Fuerza, Aceleración y Par

Los principios fundamentales del funcionamiento de la fuerza, aceleración, y par están estrechamente ligados a los dispositivos piezoeléctricos y medidores de tensión utilizados para medir las presiones estáticas y dinámicas. A menudo son las características específicas de c onfiguración y el procesamiento de la señal que determinan la salida de medición. Un acelerómetro detecta el movimiento de la superficie sobre la cual se monta y produce una señal de salida eléctrica relacionada con ese movimiento. La aceleración se mide en metros por segundos al cuadrado, y el producto de la aceleración y la masa medida produce la fuerza. El par es una fuerza de torsión que suele aparecer en los ejes, barras, poleas y dispositivos de rotación similares. Se define como el producto de la fuerza y el radio en el que actúa. Se expresa en unidades de peso por lon gitud, como libras-pies y N-m.

Sensores de Fuerza

La fuerza dinámica más común y el detector de aceleración más común es el sensor piezoeléctrico. La palabra 'piezo' es de origen griego, y significa "exprimir". Esto es muy apropiado, porque un sensor piezoeléctrico (como se muestra más adelante) produce un voltaje cuando ha sido "exprimido" por una fuerza que es proporcional a la fuerza aplicada. La diferencia fundamental entre estos dispositivos y los dispositivos de detección de fuerza estáticos tales como medidores de deformación es que la señal eléctrica generada por el cristal decae rápidamente después de la aplicación de la fuerza. Esto hace que los dispositivos sean in adecuados para la detección de la fuerza estática. La señal eléctrica de alta impedancia generada por el cristal piezoeléctrico se convierte (por un amplificador) en una señal de baja impedancia adecuada para tal instrumento como un osciloscopio de almacenamiento digital. El almacenamiento digital de la señal se requiere con el fin de permitir el análisis de la señal antes de que se desintegre. Dependiendo de los requisitos de la aplicación, la fuerza dinámica se puede medir ya sea como compresión, tracción, o fuerza de torsión. Las aplicaciones pueden incluir la medición de fuerzas de fricción de resorte o deslizamiento, la tensión de cadenas, la fuerza de liberación del embrague, o la resistencia al pelado de los laminados, etiquetas, y lengüetas.

Los acelerómetros pequeños son útiles para aplicaciones de laboratorio

de baja masa.

Diseños de elementos de sensores piezoeléctricos

Un sensor de fuerza piezoeléctrico es casi tan rígido como una pieza proporcionadamente comparable de acero sólido. Esta rigidez y resistencia permite que estos sensores sean insertados directamente en máquinas, como parte de su estructura. Su rigidez les proporciona una alta frecuencia natural, y su correspondiente tiempo de subida los hace ideales para la medición de tales fuerzas transitorias rápidas como las generadas por los impactos de metal a metal y por vibraciones de alta frecuencia. Para asegurar una medición exacta, la frecuencia natural del dispositivo de detección debe ser sustancialmente mayor que la frecuencia a medir. Si la frecuencia medida se aproxima a la frecuencia natural del sensor, los errores de medición resultarán.[Volver al inicio]

Caudalímetros de Impacto

El caudalímetro de impacto es también un sensor de fuerza. Mide la velocidad de flujo de sólidos que fluyen libremente a granel en la descarga de un conducto de material. La tolva dirige el flujo del material de modo que incide sobre una placa de detección (como se muestra a continuación). La fuerza de impacto ejercida sobre la placa por el material es proporcional a la velocidad de flujo. La construcción es tal que a la placa sensora se le permite moverse sólo en el plano horizontal. La fuerza de impacto se mide mediante la detección de la desviación horizontal de la placa. Esta desviación se mide con un transformador diferencial variable lineal (LVDT). La salida de tensión del LVDT se convierte en una señal de frecuencia modulada de impulsos. Esta señal es transmitida como la señal de caudal al sistema de control. Los caudalímetros de impacto pueden ser utilizados como alternativa a los sistemas de pesaje para medir y controlar el flujo de sólidos a granel en procesos continuos, como se ilustra a continuación. Aquí, un caudalímetro de impacto se coloca por debajo del material, aguas abajo de tobogán de un alimentador de tornillo de velocidad variable. La velocidad de alimentación se establece en toneladas por hora, y el sistema de control regula la velocidad del alimentador de tornillo para alcanzar la velocidad de avance deseada. El sistema de control utiliza un algoritmo PID para ajustar la velocidad según sea necesario para mantener el flujo constante. Caudalímetros de impacto pueden medir la velocidad del flujo de algunos de los materiales a granel en las tasas de 1 a 800 toneladas por hora y con repetitividad y linealidad dentro del 1%.

Aplicación de caudalímetro de impacto[Volver al inicio]

Aceleración y Vibración

Aceleración temprana y sensores de vibración son complejos artilugios mecánicos (como se

muestra a continuación) y eran más adecuados para el laboratorio de la planta. Acelerómetros modernos, sin embargo, se han beneficiado del avance de la tecnología, su coste, precisión y facilidad de uso han mejorado con los años.

Los primeros acelerómetros eran dispositivos analógicos electrónicos que más tarde se convirtieron en diseños electrónicos y digitales basados ??en un microprocesador. Los controles de la bolsa de aire de la industria del automóvil híbrido utiliza sistemas micro-electromecánicos (MEMS). Estos dispositivos se basan en lo que alguna vez fue considerado un defecto en el diseño de semiconductores, una "capa liberados" o un trozo suelto de material de circuito en el microespacio sobre la superficie del chip. En un circuito digital, esta capa suelta interfiere con el flujo normal de electrones, ya que reacciona con el medio ambiente circundante analógico.

En un acelerómetro MEMS, esta capa suelta se utiliza como un sensor para medir la aceleración. En autos de hoy en día, los sensores MEMS se utiliza en bolsas de aire y control de chasis, en la detección de impactos laterales y en sistemas de frenado antibloqueo. Auto sensores de aceleración de la industria están disponibles para las frecuencias de 0,1 a 1.500 Hz, con rangos dinámicos de 1,5 a alrededor de 250 G 1 ó 2 ejes, y con sensibilidad de 7,62 a 1333 mV / G.

Las aplicaciones industriales para los acelerómetros, incluyen el monitoreo de vibraciones de maquinaria para diagnosticar, por ejemplo, out-of-balance de las condiciones de las piezas giratorias. Un analizador de vibraciones basado en el acelerómetro puede detectar vibraciones anormales, analizar la firma de vibración, y ayudar a identificar la causa.

Otra aplicación es pruebas estructurales, donde la presencia de un defecto estructural, tal como una grieta, mala soldadura, o la corrosión puede cambiar la firma de vibración de una estructura. La estructura puede ser la carcasa de un motor o turbina, un recipiente del reactor, o un tanque. La prueba se realiza golpeando la estructura con un martillo, excitando la estructura con una función de forzando conocida. Esto genera un patrón de vibración que puede ser registrado, analizado, y en comparado con una firma de referencia.

Los sensores de aceleración también desempeñan un papel importante hallando la orientación y la dirección. En tales aplicaciones, los mini-sensores triaxiales detectan cambios en el balance, cabeceo, y azimut (ángulo de desviación horizontal), o X, Y, y Z. Tales sensores pueden ser utilizados para rastrear las brocas en las operaciones de perforación, para determinar la orientación de las boyas y sistemas de sonar, sirven como brújulas, y remplazar giroscopios en sistemas de navegación inerciales.

Acelerómetros mecánicos, tales como el acelerómetro de masa sísmica, el sensor de velocidad, y el interruptor magnético mecánico, detectan la fuerza impuesta sobre una masa cuando se produce aceleración. La masa se resiste a la fuerza de la aceleración y de este modo provoca una deformación o un desplazamiento físico, que puede ser medido por los detectores de proximidad o galgas extensiométricas (como se muestra a continuación). Muchos de estos sensores están equipados con dispositivos de amortiguación, tales como muelles o imanes para impedir la oscilación.

