Paraan sa Pagpili ng Resistance Strain Gauges

Ang mga resistance strain gauge (tinatawag na strain gauge) ay mga pangunahing sensitibong bahagi na nagko-convert ng mechanical strain ng mga structural na miyembro sa pagbabago ng resistensya, na malawakang ginagamit sa load cell, sensor ng puwersa, pagsubaybay sa kalusugan ng istruktura, pagsusuri sa aerospace at iba pang larangan. Ang kanilang pagpili ay direktang nakadepende sa katumpakan, katatagan at haba ng serbisyo ng sistema ng pagsukat. Ang pangunahing lohika ay ang "dalawahang pagtutugma ng strain characteristics at service environment"—upang maiwasan ang pagkawala ng gastos dahil sa labis na parameter at pigilan ang pagkabigo ng pagsukat dahil sa kawalan ng sapat na kakayahan. Sa ibaba ay isang buong proseso ng paraan ng pagpili, na pinagsama ang mga teknikal na parameter, pag-aangkop sa kapaligiran at mga mahahalagang praktikal na punto upang matulungan ang eksaktong pagpili.

Hakbang 1: Linawin ang Mga Pangunahing Kailangan sa Pagsukat at Mga Senaryo ng Aplikasyon (Pangunahing Kinakailangan sa Pagpili)

Bago ang pagpili, kinakailangang tukuyin ang "anong uri ng strain ang susukatin, sa anong kapaligiran ito susukatin, at paano ito i-install," na siyang batayan para sa susunod na pagpili ng mga parameter at upang maiwasan ang bulag na pagnanais ng mataas na mga parameter ng pagganap.

1. Kahulugan ng Mga Pangunahing Kailangan sa Pagsukat

• Uri at saklaw ng strain: Linawin ang kalikasan ng strain ng nasusukat na bahagi (tulad ng static strain na sanhi ng bigat ng istraktura, o dynamic strain tulad ng vibration ng makina) at ang pinakamataas na halaga ng strain, na may nakalaang 1.2~1.5 beses na saklaw ng kaligtasan. Halimbawa: Kung ang aktwal na pinakamataas na strain ay 1000με, dapat pumili ng strain gauge na may saklaw na 1200~1500με; para sa dynamic strain (tulad ng impact load), inirerekomenda ang paglalaan ng 1.5~2 beses na kadahilanan ng kaligtasan upang maiwasan ang pagkasira ng sensitive grid dahil sa biglang overload.
• Pangangailangan sa kawastuhan: Ito ba ay calitibatibong pagmomonitor (tulad ng maagang babala sa bitak ng istraktura), kwantitatibong pagsusuri (tulad ng kalibrasyon ng sensor), o masusing pagsukat (tulad ng pagsusuri sa laboratoryo sa tensyon)? Halimbawa: Ang mga strain gauge para sa load cell ay kailangang umabot sa pagkamaliit ng sensitivity na ±0.1%, ang pagmomonitor sa kalusugan ng istraktura ay maaaring magkaroon ng pagkamali na ≤±0.5%, at ang masusing pagsukat sa laboratoryo ay nangangailangan ng ≤±0.05%.
• Direksyon ng puwersa: Nakararanas ba ang bahagi ng puwersa sa isang direksyon lamang (tulad ng pagbaluktot ng cantilever beam), puwersa sa dalawang direksyon (tulad ng mekanikal na bahagi sa plane stress state), o puwersa sa maraming direksyon (tulad ng kumplikadong istraktural na node)? Pumili ng uniaxial strain gauge para sa puwersa sa isang direksyon, at biaxial (tamang anggulo, strain rosette) o multi-axial strain gauge para sa puwersa sa dalawa o maraming direksyon.
• Dalas ng pagsukat: Para sa dinamikong pagsukat, kailangang linawin ang saklaw ng dalas ng signal ng strain. Ang dalas ng tugon ng strain gauge ay dapat ≥3 beses ang dalas ng sinusukat na signal (upang maiwasan ang pagkakaubos ng signal). Halimbawa: Upang masukat ang vibration strain na 50Hz, dapat pumili ng strain gauge na may dalas ng tugon na ≥150Hz.

