GERİNİM ÖLÇER (STRAIN GAUGE)
HAZIRLAYAN:
REHA ŞEN Web: http://rehasen.wordpress.com Email: rehasen@yandex.com
2010
Strain Gage (Gerinim ölçer) Nedir ?
Türkçe ye gerinim ölçer olarak çevrilmiştir, gerinim pulu olarakda adlandırılır.Üzerine yapıştırıldığı yüzeyde meydana gelen gerinimi ölçmek için kullanılır çok geniş kullanım alanına sahip olmakla bereber burada sadece kuvvet ve ağırlık ölçme konularından bahsedeceğiz. Alttaki resimde bir loadcell üzerine yapıştırılmış strain gageler görülmektedir.Şekilde ki gibi loadcell e bir kuvvet uygulandığında 1nolu strain gage değişime uğrar, Boyu ΔL ,direnci ise ΔR kadar değişir.
Gerinim algılayıcılarının devrede kullanım
Şekilleri
STRAIN GAUGELER Bir cisim bir kuvvete maruz kaldıgı zaman sekil degisikligi meydana gelir.
Bu uzunluk ölçümünün bir özel hali, uzama oranının, bir baska degisle kuvvetin etkisi altındaki katı cisimlerin boyutlarında olusan küçük degismelerin belirtilmesidir. Gerilim (birim alana düsen kuvvet) ve uzama oranı (boyutlarda olusan küçük degisim) arasında genelde üç boyutu içeren iliski, (özellikle ele alınan malzeme izotropik degilse, yani her yönde aynı özelliklere sahip degilse), karmasıktır. Basit bir gerilim / uzama oranı kavramı, young modülünün belirtilmesi için kullanılır. Bu amaçla üniform bir çubuk boyuna gerdirilir. Young modülü; çubuk kesitinin birim alanına düsen kuvvetin, çubuk boyunda meydana gelen uzama oranına bölünmesiyle; yani gerilim / uzama oranı alarak tanımlanır. Bir ise yaraması için kuvvet ile sekil degisikligi arasındaki iliski nicelendirilmelidir.
Sekil 1 a’ da görüldügü gibi bir çekme kuvveti enine kesiti A ve uzunlugu L olan bir çubuga uygulanmıstır. Bu kuvvet L uzunlugunda bir sekil degisikligi meydana getirir. Boyuna uzama ile beraber enine de bir büzülme olur. Yani kuvvetin etkisinin çubugun enine kesiti boyunca esit olarak dagıldıgı varsayılır. Bunun dogal sonucu olarak, söz konusu kuvvetin etkiledigi alan ne kadar genisse, o kadar az sekil degisikligi meydana gelir. Bu kuvvetin olusturdugu etkiye gerilme adı verilir ve asagıdaki denklemde gösterildigi gibi birim alan basına düsen kuvvet olarak tanımlanır. Gerilme = F/A (1) Gerilme birimi N/m2 olup, basınçla aynı birime sahiptir. Sekil degisikligine strain adı verilmekte ve uzunlukta meydana gelen kesirli degisiklik olarak asagıdaki denklemde tanımlanmaktadırlar. Strain = L/L (2) L ve L uzunluklarının her ikisi de uzunluk boyutu olduklarından, strain boyutsuz bir niteliktir. Bu sebeple, çogu kez boyutsuz birim için “mikrostrain”terimi kullanılır. Örnegin, gerilmeden ileri gelen 4,5.10-5 m’ lik uzunluk degismesi sergileyen 10 metrelik bir çubuk 45 strain birimi sergilemis olmaktadır.
Strain Gauge Tipleri Cisimlerde meydana gelen sekil degisikligini ölçen strain gaugeler degisik prensiplerde üretilirler. Bunlar; 1- Mekanik Strain gaugeler, 2- Optik Strain gaugeler,
3- Elektriksel Strain gaugeler, 4- Akustik Strain gaugeler dir. Bu grupların içerisinde pratikte en çok kullanılan grup elektriksel gruptur. Elektriksel strain gaugelerde kullanma prensiplerine göre kendi içlerinde üç gruba ayrılmaktadırlar. 1- endüktif Strain gaugeler, 2- Kapasitif Strain gaugeler, 3- Rezistif Strain gaugeler. Bunlar, sekil degistirme sonucu, strain gauge elemanının baglı oldugu devrede indüktans, kapasitans ve rezistans degisimi verecek sekilde tasarlanmıslardır. Yüksek sıcaklıklarda (600 C’ a kadar ) ve hassasiyetin önemli oldugu yerlerde kapasitif tip strain gaugeler (Sekil 2.a) kullanılır. Ancak yapısının karmasık olması nedeniyle rezistif tiplere göre daha az kullanım alanına sahiptirler. Bunların dısında nokta civarında degisik dogrultularda birim uzamaları ölçebilmek için aynı türden birden çok strain gauge kullanılarak meydana getirilen strain gaugeler’e rozet strain gauge adı verilmistir. Özellikle delta tipi rozet strain gaugeler (Sekil 2.b) hesap makinesi ve bilgisayarlarda kullanılmaktadır. Strain gauge’lerden beklenen dogrusallık, hassasiyet, düsük maliyet, mikron boyutunda ve noktasal ölçüm yapabilme, uygulama kolaylıgı, dinamik ve statik ölçümlerde kullanılabilirlik gibi parametreler göz önüne alındıgında en uygun strain gauge tipi rezistif tip elektriksel strain gauge’lerdir
Strain gauge’ler yapıldıgı direnç telinin kesitine göre de ikiye ayrılırlar. Bunlar; - Dairesel Kesitli (Tel tipi) Strain gaugeler, - Yaprak Tipi Strain gaugeler’dir.
Sekil 3. Tel Strain Gauge, Yaprak Strain Gauge
Son yıllarda üretici firmalar genellikle yaprak tipi strain gaugeler üretmektedirler. :nce yalıtkan bir malzeme üzerine ~ 0,0025 mm. kalınlıgında kaplama yapılır. Genellikle kimyasal yöntemlerle ızgara sekli verilir. Yaprak tipi strain gaugelerin tel tipi strain gaugelere olan üstünlükleri asagıdaki gibi sıralanabilir. a. Tespiti ( uygulaması ) kolaydır. b. Daha büyük akım geçmesine müsaade eder.
c. Aynı karakteristige sahip tel strain gaugelere oranla (G) Gauge faktörü % 5 – 10 daha büyüktür. d. Kesit alanının yüzey alanına oranı daha büyük oldugundan iyi bir ısı dagılımı saglanır.
Strain Gauge Seçimi Degisik uygulamalarda, degisik amaçlarda kullanılmak üzere çok çesitli tip ve boyutlarda strain gaugeler üretilir. Ölçümü yapılacak her problemin kendi özel sartlarına uygun strain gaugenin seçilmesi gerekir. Strain gauge seçimi yapılırken su noktalar dikkate alınmalıdır: Basit ölçümlerde ve asal dogrultuların bilindigi, (hangi dogrultuda ölçme yapılacagı bilinen) ölçümlerde klasik tip basit strain gaugeler kullanılır. Strain gauge’in büyüklügü, ölçümü yapılacak cismin büyüklügüne ve sekil degistirme gradyanına baglı olarak seçilir. Gerilme sekil degistirme noktadan noktaya büyük ölçüde degisiyorsa, bu durumda mümkün oldugu kadar küçük boyutlarda strain gauge seçilir. Eger gerilme ve sekil degistirme oranı karmasık ise, cismin geometrisine ve kuvvet sistemine baglı olarak birden fazla strain gauge elemanının olusturdugu rozet adı verilen elemanlar kullanılır. Strain gauge malzemesi, taban malzemesi ve yapıstırıcı ölçüm yapılan cismin ve çevrenin sıcaklıgına uygun olarak seçilmelidir. Uzun süreli ölçümlerde ve bilhassa dinamik kuvvetlerin uygulandıgı problemlerde taban malzemesinin ve yapıstırıcının yıpranma ömrüne uygun seçilmesi gerekir. Taban malzemesi ve yapıstırıcı malzemesi kimyasal reaksiyonlara karsı uygun seçilmelidir. Strain gauge telinin termal genlesme katsayısı ile ölçüm yapılan cismin termal genlesme katsayısı birbirine uygun seçilmelidir. Ancak yarım köprü veya tam köprü ile sıcaklık kompanzasyonu saglanıyorsa bu nokta pek önemli degildir. Ölçüm sartlarına uygun en ucuz strain gauge seçilmelidir . Strain gauge üreten firmalar strain gauge’in tip ve büyüklügünü tanımlayan kod numaraları kullanırlar. Bu kod numaralarında her harf ve sayı bir özelligi tanımlar. Örnegin; EA – 06 250 BF – 350 Optıon LE 123456 Kod numarasında, 1. Strain gauge serisi E: Taban malzemesi (E-Poliamid ) A: Metal tel alasımı (A-Konstantan) 2. Termal kompanzasyonla ilgili katsayı (Self Temperature Compensation STC) (ppm/F) 3. Gauge uzunlugu (1/1000 inch) 4. Gauge sekli (Tek ızgaralı , eksensiz) 5. Direnç (ohm) 6. Özel kosul bilgileri (Sıcaklık sınırı , sarmal alan genisligi) tanımlanır.
