Apostila de Celulas de Carga PDF

 

 

 ÍNDICE Material providenciado por : Péricles Fernando – 2010 – Vale

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Descrição

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1 2

INTRODUÇÃO PRINÇIPIO DE FUNCIONAMENTO

3 4

2.1

Ponte de Wheatstone

4

2.2

Segunda Lei de Ohm

6

3

STRAIN GAUGE

8

3.1

Breve Histórico

10

3.2

Extensômetro Extensômetross Comerciais

11

3.3

Classificação

12

3.3.1 Strain Gauge Matálico

12

3.3.2 Strain Gauge Semi Condutor 3.4 Prepara Preparação ção da Superfície e Colagem dos Strain Gauges

14 15

4

Strain Gauge na Célula de Carga

16

4.1

Funcionamento da Célula de Carga

18

4.2

Sensibilidade da Célula de Carga

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4.3

Precisão

19

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CUIDADOS GERAIS

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6

CONEXÕES DAS CÉLULAS DE CARGA

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DETERMINAÇÃO DE UMA CÉLULA DE CARGA

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1.

INTRODUÇÃO

A célula de carga é um transdutor mecânico/elétrico que transforma um esforço mecânico em um sinal elétrico. É um elemento muito sensível e que requer uma série de cuidados para seu manuseio. O uso de células de carga como medição de força abrange uma vasta gama de aplicações, desde balanças comerciais até balanças de controle em processos industriais. Associa-se, no caso particular do Brasil, a circunstância que a tecnologia de sua fabricação, que antes era restrita a nações mais desenvolvidas, é hoje amplamente dominada pelo nosso país. Esta transformação de sinal mecânico em elétrico pode ocorrer baseada em vários conceitos da eletrônica, sendo os as mais comuns o Resistivo, Capacitivo e Indutivo. Indutivo. Iremos abordar aqui somente as células de carga Resistivas que são as células de carga que a Schenck utiliza. Nosso objetivo aqui não é abordarmos fundamentos teóricos, e sim a utilização de cada conceito dentro de nossa aplicação.

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2.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

A célula de carga resistiva trabalha baseada em dois conceitos da eletrônica básica que são a Ponte de Wheatstone e a Segunda Lei de Ohm. A seguir recapitularemos estes dois conceitos para posteriormente aplicarmos e conceituarmos uma célula de carga.

2.1.  Ponte de Wheatstone

A figura a seguir nos mostra a configuração de uma Ponte de Wheatstone, que é composta por quatro resistências elétricas alimentadas por uma tensão Ee.

R1

R2

R4

R3

Ee

A

B

A condição de equilíbrio desta ponte se dá quando temos o potencial no ponto A igual ao potencial do ponto B. Para conseguirmos este equilíbrio, precisamos satisfazer a seguinte condição: R1 x R3 = R2 x R4

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Nesta condição como não existe a diferença de potencial, DDP, não teremos corrente circulando de A para B e nem de B para A.

R1

R2

R4

R3

Ee

A

A

B

Se variarmos o valor de uma ou mais resistências, estaremos desequilibrando a ponte. Neste caso teremos no ponto B um potencial diferente do ponto A, consequentemente tendo corrente circulando de A para B ou de B para A, dependendo do valor da variação ocorrida, mas, quanto maior for a variação maior será a diferença de potencial, consequentemente maior será a corrente circulante. Poderíamos desequilibrar a ponte colocando uma resistência variável como mostra a figura abaixo:

R1

R2

R4

R3

Ee

A

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A

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B

 

 

Quanto maior for a variação de R2 maior será a diferença entre os produtos: R1 x R3 e R2 x R4 Quanto maior for a diferença entre os produtos, R1 x R3 e R2 x R4 maior será a diferença entre o potencial do ponto B e o potencial do ponto A, consequentemente maior será a corrente circulante.

