Sensores piezoeletrico

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Sensor piezoelétrico

Um sensor piezoelétrico é um dispositivo que usa o efeito piezoléctrico para medir pressão, aceleração, tensão ou força, convertendo-os num sinal elétrico. Este tipo de sensores passivos não interefere com a carga medida. A sua corrente interna pode ser calculada pela lei de Ohm em que a tensão é aproximadamente igual à resistência.

(Parte 1 de 2)
7.0 Sensores dePressão 7.1 Células de Carga
São estruturas mecânicas, planejadas para receber esforços e deformar-se dentro do regime elástico para que foram planejadas. Embora pequena, essa deformação é suficiente para gerar um sinal de saída linear e compatível com a carga aplicada.
O princípio de funcionamento das células de carga baseia-se na variação da resistência de um extensômetro (stain-gage), quandosubmetido a uma deformação, ou seja, a célula de carga mede a deformação da peça e traduz em variação ôhmica. Essa variação decorre do estreitamento da seção transversal do extensômetro.

Fig.1 Detalhes construtivos de uma célula de carga
O extensômetro elétrico é utilizado para medir deformações em diferentes estruturas, tais como: pontes, locomotivas, navios, e em instrumentos especiais comotransdutores, onde possibilita a medição de pressão, tensão, força, aceleração, etc.
As características dos extensômetros elétricos de resistência podem ser resumidas em:
Alta precisão de medida; Baixo custo; Excelente resposta dinâmica; Excelente linearidade; Fácil de instalar; Pode ser usado imerso na água ou em atmosfera corrosiva com tratamento adequado; Possibilidade de se efetuar medidas adistância.
Os metais utilizados na fabricação de strain-gages são ligas de resistividade elevada Constantan (45% Ni, 5% Cu) ou Nicromo (80% Ni, 20% Cr), que permitem obter resistências padronizadas de 60, 120, 240, 350, 500 e 1kΏ. Para essa tecnologia existem dois padrões de strain-gages:
- NORMAL: Figura (a), mais longo no sentido do eixo para reduzir os efeitos da deformação transversal.
-ALARGADO: Figura (b), para deformações transversais desprezíveis, permite tensões de excitação maiores, devido a sua maior largura.

Fig.2 Modelos de extensômetro
7.1.1 Principais tipos de células de carga
Flexão (bending): mede as deformações de tração ou compressão decorrentes do carregamento de viga em balanço. Normalmente utilizada em medições de 0,5 a 200 quilos. Cisalhamento (shear beam): medeas deformações geradas por tensões de cisalhamento atuantes. Normalmente de 200 quilos a 50 toneladas.
Compressão (canister): mede as tensões de compressão geradas pela carga. Esse tipo de célula é utilizada para forças acima de 50 toneladas de intensidade.
7.1.2 Especificações/Características
Os principais critérios que devem ser utilizados na medida de uma célula de carga são:
Capacidadenominal: a força máxima que leva deve medir (os fatores de segurança – 50% de sobrecarga contra danos de funcionamento e 300% para a ruptura. Sensibilidade: quando a célula de carga está carregada, este valor é dado em mV/V aplicado e, normalmente, entre 2 e 3mV/V. Isso significa que uma célula de 30kgf de capacidade nominal e 2mV/V de sensibilidade, com uma tensão de excitação na entrada de 10V,quando sujeita a uma força de 30kgf, apresenta na saída uma variação de tensão de 20mV. Precisão: O erro máximo admissível relacionado em divisões da capacidade nominal. o Baixa Precisão: até 1.0 divisões (ou 0,1% da capacidade nominal); o Média Precisão: de 3.0 a 5.0 divisões (ou 0,03 a 0,02% da capacidade nominal); o Alta Precisão: 10.0 divisões (ou 0,01% da capacidade nominal)
Formato: de acordocom a aplicação, determinamos os formatos requeridos, considerando se a carga é apoiada (células do tipo viga) ou se a carga é sustentada (célula do tipo Z), ou ainda se a carga introduz momentos tensores na célula (célula do tipo single-point).
7.1.3 Aplicações
A mais popular aplicação das células de carga é nas balanças comerciais eletrônicas.
Porém, são utilizadas também no controle de...
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