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CÉLULA DE CARGA
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Introdução
As células de cargas podem ser usadas como transdutores de força, podendo ser aplicadas em diversas situações.
As células de carga são sensores projetados para medir cargas estáticas e dinâmicas de tração e compressão, princípio extensométrico e cargas de 0 a 300t.
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.
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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.
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STRAIN GAGES
É 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.
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STRAIN GAGES
Principais características:
Grande precisão (1%)
Boa linearidade
Fácil instalação
Ampla faixa de temperatura
Pequeno, leve e barato
Excelente resposta estática e dinâmica
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Ponte de Wheatstone
OBJETIVO
Amplificar os sinais obtidos na medições, permitindo uma avaliação mais exata da variação ohmica dos extensômetros.
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Ponte de Wheatstone
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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.
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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.
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Ponte de Wheatstone
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Ponte de Wheatstone
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Ponte de Wheatstone
Modelo de Célula para tração
Modelo de Célula para Compressão