Cinco normas de instalación y montaje

Los transductores de fuerza piezoeléctricos ofrecen numerosas ventajas para las aplicaciones en entornos industriales:

  • Son extraordinariamente compactos.
  • Las cadenas de medición piezoeléctricas, cuando se diseñan adecuadamente, resisten sobrecargas extremadamente altas, con un desplazamiento insignificante.
  • El resultado es una elevada rigidez y, en consecuencia, unas excelentes propiedades dinámicas.

1. ¿Se necesita un esfuerzo inicial?

HBM ofrece transductores de fuerza piezoeléctricos con dos diseños diferenciados:

Los anillos de medida de fuerzas CFW y los transductores de fuerza CFT.

Los transductores fuerza CFT se calibran y se entregan acompañados de certificados de pruebas. Dado que estos transductores de fuerza ya se han sometido a preesfuerzos a escala inter­na, pueden aplicarse de forma inmediata. No es necesario calibrar de nuevo la cadena de medición.

Los anillos de medida de fuerzas CFW presentan un diseño considerablemente más plano y no se han sometido a preesfuerzos. Ese preesfuerzo debe aplicarse durante el montaje.

Estos transductores deben calibrarse una vez montados.

El preesfuerzo sobre el anillo de medida de fuerzas es necesario para garantizar la linea­lidad y resistencia estructural del transductor.

Este preesfuerzo implica la instalación de otro elemento mecánico en paralelo al transductor de fuerza.

Recomendamos aplicar al anillo de medida de fuerzas un preesfuerzo mínimo igual al 10% de su fuerza nominal. El propio anillo de medida de fuerzas se puede utilizar para determinar el esfuerzo inicial.

Una parte de la fuerza de medición se deriva a través del elemento de preesfuerzo. El preesfuerzo y la derivación de fuerzas se determinan en función de la situación de instalación. Por lo tanto, es necesario calibrar los anillos de medida de fuerzas una vez completado el montaje: de este modo se puede comparar la señal de salida del transductor con una fuerza conocida. La precisión de los resultados de la medición depende de forma significativa de la precisión de la calibración.

2. Cómo mejorar la calidad de la señal de salida

Diagrama de bloques de un amplificador de carga

La salida de carga de un transductor piezoeléctrico se convierte en una tensión directamente proporcional mediante un amplificador de carga.

Los sensores piezoeléctricos son ideales para realizar mediciones dinámicas (no referidas al punto cero). La deriva generada por una cadena de medi­ción piezoeléctrica es tan baja que no afecta a la precisión, ni siquiera aunque los requisitos sean exigentes.

La deriva es un efecto del amplificador de carga. Los trans­ductores en sí no presentan ninguna deriva si la instalación y las conexiones son correctas. La deriva máxima de una cadena de medición es de 0,1 pC/s o 25 mN/s si el sensor es de cuarzo y 13 mN/s si el sensor es de fosfato de galio.

Para conseguir una deriva más baja, tenga en cuenta los dos factores siguientes:

1. Comportamiento del amplificador de carga en funcionamiento

El amplificador de carga debe dejarse funcionar como mínimo una hora antes de iniciar la medición.

2. Limpieza de las conexiones

Si la resistencia de aislamiento del cable entre el transductor y el amplificador de carga es demasiado baja, la cadena de medición registrará una deriva, porque se descargará a través de esa resistencia de aislamiento insuficiente. Para mantener la deriva de la cadena de medición piezoeléctrica dentro de unos márgenes bajos, todas las tomas y conectores deben estar limpios en todo momento.

Evite tocar con las manos las superficies de los contactos abiertos, ya que con ello se reduce la resistencia de aislamiento.

También le recomendamos dejar las cubiertas de protección (incluidas en el suministro) en los conectores de los sensores y los amplificadores de carga hasta el momento de conectarlos. Y, cuando los  desconecte, instale de nuevo las cubiertas de protección.

Los transductores piezoeléctricos deben conectarse a un amplificador de carga a través de un cable coaxial de alta calidad (HBM ofrece el cable 1-KAB143/3 para este fin). Ese cable no se puede reparar: si se daña, debe cambiarlo.

