Principio de los transductores de fuerza con galgas extensométricas
Acerca de los sensores de fuerza
Los sensores de fuerza se utilizan para medir la fuerza. Transforman una fuerza mecánica en una señal eléctrica proporcional a esta fuerza.
- Carga nominal (CN): la carga (o fuerza) nominal (o máxima) del sensor (expresada en N, daN o kN)
- Fuerza de trabajo admisible: fuerza que se puede aplicar temporalmente sin producir desviaciones permanentes en las características de desempeño. Se expresa como porcentaje de la carga nominal.
- Fuerza máxima antes de la destrucción: fuerza máxima antes de la destrucción (o rotura) del sensor. Se expresa como porcentaje de la carga nominal.
- Deflexión bajo fuerza nominal: desplazamiento del punto de aplicación de la carga del sensor (en el eje de aplicación de la fuerza) sometido a su carga nominal.
- Señal de salida: Esta señal expresada en mV / V (milivoltios por voltio de suministro) es el voltaje que entrega el sensor cuando se somete a su carga nominal.
- Linealidad: esta es la desviación máxima de la señal de salida del sensor de la línea ideal que pasa por cero. Se expresa como porcentaje de la señal nominal (correspondiente a la carga nominal).
- Histéresis: Diferencia máxima de la señal para la misma fuerza aplicada. El primer valor de la señal se lee al aumentar la fuerza de la carga mínima y el otro al disminuir la fuerza de la fuerza nominal. Se expresa como porcentaje de la señal nominal.
- Repetibilidad: Máxima diferencia de la señal obtenida para varias aplicaciones sucesivas y supresiones de fuerza sin modificación de su posición y su entorno. Se expresa como porcentaje de la señal nominal.
- Reproducibilidad: Máxima diferencia de la señal para la misma fuerza con modificación de su posición únicamente (rotación o remoción e instalación del sensor). Se expresa como porcentaje de la señal nominal.
- Deriva térmica: evolución de la señal para la misma carga, pero con variación de temperatura (expresada en% CN / ° C) en cero y en sensibilidad.
Sensores y galgas extensométricas
Los sensores de fuerza son estructuras metálicas que se han mecanizado para que áreas específicas se sometan a tensión cuando se aplica fuerza. Estas áreas están equipadas con galgas extensométricas. Los materiales utilizados pueden ser aluminio, aceros aleados o acero inoxidable.
Las galgas extensométricas consisten en una «hoja» flexible en la que se graba un componente resistivo. Están pegados al cuerpo del sensor. Están diseñados para que incluso movimientos muy pequeños o «estiramiento» del material provoquen cambios en su valor óhmico.
El uso de galgas extensométricas para el sensor de fuerza les permite trabajar en tracción y compresión, solo la conexión mecánica entre el sensor y la aplicación de la fuerza puede no permitir este uso en tracción y compresión.
La relación entre el cambio de estado de la materia y los cambios en la resistencia de los medidores es casi perfectamente lineal. Las precisiones de ± 0,1% y ± 0,05% no son infrecuentes para un transductor de fuerza.
Los sensores de fuerza pueden medir fuerzas que van desde unos pocos N hasta varios MN (mega newtons).
Circuito del puente de Wheatstone
Una galga extensométrica es una resistencia eléctrica cuyo valor resistivo cambia si la estira (aumenta) o si la comprime (disminuye). Los valores actuales son 350; 700; 1 000 ohmios.
Cuando el sensor se somete a una fuerza, el material se deformará bajo esta fuerza y el valor resistivo de las galgas extensométricas cambiará. Las galgas se montan en 4 (o múltiplos de 4) a modo de puente de Wheatstone y la variación de su resistencia eléctrica permitirá producir una señal de salida proporcional a la fuerza ejercida sobre el sensor.
Si la fuerza no excede la fuerza de trabajo admisible, el sensor siempre trabajará en deformación elástica, es reversible (vuelve a su estado inicial cuando se quita la fuerza). Si se excede su deformación elástica, el sensor pasa a deformación plástica y se vuelve irreversible. Esto significa que la señal sin carga se desplaza y que este desplazamiento puede cambiar incluso si el sensor se utiliza posteriormente con fuerzas que no superan su carga nominal.
Ejemplo: sensor de carga nominal 20 N y una señal de salida de 2 mV/V
Suministro del sensor en 5 V por lo tanto señal a 20 N igual a 2 mV/V * 5 V = 10 mV
El acondicionamiento de sensores de galgas extensométricas
Teniendo en cuenta el principio utilizado, la señal de salida de los sensores es un voltaje que varía en algunos milivoltios según la carga que se le aplique.
Esta señal también es proporcional a la tensión de alimentación del sensor.
La señal de salida (o su sensibilidad) se expresa en milivoltios por voltaje de suministro (mV/V) correspondiente a su carga nominal. Ej: sensor de MS02-10 kN, 2mV/V, esto significa que el sensor entregará una señal de 2mV/V para una carga de 10 kN o 20 mV si el sensor es alimentado por un voltaje de 10V.
Por tanto, es muy importante conectar el sensor a una electrónica específica que permita el acondicionamiento de este tipo de sensor (alimentación del sensor muy estable, buena filtración de la señal por amplificación significativa, etc.).
