automação de dados de medidores de deslocamento e aceleração
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i LEONARDO PINHEIRO ALVES AUTOMAÇÃO DE DADOS DE MEDIDORES DE DESLOCAMENTO E ACELERAÇÃO Monografia apresentada ao Curso de Engenharia de Controle e Automação da Universidade Federal de Ouro Preto como parte dos requisitos para a obtenção de Grau em Engenharia de Controle e Automação. Orientadora: Dra. Arlene Maria Sarmanho Freitas Ouro Preto Escola de Minas – UFOP Agosto / 2007 ii iii Agradecimentos Agradeço a Deus pela oportunidade. Aos meus Pais e irmão pelo apoio, amor e dedicação. Aos tios, primos e avós pela torcida. A UFOP e A&C Jr. pelo aprendizado e aos amigos de turma pela ferração e amizade. A Arlene e Ronilson pelos ensinamentos e orientação. Ajuda e colaboração do João. iv SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................VI LISTA DE TABELAS ............................................................................................... VIII RESUMO ......................................................................................................................IX ABSTRACT ................................................................................................................... X I – INTRODUÇÃO......................................................................................................... 1 1.1 – OBJETIVOS .......................................................................................................... 2 1.1.1 – OBJETIVO GERAL ............................................................................................ 2 1.1.2 – OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................... 2 1.2 – METODOLOGIA ADOTADA ............................................................................ 2 1.3 – ESTRUTURA DO TRABALHO ......................................................................... 3 II – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................... 4 2.1 – MEDIÇÕES REALIZADAS NO LABORATÓRIO ......................................... 4 2.1.1 – ENSAIO DE LIGAÇÕES .................................................................................... 4 2.1.2 – ENSAIO DE VIBRAÇÕES ................................................................................. 6 2.2 – EQUIPAMENTOS EXISTENTES NO LABORATÓRIO ............................... 7 2.2.1 – SISTEMAS DE AQUISIÇÃO DE DADOS ........................................................ 7 2.2.2 – TRANSDUTORES INDUTIVOS - LVDT........................................................ 10 2.2.3 – CÉLULA DE CARGA E EXTENSÔMETROS ................................................ 15 2.2.4 – ACELERÔMETRO - TRANSDUTORES PIEZOELÉTRICOS ....................... 20 III – EQUIPAMENTOS ESTUDADOS ..................................................................... 26 3.1 – HBM SPIDER 8 ................................................................................................... 26 3.2 – SOFTWARE CATMAN ...................................................................................... 28 3.3 – SENSORES/TRANDUTORES .......................................................................... 29 3.3.1 – LVDT – SENSOTEC ......................................................................................... 29 3.3.2 – ADAPTADORES DE LVDT............................................................................. 30 3.3.3 – CÉLULAS DE CARGA E EXTENSÔMETROS .............................................. 32 3.3.4 – ACELERÔMETRO ........................................................................................... 33 v IV – PROCEDIMENTOS ............................................................................................ 35 4.1 – CONECTANDO O HBM SPIDER 8 ................................................................. 35 4.2 – CONECTANDO O LVDT .................................................................................. 37 4.3 – CONECTANDO AS CÉLULAS DE CARGA E EXTENSÔMETROS ......... 43 4.4 – CONECTANDO O ACELERÔMETRO .......................................................... 44 4.5 – CONFIGURANDO OS EQUIPAMENTOS NO SOFTWARE CATMAN .... 45 V – RESULTADOS ...................................................................................................... 51 VI – CONCLUSÕES .................................................................................................... 55 VII – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................. 56 vi LISTA DE FIGURAS FIGURA 2.1 – Esquema de medição de rotação em viga. ............................................... 5 FIGURA 2.2 – Foto do ensaio realizado no Laboratório. ................................................ 6 FIGURA 2.3 – Esquema do ensaio realizado no Laboratório. ......................................... 7 FIGURA 2.4 – Estrutura de um sistema de aquisição de dados. ..................................... 9 FIGURA 2.5 - Sinal de saída (EOUT) do LVDT nas diferentes posições do núcleo ferromagnético (core) ..................................................................................................... 11 FIGURA 2.6 - (A) magnitude do sinal AC de saída do LVDT; (B) Ângulo de fase da Saída em relação à entrada; (C) Saída DC do condicionador de sinais eletrônico. ....... 12 FIGURA 2.7 - Circuito elétrico de funcionamento de um LVDT ................................. 13 FIGURA 2.8 - Extensômetro ou Strain Gauge .............................................................. 16 FIGURA 2.9 - Ponte de Wheatstone .............................................................................. 18 FIGURA 2.10 - Gráfico de deformação x carga, mostrando histerese, repetibilidade e não linearidade. .............................................................................................................. 19 FIGURA 2.11 - Gráfico de deformação x Tempo mostrando a fluência ou creep. ....... 20 FIGURA 2.12 – Sensor Piezoelétrico: a força aplicada é convertida em tensão. .......... 21 FIGURA 2.13 – Resposta da freqüência de um sensor piezoelétrico. ........................... 22 FIGURA 2.14 - Gráfico da Força x Tempo e Sinal de Saída x Tempo. ........................ 23 FIGURA 2.15 - Esquema do Acelerômetro capacitivo.................................................. 24 FIGURA 2.16 – Modos de obtenção de deslocamento, velocidade e aceleração. ......... 25 FIGURA 3.1 – HBM – Spider 8 conectado ao Laptop. ................................................. 26 FIGURA 3.2 – Vista da arquitetura do Spider 8 ............................................................ 28 FIGURA 3.3 – LVDT’s da Sensotec, Modelos ML7A e MVL7. .................................. 30 FIGURA 3.4 – 1601 LVDT Adapter. ............................................................................ 30 FIGURA 3.5 – Foto do circuito do MCS0698 ............................................................... 31 FIGURA 3.7 – (A) Porta mini-dim do MCS0698; (B) Conector parafusado de 4 vias. 32 FIGURA 3.8 – Foto da Célula de Carga. ....................................................................... 32 FIGURA 3.9 – Acelerômetro ASW-SA. ........................................................................ 34 FIGURA 4.1 – Foto traseira do HBM Spider 8. ............................................................ 35 FIGURA 4.2 – Portas do HBM Spider 8. ...................................................................... 36 FIGURA 4.3 – Portas do HBM Spider 8. ...................................................................... 37 FIGURA 4.4 – Foto da caixa condicionadora de sinais do LVDT. ............................... 38 FIGURA 4.5 – Foto da fonte de alimentação e amplificador do LVDT. ....................... 38 vii FIGURA 4.6 – Conexão para transdutores indutivos (LVDT) em meia ponte. ............. 39 FIGURA 4.7 – Ligação do LVDT ao Spider 8. ............................................................. 40 FIGURA 4.8 – Conexão para transdutores indutivos (LVDT) em ponte completa. ...... 41 FIGURA 4.9 – Conexão para medir tensão de até 10 V. ............................................... 42 FIGURA 4.10 – Conexão para o LVDT no MCS0698. ................................................. 42 FIGURA 4.11 – Conexão do MCS0698 ao HBM Spider 8 e a Fonte de Alimentação. 43 FIGURA 4.12 – Conexão para S/G (Strain Gauge) em ponte completa. ...................... 44 FIGURA 4.13 – Ligação do Acelerômetro ao HBM Spider 8. ...................................... 45 FIGURA 4.14 – Tela de configuração de Hardware do Catman. .................................. 46 FIGURA 4.15 – Tela de configuração dos sensores/transdutores. ................................ 47 FIGURA 4.16 – Telas de calibração. ............................................................................. 48 FIGURA 4.17 – Telas de calibração. ............................................................................. 48 FIGURA 4.18 – (A) Foto dos Pesos Padrões; (B) Foto do calibrador de LVDT. ......... 49 FIGURA 4.19 – (A) Tela dos dados adiquiridos pelo Spider 8. .................................... 50 FIGURA 5.1 – Foto do sistema de aquisição de dados utilizado no Laboratório. ......... 51 FIGURA 5.2 – Foto dos LVDT’s................................................................................... 52 FIGURA 5.3 – (A) Foto do Extensômetro; (B) Foto da Célula de Carga. ..................... 52 FIGURA 5.4 – Foto do ensaio realizado. ....................................................................... 53 FIGURA 5.5 – Gráfico dos resultados obtidos no ensaio teste para o Extensômetro X Célula de Carga e para o LVDT 2,0” X Célula de Carga .............................................. 