2. Pag-install at mga Kundisyon sa Istukturang

• Mga katangian ng ibabaw ng sangkap: Patag ba ang ibabaw ng sangkap, baluktot (ano ang radius ng curvature) o may espesyal na hugis? Ang mga fleksibleng strain gauge (tulad ng foil type) ay angkop para sa mga baluktot na bahagi, at kailangan ang strain gauge na may maikling grid length para sa maliit na radius ng curvature (≤10mm); ang mga uri na may matibay na pandikit sa substrate ay angkop para sa magaspang na mga ibabaw.
• Espasyo para sa pag-install: Kakailanganin ang miniaturisadong strain gauge (haba ng grid ≤2mm) para sa makitid na bahagi ng mga komponente (tulad ng mga chamfer ng precision parts), at maaaring piliin ang strain gauge na may katamtamang o mahabang haba ng grid para sa malalaking komponente batay sa uniformity ng strain.
• Paraan ng pag-install: Ano ang paraan—pagkakabit sa karaniwang temperatura, pagwelding sa mataas na temperatura, o pansamantalang pagdikit? Kakailanganin ang weldable strain gauge para sa mga sitwasyong may mataas na temperatura, at maaaring gamitin ang magnetic suction type strain gauge para sa pansamantalang pagmomonitor.

3. Mga Kondisyon sa Kapaligiran Habang Gumagana

• Saklaw ng temperatura: Tiyakin ang saklaw ng normal na temperatura (-20℃~60℃), katamtamang temperatura (60℃~200℃), mataas na temperatura (200℃~1000℃), o mababang temperatura (＜-20℃) ng kapaligiran habang gumagana. Dapat lubos na saklaw ng temperature compensation range ng strain gauge ang aktuwal na temperatura upang maiwasan ang epekto sa akurasya dulot ng temperature drift.
• Katamtamang kapaligiran: Mayroon bang kahalumigmigan (tulad ng ilalim ng tubig, mga mahalumigmig na workshop), pagsira dahil sa korosyon (tulad ng asido-baseng gas, polusyon ng langis sa mga kemikal na workshop), alikabok, o matinding radyasyon? Kailangan ang mga waterproong strain gauge para sa mga mahalumigmig na kapaligiran, at mga materyales na antikorosyon (tulad ng nickel-chromium alloy grids, polyimide substrates) para sa mga kapaligirang may korosyon, kasama ang sealing treatment.
• Mga salik na makakagambala: May matinding elektromagnetikong interference (tulad ng malapit sa mga motor, mataas na boltahe na kagamitan) o pagvivibrate at impact? Kailangan ang mga strain gauge na may shielding layer sa mga sitwasyong may matinding interference, at mga uri na may magandang tibay ng substrate at pandikit sa mga sitwasyon ng pagvivibrate at impact.

Hakbang 2: Pagpili ng Mga Pangunahing Teknikal na Parameter (Tumpak na Tugma sa mga Kinakailangan)

Matapos maunawaan ang mga kinakailangan, tumuon sa mga pangunahing teknikal na parameter ng strain gauge, na siyang pangunahing bahagi ng pagpili at direktang nagdedetermina sa performance ng pagsukat.