Sensores de vibraciones mecánicos iniciales

Un acelerómetro servo, por ejemplo, mide aceleraciones de 1 microg a más de 50 G. Se utiliza un mecanismo de rotación que es intencionalmente desequilibrado en su plano de rotación. Cuando la aceleración se produce, un movimiento angular es producido, el cual puede ser detectado por un detector de proximidad.

Entre los diseños más nuevos de acelerómetros mecánicos, el acelerómetro térmico: Este sensor detecta la posición a través de la transferencia de calor. Una masa sísmica se coloca encima de una fuente de calor. Si la masa se mueve a causa de la aceleración, la proximidad de la fuente de calor y la temperatura de la masa cambia. Las termopilas de polisilicio se utilizan para detectar cambios en la temperatura.

En acelerómetros de capacidad de detección, micromecanizados de placas capacitivas (placas de condensador CMOS sólo 60 micras de profundidad) forman una masa de unos 50 microgramos. Como la aceleración deforma las placas, un cambio de capacitancia es medible. Pero los acelerómetros piezoeléctricos son quizás los dispositivos más prácticos para medir impactos y vibraciones. Similar a un sensor mecánico, este dispositivo incluye una masa que, cuando se acelera, ejerce una fuerza inercial en un cristal piezoeléctrico.

En aplicaciones de alta temperatura en los que es difícil de instalar el sensor dentro de la microelectrónica, dispositivos de alta impedancia pueden ser utilizados. Aquí, los cables del sensor de cristal se conectan a un amplificador de alta ganancia. La salida, que es proporcional a la fuerza de aceleración, se lee entonces por el amplificador de alta ganancia. Donde la temperatura no es excesiva, la microelectrónica de baja impedancia puede ser incrustada en el sensor para detectar los voltajes generados por los cristales. Ambos diseños tanto de impedancia alta y baja pueden ser conectados mecánicamente a la superficie de la estructura, o fijados a ella por medio de adhesivos o medios magnéticos. Estos sensores piezoeléctricos son adecuados para la medición de cortas duraciones de aceleración.

Los sensores piezoresistivos y extensométricos operan de una manera similar, pero los elementos extensométricos son sensibles a la temperatura y requieren una compensación. Se prefieren para las aplicaciones de vibraciones de baja frecuencia, descarga de larga duración, y de aceleración constante. Las unidades piezoresistivas son resistentes, y pueden operar a frecuencias de hasta 2,000 Hz.

 Acelerómetros industriales con electrónica asociada

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Medición del Par/Torsión

El par se mide o por detección de la desviación del eje causada por una fuerza de torsión, o mediante la detección de los efectos de esta desviación. La superficie de un eje bajo un par experimenta la compresión y tensión, como se muestra a continuación. Para medir el par, los elementos extensométricos por lo general están montados en pares en el eje, con un medidor que mide el aumento de la longitud (en la dirección en la cual la superficie está bajo tensión), y el otro que mide la disminución de la longitud en la otra dirección.

Los primeros sensores de torsión consistían en estructuras mecánicas equipadas con medidores

de deformación. Su alto costo y baja fiabilidad les impidió ganar la aceptación industrial general. La tecnología moderna, sin embargo, ha reducido el costo de la realización de mediciones de par, mientras que los controles de calidad en la producción han aumentado la necesidad de medición precisa de par.

Torque sobre un eje giratorio[Volver al inicio]

Aplicaciones del Par

Las aplicaciones para los sensores de par incluyen la determinación de la cantidad de potencia de un motor, turbina, u otro dispositivo de rotación que genera o consume. En el mundo industrial, la ISO 9000 y otras especificaciones de control de calidad exigen a las empresas que midan el par durante la fabricación, sobre todo cuando se aplican cierres (tuercas, tornillos, pernos...). Los sensores realizan las mediciones de torsión requeridas automáticamente en máquinas de tornillo y de montaje, y se pueden añadir a las herramientas manuales. En ambos casos, los datos recogidos pueden ser acumulados en registradores de datos para el control de calidad y fines informativos.

Otras aplicaciones industriales de sensores de par son la medición de tasas de extracción de metal en las máquinas herramientas; la calibración de sensores y herramientas de torque; la medición de fricción y fuerzas de desprendimiento, y el par del tapón de botella; resortes/muelles; y la realización de mediciones biodinámicas.[Volver al inicio]

Configuraciones de sensores

El par se puede medir mediante extensímetros en rotación así como por sensores de proximidad estacionaria, magnetoestrictivos, y magnetoelásticos. Todos son sensibles a la temperatura. Los sensores giratorios deben ser montados en el eje, lo cual no siempre es posible debido a limitaciones de espacio.

Un medidor de deformación se puede instalar directamente en un eje. Debido a que el eje está girando, el sensor de par puede estar conectado a su fuente de alimentación y electrónica de acondicionamiento de señales a través de un anillo deslizante. Los medidores de deformación también se pueden conectar a través de un transformador, eliminando la necesidad de anillos deslizantes de alto  mantenimiento. La tensión de excitación para los medidores de deformación está acoplada inductivamente, y la salida del medidor de deformación es convertida a una frecuencia de impulsos modulados (como se muestra a continuación). La velocidad máxima de dicho acuerdo es de 15,000 rpm.

Acoplamiento inductivo de sensores de par

Los medidores de deformación también se pueden montar sobre piezas de soporte estacionarias o en la carcasa. Estos sensores de "reacción" miden el par que se transfiere por el eje a los elementos de retención. La lectura resultante no es completamente exacta, ya que no tiene en cuenta la inercia del motor.

Los medidores extensiométricos utilizados para la medición de par son disponibles en aluminio, semiconductores difusos, y de película delgada. Estos pueden ser conectados directamente al eje mediante soldadura o adhesivos. Si las fuerzas centrífugas no son grandes, y se puede tolerar una carga desequilibrada, la electrónica asociada, incluyendo la batería, el amplificador y el transmisor de radiofrecuencia, pueden ser atados al árbol.

Los sensores de proximidad y desplazamiento también pueden detectar el par midiendo el desplazamiento angular entre los dos extremos de un eje. Al fijar dos ruedas dentadas idénticas al eje a una cierta distancia, el desplazamiento angular causado por el par puede ser medido. Los sensores de proximidad o fotocélulas situados en cada rueda dentada producen voltajes de salida cuya diferencia de fase aumenta a medida que el par tuerce el eje.

Otro enfoque es apuntar una fotocélula única a través de ambos conjuntos de ruedas dentadas. Cuando el par aumenta y hace que una rueda solape el otro, la cantidad de luz que llega a la fotocélula se reduce. Los desplazamientos causados por torsión también pueden ser detectados por otros sensores ópticos, inductivos, capacitivos, y potenciométricos. Por ejemplo, un sensor de par de tipo capacitancia puede medir el cambio en la capacitancia que se produce cuando el par hace que el espacio entre dos placas de capacitancia varíe.

La capacidad de un material de eje para concentrar el flujo magnético y permeabilidad magnética también varía con el par y se puede medir utilizando un sensor magnetoestrictivo. Cuando el eje no tiene ninguna carga, su permeabilidad es uniforme. Bajo torsión, la permeabilidad y el número de líneas de flujo aumentan en proporción a la torsión. Este tipo de sensor puede ser montado al lado del eje por medio de dos devanados primarios y dos secundarios. Alternativamente, puede fijarse con muchos devanados primarios y secundarios en un anillo alrededor del eje.