54 viii LISTA DE TABELAS TABELA 5.1 – CONFIGURAÇÕES UTILIZADAS NO ENSAIO TESTE ................ 52 TABELA 5.2 – RESULTADO DAS MEDIÇÕES DO ENSAIO TESTE .................... 54 ix RESUMO O Laboratório de Estruturas Prof. Altamiro Tibiriçá Dias do Departamento de Engenharia Civil da Escola de Minas – UFOP, conta com uma nova infra-estrutura, física e de equipamentos que possibilitam ensaios reduzidos e em escala real, tanto por empresas da área de construção civil, como parte integrante de dissertações de mestrado e teses de doutorado do PROPEC (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil). Com as novas instalações e equipamentos surgiu a necessidade de adequar os sistemas de aquisição automática de dados para uma maior confiabilidade dos mesmos e modernização do Laboratório. O sistema utilizado é o HBM Spider 8 e Catman é o seu respectivo software. Este sistema está em uso no Laboratório, mas o acoplamento com os sensores e transdutores utiliza diversos outros equipamentos adicionais (amplificadores e condicionadores) incompatíveis com a tecnologia disponível por meio do Spider 8, gerando inclusive limitações como: precisão da aquisição de dados e quantidade de sensores/transdutores medidos simultaneamente. Assim, neste trabalho para conectar os sensores/transdutores diretamente no Spider 8, produzi-se um sistema automatizado com flexibilidade e precisão. Para melhor entendimento do trabalho desenvolvido e considerando a multidisciplinaridade do mesmo são apresentadas informações técnicas sobre o sistema de aquisição de dados e os dispositivos utilizados nos ensaios estáticos e dinâmicos de estruturas reais. O sistema, que se encontra em funcionamento, auxilia no registro e tratamento das informações obtidas nos experimentos realizados, aumentando assim a veracidade dos dados obtidos. Palavras-chave: Sistema de aquisição de dados, HBM Spider 8, Catman, LVDT, Extensômetro e Acelerômetro. x ABSTRACT The Laboratory of Structure Prof. Altamiro Tibiriçá Dias of Civil Enginnering Department of Escola de Minas – UFOP has got a new infrastructure, fisical and equipaments with permit reduct and real scale tests, for companies of civil construction, with an integral part of dissertations of Master's degree and in PhD theory of PROPEC (Pós-graduation program in Civil Enginnering). With the new intalations and equipaments begins the necessity to adapt the automatic data loggers system, for a great reliability in the system and modernization of the laboratory. The system used is the HBM Spider 8 and Catman is your respective software. This system is now in use at the Laboratory, but the connection with the sensor/transducers uses several additional equipaments (Amplifiers and Conditioners) incompatible with the available tecnology through Spider 8, which is producing limitation like: precision of the data acquisition and quantity of sensors/tranducers simultaneously mensured. So, in this work to connect the sensor/transducers directly in the Spider 8, to make a automatized system with flexibility and accuracy. For a better understanding of the desenvolved work and considering that is a multi discipline, are presented technique information about this data logger and the devices utilized in the static and dynamic structural tests. The system, that is functioning, assists on the registration of information and treatment of realized experiments, increasing the truthfulness of acquired data. Key-words: Data loggers, HBM Spider 8, Catman, LVDT, Strain Gauge, and Acceleration meter. 1 I – INTRODUÇÃO Os ensaios de resistência do comportamento em estruturas edificações na engenharia civil são de fundamental importância para garantir a segurança e exeqüibilidade associada à economia e a evolução tecnológica. Estes ensaios em muitas ocasiões medem parâmetros como deslocamentos lineares e angulares, aceleração, deformações específicas e cargas. E para que se consiga obter resultados confiáveis são necessários equipamentos de medição (sensores) e sistemas de aquisição de dados (do inglês: data loggers) sensíveis e de alta precisão. Hoje o Laboratório de Estrutura Professor Altamiro Tibiriça Dias do Departamento de Engenharia Civil da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto – UFOP, chamado de Laboratório, conta com uma nova infra-estrutura onde empresas da área de construção civil realizam diversos tipos de ensaios. As novas instalações e a aquisição de equipamentos eletrônicos, associados à evolução computacional, propiciaram maior precisão e confiabilidade nas aquisições de dados. O sistema de aquisição de dados estudado é o SPIDER 8 da HBM, o qual se pode verificar é muito robusto o que é adequado para trabalhos de campo e aos usos do Laboratório atendendo assim as mais diferentes finalidades. O Spider 8 é um sistema multicanal digital universal. O conceito do mesmo oferece-lhe uma alternativa simples e econômica aos cartões/placas plug-in A/D. Seu ponto de forte é a simplicidade e rapidez da aplicação. O software utilizado por este sistema é o Catman, que possibilita a leitura e tratamento de sinais de sensores/transdutores usuais utilizados no Laboratório como: acelerômetro, células de carga, extensômetros e LVDT’s (Linear Variable Differential Transformer), também chamados de medidores de deslocamento. 2 1.1 – Objetivos 1.1.1 – Objetivo Geral Acoplar o sistema de aquisição de dados e os medidores de deslocamento e aceleração para ensaios estáticos e dinâmicos de estruturas reais utilizados na construção civil, modernizando o Laboratório e aumentando a confiabilidade dos ensaios realizados no mesmo. 1.1.2 – Objetivos Específicos Como objetivos específicos têm-se: • Acoplar os LVDT’s ao Spider 8 sem a utilização de condicionadores e amplificadores externos; • Acoplar os LVDT’s com diversos rangers diferentes ao Spider 8; • Acoplar os acelerômetros ao Spider 8; • Avaliar a confiabilidade do sistema na utilização de todos os sensores/transdutores do Laboratório simultaneamente. 1.2 – Metodologia Adotada Para a realização dos objetivos propostos foram utilizados o sistema de aquisição de dados HBM Spider 8, conversores A/D, conversores de sinais e sensores/trandutores de deslocamento (LVDT), aceleração e força. 3 1.3 – Estrutura do Trabalho Para uma melhor compreensão e organização este trabalho foi dividido em sete capítulos: Introdução, Revisão Bibliográfica, Equipamentos Estudados, Procedimentos, Resultados, Conclusões e Referências Bibliográficas. No capítulo dois, Revisão Bibliográfica é realizado uma breve explanação nos conceitos e informações úteis para o entendimento do trabalho. Os capítulos três são apresentados os Equipamentos Estudados do Laboratório, como o HBM SPIDER 8 e seu software Catman. Também são apresentados os sensores/transdutores utilizados nos ensaios, sendo os principais: os LVDT’s, os Acelerômetros, os Extensômetros e as Células de Carga, sendo os dois primeiros o objetivo principal do trabalho. No capítulo quarto mostra-se como foi a conducão do trabalho, além da sistemática necessária e precauções utilizadas para o bom funcionamento de todos os equipamentos. No quinto capítulo são apresentados os resultados obtidos, no sexto as conclusões, e as referências bibliográficas no último capítulo. 4 II – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste capítulo faz-se realizada uma revisão dos conceitos envolvidos neste trabalho com a finalidade de dar embasamento teórico para a compreensão, desenvolvimento e instalação dos equipamentos utilizados. 2.1 – Medições realizadas no Laboratório No Laboratório de Estruturas diversos ensaios podem ser realizados com a finalidade de determinar parâmetros importantes de avaliação da resistência de elementos e estruturas, bem como seu comportamento frente às solicitações (carregamentos) pré-definidos. Entre estes ensaios que são objeto de pesquisa para Dissertações de Mestrado e Teses de Doutorado, além das consultorias realizadas no Laboratório, podem se destacar dois trabalhos recentes que serão apresentadas a seguir como ilustração das possibilidades existentes através dos equipamentos que o Laboratório possui. Ressalta-se que as atividades do Laboratório estão relacionadas às pesquisas do PROPEC que analisa principalmente o uso e aplicação do aço na Construção Civil. 2.1.1 – Ensaio de Ligações As Ligações na Construção Civil com estruturas em aço são objeto de diversas pesquisas no mundo. O objetivo destas pesquisas é desenvolver procedimentos técnicos que considerem as reais condições de apoio dos elementos estruturais que compõem uma edificação, ou seja, ligações entre vigas e colunas. 5 Assim, no caso de desenvolvimento de ligações parafusadas de uma edificação de 3 andares em perfis de aço formado a frio (chapa dobrada) com três milímetros de espessura, foram realizadas dissertações de Mestrado para avaliar a capacidade de rotação da ligação. Está rotação é medida a partir do traçado de uma curva cujos pontos são obtidos através de medições de deslocamento, usando-se os LVDT´s, para cada carregamento aplicado por atuadores e medido através de células de carga. Na figura a seguir ilustram-se a curva a ser obtida e um esquema geral de medição da rotação da ligação e do ensaio. FIGURA 2.1 – Esquema de medição de rotação em viga. Na figura 2.2 tem-se uma foto de um dos ensaios realizados e a indicação dos diversos sensores/transdutores utilizados na medição da rotação, carga e deformação. Os principais sensores/transdutores utilizados são: • Células de Carga – medição da força/carregamento; • LVDT’s (Linear Variable Differential Transducer) – medição de deslocamento linear; • EER (Extensômetros elétricos de resistência) – medição de deformação específica; • Defletômetros Mecânicos – medição de deslocamentos lineares. 