CÉLULA DE CARGA
Felipe Pinheiro Lima
Introdução
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As células de cargas podem ser usadas como
transdutores de força,podendo ser aplicadas em
diversas situações.
A célula de carga elementar é formada por
extensômetros elétricos de resistência ou strain
gages, que quando esticados sofrem uma variação
na resistência proporcional a força aplicada.
Princípio de funcionamento
O princípio de funcionamento é baseado na
variação ôhmica sofrida em um sensor denominado
extensômetro elétrico de resistência ou strain gages,
quando este é submetido a deformações.Os strain
gages são ligados entre si através de uma Ponte de
Wheatstone equilibrada, o que amplifica os sinais
obtidos nas medições, permitindo uma variação ôhmica
mais exata. A partir daí é possível avaliar as tensões e
forças que a mesma está submetida.
STRAIN GAGES
È um resistor composto por um fina camada de
material
condutor,
depositado
sobre
um
composto isolante que é colado sobre a estrutura
em teste.
Pequenas variações de dimensões da estruturas são
transmitidas mecanicamente ao strain gage, que
transforma essas variações em variações
equivalentes de sua resistência elétrica.
STRAIN GAGES
Principais características:
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Grande precisão (1%)
Boa linearidade
Fácil intalação
Ampla faixa de temperatura
Pequeno, leve e barato
Excelente resposta estática e dinâmica
Ponte de Wheatstone
OBJETIVO
Amplificar os sinais obtidos na medições, permitindo
uma avaliação mais exata da variação ohmica dos
extensômetros.
Ponte de Wheatstone
Consiste na ligação de 4 resistores, nesse caso
strain gages.
Aplicando a lei de ohm temos:
dV = V [R4(R3+R4) – R1/(R1+R2)]
Onde
R1,R2,R3,R4 – Resistências dos strain gages;
V – Voltagem de alimentação entre os pontos 1 e 2;
dV – Leitura de voltagem entre os pontos 3 e 4.
Ponte de Wheatstone
Ponte de Wheatstone
Temos R4R2 = R1R3, e dV=0, logo a ponte de
Wheatstone está equilibrada.
Com a aplicação de cargas sobre a célula, os strain
gages acompanham sua deformação e os valores
iniciais R1,R2,R3 e R4 se alteram.
Admitindo que os resistores R1 e R3 representem os
straingages localizados próximos aos centro de
carga, que R1 e R4 sejam os outros dois strain
gages, e que há uma força sobre a célula de baixo
pra cima, tem-se um aumento de resistência elétrica
devido ao alongamento dos resistores R1 e R3 e
uma redução de resistência devido o encurtamento
dos outros resistores.
Ponte de Wheatstone
Linearidade
Gráfico
CONCLUSÃO
As células de cargas podem ser usadas em várias áreas
e o custo de fabricação ou apenas de protótipos é
muito baixo, fazendo com que os estudos e
investimentos na área sejam importantissímos.
Exemplos: Balanças de supermercado, plataformas de pesagem...
Fabricantes:
http://www.blh.com/
http://www.cooperinstruments.com/
http://www.i-s-i.com/