Como funciona uma célula de carga bending beam?

Durante uma medição, o peso atua no elemento de mola de metal da célula de carga e causa deformação elástica. Esta tensão (positiva ou negativa) é convertida em um sinal elétrico por um strain gauge (SG) que é instalado no elemento de mola. O tipo mais simples de célula de carga é uma barra de flexão (bending beam) com um extensômetro. Muitas vezes, os componentes básicos (obrigatórios), ou seja, elemento de mola e extensômetro, são complementados com elementos adicionais (caixa, elementos de vedação, etc.) que protegem os elementos do strain gauge.

Células de Carga bending beam simples

As células de carga bending beam são as melhores para muitas tarefas de medição. Aqui, o sinal, em princípio, depende do momento de flexão. Quando o ponto de aplicação de carga na direção longitudinal da viga de flexão muda com cargas idênticas, sinais diferentes são gerados. Por esse motivo, a viga de flexão simples é raramente usada em células de carga , porque requer medidas especiais para garantir um ponto de aplicação de carga constante (efeito do braço de alavanca).

Fig. 1: Princípio do bending beam duplo

Células de carga com múltiplos elementos de flexão

Vários feixes de flexão (bending beam) são frequentemente usados como elementos de mola para cargas de até 5 t. Este tipo de célula de carga usa principalmente dois feixes de flexão (feixe de flexão duplo) ou três (feixe triplo). Eles são acoplados através de elementos rígidos na fixação e no lado da aplicação de carga. O acoplamento rígido impõe um deslocamento puramente vertical do ponto de aplicação da carga e uma deformação em forma de S dos dois feixes. Este sistema é significativamente menos sensível para carregar deslocamentos de pontos de aplicação do que um único feixe de flexão. A deformação em forma de S gera zonas de deformação positivas e negativas na superfície, que são próximas umas das outras e facilitam consideravelmente a instalação e a fiação do strain gauge. A figura 2 mostra diferentes tipos de feixes de flexão duplos.

Fig. 2: Tipos de bending beam duplos

Células de Carga bending beam da HBM

A gama de tipos de células de carga da HBM utiliza várias modificações de vigas de flexão. Eles são empregados em aplicações de pesagem de tanques, engenharia de instalações e pesagem de processos. Muitas dessas múltiplas células de carga de vigas de flexão foram aprovadas, por exemplo, pelo Instituto Nacional de Metrologia da Alemanha (PTB), para integração em escalas que são usadas em aplicações legal-for-trade ou atmosferas potencialmente explosivas. Certificados para uso mundial também estão disponíveis. Z6 e HLC são típicas células de carga bending beam da HBM. As diferenças são as seguintes:

Células de carga Z6/Z6R

Estas células de carga cilíndricas são amplamente utilizadas. A Z6 foi desenvolvida pela HBM em 1972 e se estabeleceu como padrão, com milhões de unidades produzidas em todo o mundo. A célula de carga, com capacidades máximas que variam de 5 kg a 1 t, é empregada em balanças de plataforma e transportadores para dosagem e medição de nível, bem como para módulos de pesagem que, por exemplo, são usados para aplicações de pesagem de tanques. O elemento de medição sensível é protegido pelos foles metálicos característicos.  

A célula de carga bending beam Z6R legal-for-trade, foi projetada para capacidades máximas que variam de 20 a 200 kg e é mecanicamente e eletricamente compatível com o Z6. Foi especialmente desenvolvida para uso em aplicações com requisitos rigorosos de higiene ou ambientes agressivos. Ao contrário da Z6, seu design não envolve um fole, mas um corpo de medição hermeticamente fechado, sem folgas ou arestas, o que é particularmente fácil de limpar.

Com as células de carga Z6 / Z6R, os strain gauges são instalados na superfície plana na zona de deformação (acima ou abaixo dos dois orifícios de passagem) (ver figura 1 ou 2 [dependendo da capacidade máxima] na figura 2). A zona de tensão é então hermeticamente selada por um fole de aço inoxidável soldado (Z6) ou por um tubo de aço inoxidável robusto (Z6R).  

Células de carga HLC

Estas células de carga cubóides estão disponíveis com capacidades máximas que variam de 110 kg a 10 t. Eles são empregados em tanques, dosagem e balanças de plataforma, bem como em monitoramento de nível. Com as células de carga HLC, os strain gauges são instalados no orifício de passagem do elemento de medição (veja a última figura na figura 2). Esta zona é hermeticamente vedada por copos de aço inoxidável soldados

Outros formatos

Além de bending beam, existem vários outros formatos de células de carga. Estes incluem, por exemplo:

Células de carga para cargas em tração/compressão

Células de carga de tensão permitem a pesagem de cargas suspensas, como tanques. Aplicações típicas incluem medição de nível gravimétrico ou aplicações de dosagem com tanques de processo suspensos. As células de carga de compressão medem as cargas aplicadas, por exemplo, em balanças de veículos, silo e balanças de panela ou balanças de lotes.

Células de carga shear beam

As células de carga do shear beam oferecem excelente estabilidade no caso de forças laterais. As deformações de cisalhamento não variam quando o ponto de aplicação de carga se move dentro de um determinado intervalo. Portanto, o sinal elétrico que é proporcional à carga aplicada é independente do ponto de aplicação da carga. No entanto, efeitos secundários podem afetar o resultado da medição.

Projetos Especiais, como Células de Carga de Anel de Torção

As células de carga ring torsion são muito pequenas e podem, portanto, ser empregadas em muitas aplicações de pesagem diferentes. Seu design robusto garante condições favoráveis de instalação e operação, mesmo em ambientes hostis (mídia agressiva, interferência, variações de temperatura). As células de carga baseadas neste princípio suportam cargas laterais mais altas.

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