệm các thiết bị truyền động như cánh tà, thiết bị hạ cánh, v.v.

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.

• Các tấm ở đầu xe thường được thiết kế với hàng chục thiết bị đo lực căng. Điều này cho phép các kỹ sư theo dõi tình trạng của các tấm này trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau ở nhiều tốc độ khác nhau và trên các bề mặt đường khác nhau.
• Hệ thống treo chịu tải động và tải tĩnh liên tục trong quá trình vận hành của xe và được kiểm tra để đảm bảo rằng chúng đang chịu những tải trọng này theo tiêu chí thiết kế của chúng
• Kiểm tra vùng đệm và vùng xung quanh trong các bài kiểm tra va chạm liên quan đến thiết bị đo lực căng, ngoài cảm biến đo gia tốc và máy ảnh tốc độ cao
• Các phép đo mô-men xoắn và công suất trên trục truyền động
• Thiết bị đo lực căng được sử dụng trên ghế hành khách để xác định xem ghế có người ngồi hay không. Điều này xác định xem liệu các túi khí ở ghế này có nên bung ra trong trường hợp xảy ra tai nạn hay không. Chúng cũng có thể được sử dụng để điều chỉnh tốc độ bung túi khí trong trường hợp trẻ em ngồi trên ghế.

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.

• Vỏ tàu và các kết cấu chịu tải phải được thử nghiệm để đảm bảo độ cứng thích hợp và khả năng chịu ứng suất cần thiết
• Các phép đo mô-men xoắn và công suất trên trục truyền động và cánh quạt

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:

• Các tòa nhà, đặc biệt là các tòa nhà công cộng, bệnh viện, các tòa nhà chọc trời, v.v.
• Đường bộ, đặc biệt là những tuyến giao thông cao, đường cao tốc, v.v.
• Cầu – dầm thép, móng bê tông, cáp và khung kèo phải được thử nghiệm định kỳ. Thử tải động được thực hiện với các phương tiện sử dụng cầu. Các phần tử chuyển động (chẳng hạn như cầu kéo) được kiểm tra ứng suất và biến dạng trong quá trình nâng và hạ.
• Cầu vượt và lối đi bộ
• Đập – hãy tưởng tượng những áp lực khổng lồ mà chúng được thiết kế để chịu đựng, về cơ bản là mãi mãi. Cũng hãy tưởng tượng những hậu quả khủng khiếp nếu một con đập bị vỡ.
• Các giàn khoan dầu trên biển
• Kiểm tra đá rơi – lưới thép được sử dụng dọc theo đường núi để bảo vệ khỏi đá rơi xuống, đe dọa người lái xe và con đường. Thiết bị đo biến dạng được sử dụng để kiểm tra các lưới thép này về khả năng chịu tải của chúng.
• Kiểm tra ứng suất dư trên kết cấu và vật liệu

Ứng dụng trong y tế

Có rất nhiều ứng dụng đo Strain gague trong ngành y tế và chăm sóc sức khỏe. Ví dụ:

• Chúng thường được sử dụng trong các dụng cụ y tế như máy lọc thận và máy bơm ống tiêm để giúp theo dõi tốc độ dòng chảy của chất lỏng.
• Sử dụng trong các hệ thống cân bệnh nhân và nâng bệnh nhân.
• Strain gague không dây có thể được tìm thấy trong máy quét CT và máy chụp nhũ ảnh.
• Hệ thống định vị bệnh nhân được sử dụng trong quá trình điều trị bức xạ
• Trong các ứng dụng vật lý trị liệu, cảm biến lực dựa trên strain gague được sử dụng để đo lực lên các khớp (vai, hông, đầu gối, v.v.).