Universidade Federal do Rio Grande do Norte Centro de Tecnologia – CT Departamento de Engenharia de Elétrica Instrumentação Eletrônica Prof.: Luciano Fontes.

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,. 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:

• 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. 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

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

Digitalização

CI – ILC7107

Bala

nce

am

en

to

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

Digitalização

CI – ILC7107

Bala

nce

am

en

to

Retentor de pico

Digitalização

CI – ILC7107

Bala

nce

am

en

to

Retentor de pico

Digitalização

CI – 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