¿Qué es una celda de carga y cómo funciona?
Tipos y alcance
Para empezar, entenderemos en principio el funcionamiento de los sensores de galgas extensométricas. Cuando una fuerza externa actúa sobre un cuerpo, se deforma y contrarresta la fuerza aplicada. Debido a la deformación de la carcasa del sensor, se produce un efecto en el elemento de medición del extensímetro. Como resultado, el dispositivo genera una señal eléctrica, que lee y que el sistema de procesamiento da el resultado de la medición. ¿Pero para qué es este tipo de dispositivo?
Las galgas extensiométricas se usan para:
- Mediciones de peso. Además, dependiendo del diseño de la unidad de medición, pueden usarse para compresión o tensión. En consecuencia, su propósito es medir el peso en plataformas (por ejemplo, balanzas en tiendas) o en una suspensión (grúas, etc.).
- Mediciones de presión. Por ejemplo, en tuberías de gases y sustancias líquidas.
- Mediciones de par (en motores de automóviles o máquinas herramientas).
- Definiciones de aceleración.
- Control de movimiento.
Por el tipo de elemento de medición y el principio de funcionamiento, las celdas de carga se dividen en:
- Resistador.
- Piezoeléctrico.
- Polarización óptica.
- Fibra óptica.
- Piezoresistivo
Las características de diseño de la celda de carga determinan dónde se usa, porque el diseño determina la presencia de agujeros de montaje y vectores de la posible aplicación de fuerzas, respectivamente, y el proceso de medición en sí. También hay diferentes tipos de galgas extensométricas en forma:
- Viga voladiza. El propósito de tales dispositivos es medir la cantidad de sustancias en dispensadores, transportadores, plataformas, búnkeres y básculas de piso.
- Cilíndrico. Se utilizan para pesar vagones, automóviles, tanques y contenedores, donde es necesario medir grandes pesos.
- En forma de S, extensible, adecuado para medir el peso levantado por una grúa y otros diseños similares.
En la práctica, las galgas extensométricas se pueden producir en un diseño completamente diverso.
El dispositivo y el principio de funcionamiento.
Los medidores de tensión se utilizan para medir la presión o el peso; todos emiten una señal eléctrica digital o analógica eléctrica cuando cambia la forma del elemento sensible. ¿Pero de qué están hechos?
La base o las carcasas son de diferentes tipos, depende de dónde pueda instalar el sensor. Y también en qué dirección funciona: para compresión, tensión o flexión.
Además del elemento sensor, la carcasa de la celda de carga también puede contener unidades adicionales, por ejemplo, un ADC, controladores de potencia, etc. Si el medidor de tensión es digital, entonces hay una unidad para convertir una señal analógica (ADC).Considere el principio de funcionamiento del elemento sensor del medidor de tensión en el ejemplo de un componente resistente a la tensión: han encontrado el uso más extendido.
Un medidor de deformación resistiva es una película o sustrato flexible sobre el cual se aplica una capa resistiva. Si se trata de un sensor de película (pulverización delgada o papel de aluminio, si es alambre), se coloca un cable de sustrato flexible. La pulverización o el alambre se colocan en una línea sinuosa.
Durante la acción mecánica sobre el sustrato, se dobla, como resultado de lo cual la película, papel de aluminio o alambre se estira. En consecuencia, en un estado tenso, su área de sección transversal cambia (disminuye) y aumenta la resistencia. Cuando la presión disminuye, el sustrato vuelve a su posición original, la capa resistiva también, y su resistencia comienza a disminuir y vuelve a la normalidad.
Los órganos piezoeléctricos sensibles funcionan de manera opuesta. Cuando se aplica presión al cristal piezoeléctrico, se produce un EMF, mientras que la resistencia de los sensores piezoresistivos hechos de películas semiconductoras delgadas también cambia.
También puede encontrar sensores capacitivos: son dispositivos cuyo principio de funcionamiento es medir la capacitancia entre placas flexibles. Además de dispositivos electromagnéticos en los que, bajo la influencia del circuito magnético, cambian las características del circuito.
Diagrama de cableado
Cómo funciona la celda de carga, descubrimos. Ahora debe familiarizarse con el diagrama de conexión. El diagrama de bloques del dispositivo que lee la señal se muestra en la figura a continuación. En él, verá una de las opciones para amplificar y convertir la señal del sensor.
Si consideramos el sensor de galgas extensométricas, en realidad es un puente de resistencias, incluido de la siguiente manera. Este circuito de conmutación se llama "Puente de Winston" o el puente de medición.
Para su funcionamiento, no es suficiente conectar solo cables de señal, también necesita cables de alimentación. En algunos sistemas complejos, los cables también se pueden conectar para la estabilización térmica u otras funciones.
El video explica en detalle qué son los sensores de galgas extensométricas y cómo funcionan:
Los sensores modernos de galgas extensométricas, dependiendo de su propósito, pueden usarse en instalaciones para medir desde fracciones de un gramo hasta cientos de toneladas. En consecuencia, para cada rango de pesos, se seleccionan medidores de deformación de cierto diseño y tipo de elemento sensible. Además de los pesos medidos, las condiciones en las que operarán, así como la clase de precisión requerida, juegan un papel importante en la selección de la instrumentación.
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