Transcript گشتاور و کرنش ، اندازه گيری نيرو Force, Torque and Strain Measurements.

‫ گشتاور و کرنش‬،‫اندازه گيری نيرو‬
Force, Torque and Strain Measurements
‫روشها‬
‫• مکانيکی‬
‫– استفاده از خاصيت فنری اجسام ( در محدوده کشسان)‬
‫– استفاده از توازن نيروها ( اهرم بندی‪ ،‬چرخدنده)‬
‫– تبديل نيرو به فشار ( فشار سنج ها)‬
‫• الکتريکی‬
‫– استفاده از خاصيت پيزو الکتريک ( نيرو سنج کريستال پيزو‬
‫الکتريک)‬
‫– کرنش سنج مقاومت حساس ( استرين گيج)‬
‫– تبديل نيرو به جابجايي ( مثل ‪)LVDT‬‬
‫استفاده از خاصيت کشسانی اجسام‬
‫‪ .1‬جسم کشسان در اثر اعمال نيرو تغيير طول می دهد‬
‫( اجسامی مثل تيرها‪ ،‬ميله ها ‪)....‬‬
‫• مقدار تغيير طول (جابجايی را می توان اندازه گرفت)‬
‫‪F‬‬
‫‪AE‬‬
‫‪F‬‬
‫‪y‬‬
‫‪L‬‬
‫‪L‬‬
‫‪y‬‬
‫‪ -2‬فنر ساده ‪F=ky‬‬
‫مثل ترازو های فنری‬
(Cantilever Beam) ‫ تير يک سر درگير‬-3
L
F
y
3EI
F 3 y
L
Elastic proving wheel ‫ حلقه کشسان‬-4
Ebt3
F
y
3
9.42r
‫روشهای اندازه گيری خيز ناشی از اعمال نيرو‬
‫‪ -1‬استفاده از روشهای مکانيکی مثل ‪Dial gauge‬‬
‫‪ -2‬روشهای الکترومکانيکی‬
‫– مبدل پيزو الکتريک‬
‫– ‪LVDT‬‬
‫– استرين گيج‬
‫آرايش استرين گيج (روزت) برای اندازه گيری کرنش (تنش)‬
‫* وقتی تنها تنش در يک جهت مورد بررسی قرار می گيرد‬
‫* هزينه کمتر (به صورت تک ارزانتر از ‪ Biaxial‬و ‪) Tri axial‬‬
‫•موقعی استفاده می شود که بخواهيم تنش های اصلی را مورد بررسی قرار دهيم و محورهای‬
‫اصلی مشخص باشند‬
‫آرايش های سه محوری موقعی استفاده می شوند که تنش های اصلی مورد نظر باشد و‬
‫محور های اصلی مشخص نباشد‬
‫روزت مستطيلی‬
3
2
1
 max, min 
1   3
 max, min 
2

1

( 1   2 ) 2  ( 2   3 ) 2
2

1
2
E ( 1   3 )
E

( 1   2 ) 2  ( 2   3 )
2(1   )
2 (1   )



1
2 2

1
E
2
2 2
 max 
( 1   2 )  ( 2   3 )
2 (1   )
‫زاويه ای که تنش حداکثر است‬
2 2   1   3
Tan2 
1   3
‫دو جواب بستگی به کرنش های اندازه گيری شده‬
‫روزت دلتا‬
 max, min 
1   2   3
 max, min 
 max
3

2

( 1   2 ) 2  ( 2   3 ) 2  ( 3   1 ) 2
3

1
2
E ( 1   2   3 )
2E

( 1   2 ) 2  ( 2   3 ) 2  ( 3   1 )
3(1   )
3(1   )


