سنسور فشار کرنش سنج (Strain Gauge Pressure Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور فشار کرنش سنج (Strain Gauge Pressure Sensor) :
این سنسورها از کرنش سنج ها (strain gauges) برای اندازه گیری خمش یک دیافراگم تحت فشار استفاده می کنند. کرنش سنج ها المان هایی هستند که مقاومت الکتریکی آنها با کرنش (تغییر طول نسبی) تغییر می کند. این تغییر مقاومت بسیار کوچک است (معمولا کسری از درصد) و باید با پل وتستون اندازه گیری شود. سنسور فشار کرنش سنج یکی از قدیمی ترین و رایج ترین انواع سنسورهای فشار است.
کرنش سنج ها می توانند فلزی (فویلی یا سیمی) یا نیمه هادی (پیزومقاومتی) باشند. در نوع فلزی، تغییر مقاومت ناشی از تغییر ابعاد هندسی (طول و سطح مقطع) و همچنین تغییر مقاومت ویژه ماده (اثر پیزومقاومتی در فلزات بسیار کوچک است) است. ضریب کرنش سنجی (Gauge Factor - GF) به صورت
\[ GF = \frac{\Delta R / R}{\epsilon} \]تعریف می شود که
\[ \epsilon \]کرنش محوری است. GF برای فلزات حدود ۲ و برای نیمه هادی ها تا ۲۰۰ است.
\[ GF = \frac{\Delta R / R}{\epsilon} \quad , \quad \epsilon = \frac{\Delta L}{L} \]در یک سنسور فشار کرنش سنج فلزی، معمولا چهار کرنش سنج روی دیافراگم (دو تا در ناحیه با کرنش کششی و دو تا در ناحیه با کرنش فشاری) نصب می شوند و در یک پل وتستون کامل قرار می گیرند تا حساسیت ماکزیمم شود و اثرات دمایی جبران گردد. دیافراگم می تواند فلزی (فولاد زنگ نزن) یا سرامیکی باشد. کرنش سنج ها با چسب مخصوص روی دیافراگم نصب می شوند.
مزایای کرنش سنج های فلزی: پایداری طولانی مدت خوب، خطی بودن عالی، هزینه نسبتا پایین برای تولید کم تیراژ، و قابلیت کار در دماهای بالا (در صورت استفاده از آلیاژهای خاص و چسب های مناسب). معایب: سیگنال خروجی کوچک (نیاز به تقویت)، حساسیت به لرزش، و اندازه نسبتا بزرگ.
کاربردها: لودسل ها (اندازه گیری نیرو و وزن) که در واقع نوع خاصی از سنسور فشار کرنش سنج هستند، سنسورهای فشار صنعتی، پایش سلامت سازه ها، و تجهیزات آزمایشگاهی. بسیاری از ترانسدیوسرهای فشار صنعتی از کرنش سنج های فلزی روی دیافراگم استفاده می کنند.
نصب کرنش سنج نیاز به دقت بالایی دارد. سطح دیافراگم باید کاملا تمیز و آماده شود، کرنش سنج با چسب مخصوص (معمولا سیانواکریلات یا اپوکسی) چسبانده شده و سپس پخت می شود. سیم کشی کرنش سنج ها برای تشکیل پل نیز حیاتی است. کالیبراسیون با اعمال فشارهای معلوم و ثبت ولتاژ خروجی انجام می شود.
با وجود پیشرفت سنسورهای MEMS پیزومقاومتی، سنسورهای کرنش سنج فلزی هنوز در کاربردهای با دمای بالا و نیاز به پایداری بالا (مانند نیروگاه ها) استفاده می شوند. پیشرفت در کرنش سنج های لایه نازک (thin-film) که با روش های خلاء روی دیافراگم رسوب داده می شوند، پایداری و قابلیت اطمینان را بهبود بخشیده است.
