Une jauge de contrainte a été inventée par Edward E. Simmons et Arthur C. Ruge, en 1938. Cette invention a conduit à la mesure d'une quantité significative de contrainte sur diverses structures. Une jauge de contrainte est un type de capteur utilisé dans une grande variété d'applications pour mesurer la déformation d'un objet. C'est un outil géotechnique essentiel qui détermine la déformation dans une gamme de structures telles que les tunnels, les cavités souterraines, les bâtiments, les ponts, les bétons, les barrages en maçonnerie, l'enfoncement dans le sol / béton, etc. Voici tout ce qu'un lecteur peut savoir sur la jauge de contrainte, y compris principe de fonctionnement, caractéristiques et applications.
Qu'est-ce qu'une jauge de contrainte?
Définition: Une jauge de contrainte est l'un des dispositifs impératifs utilisés dans le domaine de l'ingénierie géotechnique pour mesurer la déformation sur diverses structures. En appliquant une force externe, il y aurait un changement de résistance d'une jauge de contrainte.
jauge de contrainte
La construction de base d'une jauge a un support flexible isolant pour supporter une structure en feuille métallique. Cette bobine métallique est collée sur un support fin appelé support, et l'ensemble de l'installation est fixé à un objet à l'aide d'un adhésif approprié. Comme l'objet est déformé en raison de la force, de la pression, du poids, de la tension, etc., le résistance électrique des changements de feuille. UNE Pont de Wheatstone mesure le changement de résistivité, qui est lié à la déformation par une quantité connue sous le nom de facteur de jauge.
diagramme-spécimen-jauge de contrainte
Les petits changements de résistance d'une jauge sont mesurés en utilisant le concept de pont de Wheatstone. La figure ci-dessous illustre le pont de Wheatstone général, qui a quatre bras résistifs et une tension d'excitation, VANCIEN.
Pont de Wheatstone
Le pont de Wheatstone a deux parallèles diviseur de tension circuits. R1 et R2 forment un circuit diviseur de tension unique, R3 et R4 forment un deuxième circuit diviseur de tension. La tension de sortie VO est donnée par:
Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * VANCIEN
Si R1 / R2 = R4 / R3, alors la tension de sortie est nulle et le pont est dit être un pont équilibré.
Un petit changement de résistance conduit à une tension de sortie non nulle. Si «R4» est remplacé par une jauge de contrainte et que tout changement dans la résistance de la jauge de contrainte déséquilibre le pont et produit une tension non nulle.
Facteur de jauge de jauge de contrainte
Le facteur de jauge GF est donné par
GF = (∆R⁄RG) / ∈
Où,
«ΔR» est le changement de résistance dû à la déformation
«RG» est la résistance de la jauge non déformée
«Ε» est la souche
Le facteur de jauge des feuilles métalliques courantes est d'environ 2. La tension de sortie du capteur SV d'un pont de Wheatstone est donnée par,
SV = EV (GF.∈) / 4
Où EV est la tension d'excitation du pont
Jauge de contrainte fonctionnant
Le fonctionnement d'une jauge de contrainte dépend entièrement de la résistivité électrique d'un objet / conducteur. Lorsqu'un objet est étiré dans ses limites d'élasticité et ne se brise pas ou ne se déforme pas de façon permanente, il devient plus mince et plus long, ce qui entraîne une résistance électrique élevée. Si un objet est comprimé et ne se déforme pas, mais s'élargit et se raccourcit, entraîne une diminution de la résistance électrique. Les valeurs obtenues après la mesure de la résistance électrique d'une jauge aident à comprendre la quantité de stress induit.
La tension d'excitation est appliquée aux bornes d'entrée d'un réseau de jauge, tandis que la sortie est lue aux bornes de sortie. Normalement, ceux-ci sont connectés à une charge et sont susceptibles de rester stables pendant de plus longues périodes, parfois des décennies. La colle utilisée pour les jauges dépend de la durée d'un système de mesure - la colle cyanoacrylate convient pour les mesures à court terme et la colle époxy pour les mesures à long terme.
Principe de fonctionnement de la jauge de contrainte
Comme nous savons que la résistance dépend directement de la longueur et de la section transversale d'un conducteur, qui est donnée par R = L / A
Où,
«R» = Résistance
«L» = longueur
«A» = aire de la section transversale
Il est clair que la longueur d'un conducteur est modifiée avec le changement de taille et de forme d'un conducteur, modifiant finalement la section transversale et la résistance.
