Um medidor de deformação foi inventado por Edward E. Simmons e Arthur C. Ruge, em 1938. Esta invenção levou à medição de uma quantidade significativa de deformação em várias estruturas. Um medidor de tensão é um tipo de sensor usado em uma ampla variedade de aplicações para medir a deformação de um objeto. É uma ferramenta geotécnica essencial que determina a deformação em uma variedade de estruturas, como túneis, cavidades subterrâneas, edifícios, pontes, concretos, barragens de alvenaria, incrustação em solo / concreto, etc. Aqui está tudo o que um leitor pode saber sobre o Strain gauge, incluindo princípio de funcionamento, características e aplicações.
O que é um Strain Gauge?
Definição: Um medidor de tensão é um dos dispositivos essenciais usados no campo da engenharia geotécnica para medir a deformação em diversas estruturas. Ao aplicar uma força externa, haveria uma mudança na resistência de um medidor de tensão.
medidor de tensão
A construção básica de um medidor tem um suporte flexível isolante para suportar uma estrutura de folha metálica. Essa bobina metálica é colada a um suporte fino chamado transportador e toda a configuração é fixada a um objeto usando um adesivo adequado. À medida que o objeto é deformado devido à força, pressão, peso, tensão, etc., o resistência elétrica de mudanças de folha. UMA Ponte de Wheatstone mede a mudança na resistividade, que está relacionada à deformação por meio de uma quantidade conhecida como Fator Gauge.
strain-gauge-specimen-diagram
As pequenas mudanças na resistência de um medidor são medidas usando o conceito de ponte de Wheatstone. A figura abaixo ilustra a ponte de Wheatstone geral, que tem quatro braços resistivos e uma tensão de excitação, VANTIGO.
Ponte de Wheatstone
A ponte Wheatstone tem dois paralelos divisor de tensão circuitos. R1 e R2 formam um circuito divisor de voltagem, R3 e R4 formam um segundo circuito divisor de voltagem. A tensão de saída VO é dada por:
Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * VANTIGO
Se R1 / R2 = R4 / R3, então a tensão de saída é zero e a ponte é considerada uma ponte balanceada.
Uma pequena mudança na resistência leva a uma tensão de saída diferente de zero. Se 'R4' for substituído por um medidor de tensão e quaisquer alterações na resistência do medidor de tensão desequilibrarão a ponte e produzirão tensão diferente de zero.
Fator de medidor de medidor de tensão
O fator de medição GF é dado como
GF = (∆R⁄RG) / ∈
Onde,
‘ΔR’ é a mudança na resistência devido à tensão
‘RG’ é a resistência do medidor indeformado
‘Ε’ é a tensão
O fator de medição de folhas metálicas comuns é cerca de 2. A tensão do sensor de saída SV de uma ponte de Wheatstone é dada por,
SV = EV (GF.∈) / 4
Onde EV é a tensão de excitação da ponte
Strain Gauge Working
O funcionamento de um extensômetro depende inteiramente da resistividade elétrica de um objeto / condutor. Quando um objeto é esticado dentro de seus limites de elasticidade e não quebra ou entorta permanentemente, ele se torna mais fino e longo, resultando em alta resistência elétrica. Se um objeto é comprimido e não deforma, mas, se alarga e encurta, resulta em diminuição da resistência elétrica. Os valores obtidos após medir a resistência elétrica de um medidor ajudam a entender a quantidade de estresse induzido.
A tensão de excitação é aplicada nos terminais de entrada de uma rede de medidores, enquanto a saída é lida nos terminais de saída. Normalmente, eles estão conectados a uma carga e provavelmente permanecerão estáveis por períodos mais longos, às vezes décadas. A cola usada para medidores depende da duração de um sistema de medição - a cola de cianoacrilato é adequada para medições de curto prazo e a cola epóxi para medições de longo prazo.
Princípio de funcionamento do medidor de tensão
Como sabemos que a resistência é diretamente dependente do comprimento e da área da seção transversal de um condutor, que é dada por R = L / A
Onde,
‘R’ = Resistência
‘L’ = Comprimento
‘A’ = área da seção transversal
Claramente, o comprimento de um condutor é alterado com a mudança no tamanho e forma de um condutor, eventualmente, alterando a área da seção transversal e resistência.
