1. CÉLULA DE CARGA
Maurício Carer, Edver Carraro
Universidade de Caxias do Sul - UCS
Rua Francisco Getúlio Vargas, 1130 - CEP 95070-560 Caxias do Sul - RS
mauricio.cx@terra.com.br , suporte@oleoplanver.com.br
Resumo. Com o avanço tecnológico em
máquinas e equipamentos industriais, o
mercado de trabalho nos submete a reduzir
custo, tempo de manufatura e
conseqüentemente prazo de entrega. Para
isso faz-se necessário a implementação de
sistemas de controle, onde possam medir a
grandeza desejada, transformar esta
determinada grandeza em linguagem de
máquina, fazer um pós-processamento dos
dados coletados, analisá-los, e
posteriormente tomar uma decisão. Estes
sistemas são utilizados em máquinas CN,
CNC, robôs, linhas de montagem, e etc. O
processo de medir uma determinada
grandeza, e transformá-la em outra
grandeza no qual a linguagem de máquina
ou computador entenda é denominada
sensor. De uma série de sensores
comerciais, será abordado neste relatório o
sensor extensométrico, utilizado em células
de carga. Existem diversas aplicações para
este tipo de dispositivo no qual, é analisada
sua empregabilidade para determinar o tipo
a escolher. Células de carga são
constituídas de um ou mais sensores
extensômetro de resistência elétrica (Strain
Gage).
Neste relatório experimental
realizaram-se medições de massas com o
auxílio de uma célula de carga do tipo duas
vigas engastadas, no qual foram feitas
medições a fim de demonstrar sua
funcionalidade e seus componentes bem
como fazer uma análise dos resultados.
Palavras-chave: Célula de carga,
Extensômetro de resistência elétrica, Strain
Gage.
1. INTRODUÇÃO
Neste experimento realizou-se a
construção experimental de uma célula de
carga do tipo duas vigas engastadas, que
utiliza quatro sensores extensométricos,
onde foram fabricados seus componentes de
acionamento mecânicos e uma parte do seu
circuito eletrônico. A fim de demonstrar sua
aplicação prática, realizar medidas
experimentais e extrair uma análise sobre as
mesmas, o objetivo deste trabalho é
proporcionar o aprendizado sobre o
funcionamento deste sensor e sobre seus
componentes.
No ensaio realizado em laboratório
efetuaram-se cinco séries de medições das
massas na célula de carga, a fim de verificar
a tensão de saída gerada pelos
extensômetros. Com esta é possível
converter em uma grandeza desejada como,
por exemplo, peso (N), massa (Kg), pressão
(Pa), e etc. A flexão, ou deformação sofrida
pela célula é muito pequena, com isso é
necessário amplificar o sinal que sai do
extensômetro para ser medido.
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.1. Célula de carga
Célula de carga é um dispositivo
eletromecânico que mede a deformação ou
flexão de um corpo e a transforma em uma
saída de tensão. O sinal em microvolts é
alterado proporcionalmente à medida que

2. aplicamos uma carga em sua estrutura física.
A célula é constituída de um ou mais
extensômetros, e um circuito denominado
ponte de Wheatstone. O tipo de aplicação da
célula é o fator determinante para a escolha
da quantidade de extensômetros e
configuração do circuito da ponte. As
figuras 1, 2 e 3 mostram exemplos de
aplicações de células.
Figura 1 – Célula de compressão.
Figura 2 – Célula de torque.
Figura 3 – Célula de torque estático.
Neste relatório houve a construção de
uma célula de carga em alumínio (Al) do
tipo duas vigas engastadas, com quatro
extensômetros e uma ponte inteira de
Wheatstone, que tem a finalidade de medir
força, peso, ou pressão, como mostram as
figuras 4, 5 e 6.
Figura 4.
Figura 5.

