Estrutura interna e princípio de funcionamento do sensor de pesagem/tensão

Estrutura interna e princípio de funcionamento do sensor de pesagem/tensão

Um sensor de pesagem é um dispositivo usado para medir força. Quando submetido a uma força externa, ele gera um sinal elétrico em sua saída. O sensor de pesagem de extensômetro é um dos tipos mais comuns usados para medir peso. Este artigo apresentará o princípio de funcionamento dos sensores de pesagem e suas diversas especificações.

**O que é um Sensor de Pesagem?**

Um sensor de pesagem é um tipo de transdutor de força. Um sensor é um dispositivo que converte uma forma de energia em um sinal elétrico legível. Especificamente, um sensor de pesagem converte força em uma tensão que pode ser lida por equipamentos eletrônicos. O sensor de pesagem mais comumente usado na vida diária é o tipo de extensômetro, que está presente em quase todos os dispositivos que medem peso.

**Como Funciona um Sensor de Pesagem?**

Um sensor de pesagem contém material resistivo extremamente fino fixado a um substrato flexível. Quando uma força externa atua no corpo do sensor de pesagem, o substrato flexível se deforma, forçando o material resistivo a se deformar também. À medida que as dimensões das trilhas resistivas mudam, sua resistência elétrica também muda.

No entanto, a mudança na resistência é muito pequena em comparação com a resistência total original do material—tipicamente da ordem de 1:100. Isso torna a medição direta da resistência absoluta muito difícil. Portanto, o material resistivo no substrato flexível é disposto em uma estrutura de circuito chamada ponte de Wheatstone. A ponte de Wheatstone (nomeada em homenagem ao seu promotor, Charles Wheatstone) é uma disposição em forma de diamante de resistores, com um resistor em cada lado, conforme mostrado na figura abaixo:

Uma tensão de excitação é aplicada em um par de cantos opostos da forma de diamante, e o sinal de tensão de saída pode ser lido do outro par. Normalmente, quando nenhuma força externa é aplicada, todos os resistores têm o mesmo valor. Cada "perna" da ponte de Wheatstone atua como um divisor de tensão resistivo. Como todas as resistências são iguais, a tensão de saída de cada perna também é igual – o que significa que a saída diferencial é 0V, pois os pontos de saída estão no ponto médio de cada divisor. Quando uma força externa é aplicada, a resistência de um dos resistores muda, alterando a tensão em toda essa perna. Isso resulta em uma pequena diferença de tensão aparecendo na saída.

**Como Usar um Sensor de Pesagem?**

A tensão de saída de um sensor de pesagem é muito pequena e vem de uma fonte de alta impedância (ou seja, os divisores resistivos). Portanto, para ler a tensão com precisão, o condicionamento do sinal é essencial. O circuito de condicionamento do sinal deve ter uma alta impedância de entrada para evitar carregar os divisores, uma alta taxa de rejeição de modo comum porque a tensão absoluta em cada perna é metade da tensão de excitação e também um alto ganho diferencial. Isso requer o uso de um amplificador de instrumentação, que atende a todos os critérios acima. A figura abaixo mostra um circuito de exemplo usando um amplificador de instrumentação AD620 com um ganho de 100, o que significa que para cada 1mV de tensão de entrada, a saída será 100mV. Por exemplo, se a saída em escala total da ponte for ±25mV, a saída do amplificador será ±2,5V.

**Sensores de Pesagem Digitais**

Para superar os desafios técnicos associados ao uso de sensores de pesagem analógicos, sensores de pesagem digitais com interfaces como UART e RS485 podem ser selecionados. Esses sensores suportam o protocolo de comunicação MODBUS-RTU padrão, permitindo fácil conexão a dispositivos como PLCs, computadores, módulos de exibição e unidades de transmissão de dados sem fio.