Strain gages em sistemas de automação

Nenhum sistema de controle automático fechado é concebível sem sensores, nos quais o testemunho é formado.

Sensores ... Tão diferentes em design e princípio de ação. Sensores de pressão digitais e analógicos, sensores de temperatura, velocidades de rotação, esforços, corrente, tensão, sensores de deslocamento ... E essa não é a lista completa de todos os tipos de sensores usados ​​em uma variedade de sistemas de controle.

Mas sensor - este é apenas um dispositivo que altera seu sinal na proporção do parâmetro medido. E como o sinal mais conveniente para transmissão e conversão é a corrente elétrica, o princípio de operação da maioria dos sensores se baseia em uma mudança na própria resistência elétrica, sob a influência de um fator externo. Portanto, sensores com elementos tensométricos embutidos são amplamente utilizados.

O que é elemento de extensômetro? Na maioria das vezes, trata-se de um filme protegido feito de uma liga de metal (folha), cuja resistência elétrica é diretamente proporcional à deformação que ocorre. A liga usada é geralmente uma mistura de níquel e cobre em uma certa proporção.

É a combinação desses metais que fornece a maior dependência de resistência a influências mecânicas externas. Acontece que tudo é bem simples: eles incluíram um elemento resistor no strain gauge no circuito, aplicaram uma pequena tensão constante (vários volts) e, pela magnitude da corrente, julgamos as deformações, ou seja, a força que atua no sensor.

Mas na prática há outro problema. Consiste no fato de que, mesmo para uma liga de cobre e níquel, a mudança na resistência sob a influência da deformação é muito insignificante. Portanto, é necessário usar amplificadores ou conversores de analógico para digital.

Como as medições são mais fáceis a partir do ponto zero, um extensômetro chamado Wheatstone Bridge é frequentemente usado em sensores de extensômetros. A ponte Wheatstone é um dispositivo de quatro terminais que inclui os resistores R1, R2, R3 e R4 em seu circuito. Os resistores estão localizados nos ombros da ponte, ou seja, em seus galhos independentes.

É muito importante que, se todas as quatro resistências da ponte Wheatstone forem iguais, a tensão em sua saída será zero, independentemente da tensão de entrada. E se a resistência em pelo menos um braço mudar, a saída da ponte terá instantaneamente uma voltagem fácil de rastrear e diretamente proporcional à mudança na resistência do resistor.

Essa dependência da tensão de saída da ponte Wheatstone na mudança de resistência em seus ombros é usada em sensores de extensômetro. Ou seja, ao colocar resistores de strain gage em um ou vários ombros da ponte, podemos rastrear deformações complexas que ocorrem no sensor.

Estruturalmente, o sensor é um elemento elástico que contém extensômetros. Resistores comuns incluídos na ponte podem ser colocados no ADC ou fabricados em um bloco separado.

É simplesmente incrível como diversas medições podem ser feitas usando sensores de strain gage similares. Os extensômetros permitem controlar a força, peso, pressão, deslocamento, deformação em si, vibração ... É claro que os extensômetros são uma das invenções mais úteis no campo da automação.

Alexander Molokov