Durante el montaje de los anillos de medida de fuerzas, siempre debe aplicarse un preesfuerzo, incluso en los anillos piezoeléctricos de medida de fuerzas CFW. Una vez montados, los anillos de medida trabajan por derivación de fuerza; es decir, parte de la fuerza no pasa por el sensor, sino a través de un elemento de preesfuerzo, como pueden ser los CPS.

La sensibilidad de la cadena de medición varía en función del diseño del elemento de preesfuerzo. Por ejemplo, si se utilizan elementos de preesfuerzo CPS de HBM, la sensibilidad de los anillos de medida de fuerzas CFW se reduce entre un 7 y un 12%. Para determinar la sensibilidad de forma fiable, es preciso calibrar los anillos de medida de fuerzas después del montaje.

Calibración con transductores de fuerza calibrados

Un método para calibrar sensores consiste en utilizar transductores de fuerza calibrados. Para ello se requiere un transductor de fuerza y un amplificador. Los transductores de referencia basados en galgas extensométricas (como las series C18 y Z30A) son especialmente idóneos para esta aplicación.

También pueden emplearse transductores de fuerza para aplicaciones industriales como, por ejemplo, los S9M de HBM. Si no se dispone de un amplificador adecuado para sensores a base de galgas extensométricas, siempre pueden utilizarse productos de la serie CFT. La serie CFT está formada por transductores piezoeléctricos a los que se ha aplicado un preesfuerzo. Se suministran calibrados; dicho de otro modo, se conoce su sensibilidad.

A la hora de elegir un transductor de referencia debe tenerse en cuenta que la precisión que puede obtenerse nunca es superior a la precisión de la calibración, la cual, a su vez, viene determinada por la precisión de la cadena de medición empleada como referencia.

Tres pasos para calibrar la cadena de medición

Como se ha dicho, una cadena de medición que utilice como sensores anillos piezoeléctricos de medida de fuerzas (CFW) debe siempre calibrarse una vez montados los sensores. Eso significa que, después de realizar la calibración, no se pueden alterar las condiciones mecánicas del montaje. Eso afecta en especial a los preesfuerzos.

Una cadena de medición se calibra en tres pasos:

  • Determinación de la sensibilidad del sensor después de montarlo: se aplica al anillo piezoeléctrico una fuerza en N, una masa en kg u otra excitación similar, y se mide al mismo tiempo que la señal de carga que genere el anillo. A continuación, se calcula la sensibilidad dividiendo la carga entre la fuerza (sensibilidad = carga/fuerza).
  • Ajuste del amplificador de carga: el campo de medida y la ganancia del amplificador digital de carga CMD600 pueden ajustarse a voluntad. La sensibilidad, calculada en el punto anterior, debe introducirse en el software de asistencia. Y, por supuesto, debe definirse un campo de medida razonable, que garantice un resolución óptima.
  • Verificación de los parámetros ajustados: por último, es recomendable comparar una vez más las lecturas de la cadena de medición con las de la cadena de referencia.

En las siguientes secciones de este artículo se presupone que el sensor ya está montado y que se le ha aplicado un preesfuerzo adecuado. El preesfuerzo puede medirse directamente en el anillo de medida de fuerzas. Para ello se incluye un certificado de fabricación. Ajuste la sensibilidad del CMD600 en función de las necesidades, e incremente hasta el valor deseado. Mínimo: 10% de la fuerza nominal del anillo de medida de fuerzas.

Cuando utilice el amplificador de carga CMD600, conéctelo a un PC y utilice el software CMD Assistant para las labores de configuración. Consulte el manual de usuario del amplificador CMD600. Fije la sensibilidad del sensor en 1, utilizando pC como unidades. Con esta configuración, el amplificador mide la carga en pC.

Configure el CMD tal y como se explica más arriba: la sensibilidad es 1 y la señal del sensor se mide en pC. Ahora puede iniciarse el procedimiento de calibración.

Se ha definido la sensibilidad del CMD conforme al certificado del fabricante (4,3 pC/N). Se utiliza un anillo CFW de 50 kN. El preesfuerzo aplicado es ligeramente superior.

