Precisión: la clave para las nuevas aplicaciones

Eficiencia en acción: transductor de fuerza S2M en forma de S

El uso de transductores de alta precisión, como el S2M de HBM, ofrece múltiples beneficios. Los sensores con precisión de clase 0.02 permiten diseñar cadenas de medición de fuerza con altas tolerancias mecánicas. Y además, los transductores pueden utilizarse de forma flexible en diferentes labores de medición, lo cual supone una importante ventaja económica.

El transductor de fuerza S2M en forma de S ofrece una precisión de clase 0.02 y es la nueva cota de referencia en su categoría. Para lograr un nivel de precisión tan alto ha sido preciso adaptar de forma óptima todas las características individuales del transductor

¿Qué influye en la precisión de los transductores de fuerza?

Existen dos grupos de errores que afectan a los transductores de fuerza con galgas:

  • Errores de fondo de escala:
    Son errores que generan una señal de salida específica con independencia de la fuerza que se aplique. Por ejemplo, la influencia de la temperatura sobre el punto cero (TCcero) o los errores de linealidad.
  • Errores relativos al valor real:
    Son errores cuya magnitud es proporcional a la fuerza aplicada en el momento de la lectura.

La TCcero y la linealidad son a menudo de vital importancia. Estos errores afectan al fondo de escala; es decir, a la señal de salida que se produce al aplicar la fuerza nominal. Esta incertidumbre de la medición tiene un valor concreto que no guarda relación con la magnitud de la fuerza que se aplique.

Cuando las mediciones se llevan a cabo en el tramo superior de la escala del sensor, es decir, con niveles de fuerza elevados, este tipo de errores no resultan críticos, ya que su magnitud relativa es pequeña en comparación con la señal de salida, que es muy alta. Pero la situación cambia radicalmente cuando se mide una fuerza pequeña con el mismo transductor. En este caso, las repercusiones de un error de fondo de escala son considerablemente mayores. A pesar de que el valor es el mismo, afecta a una lectura menor, con lo que aumenta la proporción relativa del error.

La linealidad y la dependencia del punto cero de la temperatura (TCcero) son errores de fondo de escala importantes. Cualquier mejora que se haga en estos valores característicos permite utilizar el transductor con fuerzas más pequeñas (por supuesto, siempre que se cumplan otros requisitos de precisión). Por tanto, los errores de fondo de escala determinan el campo de medición útil para un transductor de fuerza. Si los errores de fondo de escala son pequeños, hay más posibilidades de utilizar el transductor para hacer medidas a carga parcial.

En cambio, los errores relativos al valor real siempre son proporcionales a la fuerza que se mide en cada momento. En consecuencia, cuando se miden fuerzas pequeñas, la influencia de estos errores es relativamente pequeña.

Los transductores de fuerza de alta precisión tienen más aplicaciones

Los usuarios de los transductores de fuerza S2M en forma de S se benefician de un grado de precisión máximo, ya que los errores de linealidad y reversibilidad relativa, y las influencias de la temperatura, son inferiores al 0,02% del fondo de escala. Este valor muestra claramente que HBM da prioridad a la alta precisión, con productos estándar y especiales para uso industrial que, además, se complementan con un diseño sumamente robusto.

Cuando el transductor se utiliza al 5% de su fuerza nominal, los errores de linealidad y TCcero equivalen tan solo al 0,4% de la fuerza aplicada. Gracias a estas propiedades, los transductores de alta precisión abren un abanico de nuevas aplicaciones. También son capaces de medir fuerzas pequeñas porque:

  • El funcionamiento de la cadena de medición en el intervalo de carga parcial incrementa la tolerancia a la sobrecarga y aumenta la fiabilidad. Los resultados de medición son absolutamente significativos.
  • Un mismo transductor de fuerza se puede utilizar para distintos trabajos de medición gracias a un efecto mínimo de la temperatura sobre el cero. Es posible aplicar fuerzas nominales superiores sin problemas cuando se desea estudiar características dinámicas; por ejemplo, rigidez o amplitudes de oscilación importantes. Esto representa una gran ventaja económica. Estos parámetros mecánicos dependen de la fuerza nominal. Los transductores con mayor fuerza nominal poseen una mayor rigidez y, en consecuencia, tienen frecuencias de resonancia más altas. La solicitación por vibración relativa se reduce cuando se utiliza un modelo de mayor tamaño.

Sensibilidad

Transductor de fuerza convencional

S2M [%]

Histéresis

0,1

0,02

Linealidad

0,05

0,02

TCcero

0,05

0,02

TCS

0,05

0,02

Fluencia

0,05

0,02

Tabla 1: Comparación de los principales factores que influyen en la incertidumbre de la medición

Fuerza que debe medirse

Incertidumbre de medición de los transductores de fuerza convencionales con una fuerza nominal de 500 N

Incertidumbre de medición del S2M/500 N

150 N

0,62 N = 0,41 %

0,18 N = 0,12 %

20 N

0,61 N = 3 %

0,18 N = 0,9 %

5 N

0,77 N = 12 %

0,17 N = 3,4 %

Tabla 2: Cálculo del error relativo total del transductor de fuerza S2M con respecto al valor real, en comparación con transductores convencionales (rango de temperatura: 23 … 45 °C, valores indicados en % con respecto a la fuerza medida)

La precisión redunda en una producción más eficiente

Un transductor de fuerza de alta precisión como el S2M influye de forma positiva tanto en el campo de aplicación —que se amplía— como en la eficiencia de los procesos de producción, tal y como se muestra en la Fig. 1.

La fuerza que debe medirse en los controles de calidad aparece en el eje X. El número de componentes producidos se indica en el eje Y.

La dispersión de los componentes producidos tiene una distribución gaussiana. Las líneas verdes, que señalan las tolerancias admisibles, se introducen en los diagramas, y la incertidumbre de las medidas de la cadena de medición de fuerza se representa en rojo.

Para poder evaluar el proceso, es preciso calcular la precisión de medición del transductor. Pensemos ahora en las comprobaciones en las que se decide si un componente es aceptable o no aceptable. Los componentes únicamente se pueden dar por buenos cuando quedan dentro del intervalo de consigna menos la tolerancia de medición (ilustrada en los diagramas por las líneas azules).

Resulta obvio que el número de componentes aceptables aumenta cuanto mayor es la precisión de medición. En definitiva: el número de componentes que se rechazan depende, entre otras cosas, de la precisión de la cadena de medición.

Fig. 1 Control de un proceso de producción con un sistema de medición de fuerza con alta y baja precisión
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Transductor de fuerza S2M

  • Para la medición de fuerzas de tracción y compresión estáticas y dinámicas
  • Alta precisión
  • Robusto y fiable
  • Tipo de protección IP67
  • Eficiente y económico
  • Campo de medición de fuerza: 0…10 N a 0…1000 N

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