Un sensor de par magnetoelástico detecta cambios de permeabilidad midiendo los cambios en su propio campo magnético. Un sensor magnetoelástico se construye como un delgado anillo de acero herméticamente acoplado a un eje de acero inoxidable. Este conjunto actúa como un imán permanente cuyo campo magnético es proporcional al par aplicado al eje. El eje está conectado entre un motor de accionamiento y el dispositivo conducido, como por ejemplo una máquina de tornillo. Un magnetómetro convierte el campo magnético generado en una señal de salida eléctrica que es proporcional al par que se aplica.[Volver al inicio]

Diseños de células de carga

Antes de que las células de carga a base de medidor de deformación se convirtieran en el método de elección para aplicaciones de pesaje industriales, las básculas de palanca mecánicas fueron ampliamente usadas. Las básculas mecánicas pueden pesar de todo, desde pastillas

hasta vagones de ferrocarril, y pueden hacerlo con precisión y fiabilidad si están debidamente calibradas y mantenidas. El método de funcionamiento puede implicar el uso de un mecanismo de equilibrio de peso o la detección de la fuerza desarrollada por palancas mecánicas. Los primeros sensores de fuerza incluyeron diseños hidráulicos y neumáticos.

En 1843, el físico inglés Sir Charles Wheatstone diseñó un circuito de puente que podía medir resistencias eléctricas. El circuito de puente de Wheatstone es ideal para medir los cambios en la resistencia que se producen en medidores de deformación. Aunque el primer indicador de tensión de alambre de resistencia pegado se desarrolló en la década de 1940, no fue hasta que la electrónica moderna se puso al día, que la nueva tecnología se volvió técnicamente y económicamente viable. Desde ese momento, sin embargo, los medidores de deformación han proliferado tanto como componentes de báscula mecánicos así como células de carga independientes.

Hoy en día, a excepción de determinados laboratorios donde todavía se utilizan las balanzas mecánicas de precisión, la células de carga medidores de deformación dominan la industria de pesaje. Las células de carga neumáticas se utilizan a veces cuando se desea la higiene y seguridad intrínseca, y las células de carga hidráulicas se consideran en lugares remotos, ya que no requieren una fuente de alimentación. Las células de carga extensométricas ofrecen precisiones desde 0,03% a 0,25% de la escala completa y son adecuadas para casi todas las aplicaciones industriales.

En aplicaciones que no requieren una gran precisión, como en la manipulación de material de granel y el pesaje de camiónes, las balanzas de plataforma mecánicas son todavía ampliamente utilizadas. Sin embargo, incluso en estas aplicaciones, las fuerzas transmitidas por las palancas mecánicas a menudo son detectadas por las células de carga, debido a su compatibilidad inherente con la instrumentación informatizada digital.

Las características y capacidades de los distintos diseños de células de carga se resumen en la tabla siguiente.

Comparación de rendimiento de células de cargas

TipoRango de

pesoPrecisión

(FS)Aps Fortalezas

 Células de cargas mecánicas

Células de carga

hidráulicas

Hasta 5000 toneladas

0,25%Tanques, depósitos y

tolvas, zonas peligrosas

Soporta altos impactos,

insensibles a la temperatura

Células de carga

neumáticasAmplia Alta

Industria alimentaria, zona s

peligrosa s

Intrínsecamente seguras, no

contienen líquidos

Respuesta lenta,

Células de carga de flexión

de viga

5 a 2500 Kg

0,03%Tanques, básculas de

plataforma

Bajo costo, construcción

sencilla

Extensómetros están expuestos,

 Células de carga extensométricas

Células de carga de flexión

de viga

5 a 2500 Kg

0,03% Tanques, básculas de plataforma

Bajo costo, construcción

sencilla

Extensómetros están expuestos,

Células de carga de

cizallamiento

5 a 2500 Kg

0,03%Tanques, básculas de plataforma , cargas

descentradas

Rechazo de altas cargas, mejor

sellado y protección

Células de carga de depósitos

hasta 250 toneladas

0,05% Camiones, tanquesSirven para

movimientos de carga carga horizontal

Células de carga de anillo y panqueque

hasta 250 toneladas

Tanques, recipientes, básculas

Todo en acero inoxidable

Células de carga de botón

y arandela

0 a 25 toneladas / 0 a 100 Kg

típico

1% Básculas pequeñasPequeñas,

económicascentrarse, ningún movimiento de carga permitido

 Otras células de carga

Helicoidal0 a 20 tonnes

0,2%

Plataformas, carretillas, cargas rodadas, peso de

asientos automovilísticos

Soportan cargas desalineadas, sobrecargas,

descargas

Fibra óptica 0,1%

Cables de transmisión

eléctricos, montaje de tornillo o perno

Inmunes a RFI/EMI y altas temperaturas,

intrínsecamente seguras

Piezoresistivo 0,03%Extremadamente

sensibles, alto nivel de salida de señal

Alto costo, salida

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Principios de funcionamiento

Los diseños de células de carga se pueden distinguir de acuerdo con el tipo de señal de salida generada (neumático, hidráulico, eléctrico) o de acuerdo con la forma en que detectan el peso (flexión, cizalladura, compresión, tensión, etc).

Las células de carga hidráulicas son dispositivos de equilibrio de fuerza que miden el peso como un cambio en la presión del fluido de llenado interno. En una célula de carga hidráulica de tipo diafragma, una carga o fuerza actúa sobre una cabeza de carga que se transfiere a un pistón el cual a su vez comprime un fluido de llenado confinado dentro de una cámara de diafragma elastomérico. A medida que aumenta la fuerza, la presión del fluido hidráulico se eleva. Esta presión puede ser indicada o transmitida a nivel local para una indicación o control remoto. La salida es lineal y relativamente no afectada por la cantidad del fluido de llenado o por su temperatura. Si las células de carga han sido correctamente instaladas y calibradas, la precisión puede ser de 0,25% a escala completa o mejor, lo que resulta aceptable para la mayoría de las

aplicaciones de pesaje de proceso. Debido a que este sensor no tiene componentes eléctricos, es ideal para uso en áreas peligrosas.

Un inconveniente es que el diafragma elastomérico limita la fuerza máxima que puede ser ejercida sobre el pistón a aproximadamente 1,000 psig. Todas las células de carga de metal también están disponibles y pueden adaptarse a presiones mucho más altas. Las células de carga de metal especiales han sido construidas para detectar un peso de hasta 5000 toneladas.

Las aplicaciones típicas de células de carga hidráulicas incluyen el peso de tanques y recipientes. Para una máxima precisión, el peso del tanque debe ser obtenido localizando una célula de carga en cada punto de soporte, y sumando sus salidas. Como tres puntos definen un plano, el número ideal de puntos de soporte es tres. Las salidas de las células pueden ser enviadas a un totalizador hidráulico que resume las señales de las células de carga y genera una salida que representa la suma. Los totalizadores electrónicos también pueden ser utilizados.

Las células de carga neumáticas también operan en el principio de equilibrio de fuerzas. Estos dispositivos utilizan multiples cámaras amortiguadoras para proporcionar una mayor precisión que un dispositivo hidráulico. En algunos diseños, la primera cámara del amortiguador se usa como una cámara de tara. Las células de carga neumáticas se utilizan a menudo para medir pesos relativamente pequeños en las industrias donde la limpieza y la seguridad son la principal preocupación.

Las ventajas de este tipo de celda de carga incluyen su resistencia a explosiones y su insensibilidad a las variaciones de temperatura inherentes. Además, no contienen líquidos que puedan contaminar el proceso en el caso que la membrana se rompiera. Las desventajas incluyen la velocidad de respuesta relativamente lenta y la necesidad de aire limpio, seco, regulado o de nitrógeno.

Las células de carga extensométricas convierten la carga que actúa sobre ellas en señales eléctricas. Los propios medidores están unidos a una viga o elemento estructural que se deforma cuando se le aplica un peso. En la mayoría de los casos, se utilizan cuatro medidores de deformación para obtener la máxima sensibilidad y compensación de temperatura. Dos de los medidores están por lo general en tensión, y dos en compresión, y se conectan con ajustes de compensación (como se muestra abajo, izquierda). Cuando se aplica un peso, la tensión cambia la resistencia eléctrica de los medidores en proporción a la carga.

