Le rondelle di forza devono essere sempre precaricate durante il montaggio. Ciò vale anche per le rondelle piezoelettriche di forza CFW. Dopo il montaggio, queste rondelle operano nello shunt di forza, cioè in una parte della forza che non passa più attraverso il sensore bensì nel dispositivo di precaricamento, ad esempio negli elementi di precompressione CPS.

La sensibilità di misura della catena varia in funzione della struttura del dispositivo di precaricamento. Per esempio, se vengono usati gli elementi di precompressione CPS della HBM, la sensibilità delle rondelle piezoelettriche di forza CFW risulta ridotta del 7-12 %. Dopo il montaggio, la rondella di forza deve essere tarata per consentire l'affidabile determinazione della sensibilità.

Aggiustamento usando trasduttori di forza tarati

Un metodo per tarare i sensori è l'impiego di trasduttori di forza tarati. Ciò richiede un trasduttore di forza ed anche un amplificatore. I trasduttori di forza di riferimento ad estensimetri (C18, serie Z30A) sono particolarmente indicati per questo impiego.

Si possono utilizzare anche i trasduttori di forza per applicazioni industriali quali, ad esempio, gli S9M della HBM. Se non sono disponibili gli amplificatori appositi per sensori ad estensimetri, si possono impiegare anche i sensori della serie CFT. La serie CFT comprende trasduttori piezoelettrici precompressi che sono stati già tarati prima della consegna, perciò la loro sensibilità è nota. 

Scegliendo il trasduttore di riferimento, tenere presente che l'accuratezza raggiungibile in seguito non potrà mai essere migliore della precisione della propria taratura che, a sua volta, è determinata dall'accuratezza della catena di misura di riferimento.

Tre passi per la taratura della catena di misura

Come anzi menzionato, una catena di misura comprendente una rondella piezoelettrica di forza (CFW) quale sensore, deve essere sempre tarata dopo il montaggio del sensore. Ciò significa che le condizioni meccaniche di montaggio non possono più essere variate dopo la procedura di taratura. Ciò vale in particolare per la forza di precompressione.

Per tarare una catena di misura sono necessari tre passi:

  • Determinazione della sensibilità del sensore dopo il montaggio. La forza in N, la massa in kg o similare deve essere misurata contemporaneamente alla carica generata dalla rondella piezolettrica soggetta a tale forza. La sensibilità può essere ora facilmente calcolata dividendo la carica per la forza (sensibilità = carica / forza).
  • Configurazione dell'amplificatore di carica. Il campo di misura ed il guadagno dell'amplificatore digitale di carica CMD600 sono liberamente regolabili. La sensibilità calcolata come sopra descritto deve essere assegnata mediante il software Assistant. Per garantire la risoluzione ottimale si deve impostare un adeguato campo di misura.
  • Verifica dei parametri impostati. Infine, si consiglia di confrontare ancora una volta la catena di misura operativa con la catena di misura di riferimento.

Nelle seguenti sezioni di questo articolo si presume che il vostro sensore sia stato già montato ed adeguatamente presollecitato. La precompressione si può misurare direttamente con la rondella stessa. A tale scopo è compreso un certificato di fabbrica. Aggiustare come richiesto la sensibilità sul CMD600 ed aumentare la forza di presollecitazione al valore desiderato. Minimo: 10 % della forza nominale della rondella di forza.

Se viene usato l'amplificatore di carica CMD600, collegarlo al PC ed usare il CMD Assistant per la configurazione. Si prega di osservare il manuale d'istruzione del CMD600. Sul PC impostare la sensibilità del sensore ad 1 e l'unità di misura. Usando questa configurazione, l'amplificatore misurerà la carica in pC.

Configurare il CMD come sopra descritto: la sensibilità sia 1 ed il segnale di misura del sensore sia in pC. Questo è il modo di avviare la procedura di taratura.

La sensibilità del CMD è stata impostata in conformità al certificato di fabbricazione (4,3 pC/N). Viene usato un sensore CFW/50 kN. È stato applicato un precarico leggermente più alto.

