Transdutores

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1) Medição de Força e Torque
1.1) As Grandezas Força e Torque
Força é uma medida da interação entre corpos. Diversas formas de força podem ser encontradas na natureza, tais como forças atômicas, eletromagnéticas e gravitacionais, entre outras. A força é uma grandeza vetorial, sendo definida por magnitude e direção.
Pelo sistema internacional, a unidade de força é newton (N) e é definida comoa unidade de força que fornece à massa de 1 kg uma aceleração de 1 m/s2 . Não é conveniente, na prática, produzir uma aceleração esta aceleração de 1m/s2 à uma massa de 1 kg para realizar o padrão de força de 1 N, usando assim o artifício de massas conhecidas que quando sujeitas à força gravitacional local, resultam em forças conhecidas. A maquina para realizar tal experimento é a máquina de pesomorto.
Torque é uma medida de quanto a força atuando sobre um objeto resulta em uma rotação no mesmo. Em outras palavras podemos dizer que torque é o produto vetorial entre a distância do ponto do eixo de rotação ao ponto de aplicação da força e a força aplicada (equação 1). As variáveis podem ser vistas na figura 1.
Fxr r

Figura 1 - Torque
Segundo o sistema internacional a unidade de torqueé newton-metro (N.m). O torque também é uma grandeza vetorial, definida pela magnitude e direção.
1.2) Transdutores Elétricos de Força
Um sistema de medição de força é geralmente composto por um transdutor e a correspondente instrumentação necessária para ler a mudança no mesmo. Na prática “um transdutor de força” é uma cadeia de vários transdutores, por exemplo, a força atua sobre um cilindro demetal que é comprimido, a mudança nas dimensões vai alterar a resistência elétrica dos extensômetros colocados na superfície do cilindro e a instrumentação mede esta mudança de resistência.
O cilindro, neste caso, é considerado o elemento elástico, mas muitos outros tipos de elementos elásticos ou combinações deles podem ser utilizados. A aplicação da força no elemento elásticos causa umadeflexão e esta deflexão é então sentida pelo transdutor secundário que converte isto em uma saída. Esta saída pode ser na forma de um sinal elétrico como no caso de extensômetros de resistência conectados em ponte de Wheatstone ou indicações mecânicas no caso de anéis de prova. Neste trabalho iremos explorar somente os transdutores elétricos.
A classe de transdutores elétricos de força estáintensamente ligada a extensômetros resistivos e materiais piezoelétricos, por sua viabilidade comercial e outras boas características, que

| Capítulo 1: Transdução de Grandezas Mecânicas - 1.2 - |
LABMETRO - Departamento de Engenharia Mecânica - UFSC podem ser vistas também na tabela 1. Outros tipos de transdutores elétricos de força são transformadores diferenciais de variação linear (LVDT),transdutores capacitivos, extensômetros ópticos, transdutores de interferência óptica e transdutores indutivos (Magneto-elasticos). Um resumo das características dos transdutores elétricos citados pode ser visto na tabela 1.
Tabela 1 – Características dos transdutores
Transdutores de força com extensômetros resistivos:
Os extensômetros resistivos devem ser conectados no elemento elástico para que adeformação resulte em uma mudança de resistência que pode ser lida e utilizada para calcular a força através de uma calibração deste sistema de medição. É importante ressaltar que a disposição destes extensômetros é muito importante uma vez que na maioria das vezes só se deseja medir a força aplicada em uma dada direção.
Existem uma série de extensômetros de resistência disponíveis para diversasaplicações, alguns deles vão ser brevemente comentados abaixo:
Extensômetros de lâmina / folha metálica (120 Ω – 5kΩ)
Estes são os extensômetros mais utilizados por serem baratos e de fácil fabricação, sendo os materiais normalmente utilizados ligas de níquel, cobre, platina, entre outros;

| Capítulo 1: Transdução de Grandezas Mecânicas - 1.3 - |
LABMETRO - Departamento de Engenharia...
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