Conceitos básicos de medições de strain gage

O extensômetro é uma das ferramentas mais úteis para medir com precisão a expansão ou contração de um material à medida que as forças são aplicadas. Os extensômetros também são úteis para medir forças aplicadas indiretamente se estiverem alinhadas aproximadamente linearmente com a deformação do material.

O que são medidores de tensão?

Os medidores de tensão são sensores cuja resistência elétrica varia em proporção à quantidade de tensão (deformação de um material).

Um extensômetro ideal mudaria sua resistência proporcionalmente à deformação longitudinal na superfície à qual o sensor está conectado.

No entanto, existem outros fatores que podem afetar a resistência, como temperatura, propriedades do material e o adesivo que liga o medidor ao material.

Um extensômetro consiste em uma malha de arame paralela ou uma folha de metal muito fina presa à superfície filtrada por uma fina camada de epóxi isolado. Quando o material colado é tensionado, a tensão é transmitida através do adesivo. A forma da grade é projetada em um padrão que fornece a variação máxima de resistência por unidade de área.

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Como selecionar um medidor de tensão

Ao selecionar um medidor de tensão para uma aplicação, as três principais considerações são temperatura operacional, natureza da tensão a ser detectada e requisitos de estabilidade.

Como um medidor de tensão é montado em uma superfície deformada, é importante que o medidor seja tensionado igualmente com a superfície. O material adesivo deve ser cuidadosamente selecionado para transmitir de forma confiável a tensão ao sensor em uma ampla faixa de temperatura e outras condições.

O valor da resistência de um extensômetro varia em função da deformação aplicada de acordo com: alteração em R / R = S em que R é a resistência, e é a deformação e S é o fator de sensibilidade à deformação. Para medidores de chapa metálica, o fator de sensibilidade à deformação é de aproximadamente 2.

Geralmente, os aumentos de tensão são inferiores a 0,005 polegada / polegada e geralmente são expressos em unidades de microtensão. A partir da fórmula, observa-se que a resistência do extensômetro varia em quantidades muito pequenas com a deformação especificada, na ordem de 0,1%.

Uma leitura de tensão pode então ser obtida deste resistor em termos de milivolts por volt (mV / V) para fornecer o valor medido da tensão.

A razão de Poisson é uma medida do afinamento e alongamento que ocorre no material quando é tensionado. Se uma força de tração for aplicada a um cabo resistivo, por exemplo, o cabo esticará um pouco e, ao mesmo tempo, ficará mais fino. Essa proporção dessas duas linhagens é a razão de Poisson.

Esse é o princípio básico por trás das medições de strain gage, uma vez que a resistência do cabo aumentaria proporcionalmente devido ao efeito Poisson.

Como medir com precisão a saída do medidor de tensão

Para medir com precisão uma pequena alteração na resistência, os medidores de tensão estão quase sempre em uma configuração de ponte com uma fonte de excitação de tensão.

O Wheatstone Bridge é comumente usado como mostrado no diagrama. A ponte é equilibrada quando as razões de resistência são iguais em ambos os lados, ou R1 / R2 = R4 / R3. Obviamente, a tensão de saída é zero nesta condição.

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À medida que a resistência do strain gage (Rg) muda, a tensão de saída (Vout) altera alguns milivolts e essa tensão é amplificada por um amplificador diferencial para retornar um valor legível.

Este circuito Wheatstone também é muito adequado para compensação de temperatura: quase pode eliminar os efeitos da temperatura. Às vezes, o material do medidor é projetado para compensar a expansão térmica, mas isso não elimina totalmente a sensibilidade térmica.

Para obter uma melhor compensação térmica, um resistor como R3 poderia ser substituído por um medidor de tensão semelhante. Isso tenderá a negar os efeitos da temperatura.

De fato, todos os quatro resistores poderiam ser substituídos por sensores de strain gage para estabilidade máxima de temperatura. Dois deles (R1 e R3) podem ser configurados para medir a compressão, enquanto os outros dois (R2 e R4) estão configurados para medir a tensão.

Isso não apenas compensa a temperatura, mas também aumenta a sensibilidade em um fator de quatro. Os medidores de tensão com elementos de resistência elétrica são de longe o tipo mais comum de sensor para medir tensão, pois possuem as vantagens de um custo mais baixo. como estar bem estabelecido.

Eles estão disponíveis em tamanhos pequenos e são apenas moderadamente afetados pelas mudanças de temperatura, atingindo simultaneamente um erro inferior a +/- 0,10%. Os strain gages colados também são muito sensíveis e podem ser usados ​​para medir o estresse estático e dinâmico.

No entanto, existem outros tipos disponíveis para certas aplicações, como piezo-resistivas, resistentes ao carbono, semicondutores, acústicas, ópticas e indutivas.

Existem até sensores de extensômetro baseados em um circuito de capacitor.



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

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