کرنش سنج

کرنش سنج چیست

روزانه مدل های جديدي از هواپيما، اتومبيل و يا قطار ساخته مي‌شود. آنها به گونه‌اي طراحي مي‌شوند که سبک‌تر بوده و بتوانند به سرعت‌هاي بالاتر و مصرف سوخت پايين‌تر دست يابند. طراحي سبک‌تر و کارآمدتر با انتخاب مواد سبک‌تر و ساخت اجزاي نازک‌تر و با حجم کمتر امکان پذير است. اما در صورتي که استحکام قطعات به اندازه کافي نباشد، ايمني و سلامت آنها به خطر مي‌افتد. و اگر فقط به استحکام محصولات توجه شود، وزن آنها افزايش يافته و از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نيست. بنابراين هماهنگي ميان ايمني و اقتصاد يک فاکتور مهم در بخش طراحي است.

براي طراحي يک قطعه در حالي که هماهنگي ميان ايمني و اقتصاد برآورده شود بايد تنش اعمالي به آن را بدست آورد. در حال حاضر با توجه به سطح تکنولوژي موجود اندازه‌گيري مقدار تنش به صورت مستقيم وجود ندارد. بنابراين مقدار کرنش روي سطح قطعه به منظور مشخص کردن مقدار تنش داخلي قطعه اندازه‌گيري مي‌شود. کرنش سنج‌ها از المان‌هاي مورد استفاده در اندازه‌گيري کرنش سطح قطعه هستند.

محاسبه تئوری کرنش

تنش نيرويي است که توسط جسم براي پاسخ دادن به نيروي اعمالي خارجي (P) به وجود مي‌آيد. همانطور که در شکل زير مشاهده مي‌شود اگر جسمي در معرض يک نيروي خارجي از بالا قرار گيرد، آن جسم يک نيروي داخلي ايجاد مي‌کند تا شکل اصلي خود را حفظ کرده و نيروي خارجي را دفع کند. اين نيروي مقابله کننده با نيروي خارجي را نيروي داخلي ناميده و از تقسيم کردن اين نيرو بر مساحت سطح مقطع جسم، تنش بدست مي‌آيد.

تنش به وجود آمده در جسم براي مقابله با نيروي خارجی

از آنجايي که جهت نيروي خارجي عمود بر سطح مقطع جسم است، تنش به وجود آمده تنش عمودي ناميده مي‌شود.

وقتي يک ميله تحت کشش قرار مي‌گيرد، طول آن به اندازه ?L زياد مي‌شود. نسبت اين تعيير طول به طول اوليه ميله (L) را کرنش مي‌نامند و با ? نشان مي‌دهند.

کرنش به وجود آمده در جسم به واسطه اعمال نيروي خارجي

 

قطر ميله کشيده شده کاهش مي‌يابد. بنابرين کرنش در راستاي قطر به صورت زير تعريف مي‌شود.

کرنش در راستاي عمود بر نيروي خارجي، کرنش جانبي ناميده مي‌شود. در بيشتر مواد نسبت کرنش جانبي به کرنش طولي در حدود 3/0 است و اين نسبت، نسبت پواسون ناميده مي‌شود.

به صورت قراردادي کرنش کششي با علامت مثبت و کرنش فشاري با علامت منفي نشان داده مي‌‌شود.

در مواد مختلف ارتباط ميان کرنش و تنش با آزمايش کردن بدست مي‌آيد. شکل زير اين ارتباط را براي فولاد معمولي نشان مي‌دهد. محدوده‌اي که ارتباط ميان تنش و کرنش به صورت خطي است، محدوده الاستيک ناميده مي‌شود. ثابت تناسب (E) ميان تنش و کرنش در فرمول زير مدول يانگ ناميده مي‌شود و مقدار آن به جنس مواد بستگي دارد.

ارتباط ميان تنش و کرنش

 

از مطالب بالا اين گونه استنباط مي‌شود که مي‌توان مقدار تنش را به صورت غير مستقيم و با اندازه‌گيري کرنش به وجود آمده در اثر اعمال نيروي خارجي بدست آورد.

ساختار کرنش سنج‌ها

انواع مختلفي از کرنش سنج‌ها وجود دارد. ساختار عمومي آنها عبارت است از:

1) عنصر حساس رشته‌اي که از يک ورقه فلزي مقاومتي با ضخامت ?m 6-3 تشکيل شده است

2) لايه پايه پلاستيکي با ضخامت ?m 16-15 که ورقه فلزي روي آن قرار مي‌گيرد

3) و يک غشاء ورقه‌اي روي آنها

ساختار عمومي کرنش سنج‌ها

 

نحوه کار کرنش سنج‌ ها

کرنش سنج ها را بايد خيلي محکم به جسمي که بايد کرنش آن اندازه‌گيري شود، متصل کرد. بنابراين ورقه فلزي مقاومتي مطابق با کرنش جسم، تحت کشش يا انقباض قرار مي‌گيرد. در اکثر فلزات کشش يا انقباض مکانيکي باعث تغييرات در مقاومت الکتريکي آنها مي‌شود. کرنش سنج ها از اين قانون براي اندازه‌گيري کرنش استفاده مي‌کنند. معمولاً جنس عنصر حساس کرنش سنج ها، از آلياژ نيکل-مس است. در اين آلياژها نرخ تغييرات مقاومت متناسب با کرنش اعمال شده به آنها است.

در معادله بالا R مقاومت اصلي کرنش سنج بر حسب اهم، ΔR تغيير در مقاومت الکتريکي با توجه به کشش و يا انقباض کرنش سنج بر حسب اهم، K فاکتور کرنش سنج و ε کرنش است. فاکتور کرنش سنج‌ها متفاوت بوده و بستگي به جنس عنصر فلزي آنها دارد. در آلياژ نيکل-مس مقدار اين فاکتور در حدود 2 است. از آنجايي که کرنش يک پديده غير قابل مشاهده و بي‌نهايت کوچک است، تغيير در مقاومت الکتريکي به وجود آمده در اثر کرنش نيز خيلي کوچک است. بنابراين اندازه‌گيري تغيير مقاومت به وسيله اهم‌مترهاي سنتي بسيار سخت است.

 

ویدیو ها