6 FIGURA 2.2 – Foto do ensaio realizado no Laboratório. 2.1.2 – Ensaio de Vibrações Como relatado anteriormente o Laboratório realiza principalmente ensaios em estruturas de aço que tem em algumas situações no comportamento dinâmico, devido à sua alta transmissibilidade, este material, o aço fica mais suscetível a carregamentos dinâmicos, e suas freqüências naturais passam a ficar cada vez mais próximas da freqüência de excitação. Os resultados são elevados níveis de vibração os quais podem comprometer a segurança estrutural e na maioria das vezes podem causar alteração no conforto dos usuários destas edificações ou estruturas. Então com o crescimento da utilização de estruturas metálicas, os problemas relacionados ao conforto humano quanto à vibração em ambientes tem ganhado importância nos meios acadêmicos. Por isso vários estudos e ensaios estão sendo realizados nesta área. O objetivo destes estudos no Laboratório é avaliar a influência da vibração sobre a percepção e conforto humano (figura 2.3). Deste modo, os limites de percepção à vibração e os níveis que causam desconforto às pessoas são medidos. 7 FIGURA 2.3 – Esquema do ensaio realizado no Laboratório. 2.2 – Equipamentos Existentes no Laboratório Os sistemas de aquisição de dados e os sensores/transdutores que o Laboratório possui, que são utilizados nos ensaios, serão descritos a seguir suas características e princípios de funcionamento. 2.2.1 – Sistemas de aquisição de dados Os sistemas de aquisição de dados são registradores eletro-eletrônicos para monitoramento e registro de diferentes tipos de variáveis. Os dados obtidos são armazenados em bancos de dados e podem ser transferidos para computadores. Entretanto, muitos sinais reais (temperatura, pressão, fluxo, velocidade, deslocamento) não podem ser lidos diretamente pelos microcomputadores, e aí que entram os sistemas de aquisição de dados. Eles são integrados com computadores para 8 se utilizar todos os recursos disponíveis por ambos os equipamentos, conseguindo assim maximizar e otimizar as vantagens de sua utilização. Assim, um sistema de aquisição de dados é qualquer dispositivo que pode ser usado para guardar informações. Isso inclui muitos equipamentos de aquisição de dados como simples placas de circuitos eletro-eletrônicos, a sistemas de comunicação serial os quais usam um computador como um sistema de armazenamento de informações em tempo real. Porém, a maioria dos fabricantes desses tipos de sistemas considera que o mesmo é um equipamento que pode ler vários tipos de sinais elétricos e armazenar as informações na memória interna, até a transferência para o computador. Estes sistemas são essencialmente digitais que dependem de um condicionador de sinais para a adequação dos sinais analógicos e de um conversor analógico/digital (A/D). Posteriormente estes sinais, agora digitais, são processados por um microprocessador, de forma a serem armazenados em algum tipo de memória de armazenagem, como unidades de discos rígidos, ou ainda, serem enviados para algum periférico, como impressoras e monitores. As vantagens dos sistemas de aquisição de dados é que eles podem operar independentemente de um computador, diferentemente de vários outros tipos de equipamentos, são disponíveis em vários tipos e tamanhos. Esta variedade inclui simples equipamentos de canais com funções fixas até equipamentos robustos e programáveis capazes de trabalhar com centenas de entradas. Também é valido salientar que com os computadores, a variedade de recursos é maior e mais complexa. Durante a escolha de um sistema de aquisição de dados alguns parâmetros devem ser observados como: • Tipo de sinal de entrada; • Número de entradas necessárias; • Tamanho do equipamento; • Velocidade e Memória; • Tempo de operação em tempo real. 9 A estrutura de um sistema de aquisição de dados pode ser dividida em duas partes, sendo elas o Software e o Hardware, sendo que a última se divide em três: Sensor/Transdutor, Condicionador de Sinais, Conversor A/D e Controle, conforme mostrado na figura 2.4. FIGURA 2.4 – Estrutura de um sistema de aquisição de dados. Sensores – são os elementos que captam as variações físicas. Trandutores – transforam uma variação física em sinais elétricos. Condicionador de sinais – são circuitos eletrônicos cuja finalidade é adequar os sinais analógicos para a conversão digital. Seus principais componentes são os amplificadores, filtros e isoladores. Conversor A/D e controles associados – é o elemento responsável por traduzir uma grandeza elétrica em uma representação numérica adequada ao tratamento digital do sinal adquirido. Programa Computacional - controla o sistema, permitindo ao usuário parametrizar, comandar, e monitorar o processo de aquisição. Ele armazena os sinais captados na forma de arquivos, que podem ser consultados posteriormente e possibilitam a visualização e edição dos dados adquiridos, bem como a geração de relatórios e outros. 10 2.2.2 – Transdutores Indutivos - LVDT O LVDT é um dispositivo eletromecânico que produz uma tensão de saída proporcional à posição de um núcleo móvel, ou seja, um sensor para medição de deslocamento linear. O funcionamento dele é baseado em três bobinas e um núcleo cilíndrico de material ferromagnético de alta permeabilidade. Ele dá como saída um sinal linear, proporcional ao deslocamento do núcleo, que está fixado ou em contato com o que se deseja medir. A bobina central é chamada de primária e as demais são chamadas de secundárias. O núcleo é preso no objeto cujo deslocamento deseja-se medir e a movimentação dele em relação às bobinas é o que permite esta medição. Para esta medição, uma corrente alternada é aplicada na bobina primária, fazendo com que uma tensão seja induzida em cada bobina secundária proporcionalmente à indutância mútua com a bobina primária. A freqüência da corrente alternada está geralmente entre 1 e 10 kHz. De acordo com a movimentação do núcleo, estas indutâncias mútuas mudam, fazendo com que as tensões nas bobinas secundárias também mudem. Como as bobinas são conectadas em série reversas, a tensão de saída é a diferença entre as duas tensões secundárias. Quando o núcleo está na posição central, eqüidistante em relação às duas bobinas secundárias, tensões de mesma amplitude, porém opostas, são induzidas nestas duas bobinas e a tensão de saída é zero. Quando o núcleo é movimentado em uma direção a tensão em uma das bobinas secundárias aumenta enquanto a outra diminui, fazendo com que a tensão aumente de zero para um máximo. Esta tensão está em fase com a tensão primária. Quando o núcleo se move em outra direção, a tensão de saída também aumenta de zero para um máximo, mas sua fase é oposta à fase primária. A amplitude da tensão de saída é proporcional a distância movida pelo núcleo (até o seu limite de curso), sendo por isso a denominação "linear" para o sensor. Assim, a fase da tensão indica a direção do deslocamento. Como o núcleo não entra em contato com o interior do tubo, ele pode mover-se livremente, quase sem atrito, fazendo do LVDT um dispositivo de alta confiabilidade. 11 Além disso, a ausência de contatos deslizantes ou girantes permite que o LVDT esteja completamente selado das condições do ambiente. A figura 2.5 ilustra-se o que acontece quando o núcleo do LVDT está em diferentes posições axiais. A bobina primária do LVDT, P, é energizada com uma fonte AC constante. O fluxo magnético resultante é induzido pelo núcleo de ferromagnético (core) às bobinas secundárias S1 e S2. Se o núcleo está localizado entre as bobinas S1 e S2, fluxos magnéticos iguais são induzidos a cada uma, então as voltagens E1 e E2, que induzem as bobinas secundárias são iguais. Este ponto de referência da posição do núcleo é conhecido como null point (ponto nulo), onde a diferença de potencial da saída, (E1-E2), é essencialmente zero. Como mostrado na figura 2.4, se o núcleo se mover na direção de S1, mais fluxo magnético é induzido em S1, então a indução de voltagem E1 é incrementada enquanto E2 é decrementada, resultando na diferença de potencial (E1-E2). Da mesma forma, se o núcleo se mover na direção de S2, mais fluxo magnético é induzido em S2, então é incrementado E2 e E1 é decrementado, resultando na diferença de potencial (E2-E1). FIGURA 2.5 - Sinal de saída (EOUT) do LVDT nas diferentes posições do núcleo ferromagnético (core) Fonte: MACROSENSORS. Na figura 2.6(a) mostra-se como a magnitude das diferenças de potencial de saída, EOUT, varia com a posição do núcleo. O valor de EOUT máximo depende da distância do núcleo ao do ponto nulo, além da amplitude da excitação da bobina primária e do fator de sensibilidade particular do LVDT, que é tipicamente em volts RMS. 12 O ângulo de fase desta saída AC, EOUT, que tem como referencia a excitação primária, permanece constante até que o centro do núcleo passe o ponto nulo, onde o ângulo de fase muda brutalmente de 180 graus, como mostrado na figura 2.6(b). Este 180 graus de defasagem pode ser usado para determinar a direção do núcleo ferromagnético em relação ao ponto nulo por um circuito apropriado. Isto é mostrado na figura 2.6(c), onde a polaridade do sinal de saída representa o posicionamento do núcleo em relação ao ponto nulo. A figura mostra ainda que a saída do LVDT seja consideravelmente linear sobre seu faixa de atuação do núcleo, mas o mesmo pode ser usado em uma faixa maior que a projetada com um pouco redução na linearidade da saída. FIGURA 2.6 - (A) magnitude do sinal AC de saída do LVDT; (B) Ângulo de fase da Saída em relação à entrada; (C) Saída DC do condicionador de sinais eletrônico. Fonte: MACROSENSORS. 