Noções básicas de medições de Strain Gauge

O medidor de tensão é uma das ferramentas mais úteis para medir com precisão a expansão ou contração de um material conforme as forças são aplicadas. Os medidores de tensão também são úteis para medir forças aplicadas indiretamente, se estiverem alinhados aproximadamente linearmente com a deformação do material.

O que são Strain Gauges

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

Um medidor de tensão ideal mudaria sua resistência em proporção 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 une o medidor ao material.

Um medidor de tensão consiste em uma grade paralela de fio metálico muito fino ou folha ligada à superfície tensionada por uma fina camada isolada de epóxi. Quando o material colado é tensionado, a tensão é transmitida através do adesivo. A forma da grade é projetada em um padrão que fornece variação máxima de resistência por unidade de área.

Como selecionar Strain Gauge

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

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

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

Os incrementos de deformação são geralmente inferiores a 0,005 polegada / polegada e são frequentemente expressos em unidades de micro-deformação. A partir da fórmula, verifica-se que a resistência do extensômetro muda em quantidades muito pequenas com a deformação dada, na ordem de 0,1%.

Uma leitura de tensão pode então ser retirada deste resistor em termos de milivolt por volt (mV / V) para fornecer o valor de medição para deformação.

O coeficiente de Poisson é uma medida do afinamento e alongamento que ocorre no material à medida que ele é tensionado. Se uma força de tração for aplicada a um fio resistivo, por exemplo, o fio se tornaria um pouco mais longo e, ao mesmo tempo, mais fino. Essa proporção dessas duas tensões é a razão de Poisson.

Este é o princípio básico por trás das medições do extensômetro, já que a resistência do fio aumentaria proporcionalmente devido ao efeito Poisson.

Como medir a saída do extensômetro com precisão

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

A ponte de Wheatstone é comumente usada conforme mostrado no diagrama. A ponte é balanceada quando as relações do resistor são iguais em ambos os lados, ou R1 / R2 = R4 / R3. Evidentemente, a tensão de saída é zero nessa condição.

Conforme a resistência do medidor de tensão (Rg) muda, a tensão de saída (Vout) muda em alguns miliVolts, e essa tensão é então amplificada por um amplificador diferencial para retornar um valor legível.

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

Para obter uma melhor compensação térmica, um resistor como R3 pode ser substituído por um extensômetro semelhante. Isso tenderia a anular os efeitos da temperatura.

Na verdade, todos os quatro resistores podem ser substituídos por sensores de medidor de tensão para estabilidade máxima de temperatura. Dois deles (R1 e R3) podem ser configurados para medir a compressão, enquanto os outros dois (R2 e R4) são configurados para medir a tensão.

Isso não apenas compensará a temperatura, mas também aumentará a sensibilidade em um fator de quatro. Medidores de tensão com elementos de resistência elétrica são de longe o tipo mais comum de sensor para medir deformação, pois possuem as vantagens de menor custo, também como sendo bem estabelecido.

Eles estão disponíveis em tamanhos pequenos e são apenas moderadamente afetados pelas mudanças de temperatura, atingindo simultaneamente erros de menos de +/- 0,10%. Medidores de tensão de resistência colada também são altamente sensíveis e podem ser usados ​​para medir deformações estáticas e dinâmicas.

No entanto, existem outros tipos disponíveis para determinadas aplicações, como piezo-resistivo, carbono-resistivo, semicondutor, acústico, óptico e indutivo.

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