"A precisão é a delicadeza dos reis"! Hoje em dia, este aforismo francês medieval está apenas a tornar-se mais relevante. Os instrumentos baseados na tecnologia de strain gauge estão a ser cada vez mais utilizados para tarefas de medição precisas na indústria e em casas particulares.
Conteúdos
O que é a tecnologia de strain gauge e para que servem as células de carga?
Strain-gauge (do latim tensus - stress) é um método e uma técnica para medir o estado de tensão-deformação do objecto ou estrutura medida. A questão é que é impossível medir directamente a tensão mecânica, pelo que a tarefa é medir a deformação do objecto e calcular a tensão utilizando técnicas especiais que têm em conta as propriedades físicas do material.
Os extensómetros baseiam-se no efeito de deformação, que é a propriedade dos materiais sólidos de alterar a sua resistência sob várias deformações. Os extensómetros são dispositivos que medem a deformação elástica de um corpo sólido e convertem-na num sinal eléctrico. Este processo ocorre através da alteração da resistência do condutor do sensor à medida que este é esticado e comprimido. São um elemento central nos dispositivos de medição de tensões em sólidos (por exemplo, peças de máquinas, construções, edifícios).
Concepção e princípio de funcionamento
No coração do medidor de tensão está um medidor de tensão, equipado com contactos especiais ligados à parte da frente da célula de medição. Durante o processo de medição, os contactos sensíveis no painel tocam o objecto. Esta deformação é medida e convertida num sinal eléctrico que é transmitido aos elementos de processamento e visualização do medidor de deformação.
Dependendo da área de utilização funcional, os sensores diferem tanto no tipo como no tipo de valor medido. Um factor importante é a precisão de medição necessária. Por exemplo, a célula de carga de uma balança de camião numa pastelaria não corresponde a uma balança de farmácia electrónica, onde cada centésimo de grama é importante.
Vamos analisar mais de perto os tipos e tipos de medidores de tensão modernos.
Sensores de torque
Os sensores de torque são concebidos para medir o torque em peças rotativas tais como a cambota de um motor ou a coluna de direcção. Os sensores de torque podem determinar tanto o torque estático como dinâmico de uma forma de contacto ou sem contacto (telemétrica).
Células de carga tipo viga, cantilever e borda
Estes tipos de sensores são geralmente baseados num desenho de paralelogramo com um elemento de flexão integrado para alta sensibilidade e linearidade de medição. Os extensómetros são fixados às partes sensíveis do elemento elástico do sensor e são ligados num arranjo de ponte completa.
Estruturalmente, o medidor de tensão da viga tem orifícios especiais para distribuição desigual da carga e detecção de estirpes compressivas e tensas. Para um efeito máximo, os extensómetros são orientados estritamente para a superfície do feixe no seu ponto mais fino, utilizando marcações especiais. Células de carga altamente precisas e fiáveis deste tipo são utilizadas para construir sistemas de medição multi-sensor em balanças de plataforma ou de tremonha. São também utilizados em balanças doseadoras, cargas a granel e líquidas, medidores de tensão de cabos e outras células de carga.
Células de Carga de Tensão e Compressão
As células de carga tensas e compressivas são geralmente em forma de S, feitas de alumínio ou aço inoxidável. Concebida para balanças de tremonha e máquinas doseadoras com um intervalo de medição de 0,2 a 20 toneladas. As células de carga de tracção e compressão do tipo S podem ser utilizadas em máquinas de produção de cabos, tecidos e fibras para monitorizar a força de tracção destes materiais.
Medidores de tensão de arame e folha de alumínio
Bobinado a fio Os extensómetros de roda são feitos sob a forma de bobinas de fio de pequeno diâmetro e são fixados ao elemento elástico ou à peça a ser testada por meio de cola. As suas características são:
- facilidade de fabrico;
- dependência da tensão linear;
- Pequenas dimensões e preço.
As desvantagens são a baixa sensibilidade, a influência da temperatura e da humidade no erro de medição, a possibilidade de aplicação apenas no campo da deformação elástica.
Folha Os extensómetros são actualmente o tipo mais comum de extensómetros devido às suas altas qualidades metrológicas e manufacturabilidade. Isto é possível graças à tecnologia fotolitográfica para o seu fabrico. Uma tecnologia de ponta permite fabricar extensómetros únicos com base de 0,3 mm, tomadas especiais para extensómetros e cadeias de extensómetros com uma vasta gama de temperaturas operacionais de -240 a +1100 ºС, dependendo das propriedades dos materiais da malha de medição.
Vantagens e desvantagens das células de carga
Os extensómetros são amplamente utilizados devido às suas propriedades:
- A possibilidade de uma ligação monolítica entre o medidor de tensão e a peça a ser investigada;
- Pequena espessura do elemento de medição, o que permite uma alta precisão das medições com um erro de 1-3 %;
- fácil montagem, tanto em superfícies planas como curvas;
- a capacidade de medir deformações dinâmicas com uma frequência de até 50.000 Hz;
- a capacidade de medir em condições ambientais difíceis na gama de temperaturas de -240 a +1100˚C;
- Possibilidade de medir parâmetros simultaneamente em muitos pontos das peças;
- possibilidade de medição de deformações de objectos situados a grandes distâncias dos sistemas de medição de deformações;
- possibilidade de medição de tensão em peças móveis (rotativas).
As desvantagens são:
- a influência das condições meteorológicas (temperatura e humidade) sobre a sensibilidade dos sensores;
- Alterações insignificantes da resistência dos elementos de medição (cerca de 1%) requerem a utilização de amplificadores de sinal.
- Quando os extensómetros funcionam em ambientes de alta temperatura ou agressivos, são necessárias medidas especiais para a sua protecção.
Diagramas de ligação básicos
Consideremos isto no exemplo de ligação de extensómetros a escalas domésticas ou industriais. A célula de carga padrão para balanças tem quatro fios de cor diferente: duas entradas são alimentação (+Ex, -Ex), as outras duas são saídas de medição (+Sig, -Sig). Existem também variantes com cinco fios, em que um fio adicional serve de protecção para todos os outros fios. O funcionamento de uma célula de carga do tipo viga é bastante simples. A energia é aplicada às entradas, e a tensão é retirada das saídas. A magnitude da voltagem depende da carga aplicada sobre o sensor de medição.
Se o comprimento do fio da célula de carga para a unidade ADC for significativo, então a resistência dos próprios fios irá afectar a leitura da balança. Neste caso, é aconselhável adicionar um circuito de feedback, que compensa a queda de tensão corrigindo o erro de resistência do chumbo introduzido no circuito de medição. Neste caso, o diagrama de cablagem terá três pares de fios: fornecimento, medição e compensação de perdas.
Exemplos de aplicações de strain gauge
- Um componente na construção de balanças.
- Medição das forças de deformação na conformação do metal em prensas de forja e laminadores.
- Monitorização dos estados de tensão-deformação das estruturas e construções de edifícios durante a sua montagem e funcionamento.
- Sensores de alta temperatura feitos de liga de aço resistente ao calor para instalações metalúrgicas.
- com elemento resiliente de aço inoxidável para medições em ambientes quimicamente agressivos.
- Para medição de pressão em oleodutos e gasodutos.
Simplicidade, conveniência e processabilidade das células de carga são os principais factores para a sua implementação mais activa, tanto nos processos metrológicos como na utilização na vida quotidiana como elementos de medição de aparelhos domésticos.
Artigos relacionados:
