Los transductores de fuerza de alta precisión abren la puerta a nuevos campos de aplicación

El uso de transductores de alta precisión hace posibles aplicaciones completamente nuevas de la tecnología de medición de fuerza. Gracias a productos como el S9M de HBM, las cadenas de medición se pueden configurar para sobrecargas muy elevadas sin sacrificar por ello la validez de los resultados. Y ofrecen una ventaja adicional: la gran flexibilidad del transductor de fuerza permite utilizarlo en numerosas tareas de medición distintas. Esto demuestra que los transductores de fuerza de alta precisión no solo son obras maestras de la tecnología, sino que además ofrecen importantes ventajas económicas. Algo que se hace evidente cuando se analizan en detalle las posibles fuentes de errores que afectan a las mediciones de fuerza.

Ventajas asociadas al uso de transductores de fuerza de alta precisión

Los modernos transductores de fuerza, como el S9M de HBM, ofrecen los niveles de precisión más altos. Los errores de linealidad, de reversibilidad relativa y las influencias de la temperatura son inferiores al 0,02 % del valor final. Estas propiedades hacen que el uso de estos transductores sea atractivo incluso para la medición de pequeñas fuerzas:

  • La cadena de medición se puede configurar para sobrecargas elevadas, por ejemplo para prevenir daños en el transductor de fuerza. Aun cuando el transductor de fuerza S9M se utilice únicamente al 20% de la fuerza nominal, la precisión es lo suficientemente alta como para obtener resultados significativos en prácticamente cualquier circunstancia. Queda garantizada una categoría de precisión del 0,1% en relación con el valor final hipotético.
  • A la vista de las consideraciones anteriores, es posible ampliar la gama de aplicaciones: se pueden realizar distintos trabajos de medición sin cambiar los sensores, reduciendo así el tiempo y la inversión. Todo ello gracias a la posibilidad de cubrir un amplio espectro de fuerzas con un mismo transductor. Desde porcentajes pequeños hasta la fuerza nominal máxima.

Posibles fuentes de error

¿Cómo es posible? Para entenderlo, es importante analizar las posibles fuentes de error que afectan a las mediciones de fuerza. En los transductores de fuerza con galgas extensométricas, como el S9M, existen dos categorías de posibles errores:

  • Errores independientes de la carga: errores que generan una señal de salida específica con independencia de la fuerza aplicada
  • Errores en función de la lectura: errores cuya magnitud es proporcional a la fuerza aplicada en el momento de la lectura

La influencia de la temperatura en el punto cero es un ejemplo de error independiente de la carga. Esta desviación de la medición tiene un valor específico que no guarda relación con la fuerza medida. Los errores debidos a la influencia de la temperatura en el punto cero (TKcero) resultan especialmente llamativos cuando solo se emplea un pequeño porcentaje de la fuerza nominal. Su valor absoluto siempre es el mismo, pero su influencia porcentual es mayor cuanto menor es la señal útil.

Además de la TKcero, el error de linealidad también guarda relación con el valor final.

Los errores que guardan relación con el valor real (errores en función de la lectura) se calculan con respecto a la señal real aplicada. Esto incluye, por ejemplo, la dependencia de la sensibilidad con respecto a la temperatura (TCS), la fluencia o incluso la tolerancia de una posible calibración.

Para evaluar el error total, es preciso efectuar la suma geométrica de cada error individual; es decir, un aumento significativo de la precisión de la medición pasa necesariamente por la mejora de los errores individuales más importantes. En muchos casos, la TKcero y la linealidad son determinantes. Dado que estos errores guardan relación con el valor final (es decir, con la señal de salida en condiciones de uso pleno de la fuerza nominal), cualquier mejora de estos parámetros resulta especialmente eficaz, y favorece el uso del transductor de fuerza en la denominada “zona de carga parcial” (es decir, el uso de un intervalo parcial de señal de la fuerza nominal).

Transductor de fuerza S9M
Transductor de fuerza U10

El S9M de HBM abre la puerta a nuevas aplicaciones en el campo de la medición de fuerza

El transductor de fuerza S9M de HBM ofrece errores de TKcero y linealidad de tan solo 200 ppm en relación con el valor final. Si se utiliza este transductor de fuerza al 20% de la fuerza nominal, el error originado por la linealidad o la TKcero en relación con la fuerza aplicada es de tan solo el 0,1%. Esto demuestra que, si se utilizan transductores de fuerza como el S9M, las cadenas de medición también se pueden configurar para sobrecargas altas sin los principales inconvenientes que esto suele suponer para la validez de los resultados.

Con fuerzas nominales más altas, los transductores planos, como el U10 son una buena opción, ya que registrar errores de reversibilidad relativa a partir de 300 ppm en relación con la fuerza nominal y una TKcero de tan solo 150 ppm/10K, gracias a un diseño de galga extensométrica extremadamente favorable.

La figura 1 muestra otro argumento a favor de la precisión en las mediciones de fuerza: 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.


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

Para evaluar el proceso es preciso estimar 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 (simbolizada en los diagramas por las líneas azules).

Es evidente que el número de componentes aceptables aumenta cuanto mayor es la precisión de la medición. Dicho de otra forma, el número de componentes que se rechazan también depende de la precisión de la cadena de medición de fuerza.

Los modernos transductores de fuerza, como el S9M o el U10M de HBM, ofrecen un alto nivel de precisión, muy por encima de la media, sobre todo en lo que respecta a los factores de incertidumbre en función de la lectura. Además, ofrecen la posibilidad de utilizar la cadena de medición en la banda de carga parcial, aumentando con ello de forma considerable la tolerancia a las sobrecargas. Esto permite aumentar la fiabilidad. Y sobre todo, la mínima influencia de la temperatura en el punto cero posibilita el uso de un mismo sensor para distintos intervalos de medición; la alta precisión también incrementa el porcentaje de componentes conformes.

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