Passo 1: Determinazione sensibilità del sensore dopo il montaggio

Collegare il sensore all'amplificatore di carica. Assicurarsi che l'intera catena di misura abbia la stessa temperatura del suo ambiente. Per prevenire processi di deriva è essenziale che la taratura venga effettuata solo dopo che l'amplificatore di carica sia rimasto in funzione per almeno due ore.

Posizionare il trasduttore di forza di riferimento in modo che l'intera forza gli fluisca attraverso (evitare deviazioni della forza).

Esempio di taratura della rondella di forza. Il trasduttore di forza ad estensimetri sia in linea col CFW precaricato. Un MGCplus amplifica il segnale fornito dallo S9M utilizzato come sensore di forza. Se è richiesta una precisione molto elevata si consiglia l'impiego di trasduttori di riferimento. La rondella di forza CFW sia precompressa ed il carico venga applicato contemporaneamente al trasduttore di forza S9M. Tuttavia questo è solo un esempio. Nella pratica esistono molti metodi di taratura, ad esempio usando pesi morti o generando la forza con una macchina che sia controllata dal CFW (presse, saldatrici, ecc.).

È altrettanto importante scegliere il campo di misura corretto. A tal scopo moltiplicare la forza che si desidera usare per tarare la catena di misura per 4 pC/N. Questo è il valore di sensibilità abituale per sensori piezoelettrici installati in uno shunt di forza. Aggiungere un circa 20 % al risultato ed assegnare questo valore di carica nel CMD Assistant quale campo di misura fisico. Nel nostro esempio precedente, la taratura viene effettuata con circa 500 N; con sensibilità di 4 pC / N ci si aspetta un segnale di circa 2000 pC (4 pC/N * 500 N = 2000 pC). Il campo di misura è stato impostato a 2500 pC.

Per garantire l'adeguata accuratezza, la forza usata per la taratura non dovrebbe essere inferiore al 30 % della forza massima che deve essere rilevata dal CFW. È essenziale prevenire il sovraccaricamento dei sensori. Resettare la catena piezoelettrica di misura e tarare la catena di misura di riferimento immediatamente prima di iniziare l'acquisizione di riferimento.

Applicare un carico allo strumento di misura e rilevare la forza utilizzando la catena di misura di riferimento. Il valore della carica verrà simultaneamente indicato sullo schermo del PC in cui gira il CMD Assistant.

La sensibilità del sensore viene ora calcolata come segue:

In modo analogo, oltre alla forza si possono ovviamente tarare altre grandezze di misura (massa, coppia, ecc.)

Nel nostro esempio si ottengono i seguenti risultati:

Usando un amplificatore della serieCMA si raccomanda di tarare l'intera catena di misura. A tal scopo misurare direttamente la tensione di uscita dell'amplificatore di carica. La risultante sensibilità della catena di misura è:

Passo 2: Configurazione dell'amplificatore

Si può ora assegnare la sensibilità nello CMD Assistant. Aal scopo utilizzare il campo "Sensor sensitivity" (Sensibilità sensore).

Indi si può definire il "physical input range" (campo d'ingresso fisico), cioè il campo di misura. Assegnare ad esso la forza massima che si desidera misurare. Se quest'ultima fosse poi inferiore al valore effettivo, il CMD non sarà più in grado di trasferirla alla tensione di uscita.

Usando invece l'amplificatore di carica analogico della serie CMA, la scalatura deve essere effettuata sulla susseguente elettronica.

Impostazione del CMA. Come sopra calcolato, la sensibilità del sensore è stata definita a 3.801 pC/N ed il campo di misura dell'applicazione a 500 N. Il CMD si autoscala di conseguenza. Con 500 N, la tensione di uscita è di 10 V.

Passo 3: Verifica

Dopo aver effettuato tutte le impostazioni, si consiglia di fare nuovamente un confronto con la catena di misura di riferimento. Caricare ancora una volta lo strumento di misura e confrontare le due catene di misura.

Misurazione di riferimento. Se anche nella gamma dei carichi parziali appare poca differenza fra le due catene di misura, il risultato è: eccellente linearità di ambedue le catene di misura, quella piezoelettrica e quella ad estensimetri.
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