2.2. Segunda Lei de Ohm

A segunda lei de Ohm conceitua que um certo trecho de condutor AB tem a sua resistência diretamente proporcional ao seu comprimento, a seu coeficiente de resistividade e é inversamente proporcional a sua área, bitola do fio.

A

B Onde: Rab = Resistência entre A e B ρ = Coeficiente de Resistividade ( Tabela ) L = Comprimento do condutor ( m ) A = Área de secção transversal ( m² )

Rab = ρ x L

A

No exemplo acima temos um trecho de condutor em linha reta, mas poderemos ter o condutor em outras configurações, como por exemplo, uma resistência de chuveiro elétrico que nada mais é do que um condutor em forma espiral para poder ser colocado sem ocupar grandes espaços e que resulta em uma certa resistência suficiente para transforma a energia elétrica em calor. Então podemos pegar um certo condutor e colocarmos na configuração abaixo:

A

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B

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Dependendo do material e da bitola do fio poderemos conseguir em uma configuração como esta, uma resistência de 350 Ohms. Esta configuração recebe o nome de Strain Gage ou extensometros de resistência elétrica.

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3.

STRAIN GAGE

Nas células de carga não encontramos resistores e nem potenciômetros. Quem faz o papel das resistências são os Strain Gages ou extensômetros. Como visto anteriormente na segunda lei de Ohm, o Strain Gage nada mais é do que um condutor de bitola bem reduzida que é confeccionado, em alguns dos modelos de célula de carga, na seguinte configuração:

Algumas células de carga utilizam Strain Gages de 350 Ohms.

Abaixo mostraremos alguns exemplos de Strain Gages:

Configuração em forma de Roseta

Configuração em forma de Roseta do tipo Delta

A extensometria é uma técnica utilizada para a análise experimental de tensões e deformações em estruturas mecânicas e de alvenaria.

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Estas estruturas apresentam deformações que podem ser monitoradas de diversas formas, dentre as quais: por relógio comparador, por detetor eletrônico de deslocamento, por fotoelasticidade, e por strain-gage, dentre outros. Mas é o strain-gage o alvo das atenções, devido a sua versatilidade de aplicação. Uma célula de carga, por exemplo, nada mais é do que uma estrutura mecânica planejada a deformar-se dentro de certos limites. O extensômetro elétrico ou strain-gage, é na sua forma mais completa, um resistor elétrico composto de uma finíssima camada de material condutor, depositado sobre um composto isolante. Este é então colado sobre a estrutura em teste. Como o strain-gage é sensível as deformações oriundas das cargas presentes na estrutura, pode-se então estudá-las, medindo o comportamento de deformação no corpo. As tensões mecânicas são calculadas, considerando-se estas deformações e o estado de orientação geométrica na peça. Desta formaparâmetros é possível termos tipos estruturas que sejam sensíveis aos muitos físicos adiversos estudar, taisde como: Carga ; Pressão ; Torque ; Deslocamento ; Aceleração e Vibração . Quanto ao tipo e geometria dos strain-gages, igualmente a forma que este é colado na peça, podemos dizer que são subdivididos quanto a precisão requerida nas medições, grau de proteção com o ambiente e fidelidade de medidas a médio / longo prazos, quando então pode-se afirmar que straingages, adesivos utilizados na colagem e procedimentos adotados, estão relacionados com estes serem utilizáveis para análise de tensões ou para transdutores. Para análise experimental de tensões espera-se obter medidas não absolutas, o qual os strain-gauges são colados de maneira rápida nas estruturas, dispensando compensações de origem térmica, envelhecimento mecânico, barométrico e outros.  Já em sensores, células de carga, c arga, devemos ter-se o máximo cuidado cuid ado quanto a estes itens, já que à um sensor considerado de alta precisão, deve-se guarnecer de mínima susceptibilidade a variáveis externas. A razão da unidade de engenharia pelas diversas variáveis externas, expressa portanto, a precisão global de um dado sensor. Daí, os tantos tipos e modelos desta ou daquela célula.

