As vantagens e desvantagens da medição de força com transdutores de deformação ativos

1. Princípio de funcionamento, vantagens e limitações de transdutores de deformação

Os transdutores de deformação, como o SLB da HBM, provaram seu valor em muitas tarefas de medição. Eles podem ser facilmente anexados a estruturas existentes com parafusos. As aplicações típicas incluem prensas, máquinas de soldar, silos, etc. Por exemplo, quando um ciclo de pressão é iniciado em uma prensa equipada com um sensor de deformação, isto resulta em uma deformação na estrutura da prensa proporcional à força de pressão aplicada. Os transdutores de deformação transformam esta tensão em um sinal elétrico mensurável que permite que a força, neste caso, a força exercida pela prensa, seja derivada.

As vantagens dos transdutores de deformação são claras:

  • Um sensor de deformação está disponível a um preço consideravelmente menor do que um sensor de força; isto aplica-se, acima de tudo, quando comparado com transdutores de força para uso com grandes forças.
  • Os sensores de deformação não afetam a rigidez do sistema. Por isso, as propriedades dinâmicas da máquina não são afetadas.
  • Os transdutores de força para uso com valores de força muito grandes, requerem algum espaço adicional. Isto significa que a estrutura do sistema de medição é modificada, o que apresenta um problema, especialmente se a medição de força for oferecida apenas como uma opção.

No entanto, contra tais vantagens, existem algumas desvantagens:

  • Os sensores de deformação não são de forma alguma tão precisos quanto os sensores de força. Este é um fator crucial, pois há uma demanda crescente de maior precisão na produção.
  • Os transdutores de deformação devem ser calibrados após a montagem. A calibração significa que a força exercida no processo primeiro precisa ser medida com um sensor de força, como o C6A . Em seguida, esta é comparada com o sinal do transdutor de deformação e posteriormente, a tensão é convertida em uma força. A calibração também pode ser realizada usando pesos conhecidos. Nesse caso, a precisão da medida subseqüente não pode ser melhor do que a precisão do processo de calibração.

2. Transdutor de deformação com eletrônica integrada

Os transdutores de deformação são muitas vezes a primeira escolha quando a precisão não é a prioridade máxima, e o orçamento para o sistema de medição é limitado. Neste caso, o sensor precisa ser complementado com eletrônica de amplificação do sinal, um componente chave que requer um investimento e espaço suficiente para ser reservado.

É por isso que a HBM equipou o transdutor de deformação SLB para tarefas de medição simples com eletrônica altamente efetiva. Este sensor está disponível com uma saída de 4...20 mA e uma saída de 0...10 V; O código adicional, "VA" (SLB700A/06VA), é anexado ao seu nome.

Sempre que a conexão paralela de sensores de deformação múltiplos não é desejada, é particularmente aconselhável usar o SLBVA. Sempre que uma conexão paralela é absolutamente necessária, recomenda-se examinar se o transdutor de tensão passivo SLB700A sem eletrônica integrada pode ser a melhor escolha.

Conexão de transdutores de deformação em paralelo

Em muitas aplicações, é desejável não medir a tensão de flexão. A tensão de flexão pode ser facilmente compensada pelo uso de dois transdutores de deformação. Para conseguir isso, os transdutores de deformação precisam ser montados em um componente simétrico, exatamente opostos um ao outro e conectados eletricamente em paralelo. Os transdutores de deformação passivos SLB700A são adequados para este propósito, pois, com estes modelos, a resistência de saída e a sensibilidade foram balanceadas. Outra vantagem é que os transdutores de deformação SLB possuem uma alta resistência de entrada de 1000 Ω. Mesmo que quatro sensores estejam conectados em paralelo, a resistência do amplificador da ponte é de apenas 250 Ω - uma carga que a maioria dos amplificadores pode fornecer facilmente.

A decisão de usar um transdutor de deformação com ou sem eletrônica integrada também depende das demandas que são colocadas no condicionamento de sinal. É aconselhável verificar se certas funções fornecidas por um amplificador de medição industrial são necessárias, como algoritmos de filtro, triggers por valores limite ou canais calculados.

Os transdutores de tensão com um amplificador integrado são a escolha ideal sempre que o valor medido deva ser adquirido sem conexão paralela, onde não sejam necessárias funções matemáticas (ou quando sejam implementadas em um dispositivo de controle), e quando uma solução mais econômica é desejada.

