Entendendo o medidor de tensão

Um transdutor passivo, como um medidor de tensão, transforma o deslocamento mecânico em uma mudança na resistência. É um dispositivo fino, semelhante a uma bolacha, que mede a tensão aplicada e pode ser conectado a uma variedade de materiais com um adesivo apropriado. A deformação resultante deforma o extensômetro ligado à estrutura à medida que é tensionado. Aumenta a resistividade do medidor, resultando em um sinal elétrico proporcional à deformação. Quando submetido a um deslocamento, o sensor de deslocamento do extensômetro compreende uma estrutura fixada ao extensômetro que se deforma elasticamente.

Neste artigo, você aprenderá a definição, aplicação, requisitos, peças, diagrama, tipos, funcionamento, vantagens e desvantagens de um strain gage.

O que é um medidor de tensão?

Um medidor de tensão (também conhecido como medidor de tensão) é um dispositivo que mede a quantidade de tensão em um item. O tipo mais comum de medidor de tensão, inventado por Edward E. Simmons e Arthur C. Ruge em 1938, consiste em um suporte flexível isolante que suporta um padrão de folha metálica. Um adesivo apropriado, como cianoacrilato, é usado para conectar o medidor ao item. À medida que o objeto se deforma, a folha também se deforma, alterando a resistência elétrica. O fator de calibre é uma quantidade que está ligada à mudança de resistência, que é comumente medida usando uma ponte de Wheatstone.

Engenheiros freqüentemente usam medidores de tensão para medir a influência de forças externas em um objeto. Eles medem diretamente a tensão, que pode ser usada para inferir tensão, torque, pressão, deflexão e uma variedade de outras métricas.

A deformação é uma medida não dimensional, que é uma razão entre o comprimento alterado de um objeto e seu comprimento inicial. Como resultado, uma deformação positiva ocorre quando um material é esticado, enquanto uma deformação negativa ocorre quando um material é comprimido. A tensão é definida como a força aplicada dividida pela área da seção transversal inicial do objeto ou pela capacidade de resistência interna do objeto.

Aplicativo

Os strain gages são comumente usados ​​em engenharia civil e monitoramento geotécnico para identificar falhas em estruturas como pontes, edifícios e outras estruturas. Como qualquer deformação considerável pode resultar em ferimentos ou morte, essas estruturas devem ser constantemente monitoradas. Esses medidores são amplamente utilizados devido à sua alta precisão, capacidade de desempenho em grandes distâncias do objeto de teste e facilidade de configuração e manutenção por longos períodos de tempo.

Testar ao ar livre frequentemente não é o mesmo que testar em um laboratório em condições ideais. Uma das razões pelas quais os strain gages são tão valiosos é que eles podem ser usados ​​em condições severas e produzir dados confiáveis ​​e de alta precisão. Um dispositivo especializado, como um medidor de tensão, é frequentemente necessário quando um engenheiro testa produtos com formas irregulares em locais difíceis com configurações de difícil acesso. Por exemplo, milhões de strain gages são usados ​​em aplicações aeroespaciais para verificar os resultados de simulações CAD (Computer-Aided Design) e FEA (Finite Element Analysis). Esses testes são frequentemente realizados em condições dinâmicas para fornecer um retrato realista de como várias forças afetam os aviões.

Testes estáticos também são feitos rotineiramente com strain gages. A telemetria sem fio é usada por algumas pontes, que enviam os resultados do teste por meio da Ethernet. Outras pontes, por outro lado, são submetidas a inspeção visual ou teste de penetração para detectar falhas na superfície. Embora essas tecnologias sejam econômicas, elas não permitem inspeção contínua, o que pode levar a colapsos catastróficos, como a ponte de treliça de aço I-35 Minneapolis. O governo federal designou a ponte como “estruturalmente fraca” em 1990, o que significava que ela tinha que passar por inspeções anuais. A ponte finalmente desabou em 2007, matando 13 pessoas, devido à falta de monitoramento contínuo do medidor de tensão, reparos significativos ou substituição. A seguir estão as aplicações comuns de um medidor de tensão:

• Medição de tensão
• Medindo a tensão residual
• Análise de vibração
• Medição de torque
• Medição de flexão e deflexão
• Medição de compressão e tensão

Requisito de material de extensômetro

Um bom extensômetro deve ser capaz de realizar o seguinte:

• O strain gage deve ser modesto em tamanho e leve.
• Deve ser extremamente sensível à tensão.
• O fator de medição de um medidor de tensão deve ser alto.
• Deve ser simples de anexar ao espécime.
• Deve ter um tempo de resposta rápido e pouco atraso.
• Deve ser capaz de dizer a diferença entre tensão estática, transitória e dinâmica.
• Deve ser capaz de indicar e registrar informações à distância.
• Temperatura, umidade, vibração e outros fatores ambientais não devem afetá-lo.
• Deve ser acessível, confiável e prontamente disponível em vários tamanhos.

