O que é uma célula de carga e como ela funciona
Tipos e escopo
Para começar, entenderemos, em princípio, a operação dos sensores de strain gage. Quando uma força externa atua sobre um corpo, deforma e neutraliza a força aplicada. Devido à deformação da carcaça do sensor, é efetuado um efeito no elemento de medição do extensômetro. Como resultado, o dispositivo gera um sinal elétrico, lendo o que o sistema de processamento fornece o resultado da medição. Mas para que serve esse tipo de dispositivo?
Os strain gages são usados para:
- Medições de peso. Além disso, dependendo do design da unidade de medição, eles podem ser usados para compressão ou tensão. Consequentemente, seu objetivo é medir o peso em plataformas (por exemplo, balanças em lojas) ou em uma suspensão (guindastes, etc.).
- Medições de pressão. Por exemplo, em tubulações de gases e substâncias líquidas.
- Medições de torque (em motores de automóveis ou máquinas-ferramentas).
- Definições de aceleração.
- Controle de movimento.
Pelo tipo de elemento de medição e pelo princípio de operação, as células de carga são divididas em:
- Resistivo.
- Piezoelétrico.
- Polarização óptica.
- Fibra ótica.
- Piezoresistive.
Os recursos de design da célula de carga determinam onde é usada, porque o design determina a presença de orifícios de montagem e vetores da possível aplicação de forças, respectivamente, e o próprio processo de medição. Também existem diferentes tipos de strain gages em forma:
- Cantilever. O objetivo de tais dispositivos é medir a quantidade de substâncias em dispensadores, transportadores, plataformas, tremonhas e balanças de piso.
- Cilíndrico. Eles são usados para pesar carros, carros, tanques e contêineres - onde grandes pesos devem ser medidos.
- Em forma de S, de tração, adequado para medir o peso levantado por um guindaste e outras estruturas similares.
Na prática, os extensômetros podem ser produzidos com um design completamente diversificado.
O dispositivo e princípio de operação
Os strain gages são usados para medir pressão ou peso; todos eles emitem um sinal elétrico digital ou analógico elétrico quando a forma do elemento sensível muda. Mas do que eles são feitos?
A base ou os estojos são de tipos diferentes, depende de onde você pode instalar o sensor. E também em que direção funciona - para compressão, tensão ou flexão.
Além do elemento sensor, o compartimento da célula de carga pode conter unidades adicionais, por exemplo, ADCs, drivers de energia, etc. Se o extensômetro for digital, também haverá uma unidade para a conversão de um sinal analógico (ADC).Considere o princípio de operação do elemento sensor do extensômetro no exemplo de um componente de resistência à tração - eles encontraram a aplicação mais difundida.
O extensômetro resistivo é um filme ou substrato flexível no qual uma camada resistiva é aplicada. Se for um sensor de filme - pulverização fina ou folha, se for colocado um fio - em um fio de substrato flexível. Pulverização ou fio empilhado em uma linha de enrolamento.
Durante uma ação mecânica no substrato, ele se dobra, como resultado do estiramento do filme, folha ou fio. Consequentemente, em um estado tenso, sua área de seção transversal muda (diminui) e a resistência aumenta. Quando a pressão diminui, o substrato retorna à sua posição original, a camada resistiva também e sua resistência começa a diminuir e retorna ao normal.
Órgãos sensíveis piezoelétricos funcionam opostos. Quando a pressão é aplicada ao piezocristal, ocorre um CEM, enquanto a resistência dos sensores piezoresistivos feitos de filmes finos de semicondutores também muda.
Você também pode encontrar sensores capacitivos - esses são dispositivos cujo princípio de operação é medir a capacitância entre placas flexíveis. Assim como dispositivos eletromagnéticos nos quais, sob a influência do circuito magnético, as características do circuito mudam.
Diagrama de fiação
Como a célula de carga funciona, descobrimos. Agora você deve se familiarizar com o diagrama de conexão. O diagrama de blocos do dispositivo que lê o sinal é mostrado na figura abaixo. Nele, você vê uma das opções para amplificar e converter o sinal do sensor.
Se considerarmos o sensor do extensômetro, na realidade, é uma ponte de resistores, incluída a seguir. Este circuito de comutação é chamado de "Ponte Winston" ou ponte de medição.
Para sua operação, não basta conectar apenas fios de sinal, você também precisa de fios de energia. Em alguns sistemas complexos, os fios também podem ser conectados para estabilização térmica ou outras funções.
O vídeo mostra em detalhes o que são os sensores de strain gage e como eles funcionam:
Sensores modernos de strain gauge, dependendo de sua finalidade, podem ser usados em instalações para medir frações de grama a centenas de toneladas. Por conseguinte, para cada faixa de pesos, são selecionados extensômetros de um determinado projeto e tipo de elemento sensível. Além dos pesos medidos, as condições em que eles irão operar, bem como a classe de precisão necessária, desempenham um papel importante na seleção da instrumentação.
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