Introdução
O
uso de células de carga como transdutores
de medição de força abrange
hoje urna vasta garna de aplicações:desde
nas balanças comerciais até na automatização
e controle de processos industriais.A
popularização do seu uso decorre
do fato que a variável peso é Interveniente
em qrande parte das transações comerciais
e de
medição das mais frequentes dentre
as grandezas físicas de processo. 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,
que desponta como exportador importante no mercado
internacional.
Princípios
de Funcionamento
O
princípio de funcionamento das células
de carga baseia-se na variação da
resistência ôhmica de um sensor denominado
extensômetro ou strain gage (Fig.
1), quando submetido a uma deformação.
Utiliza-se comumente em células de carga
quatro extensômetros ligados entre si segundo
a ponte de Wheatstone (Fig. 2) e o desbalanceamento
da mesma, em virtude da deformação
dos extensômetros, é proporcional
à força que a provoca. É
através da medição deste
desbalanceamento que se obtém o valor da
força aplicada.
Os extensômetros são colados a uma
peça metálica (alumínio,
aço ou liga cobre-berílio), denominada
corpo da célula de carga e inteiramente
solidários à sua defornmação.
A força atua portanto sobre o corpo da
célula de carga e a sua deformação
é transmitida aos extensômetros,
que por sua vez medirão sua intensidade.
Obviamente que a forma e as características
do corpo da célula de carga devem ser objeto
de um meticuloso cuidado, tanto no seu projeto
quanto na sua execução, visando
assegurar que a sua relação de proporcionalidade
entre a intensidade da força atuante e
a consequente deformação dos extensômetros
seja preservada tanto no ciclo inicial de pesagem
quanto nos cilcos subsequentes, independentemente
das condições ambientais. A forma
geométrica, portanto, deve conduzir a uma
"linearidade" dos resultados (fig. 3).
Considerando-se que atemperatura gera deformações
em corpos sólidos e que estas poderiam
ser confundidas com a provocada pela açaõ
da força a ser 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.
Um efeito normalmente presente ao ciclo de pesagem
e que deve ser controlado com a escolha conveniente
da liga da matéria-prima da célula
de carga é o da "histerese" decorrente
de trocas térmicas com o ambiente da energia
elástica gerada pela deformação,
o que acarreta que as medições de
cargas sucessivas não coincidam com as
descargas respectivas (Fig. 3).
Outro efeito que também deve ser controlado
é a "repetibilidade" ou seja,
indicação da mesma deformação
decorrente da apIicação da mesma
carga sucessivamente, também deve ser verificada
e controlada através do uso de materiais
isotrópicos e da correta aplicação
da força sobre a célula de carga
(Fig. 3).
Finalmente, deve-se considerar o fenômemo
da "fluência" ou creep,
que consiste na variação da deformação
ao longo do tempo após a aplicação
da carga. Este efeito decorre de escorregamentos
entre as faces da estrutura cristalina do material
e apresenta-se como variações aparentes
na intensidade da força sem que haja incrementos
na mesma (Fig. 4). |
 
Fig. 1 - Extensômetro ou Strain-Gage
Fig. 2 - Ponte de Wheatstone
Fig.
3 - Gráfico de deformação
x carga, mostrando histerese, repetibilidade e
não linearidade
Fig.
4- Gráfico de deformação
x tempo mostrando a fluência ou creep
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