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3.1

Breve Histórico

 Thomsom (Lord Kelvin), Ke lvin), em 1856, fez experimentos com cobre e ferro ferr o e concluiu que a resistência elétrica de ambos mudava quando os materiais sofriam deformações. Para realizar as medições, ele fez uso de uma "Ponte de Wheatstone " e um galvanômetro ( indicador ).Tal descoberta, entretanto ficou muitos anos sem utilidade prática. O "strain gage " como é conhecido hoje, certamente passou por inúmeros aperfeiçoamentos , sendo considerados como principais os seguintes: 1931 (Carlson) – primeiro extensômetro de fio (do tipo não colado); 1938 (Simmons) – strain gauge de fio (costantan ) n 40,"cimentado" às 4 faces de uma barra de aço; 1938 (Ruge) – montagem do fio dentro de duas folhas de papel. O extensômetro de resistência elétrica (eletrical bonded strain gage ), ou simplismente "strain gage", como é comumente chamado vem sendo utilizado desde a Segunda Guerra Mundial nos mais variados ramos da engenharia, as aplicações para o strain gage são praticamente ilimitadas. Em 1.947, numa antiga fábrica de locomotivas nos Estado Unidos (que completava então 116 anos) surgia a nova tecnologia industrial dos extensômetros elétricos (strain gages). Coroava-se pesquisas e entendimentos anteriores envolvendo o Massachusetts Institute of Tecnology e o California Institute of Tecnology . Suas conseqüências envolveram o desenvolvimento da Análise de Tensões em peças e estruturas, com expressiva influência nas indústrias automobilística, aeronáutica e aeroespacial, o desenvolvimento de Células de Carga (load cells) e suas consequencias, como o surgimento de balanças e sistemas eletrônicos de pesagem, o desenvolvimento de sensores eletrônicos de pressão (pressostatos) e outras aplicações. Passados 3 anos deste início, a nova atividade já se tornara independente dentro da fábrica de locomotivas e após 9 anos tornara-se uma divisão de negócios sendo vendida após 25 anos, em 1.973. A fábrica de locomotivas também já não existe mais. Nos tempos iniciais, algumas das poucas pessoas envolvidas com esta nova tecnologia foram se desvinculando uma das outras e formando novas empresas e associações. Assim surgiu em 1.972, na Califórnia, a J.P.Tecnologie e a Micro Engeneering II (ME2), ambas fundadas pelo físico Mr. Johnson Hall, que por sua vez foi absorvendo outras empresas do ramo, em 1.973 a Varac Corporation, em 1.981 a Magnaflux Corporation, e posteriormente a W.T.Bean, Incorporated. Paralelamente, em 1.966, em São Paulo, Brasil, nascia a então Dinamômetros Kratos, voltada à fabricação de dinamômetros mecânicos destinados à medição de forças e máquinas de ensaio, equipamento destinado à determinação da força de escoamento e de ruptura de materiais. Por volta de 1.975, acompanhando a tendência mundial, passou a incorporar a célula de carga às suas máquinas de ensaio como sensor da força aplicada. Para tanto, passou a

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produzir as primeiras células de carga no Brasil, utilizando-se de extensômetros importados dos Estado Unidos. Logo depois passou a fornecer as células de carga para os fabricantes das primeiras balanças eletrônicas produzidas no Brasil. De 1.983 a 1.986 trouxe da J.P. Tecnologie e da Micro Engineering II a tecnologia de fabricação dos extensômetros elétricos. Em 1.995 foi fundada a EXCEL SENSORES, nome significativo formado pela  junção das palavras palav extensômetro e célula.dos A EXCEL adquiriu elétricos, da Kratos os os equipamentos e aras tecnologia de fabricação extensômetros apresentando ampla linha de produtos padronizados em estoque, e capaz de desenvolver novos modelos específicos. Desenvolve novos modelos de suas próprias células de carga bem como de outros sensores correlatos.

