Células de carga para bancos de ensayo: tipos, rangos y montaje

Guía técnica · GUEMISA

Tipos de célula de carga y para qué sirve cada uno

Todas las células de este artículo son de galgas extensométricas: una deformación elástica del cuerpo metálico modifica la resistencia de las galgas, conectadas en puente de Wheatstone, y el puente entrega una tensión muy pequeña proporcional a la fuerza.

Cómo elegir entre ellas

• Si la fuerza cambia de sentido durante el ensayo, hace falta un modelo que admita tracción y compresión.
• Si solo hay compresión y poca altura libre, un botón o un modelo plano ocupa menos.
• Si la fuerza no puede ser perfectamente axial por la geometría del banco, conviene un diseño con rótulas en sus extremos.

Rango de medida y margen de sobrecarga

La capacidad nominal es la fuerza para la que la célula entrega su salida de fondo de escala. Debe ser superior al valor máximo que verá el banco, incluidos los picos dinámicos, los impactos de arranque y las cargas de montaje. Si se elige una capacidad demasiado justa, un pico puede deformar la célula de forma permanente. Si se elige demasiado grande, se pierde resolución, porque la señal útil queda en una fracción pequeña del rango.

• La hoja de datos indica una sobrecarga admisible (sin cambio de características) y una sobrecarga de rotura. Los valores dependen del modelo y del fabricante: no se deben suponer.
• Para cargas con golpes o inversiones rápidas, conviene dimensionar con más margen que para cargas estáticas.
• Si la serie permite varias capacidades con la misma geometría, se puede cambiar de rango sin rehacer el utillaje.

Sensibilidad en mV/V y señal real

La sensibilidad nominal se expresa en mV/V: milivoltios de salida por cada voltio de excitación, a fondo de escala. La señal real es el producto de ambos. Con una sensibilidad de 2 mV/V y una excitación de 10 V, el fondo de escala produce 20 mV. Es una señal pequeña, y por eso el cableado apantallado y el acondicionador cuentan.

• Células con la misma sensibilidad nominal permiten sustituirse sin rehacer por completo la cadena de medida, aunque conviene verificar el cero y la pendiente.
• La conexión a 4 hilos es la básica. La de 6 hilos añade dos hilos de realimentación (sense) que compensan la caída de tensión en cables largos.
• La excitación máxima admitida figura en la hoja de datos y no debe superarse.

Clase de precisión

La precisión de una célula se describe con varios parámetros, no con un único número: no linealidad, histéresis, repetibilidad, fluencia (creep) y deriva térmica del cero y de la sensibilidad. Suelen darse en porcentaje del fondo de escala. Para un banco de ensayo interesa sobre todo que la suma de los errores relevantes sea coherente con la incertidumbre que se quiere alcanzar.

• En aplicaciones de pesaje legal se habla de clases (por ejemplo, las de la norma OIML R60). Un banco de ensayo normalmente no exige esa clasificación, pero sí una trazabilidad de calibración.
• Si el ensayo debe documentarse, se pide a la célula un certificado de calibración y se anota cada cuánto se repite.
• La cadena completa (célula, cable, acondicionador, adquisición) tiene la precisión del conjunto, no la de su componente más exacto.

Acondicionador o amplificador

El acondicionador alimenta el puente y convierte los milivoltios en una señal normalizada (0…10 V o 4…20 mA) o en una lectura digital. Debe aceptar la sensibilidad de la célula, aportar la excitación adecuada y ofrecer ajuste de cero y de ganancia.

Montaje correcto: cargas axiales y sin momentos

Una célula mide bien la componente de fuerza en su eje de medida. Todo lo demás (momentos flectores, fuerzas laterales, torsión) es una perturbación que puede falsear la lectura o dañar el elemento elástico.

• Alinee el eje de la célula con la línea de fuerza del banco.
• Use rótulas, acoplamientos de doble articulación o botones de apoyo para absorber desalineaciones.
• Apoye la célula sobre superficies planas, rígidas y limpias.
• No tire del cable ni lo use como elemento mecánico. Fíjelo para que no vibre y manténgalo separado de cables de potencia.
• Proteja la célula frente a sobrecargas accidentales con topes mecánicos si el banco puede superarlas.
• Deje que el conjunto alcance su temperatura de trabajo antes de poner a cero.

Sensores de par para bancos de ensayo

Si el banco mide par y no fuerza lineal, se usa un sensor de par que va entre el motor y la carga. Al elegirlo se miran los mismos criterios: par nominal con margen, clase de precisión, velocidad máxima de giro, tipo de salida (tensión, corriente o bus) y forma de conexión al eje. Los sensores de par rotativos transmiten la señal sin contacto desde el eje giratorio, de modo que no hay escobillas que desgastar.

Qué productos de GUEMISA encajan

La categoría de células de carga de la web contiene hoy pocos modelos. Si necesita otra capacidad o geometría, indíquenos los datos del banco y lo estudiamos con usted.

Documentación y casos relacionados

• Células de carga y galgas extensométricas: tutorial (PDF)
• Medición de par en bancos de pruebas de motores (PDF)
• Toda la información técnica de GUEMISA

Preguntas frecuentes

¿Qué capacidad de célula de carga necesito para un banco de ensayo?

Una capacidad superior a la fuerza máxima real, incluidos los picos dinámicos, con margen frente a la sobrecarga admisible de la hoja de datos. Evite también una capacidad excesiva, porque la resolución útil disminuye.

¿Qué significa 2 mV/V?

Que la célula entrega 2 mV por cada voltio de excitación a fondo de escala. Con 10 V de excitación, la salida a fondo de escala es de 20 mV.

¿Qué célula sirve si la fuerza cambia de sentido?

Una de tracción y compresión, como la CTC, o una célula en S. Una célula solo de compresión no debe someterse a tracción.

¿Para qué sirve un acondicionador de señal?

Alimenta el puente de galgas, amplifica la señal de milivoltios y la convierte en una salida normalizada o en una lectura digital con ajuste de cero y de ganancia.

¿Por qué fallan las lecturas aunque la célula sea correcta?

Las causas habituales son cargas no axiales, momentos sobre la célula, cables sin apantallar o tirantes, y una excitación o una ganancia del acondicionador mal ajustadas.

¿Un sensor de par sustituye a una célula de carga?

No. La célula mide fuerza lineal y el sensor de par mide el momento de giro en un eje. Se eligen según la magnitud que debe medir el banco.