BR112019000309B1 - Sensor de deformação conectável por solda para superfícies curvas - Google Patents
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Abstract
A presente invenção refere-se a um sensor de deformação conectável por solda, apropriado para superfícies curvas, com as seguintes características: a. um sensor de deformação (2) com duas seções terminais, que estão acopladas por tecnologia de sinais com linhas de sinais (3a, 3b), para condução do sinal de medição, b. um suporte de sensor (4), que se estende na direção do sensor de deformação (2) e está conectado fixamente com o mesmo, e c. uma cobertura de proteção (5) de um plástico sólido, que envolve inteiramente o sensor de deformação (2) e as seções terminais das linhas de sinais (3a, 3b) e que está conectada fixamente com o suporte de sensor (4), sendo que - a cobertura de proteção (5), na região do sensor de deformação (2) está formada de modo estreito e plano e na região dos pontos de acoplamento das linhas de sinais (3a, 3b), com o sensor de deformação (2), tem pelo menos o dobro da largura e pelo menos o dobro da altura como na região do sensor de deformação (2), e d. as seções terminais do suporte de sensor (4) apresentam fendas (6), de modo que estão formadas linguetas (7), sendo que as extremidades das linguetas estão voltadas uma em direção à outra.
Description
[001] A invenção refere-se a um sensor de deformação conectável por solda e, particularmente, um sensor de deformação conectável por solda, apropriado para superfícies curvas.
[002] Deformações de superfícies de material podem ser medidas, por exemplo, com sensores de deformação, que estão fixados sobre essas superfícies. Quando a superfície é alongada ou recalcada, também os sensores de deformação são influenciados por isso, de modo que é gerado um sinal de medição.
[003] Sensores de deformação conectáveis por solda são conhecidos do estado da técnica. Para esse fim, são citados, a título de exemplo, os documentos DE 2658324 C2, JP 200 30 9077 2A, JP 4519703 B2 e JP 5378778 B2.
[004] Na maioria dos casos, são usados como sensores de deformação as chamadas tiras de medição de deformação, que são fixadas por meio de um adesivo. Adesivos podem ser facilmente processados, mas também têm propriedades que podem ser desvantajosas sob determinadas condições ambientais. Essas condições ambientais desfavoráveis são umidade do ar fortemente oscilante ou alta e, particularmente diferenças de temperatura A isso acresce, ainda, o seguinte problema: os adesivos só podem ser processados de modo ótimo à chamada temperatura ambiente, quando, por exemplo, sensores de deformação devem ser fixados em vigas de aço de uma ponte ferroviária ou em linhas de gás natural, então, em princípio, isso não é possível quando a temperatura ambiente situar-se por exemplo, abaixo de 0 grau Celsius. Em princípio, também não é possível, aquecer o ponto de medição, porque desse modo, podem formar-se deformações de material causados por temperatura, que falsificariam de modo muito forte os valores de medição nesse ponto.
[005] Tiras de medição de deformação consistem, substancialmente, em um material de suporte e no próprio sensor de deformação. O sensor de deformação está conectado fixamente com o material de suporte. Materiais de suporte, que são fixados por meio de adesivos, na maioria das vezes são filmes de plástico, na maioria das vezes finos, e, com isso, muito flexíveis. Materiais de suporte conectáveis por solda são, na maioria das vezes, chapas de aço, que por meio de conexões de solda por pontos são fixadas sobre a superfície a ser examinada.
[006] Uma diferença importante entre tiras de medição de deformação e sensores de deformação conectáveis por solda é o número dos passos de trabalho, na chamada aplicação. A aplicação de sensores de deformação precisa ser realizada por especialistas, porque, já um único passo de trabalho realizado de modo incorreto pode levar a uma falha do ponto de medição, a curto ou médio prazo. Pontos de medição de difícil acesso, tais como, por exemplo, em pontes ferroviárias ou linhas de gás natural, requerem, portanto, um considerável esforço no reparo de um ponto de medição. É sabido que com o número de passos de aplicação, também aumenta a probabilidade de erros. Se, por exemplo, forem necessários 10 passos de trabalho para uma aplicação e só um desses passos de trabalho não for realizado de modo correto, resulta uma aplicação defeituosa, isto é, um ponto de medição, com um erro de medição inadmissivelmente alto ou uma probabilidade de falha alta. Quando, porém, menos passos de trabalho forem necessários para uma aplicação, com isso, também cai a probabilidade de erros.
[007] No passado, pontos de aplicação, na maioria das vezes, ainda eram dotados de coberturas de proteção contra umidade e danos mecânicos. A instalação dessas coberturas de proteção, por sua vez, aumenta o número dos passos de aplicação e, com isso, também a probabilidade de passos de aplicação realizados de modo incorreto.