3.2

Extensômetros comerciais 

Os fabricantes de strain gages são relativamente poucos, dentre os mais importantes podemos salientar: Kiowa (Japão), Micro Measurements (EUA ), HBM (Alemanha Ocidental ), BLH (EUA), Phillips (Holanda ). A sofisticada tecnologia, a variação de tipos de strain gauges (em função das aplicações) quantidade produzida praticamente limitam o número de fabricantes ea aum círculo muito restrito. A seleção do extensômetro adequado depende, obviamente, de uma série de fatores, dentre os quais:   Objetivo (tipo) da medição;   O material onde será colado o strain gauge (alumínio, cobre, aço);   Dimensões do strain gauge;   Precisão necessária na medida;   Potência que o strain gauge pode dissipar (sem que a passagem de corrente produza aquecimento inconveniente ); 

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  Preço.

Os modelos e tipos de strain gauges oferecidos são os mais diversos, variando de fabricante para fabricante. A HBM, por exemplo, divide a sua linha de produtos em quatro classes: Precision Strain Gauges, Universal Strain Gauges, Standard Strain Gauge e Other Strain Gauges. É claro que a série "Precision" é mais cara. Entretanto, para se construir uma célula de carga com precisão 0,02%, provavelmente se necessita recorrer a extensômetros desta linha. Os extensômetros tipo KL, da Kiowa, por exemplo, são extensômetros para uso com grandes deformações (4 - 8%); trata-se de extensômetros do tipo "fio", o material da grade é liga Cu-Ni, a faixa de operação é de -10 a +60 °C. A corrente máxima que pode circular pelo extensômetro é na ordem de

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grandeza de mA, tem baixa resistência à umidade e não é auto-compensado (em termos de temperatura). Como se pode observar, a escolha da faixa de deformação em que o extensômetro irá operar é fundamental; para o extensômetro KFW, da Kiowa, a máxima deformação permitida é da ordem de 1%; deformações maiores podem, inclusive, danificar o extensômetro. Assim sendo, uma das características que o extensômetro possui, é a máxima deformação estática elástica permitida; entretanto, este valor não deve ser atingido, ao se operar em medições mecânicas. Cada fabricante possui um catálogo completo com os diferentes tipos de strain gauge que produz e suas características. A escolha de um ou outro dependerá, sobretudo, do material a ser estudado, da faixa de deformação, das condições de temperatura e umidade, do custo e da disponibilidade no mercado.

3.3

Classificação

Os strainresistivo, gauges podem ser classificados, entre outros aspectos quanto: - ao material - ao material base; Quanto ao material resistivo: Metálico Semicondutor Quanto ao material básico: Papel Baquelite Poliester Poliamida Epoxi e outros

3.3.1 Strain Gauge Metálico Nos strain gauges metálicos podem ser usados diferentes tipos de substratos, tais como, poliamida, papel, poliester, phester e outros. Uma das bases mais comuns, neste caso, é a phester, composta de fenol tipo epoxi, por ser fina, flexível e de fácil colagem. Sua faixa de uso está entre -50 °C a +180 °C. Já o substrato de poliamida possui excelente qualidade de resistência a temperatura na faixa de -500 °C a +200 °C, garantindo maior durabilidade ao extensômetro. Os strain gauges metálicos são, basicamente, de três tipos: grade plana, grade bobinada e grade tipo folha.

