Tendência na Tecnologia de Medição de Força

Os avanços tecnológicos na engenharia de bancos de ensaio não são apenas impulsionados pelos amplificadores de medição e sistemas de software usados nesta área. Os sensores também precisam contribuir para a inovação, atendendo às principais tendências, como a necessidade de um menor tempo de configuração, mais flexibilidade nos ensaios e em sua automação.

Usando o exemplo da medição da grandeza força, gostaríamos de apresentar como a última geração de sensores baseados em strain gages atendem aos mais variados requisitos dos bancos de ensaio.

O desenvolvimento de sensores de força nos últimos anos têm produzido sensores mais precisos que, ao mesmo tempo, são robustos, amigáveis, fáceis de configurar e de baixo custo.

 

 

Visão geral das 4 principais tendências

Mais precisão

Condições extremas de operação

Máxima flexibilidade

Medição de grandes forças

Tendência de Inovação #1: Aumento da Precisão

Mais precisão no banco de ensaios compensa imediatamente - através de uma ampla faixa de medição.

A precisão do sensor é uma questão de interesse econômico considerável. A razão disso é que a faixa de medição aproveitável do sensor é maior tanto quanto menor for sua incerteza de medição.

Esta correlação é ilustrada no diagrama: é baseada no sensor S2M, um sensor de força industrial fabricado em larga escala. É comparado com seu modelo antecessor, o S2. Projetado para ser de última geração, o S2M torna possível atingir uma faixa de medição ainda maior, respeitando a incerteza de medição. O cálculo em nosso exemplo é baseado em uma medição de força na faixa de carga parcial de ambos os sensores. O tempo de medição é de 30 minutos. Uma mudança de temperatura de 20 Kelvin foi assumida durante a medição. A faixa de medição do sensor é de 500N. A seguintes grandezas influentes foram levadas em conta: linearidade, coeficiente de temperatura do ponto zero e sensibilidade, histerese e creep.

Um sensor com uma faixa de medição de 500N pode ser usado para determinar forças de aproximadamente 20N com boa precisão.  Existem duas possibilidades para se beneficiar desta vantagem:

  • Você pode usar um sensor que oferece maior capacidade para melhorar a estabilidade de sobrecarga de sua cadeia de medição. A cadeia de medição se torna mais robusta. Quando se utiliza sensores modernos, a incerteza é muito baixa;
  • Você usa os sensores em uma ampla faixa de medição, reduzindo a variedade de modelos.

Tendência de Inovação #2: Pronto para Ambientes Extremos

Sensores de força hermeticamente selados estão agora disponíveis para a maioria das grandezas de medição. Forças muito pequenas, de até 500N, ainda apresentam desafios.

O uso de produtos em ambientes extremos é cada vez mais comum. Aqui, você tem a vantagem de um sistema amplificador ultra-robusto e, claro, sensores que são desenvolvidos para responder a estes desafios!

Sensores de força hermeticamente soldados estão agora disponíveis e atendem aos altos padrões em termos de robustez. O alto grau de proteção IP68 (uma característica padrão da série) é demonstrada por um ensaio de imersão em uma coluna de água de três metros por 100 horas.

Aços inoxidáveis modernos têm provado sua eficiência tanto na resistência à corrosão quanto nas propriedades de elasticidade do material. Assim, fabricantes como a HBM garantem a disponibilidade de uma combinação de aço inoxidável, IP68, encapsulamento hermético e grau de precisão 0,02*.

*Classes de precisão pelos padrões HBM atendem aos requisitos significativamente maiores do que as normas gerais do mercado.

O que fazer em caso de forças pequenas?

Em forças muito pequenas, de até 500N, é muito difícil utilizar o aço como material para produtos que tem que se deformar em regime elástico, como é o caso dos sensores de força. O menor módulo de elasticidade do alumínio é vantajoso neste caso. Entretanto, os strain gages devem ser protegidos com silicone. Por conta disso, melhorias na sensibilidade à umidade devem ser atingidas através do projeto dos strain gages. Por exemplo, a utilização de PEEK (abreviatura em inglês para Polyether Ether Ketone) como material da base do strain gage ao invés da convencional Poliamida, faz com que a absorção de umidade seja drasticamente reduzida. Sensores construídos com strain gages em PEEK alcançam um grau de proteção razoável para boa parte das aplicações industriais, embora não sejam totalmente encapsulados.

Com um conector incorporado e encapsulado hermeticamente, o sensor de força U10 da HBM atinge grau de proteção IP68 com perfeita precisão.

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Tendência de Inovação #3: Flexibilidade

Sensores de força modernos são entregues como especificado pelo cliente e, praticamente, prontos para instalação.

Os padrões de flexibilidade dos sensores têm aumentado significativamente. Para reduzir ainda mais o tempo de configuração, engenheiros de bancos de testes usam uma variedade de acessórios para aplicação de força, calibrações, comprimento do cabo ou conectores montados permanentemente pela fábrica.

Sensores de força modernos passam por este desafio através de seu design modular. Praticamente todo sensor de força da HBM pode, agora, ser configurado individualmente, com muitos conectores e cabos opcionais. Um total de 2.304 diferentes combinações possíveis estão disponíveis para configurar um sensor de força C10

A demanda por TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) também aumentou consideravelmente nos últimos anos. TEDS significa: um sensor que é passivo, contém um pequeno chip de memória onde seus dados podem ser lidos. Usando os amplificadores apropriados, esta tecnologia elimina a necessidade de parametrização dos canais de medição e também diminui a possiblidade de erros.

2304

Número de combinações possíveis disponíveis com o sensor de força C10:

  • Ponte dupla / ponte simples;
  • Voltagem de saída 4 mV/V ou 2mV/V;
  • TEDS ;
  • Calibração de 100% ou 50%;
  • Com ou sem base de carga;
  • Proteção do conector;
  • Conector, cabo integrado;
  • Opção de IP68.

Tendência de Inovação #4: Grandes Forças

Sistemas montados: Amplie pequenos detalhes. 

Devido ao fato dos equipamentos técnicos tornarem-se maiores, a HBM oferece agora soluções especiais para até 20MN, além de produtos padrão para até 5MN. Isso pode ser aplicado em navios e também em sistemas de energia eólica, por exemplo. Grandes forças ocorrem quando os navios ou as usinas eólicas entram em operação e estas forças devem ser verificadas através de ensaios.

Claro que sempre será necessária a calibração dos sensores de força usados em campo. As possibilidades de calibrar grandes forças são limitadas.

Em geral, uma fonte de força (por exemplo, um cilindro hidráulico) e o sensor de força de referência são usados para calibrar grandes forças. A precisão do sensor de força de referência determina a precisão da calibração.

Por esta razão, a HBM desenvolveu os chamados "sistemas montados", onde três sensores de força são montados em paralelo. Tais sistemas são usados em calibração e também em muitos projetos de pesquisa. O objetivo é ser capaz de derivar o comportamento do sistema completo das propriedades dos pequenos sensores individuais.

Por exemplo, você poderia medir de forma precisa três sensores com pequenas capacidades para desenvolver um sistema com três vezes mais capacidade que um único sensor.

Devido ao fato de que esta tecnologia tornará possível o uso da tecnologia de medição de força em tarefas de ensaio com calibração extremamente precisa, a pesquisa é patrocinada pela União Européia. A capacidade atual dos sistemas é entre 60kN e 10MN.

 

 


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