Circuito Wheatstone con compensación

Células de carga de compresión estilo botón

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Nuevos desarrollos de sensores

En el área de la evolución de nuevos sensores, las células de carga de fibra óptica están

ganando atención debido a su inmunidad a las interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia (EMI / RFI), su idoneidad para el uso a temperaturas elevadas, y su naturaleza intrínsecamente segura. Se sigue trabajando en el desarrollo de sensores de carga ópticos. Dos técnicas están siendo prometedoras: la medición del efecto de pérdida de microflexión de una fibra óptica de modo único, y la medición de fuerzas utilizando el efecto de fibra con rejilla de Bragg (FBG). Los sensores ópticos basados en las dos tecnologías se encuentran actualmente en fase de prácticas de ensayo en el campo de Hokkaido, Japón, donde se utilizan para medir las cargas de nieve en las líneas de transmisión eléctrica.

 "S" Beam celdas de carga para aplicaciones en compresión o tensión

Algunos sensores de carga de fibra óptica están disponibles comercialmente. Una célula de carga de fibra óptica puede ser instalada mediante la perforación de un orificio de diámetro de 0,5 mm en un perno o tornillo, y luego insertando el medidor de deformación. Tal sensor es completamente insensible a las cargas desalineadas y de torsión.

Las células de carga de silicio micromecanizadas todavía no han llegado, pero su desarrollo está en marcha. En la Universidad de Twente en los Países Bajos, se está trabajando en una célula de carga monolítica envasada utilizando técnicas de microtecnología, y es posible que las células de carga de silicio pueden dominar la industria en el futuro.[Volver al incio]

Configuraciones de células de carga

Los elementos de resorte en una célula de carga (también llamada la "viga") pueden responder a la tensión directa, flexión o cizalladura. Ellos generalmente son llamados por nombres tales como viga de flexión, viga de cizallamiento, columna, bote, helicoidales, etc (como se muestra a continuación). Los dos diseños más populares para aplicaciones de pesaje industriales son las células de viga de flexión y de viga de cizallamiento.

Elementos de resorte de células de carga

El sensor de viga de flexión es uno de los diseños de células de carga más populares debido a su simplicidad y costo relativamente bajo. Se compone de una viga recta conectada a una base en un extremo y se carga en el otro. Su forma puede ser la de una viga en voladizo, una diseño "binocular" o un diseño de "anillo". Los medidores de deformación están montados en la parte superior e inferior para medir las fuerzas de tensión y de compresión. Debido a que los medidores de tensión son vulnerables a los daños, por lo general son cubiertos por un fuelle de caucho. La propia viga a menudo está hecha de acero de aleación resistente y protegida por el niquelado.

En la instrumentación médica, robótica, o similares aplicaciones de baja carga, pequeños sensores están disponibles para la medición de cargas de hasta cerca 40 libras (18 kg). Para cargas de hasta 230 gramos, la viga es de cobre berilio, y para cargas más grandes, se usa el acero inoxidable. En este diseño, los medidores de deformación típicamente están protegidos por un revestimiento de uretano.

Los diseños de anillo o de panqueque son sensores de viga de flexión redondos y planos que consisten en indicadores de tensión/galgas extensométricas de aluminio encapsuladas en una carcasa de acero inoxidable. El paquete entero se parece a un panqueque plano. Los sensores de compresión se pueden montar en un montaje autolineable protector que limita el movimiento de carga y dirige la carga hacia el centro del panqueque. Los diseños de compresión-tensión tienen un agujero roscado que atraviesa completamente el centro del sensor. Las membranas de estabilización están soldadas al botón de carga de detección.

Los sensores de viga de cizallamiento miden el cizallamiento causado por una carga. Un sensor de viga de flexión no puede medir el cizallamiento, porque la tensión de cizallamiento cambia a través de la sección transversal de la célula. En un sensor de cizallamiento, la construcción de de viga I-beam produce un cizallamiento uniforme que puede medirse con exactitud por medidores de deformación. Un sensor de viga de cizalladura está provista con un par de medidores de deformación instalados en cada lado de la viga I-beam, con las líneas de la cuadrícula orientadas a lo largo de los ejes principales. Las ventajas de un sensor de viga de cizallamiento sobre una viga a flexión incluyen una mejor manipulación de las cargas laterales y fuerzas dinámicas, así

como un retorno más rápido a cero.

 Típica Célula de carga para recipientes alta capacidad típica

Células de carga de tensión directa (o columna/recipiente) son esencialmente sensores de viga de flexión montados en una columna dentro de un recipiente resistente y redondo. El sensor de viga está montado verticalmente, con dos de los cuatro medidores de deformación montados en la dirección longitudinal. Los otros dos están orientados transversalmente. La columna puede ser cuadrada, circular, o circular con pisos mecanizados por los lados para acomodar los medidores de deformación.

Si se proporciona con un ensamble de la cuneta o con rodamientos basculantes autocompensadores, una célula de carga de filtro puede tolerar una cierta cantidad de movimiento del tanque y es relativamente insensible al punto de carga. Además, el envase protege los medidores de deformación de daños físicos y ambientales. Las células de cartucho varían en tamaño de "taco" de 38 mm de diámetro con una capacidad de 50-250 kg hasta células de compresión de 165 mm de diámetro adecuados para el pesaje de camiones, tanques y tolvas de hasta 250.000 kg.

Las Células de carga helicoidales son más capaces de soportar cargas fuera del eje que las células de compresión de tipo cartucho. El funcionamiento de una célula de carga helicoidal está basada en la de un resorte. Un resorte equilibra la fuerza de carga por su propio momento de torsión. La reacción de torsión se desplaza desde la parte superior de la hélice a la parte inferior. Al medir este momento de torsión con medidores de deformación montados en el resorte, una célula de carga helicoidal puede proporcionar una medición de carga razonablemente precisa sin la necesidad de estructuras de montaje costosas. Las fuerzas causadas por la carga asimétrica o fuera del eje tienen poco efecto sobre el resorte, y los sensores extensométricos pueden medir tanto las fuerzas de tensión y de compresión.

Una célula de carga helicoidal puede ser montada sobre superficies rugosas, incluso cuando las superficies superior e inferior no son paralelas, y el error total puede permanecer dentro de 0,5%. La célula de carga helicoidal también es resistente a choques y sobrecargas (puede soportar una sobrecarga mil veces superior), por lo que es ideal para las mediciones de fuerza o carga en los ejes o asientos de vehículos, o en aplicaciones de montacargas.

Las células de carga unidas de botón y arandela planas están disponibles en tamaños de 6 a 38 mm de diámetro. Los sensores más pequeños sólo están disponibles en estilos de compresión, pero algunas de las células más grandes tienen agujeros roscados para también medir la tensión. Aunque la mayoría de los sensores diminutos soportan hasta aproximadamente 100 Kg,

algunos son capaces de medir hasta 25 000 kg. Debido a que estas células pequeñas no tienen accesorios o flexuras, las cargas fuera del eje y del desplazamiento no se pueden tolerar. Por otro lado, las células de carga pegadas de botón y arandela planas son extremadamente convenientes y fáciles de usar. Incluso el más pequeño de los sensores está construido de acero inoxidable, tiene un puente Wheatstone con cuatro brazos, y puede medir hasta 100 Kg a temperaturas de hasta 800 ° C.[Volver al inicio]

Variaciones de células de carga

Células de carga para compresión en miniatura y subminiaturaDiseñadas para aplicaciones con un mínimo espacio y cargas de alta capacidad, los extensómetros de acero inoxidable de construcción robusta y de alta rendimiento aseguran la linealidad y estabilidad superiores.

Células de carga para compresión/tensión en miniatura y subminiaturaDiseñadas para el entorno exigente de la automatización industrial y la robótica, son ideales donde la carga cambia de tensión a compresión y viceversa.

