Todos os Analisadores de Textura contêm uma célula de carga para medição de força. Células de carga são componentes que convertem um sinal de força mecânica em um sinal elétrico. Elas funcionam deformando-se em resposta à força aplicada (a deformação está bem abaixo do limite elástico de quaisquer materiais componentes). Na maioria dos projetos de células de carga fornecidos pelos fabricantes de Analisadores de Textura, a deflexão é medida por strain gauges colados em pontos na célula de carga, embora células de carga piezoelétricas também estejam disponíveis. Os strain gauges fornecem uma proporção de sinal elétrico para a carga aplicada.
Capacidade
A força máxima alcançada durante o teste não deve ser maior que a capacidade da célula de carga ou ocorrerá uma sobrecarga (em compressão) ou subcarga (em tensão). Por outro lado, a força máxima esperada não deve ficar na extremidade inferior da faixa de força da célula de carga, pois a sensibilidade pode diminuir nessa região.
Precisão e exatidão
A precisão da célula de carga pode ser afetada por efeitos de não linearidade, histerese, fluência e temperatura na saída e zero. Uma carga aplicada incorretamente (torção ou flexão fora do eixo) faz com que a célula de carga sofra tensão e envie uma mudança de sinal proporcional à torção em vez do peso da carga. Consequentemente, plataformas e sondas são geralmente projetadas para garantir o carregamento vertical. Cada especificação de célula de carga mostra um grau esperado de exatidão e precisão, geralmente variando com a carga aplicada e dependendo da capacidade.
Formatar
Além da capacidade, as células de carga de extensômetro variam de acordo com o formato. A Stable Micro Systems fornece células de carga de viga S e cantilever. Diferentes formatos podem produzir respostas de força-distância variadas devido à variação nos componentes usados em sua construção. Células de carga intercambiáveis são fornecidas para que o usuário possa alterar a capacidade da célula de carga dependendo de sua aplicação atual. As células de carga são fixadas no lugar por parafusos.
Não-linearidade
Não linearidade é o desvio máximo de uma linha reta da curva de calibração da célula de carga, começando em carga zero e terminando em sua capacidade nominal máxima. Isso representa o erro na medição de força em toda a faixa operacional da célula de carga. Quanto menor a mudança no peso aplicado a uma célula de carga, menor o erro resultante da não linearidade. Um diagrama esquemático mostrando a não linearidade em uma curva de calibração de célula de carga é mostrado.
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| Diagrama esquemático mostrando não linearidade e histerese em uma curva de calibração de célula de carga. Isso pode assumir outras formas dependendo do Analisador de Textura e da célula de carga usados |
Devido a essa característica de não linearidade, a calibração de força é aconselhável ser realizada em toda a faixa de uso esperado. Por exemplo, uma célula de carga de 10 kg não deve ser calibrada usando um peso de 10 kg e, então, usada para medir forças de alguns gramas. A força medida desviará da linha de calibração nessa extremidade inferior. Por outro lado, uma célula de carga de 100 kg não deve ser calibrada com um peso de 100 g e, então, usada para medir dezenas de kg. A linha de calibração plotada entre 0 e 100 g pode não ser representativa do comportamento de toda a faixa da célula de carga.
Alguns fatores mecânicos influenciam a linearidade da célula de carga. Isso inclui a escolha dos parafusos de fixação usados para prender a célula de carga ao Analisador de Textura e o torque ao qual eles são apertados. Ao carregar com forças altas, uma célula de carga que não está fixada corretamente no lugar pode fornecer resultados variáveis. Consequentemente, o uso de uma chave de torque é útil para manter a uniformidade do comportamento.
Histerese
Qualquer célula de carga dada tem uma certa quantidade de histerese em seu comportamento de carga-descarga quando pesos conhecidos são aplicados ou removidos. Esta é a diferença na leitura da força de saída para a mesma carga aplicada nas seguintes situações, usando uma força alvo de 5 kg como exemplo:
- Aumentando a carga de zero a 5 kg
- Diminuindo a carga de uma carga aplicada maior para 5 kg
A histerese é vista em um gráfico de carga-descarga como uma incompatibilidade entre as curvas de carga e descarga.
Efeitos da temperatura
Mudanças de temperatura podem causar uma variação nas medições da célula de carga. Isso pode ser compensado pela recalibração da célula de carga após quaisquer grandes mudanças de temperatura. Além disso, muitas células de carga têm um grau de compensação de temperatura embutida. Isso é obtido por resistores de compensação de temperatura embutidos e design cuidadoso dos componentes analógicos ao redor dos strain gauges.
Tempo de resposta
As células de carga usadas em analisadores de textura geralmente têm um tempo de resposta rápido. No entanto, como seu comportamento geral é o de uma mola rígida, quando uma carga é aplicada rapidamente, a célula de carga oscilará por um período de estabilização muito curto. Isso está na escala de décimos de segundo ou menos no ar livre. Especificar o tempo de estabilização é difícil para uma situação genérica, pois a amostra sendo testada pode amortecer a oscilação, alterando a ressonância da célula de carga. Embora geralmente não seja um efeito significativo, é importante estar ciente disso ao realizar testes que envolvam movimentos rápidos.
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