Universidade Federal do Rio Grande do Universidade Federal do Rio Grande do NorteNorte

Centro de Tecnologia – CTCentro de Tecnologia – CTDepartamento de Engenharia de ElétricaDepartamento de Engenharia de Elétrica

Instrumentação EletrônicaInstrumentação EletrônicaProf.: Luciano FontesProf.: Luciano Fontes

Aluno: João Paulo da Silveira PinheiroAluno: João Paulo da Silveira PinheiroNatal-RNNatal-RN

junho/2009junho/2009

Os medidores de deformação chamados extensômetros elétricos são dispositivos de medida que transforma pequenas variações nas dimensões equivalentes em sua resistência, e são usados entre os engenheiros de instrumentação. O seu uso em sistemas de monitoração de estruturas em tempo real tem demonstrado um grande potencial técnico de inspeção e manutenção. A monitoração contínua de diversas variáveis importantes em obras civis torna realidade a previsão e a detecção de falhas estruturais em tempo hábil, contribuindo para a segurança e também para a economia da edificação.

Permitir o domínio de técnicas de instrumentação com Permitir o domínio de técnicas de instrumentação com extensômetros elétricos e aquisição de seus dados,.extensômetros elétricos e aquisição de seus dados,.

• Desengraxamento:Desengraxamento:• Limpeza Abrasiva:Limpeza Abrasiva:• Esquematização das linhas direcionais dos Esquematização das linhas direcionais dos

extensômetros:extensômetros:• Neutralização da superfície:Neutralização da superfície:

O extensômetro é baseado no fato de que os metais mudam O extensômetro é baseado no fato de que os metais mudam sua resistência elétrica quando sofrem uma deformação.sua resistência elétrica quando sofrem uma deformação.

ExtensômetExtensômetroro

Classificação de acordo com o material de

base

Base de papel Base de baquelita

Base de poliéster

Base de poliamida

Classificação de acordo com

sua configuração

Uniaxiais Biaxiais

Multiplos eixosPadronização

Especial

Classificação de acordo com

o material resistivo

Fios resistivos Lâmina

Semicondutor Semicondutor por difusão

Sistema de Codificação Sistema de Codificação A codificação é feita por um conjunto de letras e números que A codificação é feita por um conjunto de letras e números que identifica o extensômetro, conforme suas características.identifica o extensômetro, conforme suas características.

Fator de Sensibilidade (Gage Factor)Fator de Sensibilidade (Gage Factor)

•o valor teórico do Fator de Sensibilidade é K = 2,1 o valor teórico do Fator de Sensibilidade é K = 2,1 •o valor real apresenta pequenas variações, de lote para lote, em torno do valor o valor real apresenta pequenas variações, de lote para lote, em torno do valor teórico. teórico.

No caso de extensômetros de uso em extensometria, o Fator de No caso de extensômetros de uso em extensometria, o Fator de Sensibilidade é informado em cada fornecimento, junto com a Sensibilidade é informado em cada fornecimento, junto com a identificação do lote.identificação do lote. No caso de extensômetros de aplicação voltada à construção de No caso de extensômetros de aplicação voltada à construção de transdutores, o Fator de Sensibilidade só é informado mediante transdutores, o Fator de Sensibilidade só é informado mediante solicitação.solicitação.

Sensibilidade do extensômetro à Temperatura:Sensibilidade do extensômetro à Temperatura:➔➔Variação relativa da resistência Variação relativa da resistência R dada uma R dada uma variaçãovariaçãode Temperatura (efeito indesejável)de Temperatura (efeito indesejável)➔➔Material condutor varia sua resistividade com a Material condutor varia sua resistividade com a temperaturatemperatura➔➔Técnicas de compensação:Técnicas de compensação:•através de circuitos em ponte de Wheatstoneatravés de circuitos em ponte de Wheatstone•Ligas de materiais que possuem baixa variação de Ligas de materiais que possuem baixa variação de resistividaderesistividadecom a temperatura (Constantan)com a temperatura (Constantan)

**** Compensações de Temperatura Compensações de Temperatura Disponíveis:Disponíveis:    06 - 06 - Para aço;Para aço;    09 - 09 - Para aço inox;Para aço inox;    13 - 13 - Para alumínio.Para alumínio.

