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Todas as células de carga de SP são baseadas em strain gauge e usam o principal da ponte de Wheatstone. Este artigo explora a ciência envolvida e como uma célula de carga realmente funciona.

Nossa História

Uma célula de carga (ou célula de carga) é um transdutor que converte força ou massa em uma saída elétrica mensurável, mais comumente declarada como ## milli volt por volt (mV / V).
Embora existam muitas variedades de sensores de força, como células de carga baseadas em strain, hidráulico, piezoelétrico e pneumático, são o tipo mais utilizado.

Wheatstone Bridge CircuitNo 1843, o físico inglês Sir Charles Wheatstone criou um circuito ponte que poderia medir resistências elétricas. O circuito da ponte Wheatstone é ideal para medir as mudanças de resistência que ocorrem nos strain gauges. Embora o primeiro medidor de tensão de fio de resistência ligada tenha sido desenvolvido nos 1940s, não foi até a eletrônica moderna ter apanhado que a nova tecnologia tornou-se tecnicamente e economicamente viável.

Wheatstone Bridge Circuit

A ciência

As células de carga de calibre de tensão SP convertem a carga sobre elas em sinais elétricos. Os próprios medidores são ligados ao corpo da célula de carga em posições cuidadosamente calculadas. Quando uma força é aplicada, o corpo da célula de carga se deforma.
Na maioria dos casos, quatro medidores de tensão são usados ​​para obter a máxima sensibilidade e compensação de temperatura.

Strain strain gauge

Medidor de tensão

Dois dos medidores geralmente estão em tensão e dois em compressão, e são conectados com ajustes de compensação para equilibrar zero.
Quando a carga é aplicada, a tensão altera a resistência elétrica dos medidores em proporção à carga - os equipamentos eletrônicos SP amplificam e medem esta mudança na proporção e convertem-na para uma tela em uma unidade de engenharia calibrada conhecida, como tonelada, libras, KiloNewtons ou Kilogramas que permitem a medição precisa e repetitiva do operador da célula de carga.

Tipos de células de cargaMedidor de tensão aplicado

Existem vários tipos comuns de célula de carga:
• Loadlink - um bloco de material com um orifício de carga para um grilhão em cada extremidade permitindo que as forças de tração sejam aplicadas
• Raio de cisalhamento - um bloco reto de material fixado em uma extremidade e carregado no outro
• Fio de cisalhamento de extremidade dupla, um bloco reto de material fixado em ambas as extremidades e carregado no centro
• Câmera de carga de compressão, um bloco de material projetado para ser carregado em um ponto ou área em compressão
• A célula de carga de feixe 'S', um bloco em forma de "S" que pode ser usado em compressão e tensão (os links de carga e as células de carga de tensão são projetados apenas para tensão)
• Carga de carga de cisalhamento, uma célula de carga redonda que detecta a força aplicada através dele, através de strain gauges instalados dentro de um pequeno furo através do centro do pino. Dois trilhos são usinados na circunferência externa do pino para definir os planos de cisalhamento.

Excitação e saída avaliada

A ponte Wheatstone está excitada com tensão estabilizada (geralmente 3vdc com produtos SP, mas pode ser até 20v).
A diferença de tensão proporcional à carga aparece nas saídas de sinal em mv / v.
Uma saída de célula de carga é avaliada em milivolts por volt (mV / V) da diferença de tensão na carga mecânica nominal máxima. Assim, uma carregadeira 2 mV / V fornecerá sinal de milivoltagem 6 em plena carga quando excitado com 3v.
Os valores de sensibilidade típicos são 1 para 3 mV / V; A maioria das células de carga SP são avaliadas em torno de 1.5mV / V.

Pilhas de carga de quatro e seis fios

Algumas células de carga possuem um cabo com fios 4 e uma tela; outros possuem um cabo com fios 6 e uma tela. Aqueles com fios 6, além das entradas +, entradas, + e terminações de sinal, possuem fios 2 chamados de + Sentido e Sentido. Estas são às vezes denominadas + Referência (ou + Ref) e -Referência (ou -Ref).

A principal diferença na função desses tipos 2 é que as células de carga com um cabo de fio 6 podem compensar variações na tensão de excitação real que eles recebem do amplificador, indicador ou PLC. A resistência de um cabo elétrico (condutor) varia de acordo com o seu comprimento e as mudanças de temperatura, resultando em variações na tensão de excitação nas células de carga. Com cabos longos, haverá uma queda de tensão do valor original fornecido pelo amplificador, indicador ou PLC e a vantagem de uma célula de carga de fio 6 é que essa queda de tensão pode ser compensada de forma rápida e efetiva sem afetar a medida de carga .

Pilhas de carga de fio 4

As células de carga de fio 4 já estão calibradas e compensadas termicamente em conjunto com o comprimento permanente do cabo fornecido durante a fabricação. SP recomenda que você não encurte o cabo de uma célula de carga de fio 4 se for muito longo; é melhor enrolar o excesso de cabo. Isso ocorre porque a calibração e a compensação de fábrica de uma célula de carga de fio 4 serão comprometidas se você encurtar o cabo. Não há fios de sentido para compensar o novo comprimento do cabo.

Ao conectar células de carga de fio 4 em uma caixa de junção antes do amplificador, indicador ou PLC, recomendamos usar um cabo de célula de carga de fio 6 dedicado para conectar a caixa de junção ao amplificador, indicador ou PLC. Isso irá compensar qualquer queda de tensão ao longo do comprimento do cabo entre eles. Em qualquer caso, o cabo deve ser bem blindado e ter uma seção transversal suficiente (pelo menos 0.2 mm sq) para limitar a queda de tensão ao longo do seu comprimento.

Pilhas de carga de fio 6

A precaução acima sobre cortar os cabos não se aplica às células de carga com um cabo de fio 6. Os dois fios de sentido são capazes de medir a tensão de excitação real observada na ponte Wheatstone dentro da célula de carga, portanto, o sinal mV da célula de carga pode ser ajustado de acordo com a excitação real que experimenta. Se um engenheiro de instalação quiser encurtar os cabos, eles podem fazê-lo sem comprometer o desempenho da célula de carga.

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