"Precisão - a polidez dos reis!" Em nosso tempo, a relevância desse aforismo francês medieval só está crescendo. Para realizar cálculos de medição precisos na produção e na vida cotidiana, dispositivos baseados em extensômetros estão sendo usados cada vez mais.
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O que é strain gages e para que servem os strain gages?
Tensometria (do latim tensus - estressado) é um método e técnica para medir o estado de tensão-deformação de um objeto ou estrutura medido. O fato é que é impossível medir diretamente a tensão mecânica, então a tarefa é medir a deformação do objeto e calcular a tensão usando técnicas especiais que levam em consideração as propriedades físicas do material.
O trabalho dos extensômetros é baseado no efeito de deformação - esta é a propriedade dos materiais sólidos de alterar sua resistência com várias deformações. Sensores Strain Gauge são dispositivos que medem a deformação elástica de um corpo sólido e convertem seu valor em um sinal elétrico. Este processo ocorre quando a resistência do condutor do sensor muda quando ele é esticado e comprimido. Eles são o principal elemento em instrumentos para medir a deformação de sólidos (por exemplo, peças de máquinas, estruturas, edifícios).
Dispositivo e princípio de operação
A base do extensômetro é um extensômetro equipado com contatos especiais fixados na parte frontal do painel de medição. Durante a medição, os contatos sensíveis do painel estão em contato com o objeto. Sua deformação ocorre, que é medida e convertida em um sinal elétrico transmitido aos elementos de processamento e exibição do valor medido do extensômetro.
Dependendo do escopo de uso funcional, os sensores diferem em tipos e tipos de grandezas medidas. Um fator importante é a precisão de medição necessária. Por exemplo, uma célula de carga na saída da padaria não é absolutamente adequada para balanças farmacêuticas eletrônicas, onde cada centésimo de grama é importante.
Vamos considerar com mais detalhes os tipos e tipos de extensômetros modernos.
Sensores de torque
Os sensores de torque são projetados para medir o torque em peças rotativas de sistemas, como virabrequim do motor ou coluna de direção.Os strain gages de torque podem determinar o torque estático e dinâmico pelo método de contato ou sem contato (telemétrico).
Células de carga de viga, cantilever e borda
Esses tipos de transdutores geralmente são feitos com base em um projeto de paralelogramo com um elemento de dobra embutido para alta sensibilidade e linearidade das medições. Os extensômetros neles são fixados nas áreas sensíveis do elemento elástico do sensor e são conectados de acordo com o esquema de ponte completa.
Estruturalmente, a célula de carga da viga possui furos especiais para distribuição desigual de carga e detecção de deformações de compressão e tração. Para obter o efeito máximo, os strain gages são estritamente orientados por marcas especiais na superfície da viga em seu ponto mais fino. Sensores altamente precisos e confiáveis desse tipo são usados para criar sistemas de medição multissensor em balanças de plataforma ou bunker. Eles encontraram sua aplicação na pesagem de dosadores, embaladores de produtos soltos e líquidos, medidores de tensão de cabos e outros medidores de carga de energia.
Células de carga de tração e compressão
As células de carga de tração e compressão são geralmente em forma de S, feitas de alumínio e aço inoxidável ligado. Projetado para balanças de bunker e dosadoras com faixa de medição de 0,2 a 20 toneladas. Células de carga de tração e compressão em forma de S podem ser usadas em máquinas de cabos, tecidos e fibras para controlar a força de tração desses materiais.
Strain gauges de fio e folha
Arame Os strain gages são feitos na forma de uma espiral de fio de pequeno diâmetro e montados em um elemento elástico ou peça sob teste com cola.Eles se distinguem por:
- facilidade de fabricação;
- dependência linear da deformação;
- tamanho pequeno e preço.
Entre as deficiências, nota-se a baixa sensibilidade, a influência da temperatura e umidade do ambiente no erro de medição, a possibilidade de usar apenas no campo de deformações elásticas.
frustrar Os strain gages são atualmente o tipo mais comum de strain gages devido às suas altas qualidades metrológicas e manufaturabilidade. Isso se tornou disponível graças à tecnologia fotolitográfica de sua fabricação. A tecnologia avançada permite obter strain gages individuais com uma base de 0,3 mm, soquetes de strain gages especializados e cadeias de strain gages com uma ampla faixa de temperatura de operação de -240 a +1100 ºС, dependendo das propriedades dos materiais da grade de medição.
Vantagens e desvantagens dos medidores de tensão
Os strain gages são amplamente utilizados devido às suas propriedades:
- a possibilidade de conexão monolítica do extensômetro com a peça em estudo;
- pequena espessura do elemento de medição, o que garante alta precisão de medição com um erro de 1-3%;
- facilidade de fixação, tanto em superfícies planas quanto curvas;
- a capacidade de medir deformações dinâmicas que mudam com uma frequência de até 50.000 Hz;
- a possibilidade de realizar medições em condições ambientais difíceis na faixa de temperatura de -240 a +1100˚С;
- a possibilidade de medir parâmetros simultaneamente em vários pontos das peças;
- a possibilidade de medir a deformação de objetos localizados a grandes distâncias de sistemas de strain gages;
- a capacidade de medir deformações em peças móveis (rotativas).
Das deficiências, deve-se notar:
- influência das condições climáticas (temperatura e umidade) na sensibilidade dos sensores;
- alterações insignificantes na resistência dos elementos de medição (cerca de 1%) requerem o uso de amplificadores de sinal.
- quando os strain gages operam em ambientes de alta temperatura ou agressivos, são necessárias medidas especiais para protegê-los.
Diagramas básicos de fiação
Vamos considerar isso usando o exemplo de conectar medidores de tensão a balanças domésticas ou industriais. Uma célula de carga padrão para balanças possui quatro fios multicoloridos: duas entradas são fonte de alimentação (+Ex, -Ex), as outras duas são saídas de medição (+Sig, -Sig). Há também opções com cinco fios, onde um fio adicional serve de tela para todos os demais. A essência do trabalho do sensor de medição de peso do tipo feixe é bastante simples. A alimentação é fornecida às entradas e a tensão é removida das saídas. O valor da tensão depende da carga aplicada no sensor de medição.
Se o comprimento dos fios da célula de carga de peso para a unidade ADC for significativo, a resistência dos próprios fios afetará a leitura da balança. Neste caso, é aconselhável adicionar um circuito de realimentação que compense a queda de tensão corrigindo o erro da resistência dos fios introduzidos no circuito de medição. Neste caso, o diagrama de conexão terá três pares de fios: alimentação, medição e compensação de perdas.
Exemplos de aplicação para medidores de tensão
- elemento de pesagem.
- medição de forças de deformação no processamento de metais por pressão em prensas de estampagem e laminadores.
- monitoramento dos estados de tensão-deformação de estruturas e estruturas de edifícios durante sua montagem e operação.
- sensores de alta temperatura feitos de liga de aço resistente ao calor para empresas metalúrgicas.
- com elemento elástico de aço inoxidável para medições em ambientes quimicamente agressivos.
- para medição de pressão em oleodutos e gasodutos.
Simplicidade, conveniência e fabricação de extensômetros são os principais fatores para sua implementação ativa, tanto em processos metrológicos quanto na vida cotidiana como elementos de medição de eletrodomésticos.
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