Células de carga tipo "S"Recibe lecturas de salida de tensión o compresión. Las aplicaciones incluyen tanques, tolvas de pesaje, cargas suspendidas y básculas para camiones. Las células de carga de viga "S" proporcionan un rendimiento superior en un paquete compacto y versátil. Instalar usando los extremos de la barra o botones de carga para un mejor rendimiento.

Células de carga de tensiónIdeal para medir fuerzas de tensión en línea. Las aplicaciones varían desde de cables de grúas, barras de apoyo en diseños arquitectónicos, y camas de ensayo de motores, hasta aplicaciones de pesaje industriales.

Sensores de baja fuerzaDiseñados para la medición de fuerza en laboratorios permitiendo la medición de fuerzas pequeñas.

Células de carga para viga, viga de cizallamiento, y viga dobleUtilizadas en multiples aplicaciones de células de carga, pesaje de tanques y control de procesos industriales.

Células de carga para tanques y depósitos, cajas sumadoraUna variedad de ensambles y sistemas de pesaje y cajas sumadoras.

Células de carga monoplato y plataformaIdeales para sistemas de pesaje comerciales e industriales, proporcionan lecturas precisas, independientemente de la posición de la carga en la plataforma.

Células de carga tipo anillo con arandelaCon un perfil muy bajo y un diseño compacto, esta célula de carga es ideal para aplicaciones que requieren un diseño através de un agujero, como las fuerzas de sujeción, la carga de pernos y otras cargas de compresión.

Células de carga estilo cartuchoSe utilizan para aplicaciones de pesaje único o multiples, muchas cuentan con un diseño totalmente de acero inoxidable, están herméticamente selladas para operar en condiciones de humedad y lavado.

Células de carga compensadas hidrostáticamenteDiseñadas para operar bajo el agua. Las aplicaciones incluyen diques secos, el pesaje marino, plataformas sumergidas, y el pesaje industrial, donde suceden inundaciones de minas.

Tornillos de cargaUna alternativa única a las células de carga convencionales, ideal para el estudio de las fuerzas conjuntas, las separaciones, y el diseño.

Células de reacción y torsión rotatorioDiseñadas para ser montadas en el elemento que produce el par, para medir el par de arranque de los motores.

Accesorios y opciones para células de cargaPara obtener el máximo provecho de sus células de carga, botones de carga, cajas sumadoras y más.

Básculas de plataforma industrialBásculas de plataforma industriales en una variedad de tamaños para aplicaciones de gran peso.

Células de carga de bajo perfilCélulas de carga de compresión y de tensión/compresión, utilizadas con frecuencia en la investigación de pesaje y control de la fuerza en línea.

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Aplicaciones de pesaje

Los diseños de los primeros sistemas de pesaje se basaron en las obras de Arquímedes y Leonardo Da Vinci. Utilizaron el posicionamiento de los contrapesos calibrados en una palanca mecánica para equilibrar y así determinar el tamaño de los pesos desconocidos. Una variación de este dispositivo utiliza palancas multiples, cada una de una longitud diferente y equilibrada con un peso estándar único. Más tarde, los resortes calibrados sustituyeron las pesas patrón, las mejoras en la fabricación y los materiales han hecho de estas básculas dispositivos precisos y confiables.

Pero la introducción de células de carga hidráulicas y electrónicas (por lo general extensométricas) representaba el primer cambio de diseño importante en la tecnología de pesaje. En las plantas de procesamiento de hoy en día, las células de carga electrónicas son preferidas en la mayoría de las aplicaciones, aunque las básculas de palanca mecánicas todavía se utilizan si la operación es manual y el personal de funcionamiento y mantenimiento prefiere su sencillez.

La báscula mecánica de palanca también se utiliza para una serie de aplicaciones, tales como balanzas, básculas para motores de camiones, vías de ferrocarril, balanzas, básculas de tolva para tanques, balanzas de plataforma y balanzas de grúa. Los desplazamientos cero y de alcance que se experimentan debido a los cambios de temperatura graduales pueden ser corregidos por ajuste manual o con la aplicación de factores de corrección. Compensación por cambios bruscos de temperatura o irregulares es mucho más difícil, y muchas veces no pueden corregirse. Debido a la precisión y a la fiabilidad del buen mantenimiento y calibrados de las básculas mecánicas, son utilizadas como norma para el comercio y son aceptables para las autoridades gubernamentales.

Las balanzas de resorte también son simples, y, si se fabrican de aleaciones de alto grado (que tienen un módulo de elasticidad no afectado por las variaciones de temperatura), pueden ser muy precisas si se calibran y mantienen adecuadamente. No son caras y son más adecuadas para cargas ligeras.

La función de cualquier sistema de pesaje es obtener información sobre el peso bruto, neto, o mayor, o alguna combinación de estos. Para la obtención del peso neto del contenido de un recipiente requiere dos mediciones: el peso total y el peso del recipiente sin carga. Peso neto se obtiene restando una de la otra.

El pesaje de granel implica el pesaje de grandes cantidades. El peso total se obtiene a menudo haciendo mediciones incrementales y sumando estos pesos adicionales para llegar al total. Esto permite una reducción en el tamaño del sistema de pesaje, lo que reduce el costo y a veces otener la exactitud.

Cinturones o correas también pueden ser utilizadas para el pesaje del granel. Este es un método menos preciso, con lo que se obtiene el peso total por la integración del producto de la velocidad de la banda y la carga de la correa durante algún período de tiempo.

Sistemas de lotes de pesaje satisfacen los requisitos de las recetas industriales por dispensar con precisión un número de materiales en un recipiente común para recibir la mezcla o reacción.[Volver al inicio]

Diseño del Sistema de Pesaje

Cuando se aplica una carga a la línea central de una celda de carga cilíndrica, provoca tensión o compresión. Cuando se aplica a una viga, provoca cizallamiento, o flexión. Las vigas se pueden instalar en configuraciones de una sola terminal o doble terminal. Los factores en la toma de decisión entre las dos opciones incluyen requisitos estructurales y de estabilización y las consideraciones del coste, la complejidad y el mantenimiento. La célula de carga seleccionada debe ser siempre adecuada para el entorno de funcionamiento en términos de su resistencia a la corrosión, la seguridad eléctrica (diseños de seguridad intrínseca están disponibles), requisitos de lavado, etc

El primer paso en la selección de las células de carga es determinar el peso total que se apoyará (peso bruto). Esta es la suma del peso neto del contenido del tanque, el peso del accesorios del recipiente, incluyendo las válvulas de alivio, instrumentos, mezcladoras y sus motores, escaleras, camisas de calefacción, su contenido, y cualquier peso que pueda imponerse en el tanque por medio de tuberías y/o conductos. Si el peso de la tara del recipiente es excesivo en comparación con el contenido, la exactitud de la medición se reduce.

Los recipientes a presión y recipientes con camisa de vapor de calefacción trifásicas requieren compensación adicional debido a que el peso de los vapores variará en relación al cambio de la temperatura y presión. Incluso si el tanque contiene solamente aire, un contenedor de 20.000 litros obtendrá 25 kilogramos extras, si la presión se incrementa en una atmósfera a temperatura ambiente.[Volver al inicio]

Consideraciones Sobre el Rendimiento

El rendimiento del sistema se ve afectado por muchos factores, incluyendo: temperatura, vibración, movimiento estructural, el medio ambiente, y el mantenimiento. La compensación de temperatura se proporciona generalmente para la mayoría de los sistemas y su alcance siempre debe exceder el rango esperado de variaciones de temperatura ambiente y de funcionamiento. Cuando el recipiente de proceso está caliente (o frío),una alfombrilla aislada térmicamente con las células integradas puede ser proporcionada.