[008] É, portanto, desejável pôr à disposição uma tecnologia de fixação com uma probabilidade de erro a menor possível. Como os sensores de deformação são encapsulados já na produção, a conexão por solda possibilita, em si, uma complexidade pequena. Mas, essas cápsulas são mecanicamente rígidas e não podem ser fixadas sobre superfícies curvas. Uma solução do problema seria a produção de sensores de deformação encapsulados, cuja cápsula já apresenta o raio da superfície de peça a trabalhar, sobre a qual o sensor de deformação deve ser soldado. No entanto, então, para cada raio de uma superfície de peça a trabalhar é preciso produzir um sensor de deformação especial. Por esse motivo, essa técnica também não obteve sucesso na prática.
[009] A tarefa de pôr à disposição uma tecnologia de fixação confiável para um sensor de deformação, com uma probabilidade de erro a menor possível, que também pode ser aplicada em superfícies curvas, é solucionada com um sensor de deformação de acordo com a reivindicação1, com as seguintes características: a. um sensor de deformação com duas seções terminais, que estão acopladas por tecnologia de sinais com linhas de sinais, para condução do sinal de medição, b. um suporte de sensor, que se estende na direção do sensor de deformação e está conectado fixamente com o mesmo, sendo que o suporte de sensor é uma chapa fixável por meio de solda de pontos, c. uma cobertura de proteção de um plástico sólido, que envolve inteiramente o sensor de deformação e as ligações nas linhas de sinais e que está conectada fixamente com o suporte de sensor. Na região do sensor, a cobertura de proteção está formada de modo tão estreito e plano, para que na fixação do suporte de sensor em uma superfície curva ela não se rompa. Na região dos pontos de acoplamento das linhas de sinais, isto é, nos pontos, nos quais as linhas de sinais estão conectadas com o sensor de deformação, a cobertura de proteção tem pelo menos o dobro da largura e pelo menos o dobro da altura como na região do sensor. d. As duas seções terminais do suporte de sensor que não estão envoltas com o plástico sólido, apresentam fendas nos dois lados, de modo que estão formadas linguetas. As extremidades das linguetas dispostas em pares estão voltadas uma em direção à outra.
[0010] A seguir, é explicada a função das linguetas:
[0011] A cobertura está formada de modo estreito e plano apenas na região do sensor e, com isso, de modo flexível. É possível, portanto, fixar essa seção do suporte de sensor em uma superfície curva de um tubo, cuja deformação deve ser medida, sem que a cobertura se se rompa nesse ponto ou atue sobre o sensor de deformação e, com isso, o resultado da medição é falsificado. Na região do sensor, a cobertura pode estar formada de modo estreito e plano, porque o próprio sensor de deformação é fino. Nas duas extremidades do sensor de deformação, por outro lado, estão fixadas linhas de ligação comparativamente grossas. Para que a cobertura do sensor de deformação também ofereça uma proteção robusta, por exemplo, contra neve e gelo, ela está realizada de um plástico sólido. Por esse motivo, a cobertura é muito mais volumosa na região da linha de ligação e, assim, muito mais rígida do que a do sensor de deformação. É forçosamente necessário fixar com segurança também essas seções terminais rígidas do suporte de sensor na superfície curva, sendo que deve ser necessário, adicionalmente, o menor número possível de passos de trabalho. Com ajuda das linguetas, essa tarefa é solucionada, pois quando os pontos de solda são colocados na região das extremidades da lingueta, as linguetas curvam-se até chegar à superfície. Essas linguetas são comprimidas por meio do elétrodo de solda sobre a superfície curva e por solda de pontos na extremidade da lingueta, conectadas com a mesma. Assim, é possível uma fixação segura, sem complexidade adicional significativa, isto é, devem ser colocados apenas alguns pontos de solda adicionais.
[0012] Dependendo da exigência à resistência da união soldada e na dependência da forma da superfície, as linguetas de acordo com as reivindicações 2 a 4 podem apresentar tamanhos e formas diferentes.
[0013] De acordo com a reivindicação 5, nas duas seções terminais do suporte de sensor estão dispostos, de preferência, em cada caso, 2 a 5 pares de linguetas, sendo que as extremidades de lingueta de cada par de lingueta estão opostas uma à outra. Essa modalidade simétrica é particularmente apropriada para tubos.
[0014] Em uma outra formação de acordo com a reivindicação 6, as linguetas têm comprimentos diferentes, sendo que o comprimento de lingueta diminui na direção do sensor de deformação e na formação de acordo com a reivindicação 7, as linguetas têm largura diferente, sendo que a largura de lingueta aumenta na direção do sensor de deformação.