13 As características da saída do LVDT variam com as diferentes posições do núcleo. A faixa de atuação é extensa, tipicamente um volt ou mais, e geralmente não requer amplificação. Note que o LVDT continua a operar após 100% de sua faixa de trabalho, porém com redução na sua linearidade. A história mostra que os primeiros Transdutores Diferenciais surgiram no começo do século passado, sendo utilizados para controle de potência AC de motores e geradores. Em meados de 1930, os transdutores diferencias começaram a ser usados em processos telemétricos em equipamentos de análises químicas, tornando-se dispositivos lineares. A representação elétrica de um LVDT está representada na figura 2.7. FIGURA 2.7 - Circuito elétrico de funcionamento de um LVDT Fonte: MACROSENSORS. Na segunda guerra mundial o LVDT era usado para indicar posição nula em aviões, torpedos, máquinas industriais e outros equipamentos específicos. O uso do LVDT foi difundido por Herman Shaevitz . O sensor LVDT é composto pelos seguintes elementos: • Bobina excitadora ou primária; • 2 bobinas secundárias; • Núcleo ferromagnético móvel; 14 • Eixo não-ferromagnético acoplado ao núcleo; • Estrutura isolante para as bobinas; • Carcaça metálica para blindagem e prover resistência mecânica. Os Conceitos Básicos, ou equações de entrada/saída do LVDT são dadas por: • Tensão no Primário: o • Ei = K i * sen(wt ) (1) Tensão no Secundário: o EO1 = k1 * sen(wt − f ) (2) o EO 2 = k 2 * sen(wt − f ) (3) o EO = (k1 − k 2 ) * sen(wt − f ) (4) As principais características dos LVDT são: • Operação com baixa fricção; • Resolução analógica infinita; • Vida mecânica ilimitada; • Resistente a condições mecânicas de transporte; • Sensibilidade em apenas um eixo; • Núcleo separado das bobinas; • Isolação de entrada e saída; • Robustez com o meio de trabalho; • Repetibilidade de posição nula; • Resposta dinâmica rápida. 15 Os medidores de deslocamento podem ser de dois tipos: • LVDT DC: A entrada é unicamente de alimentação contínua e a saída fornece um sinal analógico ou digital correspondente à posição do núcleo. • LVDT AC: A entrada é um sinal senoidal alternado e as saídas correspondem ao mesmo tipo de sinal, porém com amplitudes diferentes. Hoje em dia os LVDT’s são utilizados nas mais diversas áreas de aplicação e diferentes equipamentos, por exemplo: • Aviões (Sensores de partes mecânicas); • Submarinos / Navios; • Naves espaciais; • Laboratórios Espaciais; • Reatores Nucleares; • Medições Industriais; • Laboratórios e Indústria Química. 2.2.3 – Célula de Carga e Extensômetros O uso de células de carga como transdutores de medição de força abrangem 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 a variável peso é interveniente em grande parte das transações comerciais e de medição das mais freqüentes 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. 16 O princípio de funcionamento das células de carga baseia-se na variação da resistência ôhmica de um sensor denominado extensômetro ou strain gauge (figura 2.8) quando submetido a uma deformação. Os strain gauges metálicos ou semicondutores baseiam-se na variação da resistência de um fio (ou filme depositado sobre uma superfície fina) ou ainda de um semicondutor (silício ou germânio). Sabemos que a resistência elétrica pode ser definida pela expressão (equação 1). ρ *L R= A (1) Onde: ρ = resistividade do material; L = comprimento do fio; A = área da seção transversal do fio. FIGURA 2.8 - Extensômetro ou Strain Gauge Fonte: Wikipedia. Kelvin (1856), utilizando um galvanômetro e uma ponte de Wheatstone, demonstrou que a variação relativa da resistência elétrica ∆R R de um fio metálico de comprimento L é linear, se uma deformação ∆L ocorrer na região elástica do material, portanto (equação 2): K= (∆R R ) (∆L L ) (2) O strain gauge metálico é um resistor elétrico onde a variação da resistência elétrica é proporcional à variação do comprimento. É projetado para ser facilmente 17 aderido às superfícies sólidas, sempre na direção principal do esforço, caracterizando-se aí a necessidade de se ter conhecimento sobre análise de tensões (mecânicas) para sua aplicação adequada. Para pequenos deslocamentos, onde o limite de elasticidade do material do extensômetro não foi excedido, onde a deformação é diretamente proporcional a tensão aplicada. A expressão geral que define a sensibilidade K (gauge factor) de um strain gauge é deduzida supondo-se um fio de comprimento L e diâmetro D pela expressão (equação 3): R = R (ρ , L, D ) = 4*L*ρ π * D2 (3) Os strain gauges devem ter tamanho reduzido para captar deformações no ponto de máxima concentração de tensões; possuir rigidez que não interfira (reforço ou amortecimento) na peça onde for aderido; apresentar linearidade, estabilidade, repetibilidade e reprodutibilidade, ser insensíveis a variações ambientais, ter reduzida sensibilidade transversal, possuir capacidade de medidas estáticas e dinâmicas; apresentar baixo custo e alta velocidade de resposta. Atualmente são produzidos também strain gauges de materiais semicondutores, fabricados basicamente de silício e em casos especiais de germânio. A variação da resistência é de 50 a 80 vezes maior que a dos metais. O grande problema dos semicondutores é a não linearidade devido à alta sensibilidade à variação de temperatura. São produzidos a partir de cristais de silício de alta pureza, dopados artificialmente. A sensibilidade depende da dopagem, densidade, orientação dos cristais e do processo de fabricação. Utiliza-se comumente em células de carga quatro extensômetros ligados entre si segundo a ponte de Wheatstone (figura 2.9) e o desbalanceamento da mesma, em virtude da deformação dos extensômetros, é proporcional à força que a provoca. É através da medição deste desbalanceamento que se obtém o valor da força aplicada. 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. A deformação 18 e pode ser determinada pela variação da resistência do strain gauge. O fator de sensibilidade K e a resistência R são fornecidos pelos fabricantes necessitando apenas medir-se a variação da resistência elétrica do strain gauge. É freqüente medir variações com resoluções da ordem de 0,001W. FIGURA 2.9 - Ponte de Wheatstone Fonte: Tavares, Eduardo Costa, Esse circuito possui onde os quatro resistores R1, R2, R3, R4 ligados de modo a formar os lados de um circuito onde é aplicada uma tensão V em dois vértices opostos A e C, gerando uma corrente I no circuito. Nos outros dois vértices B e D é instalado um galvanômetro, que acusa a passagem de corrente. Existem várias combinações que podem ser feitas entre os extensômetros de uma ponte, tornando-os ativos ou não, atuando no sentido da deformação ou oposto a ela ou mesmo perpendicular à deformação. Por exemplo: • Circuito em 1/4 de ponte consiste em substituir um dos resistores da ponte por um extensômetro dito “ativo”. Na prática, o que se faz é utilizar quatro extensômetros de mesmo valor de resistência nominal, sendo que apenas um deles é ativo e os outros três atuam como resistores; • Os circuitos de 1/2 ponte apresentam dois extensômetros ativos R1 e R4 ou R2 e R3; • Nos circuitos de ponte completa, os quatros extensômetros são ativos. A intensidade do sinal de saída é dada pela relação da tensão de leitura e a de 19 alimentação, e depende do tipo de ponte que foi adotada. É importante que o instrumento de leitura esteja adequado à intensidade do sinal de saída. Obviamente que a forma e as características do corpo da célula de carga devem ser objetos de um meticuloso cuidado, tanto no seu projeto, quanto na sua execução e calibração. Visando assegurar que a sua relação de proporcionalidade entre a intensidade da força atuante e a conseqüente deformação dos extensômetros seja preservada tanto no ciclo inicial de carregamento quanto nos ciclos subseqüentes, independentemente das condições ambientais. A forma geométrica, portanto, deve conduzir a uma "linearidade" dos resultados (figura 2.9). Considerando-se que a temperatura gera deformações em corpos sólidos e que estas poderiam ser confundidas com a provocada pela ação da força a ser medida, há necessidade de se "compensar" os efeitos de temperatura através da introdução no circuito de Wheatstone de resistências especiais que variem com o calor de forma inversa a dos extensômetros. Um efeito normalmente presente ao ciclo de carregamento e que deve ser controlado com a escolha conveniente da liga da matéria-prima da célula de carga é o da "histerese" decorrente de trocas térmicas com o ambiente da energia elástica gerada pela deformação, o que acarreta que as medições de cargas sucessivas não coincidam com as descargas respectivas (figura 2.10). FIGURA 2.10 - Gráfico de deformação x carga, mostrando histerese, repetibilidade e não linearidade. Fonte: Células de carga 20 Outro efeito que também deve ser controlado é a "repetibilidade", ou seja, indicação da mesma deformação decorrente da aplicação da mesma carga sucessivamente, também deve ser verificada e controlada através do uso de materiais isotrópicos e da correta aplicação da força sobre a célula de carga. Finalmente, deve-se considerar o fenômeno da "fluência" ou creep, que consiste na variação da deformação ao longo do tempo após a aplicação da carga. Este efeito decorre de escorregamentos entre as faces da estrutura cristalina do material e apresentam-se como variações aparentes na intensidade da força sem que haja incrementos na mesma (figura 2.11). FIGURA 2.11 - Gráfico de deformação