Baixe Strain Gage e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity!
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO
2 EXTENSOMETRIA
3 SENSOR ELÉTRICO DE RESISTÊNCIA – O STRAIN GAGE
3.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO – PONTE DE WHEATSTONE
3.2 VANTAGENS E CUIDADOS A SEREM TOMADOS
4 CONCLUSÃO
5 REFERÊNCIAS
ANEXOS
1 INTRODUÇÃO
A preocupação com a análise das patologias nas construções é antiga e acompanhou a evolução do processo construtivo: as estruturas tornaram-se mais arrojadas, os materiais de construção evoluíram, assim como as alvenarias. Com isso novos fenômenos patológicos estruturais foram sendo observados, principalmente no que se refere à estrutura. Tais fenômenos, muitas vezes não previstos corretamente, tratam-se das deformações estruturais. Assim surgiu a importância em conhecê-las e monitorá-las. É sabido que quando um corpo é submetido à ação de uma força externa sofre uma deformação, possível de ser mensurada enquanto o corpo permanecer em seu domínio elástico. Para tal procedimento de medição existe a Extensometria, uma técnica que utiliza células de carga para obter informações e monitorar as deformações e tensões as quais um corpo é exposto, sendo também útil para o desenvolvimento de sensores de precisão e transdutores aplicados como medidores de força, pressão e torque. A importância da extensometria não se restringe à coleta de dados, mas também ao estudo sobre o esforço máximo que um corpo, a estrutura, por exemplo, suporta. Existe diversos tipo de sensores responsáveis por essa análise: mecânicos, magnéticos, ópticos e elétricos. Neste último se enquadra o chamado strain gage , um sensor elétrico atrativo por sua versatilidade e precisão. Trata-se do objeto de estudo desse trabalho, que visa esclarecer seu funcionamento e aplicabilidade na Engenharia Civil.
2 EXTENSOMETRIA
Trata-se de uma técnica utilizada para analisar experimentalmente as tensões e deformações em estruturas mecânicas e de alvenaria. Essas são apresentadas nas
● Extensômetros elétricos de resistência, o strain gage: que se baseiam na variação da resistência elétrica de um condutor (circuito) quando submetido a uma deformação.
3 SENSOR ELÉTRICO DE RESISTÊNCIA – O STRAIN GAGE
O strain gage possui grande utilidade no ramo da Engenharia. Trata-se de um sensor elétrico cujo principio de funcionamento é baseado na variação da resistência quando submetido a uma deformação. Consta essencialmente de uma grade metálica sensível, ligada a uma base que se cola à peça ou estrutura que se deseja monitorar. O fio sensível tem, na maioria dos extensômetros, um diâmetro aproximado de 0,01mm e é constituído por ligas metálicas especiais. A grade fica embebida entre duas folhas de papel ou dentro de uma fina película de plástico. Nas extremidades do fio sensível estão soldados dois outros de maior diâmetro que constituem o elemento de ligação do extensômetro ao circuito de medição (Disponível em: ,_ acesso em 27 de maio de 2009). Existem dois tipos básicos de strain gages : ● Wire gage : extensômetro de fio; ● Foil gage : extensômetro de película. Figura 1 – Strain Gages Fonte: Disponível em ,_ acesso em 27 de maio de 2009.
3.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO – PONTE DE WHEATSTONE
As primeiras aplicações da extensometria ocorreram por volta de 1856 quando Thomsom (Lord Kelvin) realizou experimentos com ferro e cobre e concluiu que a resistência elétrica de ambos mudava quando estes sofriam deformações. Para tal procedimento, ele utilizou a chamada "Ponte de Wheatstone " e um galvanômetro (indicador). Porém foi só a partir do século passado que o strain gage passou a ser considerado o único sistema de medição de deformação que contempla todas as propriedades requeridas para o desempenho ótimo, capaz de fornecer medidas com precisão de 10-6 mm/mm ( “Solo Grampeado: ensaios, mecanismos e monitoramento ”..., disponível em: < www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0221071_07_cap_03.pdf> , acesso em 27 de maio de 2009). Como sabemos, um extensômetro elétrico transforma uma deformação, numa variação proporcional da sua resistência elétrica, de forma que a relação entre a deformação aplicada ( ) e tal variação de resistência é dada por: Onde R 0 é a resistência inicial do extensômetro, é a variação dessa resistência devido à deformação e é o chamado fator do extensômetro, um valor característico de cada tipo e calculado experimentalmente. A ponte de Wheatstone está representada na Figura 2:
diferentes voltímetros e até mesmo ser processado num microcomputador para um melhor monitoramento do objeto analisado. São três as maneiras de utilizar as pontes de Wheatstone associadas à strain gages, de forma que os extensômetros ocupem o lugar de uma das resistências da ponte_._ A Figura 3 as ilustra: Figura 3 – Associações possíveis da ponte de Wheatstone Fonte: Disponivel em: acesso em 27 de maio de 2009). Outro tipo de associação de extensômetros é a do tipo roseta, geralmente usada para medir duas ou três componentes planas da deformação, pois um extensômetro só pode medir efetivamente a deformação em uma direção. Assim, para determinar
as componentes independentes de uma deformação plana, outras medidas linearmente independentes devem ser realizadas por dois ou três extensômetros, com a forma de roseta (ver Figuras 8 e 9 do Anexo 1) (Disponível em http://www.fem.unicamp.br/~instmed/Deformacao_Torque.htm, acesso em 29 de maio de 2009). Outras associações possíveis são: ● Extensômetro tipo diafragma: utilizado para medir deformações em duas direções diferentes, associação constituída de quatro strain gages sobre uma mesma base; ● Extensômetro para medir tensão residual: composto de três strain gages sobre uma base, devidamente posicionados para utilização do método de medição de tensão residual; ● Extensômetro para transdutores de carga ( strain gage load cell ): dois extensômetros dispostos lado a lado sobre a mesma base, sendo assim utilizados em células de carga (medição de tensão e compressão). 3.2 VANTAGENS E CUIDADOS A SEREM TOMADOS Para uma adequada medição da variação da resistência nas associações de strain gages e ponte de Wheatstone é necessário considerar alguns fatores, como por exemplo: os cabos elétricos utilizados para montagem do circuito e instalação do extensômetro, terminais dos extensômetros, compensação da variação da temperatura, etc.O bom desempenho do strain gage vai depender destes fatores. Os adesivos normalmente utilizados na colagem de strain gages podem ser nitrocelulose, cianacrilato, cerâmicos e fenólicos ( “Solo Grampeado: ensaios, mecanismos e monitoramento” ..., disponível em: < www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0221071_07_cap_03.pdf> , acesso em 27 de maio de 2009). Eles devem apresentar elevada resistência mecânica, boa aderência, facilidade de aplicação e baixa sensibilidade ao efeito da temperatura sobre o seu desempenho. Considerando-se que a temperatura gera deformações em corpos sólidos e que estas poderiam ser confundidas com a provocada pela ação da força a ser medida, há necessidade de se "compensar" os efeitos de temperatura através da introdução no circuito de Wheatstone de resistências especiais que variem com o calor de
5 REFERÊNCIAS
ANTES, M. A. SGARIA, P.; MARCHIORO, R_._ Célula de carga, , Caxias do Sul, [s.n.],
- Disponível em: . Acesso em 27 de maio de 2009. Solo Grampeado: ensaios, mecanismos e monitoramento , Rio de Janeiro, [s.n.;s.d.]. Disponível em: . Acesso em 28 de maio de 2009. Extensometria , [S.L.:s.n.,s.d.]. Disponível em: . Acesso em 29 de maio de 2009. andolfato, R. P.; camacho, j. s.; DE BRITO, G. A. Extensometria Básica , São Paulo: [s.n.], 2004. Disponível em: < www.nepae.feis.unesp.br/Apostilas/Extensometria%20basica.pdf>. Acesso em 29 de maio de 2009. Portnoi, M. Extensometria: história, usos e aparelhos. [S.L.:s.n.,s.d.]. Disponível em: < http://www.cis.udel.edu/~portnoi/academic/academic-files/extensometria.html >. Acesso em 29 de maio de 2009. MEDEIROS, H. Alerta! Deformações excessivas, Revista Téchne , n. 97, abr. 2005. KLECKERS, T.; GÜNTHER, B. Strain gages óticos e elétricos: uma comparação, [S.L.], HBM, [s.d.]. Disponível em: . Acesso em 27 de maio de 2009. OLIVEIRA ALMEIDA, Dr. P. A. de. Extensometria elétrica I ,Escola Politécnica de São Paulo, São Paulo,[s.n.], 2004. Disponível em: < www.lem.ep.usp.br/pef5003/EE- 1 -0304.pdf >. Acesso em 27 de maio de 2009.
ANEXOS
Figura 7 – UCAM – 60 – Indicador de deformação digital. Fonte: Disponível em: < www.nepae.feis.unesp.br/Apostilas/Extensometria%20basica.pdf>,acesso em 29 de maio de 2009) Figura 8 – Três extensômetros associados em uma roseta. Fonte: Disponível em: ,acesso em 29 de maio de 2009. Figura 9 – Associação de dois extensômetros em uma roseta de duas direções. Fonte: Disponível em: < http://www.cis.udel.edu/~portnoi/academic/academic- files/extensometria.html>, acesso em 29 de maio de 2009.
ANEXO 2 – Especificação de Strain Gage
Figura 8 – Decodificação de Strain Gage Fonte: Disponível em: , acesso em 29 de maio de 2009.
