Explique o funcionamento de um transmissor de pressão que utiliza como elemento de detecção o sensor strain gauge.
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que o enunciado pede: explicar como funciona um transmissor de pressão que usa strain gauges (galgas extensiométricas) como elemento de detecção. Isso cai na matéria de instrumentação industrial e transdutores elétricos: vamos usar conceitos de elasticidade (diagrama do diafragma), resistência elétrica e pontes de Wheatstone. Pra resolver, precisaremos entender:
- Como a pressão faz um diafragma se deformar;
- Como a galga extensiométrica converte essa deformação em variação de resistência elétrica;
- Como a ponte de Wheatstone transforma essa variação de resistência em sinal elétrico mensurável;
- Como acondicionar e linearizar esse sinal pra gerar a saída padrão (por ex. 4–20 mA).
Passo 2
Primeiro, a mecânica: dentro do transmissor tem um diafragma elástico. Quando você aplica uma pressão
sobre ele, ele se curva/deforma. A relação básica entre pressão e deslocamento do diafragma segue um comportamento elástico, parecido com uma mola:
isso significa que quanto maior a pressão, maior a deflexão
.
Passo 3
Agora entram as strain gauges (galgas extensiométricas). Uma strain gauge é um fio ou trilha resistiva colada no diafragma. Quando o diafragma se deforma, a galga estica ou comprime, mudando seu comprimento e, portanto, sua resistência elétrica
. A relação aproximada é dada pelo fator de gauge
:
Ou seja, um pequeno deslocamento gera uma variação
muito pequena, proporcional à deformação.
Passo 4
Para “ver” essa
, usa-se uma ponte de Wheatstone. Num arranjo típico de quatro galgas (ponte completa), temos algo assim:
R1 ———— R2
| |
R3 ———— R4
Em equilíbrio (zero pressão),
e a tensão de saída
. Quando a pressão deforma as galgas, alguns resistores sobem e outros descem, desequilibrando a ponte e gerando:
Esse
é proporcional à pressão.
Passo 5
Esse sinal do desbalanceamento é bem fraco (mV) e precisa de condicionamento:
- Amplificação: usando um amplificador de instrumentação para elevar o sinal até uns volts.
- Linearização/compensação: aplica correção de temperatura ou não linearidade do diafragma via circuito ou microprocessador interno.
- Conversão para saída padrão: geralmente um transmissor converte para 4–20 mA ou sinal digital (HART, Modbus etc.). Então faz-se um DAC ou circuito de corrente que deixa a saída em função da pressão medida:
Passo 6
Resumindo o fluxo dentro do transmissor:
Pressão → deformação do diafragma (mecânica) → variação de resistência nas strain gauges → saída diferencial da ponte de Wheatstone
→ amplificação e linearização → saída em corrente ou tensão padronizada.
Pressão
Resposta
O transmissor de pressão com strain gauges funciona assim: a pressão faz um diafragma elástico se deformar, as galgas extensiométricas coladas nele mudam de resistência conforme esticam/comprimem, essa variação desequilibra uma ponte de Wheatstone gerando um sinal diferencial proporcional à pressão, que é amplificado, compensado e convertido para uma saída padrão (4–20 mA, por exemplo).