x Tempo mostrando a fluência ou creep. Fonte: Células de carga 2.2.4 – Acelerômetro - Transdutores Piezoelétricos O efeito piezoelétrico foi descoberto por Piere e Curie (1880). A palavra “piezo” vem do grego, que significa “aperto”, indicando que esse aperto gera eletricidade. Podem ser feitos de quartzo, cristais policristalinos ou cerâmicas. Os sensores piezoelétricos são utilizados para medir deslocamentos dinâmicos (como a passagem de um automóvel) ou deslocamentos de fluidos e gravar sons do coração. Materiais piezelétricos geram um potencial elétrico quando mecanicamente tencionados (figura 2.12). Ao contrário, um potencial elétrico pode causar deformações físicas no material, fazendo-o se dilatar. Este princípio é utilizado para fazer “buzzers” eletrônicos, emitindo sinal sonoro numa certa freqüência. O principio de operação é o seguinte: uma rede cristalina assimétrica é distorcida, uma reorientação das cargas 21 acontece, causando um deslocamento relativo de cargas negativas e positivas. As cargas internas deslocadas induzem cargas superficiais de polaridade opostas nos lados opostos do cristal. Cargas superficiais podem ser determinadas pela medida da diferença de tensão entre os eletrodos presos na superfície. A carga total q induzida é diretamente a força f aplicada: q = k * f onde k é a constante piezoelétrica dada em Coulomb por Newton (C/N). A tensão pode ser encontrada assumindo que o sistema funciona como um capacitor de placas paralelas onde a tensão v através do capacitor é dada pela carga q dividida pela capacitância C . FIGURA 2.12 – Sensor Piezoelétrico: a força aplicada é convertida em tensão. Fonte: Soares, Flávio Augusto. O baixo custo, simplicidade e tensões de saída relativamente altas geradas por materiais piezoelétricos tornam-nos um meio particularmente eficaz na transdução de uma variedade de fenômenos fisiológicos. Microfones de cristal com desenho especial são comumente utilizados para medir e gravar os sons do coração (fonocardiografia). As propriedades desejadas para esta aplicação são respostas em freqüência plana de 20 a 1000 Hz, uma sensibilidade direcional, de tal forma que sons de respiração, ruído ambiente e outros sejam suprimidos. O maior efeito piezoelétrico é conseguido com materiais cerâmicos ferroelétricos que são muito utilizados nos acelerômetros. A montagem é feita com uma parte fixa (invólucro) onde é preso um dos lados do sensor piezoelétrico, que será a referência de tensão. Na parte superior do sensor é fixado o outro terminal elétrico e uma massa que se deslocará quando houver acelerações do sistema. Ao se mover, esta 22 massa provocará as deformações no material piezoelétrico que responderá ao estímulo apresentando uma diferença de tensão entre suas faces (figura 2.13). Além de uma versão de mesa, como descrita, hoje em dia já existem acelerômetros minúsculos colocados dentro de cateteres. Pesando algumas gramas, estes sensores são capazes de detectar acelerações da ordem de 0,0001 cm/seg2. FIGURA 2.13 – Resposta da freqüência de um sensor piezoelétrico. Fonte: Soares, Flávio Augusto. As piezos-resistências são utilizadas na construção de microfones e de detectores de aceleração, como é o caso dos airbags dos automóveis e dos sensores de fluxo em condutores de líquido ou gases. Devido à compatibilidade tecnológica com a eletrônica do silício, os sensores de pressão são passíveis de integração conjunta com os circuitos eletrônicos de revelação e processamento de sinal, permitindo, assim, realizar numa única pastilha sistemas complexos que incluem as funções de transdução, de revelação e de processamento da informação. A aplicação neste trabalho é na medida da aceleração (acelerômetros) ou em sensores de pressão dinâmica. Juntando-se vários piezoelétricos podemos compor um conjunto responsável por amplificar mais ainda o sinal. Este conjunto é preso a carcaça do equipamento no qual se deseja medir a freqüência de vibração ou a aceleração. Um sinal nos terminais V+ e V- terá a seguinte forma (figura 2.14). Como o sinal produzido por um piezoelétrico é forte, pode-se fazer um circuito simples de amplificação do sinal usando amplificadores comuns (com entrada FET – alta impedância). 23 FIGURA 2.14 - Gráfico da Força x Tempo e Sinal de Saída x Tempo. Fonte: Soares, Flávio Augusto. Principais características: • Possui boa resposta em freqüências maiores e ruins em menores; • Produz uma tensão de saída alta, mas em geral com muito ruído; • Quanto maior for à derivada da força aplicada no acelerômetro, maior é o pico de tensão; • O transdutor é pequeno, leve e barato; • Detecta acelerações na ordem de 250.000 m/s2; • Não é útil para medir forças estáticas (pressão barométrica, peso ou força) porque a tensão decai na presença de forças constantes. Exemplo de materiais, que quando pressionados, produzem cargas elétricas nas suas superfícies, utilizados nos acelerômetros: • Materiais cristalinos assimétricos naturais: quartzo e sais de Rochelle; • Cristais sintéticos: sulfato de lítio; • Materiais cerâmicos: bário/titânio; • Polímeros (produzidos a partir da década de 80). 24 Os transdutores de aceleração transformam movimentos mecânicos em sinais elétricos. Ele é robusto, compacto, leve, com uma larga amplitude de freqüência e pode ser de seis tipos: 1. Piezoelétrico - Um cristal dentro do acelerômetro emite carga elétrica quando este é submetido a uma força. 2. Capacitivo – Funciona com a variação entre as capacitâncias devido a aceleração entre uma placa central móvel e duas placas fixas cada uma com um capacitor (figura 2.15). FIGURA 2.15 - Esquema do Acelerômetro capacitivo. Fonte: Soares, Flávio Augusto. 3. Piezoresistivo - Micromecanismos que mudam suas propriedades conforme a mudança de resistência. 4. Magnetoresistivo - Material resistivo muda com a presença de um campo Magnético. 5. Magnético - Movimento é convertido em sinais elétricos pela mudança de campos magnéticos. 6. Transferência de Calor - Sensores de calor rastreiam uma massa aquecida em movimento. É utilizada para medição de vibrações em máquinas industriais, indústria automobilística (Airbags, Freios ABS, Sistemas de navegação), monitoramento de animais, calibração de hélices, barcos autônomos, medição de vibração em torres de transmissão elétrica, abalos sísmicos, etc. 25 Uma observação importante que se faz sobre a medição de deslocamento, velocidade e aceleração e o conhecimento do deslocamento em função do tempo [x = f (t )] permite, em princípio, que conheçamos a velocidade [v = dx dt ], bem como a [ variação da velocidade no tempo, obtendo a aceleração a = dv dt 2 =d x dt 2 ]. No entanto, como a operação de diferenciação acentua o ruído (sobretudo de alta freqüência) do sinal original, torna-se quase impossível determinar eletronicamente a aceleração a partir do conhecimento do deslocamento. Já o processo inverso, que consiste na obtenção da velocidade e deslocamento em função do tempo a partir do conhecimento da aceleração, é bem mais viável eletronicamente. Na figura 2.16 estão ilustrados estes dois procedimentos. Entretanto, quando realizamos a operação de integração eletronicamente, devemos nos preocupar com o desvio “dc” do integrador que pode se tornar um problema e levar a resultados incorretos. FIGURA 2.16 – Modos de obtenção de deslocamento, velocidade e aceleração. Fonte: Tavares, Eduardo Costa 26 III – EQUIPAMENTOS ESTUDADOS Neste capítulo são apresentadas as características técnicas dos equipamentos utilizados nos estudos deste trabalho que pertencem ao Laboratório. 3.1 – HBM SPIDER 8 O sistema de aquisição de dados ou data logger utilizado neste trabalho é o HBM Spider 8, um sistema eletrônico de para medir sinais elétricos e variáveis mecânicas como resistência, força, pressão, aceleração, temperatura e deslocamento linear (figura 3.1). Os dados obtidos são armazenados em bancos de um computador. Ele é um sistema multicanal digital universal, e destaca-se sobre tudo por sua simplicidade e rapidez de aplicação, sem a necessidade de interruptores, potenciômetros, pontes conectáveis, jumpers ou swiches. Possui 8 canais, os quais possuem alimentação para transdutores, amplificadores, filtros e conversores A/D passivos. Todos os conversores A/D trabalham sincronizados e fornecem até 9.600 valores medidos por segundo. FIGURA 3.1 – HBM – Spider 8 conectado ao Laptop. Fonte: Spider 8. 27 As principais características deste equipamento são: • Registro simultâneo de valores medidos em todos os canais; • Alta taxa de amostragem a uma resolução de 16-bits; • Filtros digitais selecionáveis; • Completa cadeia calibrada de medição; • Fácil operação e configuração; • Sem necessidade de intervenção de um PC; • Carcaça metálica em conformidade com o EMC; • Resistores de compensação integrados com calibração shunt (Spider 8-30). Cada unidade do HBM – Spider 8 contém oito canais de entrada/saída, sendo que este número pode chegar a 80, se colocado 10 unidades em cascata. Todos os canais disponíveis são providos de vários tipos de funções como alimentação de sensores, condicionamento de sinais, conversores analógico-digital, filtros. Vários tipos de transdutores com princípios de funcionamento diferentes podem ser utilizados no HBM – Spider 8, como: • Medidor de Freqüência / Contador de Pulsos; • S/G (strain gauge) em ponte completa; • S/G (strain gauge) em 1/2 ponte; • S/G (strain gauge) em 1/4 ponte; • S/G (strain gauge) usando conexão de três fios; • Transdutores Indutivos em ponte completa; • Transdutores Indutivos em meia ponte; • Potenciômetro; • Resistências; • Termopares; 28 • Tensão de fontes de energia DC; • Corrente de fontes de energia DC. Na figura 3.2 mostra-se toda arquitetura do sistema de aquisição de dados Spider 8. Nele podem-se ver as opções de comunicação com o computador (porta paralela, USB, RS-232, porta da impressora/próximo Spider 8), a interface, as 8 entradas/saídas disponíveis, os conversores A/D, os respectivos amplificadores e o tipo de transdutores que podem ser utilizados. FIGURA 3.2 – Vista da arquitetura do Spider 8 Fonte: Spider 8. 