Tecnologia de extensômetros

Um extensômetro é um elemento cuja resistência elétrica varia proporcionalmente à deformação a que é submetido. Ao aplicar múltiplos extensômetros a um elemento elástico calibrado e conectá-los em uma configuração de ponte de Wheatstone , obtém-se um sinal elétrico proporcional à força, torque ou peso aplicado. Esse princípio, adotado por células de carga e transdutores de torque , garante alta linearidade, repetibilidade e estabilidade ao longo do tempo, sendo atualmente o padrão para a medição precisa de grandezas mecânicas.

O sinal muito fraco da ponte é amplificado, linearizado e convertido pela eletrônica do instrumento em um valor numérico. Esse valor pode ser armazenado, comparado com limites de tolerância e transmitido para um computador. A calibração com um certificado rastreável garante a validade metrológica da medição.

Aplicações: força, torque e peso

A tecnologia de extensômetros é utilizada em uma ampla gama de instrumentos: dinamômetros e transdutores de força para ensaios de tração e compressão, transdutores de torque para medir o torque em fixadores e acoplamentos roscados, células de carga para pesagem e bancadas de ensaio. Em todos os casos, a vantagem reside na medição direta e repetível da grandeza mecânica, com a possibilidade de capturar o valor de pico e documentar os dados para controle de qualidade.

No portfólio da RODER, a medição de torque por extensômetro é representada pelos transdutores de torque Shimpo , utilizados para controlar o aperto de tampas nos setores farmacêutico, alimentício e de cosméticos.

Ponte Wheatstone

Os extensômetros de um transdutor são conectados em um circuito de ponte de Wheatstone , tipicamente com quatro ramos ativos. À medida que o elemento elástico se deforma, alguns extensômetros se alongam e outros se encurtam: o desequilíbrio da ponte gera uma tensão de saída proporcional à deformação e, portanto, à força ou torque aplicado. A configuração de ponte completa oferece a dupla vantagem de maximizar o sinal útil e compensar automaticamente os efeitos da temperatura e tensões indesejadas, melhorando a estabilidade e a precisão da medição.

Células de carga e transdutores de torque

A célula de carga é o transdutor de extensômetro usado para medir força e peso; o transdutor de torque é o equivalente para medição de torque. Em ambos os casos, o projeto do elemento elástico (flexão, cisalhamento, torção) determina a faixa de medição, a rigidez e a capacidade de sobrecarga. Os transdutores podem ser integrados ao instrumento — como nos transdutores de torque de bancada — ou externos e intercambiáveis, para abranger múltiplas faixas com uma única base de exibição, como no caso do transdutor de torque portátil com transdutor externo.

Vantagens e limitações da tecnologia de extensômetros

A tecnologia de extensômetros oferece alta linearidade e repetibilidade , excelente estabilidade a longo prazo, uma ampla gama de capacidades e medição direta de grandezas mecânicas. Como qualquer técnica de medição, também requer certas precauções: proteção contra sobrecarga para evitar danos ao transdutor, controle de temperatura e conformidade com os métodos de aplicação de carga. O uso de modos de captura de pico (Pico, Primeiro Pico) e uma frequência de amostragem adequada permite a medição correta até mesmo de fenômenos transitórios rápidos.

Calibração e rastreabilidade

Para garantir a validade metrológica, os transdutores de extensômetros devem ser calibrados periodicamente por comparação com padrões de referência. Um certificado de calibração rastreável (por exemplo, do NIST) documenta a precisão do instrumento e garante sua rastreabilidade a padrões nacionais, um pré-requisito quando as medições são contratualmente vinculativas ou fazem parte de um sistema de qualidade certificado.

Do extensômetro ao valor medido

O caminho do sinal em um extensômetro é bem definido. A força ou torque aplicado deforma o elemento elástico; os extensômetros convertem a deformação em uma mudança de resistência; a ponte de Wheatstone converte essa mudança em uma pequena tensão; um amplificador aumenta o nível; um conversor analógico-digital o digitaliza; finalmente, o microprocessador lineariza , aplica a calibração e exibe o valor na unidade de medida escolhida. Cada etapa contribui para a precisão geral, razão pela qual a qualidade da eletrônica é tão importante quanto a do transdutor.

Aplicações por setor

A medição de força, torque e peso por meio de extensômetros é utilizada no controle de qualidade e em pesquisa e desenvolvimento em praticamente todos os setores de manufatura: em embalagens para testes de fechamento, em mecânica para torques de aperto, na indústria médica para forças de ativação de dispositivos e em eletrônica para testes de conectores. Essa mesma tecnologia é a base de balanças industriais e bancadas de teste, demonstrando sua versatilidade.

Como escolher o transdutor

A escolha do transdutor começa pela grandeza a ser medida (força ou torque) e pela faixa de medição : é aconselhável selecionar uma faixa que coloque os valores típicos de teste na parte superior da faixa, para maximizar a resolução, permitindo uma margem de sobrecarga adequada. Os modos de medição necessários (Pico, Primeiro Pico, etc.), as interfaces de comunicação e os requisitos de calibração devem então ser considerados . Nos casos em que são necessárias múltiplas faixas de medição, um sistema com transdutor externo intercambiável oferece máxima flexibilidade.

Compensação e estabilidade de temperatura

Um aspecto fundamental da precisão dos transdutores de extensômetros é a compensação de temperatura . As variações de temperatura afetam tanto a resistência dos extensômetros quanto as propriedades do elemento elástico; a configuração de ponte completa, com extensômetros dispostos simetricamente, elimina em grande parte esses efeitos, mantendo a estabilidade da medição apesar das diferentes condições ambientais. Soma-se a isso a escolha de materiais com baixo coeficiente de transferência de calor e a caracterização da calibração, que permitem a determinação do erro residual devido à temperatura. O resultado é uma medição confiável e repetível mesmo em ambientes industriais sem ar condicionado, um requisito essencial quando os dados são contratualmente vinculativos. Graças a essas características, a tecnologia de extensômetros continua sendo a referência para medições precisas de força e torque no controle de qualidade.

Insights

Esta seção será expandida com tecnologias e instrumentos adicionais baseados em extensômetros à medida que forem incorporados ao portfólio do RODER.