[0015] Isso tem a seguinte vantagem: A colocação dos pontos de solda ocorre com um aparelho de soldar pontos, que é conduzido apenas com a mão. O ponto de solda só é colocado em uma região entre a extremidade de lingueta até o centro de lingueta, para que haja um caminho de mola o maior possível à disposição e que é determinado pelo comprimento de lingueta. Por formação de linguetas de comprimento ou largura diferente, a força de mola da lingueta curvada, apesar de deformações diferentes, pode ser mantida, aproximadamente, do mesmo tamanho.
[0016] De acordo com a reivindicação 8, o sensor de deformação é um sensor de deformação de FBG. A invenção é particularmente apropriada para um sensor de deformação ótico, com uma grade de Bragg.
[0017] Está claro para o técnico que, dependo das condições espaciais, que são determinadas pelo local do ponto de medição, o suporte de sensor pode apresentar diversas formas, do mesmo modo também as formas das linguetas podem ser diferentes dento de um suporte de sensor . É decisivo para a execução dos ensinamentos técnicos da invenção, que as linguetas estão sempre formadas de tal modo que é possível uma fixação das seções terminais rígidas da cobertura na região das linhas de sinais, sem que sejam necessárias forças de compressão inadmissivelmente altas na solda.
[0018] A invenção é explicada mais detalhadamente, a seguir, por meio de desenhos esquemáticos:
[0019] Figura 1 mostra em vista em perspectiva um sensor de deformação conectável por solda.
[0020] Figuras 2 a - 2c mostram vistas de cima do sensor de deformação com pontos de solda.
[0021] Figura 3 mostra em vista em perspectiva um sensor de deformação parcialmente conectado por solda sobre um tubo.
[0022] Figura 4 mostra a vista frontal do sensor de deformação parcialmente soldado de acordo com a figura 3,
[0023] Figura 5a mostra em vista em perspectiva o sensor de deformação completamente conectado por solda sobre um tubo.
[0024] Figura 5b mostra em uma vista ampliada linguetas desviadas de modo diferente fixadas sobre o tubo.
[0025] Figura 6 mostra linguetas de comprimento diferente.
[0026] Figura 7 mostra linguetas com largura diferente. LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA 1 sensor de deformação conectável por solda 2 sensor de deformação de FBG 3a, 3b linhas de sinais 4 suporte de sensor 5 cobertura de proteção 6 fenda 7 linguetas 8 pontos de solda
[0027] A figura 1 mostra em vista em perspectiva um sensor de deformação 1 conectável por solda sobre superfícies curvas. Um sensor de deformação 1 de FBG (encoberto) está conectado mecanicamente, fixamente, e acoplado por tecnologia de sinais em suas duas seções terminais com linhas de sinais 3 a, 3b, para condução do sinal de medição. O sensor de deformação de FBG 2 está colado sobre um suporte de sensor 4 de uma chapa de aço. A chapa de aço tem nesse exemplo de modalidade uma espessura de 0,1 mm e uma resistência à tração de 884 N/mm2.
[0028] O sensor de deformação de FBG 2 e as linhas de sinais 3 a, 3b acopladas no mesmo, estão cobertas completamente com uma cobertura de proteção 5 de um plástico sólido. No presente exemplo de modalidade, é usada resina de epóxido, uma vez que ela é particularmente sólida e resistente ao envelhecimento. A cobertura de proteção 5 está conectada fixamente como suporte de sensor 4. Na região do sensor de FBG 2 a cobertura de proteção 5 está formada de modo estreito e plano, para que ela seja extensivamente tão flexível como a chapa de aço fina 4. A largura da cobertura de proteção 5 perfaz no presente exemplo de modalidade 2 mm na região do sensor de deformação de FBG e a espessura 0,5 mm. Desse modo é obtido que na conexão por solda do suporte de sensor 4 em uma superfície curva, a cobertura de proteção 5 relativamente dura não se rompe. Do mesmo modo, o suporte de sensor 4 também está formado de modo mais estreito nessa região do que em suas seções terminais. No presente exemplo de modalidade, a largura das seções terminais do suporte de sensor perfaz 23 mm e a seção entre as mesmas tem 11 mm de largura.
[0029] Na região dos pontos de acoplamento, isto é, ali, onde as linhas de sinais 3 a, 3b estão conectadas mecanicamente e por tecnologia de sinais com as seções terminais do sensor de FBG 2, a cobertura de proteção 5 tem pelo menos dobro da largura e pelo menos três vezes a altura como na região do sensor de deformação 2. No presente exemplo de modalidade, a cobertura de proteção 4 nessas regiões tem 10 mm de largura, 18 mm de comprimento e 5 mm de altura.