3.2 – Software CATMAN O software que se utiliza no computador que faz a comunicação, a aquisição e o tratamento dos dados do Spider 8 é o Catman. Nele os dados adquiridos são 29 visualizados e analisados em tempo real, e também estabelecidos às configurações dos projetos ou ensaios, resumindo ele controla o sistema. Um ponto importante é a possibilidade de salvar as configurações préestabelecidas em um arquivo ou carregar um arquivo com as mesmas. Com os dados salvos, pode-se fazer gráficos com as informações obtidas, gerar relatórios e até exportá-los para outros softwares de manipulação de dados. A interface do Catman é de fácil manuseio e se assemelha muito com os outros tipos de softwares utilizados na plataforma MS-Windows. 3.3 – SENSORES/TRANDUTORES A seguir são descritos os sensores/transdutores existentes no Laboratório cujo funcionamento associado ao sistema de aquisição e software dos itens anteriores é objeto deste trabalho. 3.3.1 – LVDT – Sensotec Os equipamentos de medição de deslocamento linear utilizados hoje no Laboratório são AC-AC Long Stroke LVDT’s, Modelo: VL7A Spring Return (figura 3.3). Estes modelos atingem no máximo um erro de 0,25% não linearidade em toda escala de medição. Eles são designados para medição deslocamento linear estático e dinâmico. Os modelos variam de ±0,5” até ±8,0” de deslocamento útil para medição. O Laboratório possui 12 LVDT’s de 3 modelos, cada um com um range de medição diferente, possibilitando medições lineares de deslocamento lineares de ±0,5”, ±2,0”, e ±4,0”. Seu corpo e haste são construídos de aço inox para alta durabilidade em ambientes industriais. 30 FIGURA 3.3 – LVDT’s da Sensotec, Modelos ML7A e MVL7. Fonte: LVDT. 3.3.2 – Adaptadores de LVDT O Laboratório possui dois tipos de adaptadores para LVDT, os quais na verdade são condicionadores de sinais, sendo eles o 1601 LVDT Adapter e o MCS0698 da Linx. O primeiro condicionador de sinal 1601 LVDT Adapter (figura 3.4) da Measurements Group é modelo mais antigo e utilizado atualmente no Laboratório, sendo que se tem 4 unidades disponíveis. FIGURA 3.4 – 1601 LVDT Adapter. Fonte: 1601 LVDT Adapter. Ele é uma placa de circuito impresso que contém oscilador, modulador, amplificadores, filtros e ajustes de span, para que se produza o sinal DC necessário. O medidor de deslocamento é conectado na pinagem do lado esquerdo, onde se tem uma 31 figura mostrando a conexão do mesmo. E do lado direito é ligado à fonte e amplificador de sinal. O segundo é o MCS0698, que é utilizado em outro sistema de aquisição de dados que o Laboratório possui, o Linx. O laboratório possui doze unidades deste tipo de condicionador. A grande vantagem deste condicionador é o circuito integrado (CI) utilizado em sua montagem, figura 3.5. FIGURA 3.5 – Foto do circuito do MCS0698 Então o sinal de entrada do MCS0698, onde é ligado o LVDT, é uma porta mini-dim de 6 pinos (figura 3.7(a)). A pinagem deste conector de entrada é: 1. + Exc (Excitação Positiva) 2. – Exc (Excitação Negativa) 3. + IN (Sinal de Entrada Positiva) 4. CT (pinos 4 e 5 são curto circuitados internamente) 5. CT 6. + IN (Sinal de Entrada Positiva) 7. Blindagem (Carcaça Metálica do Conector) O sinal de saída do MCS0698 é um conector parafusado de 4 vias (figura 3.7(b)): 1. V+ (Excitação Positiva) 2. OUT (Sinal de Saída) 32 3. V- (Excitação Negativa) 4. GND (Terra) (A) (B) FIGURA 3.7 – (A) Porta mini-dim do MCS0698; (B) Conector parafusado de 4 vias. 3.3.3 – CÉLULAS DE CARGA e EXTENSÔMETROS Os equipamentos de medição de força, células de carga (figura 3.8), utilizados hoje no Laboratório de Estrutura são de diversos fabricantes e possuem diversas capacidades de carga: 5, 10, 30, 50 e 200 toneladas. Estes valores variam com a capacidade das mesas na sua blindagem. FIGURA 3.8 – Foto da Célula de Carga. Fonte: Células de Carga. Todas as células de carga (eixo simples) medem a força somente na direção do eixo do carregamento. O vetor componente da força em outras direções não é mensurável é pode deformar o equipamento, além de introduzir erros de medição. 33 O Laboratório possui uma gama de extensômetro diferentes que são colados nas estruturas para medir sua deformação quando se aplica uma força na mesma. 3.3.4 – ACELERÔMETRO O equipamento utilizado é um transdutor de aceleração a prova de água da Kyowa Electronic Instruments Company Ltd.. Eles são utilizados tipicamente para medição de aceleração e desaceleração em elevadores, medição do impacto da desaceleração em testes de colisão em automóveis, utilizado também em ensaios em laboratórios e impactos de aceleração na decolagem e pouso em aviões. O Acelerômetro que disponível no Laboratório é o ASW-A (figura 3.9), de 1A, 2A, 10A e 20A, um modelo compacto e leve, que proporciona uma vasta gama de resposta de freqüência e assegura as características estáticas e dinâmicas dos ensaios. Os sinais detectados são amplificados por um condicionador de sinal com uma excelente linearidade e depois processado pelo Spider 8. Neste caso a aceleração é medido em apenas um dos eixos, porém existem equipamentos que medem a aceleração de 3 eixos simultaneamente. Suas principais características técnicas são: • Escala de medição: 9.807 to 196.1 m/s2; • Resistência de pressão de água de 490 kPa; • Resistente a corrosão – Corpo de Alumínio; • Escala de não linearidade de ±1%RO; • Histerese: ±1%RO; • Resistência de Entrada: 122Ω ±1,6%; • Resistência de Saída: 122Ω ±1,6%; • Voltagem de Excitação Recomendada: 1 to 3V AC ou DC; • Máxima Voltagem de Excitação: 6V AC ou DC; 34 • Escala de temperatura de trabalho: –15 to 65°C. FIGURA 3.9 – Acelerômetro ASW-SA. Fonte: ASW-SA. 35 IV – PROCEDIMENTOS Para o objetivo deste trabalho, foi estudado o manual do HBM Spider 8 e dos sensores (LVDT, Acelerômetro, células de carga e extensômetros), e com isso verificou-se suas configurações eram compatíveis. O próximo passo foi verificar como era a interligação (cabos) dos mesmos e qual porta de amplificação dos sinais de entrada seria usada para cada tipo de sensor. Nos próximos itens são esclarecidas todas as informações necessárias a um usuário do Laboratório que necessite utilizar o sistema de aquisição de dados deste trabalho. Serão explicados como conectar o Spider, os sensores/transdutores e configurá-los no Catman. 4.1 – Conectando o HBM Spider 8 O equipamento utilizado tem várias possibilidades de ligações para trandutores. Na figura 4.1 mostra-se a traseira do HBM Spider 8, onde se podem ver as várias portas existentes. FIGURA 4.1 – Foto traseira do HBM Spider 8. Fonte: Spider 8. A primeira porta é para alimentação (figura 4.2(e)) do equipamento, que é feita por meio de uma fonte de 12V DC 36 Para a comunicação entre os sistemas de aquisição de dados HBM Spider 8 e o computador existem quatro tipos de portas cada uma com uma função: porta paralela PC/Master (figura 4.2(a) – branca de 25 pinos), porta paralela PRINTER/Slave (figura 4.2(b) – azul de 25 pinos), porta paralela Digital I/O (figura 4.2(c) – azul de 25 pinos) e porta serial RS-232 (figura 4.2(d) – marrom de 9 pinos). FIGURA 4.2 – Portas do HBM Spider 8. Fonte: Spider 8. A porta serial RS-232 é para a ligação direta do Spider 8 ao computador. A porta paralela Digital I/O é para a ligação do Spider 8 com outros sistemas de aquisição existentes, onde a entrada e saída são digitais. As portas porta paralela PC/Master e porta paralela PRINTER/Slave, dependeram do tipo de aplicação e número de Spiders utilizados. Para apenas um Spider, liga-se no computador pela sua porta PC/Master e se for necessário na ligação descrita acima utilizar uma impressora, pode-se usar a porta paralela PRINTER/Slave. Para a ligação em cascata (figura 4.3), onde se é possível usar até 10 equipamentos e com isso obter 80 canais, o primeiro Spider é ligado na mesma configuração anterior, porém os próximos Spiders serão ligados pela sua porta PC/Master na porta PRINTER/Slave do Spider anterior. E a impressora na porta PRINTER/Slave do último Spider. Todos os transdutores são conectados a dois tipos de porta (módulos de amplificação) basicamente, sendo a Carrier-frequency (figura 4.2(f) – 15 pinos) e outra DC (figura 4.2(g) – 5 pinos). A porta Carrier-frequency conta com um condicionador de sinais para os mais diferentes tipos de sensores/transdutores, como por exemplo: Strain Gauge, 37 Transdutores Indutivos, Freqüência e Potenciômetros. Outro fator importante é que a porta Carrier-frequency pode ter dois tipos de freqüência, sendo eles 4.8 kHz e 600 Hz, dependendo apenas do modelo do Spider utilizado. FIGURA 4.3 – Portas do HBM Spider 8. Fonte: Spider 8. Já a porta DC é utilizada para medir de tensão, corrente e resistência, por exemplo, termopares, pt100 entre outros. O número de portas para os transdutores pode variar sendo que as quatro primeiras serão sempre do tipo Carrier-frequency e as outras quatro dependem da especificação do usuário por que as últimas são módulos ou placas separadas que podem ser do tipo Carrier-frequency ou DC. 4.2 – Conectando o LVDT No caso do LVDT da Sensotec, o objetivo era eliminar o uso de uma pequena caixa de condicionamento de sinais e com o amplificador de sinal, ambos utilizados na ligação entre o Spider e o