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 Tipos comuns de strain st rain gauges metálicos O modelo tipo grade plana foi o primeiro a ser produzido em escala comercial; o extensômetro tipo grade bobinada é o de mais simples fabricação. Entretanto, devido ao fato de que parte significativa da grade fica afastada da superfície na qual está colado o strain gauge, este tipo de extensômetro caiu, praticamente, em desuso. Os extensômetros tipo folha são os mais usados e são confeccionados com técnicas de circuito impresso, normalmente sobre substratos de plástico ou papel, principalmente, devido ao grande desenvolvimento que sofreram as técnicas de circuito impresso: o material resistivo (filme) possui alguns micra de espessura e está depositado num material eletricamente isolado, chamado base. O desenho final da parte resistiva (filme) é obtido através de um processo fotográfico, esta operação de fotocorrosão (semelhante ao fotolito gráfico) é seguida pela operação de soldagem dos "lides" ao strain gauge. Quando um "filme" metálico é deformado mecanicamente, entre outros aspectos, ocorre uma variação de comprimento, implicando numa mudança da resistência elétrica. Usando-se uma cola adequada de modo que a deformação da peça seja integralmente transmitida para o elemento resistivo (extensômetro), pode-se "calibrar" a variação relativa de resistência em função da deformação relativa da peça (no regime elástico). Os materiais utilizados para a confecção da grade devem ter uma série de características, entre as quais pode se destacar:   relação linear;   baixa sensibilidade à temperatura (coeficiente de variação da resistência);   facilidade de soldagem; 

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  facilidade de ser adquirido e baixo custo;

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  resistência elétrica (moderadamente elevada);

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  alta tensão de escoamento;

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  boa resistência à corrosão;

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  baixa histerese mecânica.

A sensibilidade à temperatura um dosdas fatores que mais a medição correta com strain gauges. Na émaioria aplicações são dificulta usados circuitos elétricos que prevêem a "compensação" dos efeitos da temperatura (que atua significantemente quando são usados cabos longos, por exemplo). Entretanto, a compensação de temperatura via circuito elétrico nem sempre é satisfatória.

3.3.2 Strain Gauge Semi Condutor Estes sensores empregam materiais semicondutores como elemento resistivo. Eles apresentam maiores vantagens sobre os extensômetros de fio ou folha por apresentarem alta sensibilidade. Sua operação é baseada no efeito piezoelétrico e podem ser conectados diretamente a um osciloscópio. O elemento resistivo mais utilizado, nesse caso, é o silício intrínseco ou extrínseco. A variação da resistência do silício é linear para deformações até 0,1% e torna-se não linear acima deste valor. Além disso, a resistência elétrica deste material apresenta uma alta dependência com as variações de temperatura. Pode-se minimizar esta dependência e aumentar a faixa de linearidade, adicionando quantidades controladas de impureza. Esta adição, no entanto, diminui a sensibilidade do extensômetro, devendo-se, portanto, buscar um equilíbrio entre estes efeitos opostos. O substrato isolante onde é depositado o semicondutor é normalmente uma resina "epoxi". Estes extensômetros possuem boa flexibilidade mesmo quando fletidos em arcos de raios de curvatura da ordem de 1cm. Nas Figuras abaixo tem-se esquemas de configurações típicas deste tipo de strain gauge.

Strain gauge com elemento tipo-p ou tipo-n aplicável, em geral, para corpos de prova de aço.

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Elemento resistivo silício tipo-n, com baixa flutuação térmica da resistência

3.4

Preparação da Superfície e Colagem dos Strain Gauges

O desempenho satisfatório do strain gauge depende de diversos aspectos, entre outros: -da escolha da cola adequada (normalmente o fabricante indica), -do material de base, -da "operação" de colagem do extensômetro no metal-base. Os adesivos normalmente utilizados na colagem de strain gauges podem ser divididos nas seguintes categorias: celulósicas; fenólicas; epoxi; cerâmicas A tabela abaixo mostra os adesivos recomendados para os tipos de strain gages e materiais da base: Grade

Material da Base

Adesivo Faixa de uso Recomendado permitido (°C)

Fio ou folha

Papel

Nitrocelulose

(-180) a 80

Folha

Epoxi

Cianoacriato

(-70) a 90

Fio ou folha

papel impregnado Fenólico

Fios ou folhas livres -

Cerâmicos

(-240) a 180 (-240) a 400

 Tabela - Adesivos recomendados Os adesivos usados devem apresentar uma série de características, dentre as quais pode-se salientar:   elevada resistência mecânica;   elevada rigidez dielétrica;   elevada resistência à fluência;   boa aderência;   facilidade de aplicação; 

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  mínimo de efeito da temperatura sobre o seu desempenho.