Qualquer medidor normal tem uma faixa condutiva longa e fina, colocada em zigue-zague de linhas paralelas. O objetivo deste alinhamento em zigue-zague é elaborar sobre a pequena quantidade de tensão que ocorre entre as linhas paralelas com muita precisão. O estresse é definido como a força de resistência de um objeto.
Rosetas de extensômetros
Dois ou mais medidores posicionados próximos a uma estrutura semelhante a uma roseta para medir o número de componentes para avaliar a tensão precisa na superfície são conhecidos como rosetas de medidor de tensão. A ilustração é mostrada na figura abaixo.
rosetas extensoras
Células de carga de extensômetro
Essas células de carga são mais comumente encontradas em aplicações industriais. É altamente preciso e econômico. Basicamente, uma célula de carga consiste em um corpo de metal no qual os medidores de tensão são fixados. Para que o corpo de metal seja resistente e menos elástico, utiliza-se a liga de aço, alumínio ou aço inoxidável para o projeto.
Quando uma força externa é aplicada em uma célula de carga, a célula de carga é ligeiramente deformada e, se não estiver sobrecarregada, ela retorna à sua forma original.
Se a célula de carga se deforma, o medidor muda de forma, causando a mudança na resistência elétrica do medidor, que por sua vez mede a tensão.
Existem tipos comuns de células de carga de extensômetro, que incluem viga de flexão, panqueca, célula de carga de viga de cisalhamento de ponto único, viga de cisalhamento de extremidade dupla, braçadeiras de cabo de aço e assim por diante.
Características dos extensômetros
As características importantes dos medidores de tensão são:
- Estes são apropriados para períodos mais longos com certas precauções
- Eles fornecem valores precisos com uma mudança na temperatura e outros fatores
- São fáceis de fabricar devido aos componentes simples
- Eles são fáceis de manter e têm uma longa vida útil
- É totalmente encapsulado para proteger de danos como manuseio e instalação
Aplicações do Strain Gauge
As características excepcionais permitem que esses medidores sejam usados no campo da engenharia geotécnica para monitorar estruturas como barragens, túneis, etc. constantemente e para evitar acidentes com antecedência. Algumas das aplicações de medidores de tensão incluem -
- Monitoramento ferroviário
- Pontes de cabo
- Aeroespacial
- Central nuclear
FAQs
1). Qual é a sensibilidade do medidor de tensão?
A tensão de fluxo difere em relação à taxa de deformação. Além disso, a taxa de deformação depende do tamanho do grão de um objeto ou material de trabalho. É definido como a razão entre a mudança na tensão de fluxo e a mudança na deformação.
2). Qual é a unidade de tensão?
A deformação é uma quantidade adimensional. No entanto, a taxa de deformação é o recíproco do tempo e a unidade do SI é o recíproco dos segundos (s-1).
3). Como escolho um medidor de tensão?
Isso é selecionado com base no tipo de aplicativos e outros elementos relacionados. Tal como -
- Com base no comprimento de medida e resistência
- Com base no custo de economia de trabalho
- Com base no material e no ambiente de medição
4). Por que a ponte de Wheatstone é usada para medidor de tensão?
A ponte de Wheatstone é capaz de medir tensões de saída em termos de milivolts. Para um medidor de tensão ligado, uma mudança na resistência pode ser medida quando ele é conectado a um circuito elétrico (ponte de Wheatstone) que mede a mudança mínima na resistência. À medida que a tensão de saída na ponte de Wheatstone se torna diferente de zero, o circuito perde seu equilíbrio e ajuda a determinar a deformação no objeto.
5). Como você instala medidores de tensão?
Aqui estão as etapas para instalar o medidor de tensão
Assim, um extensa descrição do medidor de tensão , o princípio de funcionamento, fator de medição, características e aplicações são fornecidos neste artigo. Além disso, a correlação de imagem digital (DIC) é uma técnica empregada atualmente para medir o strain. É usado em muitas indústrias por causa da precisão e como uma substituição de tipos convencionais de sensores como acelerômetros, potenciômetros de corda, LVDT e muitos mais. Aqui está uma pergunta para você, qual é a principal função do medidor de tensão?