Modelos

Opções Disponíveis

Dimensões

Material da Base e do Filme Metálico Compens. de Temp. Tam. e Forma da

GrelhaResistência

(Ohms)

Grelha Total

A(comprim.)

B(largura)

C(comprim.)

D(largura)

PA -

TA - ** - 125AA - 350

B; SEN; LEN; EN; S; L

B; S; L

3,18mm

0,125 "

3,18mm

0,125 "

6,35mm

0,125 "

3,18mm

0,125 "

CIRCUITO:AQUISIÇÃO DO SINALCIRCUITO:AQUISIÇÃO DO SINAL

Amplificador Somador

Retentor de pico

DigitalizaçãoCI – ILC7107

Balanceam

ento

Na extensometria várias configurações da ponte Na extensometria várias configurações da ponte dedeWheatstone podem ser adotadas tendo em vista Wheatstone podem ser adotadas tendo em vista algunsalgunsfatores:fatores:••Simplicidade da montagemSimplicidade da montagem••CustoCusto••Compensação de temperaturaCompensação de temperatura••Aumento de sensibilidadeAumento de sensibilidade••Distância entre extensômetro e instrumentaçãoDistância entre extensômetro e instrumentação

CONFIGURAÇÕES DA PONTECONFIGURAÇÕES DA PONTE

CONNEXÃO COM 2 FIOSCONNEXÃO COM 2 FIOS

CONNEXÃO COM 3 FIOSCONNEXÃO COM 3 FIOS

½ ATIVA½ ATIVA

Em aplicações de extensômetros utiliza-se uma constante de proporcionalidade conhecida como Fator de Calibração (Gage Factor), que varia de 2 a 4 para as ligas mais usuais na fabricação de extensômetros,. Este parâmetro é baseado na variação da resistência ocorrida no extensômetro para sua resistência total relacionada com a variação no comprimento do condutor para seu comprimento unitário, ou ainda:

CIRCUITO:AMP. CIRCUITO:AMP. INSTRUMENTAÇÃOINSTRUMENTAÇÃO

Amplificador Somador

Retentor de pico

DigitalizaçãoCI – ILC7107

Balanceam

ento

Retentor de pico

DigitalizaçãoCI – ILC7107

Balanceam

ento

Retentor de pico

DigitalizaçãoCI – ILC7107

CIRCUITO:DIGITALIZAÇÃOCIRCUITO:DIGITALIZAÇÃO

CIRCUITO:DIGITALIZAÇÃOCIRCUITO:DIGITALIZAÇÃO

DIAGRAMA DE BLOCOSDIAGRAMA DE BLOCOS

DIAGRAMA IMPLEMENTADODIAGRAMA IMPLEMENTADO

CIRCUITO:COMPLETOCIRCUITO:COMPLETO

CALIBRAÇÃOCALIBRAÇÃO

METODOS DE BALANCEAMENTOMETODOS DE BALANCEAMENTO

Amp. Instrumental e Amp. Instrumental e SomadorSomador Circuitos Integrados Circuitos Integrados CI5/CI6 741 CI5/CI6 741 CI7/CI8/CI10 CI7/CI8/CI10 Lm308 Lm308 Ci9 LM725 Ci9 LM725 Cl11/CI12/CI13/CI14 CA3130 Cl11/CI12/CI13/CI14 CA3130 Transistores Transistores T2 BD263 (BD677) T2 BD263 (BD677) Capacitores Capacitores C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8 C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8 22uF/25V 22uF/25V C9/C10/C13/C16/C17/C20/CC9/C10/C13/C16/C17/C20/C23/C24/C25/C30/C31100nF 23/C24/C25/C30/C31100nF C21 560pF C21 560pF

TrimpotsTrimpotsR24/R27/R48/R49 100KR24/R27/R48/R49 100KR9/R29/R33 10KR9/R29/R33 10KDiodosDiodosD3 GermânioD3 GermânioD1/D2 Zener 5,1VD1/D2 Zener 5,1VObs: Todos os resistores, salvo Obs: Todos os resistores, salvo indicação em contrário, têm indicação em contrário, têm tolerância de 1%.tolerância de 1%.