1. Mga Pangunahing Parameter ng Sensitibong Grid (Nagdedetermina sa Batayang Pagganap ng Pagsukat)

• Halaga ng resistensya: Ang karaniwang halaga ng resistensya ng mga strain gauge ay 120Ω (na tugma sa karamihan ng strain gauge, na may pinakamataas na kakayahang umangkop), ngunit mayroon ding mga espisipikasyon tulad ng 350Ω at 1000Ω. Ang mga strain gauge na may mataas na resistensya ay angkop para sa mga sistema na may mababang konsumo ng kuryente, at ang mga strain gauge na 120Ω ay may pinakamataas na ugnayan ng gastos at pagganap sa mga industriyal na sitwasyon. Sa pagpili, tiyaking tugma ang halaga ng resistensya ng strain gauge sa input na resistensya ng strain gauge (paglihis ≤±5%) upang maiwasan ang paghina ng signal.
• Factor ng gauge: Nagpapakita ng proporsyonal na relasyon sa pagitan ng strain at pagbabago ng resistensya (karaniwang halaga 2.0±0.02), na siyang pangunahing parameter sa pagkalkula ng halaga ng strain. Sa pagpili, bigyan ng prayoridad ang mga strain gauge na may magandang konsistensya sa factor ng gauge (paglihis ng batch ≤±1%), lalo na kapag maramihang gauge ang ginagamit sa isang bridge (tulad ng full-bridge circuit ng load cell), dahil ang mahinang konsistensya ay magdudulot ng mas mataas na pagkakamali sa pagsukat.
• Haba at lapad ng grid: Ang haba ng grid ang nagtatakda sa "saklaw ng average measurement" ng strain gauge. Ang maikling haba ng grid (0.2~2mm) ay angkop para sa pagsukat ng lokal na strain (tulad ng dulo ng bitak), ang katamtamang haba ng grid (3~10mm) ay angkop para sa karaniwang mga bahagi, at ang malaking haba ng grid (10~100mm) ay angkop para sa malalaking bahaging may maliit na gradient ng strain. Dapat tumugma ang lapad ng grid sa direksyon ng puwersa ng bahagi: makitid na lapad ng grid para sa unidirectional na puwersa, at malawak na lapad ng grid o istrukturang rosette ng strain para sa bidirectional na puwersa.
• Materyal na sensitibo sa grid:
  • Padrong tanso-niquel (Constantan): Inirerekumenda para sa normal na temperatura (-20℃~150℃), na may maliit na temperature coefficient at magandang katatagan, angkop para sa load cells at pagmomonitor ng istruktura;
  • Padrong niquel-kromo (Karma): Para sa katamtaman at mataas na temperatura (-50℃~400℃), na may mataas na sensitivity, angkop para sa engine at pagmomonitor ng mataas na temperatura na pipeline;
  • Padrong platinum-iridium: Para sa mataas na temperatura (400℃~1000℃), na may matibay na resistensya sa corrosion, angkop para sa aerospace at metalurhikal na kagamitan;
  • Mga semiconductor na materyales: Napakataas na sensitivity (50~100 beses kaysa sa mga metal), ngunit mahinang katatagan sa temperatura, angkop para sa presisyong pagsukat sa laboratoryo.

2. Mga Parameter ng Substrate at Adhesive (Nagdedetermina sa Kakayahang Umangkop sa Kapaligiran)

• Materyal ng substrate:
  • Substrate na papel: Mura, madaling i-paste, angkop para sa normal na temperatura at tuyong kapaligiran (≤60℃), tulad ng pansamantalang pagmomonitor ng sibil na kagamitan;
  • Phenolic resin substrate: Paglaban sa temperatura ng 120℃, mabuting paglaban sa langis, angkop para sa karaniwang mga sitwasyon ng pang-industriya na makinarya;
  • Polyimide substrate: Paglaban sa temperatura ng 250℃, paglaban sa korosyon at tubig, angkop para sa mga kemikal, mahalumigmig at medium-high temperatura na sitwasyon;
  • Ceramic substrate: Paglaban sa temperatura na higit sa 1000℃, angkop para sa matitinding kapaligiran tulad ng mataas na temperatura na hurno at aero-engine;
• Uri ng pandikit: Dapat tugma sa materyal ng substrate at temperatura ng operasyon. Ginagamit ang batay sa cyanoacrylate (mabilis tumuyo) para sa normal na temperatura, batay sa epoxy resin (paglaban sa temperatura ng 150℃) para sa katamtamang temperatura, at organikong pandikit (paglaban sa temperatura higit sa 500℃) para sa mataas na temperatura. Ang shear strength ng pandikit ay dapat ≥2MPa upang maiwasan ang pagkaluwag ng strain gauge.

