Strain Gages

Strain Gages / Extensômetros Elétricos, são elementos resistivos analógicos ( 350, 700 e 1000 ohms) fixados na estrutura de célula de carga que variam a resistência dependendo da força de compressão ou tensão  que a estrutura da célula de carga recebe.

A resistência elétrica de um strain gage varia proporcionalmente com o valor da deformação do corpo de prova.

O strain gage mais amplamente utilizado é o strain gage de componentes metálicos os  quais são formados por um fio muito fino ou, mais comumente, por folhas metálicas dispostas em um padrão de grade. O padrão de grade maximiza a extensão dos fios ou folhas metálicas sujeitas à deformação na direção paralela. A grade é colada a um suporte fino, denominado base, que é fixado diretamente no corpo de prova. Dessa forma, a deformação sofrida pelo corpo de prova é transferida diretamente ao strain gage, que responde com uma variação linear de sua resistência elétrica.

As células de carga com tecnologia strain gage levam internamente quatro extensômetros ligados entre si conforme o conceito da ponte de Wheatstone .

A saída de uma célula de carga de strain gage é expressa em termos de mV / V e é diretamente proporcional à entrada.

Por exemplo, uma célula de carga com uma saída de 2 mV / V e com uma excitação de 10 volts aplicada resulta em uma saída bruta de 20 mV para a capacidade da célula de carga. A maioria dos fabricantes especifica as saídas da célula de carga entre 1,0 e 5,0 mV / V,  o que depende do fator de medição e da tensão operacional da estrutura da célula de carga, embora 2 mV / V seja mais comum.

Exemplo:

  • Alimentação da Ponte: (P1 e P2) :  10 a 12 VCC
  • Sinal de saída (S1 e S2): 0 a 20 mV
  • Sensibilidade = S /E = 20 / 10 = 2mV/V

 

 

 

É através da medição do desbalanceamento da ponte de Wheatstone que se obtém o valor da força aplicada.

A forma geométrica, o material do corpo da célula de carga, a intensidade da força/carga a ser medida e as condições ambientais devem ser objeto de um meticuloso estudo quanto à escolha da célula de carga.

Considerando-se que a temperatura gera deformações em corpos sólidos e que estas poderiam ser confundidas com a provocada pela ação da força a ser medida, há necessidade de se “compensar” os efeitos de temperatura através da introdução, no circuito de Wheatstone, de resistências especiais que variem com a temperatura de forma inversa a dos extensômetros.

Toda célula de carga quando submetida à uma força/carga descreve uma “curva da deformação em função da carga” onde alguns parâmetros são importantes:

Histerese, Repetibilidade, Não -Linearidade e Fluência

  • Histerese: A diferença máxima entre as leituras de saída do transdutor para a mesma força aplicada, uma leitura obtida aumentando a carga a partir do zero e a outra diminuindo a carga  a partir da escala nominal. Um efeito normalmente presente ao ciclo de pesagem que deve ser controlado com a escolha conveniente da liga da matéria-prima da célula de carga decorrente de trocas térmicas com o ambiente da energia elástica gerada pela deformação, o que acarreta que as medições de cargas sucessivas não coincidam com as descargas respectivas (Fig. 3).
  • Repetibilidade: A indicação da mesma deformação decorrente da apIicação da mesma carga sucessivamente.
  • Não-Linearidade: Desvio da média dos valores dos sinais das células de carga de uma linha reta até a força zero aplicada e a força máxima aplicada.
  • Fluência ( Creep): Consiste na variação da deformação ao longo do tempo após a aplicação da carga. Este efeito decorre de escorregamentos entre as faces da estrutura cristalina do material e apresenta-se como variações aparentes na intensidade da força sem que haja incrementos na mesma (Fig. 4).
    Figura 4

    Figura 4