Se debe utilizar un cable blindado para proteger la señal eléctrica de las perturbaciones del entorno (interferencias, ondas telefónicas, etc.). Al ser bajo el voltaje proveniente del sensor, las perturbaciones podrían modificar, a través del cable, la señal del sensor y tendrá información poco confiable e inestable en la salida de la electrónica.
Scaime ofrece diferentes tipos de electrónica para acondicionar sensores de fuerza.
Transmisor analógico, 0 / 10V, 4 / 20mA (CPJ) o salida digital RS232, 485, CAN, Profibus (eNod4).
Indicador para tablero con RS232, 485, CAN, Profibus analógico 0 / 10V, 4 / 20mA o digital, CAN, Profibus y umbrales para crear una cadena de control autónomo (PAX- S, IPE50, GM80PA …)
Acondicionador de pantalla portátil autónomo que permite tener una cadena de medición móvil para el control en el sitio (control de fuerza en la prensa por ejemplo).
Unidad de adquisición multicanal que permite la adquisición de diferentes tipos de señales para procesos de depuración, máquinas o monitorización. Posibilidad de grabar valores en una tarjeta SD en modo autónomo.
Recomendaciones de montaje
Transductor de fuerza utilizado en compresión
Ejemplo: K13, K22, K2528, K180 …
Las superficies de apoyo deben ser lo suficientemente rígidas para no deformarse bajo carga, ser planas (rectificadas), dureza> 43HRC, desengrasadas y limpias.
Las 2 superficies de apoyo al nivel del sensor deben ser paralelas (0,02 mm).
Oriente correctamente la aplicación de la fuerza en el eje del sensor. Cualquier fuerza que no se aplique a lo largo del eje de medición del sensor corre el riesgo de dañarlo o al menos degradar la calidad de su medición.
No aplique torque al sensor (incluso durante el montaje), esto podría dañar el sensor.
Para roscas de acero inoxidable sobre acero inoxidable, utilice grasa de buena calidad (tipo Molykote) para evitar que se atasque.
El cable eléctrico debe estar blindado y no correr con cables de alimentación o de control (motores, electroválvulas, etc.). Recomendamos colocar el cable en un conducto metálico para protegerlo mecánica y eléctricamente contra interferencias, interferencias electromagnéticas.
Transductor de fuerza utilizado en tracción
Ejemplo: K100, K12, K1107, M12 …
Utilice 2 rótulas compensadas en 90 ° para la conexión mecánica con el conjunto de tensión para una mejor alineación de la carga con el eje del sensor.
No aplique un par de apriete (incluso durante el montaje) a las piezas de conexión, esto podría dañar el sensor, para ello utilice las caras planas del eje del sensor si están presentes para su inmovilización con una llave
al montar en el lado donde se realiza el montaje.
Para roscas de acero inoxidable sobre acero inoxidable, use grasa de buena calidad (tipo Molykote) para evitar cualquier agarrotamiento. Utilice tuercas, si es necesario, para sujetar las conexiones mecánicas al sensor. Para hacer esto, cargue el sensor en tensión al 110% de la carga máxima utilizada y apriete moderadamente la tuerca, en las piezas de conexión, las rótulas, el sensor, luego descargue el sensor.
Oriente correctamente la aplicación de la fuerza en el eje del sensor. Cualquier fuerza que no se aplique a lo largo del eje de medición del sensor corre el riesgo de dañarlo o al menos degradar la calidad de su medición.
El cable eléctrico debe estar blindado y no correr con cables de alimentación o de control (motores, electroválvulas, etc.). Recomendamos colocar el cable en un conducto metálico para protegerlo mecánica y eléctricamente contra interferencias, interferencias electromagnéticas.
Transductor de fuerza utilizado en tensión y compresión
Ejemplo: K25, M12, MS02, K11 …
Las superficies de apoyo deben ser lo suficientemente rígidas para no deformarse bajo carga, ser planas (rectificadas), dureza> 43HRC, desengrasadas y limpias.
Las superficies de apoyo al nivel del sensor deben ser paralelas (planitud 0.02).
Oriente correctamente la aplicación de la fuerza en el eje del sensor. Cualquier fuerza que no se aplique a lo largo del eje de medición del sensor corre el riesgo de dañarlo o al menos degradar la calidad de su medición.
No aplique un par de apriete (incluso durante el montaje) a las piezas de conexión, esto podría dañar el sensor, para ello utilice las caras planas del eje del sensor si están presentes para su inmovilización con una llave de boca durante el montaje en el lado donde se realiza el montaje. hecho.
Para roscas de acero inoxidable sobre acero inoxidable, use grasa de buena calidad (tipo Molykote) para evitar cualquier agarrotamiento. Utilice tuercas, si es necesario, para mantener las conexiones mecánicas al sensor, para esto cargue el sensor en tensión al 110% de la carga máxima utilizada y apriete la tuerca a mano, en las partes de conexión, el sensor luego descargue el sensor.
El cable eléctrico debe estar blindado y no correr con cables de alimentación o de control (motores, electroválvulas, etc.). Recomendamos colocar el cable en un conducto metálico para protegerlo mecánica y eléctricamente contra interferencias, interferencias electromagnéticas.