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STRAIN GAUGES NAS CÉLULAS DE CARGA

A disposição dos Strain Gauges em um dos tipos de célula de carga é demonstrada na figura abaixo.

Strain Gauge

Strain Gau e

Strain Gauge

O esquema acima nos mostra a disposição dos Strain Gauges em uma célula e o esquema elétrico desta configuração, com 04 fios. Mas alguns circuitos eletrônicos dos módulos indicadores necessitam saber qual a real tensão de alimentação da célula de carga para compara-la com a tensão de saída da célula e nos fornecer a indicação correta. Para este tipo de aplicação são colocados mais dois sinais nas células de carga, (+) Sense e (-) Sense, como representado na figura a seguir:

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(+) Sense

(+) Excitação

(+) Sinal

(-) Excitação

(-) Sense

(-) Sinal

As cores dos fios de ligação variam de modelo e de fabricante. Nos modelos Z6 da HBM temos: (+) Excitação (+) Sense (-) Excita Excitação ção (-) Sense (+) Sinal (-) Sinal

- Azul - Verde - Preto - Cinza - Branco - Vermelho

Nos modelos RTN temos: (+) Excitação

- Preto

(-) Excitação (+) Sinal (-) Sinal

- Azul - Vermelho - Branco

As resistências das células podem ser medidas através dos cabos de ligações. A resistência de entrada deverá ser medida entre os cabos (+) Excitação e (-) Excitação, e a resistência de saída deverá ser medida entre os cabos (+) Sinal e (-) Sinal. Em algumas células da HBM temos os seguntes valores: Resistência Resistênc ia de entrada 350 – 480 ohms Resistência de saída

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356 + 0,2 ohms

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Nas células RTN termos os seguintes valores: Resistência de entrada 4480 + 50 ohms Resistência de saída 4010 + 0,5ohms

4.1 

Funcionamento da Célula

Quando o peso é aplicado, a força exercida tenderá a deformar a célula de carga no sentido indicado abaixo pela força Fp. Fe

Fp

Fc

A parte superior da célula de carga, quando submetida ao esforço Fp, tenderá a “esticar” aumentando o seu comprimento, como representado pela força Fe, inversamente ocorrerá com a parte inferior da célula que tenderá a se comprimir, diminuindo o seu comprimento, como representado pela força Fc. Como o Strain Gauge está colado na célula no sentido longitudinal, quando a parte superior aumentar seu comprimento, o Strain Gauge também aumentará. Pela segunda lei de Ohm, aumentando o comprimento, a resistência também aumenta. Na parte inferior os Strain Gauges tenderão a diminuir de comprimento diminuindo suas resistências. Quanto maior o peso aplicado, maior será a deformação, conseqüentemente os Strain Gauges da parte superior aumentarão a sua resistência e os Strain Gauges da parte inferior diminuirão, desequilibrando cada vez mais a Ponte de Wheatstone. Consequentemente quanto maior for o desequilíbrio da ponte maior será a corrente circulante. Podemos medir esta variação através da tensão de saída da célula que é da ordem de grandeza de milivolts. Existem vários modelos de células de carga, e dentro destes modelos várias capacidades. O que varia de uma capacidade para outra em um mesmo modelo não é o Strain Gauge mas sim a capacidade mecânica de suportar o peso. Por exemplo, uma célula de carga de 10Kg, deverá deformar 0,3mm quando colocado 10 quilos sobre ela, e uma célula de carga de 100Kg, deverá deformar

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0,3mm quando colocado 100 quilos sobre ela. O Strain Gauge utilizado na célula de 10Kg é o mesmo utilizado na célula de 100Kg. Para cada modelo a deformação quando submetida a carga máxima varia. Por isso quando quizermos saber os valores máximos de deformação, devemos consultar o catálogo do fabricante da célula de carga.. Considerando-se que a temperatura deformações sólidos estas poderiam ser confundidas comgera a provocada pela em açaõcorpos da força a sere que medida, há necessidade de se "compensar" os efeitos de temperatura atravé da introdução no circuito de Wheatstone de resistências especiais que variem com o calor de forma inversa a dos extensômetros.