sensor nos ensaios do Laboratório. O cabo deste sensor possui seis fios, um deles é o shield (terra) para proteger o sinal de possíveis interferências, e os outros cinco são das bobinas primárias e 38 secundárias. Eles são diferenciados por suas cores, o vermelho e o amarelo são da bobina primária e o azul, o verde e o preto são da bobina secundária. Na ligação utilizada anteriormente, este o referido cabo era conectado a uma caixa condicionadora de sinais (figura 4.4), que é um modulo de interface que permite o uso de diversos tipos de LVDT. Seu funcionamento se dá através de um circuito eletrônico para o condicionamento do sinal obtido. FIGURA 4.4 – Foto da caixa condicionadora de sinais do LVDT. Depois o sinal de saída das caixas condicionadoras era levado a um amplificador (figura 4.5) e só então ele era ligado ao Spider pela porta DC. FIGURA 4.5 – Foto da fonte de alimentação e amplificador do LVDT. Um dos problemas do Laboratório com as caixas de condicionamento de sinal era o fato de ser ter disponível apenas quatro unidades e ainda a baixa mobilidade do conjunto dificultando o transporte. Com isso os ensaios ficam restringidos a utilizar a mesma quantidade de LVDT’s em cada ensaio, o que eram insuficientes, e na maioria 39 das vezes era necessária a utilização de outros tipos de medidores de deslocamento linear com a aquisição de dados sendo manual. Outra dificuldade era impossibilidade de utilizar os transdutores de deslocamento linear com maior comprimento de medição (range do transdutor), pois apesar do fato de estarem disponíveis no Laboratório, os mesmos não funcionavam com essa configuração no Spider 8. O resultado disto era a necessidade de intervenção nos ensaios feitos, que consistia na mudança física do posicionamento dos LVDT’s menores utilizados, quando o range do mesmo terminava, ou seja, o transdutor era insuficiente para medir todo o deslocamento do ensaio. Então se tinha saltos de informação (gaps) nos dados obtidos, que atrapalhavam o estudo posterior do ensaio e os resultados obtidos com o mesmo. Para se resolver este problema, decidiu-se alterar o tipo de ligação do LVDT ao Spider 8. Como o LVDT é um transdutor de deslocamento linear onde seu funcionamento básico se faz através de indução, resolveu-se utilizar o esquema mostrado na figura 4.6, que mostra o circuito de ligação de transdutores indutivos em meia ponte no HBM Spider 8. FIGURA 4.6 – Conexão para transdutores indutivos (LVDT) em meia ponte. Fonte: Spider 8. 40 Como se pode verificar, a porta de amplificação utilizada é a Carrier-frequency, ao contrário do que era feito anteriormente. Também é importante lembrar que a programação utilizada no Catman foi de meia ponte e o range de 500mV, que será descrito no item 4.5. Através desta ligação não se tem mais necessidade da caixa com o condicionador de sinais e do amplificador, pois esta entrada do sistema de aquisição de dados já tem essas funções. O próprio sistema de aquisição de dados faz o papel do condicionar e amplificar o sinal do transdutor indutivo. Então o esquema de ligação entre o LVDT e a Spider 8 (figura 4.7), foi feito pela porta de amplificação Carrier-frequency, utilizando a configuração a seguir. O fio vermelho da bobina primária do transdutor foi ligado aos pinos 5 e 12. O fio amarelo da bobina primária e fio azul da bobina secundária foram soldados juntos para que ambos tivessem a mesma referência, e então foram soldados aos pinos 6 e 13. O fio verde foi ligado ao pino 8, para medição do sinal de saída e o fio preto não foi usado. FIGURA 4.7 – Ligação do LVDT ao Spider 8. Outra possibilidade de ligação entre os equipamentos é a conexão em ponte completa (figura 4.8), onde a única mudança é o fio azul do LVDT, que antes era ligado aos pinos 6 e 13 da porta Carrier-frequency, que deve ser ligado no pino 15, para que se tenha a configuração de ponte completa. Porém a programação no Catman continua sendo meia ponte e o range de 500 mV. 41 Com estas ligações, o sinal de saída será positivo com entrada do núcleo ferromagnético (core) dentro do corpo do LVDT e negativo caso contrário. Todos os LVDT’s que o Laboratório possui funcionaram com tipo de ligação, porém o range de medição do Spider 8 na porta Carrier-frequency, mede sinais de no máximo 500 mV. Os LVDT’s de ±0,5” não excederam o limite da porta em nenhuma das duas freqüências, com seu funcionamento normal. Já o LVDT de ±2,0” excedeu o limite apenas na freqüência de 4.8 kHz, freqüência a qual houve uma redução pequena do range, então sugere-se utilizá-lo somente na porta Carrier-frequency de 600 hz, para se ter o full range do mesmo. E o LVDT de ±4,0” excedeu o range do Spider 8 nas duas freqüências, fazendo com que seu range ficasse a 25% do nominal. FIGURA 4.8 – Conexão para transdutores indutivos (LVDT) em ponte completa. Fonte: Spider 8. Para se resolver o problema do último LVDT, foi se utilizada a outra porta do Spider 8, a DC, a qual uma das funções é medir tensões de até 10 V (figura 4.9). Porém a mesma não possui um sistema de condicionamento de sinais. Então foi utilizado o condicionador de sinais MCS0698, que era do outro sistema de aquisição de dados disponível no Laboratório. Ele foi ligado em uma fonte externa de ±12 V para alimentar o circuito do condicionador e o sinal de saída foi ligado diretamente ao Spider. O resultado obtido foi satisfatório, pois o LVDT de ±4,0” também funcionou e seu range foi de 70% do nominal. 42 FIGURA 4.9 – Conexão para medir tensão de até 10 V. Fonte: Spider 8. O LVDT foi ligado à porta mini-dim de 6 vias do condicionador. Sendo que os fios: vermelho e amarelo da bobina primário do LVDT, foram ligados aos pinos 1 e 2 respectivamente, e os fios: verde e azul da bobina secundária foram ligados aos pinos 3 e 6 respectivamente (figura 4.10). FIGURA 4.10 – Conexão para o LVDT no MCS0698. A ligação da saída para medição do sinal entre o condicionador de sinais MCS0698 ao HBM Spider 8 foi da porta parafusada de 4 vias à porta de amplificação DC. Os pinos utilizados foram 2 e 3 para o sinal de saída (Out) e o terra (GND), respectivamente. A fonte também foi conectada na porta de 4 vias do MCS0698, como pode ser visto no esquema mostardo na figura 4.11. 43 FIGURA 4.11 – Conexão do MCS0698 ao HBM Spider 8 e a Fonte de Alimentação. 4.3 – Conectando as CÉLULAS DE CARGA e EXTENSÔMETROS Não houve alteração das suas ligações, as mesmas continuaram a ser em ponte completa na porta Carrier-frequency, pois os mesmo já se encontravam em funcionamento normal. O tipo de ligação utilizada atualmente é S/G (strain gauge), podendo variar a configuração do tipo de ponte utilizada no Catman. O esquema da conexão do Spider 8 está esquematizado na figura 4.12. 44 FIGURA 4.12 – Conexão para S/G (Strain Gauge) em ponte completa. Fonte: Spider 8. 4.4 – Conectando o ACELERÔMETRO Outro objetivo era instalar o Acelerômetro ASW-A da Kyowa, que antes não era utilizado em ensaios no equipamento de aquisição de dados HBM Spider 8. O cabo deste acelerômetro possui quatro fios, os quais dois fios (vermelho e branco) são para alimentação do amplificador interno do transdutor de aceleração e outros dois fios (verde e azul) são para a saída do sinal gerado. A porta de amplificação utilizada foi a Carrier-frequency, conforme a configuração de ponte completa na figura 4.8. Então as ligações dos fios de alimentação foram: vermelho aos pinos 5 e 12, e o branco aos pinos 6 e 13, e a ligação dos fios de saída do sinal foram: azul ao pino 8 e o verde ao pino 15, como mostrado na figura 4.13, abaixo. 45 FIGURA 4.13 – Ligação do Acelerômetro ao HBM Spider 8. 4.5 – Configurando os equipamentos no Software Catman Após todas as conexões dos sensores/transdutores estarem prontas e o sistema de aquisição de dados conectado ao computador, deve-se iniciar o software de aquisição de dados Catman. O primeiro passo para a aquisição de dados é configurar a parte de hardware (HBM Spider 8 e sensores/transdutores), figura 4.14, que estão sendo utilizados no ensaio. Para abrir a janela de configuração chamada “IO-Channels”, clica-se em “I/O definition” dentro da janela inicial do software. Depois acrescenta-se um novo equipamento pelo botão “New Device” que está dentro “Hardware Devices”. Escolhe-se as opções desejadas, neste caso Spider 8 e a porta de comunicação com o computador sendo a LPT1. O HBM Spider configura automaticamente os canais disponíveis sendo que o primeiro canal sempre configurado como o tempo. A seguir acrescenta-se os nomes dos sensores/transdutores na coluna da tabela “Name” dentro “I/O Channel”. Depois clica-se na célula de Status/Reading para verificar se a comunicação do Catman com os respectivos canais utilizados do Spider 8 está Ok. 46 O próximo passo é configurar os sensores/transdutores no software. Para isso clica-se no botão do assistente de configuração, dentro da tela “I/O Channel”. Irá abrir uma janela (figura 4.15), nela altera-se o tipo de transdutor (Transducer Type), o range das medidas (Measuring Range) e o tipo de filtro (Filter Type). FIGURA 4.14 – Tela de configuração de Hardware do Catman. Fonte: Catman. Para o “Transducer Type” existem as seguintes opções de transdutores: Full bridge (Ponte Completa), Half bridge (Meia Ponte), SQ Quarter bridge (Quarto de Ponte), Voltage (Voltagem), Current (Corrente), Resistance (Resistência), Slope, Edge + Direction, 2 Phase 1x e 2 Phase 4x (para medições de freqüência (Hz), pulsos, etc.), Thermocouple (Termopares dos tipos J, K, T, S, B, E, e R) e sensores de temperatura tipo PT100, PT500 e PT1000. É importante lembrar que o tipo de transdutor que estará ativo para escolha do usuário depende dos tipos portas disponíveis no HBM Spider 8. O “Measuring Range” também dependerá dos tipos portas, porque, por exemplo, não é possível ler corrente na porta Carrier-frequency, pois está função é da porta DC. Existem várias opções de range, em cada um dos tipos de sensores/transdutores, que podem ser medidos em Volts (V), Ampéres (A), Ohms (Ω) e Hertz (HZ). 