Gerinim Ölçer (Strain Gauge)

Gerinim ve Ölçümü

Gerinim, bir malzemenin dış kuvvetlere maruz kaldığında gösterdiği deformasyon miktarını ifade eder. Bu deformasyon, malzemenin uzaması veya büzülmesi şeklinde olabilir ve uygulanan dış kuvvetle etkisiyle değişebilir.

Gerinim ölçer (strain gauge), bu gerinimi bir elektrik sinyali olarak algılar ve ölçer. Çeşitli malzemelerden, farklı boyut ve şekillerde yapılmış birçok yapı bulunmaktadır. Bunlar arasında otomobiller, uçaklar, demiryolu araçları ve gemiler gibi ulaşım araçları yer almaktadır.

Bu tür yapıların ağır çalışma koşulları altında güvenliğini ve dayanıklılığını teyit etmek için gerilme (stress) ölçümü yapılır. Yapıların mukavemetinin ve güvenliğinin garanti altına alınması, optimum tasarımın belirlenmesi, daha hafif yapılar geliştirilmesi, uygun malzeme seçimi ve yenilikçi fikirlerin uygulanabilmesi için gerilme bilgisine sahip olunması gerekmektedir. Günümüzde bilgisayar destekli gerilme analiz teknikleri geliştirilmiş ve tasarım süreçlerinde verimli bir şekilde kullanılmaktadır. Ancak, her teorik ve numerik hesaplamanın sonucunda tasarım modeli, gerinim ölçerler ile deneysel bir çalışmaya ihtiyaç duymaktadır.

^【1】

Gerinim Ölçerlerin Çalışma Prensibi

Metaller, mekanik deformasyona maruz kaldıklarında elektriksel dirençlerinde değişim meydana gelir. Gerinim ölçerler (strain gages), bu fiziksel özelliği kullanarak gerinimi tespit etmeye yönelik bir ölçüm prensibine sahiptir.

Elektriksel direnç, metalin kesit alanı ile ters orantılı, uzunluğu ile doğru orantılıdır. Bir metal tel eksenel bir çekme kuvvetine maruz kaldığında, kesit alanı azalırken uzunluğu artar ve bunun sonucunda elektriksel direnç yükselir. Tersine, tel eksenel basınca maruz kaldığında, kesit alanı genişler, uzunluğu kısalır ve direnç azalır.

Metalin elektriksel direncindeki değişim, belirli bir sabit oranla deformasyon miktarına bağlıdır. Eğer bir metal tel, ölçüm yapılmak istenen yapıya güvenli bir şekilde yapıştırılırsa, yapıdaki uzama veya kısalma doğrudan metal telde de meydana gelir.

Bu prensip doğrultusunda, metal telin elektriksel direncindeki değişimin ölçülmesi, yapının maruz kaldığı gerinimin hassas bir şekilde tespit edilmesine olanak tanımaktadır. Gerinim ölçerler, bu özellikleri sayesinde mühendislik ve malzeme bilimleri alanlarında gerilme analizi, yapı sağlığı izleme ve mekanik sistemlerin tasarım süreçlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

^【2】 

Gerinim Ölçerlerin Direnç Değişimi ve Ölçüm Süreci

Gerinim ölçerlerin elektriksel direnç değişimleri, ölçüm yapılan nesneye bağlı olarak belirlenmekte, gerilim sinyaline dönüştürülmekte ve güçlendirilerek daha kolay analiz edilebilir hale getirilmektedir. Gerinim ölçerlerin, hedef yapıyla birlikte uzama ve kısalma hareketlerini doğru bir şekilde takip edebilmesi için özel yapıştırıcılar kullanılarak yüzeye güvenli bir şekilde sabitlenmesi gerekmektedir.

Direnç değişimlerinin hassas bir şekilde ölçülebilmesi için köprü devresi oluşturularak, bu değişimlerin gerilim sinyallerine dönüştürülmesi sağlanmaktadır. Ancak, oluşan gerilim seviyesi genellikle mikrovolt (μV) düzeyinde olduğundan, ölçüm hassasiyetini artırmak amacıyla sinyal 5000 ila 10.000 kat arasında güçlendirilmektedir.

^【3】