با توجه به اینکه رابطه ولتاژ و کرنش غیرخطی است میتوان با یک تقریب جزئی رابطه (۵-۶) را خطی و سادهسازی کنیم، که در ذیل مشاهده می شود.
(۵-۷)
در روش دوم، دو مقاومت در یک بازو را با دو کرنشسنج جایگزین میکنیم. در این روش تغییر مقاومت دو برابر می شود. یک مزیت بسیار مهم این روش، حذف تاثیر تغیر دما میباشد، چرا که با افزایش یا کاهش دما هر دو کرنشسنج به یک اندازه تغییر مقاومت می دهند (شکل (۵-۹)).
شکل (۵-۹): نیم پل [۴۹]
رابطه بین ولتاژ و کرنش در این روش از معادله (۵-۸) محاسبه میگردد.
(۵-۸)
در روش سوم، چهار مقاومت پل وتستون را با چهار کرنشسنج جایگزین می شود. در این روش تغییر مقاومت چهار برابر می شود. یک مزیت بسیار مهم این روش، حذف تاثیر تغییر دما میباشد. چرا که با افزایش یا کاهش دما هر چهار کرنشسنج به یک اندازه تغییر مقاومت می دهند (شکل (۵-۱۰)).
شکل (۵-۱۰): تمام پل [۴۹]
رابطه بین ولتاژ و کرنش در این روش از معادله زیر محاسبه میگردد [۵۱].
(۵-۹)
باید توجه داشت در هر سه روش فوق فرض شده است که پل وتستون درحالت بالانس میباشد. درصورتیکه پل در حالت اول بالانس نباشد میتوان با افزودن یک مقاومت کوچک در یکی از بازوها پل را بالانس کرد و یا از همان اول معادلات را با ولتاژ اولیه غیر صفر بدست آورد.
-
-
-
- رز کرنشسنج
-
-
برای اندازه گیری سه مولفه کرنش دوبعدی در یک نقطه و تحلیل تنش درآن نقطه معمولا از چند کرنشسنج با یک آرایش خاص استفاده می شود. برای نمونه مطابق شکل (۵-۱۰) با بهره گرفتن از یک ساختار رز متشکل از سه کرنشسنج با زوایای ۴۵ و ۹۰ درجه میتوان کرنشهای اصلی و جهت آنها را اندازه گیری کرد. اگر کرنشهای اندازه گیری شده در سه جهت را ، و نامگذاری کنیم، کرنش اصلی ماکزیمم از رابطه زیر بدست می آید[۵۰].
(۵-۱۰)
کرنش اصلی مینیمم از رابطه
(۵-۱۱)
و زاویه جهت نسبت به کرنش اصلی از رابطه زیر بدست می آید:
(۵-۱۳)
درصورتی که باشد، کرنش اصلی ماکزیمم به اندازه زاویه و در جهت ساعتگرد نسبت به محور اول قرار دارد. در این حالت محوری که کمترین کرنش در آن ایجاد می شود در قرار خواهد داشت. درصورتی که باشد، زاویه با کرنش اصلی ماکزیمم به اندازه در جهت ساعتگرد نسبت به محور ۱ قرار دارد و کرنش اصلی مینمم در زاویه قرار خواهد گرفت[۵۰].
شکل (۵-۱۱): رز کرنشسنج
برای یک ماده با مدول الاستیسیته و ضریب پواسون ، تنش نرمال مینیمم و تنش برشی ماکزیمم به ترتیب از روابط زیر بدست میآیند.
(۵-۱۳)
(۵-۱۴)
(۵-۱۵)
رز کرنش با زوایای دیگر نیز قابل بکارگیری است. اما روابط مربوطه برای یک رز جدید، کاملا متفاوت خواهد بود. در شکل شماره (۵-۱۳) تعدادی کرنشسنج بصورت تکجهته و چندجهته نشان داده شده است.
شماره (۵-۱۳): انواع کرنشسنج الکتریکی- مقاومتی
-
-
-
- گونه های مختلف پل وتستون
-
-
کرنشسنجها را میتوان با آرایشهای گوناگونی نصب کرد و مورد استفاده قرار داد. در جدول (۵-۲) آرایشهای مختلف جهت کاربردهای متفاوت نشان داده شده است.
جدول (۵-۲): آرایش مختلف پل وتستون جهت کرنشسنج [۴۹]
همانطور که مشاهده می شود تاثیر دما برای تمام کرنشسنجها مثبت است. مشاهده می شود که تاثیر کرنشهای حرارتی برای تمام کرنشسنجها در نهایت حذف می شود. با بهره گرفتن از روش مشابه میتوان عدم تاثیر کرنشهای حرارتی را برای نیم پل نیز نشان داد. علت این است که تاثیر دما بر هر دو بازوی پل تاثیر مشابهی می گذارد. از این رو در حالت کلی برای پل کامل و نیم پل دما تاثیری نخواهد داشت. در صورتی که برای روش ربع پل تاثیر کرنش حرارتی بسیار مشهود خواهد بود.
با توجه به کرنشسنج استفاده شده در این پایان نامه به شماره تاثیر کرنش حرارتی در شکل (۵-۱۳) نشان داده شده است، که قسمتی از کاتالوگ این حسگر میباشد.
شکل (۵-۱۳): تاثیر کرنش حرارتی بر خروجی حسگر [۵۲]