Toute jauge normale a une bande conductrice longue et mince, placée en zig-zag de lignes parallèles. Le but de cet alignement en zig-zag est d'expliquer la petite quantité de contrainte qui se produit entre les lignes parallèles avec beaucoup de précision. Le stress est défini comme la force de résistance d'un objet.
Rosettes de jauges de contrainte
Deux jauges ou plus placées étroitement dans une structure en forme de rosette pour mesurer le nombre de composants afin d'évaluer la déformation précise sur la surface sont appelées rosettes de jauge de contrainte. L'illustration est présentée dans la figure ci-dessous.
rosaces-jauges de contrainte
Cellules de pesée à jauge de contrainte
Ces cellules de pesée se trouvent le plus souvent dans les applications industrielles. Il est très précis et économique. Fondamentalement, une cellule de pesée est constituée d'un corps métallique sur lequel sont fixées des jauges de contrainte. Pour que le corps métallique soit robuste et moins élastique, de l'acier allié, de l'aluminium ou de l'acier inoxydable sont utilisés pour la conception.
Lorsqu'une force externe est appliquée sur une cellule de pesée, la cellule de pesée est légèrement déformée et, si elle n'est pas surchargée, elle reprend sa forme d'origine.
Si la cellule de pesée se déforme, la jauge change de forme, provoquant le changement de résistance électrique de la jauge, qui à son tour mesure la tension.
Il existe des types courants de cellules de pesée à jauge de contrainte, qui comprennent la poutre de flexion, la crêpe, la cellule de charge à poutre de cisaillement à un seul point, la poutre de cisaillement à double extrémité, les pinces à câble, etc.
Caractéristiques des jauges de contrainte
Les caractéristiques importantes des jauges de contrainte sont:
- Ceux-ci sont appropriés pour des périodes plus longues avec certaines précautions
- Ils fournissent des valeurs précises avec un changement de température et d'autres facteurs
- Ceux-ci sont faciles à fabriquer grâce à des composants simples
- Ils sont faciles à entretenir et ont une longue durée de vie
- Ceci est totalement encapsulé pour protéger des dommages comme la manipulation et l'installation
Applications de la jauge de contrainte
Les caractéristiques exceptionnelles permettent à ces jauges d'être utilisées dans le domaine de l'ingénierie géotechnique pour surveiller en permanence des ouvrages tels que barrages, tunnels, etc. et éviter les accidents bien à l'avance. Certaines des applications des jauges de contrainte comprennent -
- Surveillance ferroviaire
- Ponts de câbles
- Aérospatial
- Centrales nucléaires
FAQ
1). Quelle est la sensibilité de la jauge de contrainte?
La contrainte d'écoulement diffère en fonction de la vitesse de déformation. En outre, le taux de déformation dépend de la taille des grains d'un objet ou d'un matériau de travail. Il est défini comme le rapport entre la variation de la contrainte d'écoulement et la variation de la déformation.
2). Quelle est l'unité de déformation?
La déformation est une quantité sans dimension. Cependant, le taux de déformation est l'inverse du temps et l'unité SI est l'inverse des secondes (s-1).
3). Comment choisir une jauge de contrainte?
Ceci est sélectionné en fonction du type d'applications et d'autres éléments connexes. Tel que -
- Basé sur la longueur de jauge et la résistance
- Basé sur des économies de main-d'œuvre
- Basé sur le matériau et l'environnement de mesure
4). Pourquoi le pont de Wheatstone est-il utilisé pour la jauge de contrainte?
Le pont de Wheatstone est capable de mesurer les tensions de sortie en millivolts. Pour une jauge de contrainte liée, un changement de résistance peut être mesuré lorsqu'elle est connectée à un circuit électrique (pont de Wheatstone) qui mesure le changement infime de résistance. Lorsque la tension de sortie sur le pont de Wheatstone devient non nulle, le circuit perd son équilibre et aide à déterminer la contrainte sur l'objet.
5). Comment installez-vous les jauges de contrainte?
Voici les étapes pour installer la jauge de contrainte
Ainsi, un description détaillée de la jauge de contrainte , le principe de fonctionnement, le facteur de jauge, les caractéristiques et les applications sont fournis dans cet article. En outre, la corrélation d'images numériques (DIC) est une technique utilisée de nos jours pour mesurer la contrainte. Il est utilisé dans de nombreuses industries en raison de sa précision et en remplacement des types de capteurs conventionnels tels que les accéléromètres, les pots à cordes, le LVDT et bien d'autres. Voici une question pour vous, quelle est la fonction principale de la jauge de contrainte?