3. Figura 6.
Figura 7 – Desenho técnico de construção da
célula de carga.
Figura 8 – Esquema eletro-mecânico de
funcionamento do desbalanceamento da
ponte.
Pode-se observar nas figuras 8 e 10, que
esta célula é auto compensada, pois quando
aplicada uma força os extensômetros 1 e 4
medem, e o 2 e 3 não se alteram.
2.2. Strain Gage
O extensômetro de resistência elétrica
(strain gage), é um resistor elétrico
composto de uma grade metálica sobre uma
camada isolante de substrato de polímero.
Este é colado sobre uma estrutura de teste no
qual é sensível a variação de sua resistência
em função de uma carga aplicada, podendo-
se então estudá-la, medindo e verificando o
comportamento de sua estrutura. Estas
estruturas por sua vez, apresentam
deformações que podem ser monitoradas de
diversas formas, dentre as quais: por relógio
comparador, por detector eletrônico de
deslocamento, por fotoelasticidade, por
camada frágil e por strain gage, dentre
outros.
O strain gage é comumente utilizado
pela sua versatilidade. Um sensor de força
ou de pressão, por exemplo, nada mais é do
que uma estrutura mecânica planejada a
deformar-se dentro de certos limites.
O extensômetro realiza a medição em
duas direções. A direção principal é a
melhor escolha a ser feita, pois possui a
maior sensibilidade, ao contrário da direção
secundária que é dada pelo coeficiente de
poisson (υ), como pode ser observado na
figura 9.
Utilizaram-se quatro extensômetros de
350Ω nesta célula de carga.

4. Figura 9 – Strain Gage.
O fator K fornecido pelo fabricante é
dado pela equação 1.
(1)
Onde:
K = fator do extensômetro
R = resistência inicial
∆R = variação resistência
L = comprimento inicial
∆L = variação do comprimento
2.3. Ponte de Wheatstone
O circuito da ponte de Wheatstone é
utilizado para medir o desbalanceamento
entre os extensômetros e resistores, causado
pela deformação sofrida da estrutura. O
desbalanceamento é medido pela variação de
tensão e posteriormente transformado na
grandeza desejada.
Existem diversos tipos de configurações
de ponte, nos quais podemos citar ¼, ½ e
ponte inteira, em que a última obtém um
melhor resultado, pois possui elevada
sensibilidade. Neste experimento utilizou-se
uma ponte inteira, como exemplifica a figura
10.
Figura 10 – Ponte inteira de Wheatstone
utilizada na célula de carga.
A saída Eo da ponte inteira é dada por:
Onde:
ε = ∆l/l = deformação relativa = µm/m =
microstrain
K = fator do extensômetro
R = 350Ω

5. Figura 11 – Exemplo de ¼ ponte
Wheatstone.
Figura 12 – Exemplo de ½ ponte
Wheatstone.
2.4. Amplificador para ponte inteira
O sinal de saída do extensômetro
possui uma variação muito pequena.
Com isso é necessário amplificá-lo, para
posteriormente efetuar a medição.
Utilizou-se um amplificador OP 07, do
laboratório para efetuar as medições. O
amplificador utilizado não é adequado,
pois foi projetado para dois
extensômetros de 120Ω com ½ de ponte
de Wheatstone, e utilizado neste
experimento que possui quatro
extensômetros de 350Ω e ponte inteira.
Devido a esta situação não ser
adequada, pode-se perder sensibilidade
na saída do amplificador. O esquema
eletrônico do amplificador pode ser
observado na figura 13, bem como a
alimentação da ponte de Wheatstone na
figura 14.
Figura 13 – Esquema eletrônico do
amplificador OP 07.
Figura 14 – Esquema eletrônico da ligação
da fonte + - 2,5V.
3. EXPERIMENTO
O objetivo deste experimento é realizar
a medição da variação da tensão em função
da deformação sofrida pela célula de carga,

6. através dos pesos padrão, verificando assim
suas características.
3.1. Material utilizado
- 01 osciloscópio;
- 01 amplificador OP 07 para meia ponte;
- 02 fontes simétricas +-15Vcc;
- 01 jogo de pesos padrão;
- 01 célula de carga;
- 01 multiteste;
- 02 grampos “C”;
- 01 chapa de aço.
3.2. Procedimento e montagem
A célula de carga é fixada em uma
chapa de aço para lhe garantir uma melhor
fixação e estabilidade na realização das
medições. A chapa, por sua vez, é fixada na
bancada através de grampos “C”. Foi
conectada a célula de carga no amplificador
e utilizada duas fontes simétricas para
alimentar o sistema. A saída do amplificador
ligada ao osciloscópio realizando a
calibração do mesmo, e efetuadas cinco
séries de medições. Detalhamento da
montagem experimental pode ser observado
nas figuras 15, 16, 17, 18.
Figura 15 – Montagem experimental.
Figura 16 – Montagem experimental.
Figura 17 – Montagem experimental.