2E

( 1   2 ) 2  ( 2   3 ) 2  ( 3   1 ) 2
3(1   )
3( 3   2 )
Tan2 
2 1   2   3

1
2
‫دو جواب بستگی به کرنش های اندازه گيری ده‬
1
2 2

‫تعيين ‪ θ‬در ارايش ها‬
‫• مستطيلی‬
‫– ‪ θ‬در ربع اول اگر‪:‬‬
‫‪1   3‬‬
‫‪2‬‬
‫– ‪ θ‬در ربع دوم اگر‪:‬‬
‫‪2 ‬‬
‫‪1   3‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2 ‬‬
‫• دلتا‬
‫– در ربع اول اگر‪:‬‬
‫‪3  2‬‬
‫– در ربع دوم‬
‫‪3  2‬‬
‫مثال‬
‫• نوع آرايش‪ :‬مستطيلی‬
‫• جنس ‪ :‬ورق فوالدی با ‪ E=29e6 psi‬و ‪= 0.3‬‬
‫• کرنش های اندازه گيری شده‪:‬‬
‫• جواب‪:‬‬
‫‪• 1=+500  in/in‬‬
‫‪• 2=+ 400 in/in‬‬
‫‪•  3=-100  in/in‬‬
‫‪• max= 561  in/in: min= -161  in/in‬‬
‫‪• max=16330 psi: min=230 psi‬‬
‫‪• =16.8 OR 106.8 deg.‬‬
‫• در ربع اول يعنی ‪ 16.8‬انتخاب می شود چون ‪ 2> (1+ 3)/2‬است‬
LVDT
‫اندازه گيری گشتاور و توان‬
‫• تعريف‪:‬‬
‫– مقدار تمايل و توانايي نيرو برای چرخاندن جسمی که تحت اثر آن نيرو‬
‫قرار دارد‪ ،‬حول يک محور‬
‫• واحد‪:‬‬
‫– حاصل ضرب نيرو در فاصله )‪)Nm‬‬
‫• اثر گشتاور‬
‫– ايجاد پيچش در (محور)‬
‫• اندازه گيری گرانتر از دما و فشار‬
‫اندازه گيری گشتاور از طريق اندازه گيری تغيير شکل زاويه ای‬
‫(پيچش)‬
‫‪‬‬
‫) ‪G (ro4  ri 4‬‬
‫‪2L‬‬
‫‪M (T ) ‬‬
‫اندازه گيری کرنش در زاويه ‪ 45‬درجه‬
‫روش غير جذبی‬
‫‪Mro‬‬
‫‪‬‬
‫) ‪G (ro4  ri 4‬‬
‫‪‬‬
‫‪ 45‬‬
‫جهت اندازه گيری نياز به حلقه های لغزان جهت اعمال ولتاژ و گرفته خروجی پل وتسون‬
‫اندازه گيری گشتاور از طريق ترمز پرونی‬
‫• بر اساس معادل مکانيکی حرارت‬
‫روش جذبی‬
‫اعمال بار با سفت کرده طناب‬
‫‪Torque  ( Mg  T ) R‬‬
‫‪Power  2N ( Mg  T ) R‬‬
‫دينامومتر هيدروليکی) نيرو سنج ‪) froude‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫بر اساس تبديل کار به گرما‬
‫واسطه آب است‬
‫در اثر اصطکاک دمای آب باال می رود‬
‫گشتاور بکمک نيرو سنج بدست می آيد‬
‫بهتر از پرونی‬
‫نيرو سنج جريان فوکو (ادی)‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫متشکل از روتور و استاتور‬
‫رتور به صورت قطب های مغناطيسی‬
‫کوپلينگ مغناطيسی بين روتور واستاتور‬
‫نوع جذبی ‪ ،‬نياز به خنک کردن‬
‫استاتور روی ياتاقان که می تواند بچرخد‬
‫تنظيم گشتاور نيرو از طريق کنترل تحريک ميدان مغناطيسی‬
‫دينامومتر جريان مستقيم‬
‫• از نوع گهواره ای‬
‫• مولد از نوع شنت با تحريک جداگانه‬
‫• خروجی با اتالف توان در مقاومت ها‬
‫• از نوع جذبی‬
‫ترانسديوسر گشتاور‪Torque Transducer‬‬
‫• غير جذبی‬
‫• اندازه گيری بر مبنای اندازه گيری کرنش برش ی در اثر پيچش‬
‫• مناسب برای اندازه گيری مصرف کننده‬
‫• عيب اصلی نياز به حلقه های لغزان ‪ ، Slip Ring‬منبع تغذيه و‬
‫ابزار دور سنجی‬
‫• در شافت چرخان کرنش ها تحت زاويه ‪ 45‬درجه ظاهر می شوند‬
‫• عدم نصب استرين گيج تحت زاويه ‪ 45‬درجه اندازه گيری ها تحت‬
‫تاثير خمش و تنشهای محوری قرار می گيرند‬
‫حسگر های متفرقه گشتاور‬
‫ناظر‪1‬‬
‫منبع نور‬
‫‪2‬‬
‫• ميله های پيچشی‬
‫– نوری‬
‫– خازنی‬
‫‪T‬‬
‫• مغناطيسی غير تماسی‬
‫– گشتاور باعث تنش می شود‬
‫– بعضی مواد فرو مغناطيس نفوذپذيری مغنايطسی آنها تحت تنش‬
‫تغيير می کند (کشش مغناطيسی) مثل فوالد ها‬
‫متشکل از ‪ 5‬سيم پيچ (روی هسته ای با چهار بازو)‬
‫بعنوان يک ترانس‬
‫ااوليه وسط و ثانويه ها بازو های کنر‬
‫تحريک توسط جريان ‪ AC‬در اوليه‬
‫ثانويه ها بصورت پل وتسون و روی خطوط ‪45‬‬
‫درجه‬
‫در حالت بدون بار تعادل در ثانويه و قرائت صفر‬
‫در پل‬
‫ترانسديوسر گشتاور بر اساس موج اکوستيک سطحی‬
‫)‪Surface Acoustic Wave (SAW‬‬
‫• امواج سطحی موسوم به رايلی در طول سطح يک محيط ايزوتروپيک االستيک (خواص‬
‫یکسان در هر جهت) منتشر می شوند‬
‫• با اعمال گشتاور و ايجاد تنش شکل الکترود ها ی ‪ SAW‬تغيير می کند‬
‫• فرکانس تغيير می کند‬
‫• برای اندازه گيری نياز به دو ‪ SAW‬تحت زاويه ‪ 45‬درجه است‬