4.2 

Sensibilidade da célula de carga

A medicão do desbalanceamento da ponte de Wheatstone é feita através da variação da tensão de saída em função da tensão de excitação aplicada na entrada da ponte. p onte. O valor da sensibilidade vem indicado na etiqueta de identificação da célula de carga. Uma vez instalada a célula no sistema, o módulo a alimentará com 10Vcc, por exemplo. Como a sensibilidade de algumas células de carga Schenck são de 2,85 mv/v, teremos uma tensão máxima de saída de: Es (máx) = Ee * Sensibilidade => Es (máx) = 10V * 2,85 mv => Es (máx) = 28,5mv V O sinal da célula é linear, portanto sabendo-se o valor máximo de saída da célula que é o sinal para a capacidade máxima, podemos calcular qualquer o valor de tensão para qualquer valor de peso intermediário. E(saída) = ( Peso Aplicado x Es (máx) ) / Capacidade da Célula

4.3 

Precisão

É o erro máximo admissível relacionado em divisões da capacidade nominal. As células de carga neste caso podem ser divididas em: Baixa precisão: até 1.000 divisões (ou 0,1% da capacidade nominal) Média precisão: de 3.000 a 5.000 divisões (ou 0,03 a 0,02% da capacidade nominal) Alta precisão: 10.000 divisões (ou 0,01% da capacidade nominal)

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CUIDADOS GERAIS

As células de carga são transdutores de valores medidos de alta precisão. Por isso, ao serem instaladas, deve-se tomar muito cuidado para evitar danificálas. As células de carga são protegidas contra sobrecarga até um certo limite. Como a proteção contra sobrecarga depende da capacidade nominal da célula, as células de baixa capacidade, em particular, correm o risco de serem sobrecarregadas no momento da instalação. Para proteger as células, você deve colocar o receptor de carga nos Mancais de montagem auxiliar, ou substituir as células de carga por células falsas, na hora da instalação. Além disso, deve-se proteger as células de carga de:   radiação térmica intensa, especialmente de um lado só,   variações abruptas de temperatura,   gotas de solda. Use, por exemplo, telas refratárias de calor. Monte o dispositivo do mancal das células de carga de modo a garantir que não ocorram forças laterais. Isso exige que o dispositivo esteja alinhado antes da colocação do receptor de carga. O termo "cabos de medição" abrange todos os cabos que conectam as células de carga ao sistema de avaliação eletrônica : 





  Não se deve torcer o cabo de medição padrão.



  Não danifique a capa do cabo (a Proteção IP 67 deve ser preservada)!



  Um cuidado especial deve ser tomado ao puxar o cabo por tubos ou



dutos.   Não coloque o cabo diretamente sobre o solo.   Não deixe o cabo de medição (especialmente suas extremidades) deitado sobre lama ou umidade.







  conexões. Imediatamente depois de colocar o cabo, deve-se introduzi-lo na caixa de   Remova a proteção contra umidade na extremidade do cabo somente



pouco antes de conectar a balança ao sistema elétrico.   Não submeta o cabo de medição a qualquer tipo de tensão mecânica.   Se o cabo de medição for muito curto, use uma caixa de passagem intermediária, para prolonga-lo.   Quando for conectar várias células de carga, certifique-se de que todos os cabos de medição tenham o mesmo comprimento para que todas as resistências de condução sejam iguais. Se os cabos de medição colocados com comprimentos diferentes, haverá uma diferença na sensibilidade entre as células de carga.

