Tutorial técnico · DPF Sensors
Cómo funciona: la galga en una viga
Tipos de transductores de fuerza
| Cara | Subtipos |
|---|---|
| Galgas extensométricas (células de carga) | Elementos elásticos; galgas de resistencia eléctrica; de hoja; semiconductoras; de capa delgada; de cable |
| Cristales piezoeléctricos | Transductores multicomponentes de fuerza |
| Medidores de fuerza a través de presión | Células de carga hidráulicas; células de carga neumáticas |
| Otros tipos | Elementos elásticos; magnetoelásticos; vibratorios; dinámicos; de deformación plástica |
Formas de células de carga y rango típico
| Forma del elemento elástico | Rango típico | |
|---|---|---|
| a) | Cilindro de compresión | 50 kN a 50 MN |
| b) | Cilindro de compresión (hueco) | 10 kN a 50 MN |
| c) | Anillo toroidal | 1 kN a 5 MN |
| d) | Anillo | 1 kN a 1 MN |
| e) | Viga en S (tipo Z) | 200 N a 50 kN |
| f) | Flexión | 20 kN a 2 MN |
| g) | Cizalladura | 500 N a 50 kN |
| h) | Cizalladura | 1 kN a 500 kN |
| i) | Cizalladura doble | 100 N a 10 kN |
| j) | Cilindro a tensión | 50 kN a 50 MN |
El elemento elástico suele ser de acero para herramientas, acero inoxidable, aluminio o cobre: materiales con relación lineal entre esfuerzo y deformación, baja histéresis y larga vida a fatiga.
Medidores de tensão
Al estirar un conductor dentro de su límite elástico, se alarga, su diámetro disminuye y su resistencia cambia. Las aleaciones más usadas son cobre-níquel, níquel-cromo, níquel-cromo-molibdeno y platino-tungsteno.
| Galga | Construção | Factor de galga | Usar |
|---|---|---|---|
| De hoja | Hoja metálica de 2-5 µm sobre respaldo de 10-30 µm (epoxi, poliamida, epoxi-fenólica con vidrio) | 2-4 | Las más usadas; en la mayoría de células de precisión |
| Semiconductoras | Tiras de silicio tipo «n» o «p» | 100-150 | Salida alta; no lineal con la deformación |
| De capa delgada | Capas evaporadas de metal o aleación sobre el elemento elástico (hasta 8 capas) | — | Rango 0,1-100 N; coste alto; productos de gran volumen como transductores de presión |
| De cable | Hilo conductor | 2-4 | — |
Transductores piezoeléctricos
Un cristal piezoeléctrico genera carga eléctrica proporcional a la fuerza aplicada; se necesita un amplificador de carga y un cable de alta impedancia. No necesitan alimentación y la deformación para generar señal es muy pequeña, lo que da una respuesta de alta frecuencia. Son adecuados para fuerzas dinámicas e impactos, no para cargas estáticas. Sobrecarga típica de más del 200 % del fondo de escala; soportan más de 350 °C.
Células de carga por presión
Hidráulicas: cámara llena de líquido (normalmente aceite) con presión de precarga; la fuerza aumenta la presión, que se mide con un transductor o un manómetro. Se deforman unos 0,05 mm a plena carga, la mayoría trabaja entre 500 N y 200 kN, no necesitan energía externa y valen para atmósferas potencialmente explosivas. Neumáticas: la fuerza sobre un pistón o diafragma se equilibra con presión de aire, que es proporcional a la fuerza.
Otros principios de medida
| Principio | Como medir |
|---|---|
| LVDT | Mide el desplazamiento del elemento elástico en vez de usar galgas; alta resolución y baja histéresis, ideal para usos dinámicos. |
| Capacitivo | Un sensor de capacidad de dos placas paralelas detecta la deformación del elemento elástico. |
| Óptica | Galga de fibra óptica: la deformación cambia la longitud de la fibra y la diferencia de fase entre dos haces mide la fuerza. |
| Magnetoelástica | Capacidades de 2 kN a 5 kN según el documento. |
| Deformación plástica | Registro permanente de una fuerza aplicada más allá del límite elástico de un pequeño elemento de metal. |
El puente de Wheatstone: configuraciones
Los cambios de resistencia en brazos adyacentes del puente suman cuando tienen signo opuesto y restan cuando tienen el mismo signo; en brazos opuestos ocurre al revés. Con esto se eliminan la flexión en medidas axiales, la carga axial en medidas de flexión y parte de la no linealidad. En el cuarto de puente, el error de no linealidad es de aproximadamente un 0,1 % por cada 1000 microdeformaciones.
| Configuração | Galgas | Resultado |
|---|---|---|
| Viga en flexión · cuarto de puente | 1 galga longitudinal | Responde a la flexión; no le afecta la torsión si va en la línea central. Algo de no linealidad y sensible a la temperatura. |
| Viga en flexión · medio puente Poisson | Galga longitudinal + galga transversal «Poisson» en brazos adyacentes | Se cancelan los cambios de resistencia de origen térmico. |
| Viga en flexión · medio puente | 2 galgas axiales, arriba y abajo | Se cancelan la carga axial y los efectos térmicos. |
| Viga en flexión · puente completo | 4 galgas | Salida lineal doble que la del medio puente. La configuración de flexión más popular. |
| Columna axial · 2 galgas en brazos opuestos | 2 galgas activas en brazos opuestos | Cancela la flexión por pandeo. Salida alta, pero no lineal. |
| Columna axial · puente lleno Poisson | Galga longitudinal + transversal en ambas superficies | Salida más alta y más lineal. La más popular para cargas axiales. |
Perguntas frequentes
¿Qué es una célula de carga?
Un transductor de fuerza basado en un elemento elástico al que se adhieren galgas extensométricas de resistencia eléctrica. La forma y el módulo de elasticidad del elemento determinan la deformación que produce la fuerza; las galgas la convierten en un cambio de resistencia.
¿Qué rango de fuerza miden las células de carga con galgas?
Según el documento, de 5 N a 50 MN, dependiendo de la forma del elemento elástico: por ejemplo, viga en S de 200 N a 50 kN y cilindro de compresión de 50 kN a 50 MN.
¿Cuándo se usa un transductor piezoeléctrico en lugar de galgas?
Para fuerzas dinámicas y eventos muy rápidos, como impactos o golpes en prensas. No es apto para cargas estáticas por la pequeña fuga de carga del amplificador. Soporta sobrecargas típicas de más del 200 % y temperaturas de más de 350 °C.
¿Qué ventaja tiene una célula de carga hidráulica?
No necesita energía externa y es adecuada para atmósferas potencialmente explosivas. Se deforma unos 0,05 mm a plena carga y la mayoría trabaja entre 500 N y 200 kN.
¿Qué configuración de puente es la más usada?
En vigas a flexión, el puente completo de 4 galgas; en cargas axiales, el puente lleno Poisson, que da la salida más alta y más lineal.
Relacionado
- Guía: células de carga para bancos de ensayo
- Productos DPF Sensors
- Todas as informações técnicas sobre GUEMISA
Abaixo, o documento PDF original está disponível para visualização ou download.