3. Método de calibração ("Teach") da HBM: sinal de saída máximo, independentemente da aplicação

Os sensores convencionais de deformação com um módulo amplificador incorporado têm uma amplificação não ajustável - por exemplo, 500 μm/m correspondem a um sinal de saída de 10 V. No entanto, o sinal de saída máximo depende da amplificação dada, que não pode ser alterada. Quando o sensor no exemplo mencionado acima é submetido a uma deformação de 200 μm/m, a tensão de saída resultante é de 4 V (500 μm/m = 10 V, da mesma forma, 2 V para 100 μm/m). Particularmente, quando o próximo elemento na cadeia de medição é um módulo com baixa resolução ou com aumento do ruído, por exemplo (considerando que componentes já existentes deverão ser reutilizados), os resultados são muitas vezes não satisfatórios.

Os sensores de tensão ativos SLBVA da HBM com eletrônica de amplificação integrada conseguem ignorar esse problema, pois fornecem o sinal de saída máximo possível a qualquer momento, independentemente da finalidade pretendida.

Este tipo de sensor tem um total de cinco (versão com saída em corrente) ou seis (versão com saída em tensão) entradas e saídas:

ConectorSLB700A / 06VA com saída em tensãoSLB700A / 06VA com saída em correnteCor do fio
Tensão de alimentação19…30 V19…30 Vazul
Tensão de alimentação0 V0 Vpreto
Sinal de saída0…10 V4…20 mAbranco
Sinal de saída0 Vfora de usocinza
Entrada de controle IN1 (zero)  vermelho
Entrada de controle IN2 (entrada "Teach")  verde

Com a versão de saída em corrente, o circuito de medição é fechado através da entrada 0V da tensão de alimentação (fio preto). Vejamos agora a chamada "entrada Teach2", IN2. Esta entrada permite que o sensor seja ajustado para praticamente qualquer faixa de medição. Para alcançar isso, a HBM desenvolveu um método muito conveniente, o chamado método "Teach" (treinamento):

  • Primeiro, o sensor é instalado da maneira usual, e a carga na máquina (prensa, suporte de rolo, silo) é reduzida a zero.Um pulso prolongado (pelo menos + 10 V) na entrada "Teach" é suficiente para que a eletrônica grave o ponto zero.
  • Posteriormente, a carga máxima é aplicada e outro pulso CURTO (pelo menos 10 V, menor que um segundo) é enviado para a entrada "Teach".A eletrônica é então ajustada entre esses dois pontos.

É fácil ver que esse método permite que a faixa de entrada do próximo nível seja totalmente utilizado porque a faixa de saída máxima está disponível, independentemente do nível de deformação.

4. Mais dicas e truques sobre o método "Teach"

Com o método "Teach", há sempre um buffer de 10% nas partes superior e inferior da faixa de medição. Os sinais de tensão mais elevados, por exemplo, em caso de falha são amplificados e transmitidos. A eletrônica, portanto, não está definida entre 0 e 10 V, mas entre 1 e 9 V.

A curva característica, ou seja, a proporção entre tensão e o sinal de saída, também pode ser negativa. Tanto o encurtamento como o alongamento podem ser convertidos em um sinal positivo. Portanto, não faz diferença se um encurtamento (tensão negativa) ou um alongamento (tensão positiva) é considerado, pois a eletrônica integrada pode converter ambas as tensões em um sinal de saída positivo. O fator decisivo é o ponto que é adquirido primeiro e definido como o ponto zero. O amplificador de medição incorporado oferece baixo ruído e uma largura de banda de 2 kHz e, portanto, é adequado para processos dinâmicos.

É essencial armazenar permanentemente a faixa, ou seja, a diferença entre o mínimo (o ponto zero) e o máximo (a força máxima aplicada). O ponto zero, por outro lado, não é armazenado permanentemente e se perde depois de uma falha de energia. Portanto, é imperativo resetar para zero após uma falha de energia. No entanto, uma nova calibração não é necessária.

Deve também notar-se que existe um menor limite de deformação ao qual o sensor também pode ser calibrado. Este limite faz sentido, pois doo contrário, o ruído da eletrônica pode se tornar muito forte. A posição zero e a tensão na força máxima aplicada devem sempre diferir em 50 μm/m. Uma menor diferença faz com que a eletrônica não conclua o processo de ensino. Com estruturas de aço, isso corresponde a um estresse de material de aproximadamente 10 N/mm2, o que facilita sua utilização mesmo com níveis de deformação muito baixos, ou seja, com estruturas muito rígidas.

Fale Conosco Entre em contato com a HBM do Brasil para mais informações sobre produtos, sistemas, dúvidas técnicas e cotações.