Diagrama de um medidor de tensão:

Tipos de medidor de tensão

Existem vários tipos de strain gages disponíveis no mercado. Os seguintes são os vários tipos de medidores de tensão:

• Strain gauges lineares
• Medidores de deformação Rosette de membrana
• Medidores de tensão linear duplos
• Medidores de tensão de ponte completa
• Medidores de tensão de cisalhamento
• Strain gauges em meia ponte
• Medidores de tensão de coluna
• Roseta de 45° (3 direções de medição)
• Roseta de 90° (2 direções de medição).

Abaixo estão alguns outros tipos de medidores de manchas que você pode encontrar:

Os strain gages semicondutores, também conhecidos como piezoresistivos, são geralmente preferidos aos medidores de folha para medir pequenas deformações. O fator de calibre de um medidor de semicondutor é geralmente maior do que o de um medidor de folha. Os medidores de semicondutor são geralmente mais caros, mais sensíveis à temperatura e mais delicados do que os medidores de folha.

Strain gauges feitos de nanopartículas parecem ser uma nova técnica promissora. Devido à sua alta impedância, esses sensores resistivos com área ativa composta por um conjunto de nanopartículas condutoras, como ouro ou carbono, possuem alto fator de calibre, grande faixa de deformação e baixo consumo elétrico.

Um medidor de tensão de mercúrio em borracha é empregado em medições biológicas, particularmente fluxo sanguíneo e inchaço dos tecidos. Este medidor de tensão é composto de uma pequena quantidade de mercúrio líquido envolto em um pequeno tubo de borracha que é enrolado em torno de um dedo do pé ou perna, por exemplo. Quando uma porção do corpo incha, faz com que o tubo se expanda, tornando-o mais longo e mais fino, aumentando a resistência elétrica.

Para medir a tensão junto com uma fibra óptica, a detecção de fibra óptica pode ser usada. As medições podem ser feitas em locais aleatórios junto com a fibra ou em pontos específicos. Sensores embutidos deste tipo são usados ​​nos barcos da Copa América de 2010 Alinghi 5 e USA-17.

As deformações também podem ser medidas usando outras técnicas ópticas, como interferometria de padrão de speckle eletrônico ou correlação de imagem digital.

Os strain gages de microescala são frequentemente empregados em MEMS para monitorar tensões causadas por força, aceleração, pressão ou som. Acelerômetros MEMS, por exemplo, são frequentemente usados ​​para ativar airbags em automóveis. Ressonadores de anel óptico integrados podem ser usados ​​para monitorar a deformação em sistemas microoptoeletromecânicos como uma alternativa aos strain gages piezo-resistentes (MOEMS).

Um capacitor variável é usado em strain gages capacitivos para detectar o nível de deformação mecânica.

Aplicações geotécnicas e de engenharia civil usam strain gages de arame vibratório. Um fio vibrante e tensionado compõe o medidor. A deformação é calculada determinando a frequência de ressonância do fio (um aumento na tensão aumenta a frequência de ressonância).

As aplicações geotécnicas também usam strain gages de cristal de quartzo. O sensor crucial do DART é um sensor de pressão com um medidor de tensão de cristal de quartzo ressonante e um coletor de força de tubo de Bourdon. O DART detecta ondas de tsunami nas profundezas do oceano. Ao monitorar a pressão a uma profundidade de muitos quilômetros, ele tem uma resolução de pressão de cerca de 1 mm de água.

Princípio de funcionamento

O funcionamento de um strain gage é bastante interessante, é menos complexo e fácil de entender. assista ao vídeo abaixo para ter uma visão visual de como um medidor de tensão funciona.

Vantagens e desvantagens de um medidor de tensão

Vantagens:

Os seguintes são os benefícios de um strain gage em suas várias aplicações:

• Como não há parte móvel, não há desgaste.
• Os medidores de tensão são extremamente precisos.
• É compacto e de baixo custo.
• Tem uma ampla faixa de frequência.

Desvantagens:

Apesar das vantagens de um strain gage, algumas limitações ainda ocorrem. Abaixo estão as desvantagens dos strain gages em suas diversas aplicações.

• É um sistema não linear.
• É extremamente sensível à temperatura.
• Deve ser calibrado regularmente.
• Os medidores de tensão devem ser aplicados manualmente. Leva tempo e dinheiro para colocá-los em seus devidos lugares. É uma de suas falhas mais graves.

Conclusão

Um transdutor passivo, como um medidor de tensão, transforma o deslocamento mecânico em uma mudança na resistência. É um dispositivo fino, semelhante a uma bolacha, que mede a tensão aplicada e pode ser conectado a uma variedade de materiais com um adesivo apropriado. A deformação resultante deforma o extensômetro ligado à estrutura à medida que é tensionado. Isso é tudo para este artigo, onde a definição, aplicação, requisitos, peças, diagrama, tipos, funcionamento, vantagens e desvantagens de um strain gage são discutidos.

Espero que você aprenda muito com a leitura, se sim, gentilmente compartilhe com outros alunos. Obrigado por ler, nos vemos por aí!