Ponte de Wheatstone baseada em strain gauges - Por que uma configuração de fator de gauge exata é tão importante

Este artigo mostra como o fator de gauge influencia o resultado da medição durante as medições de deformação e por que é tão importante obter o valor especificado de cada folha de dados do strain gauge HBM individual e parametrizar adequadamente.

Por que uma parametrização exata de uma tensão medida com strain gauge elétrico é tão essencial

O fator de gauge é um fator proporcional entre a deformação medida e a mudança relativa na ponte que pode ser medida por um dispositivo adequado que suporta pontes de Wheatstone, como o QuantumX MX1615B da HBM.

Em geral, o fator de medição dos strain gauges elétricos depende do material da grade e varia em torno de 2.0 (Constantan, usado na série Y da HBM) e 2.2 (Modco, usado na série M da HBM).

Um fator de gauge alto aumenta o sinal de saída na ponte de Wheatstone; um fator de gauge baixo reduz o sinal:

A high gauge factor increases the output signal on the Wheatstone bridge; a low gauge factor reduces the signal:

Se um fator de gauge errado for definido pelo software, a medição de tensão não será precisa como consequência. É por isso que cada lote ou pacote de strain gauge da HBM mostra o fator de gauge individual.

Ilustração: Folha de dados dos strain gauges

O experimento a seguir mostra o erro gerado por um fator de gauge errado.

Vamos pegar uma cadeia de medição que consiste em um strain gauge linear elétricoLY41-3/120, conexão de 3 fios ao módulo amplificador de ponte MX1615B e software catman da HBM. O teste a seguir é realizado em temperatura ambiente.

Para o primeiro teste, o fator de gauge é definido como 2.0.

O strain gauge é instalado em uma viga de flexão e o seguinte sinal é criado.

Conforme descrito, o fator de medição de um strain gauge varia ligeiramente de seu lote. É importante armazenar a folha de dados do strain gauge, incluindo o fator de gauge, ou salvar todos os dados no banco de dados do sensor (como dados digitais reais e/ou um arquivo PDF completo). À primeira vista, parece que 2.0 ou 2.06 não fazem uma grande diferença, mas a experiência seguinte mostra que obtemos um erro de medição significativo, não considerando o fator de gauge correto.

Para este teste, dois strain gauges do mesmo lote estão instalados, um canal da ponte de Wheatstone é parametrizado com um fator de gauge de 2.0 e o outro com 2.06. Para pequenas deformações podemos ver mais ou menos uma sobreposição dos dois gráficos. Se a tensão for maior, há um deslocamento claramente visível do resultado.

Olhando mais de perto o sinal de medição, é diretamente visível que esse deslocamento não é insignificante.

Com um fator de gauge de 2,0, mede-se uma deformação de 5784 µm/m (~0,578% de tensão) enquanto que com um fator de gauge de 2,06 mede-se uma deformação de 5618 µm/m (~0,562%). Isto corresponde a uma diferença de 166 µm/m!

Em termos de erro de medição relativa, isso implica em 2,8%.

Esta experiência mostra que uma medição precisa exige uma parametrização correta. Isto também é válido quando se trata de influências de ambiente ou instalação, como a temperatura do ponto de medição, a resistência de contato, a temperatura ambiente ao redor dos fios e o dispositivo e a interferência eletromagnética geral no strain gauge e na fiação.

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