Pontos de medição, por exemplo, em pontes ou asas de aeronaves, são frequentemente localizados a grandes distâncias dos instrumentos de medição. Com pontos de medição que não são diretamente acessíveis, os instrumentos de medição precisam ser conectados usando cabos longos.  A desvantagem: A resistência do cabo pode chegar a vários ohms e afetar negativamente a medição . Particularmente as mudanças de resistência elétrica no cabo durante a medição, por exemplo, devido a variações de temperatura, têm efeitos negativos.

Com condutores que estão em série com os strain gages (SG) no mesmo braço da ponte, a resposta de temperatura devido ao aquecimento do cabo é calculada da seguinte maneira:

 

Q = Condutividade do material condutor    

Exemplo:

Um condutor de cobre de 1 m de comprimento (0,5 m cada via, uma para a alimentação e outra para retorno) e seção transversal de 0,15 mm2 em série com strain gauge de 120 ohms provoca 20 µm/m de resposta à temperatura, com com variação de 10 K de temperatura. Todas as outras condições sendo iguais, a resposta de temperatura com um strain gauge de 350 ohms é de apenas 7 µm/m.

Vários tipos de circuitos de strain gauges permitem compensar as resistências de fiação. Este artigo apresenta três tipos de circuitos baseados na ponte de Wheatstone, explicando suas vantagens e desvantagens.

Circuito a 2 fios

Com o circuito a 2 fios, os strain gauges e o amplificador são conectados através de dois fios (veja fig. 1). O diagrama de circuito mostra que a resistência do cabo é adicionada duas vezes (alimentação e retorno) à resistência do strain gauge.

Isto afeta o ponto zero da ponte e sua sensibilidade. Mesmo com cabos com comprimentos de poucos centímetros, é essencial considerar a resistência do cabo. O circuito a 2 fios é particularmente   sensível à variação de temperatura durante a medição, uma vez que a mudança na resistência afeta imediatamente o valor medido.

A estabilidade de temperatura do circuito a 2 fios foi testada usando strain gauges instalados e o amplificador de ponte QuantumX MX1615.

Circuito a 2 fios

The test result: The measurement result obtained using a 2-wire circuit has no significance. The resistance change in the cable, e.g. due to temperature variation, fully impacts on the measurement result.

Mudanças de resistência assimétricas no circuito do strain gauge também resultam em erros de medição. Mudanças na resistência não são corrigidas.

Fig. 1: Conexão do extensômetro na configuração a 2 fios

Circuito regulado a 3 fios

Com o circuito a 3 fios, um condutor adicional é conectado a um ponto de conexão da resistência de medição, o que resulta em um segundo circuito de medição que é usado como referência. O circuito regulado de 3 fios mede a deformação através da resistência do cabo superior e aumenta a tensão de excitação pelo dobro da grandeza medida. Como resultado, a tensão elétrica através do strain gauge é idêntica com e sem um cabo e o cabo não tem influência na sensibilidade.

O circuito a 3 fios regulado requer que os dois condutores de corrente tenham resistência idêntica, uma vez que a tensão é medida apenas em um condutor, no entanto, o dobro do valor é aplicado para correção. Portanto, com um cabo com quatro vias, seria completamente errado conectar dois cabos em paralelo para reduzir a resistência do cabo. Isso resultaria em um erro significativo do ponto zero. Por outro lado, com rosetas de strain gauges e cadeias de strain gauges, é essencial assegurar que o resistor RKab1 corresponda a todos os resistores RKab2 conectados em paralelo.

Nosso teste também mostra: As alterações na resistência são corrigidas apenas em um cabo. Mudanças assimétricas na resistência, por exemplo, interferência nos pontos de contato, impactam totalmente no resultado da medição. Mudanças simétricas na resistência, por exemplo, variação de temperatura durante a medição, são compensadas pela via de compensação.

Fig. 2: Conexão do extensômetro na configuração de 3 fios

Circuito regulado a 4 fios

Somente o circuito a 4 fios, ou o circuito Kreuzer patenteado pela HBM, permite que diferentes resistências de cabo sejam compensadas. Uma corrente elétrica conhecida flui pelo resistor através de dois dos condutores. A queda de tensão no resistor RKab1 é corrigida (em alta impedância) por meio de duas derivações adicionais.

O circuito Kreuzer mede a tensão através da resistência RKab2 e adiciona à excitação. A tensão e, portanto, a corrente através resistor de complemento Rerg são independentes da resistência do cabo. Erros de ponto zero e sensibilidade resultantes dos efeitos do cabo são compensados eletronicamente.

Nota: os três gráficos mostram uma medição de strain gauge usando circuitos de 2, 3 e 4 fios. Aqui parece que todas as três técnicas oferecem estabilidade idêntica. Idealmente, vemos degraus nos gráficos para 2 e 3 fios; com 4 fios, o gráfico permanece estável.

O nosso teste de prova: O circuito Kreuzer patenteado permite resultados de medições precisos através:

  • alta estabilidade em variações de temperatura
  • e correção de mudanças na resistência em ambos os cabos.

Mudanças assimétricas na resistência, por exemplo, nos conectores, e mudanças simétricas na resistência, por exemplo, através da variação de temperatura, são corrigidas e não afetam o resultado da medição.

Fig. 3: Conexão de strain gauge usando o circuito patenteado Kreuzer da HBM

Compensando as resistências de cabeamento - com o QuantumX MX1615

Veja o vídeo (em inglês)

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