[0030] As superfícies livres das seções terminais do suporte de sensor 4 apresentam fendas 6, de modo que estão formadas linguetas 7, cujas extremidades estão opostas umas às outras.
[0031] As figuras 2 a-2c mostram vistas de cima do sensor de deformação e a sequência na colocação de pontos de solda 8. As figuras 2a e 2b mostram que os pontos de solda 8 são colocados começando do centro do sensor para fora. Subsequentemente, as linguetas 7 são conectadas por solda, o que também se dá de dentro para fora
[0032] A figura 3 mostra em vista em perspectiva um sensor de deformação parcialmente conectado por solda sobre um tubo de acordo com a representação da figura 2b. As linguetas 7 ainda não estão conectadas por solda.
[0033] Tal como se evidencia da figura 4, as coberturas grossas e, assim, muito rígidas das seções terminais 3a, 3b não acompanham a curvatura do tubo.
[0034] A figura 5a mostra um sensor de deformação 1 completamente conectado por solda. A figura 5b mostra em uma vista ampliada a função das linguetas 7. Pode-se ver que as linguetas 7, depois de sua fixação sobre a superfície do tubo estão desviadas de modo diferente.
[0035] Essas linguetas possibilitam, portanto, uma fixação de todo o sensor de deformação em uma única etapa de trabalho Consequentemente, para fixação das seções terminais grossas e rígidas do sensor de deformação 1 não é necessária uma tecnologia de fixação separada. Como o plástico usado para cobertura da classe das resinas de epóxido, é muito resistente contra diversas influências climáticas, pode ser dispensada uma cobertura adicional do sensor de deformação, com o que também é reduzido o número dos passos de aplicação.
[0036] A figura 6 mostra linguetas 7 de comprimentos diferentes, sendo que as linguetas mais compridas estão situadas na extremidade final do sensor, uma que ali a distância para a superfície do tubo é a maior.
[0037] A figura 7 mostra linguetas 7 de larguras diferentes, sendo que as linguetas mais estreias estão situadas na extremidade final do sensor, uma vez que ali a distância para a superfície do tubo é a maior e por uma lingueta estreita, as forças de deformação podem ser mantidas pequenas.
[0038] Por linguetas de comprimento diferente ou largura diferente, em cada seção terminal do suporte de sensor a força de compressão necessária para a solda por pontos pode ser aproximadamente mantida constante.
Claims (8)
1. Sensor de deformação (1) conectável por solda com as seguintes características: a. um sensor de deformação (2) com duas seções terminais, que estão acopladas por tecnologia de sinais com linhas de sinais (3 a, 3b) para condução do sinal de medição, b. um suporte de sensor (4), que se estende na direção do sensor de deformação (2) e está conectado fixamente com o mesmo, e c. uma cobertura de proteção (5) de um plástico sólido, que envolve inteiramente o sensor de deformação (2) e as seções terminais das linhas de sinais (3a, 3b) e que está conectada fixamente com o suporte de sensor (4), caracterizado pelo fato de que - a cobertura de proteção (5), na região do sensor de deformação (2) está formada de modo estreito e plano e na região dos pontos de acoplamento das linhas de sinais (3a, 3b), com o sensor de deformação (2), tem pelo menos o dobro da largura e pelo menos o dobro da altura como na região do sensor de deformação (2), e d. as seções terminais do suporte de sensor (4) apresentam fendas (6), de modo que estão formadas linguetas (7), sendo que as extremidades das linguetas estão voltadas uma em direção à outra.
2. Sensor de deformação conectável por solda de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as linguetas (7) estão formadas de modo trapezoidal.
3. Sensor de deformação conectável por solda de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as linguetas (7) estão formadas de modo retangular.
4. Sensor de deformação conectável por solda de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as linguetas (7) estão formadas de modo semicircular.
5. Sensor de deformação conectável por solda de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que em cada uma das duas seções terminais do suporte de sensor (4) estão formadas nos dois lados 2 a 5 linguetas (7), que estão opostas, aos pares, umas às outras.
6. Sensor de deformação conectável por solda de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as linguetas (7) têm comprimentos diferentes e o comprimento das linguetas diminui em direção ao sensor de deformação.
7. Sensor de deformação conectável por solda de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as linguetas (7) têm larguras diferentes e a largura da lingueta aumenta em direção ao sensor de deformação.
8. Sensor de deformação conectável por solda de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de deformação (2) é uma fibra de vidro ou plástico, com uma grade de Bragg.
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