Elektrik Dirençli Gerinim Ölçerler

1-      DENEYİN ADI:

Elektrik Dirençli Gerinim Ölçerler

2-      DENEYİN AMACI:

Malzemelerin elastik bölge içindeki şekil değiştirmelerinin belirlenmesi ve bunlara bağlı olarak malzeme karakteristiklerinin saptanması.

3-      TEORİK BİLGİ:

Elektrik dirençli gerinim ölçerler yardımıyla komplike ve karmaşık parçalarda hesaplama yöntemi ile zor bulunabilecek gerilimleri, kaynak, ısıl işlem, döküm ve kalıcı şekil değiştirme sonucu oluşan artık gerilmeleri kolayca ve emniyetli şekilde bulmak mümkündür.

      Elektrik dirençli gerinim ölçerler malzeme üzerinde iç gerilmelerin en yoğun olduğu yere yapıştırılmalıdır, böylece daha sağlıklı sonuçlar alınabilir. Malzeme üzerinde iç gerilmelerin yoğunlaştığı yer gevrek kaplama tekniğiyle kolayca bulunabilir. Malzeme tüzeyi gevrek seramik bazlı bir sray ile kaplanır ve daha sonra malzeme üzerine yük uygulanır. Malzeme üzerinde en çok nerede çatlak meydana gelirse iç gerilmeler orada daha çoktur denilebilir ve elektrik dirençli gerinim ölçer buraya yapıştırılır.(Temizlendikten ve nötralize edildikten sonra).   

 

Gerinim ölçer çeşitleri

            Gerinim ölçerlerde malzemenin mağruz kaldığı yük elastiklik sınırız altındadır. Ölçüm yapmak için çok küçük e değerleri kullanılır. Yani en genel anlamda Elektrik dirençli gerinim ölçerler elastiklik sınırının altında gerinme değeri ölçmeye yararlar. Elektrik dirençli gerinim ölçerler kullanılarak 10^-6 mertebesinde bir hassasiyet sağlanabilir.

R=ρx(L/S) Formülü integre edildiğinde   ÞÞÞÞÞÞ      S_A=(dR/R)/ e   bulunur.

        R:İçinden akım geçen iletken direnci                                          S_A:Tel için gerinim hassasiyeti

        ρ:Özgül direnç                                                                                e= Direnç değişimi oluşturan birim şekildeğişimidir.

        S=Yüzey alanı                                                                                  dR: Direnç değişikliği          

         L= iletken boyu

MALZEME	BİLEŞİM	SA DEĞERİ
Konstanten	45 Ni, 55 Cu	2.0-2.1
Krom nikel	80 Ni, 20 Cr	2.1
İzoelastik	36 Ni, 8 Cr, 0.5 Mo, 55.5 Fe	3.1
Karma	74 Ni, 20 Cr, 3 Al,  3 Fe	2.0
Alaşım 479	92 Pt, 8 W	4.0

Malzemede SA değeri olduğu gibi kullanılamaz değiştirilmesi gerekmektedir.  

S_g=(dR/R)/ e

Çalışma Prensibi:

Elektrik dirençli gerinim ölçerlerin çalışma prensibinde Wheatshone Köprüsünden yararlanılır.

Wheatshone Köprüsü

 Wheatshone Köprüsündeki dirençler R1*R3=R2*R4 olacak şekilde reosta yardımıyla ayarlanır ve bu dirençlerden biri elektrik dirençli gerinim ölçere bağlanır.

Gerinim ölçer üzerine bir yük uygulandığında kendisinin bağlı olduğu direnç değişeceğinden R1*R3=R2*R4 eşitliği bozulacaktır. Sapan eşitlik reosta yardımıyla yeniden sağlanırsa reostadan elde edilen değer bize dR/R’ değerini verir. Kullandığımız numuneni Sg değerini bildiğimiz için Sg= (dR/R)/ e formülünde e kolayca bulunabilir. e değeri bulunduktan sonra malzemenin Elastiklik Modülünden faydalanarak uygulanan gerilim hesaplanabilir.

s=e*E 

Tek eksenli gerilme: Elektirik dirençli gerinim ölçerler çekme eksenine paralel olarak yapıştırılır.   s=e*E  formülü tek eksenli gerilmelerde kullanılır.

İki eksenli gerilme:  Eğer gerilmenin yönleri biliniyorsa bu yönlere paralel olacak şekilde 2 gerinin ölçer yapıştırılır.

s₁=E/(1+μ²)x(ε₁+με₂)

s₂=E/(1+μ²)x(ε₂+με₁)

 μ=Poison oranı           μ= ε_2/ ε₁

Yönler hakkında bir bilgi yoksa, malzeme üzerindeki çatlaklar rastgele dağılımlıysa rozet gerinim ölçerler kullanılır.

