O padrão de calibração da célula de carga ISO 376 O padrão de calibração da célula de carga ISO 376 | HBM

Padrão de calibração de célula de carga ISO 376: Melhorando a confiabilidade e a incerteza

Você já se perguntou o que acontece com seu sensor quando solicita uma calibração de acordo com a ISO 376 e a que se referem os valores no certificado de calibração? Nesse caso, você pode encontrar um breve resumo do padrão mais aceito no mundo da medição de força (referência) neste artigo técnico.

O que significa calibração?

A calibração em geral descreve a comparação dos resultados da medição de um sensor em teste com um padrão de calibração. Isso significa que uma calibração sempre resulta em conhecer o sinal de saída de um transdutor de força quando carregado com uma certa força junto com a incerteza da célula de carga nesta etapa de força.

No caso de transdutores de força, existem dois métodos de calibração:

  • Carregando o transdutor de força com pesos
  • Carregando o transdutor de força usando um atuador hidráulico e medindo a força real com um transdutor de força de alta precisão

Por que solicitar um serviço de calibração faz sentido

A calibração garante que uma célula de carga funcione corretamente e também revela as características do transdutor de força individual. Portanto, você pode confiar nos resultados da medição medidos com um sensor calibrado. Além disso, a calibração ajuda com um melhor cálculo da incerteza de medição, pois as características no certificado de calibração para a célula de carga específica são, na maioria dos casos, muito mais precisas do que as especificações fornecidas na folha de dados e que se aplicam a toda a série de modelos.

No mundo dos transdutores de força de referência (padrões de transferência de força), a DIN EN ISO 376 é o padrão aceito globalmente. Ela se aplica a sensores mestres, bem como a muitas aplicações industriais. Embora seja mais complexo do que um padrão de trabalho ou calibração DKD-R 3-3, também é muito mais preciso e frequentemente necessário.

O resumo fornecido aqui não pode substituir o padrão ISO 376 completo, mas ajudará você a entender o que acontece se você enviar seu transdutor de força para o laboratório de calibração HBK para uma calibração ISO 376.

O que o padrão ISO 376 define?

  • O procedimento de teste (número de pré-cargas, número de etapas de carga,...
  • Os valores característicos (saída nominal, histerese, repetibilidade,...) calculados a partir dos dados brutos registrados durante o processo de calibração, bem como o método de cálculo para eles
  • A incerteza da célula de carga sob diferentes circunstâncias (seja para aumentar forças ou para aumentar e diminuir forças) para cada etapa de carga (e as forças intermediárias)
  • A classificação do sensor de força para cada etapa de carga e faixa de força

O procedimento de teste

Pré-carregamento

Cada calibração ISO 376 começa com o pré-carregamento do sensor três vezes. Cada vez, a pré-carga é aplicada com a força máxima de calibração.

Medindo duas vezes com forças crescentes em etapas de carga (R1 e R2)

Na próxima fase do procedimento de teste, o sensor é carregado até a força máxima de calibração com cargas crescentes em oito a dez etapas. Após a descarga, o mesmo procedimento é repetido em uma posição de montagem inalterada. Em outras palavras, a célula de carga permanece imóvel dentro da máquina de calibração e as mesmas etapas de carga são repetidas uma segunda vez.

Medição em diferentes posições de montagem (R3 - R6)

Quando isso for concluído, o sensor é desmontado, girado em 120° e reinstalado na máquina de calibração. Após uma pré-carga com a força máxima de calibração, as etapas de carga da fase anterior são aplicadas novamente ao sensor até a força máxima de calibração e, em seguida, descarregadas nos mesmos intervalos. Observe que a etapa de carga usada ao diminuir a força é a mesma que durante o aumento. Isso difere das duas fases anteriores do procedimento de teste, em que o sensor foi descarregado da força máxima de calibração para zero de uma só vez.

Depois de desmontar o sensor pela segunda vez, ele é novamente girado em 120° e totalmente pré-carregado até sua força máxima de calibração. Em seguida, ele é carregado e descarregado outra vez com as mesmas etapas de carregamento descritas acima para a parte anterior do teste.

Medição de deslocamento

Depois que o sensor é descarregado novamente, a última etapa do procedimento é uma medição de deslocamento.