Ajustes de compensación de temperatura cero son integrados en la mayoría de las células de pesadas de alta calidad Para un funcionamiento fuera de los límites de temperatura típicos de -20 a 70 ° C, se necesita una corrección añadida, o la temperatura alrededor de la celda de carga debe ser controlada. La célula de carga también debe ser protegida del calor radiante fuerte, en particular si llega solamente a un lado de la celda.

En la industria de procesamiento de metales, las células de carga deben ser capaz de operar continuamente a temperaturas tan altas como 260 ° C. Las sustancias de unión utilizadas como soportes sobre medidores de deformación, típicamente limitan su aplicación para altas temperaturas. Para aplicaciones de alta temperatura, la tensión de detección de las aleaciones de alambre pueden ser instalada con cemento inorgánico adhesivo (cerámica). Alternativamente, una técnica de pulverización de llama puede ser utilizada, donde el óxido de aluminio fundido se pulveriza sobre la rejilla de detección de tensión para mantenerla en su lugar. Estas instalaciones pueden tolerar operaciones de corto plazo de hasta 540 ° C.

Las influencias de vibración puede ser minimizadas mediante el aislamiento del sistema de pesaje que entra en contacto con estructuras o cimientos de hormigón que soportan motores o otros equipos de vibración o que estén afectados por el tráfico de vehículos de la zona. Almohadillas anti vibratorias o de absorción de vibración están disponibles para aislar las células de carga de la vibración de la cuba, pero el rendimiento será mejor si se utilizan almohadillas de aislamiento en la fuente de vibración. Del mismo modo, los transmisores de peso puede estar provisto de filtrado para la eliminación del ruido provocado por la vibración, pero es mejor si la vibración no existe en primer lugar. Durante el pesaje, si es posible, es conveniente detener todas las entradas y salidas y parar todos los motores y agitadores que están conectados al tanque pesado. En vasos agitadores, placas deflectoras deberían ser añadidas para reducir el surgido giro de los contenidos.

El entorno de la célula de carga es dinámico y por lo tanto requiere la comprobación periódica. Esto debe incluir un intento de mantener la célula (s), cable y caja de conexiones asociadas libres de desechos, hielo o agua estancada (u otros líquidos), y protegerlo del calor, la luz directa del sol y el viento. Las células también deben ser protegidas de los rayos y picos de corriente. El mantenimiento debe incluir la comprobación del entorno de la célula de carga, estructuras, cableado y cajas de empalme (para la humedad y apretar terminales), el ajuste de estancia y varillas, calibración periódica y comprobación para asegurarse de que la carga está equilibrada.

Las celdas de carga pueden soportar hasta 200% de su capacidad en las cargas laterales. Si una cuba es golpeada por un vehículo o se altera de otra manera, las células deben ser revisados para detectar daños y recalibrar el sistema. El mantenimiento relacionado con la comprobación se debe realizar con el tanque tanto con y sin carga, y en todas las posibles temperaturas del tanque / estructura.[Volver al inicio]

Estructura de Apoyo para el Tanque

El siguiente paso en el proceso de diseño es la selección de los soportes estructurales requeridos para el tanque. La tensión de apoyo sólo puede ser utilizada para pesar los vasos pequeños debido a los intervalos de peso que limitan las células de tensión. En las instalaciones de tipo tensión, se utilizan de una a cuatro células (usualmente uno), mientras que en instalaciones de tipo compresión generalmente se utilizan tres o más. Cuando la precisión no es crítica (0,5% de la escala completa o menos) y el depósito contiene un líquido, los costes pueden reducirse

mediante la sustitución de las células de carga con células ficticias o brazos de flexión. Los tanques verticales redondos suelen ser soportado por tres, mientras que cuatro se utilizan para recipientes redondos cuadrados u horizontal. Es preferible que todas las células de carga en el sistema sean de la misma capacidad.

Los tanques que son muy grandes, que tienen cargas desequilibradas, que contienen materiales peligrosos, o están en riesgo de vuelco podrían utilizar más células. Si un blindaje de viento no es proporcionado para el recipiente, la capacidad de la celda debe ser aumentada para proporcionar también para la elevación y empuje descendente causada por el peor caso de vuelco inducido por el viento.

Tres células son lo mejor para un pesaje exacto debido a que tres puntos definen un plano y por lo tanto la carga se igualarán naturalmente. Cuatro o más células requieren ajustes de carga. El intervalo de carga mínima de la célula (tamaño) se obtiene dividiendo el peso bruto por el número de puntos de apoyo. Uno generalmente selecciona la siguiente celda estándar que excede el requisito calculado. Algunos ingenieros de aplicación agregaran un factor de seguridad del 25% para el peso bruto antes de hacer el cálculo anterior. Otros también añadirán un factor de carga dinámica si, antes del pesaje, la carga se dejó caer en la escala. También es preferible que todas las células de carga en el sistema sean de la misma capacidad. La estructura del soporte del tanque debe ser rígida y estable, mientras que lo deja completamente libre para moverse en la verticalmente. Cada estructura del sistema de pesaje debe ser independiente de las estructuras de apoyo a otros tanques o tráfico vehicular.

La deformación combinada de la estructura de soporte de las células y la estructura de apoyo de las células, al pasar de descarga a plena carga (incluyendo la pared del vaso flexión), no debe exceder de 1/1,200 de la distancia entre dos células. Esto corresponde a un ángulo de 0,5 °. Algunas vigas de corte de montaje permiten un poco más.

La pierna de soporte arqueada también añade torsión a la viga de soporte. La carga desigual debido a la cizalladura del viento, la elevación, y la descarga también debe ser considerada para que el diseño estructural satisfaga las especificaciones de rendimiento de la estructura. Una pantalla contra el viento es esencial, sin ella cualquiera de las células de carga podría ser totalmente descargada. Para la mayoría de las células sin escudos, el efecto del viento producirá errores por debajo del 0,1% en la escala completa.

La estructura de soporte debe estar nivelada con menos de 3 mm, de lo contrario, las cuñas deben ser colocadas debajo de la célula (s) para proporcionar un nivel plano de carga. En ambas aplicaciones tanto de compresión y tensión, la carga del recipiente debe ser transferida a través de la celda de carga en la línea central de la banda del soporte de acero. Esto evitará la torsión de las vigas. Las cartelas deben ubicarse en los lugares de apoyo.[Volver al inicio]

Estabilización del tanque

Para proporcionar un movimiento vertical sin restricciones al tiempo que permite la dilatación térmica horizontal, Se utilizan conjuntos fijos y varillas de verificación. Los conjuntos están compuestos de varillas roscadas y tuercas, sirven para proporcionar contención lateral. La tuercas se ajustan cómodamente en la cartela de la abrazadera del soporte del tanque y a un soporte rígido de la estructura. Las tuercas debe estar ajustadas y luego fijadas con contratuercas (como se muestra a continuación).

Layout de anclaje

Las varillas deben estar niveladas e instaladas perpendicularmente en la dirección de la expansión térmica del recipiente. Esto permite el movimiento vertical sin restricciones y sin producir una carga lateral. Los conjuntos de anclaje deben instalarse lo más cerca posible al plano del tanque de apoyo. En tanques largos, redondos y horizontales, la conexión de los conjuntos estáticos del tanque deben situarse alrededor del centro del mismo, las restricciones laterales deven situarse hacia el final del tanque. Esto ayuda a evitar la expansión térmica axial.

Verifica que las varillas de control son idénticas a las de anclaje excepto que su ajuste se realiza suelto, proporcionando un espacio de 3 mm en la tuerca y agujeros sobredimensionados. Las varillas de control pueden ser montadas por encima o por debajo del plano de apoyo o verticalmente para evitar el vuelco del recipiente. En los tanques en suspensión, las varillas de control también sirven como respaldo.

