Cabos de conexão para sensores de Strain Gauge - O que considerar?

Os cabos de sinal usados para conectar sensores baseados em Strain Gauge a um módulo amplificador devem atender a muitos requisitos diferentes. O sucesso de uma medição, assim como a confiabilidade das máquinas em operação com base na força, também depende da escolha do cabo. Ao planejar uma configuração, é, portanto, válido considerar não apenas qual sensor escolher, mas também qual cabo usar - embora, isso possa parecer menos importante do que questões como determinar a incerteza de medição ou como selecionar as interfaces certas .

Qual é a diferença entre cabos de medição e cabos de alimentação padrão?

Para responder a essa pergunta, vamos começar considerando a ordem de magnitude da tensão de saída dos sensores Strain Gauge.

O sinal de saída do sensor de Strain Gauge é dado em mV / V. A HBK oferece sensores de força que, dependendo de seu projeto, fornecem sinais de saída entre 0,5 mV / V e mais de 4 mV / V quando carregados com sua força nominal (nominal).

Por exemplo, o U10F / 250KN tem um sinal de saída de 2 mV / V quando uma força de 250.000 N é aplicada. Sensores de força normalmente operam com uma tensão de excitação (tensão de alimentação) de 5 V. Isso significa que na força nominal, uma tensão de saída de 10 mV está disponível, que amplificadores modernos podem facilmente resolver em mais de 500.000 dígitos. Um dígito corresponde a uma mudança de tensão de 0,02 µV ou 0,5 N. O desafio é transmitir essa mudança do sensor para o amplificador de medição sem perda ou interferência. Os cabos de sinal devem, portanto, atender aos seguintes requisitos:

  • Blindagem extensa e altamente eficaz para garantir a segurança mesmo em ambientes EMC críticos
  • Capacitâncias baixas e resistências de linha baixas. Caso contrário, um elemento RC é criado no cabo; isso pode causar mudanças de fase e erros de amplitude durante medições rápidas e atuar como um filtro indesejado
  • Simetria capacitiva dos fios (os pares individuais de fios precisam ter capacitâncias idênticas) para evitar influências indesejadas ao usar amplificadores de medição de frequência portadora
  • Alta simetria geométrica para compensar influências eletromagnéticas e capacitivas

Os cabos de sinal de Strain Gauge consistem em quatro (ou seis) fios separados em cada cabo de sinal (consulte as ilustrações). A capacitância entre os fios do cabo depende do projeto e do comprimento do cabo. Idealmente, todas as capacitâncias são idênticas e as mais baixas possíveis. As cores dos fios correspondem ao padrão HBK. Azul e preto alimentam o circuito do Strain Gauge com a tensão de excitação; o sinal de medição está disponível nos fios vermelho e branco, que é amplificado e avaliado.

Para atender a todos os requisitos mencionados acima, geralmente recomendamos o uso de cabos projetados para medições de Strain Gauge.

Por que existem diferentes tipos de cabo?

Os aspectos mencionados acima cobrem apenas alguns dos requisitos para cabos de sinal - ou seja, os pré-requisitos puramente metrológicos.

Na prática, vários recursos adicionais são necessários, como adequação para correntes de arrasto, maior resistência à temperatura ou precisão de medição particularmente alta. Nenhum cabo pode atender a todos esses requisitos ao mesmo tempo.

Portanto, a linha padrão de acessórios do transdutor de força da HBK oferece três tipos de cabo que cobrem os vários requisitos.

O cabo Tipo 131, que tem menos de 4 mm de espessura, é adequado para uso em ambientes hostis, incluindo correntes de arrasto. Seu pequeno diâmetro é uma grande vantagem do ponto de vista mecânico, mas resulta em maiores capacitâncias e resistências de linha. Portanto, este cabo não pode ser recomendado para uso com frequências portadoras altas (4,8 kHz) em combinação com comprimentos de linha longos. Além disso, o uso em medições muito rápidas só é recomendado se o cabo for curto (menos de 10 m).

Os cabos do tipo 131 também podem ser usados quando é importante garantir o menor shunt de força possível.

O cabo Tipo139B tem um diâmetro externo de 7,5 mm. Além da blindagem que cobre os fios de todos os cabos de sinal, os pares individuais também são blindados, ou seja, os dois fios que conectam a saída do sensor de força ao amplificador de medição, os dois fios que transportam a tensão de excitação e as linhas sensoriais. Isso garante que as correntes de excitação não afetem o sinal de medição ou as linhas de detecção.

O cabo, com sua capacitância muito baixa, também é adequado para altas frequências portadoras e comprimentos de linha muito longos (≥ 100 m). É a primeira escolha para medições de alta precisão na faixa de referência. Por outro lado, é muito rígido e possui um grande raio de curvatura. O cabo Tipo139B não é, portanto, adequado para aplicações em que estaria permanentemente em movimento ou para correntes de arrasto. Este cabo é a 'contraparte especializada' do cabo Tipo 131.

Dados técnicos detalhados para nossos cabos podem ser encontrados aqui. Todos os cabos estão disponíveis em comprimentos diferentes.

Além do exposto, é importante observar os limites de temperatura. Influências químicas também podem representar um problema. Como é impossível testar um cabo para todos os tipos de produtos químicos, apenas um teste prático pode levar ao cabo mais adequado.

Os cabos mencionados neste artigo não são adequados para instalação no solo. Para essas aplicações - bem como para outras aplicações que levantam questões - recomendamos que você entre em contato com nossos especialistas de vendas da HBK e peça-lhes que aconselhem sobre uma solução.

Se você pretende soldar o plugue ao cabo por conta própria, certifique-se de que a blindagem esteja amplamente conectada ao aterramento. Com os produtos HBK, a blindagem do cabo é conectada galvanicamente ao invólucro do sensor de força e ao invólucro do amplificador, criando uma gaiola de Faraday para toda a cadeia de medição. As cadeias de medição de força HBK alcançam, assim, um nível muito alto de imunidade à interferência eletromagnética. O teste no laboratório EMC e o teste de acordo com o padrão IEC fazem parte do procedimento de teste de tipo para todos os sensores de força HBK.

Potenciais elétricos diferentes no sensor e no amplificador podem resultar em correntes de compensação na blindagem do cabo, o que pode interferir fortemente na medição. A caixa do amplificador e o sensor devem, portanto, estar em curto com baixa resistência.

Se sua aplicação requer cabos muito longos, recomendamos o uso de extensões - especialmente ao usar transdutores de força com um cabo fixo. Para isso, nossos cabos também estão disponíveis por medidor, o que pode ser útil para bancadas de teste que estão sendo convertidas de tempos em tempos.

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