Resistores Resistores T3 BD262 (BD678) T3 BD262 (BD678) T4/T5 BC548T4/T5 BC548C22 5,6pFC22 5,6pFC11/C15/C26/C27/C32/C33 100pFC11/C15/C26/C27/C32/C33 100pFC12/C14 68pFC12/C14 68pFC18 1,5nFC18 1,5nFC19 47nFC19 47nFC28/C29 2,2uF 250V MACC28/C29 2,2uF 250V MACR1/R5 56R 10% 5WR1/R5 56R 10% 5WR2/R3/R4/R7/R8/R16/R17/R34/R35/R42/R43 R2/R3/R4/R7/R8/R16/R17/R34/R35/R42/R43 10K10KR6 4,7KR6 4,7KR10/R11 100KR10/R11 100KR12/R13/R32 14KR12/R13/R32 14KR18/R19 1,4KR18/R19 1,4KR14/R25 2,8KR14/R25 2,8KR20/R21/R25 28KR20/R21/R25 28KR30 220R 10%R30 220R 10%R26 200K (100K)R26 200K (100K)R28 20K (10K)R28 20K (10K)R31 24,9KR31 24,9KR23 270R 10%R23 270R 10%R22 27R 10%R22 27R 10%R36/R37/R44/R45 2,2KR36/R37/R44/R45 2,2KR38/R39 270RR38/R39 270RR40/R41 100RR40/R41 100RR46/R47 220RR46/R47 220R

LISTA DE MATERIALLISTA DE MATERIAL

Aquisição do SinalAquisição do SinalExtensômetro PA-13-126AA-350LExtensômetro PA-13-126AA-350LResistores de 350 OhmsResistores de 350 Ohms

Balanceamento Balanceamento Manual:Manual:ResistoresResistoresR1- R20 1KR1- R20 1KR21 23,7 KR21 23,7 KR22 221KR22 221KR23 2M 10%R23 2M 10%R24 (Helipot Multivoltas) R24 (Helipot Multivoltas) 20K 5%20K 5%Obs: Todos os resistores, Obs: Todos os resistores, salvo indicação em salvo indicação em contrário, têm tolerância contrário, têm tolerância de 1%.de 1%.

DigitalizaçãoDigitalizaçãoCircuitos IntegradosCircuitos IntegradosCI1 ICL7106CI1 ICL7106CapacitoresCapacitoresC1 100pFC1 100pFC2 100nFC2 100nFC3 47nFC3 47nFC4 10nFC4 10nFC5 220nFC5 220nFResistoresResistoresR1 100KR1 100KR2 1M 10%R2 1M 10%R3 47K 10%R3 47K 10%display de 7 segmentosdisplay de 7 segmentos

LISTA DE MATERIALLISTA DE MATERIAL

BibliografiaBibliografia

TOCCI. TOCCI. Sistemas DigitaisSistemas DigitaisBOYLESTAD.BOYLESTAD. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos Dispositivos Eletrônicos e Teoria de CircuitosBARRETO JR. E. BARRETO JR. E. Conhecendo o extensômetro elétrico de Conhecendo o extensômetro elétrico de

resistência – Manual Técnico.resistência – Manual Técnico. Trabalhos Anteriores.Trabalhos Anteriores.Colaboração: Excel Sensores – Colaboração: Excel Sensores – www.excelsensor.com.brwww.excelsensor.com.br

ALUNO: JOÃO PAULO S. PINHEIROALUNO: JOÃO PAULO S. PINHEIRO