Kulturelle  trekk

Este capítulo destina-se à apresentação de todos os equipamentos utilizados para realização das medidas experimentais, também são apresentadas as equipes desenvolvidas durante este período de mestrado. Tais equipamentos são necessários primeiramente, para a realização dos testes, e depois para a realização das medidas experimentais com as amostras supercondutoras de YBCO fabricadas também neste trabalho cujos resultados experimentais serão confrontados para a validação do modelo de simulação desenvolvido. As medidas experimentais realizadas e os resultados das simulações serão apresentados nos capítulos posteriores deste trabalho.

7.1 Conceptos básicos dos principais componentes

7.1.1 Células de carga

O sensor é um instrumento que mede uma condição ou propriedade, e grava, indica, ou responde à informação recebida. Eles têm a função de converter um estímulo em um sinal mensurável. Os estímulos podem ser mecânicos, térmicos, eletromagnéticos, acústicos, ópticos ou químicos. O sensor geralmente está em contato direto com o processo e dá a saída que depende da variável a ser medida. Exemplos de sensores são

 Tubo de Bourdon, que se deformam elasticamente quando

submetidos a uma pressão.

 Termopar, que gera uma tensão em função da diferença de

 Extensômetro de resistência elétrica (ERE), ou comumente chamado de Strain Gages, que varia a resistência elétrica em função da deformação exercida sobre ele.

Um dos primeiros usos do ERE, após sua descoberta no início da década de 1940, foi no desenvolvimento de um sensor confiável e preciso denominado de célula de carga a ERE.

O uso de células de carga como transdutores de medição de força abrange hoje uma vasta gama de aplicações: desde nas balanças comerciais até na automatização e controle de processos industriais. A popularização do seu uso decorre do fato que o variável peso é interveniente em grande 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 [78].

A célula de carga mais comum e utilizada na indústria é a formada por Extensômetros resistivos, Figura 84. Quando esticados esse elementos sofrem uma variação na resistência proporcional à força aplicada. Essa variação na resistência é medida usando um circuito adequado.

7.1.3 Funcionamento das células de carga

O princípio de funcionamento das células de carga baseia-se na variação da resistência ôhmica de um sensor denominado ERE, quando submetido a uma deformação.

Se um fio é dobrado como uma mola de modo que sua seção transversal varia quando o elemento de mola é acionado (comprimido ou estendido), é possível estabelecer uma relação matemática entre a resistência elétrica do fio e a força causadora da deformação no elemento de mola. EREs são resistores, compostos de uma finíssima camada de material condutor, que variam sua resistência ôhmica quando tencionados ou comprimidos Utiliza-se comumente em células de carga, quatro EREs ligados entre si segundo a ponte de Wheatstone

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 deformação. 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 ciclos subsequentes, independentemente das condições ambientais. A forma geométrica, portanto, deve conduzir a uma "linearidade" dos resultados.

Os EREs são colados na célula de modo que se durante a sua deformação elástica os ERES “A” e “C” forem tencionados os EREs “B” e “D” serão comprimidos e vice-versa. Com isso, quanto maior a deformação elástica da célula de carga, maior é o desbalanceamento da ponte de Wheatstone, e consequentemente, maior é a tensão gerada na saída do circuito.

Todas as células de carga a ERE são compensadas para os efeitos da temperatura, isto é obtido, fazendo os fios dos ERES de ligas de materiais insensíveis à temperatura e introduzindo resistores convenientes de compensação no circuito da ponte. Este fato é importante para este projeto, pois não queremos que a diferença de temperatura interfira na força medida. A célula de carga estará sujeita a uma gradiente de temperatura, pois estando o HTS a temperatura de 77 K a temperatura do ambiente ao seu redor estará mais baixa do que distante dele.

O sinal de saída de um ERE é relativamente pequeno em função da tensão de excitação (um valor comum de 2 a 3 mV por volt de excitação). A tensão pode ser alternada ou contínua e é usualmente na faixa de 5 a 20 V, com valor típico de 12 V. A célula de carga a ERE é, portanto, uma ferramenta muito importante na medição de tensões mecânicas. Entretanto, para melhorar o seu desempenho, torna-se necessário minimizar o ruído de saída com a utilização de procedimentos adequados na preparação da superfície das peças no momento da colagem dos Extensômetros, e com o uso de bons amplificadores. O problema do uso de amplificadores é que ao mesmo tempo em que há a amplificação do sinal, os ruídos também são amplificados, e, além disso, há a necessidade da utilização de conversores analógico-digitais A/D (como exemplo o DAC 0808) e da porta paralela do computador, causando mais interferência nos sinais. A ponto de evitar essas interferências, o dado da célula de carga é adquirido através do nanovoltímetro, que possuímos em nosso laboratório, diminuindo assim, ao máximo o sinal de ruído.

Para a movimentação dos eixos tanto em sentido vertical e horizontal se emprego quatro motores de passo os quais foram distribuídos do seguinte modo: dois deles foram empregados pelo eixo X, um para o eixo Y e o ultimo para o eixo Z, as especificações técnicas e as características principais dos motores se encontram detalhadas no Apêndice B