Si utiliza la cadena de medición siempre con un cable conectado y guarda los sensores siempre con sus cubiertas de protección, por lo general evitará que se ensucien las superficies de contacto

3. Limpie las tomas sucias

No obstante, si a pesar de todas las precauciones, las tomas se ensucian, puede limpiarlas del modo siguiente:

  • En primer lugar, desenrosque la toma.
  • Limpie las superficies blancas de la toma con una gasa limpiadora (por ejemplo, las que ofrece HBM con el código de pedido 1-8402.0026).
  • Pulverice isopropanol puro sobre la toma (por ejemplo: IPA200 de RS Components).
  • Limpie de nuevo la toma con una gasa limpia.

Los conectores de los cables no se pueden limpiar; si el cable está sucio, debe cambiarlo.

El producto de limpieza RMS1, que se utiliza para la limpieza de los puntos de instalación de las galgas extensométricas, no es adecuado para limpiar sensores piezoeléctricos.

4. Optimice el entorno de medición de fuerza

Influencia de la temperatura del transductor en la curva característica:

La influencia de la temperatura en la sensibilidad del transductor es muy baja (0,2%/10 K) y resulta despreciable en la mayoría de aplicaciones.

Los cambios de temperatura generan esfuerzos térmicos. Además, la constan­te elástica de los elementos de preesfuerzo depende de la temperatura.

Es importante que la señal de salida únicamente cambie en caso de que se modifique la temperatura. En mediciones estacionarias, no se genera ninguna carga y los cambios en la temperatura no influyen en la medición.

Los efectos de la temperatura se pueden minimizar si se garantiza quet

  • El transductor se guarda durante un tiempo suficiente a la temperatura de la aplicación.
  • El transductor no se toca poco antes de la medición, ya que el calor de las manos puede calentar los sensores de forma desigual.
  • Se lleva a cabo un reinicio después de cada ciclo de medición.

La influencia de la deriva y los cambios de temperatura es extremadamente baja, sobre ­todo con tiempos de medición del orden de minutos y grandes fuerzas; en definitiva, no dan lugar a imprecisiones relevantes en la medición.

5. Tenga en cuenta los límites de carga

En los transductores de fuerza piezoeléctricos, el cristal se encuentra directamente en la trayectoria del flujo de la fuerza. Los elementos de medición (cuarzo o GaPO4) están diseñados para la fuerza normal máxima de cada transductor específico.

Los momentos de flexión aplicados pueden dar lugar a una sobrecarga del transductor, si el cristal recibe más carga por un lado y menos por el lado opuesto.

El esfuerzo mecánico máximo es la suma de esfuerzos causada por el momento de flexión en el cristal y los esfuerzos de carga de las fuerzas axiales que van a medirse. La presión superficial máxima permitida no debe superarse bajo ninguna circunstancia.

Dado que en los transductores piezoeléctricos la señal de salida no depende de la fuerza nominal del sensor, puede ser interesante seleccionar transduc­tores con una fuerza nominal superior, para evitar problemas de sobrecarga. El diagrama a continuación muestra el momento de flexión máximo permitido en función de la fuerza del proceso. El anillo de medida de fuerzas puede aceptar el momento de flexión máximo permitido con un esfuerzo de carga del 50%.

Selección de componentes

Una cadena de medición piezoeléctrica está compuesta por un transductor, un amplificador de carga y un cable que conecta los componentes.

Si se conoce la fuerza máxima que se va a medir, se puede seleccionar una amplificador de carga analógico adecuado de la serie CMA.

El amplificador de carga digital CMD600 de HBM permite elegir libremente los intervalos de medición. Además, el CMD600 ofrece funciones adicionales, como representación de curva continua, almacenamiento del valor medido, valores pico/valores límite o aprendizaje automático de los intervalos de medición ("función Sensorteach").

El transductor se puede diseñar en función de la sobrecarga máxima y los requisitos geométricos, ya que la señal de salida no depende de la carga nominal.

El CMD600 puede cubrir todos los intervalos de medición; no es necesario hacer una selección específica.

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