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  Se for necessário, equilibre a sensibilidade das células de carga.



Instruções resumidas são fornecidas na parte posterior das caixas de conexão DKK 68/69/70. A interferência eletromagnética pode adulterar o sinal medido. As fontes de erro possíveis são:   Cabos de controle paralelos e cabos de energia com altas correntes colocados muito próximos uns aos outros.   Emissores vizinhos muito fortes (como estações de rádio) no caso em que os cabos de medição percorrem espaços livres.   Solução: colocar os cabos de medição em um conduíte de aço, ou manter uma distância mínima de 30 cm dos cabos de energia correndo em paralelo.   Coloque os cabos de medição em um tubo flexível de aço para protegê-los dos roedores.   Nunca tente remover a plaqueta de identificação da célula de carga para ter acesso às conexões dos cabos. 

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6.

CONEXÕES DAS CÉLULAS DE CARGA

Conecte todas as células de carga associadas em paralelo. Nas balanças de plataforma, como regra geral, esta ligação ocorre na fábrica (ou seja, por meio da caixa de junção montada na balança). Caixa de passagem

Caixa de junção

Módulo Eletrônico

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Esquema de ligação das células em paralelo. A,

Caixa de Passagem

Esquema de ligação da caixa de passagem. Bornes para conexão

Módulo Célula

Jumpers em células deutilizados uatro fios

B.

Termo-contrátil

Caixa de Junção

Esquema de ligação das Caixas de Junção DKK 69, DKK 70

Módulo 

Entrada da célula de carga

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Esquema de ligação das Caixas DKK 68, 68/BS

Entrada da célula de carga

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7.

DETERMINAÇÃO DA CÉLULA DE CARGA Carga Módulo  A lica ão da Car a

Montagem da Célula de Carga 

Plataforma

Célula de Carga

Estrutura do mancal

Cabo da Cé Célula lula de Car a

Cabo de Extensão Caixa de passagem Caixa de junção

Determinação da Célula de Carga

Para se determinar a capacidade da célula, basta sabermos alguns dados, tais como peso da estrutura (plataforma, silo, etc.) que estará apoiada na(s) célula(s) e capacidade máxima de material a ser pesado. O cálculo é dado pela fórmula abaixo: Cb = capacidade da balança (cap. de material) -> Cb = Vol * Densidade do material Pm = Peso Morto (Estrutura, plataforma) Cc = Capacidade da célula => Cc = ( Cb + Pm ) * 1,2 Uma vez instalado o sistema, o módulo alimentará as células de carga com 20Vcc, por exemplo. Como a sensibilidade de um dos modelos utilizados pelas células de carga Schenck são de 2,85 mv/v, teremos uma tensão máxima de saída de: Es (máx) = Ee * sensibilidade => Es (máx) = 20V * 2,85 mv => Es (máx) = 57mv V Este sinal retorna para o módulo, onde será amplificado e convertido em sinal digital. O sinal da célula é linear, portanto sabendo-se o valor máximo de saída da célula que é o sinal para a capacidade máxima, podemos calcular qualquer o valor de tensão para qualquer valor intermediário.

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E(saída) = ( Peso Aplicado x Es (máx) ) / CC

Podemos representar graficamente esta situação, utilizando os valores abaixo: Cc Cap acidade da Célula Capacidade Cb Capacidade da Balança Sensibilidade  Tensão de alimentação alime ntação  Tara (Peso Morto) Mo rto)

100Kg 60Kg 2,85 mV/V 10V 20Kg

Es (máx) = Ee x Sensibilidade Es (máx) = 10 V x 2,85 mV/V = 28,5 mV

0mV

5,7mV

22,8mV

28,5mV

Saída em milivolts Peso na célula de carga Indicação da balança

26

0Kg

20Kg

80Kg

0Kg

60Kg

Tara

Capacidade da Balança

Manual de Treinamento – Teoria de Células de Carga

Cc (100Kg)