3. Mga Parameter sa Kompensasyon ng Temperatura (Tinutukoy ang Katatagan ng Pagsukat)

• Pamamaraan ng kompensasyon ng temperatura:
  • Mga sariling kompensayong strain gauge: Sa pamamagitan ng pagpili ng mga materyales na sensitibo sa grid, ang pagbabago ng resistensya dahil sa temperatura ay binabawasan ng thermal expansion ng bahagi, angkop para sa mga bahaging gawa sa iisang materyal (tulad ng bakal, aluminum), madaling i-install, at mas pinipili para sa mga industriyal na aplikasyon;
  • Kompensasyon gamit ang compensating gauge: Karagdagang mga strain gauge na kapareho ng modelo ng mga gumaganang gauge ay idinidikit sa mga identikal na bahaging walang tensyon, at ang mga kamalian dahil sa temperatura ay binabawasan sa pamamagitan ng mga circuit, angkop para sa mga kumplikadong larangan ng temperatura o mga bahaging gawa sa maraming materyales.
• Saklaw ng kompensasyon ng temperatura: Dapat saklawin ang aktuwal na saklaw ng temperatura sa paggana. Halimbawa: Sa isang paliguan ng trabaho na -10℃~80℃, dapat piliin ang strain gauge na may saklaw ng kompensasyon na -20℃~100℃ upang magkaroon ng dagdag na resistensya sa temperatura.

4. Istruktura at Mga Parameter ng Lead (Tinutukoy ang Pag-install at Pagsasalin ng Signal)

• Istruktura ng strain gauge:
  • Mga unibersal na strain gauge: Para sa unidireksyonal na mga sitwasyon ng puwersa (tulad ng cantilever beam, tie rod), simpleng istraktura at mababang gastos;
  • Mga biaxial strain gauge (mga right-angle strain gauge): Para sa bidireksyonal na mga sitwasyon ng puwersa (tulad ng plane stress na mga bahagi), kayang sukatin ang mga strain sa dalawang patayo na direksyon nang sabay-sabay;
  • Mga strain rosette (45°, 60°): Para sa multidireksyonal na mga sitwasyon ng puwersa (tulad ng structural node, kumplikadong mga bahagi), kayang kalkulahin ang pangunahing strain at direksyon ng pangunahing stress, angkop para sa stress analysis.
• Mga espisipikasyon ng lead: Karaniwang gawa sa tumbaga na may balat ng pilak ang mga lead wire. Ginagamit ang PVC-insulated wires para sa normal na temperatura, at PTFE-insulated wires para sa mataas na temperatura. Dapat tugma ang haba ng lead sa distansya ng pagsusukat. Para sa mahabang distansya (>10m), kailangan ang mga lead na may shielding layer upang maiwasan ang electromagnetic interference.

Hakbang 3: Pag-aangkop sa Sitwasyon at Pag-iwas sa mga Pagkakamali sa Pagpili

Pumili ng mga strain gauge batay sa mga katangian ng iba't ibang senaryo ng aplikasyon, at iwasan ang karaniwang mga pagkakamali sa pagpili upang matiyak ang katatagan at katiyakan ng sistema ng pagsukat.