+:ε₁ ve -: ε₂ olmak üzere

ε_1,2=(ε_A+ε_C)/2±[(ε_A-ε_C)²+(2ε_B-ε_A- ε_c)²] ve  t2θ=(2ε_B-ε_A- ε_c)/ (ε_A-ε_C) formüllerinden yararlanılarak gerekli değerler bulunabilir.

4-      NUMUNE TANIMI:

2024 Al alaşımı numune

5-      KULLANILAN CİHAZ ve DONANIMLAR:

         Elektrik dirençli gerinim ölçer. W=120 ve Sg=2,09»2

2024 Al alaşımı numune

   Deney cihazı

6-      DENEYİN YAPILIŞI:

Deneye başlanılmadan önce Elektrik dirençli gerinim ölçerin nereye yapıştırılacağı belirlenmelidir. Deneyimizde tek eksenli gerilme uygulayacağımızdan Elektrik dirençli gerinim ölçer de bu gerilmeye paralel olarak yapıştırıldı.

Elektrik dirençli gerinim ölçer yapıştırılmadan malzemenin yüzeyi temizlenir(zımpara ile) daha sonra hep yüzey tozlarından arındırmak hemde temizleme esnasında kimyasal bir madde kullanıldıysa bölgeyi nötr hale getirmek için bu bölge yıkanır.Daha sonra yüzeye sürülen epoksi yapıştırıcı malzemesi ile Elektrik dirençli gerinim ölçer malzemeye yapıştırılır. Deneyimizde Wheatshone Köprüsü kuruldu ve direncin biri Al numune üzerindeki Elektrik dirençli gerilim ölçere bağlandı. Wheatshone köprüsünde R1*R3=R2*R4 eşitliği sağlandı.Daha sonra bir mikrometre vasıtasıyla Al numuneye gerilim uygulandı ve kendisinin bağlı olduğu direnci değiştirdiğinden

R1*R3=R2*R4 eşitliği bozuldu.Eşitliğin Bozulduğu, Eşitlik sağlandığında 0 (sıfır) değerini gösteren skalanın 0 değerinden sapmasıyla anlaşıldı ve bu sapma miktarı dR/R olarak cihazdan okundu.

Bu değerlerden yararlanılarak  ve aşağıdaki formüller kullanılarak hesaplanır.

S_g=(dR/R)/ e                                    s=e*E

S_g:Tel için gerinim hassasiyet faktörü                                                                s=Uygulanan gerilme

e= Direnç değişimi oluşturan birim şekildeğişimidir.                                       e= Cihazdan okunan gerinme

dR: Direnç değişikliği                                                                                             E=Elastiklik modülü

7-HESAPLAMALAR:

ε=1,20x10^-6

EAl=0,7*10 ⁵   MPa                      

Değerleri biliniyor Aşağıdaki formül kullanılarak  uygulanan s değeri bulunabilir.

s= e*E  ÞÞÞÞ  s=(1,2*10^-6)*(0,7*10⁵) 0,084 MPa

8-ÖDEVLER VE İSTENENLER:

İç gerilmeler:  Herhangi bir moment etkisinde olmayan kapalı sistemlerdeki dengedeki gerilmelere iç gerilmeler denir.İç gerilmeler, cidar ve çekirdek arasındaki sıcaklık farkından dolayı hızlı soğuma, martenzit dönüşümünde hacim artmasıyla sertleştirme, doğrultma, bükme gibi plastik şekil verme, kaynakta veya ince yüzey tabakalarında talaşlı şekillendirme sonrası çok değişik nedenlerle meydana gelebilir.Örneğin dökümü yapılmış bir parçanın ince kesitleri daha çabuk soğurken kalın kesitleri daha geç soğur. Bu olay malzemede iç gerilmelere dolayısıyla çarpılmalara yol açabilir.

İç gerilmeler kapalı bir alanda dengedeki gerilmeler olduğundan bu denge bozulduğunda malzemede şekil değişikliğine yol açar. Çeşitli tavlamalar yaparak iç gerilmeler giderilebilir.

9-REFERANSLAR:

·         Mekanik Muayeneler Deney Föyü(YTÜ)

·         Mekanik Metalürji Ders Notları(Ahmet Sağın)

·         William F. Smith “Malzeme Bilimi ve Mühendisliği“

·         Prof.Dr Ahmet Çetin Can “ Tasarımcı Mühendisler için Malzeme Bilgisi