47 Terminada as configurações de hardware é necessário fazer as calibrações dos sensores/transdutores no software. Voltando na tela “IO-Channels”, deve-se clicar na célula do equipamento desejado na coluna “Scaling”, com o botão esquerdo do mouse para abrir a janela de configuração dos parâmetros da escala. FIGURA 4.15 – Tela de configuração dos sensores/transdutores. Fonte: Catman. Nela pode-se escolher as configurações prontas para termopares (Thermo J, K, S, T, B, E e R) e sensores de temperatura (PT100, PT500, PT1000), também é possível manter as configurações Externas dos Equipamentos (External hardware), que na verdade é utilizar os dados obtidos pelo Spider 8 calibração e pode-se utilizar a configuração “user”, onde o usuário define os parâmetros de calibração. As opções de escala são linear, polinomial, função e strain gauge se são escolhidas na tela mostrada na figura 4.16 e 4.17. Para calibrar os extensômetros deve-se apenas digitar os parâmetros dentro da janela de calibração. Para as células de carga têm-se duas opções: fazer várias pesagens, utilizado pesos padrões, assim o usuário identifica os paramentos com ajuda do software ou pode-se digitá-los como no caso dos extensômetro. Para o LVDT devese usar um calibrador de medidores de deslocamento, para achar os parâmetros de 48 calibração. Depois da calibração o sistema de aquisição de dados está pronto para o início do ensaio. FIGURA 4.16 – Telas de calibração. Fonte: Catman. FIGURA 4.17 – Telas de calibração. Fonte: Catman. Para começar a medir as variáveis, o usuário deve-se ir à janela principal do Catman e clicar em “Catmodules”, depois clicar em “Measuring” e por último em 49 “Single Value data”. Irá abrir a janela “Single value data aquisition” (figura 4.18). É valido lembrar que existem outras opções no software para a aquisição de dados. (A) (B) FIGURA 4.18 – (A) Foto dos Pesos Padrões; (B) Foto do calibrador de LVDT. Nesta janela o usuário pode acompanhar em tempo real os valores lidos pelo HBM Spider 8. Para armazenar um dado em certo instante o usuário deve apertar o botão de adquirir e armazenar dado. Os dados são armazenados e adicionados na tabela esquematizada na figura 4.19. Também é plotado um gráfico em tempo real dos dados armazenados no Catman. Após os ensaios é possível exportar estes dados para outros softwares como, por exemplo, o Excel. 50 FIGURA 4.19 – (A) Tela dos dados adiquiridos pelo Spider 8. Fonte: Catman. 51 V – RESULTADOS A filosofia do Laboratório é utilizar o HBM Spider 8 no maior número de ensaios e montagens diferentes visto a facilidade e versatilidade do sistema de aquisição de dados e seu software de controle, o Catman, que é de fácil utilização para estudantes de pós-graduação que são usuários potenciais do Laboratório. Na figura 5.1 pode se ver o esquema do sistema utilizado anteriormente, o qual era de difícil montagem. Pode se ver na foto o LVDT, a Caixa condicionadora de sinais, o Amplificador, HBM Spider 8 e o Computador. FIGURA 5.1 – Foto do sistema de aquisição de dados utilizado no Laboratório. Anteriormente a este trabalho o Laboratório não utilizava todo o seu potencial de seus equipamentos, ou seja, não era possível aquisitar mais que quatro LVDT’s. A partir deste trabalho todos podem ser utilizados simultaneamente, com várias opções de montagem, bem como os técnicos do Laboratório foram instruídos para novas possibilidades de montagem de sensores. Isso tudo devido às novas possibilidades de ligação do medidor de deslocamento ao HBM Spider 8. Com relação ao Acelerômetro que anteriormente não era utilizado no HBM Spider 8, mas no Linx (Outro sistema de aquisição que o Laboratório possui), também foi solucionado neste trabalho. 52 Para exemplificar as conexões entre os equipamentos HBM Spider 8 e os sensores/transdutores do Laboratório e o funcionamento do software, foi realizado um ensaio teste. A montagem para o ensaio teste foi ligar ao sistema de aquisição de dados HBM Spider 8, um LVDT de cada range ±0,5”, ±2,0”e ±4,0”, um extensômetro, uma Célula de Carga e o Acelerômetro, figuras 5.2 e 5.3. FIGURA 5.2 – Foto dos LVDT’s. (A) (B) FIGURA 5.3 – (A) Foto do Extensômetro; (B) Foto da Célula de Carga. Os LVDT de range ±0,5”, ±2,0” foram ligados diretamente ao HBM Spider 8 pela porta Carrier-frequency, nos canais 0 e 1. O outro medidor de deslocamento de range ±4,0”, foi ligado ao condicionador de sinal MCS0698, a fonte e a porta DC no canal 5. O extensômetro, a célula de carga e o acelerômetro todos foram ligados na porta Carrier-frequency de 4,8 kHz, nos canais 2, 3 e 4. As configurações utilizadas no software estão listadas na Tabela 5.1. Tabela 5.1 – Configurações utilizadas no ensaio teste 53 Spider 8 Canal 0 Canal 1 Canal 2 Canal 3 Canal 4 Canal 5 Sensor / Transdutor LVDT 0,5" LVDT 2,0" Extensômetro Célula de Carga Acelerômetro LVDT 4,0" Escala Ligação mm mm µm/m g mV mm Halfbridge Halfbridge SQ Quartebridge Fullbridge Fullbridge Voltage Range de medição 500 mV 500 mV 3 mV 3 mV 3 mV 10 V Todos os equipamentos funcionaram e foram aquisitados dados, porém para no ensaio teste, foram usados o LVDT ±2,0”, o extensômetro e a Célula de Carga (figura 5.4). FIGURA 5.4 – Foto do ensaio realizado. Os resultados da aquisição de dados estão na Tabela 5.2 e na figura 5.5, onde o gráfico mostra a linearidade das medições obtidas. Devido à linearidade dos dados obtidos prova-se que o sucesso da montagem e calibração. 54 Tabela 5.2 – Resultado das medições do ensaio teste LVDT Extensômetro Célula de 2,0" (µm/m) Carga (g) (mm) 0,00 0,00 -0,77 215,04 1,10 47,02 601,68 3,26 147,29 1171,44 6,75 340,09 Extensômetro (µm/m) Célula de Carga X Extensômetro 1400,00 1200,00 1000,00 800,00 600,00 400,00 200,00 0,00 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 Célula de Carga (g) LVDT 2,0" (mm) Célula de Carga X LVDT 2,0" 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 Célula de Carga (g) FIGURA 5.5 – Gráfico dos resultados obtidos no ensaio teste para o Extensômetro X Célula de Carga e para o LVDT 2,0” X Célula de Carga 55 VI – CONCLUSÕES Dentre os diversos ensaios realizados no Laboratório de Estruturas, há a necessidade de aquisição de grandezas como deslocamento linear, rotação, cargas, aceleração, deformações. Nestas aquisições em muitas situações diversas, medições através de sensores/transdutores são necessárias. Além disso, usualmente em estruturas em aço, objeto das pesquisas do Laboratório, as grandezas anteriormente citadas, devem ser medidas com precisão, sensibilidade e rapidez elevadas, visto a sua rápida variação no tempo, que é maior quanto mais próximo da resistência da estrutura ensaiada. Para se fazer uma medida de deslocamento linear de uma estrutura utilizava-se uma vasta aparelhagem, desde o sensor (LVDT), uma caixa de passagem com um circuito para condicionar o sinal do mesmo, um amplificador e finalmente o sistema de aquisição de dados. Como há apenas quatro caixas de passagem as demais medidas de grandezas de deslocamento necessárias nos ensaios, eram medidas através de defletômetros manuais. Estes últimos geram a necessidade de maior tempo na leitura dos e imprecisão nos resultados devido à necessidade de uma pessoa ler e anotar manualmente seus resultados. Com a ligação direta ao Spider, ou seja, utilizando-se agora apenas o sensor de deslocamento linear e o sistema de aquisição de dados, os ensaios poderão ser realizados como precisão, sensibilidade, sem variação no instante da aquisição, portanto melhores resultados. Deste modo, a montagem do sistema de aquisição de dados HBM Spider 8 está mais prática e simples. Outro fato importante, é que o mesmo sistema de aquisição de dados agora pode ser utilizado para medir aceleração, o que antes não era possível. Com isso tem-se a opção agora de ser realizar novos tipos de ensaios e estudos. Para finalizar o trabalho, através do ensaio teste comprovou-se por meio dos resultados obtidos a confiabilidade do sistema de aquisição de dados, utilizando todos os sensores/transdutores do Laboratório simultaneamente. 56 VII – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS • SPIDER 8, Operating Manual, HBM PC Measurement electronic Spider 8, Spider 8-30, Spider 8-01, 2003. • HBM. Disponível em: <http://www.hbm.com>. Acesso em: 01 fev. 2007. • 1601 LVDT Adapter – Instruction Manual – Measurements Group, Instruments Division. • WIKIPEDIA. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/>. Acesso em: 12 mar. 2007. • MACROSENSORS. Disponível em: <http://www.marcrosensors.com>. Acesso em 13 mar. 2007. • SENSOTEC. Disponível em: <http://www.sensotec.com>. Acesso em 13 mar. 2007. • CALÇADO, Guilherme Augusto Viera Guimarães. Monografia de Graduação em Engenharia de Controle e Automação. Instalação do HBM-Spider 8 na prensa Triaxial do Laboratório de Geotécnia. 2006. • PEREIRA, Cristiano Caria Guimarães. Dissertação de Pós-Graduação em Engenharia Civil – Curvas de Percepção e Conforto Humano para Vibrações Verticais. 2005. • FREITAS, Arlene Maria Sarmanho; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Souza, Flávio Teixeira. Análise teórico-experimental de elementos formados a frio perfurados submetidos à compressão - REM: Revista da Escola. Minas, 59-63, jan.mar. 2004. • LVDT. 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