Procedimento completo - passo a passo

Todos os certificados de calibração mostram os resultados de cada linha de medição (R1 - R6) em detalhes:

  • R1 Primeira execução: Aumentando a força
  • R2 Segunda execução: Aumento da força, sem rotação

→ ROTAÇÃO DE 120°

  • R3 Terceira execução: Aumentando a força
  • Terceira execução R4: Do passo de carga mais alto de R3, diminuindo a força

→ GIRANDO EM 120° 

  • R5 Quarta execução: Aumentando a força
  • R6 Quarta execução: Do passo de carga mais alto de R5, diminuindo a força

→ Medição de fluência

Os resultados: Valores característicos

Para poder comparar os diferentes sensores de força e atribuí-los a uma classe de precisão apropriada, os valores característicos devem ser determinados e avaliados para cada sensor e cada etapa de carga. As seguintes especificações são calculadas a partir do procedimento de teste descrito acima:

  • Repetibilidade: A diferença no sinal de saída na posição de montagem inalterada

  • Reprodutibilidade: Descreve a diferença no sinal de saída na mesma etapa de carga em diferentes posições de montagem

  • Erro de interpolação: O erro de interpolação mostra a diferença entre a curva característica real do sensor e o ajuste da curva

  • Reversibilidade/histerese: Descreve a diferença no sinal de saída entre o aumento e a diminuição do ciclo de carga em uma determinada etapa de carga

  • Erro de fluência: Indica a mudança do sinal de saída sob carga constante

  • Erro zero: Indica o desvio do ponto zero antes e depois de um círculo de carga/descarga.

Exceto pelo erro zero, todas as características são calculadas em relação a cada etapa de carga individual, ou seja, em relação ao valor real. É fato que o resultado de uma calibração nunca pode ser mais preciso do que a máquina de calibração usada. Portanto, a incerteza da máquina de calibração é um ponto importante a ser considerado.

  • Incerteza expandida da força aplicada: Esse erro não está relacionado à célula de carga, mas à máquina de calibração usada

Veja o glossário de medição de força HBK para obter mais informações sobre as características descritas aqui. 

Incerteza de medição e classificação

Cada transdutor calibrado de acordo com a DIN EN ISO 376 recebe um certificado de calibração que avalia os valores característicos do sensor e fornece informações sobre a máquina de calibração usada, sua rastreabilidade e incerteza e as condições ambientais durante o procedimento de calibração. No certificado, você pode encontrar a incerteza para a célula de carga calibrada para cada etapa de carga para quatro casos de uso diferentes:

  • Caso A: Somente para aumentar as forças ao usar o sensor somente para forças iguais a uma etapa de carga da calibração

  • Caso C: Somente para aumentar as forças, mas pode ser usado para qualquer força na faixa de calibração

  • Caso B: Para aumentar e diminuir forças, o uso do sensor é apenas para forças iguais à etapa de carga da calibração.

  • Caso D: Para aumentar e diminuir forças, mas pode ser usado para qualquer força na faixa de calibração

Os quatro casos incluem valores característicos diferentes no cálculo da incerteza da medição. Por exemplo, o caso A não leva em consideração o erro de interpolação e a reversibilidade, mas o caso D leva.

A incerteza é dada como uma “incerteza expandida”, o que significa que é dada para o fator de cobertura k=2. Isso significa que 95% de todos os testes estarão nessa faixa de incerteza.

Uma análise completa de qual caso considera quais erros de medição podem ser encontrados abaixo.

Além disso, você encontrará uma classificação para cada etapa de carga e cada caso, com 00 sendo a melhor classe e 2 sendo a pior. Como o transdutor de força recebe uma classificação para cada etapa de carga, as classes podem ser especificadas em intervalos. Por exemplo, um sensor atende aos requisitos da classe 00 de 40% a 100% da força nominal, mas apenas a classe 0,5 de 10% a 29.99999%.

A HBK garante a classe de precisão dos sensores, se solicitado junto com uma calibração. Você pode encontrar as faixas de medição e a classe de precisão de acordo com a ISO 376 na tabela abaixo.

SensorClasseFaixa de medição
C150010% — 100%
U150,510% — 100%
Z4A0020% — 100%
Z30a0020% — 100%
C180,520% — 100%
C50040% — 100% (20% - 100%)

Figura 4 — Sensores HBK e suas faixas de medição

Na HBK, a classe de precisão de acordo com a ISO 376 é sempre definida com uma contagem de faixa de medição para todos os casos de uso.

Para maiores exigências de precisão do sensor, os sensores de força de transferência superior HBK têm características técnicas ainda melhores do que as exigidas pela classe 00 ISO 376.