5 reglas para que tu transductor de fuerza piezoeléctrico funcione correctamente

5 reglas para que tu transductor de fuerza piezoeléctrico funcione correctamente

 transductor-de-cargalogo-hbmAntes de realizar tu medición debes asegurarte de tomar todas las precauciones para evitar obtener resultados poco fiables, es por eso que a continuación te damos 5 reglas que no debes olvidar antes de montar tu transductor.

5 reglas para que tu transductor de fuerza piezoeléctrico funcione correctamente

Antes de realizar tu medición debes asegúrate de tomar todas las precauciones para evitar obtener resultados pocos fiables, es por eso que a continuación te damos 5 puntos que no debes olvidar antes de montar tu transductor.

Los transductores piezoeléctricos ofrecen numerosas ventajas para aplicaciones industriales, además son extremadamente compactos. Las cadenas de medición piezoeléctricas con una instalación apropiada pueden soportar una alta capacidad de sobrecarga con un desplazamiento insignificante, teniendo como resultado excelentes propiedades dinámicas de alta rigidez.

Pero para lograr esto debes tener en cuenta los siguientes puntos:

1- ¿Requieres que tu transductor tenga una tensión inicial?

HBM tiene dos diferentes transductores de fuerza piezoeléctricos:

  • Los transductores de fuerza CFT: Que son calibrados y entregados con un certificado de calibración. Debido a que estos transductores de fuerza están pre-tensados son aptos para su aplicación inmediata, por lo que repetir la calibración de la cadena de medición no es necesario.
  • Los transductores de fuerza CFW: Son significativamente más planos en su diseño y no son pre- tensados, por lo que el transductor debe ser calibrado y pre-tensado en una condición de montaje. El pre-tensado es necesario para asegurar la linealidad y la duración de la estructura del transductor.

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¿Pero a qué nos referimos con pre-tensado? El pre-tensado quiere decir que se necesita montar otro elemento mecánico en paralelo al transductor de fuerza.

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Te recomendamos pre-tensar el transductor al menos en un 10 % de su fuerza nominal. Se puede usar el transductor CFW para determinar la tensión inicial.

Una parte de la fuerza nominal esta ahora desviada a través del elemento pre-tensado, el pre-tensado y la fuerza de derivación están determinados por la instalación, por lo que es necesario calibrar el CFW después de que el montaje esté completo. Por ejemplo, para comparar la señal de salida del transductor con una fuerza conocida. La exactitud de los resultados de medición dependerá en gran medida de la exactitud de la calibración.

2 – Aumenta la calidad de tus señales de salida

La salida de carga de un transductor piezoeléctrico se convierte en un voltaje directamente proporcional por medio de un amplificador de carga.

Los sensores piezoeléctricos resultan ideales para aplicaciones dinámicas, por ejemplo, mediciones relacionadas con un punto fuera de cero. La desviación generada por una cadena de medición piezoeléctrica es tan baja que esta no afecta la exactitud, incluso con requerimientos altos.

diagrama-amplificador-carga
Diagrama en bloque de un amplificador de carga

La derivación es un efecto del amplificador de carga. El transductor por sí mismo no muestra derivación si el montaje y la conexión se realizan de la manera adecuada. La derivación máxima de una cadena de medición es de 0.1 pC/s o 25 mN/s si el sensor contiene cuarzo y de 13mN/s para sensores con material de fosfuro de galio.

Para obtener una derivación baja debes tomar en cuenta los siguientes puntos:

1. El comportamiento del funcionamiento del amplificador de carga : El amplificador de carga debe encenderse al menos una hora antes de que comience la medición.

2. Limpieza de las conexiones: Si la resistencia de aislamiento del cable entre el transductor y el amplificador de carga es muy baja, la cadena de medición se derivará como carga que será liberará a través de la baja resistencia de aislamiento. Para mantener la cadena piezoeléctrica de medición con una derivación baja, todas las clavijas y enchufes se deberán mantener limpias todo el tiempo.

Debes asegurarte de no tocar superficies con contactos abiertos con la mano, ya que esto reduce la resistencia de aislamiento necesaria.

También te recomendamos dejar las tapas de protección en los enchufes de los sensores y en los amplificadores de carga hasta que el sensor o el amplificador sea conectado. Cuando se desconecten se deben colocar nuevamente las tapas de protección.