Para determinar el tamaño requerido y la ubicación de los sistemas de anclaje, las fuerzas externas (agitador sísmica,, etc) deben ser evaluadas. El plano de apoyo más estable está en el centro de gravedad del tanque cuando este está lleno. En tanques suspendidos se requieren conjuntos o barras de control sólo cuando el movimiento horizontal del tanque puede ser causado por fuerzas externas. Para las fuerzas menores, parachoques puede ser suficiente.

La expansión térmica del tanque con respecto a sus soportes puede causar cargas secundarias indeseables en las células de carga. Algunos diseños para las células de carga proporcionan movimiento horizontal para aliviar la carga lateral. Las varillas en suspensión para las células de carga del tanque deben permanecer verticalmente a menos de 0,5 °. Los diseños de células para vigas voladizas o con los dos extremos fijos puede eliminar o reducir al mínimo la necesidad de conjuntos de anclaje o varillas de control (como se muestra más abajo), mientras que las células cilíndricas siempre requieren ambos.

Las Células de Carga en voladizo reducen los requisitos de anclaje

En términos de permisibilidad para el movimiento horizontal, los diseños de células pueden ser "fijos" (sin permitir movimiento), "lineal" (permitiendo el movimiento lineal), o "full" (permitiendo cualquier movimiento horizontal). Las células fijas y lineales están montadas en posiciones que están más distantes, con el movimiento lineal permitido en la línea que interseca la célula fija.

Los adaptadores para la célula de carga se utilizan en básculas para vehículos donde grandes fuerzas horizontales se producen debido a la desaceleración o aceleración de los vehículos. El adaptador suspende la plataforma de pesaje desde la parte superior de la celda de carga a través de enlaces pivotantes conectados a la placa inferior y a la plataforma. La celda de carga está soportada por una placa base que absorbe cargas pesadas secundarias cuando la desviación horizontal excede los espacios libres alrededor de la placa base. Diseños similares están disponibles para vigas de cizallamientos apoyadas en los dos extremos (como se muestra a continuación).

Instalación viga a cizallamiento con carga en el extremo

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Conexiones de tuberías

Si un tubo está unido a un tanque de pesadas, se introducirán las fuerzas verticales y horizontales. La fuerza vertical total (V) generada por todas las tuberías conectadas a un tanque de pesado deben ser inferior a 30 veces la precisión del sistema (A) multiplicada por la carga viva máxima (L):

Las fuerzas impuestas por los soportes del tubo, el tubo, y el contenido de tubería, además de las fuerzas de muelle resultantes del movimiento de la tubería debido a la expansión térmica, todos deben ser incluidos en V, y en la evaluación de las fuerzas horizontales. Las fuerzas horizontales que actúan sobre el tanque deben ser cero.

A continuación se presentan algunas reglas generales para facilitar la obtención de un diseño aceptable:

o La tubería debe alineada con la conexión del tanque sin requerir ninguna fuerza.o La longitud de la tubería entre el tanque y el primer soporte de la tubería debe ser

suficientemente largo para proporcionar la flexión vertical, pero al mismo tiempo suficientemente corto para que el tubo no se hunda y añada peso al tanque.

o Los soportes de la celda de carga también deben apoyar los dos primeros soportes de tuberías.

o El movimiento hacia arriba y hacia abajo de los soportes de la tubería debe ser limitado.o Cuando sea posible, use una tubería catalogada más ligera, ya que proporcionará una

mayor flexibilidad. Por ejemplo, 10S es más flexible que el 40S.o La transmisión de las fuerzas horizontales deben ser eliminadas con el uso de juntas de

expansión y por medio de tuberías diseñas con giros de 90 ° en dos planos.o Las tuberías flexibles, juntas universales, y las mangueras solamente se pueden utilizar

cuando realice las conexiones horizontales y deben alinearse perfectamente a la conexión del depósito, sin fuerza. No deben utilizarse mangueras trenzadas. Articulaciones o empalmes de goma flexibles son aceptables para la fabricación de conexiones verticales.

o Cuando una tolva y su tapa se apoyan de forma independiente y se sella con una tapa, puede producirse un error de peso debido al cambio de presión causada. Campana de ventilación (y, por lo tanto, rompe el vacío) es requerida para eliminar esta fuente de error.

o La manguera no debe ser usada para hacer giros.o No use aislamiento rígido en las articulaciones flexibles.o En los tanques horizontales redondos, la mejor ubicación para la entrada de la tubería se

encuentra cerca de la célula "fija" de carga.o Los dispositivos eléctricos del tanque (incluyendo células de carga) deben ser cableados

utilizando un conducto flexible que está "en bucle".[Volver al inicio]

Instalación y Calibración

Para comprobar si los transductores y las células de carga están funcionando correctamente, se debe evaluar: ¿La indicación de peso vuelve a cero cuando el sistema esté vacío o sin carga? ¿El peso indicado, es doble cuando el peso se duplica? Es el peso indicado, siguen siendo el mismo cuando la ubicación de la carga cambia (carga desigual)? Si las respuestas son afirmativas, las células y los transductores están, probablemente, en buen estado y no necesitan atención.

Antes de la calibración, el sistema mecánico debe ser examinado junto con la instalación de células para verificar lo siguiente:

Inspeccione los cables de la celda de carga, y la bobina, proteja a los excesos. La carga debe ser distribuida equitativamente entre las células de carga múltiple. Si difieren en más del 10%, la carga debe ser re equilibrada y ajustada con cuñas.

Durante la calibración, la instalación o la eliminación de una célula, el tanque debe ser levantado sin descargar ni sobrecargar las otras células. El diseño del sistema debe integrar el uso del gato y la extracción horizontal de la célula.

Células de carga artificial se debe ser utilizadas en lugar de las operativas hasta que toda la construcción y soldadura se haya completado.

La calibración del tanque requiere perchas o estantes para soportar los pesos de calibración. Y a esto hay que añadir el tanque que se fabrica. Calibración con una precisión del 0,25% de la escala completa o mayor, se realiza generalmente con pesos muertos y es el único método de calibración reconocido por las agencias de medimiento. Todo comienza con la calibración de puesta a cero del sistema:

Durante la calibración de peso muerto, el tanque está uniformemente cargado al 10% de la capacidad de carga en vivo usando pesos estándar. La indicación de peso se registra, y los pesos son eliminados. Siguiente, el material del proceso es añadido al tanque hasta que el indicador de peso registra el mismo (10%) de peso como lo hizo con los pesos de calibración. Ahora los pesos de calibración se cargan en el tanque de nuevo y la lectura (actualmente aproximadamente del 20%) se registra. Estos pasos se repiten hasta que el 100% de la capacidad es alcanzada.

La calibración con pesos en vivo es un nuevo método y un método más rápido, usa a personas previamente pesadas en lugar de los pesos de calibración. El procedimiento es idéntico al de calibración de peso muertos. Este método no debe usarse si hay un riesgo de lesión.

La "transferencia de material", método de calibración, utiliza alguna otra escala para verificar el peso. Este método está limitado por la precisión de la escala de referencia y corre el riesgo de un error debido a la posible pérdida de material en la transferencia.

Una célula master también se puede utilizar para la calibración siempre y cuando la célula master es aproximadamente tres veces más precisa que la precisión esperada del sistema de calibrado. El procedimiento de calibración implica carga incremental y evaluación en cada paso de las señales de salida de la báscula calibrada y de la célula de carga principal (como se muestra a continuación). El número de divisiones utilizados y el método de aplicación de la fuerza (hidráulico o un servomotor) depende del usuario.

Si un sistema de celda de carga está causando problemas, cuatro pruebas pueden llevarse a cabo:

Inspección mecánica: Revisar la celda de carga para detectar daños físicos. Si ha sido físicamente deformada, doblada, estirada o comprimida con respecto a su forma original, no se puede reparar y debe ser re emplazada. Busque distorsión o grietas en todas las superficies metálicas. La superficies de flexión deben ser paralelas entre sí y perpendiculares en ambas superficies externas. Comprobar todos los cables a lo largo de toda su longitud. Cables cortados o desgastados pueden cortocircuitar una celda de carga.