Paso 1: Determinación de la sensibilidad del sensor después de montarlo

Conecte el sensor al amplificador de carga. Asegúrese de que toda la cadena de medición esté a la misma temperatura que el entorno. Para evitar efectos de rodaje, es muy importante dejar que el amplificador de carga funcione durante dos horas antes de llevar a cabo la calibración.

Sitúe el transductor de fuerza de referencia de forma que toda la fuerza fluya a través suyo (evitando derivaciones de fuerza).

Ejemplo de calibración de un anillo de medida de fuerzas. El transductor de fuerza —tipo galga extensométrica— está en línea con el anillo CFW (al que se ha aplicado un preesfuerzo). Una unidad MGCplus amplifica la señal que proporciona el S9M (que se emplea como sensor de fuerza).  Si los requisitos de precisión son muy estrictos, es recomendable utilizar transductores de referencia. Se ha aplicado un preesfuerzo al anillo CFW, y se le aplica carga al mismo tiempo que al transductor de fuerza S9M. No obstante, este montaje es solo un ejemplo. En la práctica existen numerosos métodos de calibración; por ejemplo, se pueden utilizar pesos o generar una fuerza con la misma máquina que se desea monitorizar mediante los anillos CFW (una prensa, máquinas de soldadura, etc.).

También es importante seleccionar el campo de medida correcto. Para ello, multiplique la fuerza que vaya a utilizar para calibrar la cadena de medida por un factor de 4 pC/N. Con ello se obtiene un valor de sensibilidad habitual para sensores piezoeléctricos instalados en derivaciones de fuerzas. Incremente el resultado en un 20% aproximadamente e introduzca este valor de carga en CMD Assistant, como campo de medida físico. En el ejemplo de arriba, la calibración se lleva a cabo a unos 500 N; para una sensibilidad de 4 pC/N son de esperar señales en torno a 2000 pC (4pC/N * 500 N = 2000 pC). Por tanto, se define un campo de medida de 2500 pC.

Para que la precisión sea adecuada, la fuerza empleada en la calibración no debe ser inferior al 30% de la fuerza máxima que vaya a medirse con el anillo CFW. También es esencial evitar sobrecargas de los sensores. Inmediatamente antes de iniciar la medición de referencia, reinicie la cadena de medición piezoeléctrica y tare la cadena de referencia.

Aplique una carga al dispositivo de medida y mida la fuerza en la cadena de medida de referencia. CMD Assistant mostrará la carga en la pantalla del PC.


Ahora puede calcularse la sensibilidad del sensor, del modo siguiente:

Naturalmente, es posible hacer calibraciones similares para otras magnitudes aparte de la fuerza (como masa, par, etc.)

En nuestro ejemplo se obtiene el siguiente resultado:

Es recomendable calibrar toda la cadena de medición con ayuda de un amplificador de la serie CMA. Para ello, mida directamente la tensión de salida del amplificador de carga. La sensibilidad resultante de la cadena de medición es:

Paso 2: Ajuste del amplificador

Ahora se puede introducir la sensibilidad en el software CMD Assistant. Para ello, utilice el campo de sensibilidad del sensor.

Seguidamente, se puede definir el “campo de medida físico”, que es el campo de medida en sí. Introduzca la fuerza máxima que desee medir. Si, posteriormente, se registran valores de fuerza superiores, el amplificador CMD no producirá una salida de tensión proporcional.

Si se utiliza un amplificador de carga analógico de la serie CMA, la escala se define en la electrónica auxiliar.

Ajuste del amplificador CMA. Según los cálculos anteriores, la sensibilidad del sensor se definió como 3,801 pC/N y el campo de medida de la aplicación como 500 N. El CMD se autoescala de forma proporcional. A 500 N se produce una salida de tensión

Paso 3: Verificación

Después de realizar todos los ajustes anteriores, es recomendable hacer una última comparación con la cadena de medición de referencia. Aplique de nuevo una carga al dispositivo de medición y compare las lecturas de las dos cadenas de medición.

Medición de referencia. Existe una diferencia muy pequeña entre las dos cadenas de medida en el rango de carga parcial. Conclusión: excelente linealidad entre las dos cadenas; la piezoeléctrica y la basada en galgas extensométricas.
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