Terminal Seçimi Ölçüm esnasında veya daha sonra baglantı kabloların hareketi ve zorlanması sonucu strain gauge’nin uçlarından kopmaması için starin gauge uçları önce terminal adı verilen ve hemen strain gauge’in yanına yapıstırılan elemana lehimlenir. Baglantı kabloları daha sonra terminalin diger uçlarına lehimlenir. Bu sekilde kablolara gelen zorlamalar strain gauge tellerine zarar vermezler. Sekil 4. Strain Gauge Terminal Baglantısı
STRAIN GAUGE’DEKİ DiRENÇ DEGİSİMİNİN WHEASTONE KÖPRÜSÜ İLE GERİLME
DÖNÜSTÜRÜLMESİ Strain gaugelerde ölçme yaparken iki tip elektrik devresinden biri kullanılır. Bunlar, 1-) Wheastone köprüsü 2-) Potansiyometre devresi Küçük direnç degisimlerini ölçmek için genellikle Wheastone köprüsü kullanılır. Bu köprü devresi DC enerji ile beslenebilir. Ancak kHz düzeyindeki frekanslarda AC kullanımı da yaygındır. Sekil 5. Wheastone Köprü Devresi En genel haliyle Wheastone köprü devresi’ne ait çıkıs gerilimi Vo asagıdaki gibi olur.
SONUÇ Cisimlere uygulanan kuvvetin cisimlerde olusturdugu degisiklik, kuvvetin büyüklügü, sekli, cinsi gibi kriterlere baglı oldugu gibi; kuvvete maruz kalan cismin yapısı, özellikleri gibi durumlara da baglıdır. Meydana gelen bu degisiklik strain gaugeler aracılıgıyla ölçülebilir. Cismin üzerindeki strain gaugelerin Wheastone köprü devresine irtibatlandırılmasıyla meydana gelen degisiklik elektriksel bir büyüklüge dönüstürülebilir. Strain gaugeler, agırlık ve kuvvet ölçümü, moment (tork), basınç, basküller,
islem kontrol sistemleri, tek raylı tartma, bantlı tartıcılar, bagaj ölçümleri ve mekanik bir büyüklügü elektriki büyüklüge dönüstürmeyi de içerecek sekilde bir çok kullanım alanına sahiptirler. YÜKSELTEÇ HATTINDAKI GERINIM OLCER ÖRNEĞİ
ÖZELLİKLERİ 1 numaralı kanal: Tipi: Maks.voltaj kaynağı: Maks.rms yuk akımı: Yaklasık olarak fiyatı:
sinyal çıkışı ayarlanabilir voltaj tipi 32vdc 50mA 29M9217 800€
Yararlandığım Kaynaklar: İnternet adresleri 1-www.wikipedia.com/tr 2- www.tr.farnell.com 3-www.320volt.com 4-www.elektrotekno.com 5-www.volkanonline.com 6-www.kabloturksen.com 7-www.emarelektronik.com.tr 8-www.kontrolkalemi.com 9-www.baskent.edu.tr 10-www.odtu.edu.tr 11-www.bekiroglu.net 12-www.elektroforum.org 13-www.emo.org.tr 14-www.genclerelektronik.com 15-www.gunessistemleri.com 16-www.industrystock.com.tr 17-www.unienerji.com 18-www.yukhucreleri.com 19-www.ieee.org.tr 20-www.puls.com.tr
Dökümanlar Dr. Vatan TUĞAL, Yrd. Doç. Dr. İ.Cengiz Koçum, Ögr.Gör.Hayrettin GÖKOZAN, Emo, Megep,
GÜNEŞ PİLLERİ VE ÖZELLİKLERİ.pdf ısılçift.pdf STRAIN GAUGELER VE UYGULAMALARI termokupl.pdf SENSÖRLER VE TRANSDÜSERLER.pdf