Balance Cero (sin carga): Los cambios en el balance cero generalmente son causados por la tensión residual en la área de detección. Las tensiones residuales son el resultado de la sobrecarga de la célula o de ciclos de operación repetidos. Con un voltímetro, mida la salida de la célula de carga cuando no haya ningún peso en la célula. Debe estar dentro de 0,1% de la señal de salida especificada para cero. Si la salida está fuera del balance del equilibrio de tolerancia cero, la célula está dañada pero quizás corregible.

Resistencia del puente: Mida la resistencia entre cada par de cables de entrada y de salida. Compare estas lecturas con las especificaciones de la célula de carga. Las lecturas fuera de tolerancia suelen ser causadas por la falla de uno o más elementos, por lo general el resultado de electricidad transitoria o caída de rayos.

Resistencia de aislamiento: Conecte todas las entradas, salidas, los cables comunes juntos en sentido correcto, y mida la resistencia entre el cuerpo de la célula de carga y los cables con un óhmetro. La lectura debe ser de al menos 5.000 megaohmios. Si la célula de carga no supera esta prueba, repita la prueba sin el cable común. Si aun así no funciona, la célula de carga requiere ser reparada. Si se aprueba, el problema puede estar en el cable de la célula de carga. Por lo general, la infiltración de humedad provoca cortocircuitos (flujo de corriente) entre la electrónica de la célula de carga y el cuerpo de la célula.

Celda de carga Master para la Báscula de calibración[Volver al inicio]

Instalaciones Especializadas

Células de carga montadas en la pierna de la estructura del tanque. Miden los cambios de tensión en la estructura de soporte del tanque y pueden determinar los pesos de los tanques entre 0,1% y 0,5% de exactitud en la escala completa. Estas células pueden ser instalados sobre soportes de tanques existentes, y varios se puede montar o atornillados a las piernas del tanque. Las patas pueden ser de vigas en I, tuberías, tubos rellenos de hormigón, o ángulos de hierro.

Estas células de carga están disponibles en diseños simples y de doble eje. Las células de doble eje son capaces de proporcionar una supervisión perpendicular monitorizada de tensiones térmicas o de otro tipo (interferente), eliminando los errores de la señal primaria. Si se usa una célula de un solo eje, una segunda célula puede ser instalada perpendicularmente a la primera para medir y eliminar los errores causados por las tensiones térmicas.

Estas células son muy sensibles a la temperatura y por lo tanto requieren un blindaje y aislamiento de sol y el viento. Localizando la célula en una viga I minimizará el error de temperatura. El metal base de células de un solo eje debe coincidir exactamente con el material de la pierna del tanque, o se introducirán errores. Si se usan células de dos ejes, estas compensan las diferencias de material y esto no será una preocupación. El mejor diseño, es montando una célula de doble eje en el centro del alma de viga I. La siguiente mejora es instalar dos células de un solo eje montadas una frente a la otra en la cara la ala que se une al alma.

Las básculas Treadle eliminan la complejidad de la construcción de básculas para vehículos a partir de células de carga individuales, puentes báscula, complementos de estabilización, y por lo tanto son menos costosas (tal como se muestra a continuación). La escala de treadle/pisado es una unidad autónoma que puede ser fácilmente introducida a un pozo poco profundo. Además de ser precisa, galgas extensométricas direccionales se proporcionan para detectar el movimiento del vehículo.

Diseño de la báscula Treadle

Transductores Monorail pesan cargas "en vivo" usando la celda de carga integrada y conjuntos de flexión integrados en un único módulo auto portante (como se muestra a continuación). La disposición del medidor de deformación en este módulo detecta el peso correcto independiente de la posición de carga. La disposición inclinada en la parte superior del módulo desacopla la carga del "empujador" durante la medición de peso y por tanto, elimina estas fuerzas.

Transductor de pesaje monorail

Sistemas de cinta de pesaje se utilizan en cintas transportadoras planas o inclinadas. Las cintas planas son más precisas, pero también tienden a derramar más material. Este tipo de sistema de pesaje consta de células de carga que soportan un conjunto de rodillos, que incluyen tres rodillos locos a ambos lados para estabilizar y soportar la cinta y su contenido a medida que se mueven sobre la escala. El peso entregado se determina integrando el producto de las señales de peso y la velocidad de la correa.

El sistema de pesaje debe estar situado lejos de la carga de impacto del material y del área de difusión, y en el extremo opuesto de la polea del mando para evitar la tensión de banda alta. Las cintas deben ser de una sola capa, flexible, y deben realizar un seguimiento sin movimiento lateral. La tensión de la correa debe mantenerse en peso-polea para minimizar la interferencia o resistencia al movimiento. Tensión de la correa debe ser ajustada después de controlar la respuesta del sistema con más o menos tensión. Una correa suelta da un error de carga lateral debido un impacto de la misma o una envoltura, mientras que un cinturón apretado puede causar que la célula de carga mida la tensión de la correa en lugar de carga. Las celdas de carga se utilizan ampliamente en aplicaciones que requieren precisión en el pesaje de los materiales sólidos y líquidos. Dependiendo de si el receptor o el dispensador es pesado, estas aplicaciones se conocen como configuraciones de ganancia en peso o de pérdida de peso (como se muestra a continuación).

Configuración células para dosificadoras de sólidos

Las escalas del peso perdido, se mide el valor en el cambio del peso total del tanque dispensador. Se utilizan para controlar pequeñas velocidades de flujo de masa en un proceso. Estas escalas consisten en un sistema de celda de carga pequeña, un sistema de medición y control de la diferenciación y un dispensador de velocidad variable. Normalmente, la velocidad del dispensador se ajusta para mantener la tasa del flujo de masa en el proceso; durante el ciclo de llenado, se mantiene constante en su último ajuste.

La tolva de nivel se pesa con las células de carga conectadas a través de un cuadro de resumen a un transmisor de peso. El sistema de control controla el alimentador de husillo a una velocidad alta (tasa de grueso) hasta que el peso total del objetivo es abordado. En ese momento el sistema de control retarda el alimentador de husillo a una "tasa de goteo". El alimentador de tornillo de carga continúa en la tasa de goteo durante un período corto de tiempo, deteniéndose justo antes de que el peso objetivo se alcanza.

La diferencia entre el peso objetivo y el peso en el cual se detiene el alimentador de tornillo se llama el "pre-acto" peso. Este ajuste de la diferencia del pre-acto permite que el sistema de control examine el material aún en vuelo que sigue cayendo desde el alimentador de tornillo a la tolva de nivel. El peso pre-acto se puede ajustar manualmente o automáticamente, y su ajuste correcto es crítico para aplicaciones de alta precisión.

En el caso de procesamiento por lotes de pérdida de peso, un alimentador provisto con una válvula de cierre en su entrada y con un alimentador de tornillo de velocidad variable en su salida. El alimentador entero, incluyendo la entrada de la tolva y el alimentador de tornillo, está montado sobre las celdas de carga. Cuando la válvula de entrada del alimentador está cerrada, la pendiente en la que el peso total está disminuyendo indica la descarga continua del alimentador. Esta pendiente es controlada por los controles de "pérdida de peso", que calculan la velocidad a la que el peso total está cambiando. La velocidad de alimentación se establece en Kilogramos por hora, y el sistema de control regula la velocidad del alimentador de tornillo para mantener esta velocidad de descarga de alimento deseado.

El sistema de control aumenta la velocidad del alimentador de tornillo cuando la velocidad de avance es inferior al valor de consigna, y lo frena cuando está por encima de la consigna. Cuando el alimentador está casi vacío, el sistema de control pone el alimentador en modo de recarga. En este modo, la válvula de entrada se abre y se mantiene abierta hasta que el peso deseado se alcanza de pleno.