Los transductores piezoeléctricos deben ser conectados con un amplificador de carga que posea un cable coaxial de alta calidad. HBM tiene el cable adecuado para esta aplicación el 1-KAB143/3, hay que tomar en cuenta que un cable no puede ser reparado por lo que si se encuentra dañado debe reemplazarse.

Si la cadena de medición funciona siempre con un cable de conexión y los sensores son almacenados con sus tapas protectoras por lo regular no se produce la contaminación de la superficie de los contactos.

3- Limpia enchufes contaminados

Si a pesar de todos los cuidados, los enchufes se contaminan, se pueden limpiar de la siguiente manera:

  • Primero desenrosca el enchufe
  • Limpia en seco las superficies blancas del enchufe con una almohadilla de limpieza
  • Rocíe el enchufe con isopropanol puro
  • Limpia nuevamente con una nueva almohadilla de limpieza

Las clavijas de los cables no se pueden limpiar, si el cable está contaminado debe reemplazarse.

Toma en cuenta que el limpiador RMS1 que es usado para la limpieza de puntos de instalación de galgas extensiométricas no sirve para la limpieza de sensores piezoeléctricos.

4 – Optimiza el ambiente para la medición de fuerza

La influencia de la temperatura en la sensibilidad del transductor es bastante baja, de tan solo 0.2 % / 10K lo cual es insignificante para la mayoría de las aplicaciones.

Los cambios de temperatura conducen a tensiones térmicas. Adicionalmente los módulos E de los elementos de pre-tensado son dependientes de la temperatura.

Es importante que la salida de señal solo cambie en caso de una modificación de temperatura. En estado estacionario no se genera carga y no existe influencia de cambios de temperatura en la medición.

Los efectos de la temperatura pueden ser minimizados si te aseguras de que:

  • El transductor es almacenado el tiempo suficiente a la temperatura de la aplicación
  • El transductor no debe ser tocado con la mano poco antes de la medición, ya que esto puede calentar los sensores en forma desigual
  • Se debe de hacer un reinicio después de cada ciclo de medición

La influencia de derivaciones y cambios de temperatura son extremadamente bajas, particularmente con mediciones que finalizan en el intervalo del minuto de fuerzas más grandes, y por lo tanto no dan lugar a inexactitudes relevantes en la medición.

5- Ten en cuenta los límites de carga

En los transductores de fuerza, el cristal se encuentra en el flujo de la fuerza directa. Los elementos de medición (cuarzo o GaPO4) son diseñados para cada transductor a la máxima fuerza nominal que pueda presentarse.

El aplicar momentos de flexión puede conducir a una sobrecarga del transductor ya que el cristal está más cargado de un lado y por consecuencia la carga se libera en el otro lado.

El estrés mecánico máximo es calculado por la tensión adicional causado por la flexión aplicada en el cristal y las tensiones de carga de las fuerzas axiales que deben medirse. La máxima presión de la superficie no debe excederse bajo ninguna circunstancia.

Debido a que la señal de salida no depende de la fuerza nominal del sensor en los transductores piezoeléctricos, es posible seleccionar transductores con una fuerza nominal mayor con el fin de evitar una sobrecarga en tales situaciones.

El siguiente diagrama muestra el momento de flexión máximo permitido, dependiendo del proceso de fuerza. La flexión máxima aceptable por el transductor CFW puede ser de un 50 % de carga de tensión.

límites-de-carga

Si el momento de flexión es generado por una fuerza desde un lado, se produce una fuerza lateral que reduce los valores máximos.

El error de medición provocado por el momento de flexión es bajo, porque las tensiones más altas del material de un lado del cristal están compensadas por las tensiones bajas del otro lado.

Si un transductor CFW es cargado con un momento de flexión de 100 Nm, esto producirá una salida de señal de -2.3 N. Es importante que tome en cuenta la fuerza lateral máxima contenida en la hoja de datos.

Si tienes alguna otra duda sobre el uso de tus transductores de HBM, puedes contactarnos a ventas@midebien.com

Este artículo es una traducción y adaptación del original: “Piezoelectric force transducer: 5 rules for installation and mounting”

www.hbm.com

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