1. Mga Halimbawa ng Pagpili para sa Karaniwang Senaryo

2. Karaniwang Pagkakamali sa Pagpili at mga Paraan upang Maiwasan

• Pagkakamali 1: Nakatuon lamang sa gauge factor at binabale-wala ang pagkakapareho—kapag maramihang gauge ang ginamit sa isang bridge, kahit pa ang gauge factor ng isang solong gauge ay sumusunod sa pamantayan, ang malaking paglihis ng batch (>±1%) ay magdudulot ng imbalance sa bridge at mas mapabilis ang pagdami ng mga error sa pagsukat. Paraan ng Pag-iwas: Hilingin sa mga supplier na magbigay ng test report para sa gauge factor ng mga strain gauge mula sa iisang batch, at kontrolin ang paglihis sa loob ng ±0.5%.
• Mali 2: Hindi pagtutugma sa haba ng grid at gradient ng strain—ang pagpili ng strain gauge na may malaking haba ng grid sa mga lokal na lugar ng konsentrasyon ng strain tulad ng mga dulo ng bitak ay magdudulot ng "pagkabuo" ng mga naka-ukol na halaga at hindi makapagpapakita ng tunay na strain. Pag-iwas: Pumili ng haba ng grid ≤2mm para sa mga lugar na may malaking gradient ng strain, at 5~10mm para sa mga lugar na may pare-parehong strain.
• Mali 3: Pag-iiwan ng tamang pagtutugma sa pagitan ng kompensasyon ng temperatura at materyal ng bahagi—ang paggamit ng strain gauge na nakakompensang bakal para sa mga bahaging aluminum ay magdudulot ng malubhang kamalian sa temperatura dahil sa pagkakaiba ng mga koepisyent ng thermal expansion. Pag-iwas: Pumili ng self-compensating strain gauge na may katumbas na uri ng kompensasyon ayon sa materyal ng bahagi (bakal, aluminum, tanso, atbp.).
• Mali 4: Pagpili ng karaniwang papel na substrate strain gauges sa mga mamasa-masang kapaligiran nang walang sealing treatment ay magdudulot ng pagkabigo ng substrate dahil sa kahalumigmigan sa maikling panahon. Para iwasan: Pumili ng nararapat na uri ng substrate batay sa uri ng kapaligiran (mamasa-masa/nakakalason/mataas ang temperatura), at magdagdag ng patong na pang-sealing laban sa tubig kung kinakailangan.

Hakbang 4: Karagdagang Tala para sa Praktikal na Pagpili

• Kakayahang magkatugma ng bridge: Kapag maraming gauge ang bumubuo sa isang full-bridge/half-bridge circuit, siguraduhing pare-pareho ang resistance value, gauge factor, at katangian sa temperatura ng mga strain gauge. Inirerekomenda na pumili mula sa iisang batch upang mabawasan ang mga error sa bridge.
• Mga kinakailangan sa kalibrasyon: Para sa mga strain gauge na ginagamit sa kalakalan (tulad ng load cells) o sa tumpak na pagsukat, pumili ng mga brand na may rastreo at tiyaking napagdaanan na nila ang metrological certification upang mapadali ang susunod na kalibrasyon ng sistema.
• Pagsunod sa proseso ng pag-install: Para sa mga curved na bahagi, kumpirmahin nang maaga ang bending performance ng strain gauge (bendable radius of curvature ≤ component radius of curvature). Para sa mga weldable strain gauge, i-match ang kaukulang welding equipment at proseso.
• Suporta ng tagapagsuplay: Bigyan ng prayoridad ang mga tagapagbigay na nagtatampok ng teknikal na suporta. Ipaalam sa kanila ang materyal ng bahagi, kondisyon ng puwersa, at environmental parameters upang makakuha ng mas tumpak na rekomendasyon sa pagpili at maiwasan ang pagpili nang hindi sigurado.

Buod: Pangunahing Lojika sa Pagpili ng Resistance Strain Gauge

Ang diwa ng pagpili ng resistance strain gauge ay isang saradong kurot na "dekomposisyon ng pangangailangan → pagtutugma ng parameter → pagpapatunay ng sitwasyon": dekompunihin muna ang apat na pangunahing pangangailangan na "saklaw ng strain, kawastuhan, kapaligiran, at pag-install", pagkatapos ay tutok na itugma ang mga pangunahing parameter tulad ng sensitive grid, substrate, at temperatura kompensasyon, at sa wakas ay patunayan ang katumpakan ng pagpili gamit ang mga halimbawa ng sitwasyon at pag-iwas sa pagkakamali.

Kung hindi pa rin sigurado sa pagpili, maaari kang magbigay ng sumusunod na impormasyon sa tagapagtustos: ① Materyal ng bahagi at uri ng puwersa (uniaxial/bidirectional); ② Pinakamataas na halaga ng strain at pangangailangan sa kawastuhan; ③ Temperatura sa paggawa at kapaligiran ng medium; ④ Espasyo at paraan ng pag-install. Mabilis na matutukoy ng tagapagtustos ang angkop na modelo.