7. Figura 18 – Montagem experimental.
3.3. Resultados
Massa (Kg) Tensão (V)
Medida 1
2,00 0,046
3,50 0,080
4,00 0,095
5,50 0,125
6,50 0,150
8,00 0,190
9,00 0,200
10,00 0,230
11,50 0,260
12,00 0,270
14,00 0,320
15,00 0,350
17,00 0,370
18,50 0,400
21,00 0,440
Tabela 1 – Medida 1 x Massa.
Medida 1 x Massa
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Tensão (V)
Massa(Kg)
Gráfico 1 – Medida 1 x Massa.
Massa (Kg) Tensão (V)
Medida 2
2,00 0,046
3,50 0,080
4,00 0,090
5,50 0,130
6,50 0,150
8,00 0,185
9,00 0,210
10,00 0,230
11,50 0,265
12,00 0,275
14,00 0,330
15,00 0,350
17,00 0,400
18,50 0,420
21,00 0,440
Tabela 2 – Medida 2 x Massa.

8. Medida 2 x Massa
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Tensão (V)
Massa(Kg)
Gráfico 2 – Medida 2 x Massa.
Massa (Kg) Tensão (V)
Medida 3
2,00 0,046
3,50 0,080
4,00 0,095
5,50 0,125
6,50 0,150
8,00 0,185
9,00 0,210
10,00 0,230
11,50 0,270
12,00 0,275
14,00 0,320
15,00 0,350
17,00 0,400
18,50 0,440
21,00 0,480
Tabela 3 – Medida 3 x Massa.
Medida 3 x Massa
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Tensão (V)
Massa(Kg)
Gráfico 3 – Medida 3 x Massa.
Massa (Kg) Tensão (V)
Medida 4
2,00 0,046
3,50 0,082
4,00 0,095
5,50 0,125
6,50 0,150
8,00 0,185
9,00 0,210
10,00 0,230
11,50 0,270
12,00 0,275
14,00 0,320
15,00 0,350
17,00 0,390
18,50 0,440
21,00 0,480
Tabela 4 – Medida 4 x Massa.

9. Medida 4 x Massa
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Tensão (V)
Massa(Kg)
Gráfico 4 – Medida 4 x Massa.
Massa (Kg) Tensão (V)
Medida 5
2,00 0,048
3,50 0,082
4,00 0,095
5,50 0,130
6,50 0,150
8,00 0,187
9,00 0,210
10,00 0,230
11,50 0,270
12,00 0,280
14,00 0,330
15,00 0,350
17,00 0,390
18,50 0,440
21,00 0,480
Tabela 5 – Medida 5 x Massa.
Medida 5 x Massa
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Tensão (V)
Massa(Kg)
Gráfico 5 – Medida 5 x Massa.
Massa (Kg) Tensão (V)
Média x
2,00 0,046
3,50 0,081
4,00 0,094
5,50 0,127
6,50 0,150
8,00 0,186
9,00 0,208
10,00 0,230
11,50 0,267
12,00 0,275
14,00 0,324
15,00 0,350
17,00 0,390
18,50 0,428
21,00 0,464
Tabela 6 – Tensão média x Massa.

10. Tensão média x Massa
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Tensão (V)
Massa(Kg)
Gráfico 6 – Tensão média x Massa.
Com os dados coletados foram gerados
os gráficos e as tabelas. No gráfico 6 houve
a realização de uma média das cinco
medições, onde é observada uma relação de
sua curva praticamente linear.
Realizou-se a medição do ruído na saída
do amplificador em torno de 30mV. Uma
grande parcela deste ruído pode ser atribuída
à inexistência de conexões com bornes
adequados para realizar a ligação entre a
célula de carga e o amplificador.
4. CONCLUSÃO
Com este experimento torna-se possível
observar a aplicação de sensores
extensométricos em células de carga que
possuem uma larga aplicação, e variam
conforme a necessidade. Exibiram-se os
componentes necessários para o
funcionamento desta célula de carga.
Houve a comprovação da variação
proporcional de tensão em função da
deformação da célula e, observado o
comportamento praticamente linear de sua
curva. Em função da adequada fixação da
célula de carga na bancada de teste através
da adição de uma chapa de aço parafusada
na célula, obtiveram-se valores satisfatórios
nas medições.
Observa-se nos resultados uma pequena
variação de tensão em função das massas
utilizadas, e pode-se concluir que neste
experimento não é possível obter melhor
precisão do que 1Kg. Tal limitação pode ser
atribuída ao amplificador utilizado.
É importante ressaltar neste
experimento que o laboratório utilizado não
possuía condições adequadas para realizar as
medições, pois o amplificador para meia
ponte, e extensômetros de 120Ω utilizado
não era adequado aos extensômetros e ponte
utilizados, podendo causar um
desbalanceamento inadequado nos
resistores, conseqüentemente desvio na saída
de medição, ou mesmo perda de
sensibilidade.