Vistas: 0 Autor: Editor del sitio Hora de publicación: 2026-11-05 Origen: Sitio
Un sensor de fuerza de orificio pasante, también llamado celda de carga tipo donut o arandela de carga, es un transductor de fuerza en forma de anillo con una abertura central para un perno, varilla o eje. Mide la fuerza axial, generalmente compresión, en conjuntos donde una celda de carga sólida bloquearía el mecanismo. La apertura por sí sola no determina cómo se debe cargar el sensor: las superficies de carga y de apoyo especificadas definen la ruta de medición.
Para OEM equipos y accesorios de investigación, comience con tres preguntas: ¿qué fuerza debe medirse, hacia dónde viaja esa fuerza y cómo la capturará la cadena de medición completa? Esta guía compara diseños piezoeléctricos y de galgas extensométricas, luego cubre el tamaño del diámetro y la capacidad, la instalación, la conexión PLC o DAQ y la calibración instalada. Para ver los formatos típicos, explore el FIBOS rango del sensor de fuerza del donut.
El orificio pasante describe una abertura que atraviesa el sensor. Donut describe su forma de anillo. La lavadora de carga generalmente enfatiza la instalación alrededor de un sujetador o dentro de una pila comprimida. Los proveedores utilizan estos nombres con cierta superposición, así que compare los dibujos y las instrucciones de instalación en lugar de tratar los nombres como especificaciones intercambiables. FUTEK La categoría de celda de carga de orificio pasante ilustra esta terminología.
Estos son sensores de fuerza, no sensores de presión de fluido. La fuerza se expresa en newtons o kilonewtons. La presión de contacto también depende del área de contacto efectiva y de su distribución; una lectura de fuerza no proporciona automáticamente esa distribución.
Un sensor de anillo de un solo eje típico mide un componente de fuerza axial transferido a través de su estructura de detección prevista. En una unión atornillada, el sensor puede comprimirse debajo de la tuerca mientras el perno está tenso. En un conjunto de brida, la carga puede entrar a través de una característica anular interior y salir a través de una brida de montaje exterior. Estos arreglos requieren herramientas diferentes.
Un orificio central no convierte a un sensor en un transductor de torsión, fuerza radial o multieje. Tampoco significa que un eje giratorio pueda tocar el orificio. Confirme la dirección de medición nominal y proporcione espacio libre para las piezas móviles.
En un diseño de galga extensométrica, la fuerza deforma ligeramente un elemento elástico. Los medidores unidos cambian la resistencia y un circuito puente convierte ese cambio en una pequeña señal eléctrica. Con una excitación estable y un acondicionamiento de señal adecuado, este enfoque admite cargas sostenidas así como cargas cambiantes. El rendimiento dinámico aún depende de la estructura montada y de la electrónica.
Para un puente clasificado en 2 mV/V con excitación de 5 V, la salida nominal a escala completa es de 10 mV. Este es un cálculo ilustrativo, no una especificación del modelo FIBOS . Una señal de este tipo generalmente necesita una entrada de puente o un amplificador de instrumentación antes de que una entrada analógica de PLC convencional pueda leerla de manera confiable.
Una arandela de fuerza piezoeléctrica genera carga eléctrica cuando su material sensor se carga mecánicamente. Un amplificador de carga convierte esta señal en un voltaje utilizable. El enfoque es útil para cambios rápidos de fuerza, mientras que una caída de señal suficientemente lenta y una deriva controlada también pueden permitir mediciones en un intervalo cuasiestático definido. No se debe suponer que mantiene una lectura absoluta estable indefinidamente.
Kistler explica que La medición cuasiestática depende del aislamiento y del comportamiento de baja frecuencia del amplificador de carga. Para una prueba de retención prolongada, compare la deriva aceptable y la duración de la medición con las especificaciones completas del sistema antes de seleccionar un sensor piezoeléctrico.
FIBOS Imagen de producto del catálogo FE011. El sensor de salida de carga requiere instrumentación de carga compatible.
Una arandela de carga encaja dentro de una trayectoria de carga comprimida, a menudo alrededor de un sujetador. Su instalación puede requerir arandelas de introducción de carga específicas, acabados superficiales o precarga mecánica. Confirme el área de contacto del rodamiento, no solo el tamaño nominal del perno. La interfaz describe su Arandela de carga LW como producto de orificio pasante para medir la tensión de los sujetadores; esa descripción de la aplicación no establece la compatibilidad con todas las juntas.
Dentro del rango FIBOS , el La celda de carga de arandela de perno FA1339 está listada con compresión como dirección de carga y una salida nominal de 1–2 mV/V , lo que la coloca en la cadena de medición de salida de puente. Consulte el dibujo para conocer el diámetro interior, el área de apoyo y las herramientas de soporte necesarias antes de combinarlo con una junta específica.
Algunos sensores anulares separan la conexión de carga de la brida de montaje. La abertura central aloja una varilla o eje, mientras que las características anulares mecanizadas y los patrones de pernos establecen cómo pasa la fuerza entre la máquina y el elemento elástico. FUTEK La descripción del LTH500 , por ejemplo, distingue las características de carga interna y de soporte externo. No traslades esa geometría de instalación a otro modelo sin comprobar su dibujo.
El catálogo FIBOS FA128 muestra un paso de eje central, un extremo de carga anular y una brida de sujeción a un asiento fijo. Es un ejemplo útil a la hora de evaluar el diseño de una máquina que necesita una apertura central. Comience con el Página del producto FA128 , luego confirme el dibujo actual y la disposición de montaje para la versión seleccionada. El catálogo identifica la compresión como dirección de carga; el agujero no implica capacidad de tensión.
FIBOS Imagen del producto del catálogo FA128 y diagrama de dirección de compresión. Confirme el dibujo del modelo para las interfaces de carga y soporte.
La geometría de montaje y la tecnología de detección son opciones independientes. Un sensor con forma de arandela puede utilizar galgas extensométricas o material piezoeléctrico. El catálogo FIBOS FE011, por ejemplo, muestra un sensor de cuarzo en forma de anillo destinado a funcionar con instrumentación de carga. Esta es una cadena de medición eléctrica diferente de la salida del puente del FA128.
La siguiente tabla resume en qué se diferencian las dos tecnologías de detección una vez que se integran en un formato de orificio pasante. Úselo para preseleccionar una tecnología y luego confirme las especificaciones propias del modelo seleccionado.
| Punto de comparación | Medidor de tensión Sensor de orificio pasante | Arandela de fuerza piezoeléctrica |
|---|---|---|
| Salida de señal | mV/V señal de puente | Carga eléctrica (pC) |
| Electrónica requerida | Excitación más amplificador puente o entrada DAQ puente | Amplificador de carga y cable de bajo ruido especificado. |
| Cargas estáticas o retenidas | Adecuado para lecturas sostenidas | Limitado por la deriva y la constante de tiempo; cuasiestático sólo durante un intervalo definido |
| Transitorios rápidos | Limitado por la estructura montada y el ancho de banda de acondicionamiento. | Normalmente adecuado para cambios rápidos de fuerza. |
| Conexión directa al PLC | Sólo a través de un módulo puente o amplificador | Nunca directamente; use un amplificador de carga primero |
| Usos típicos | Fuerza de sujeción, control de prensa, retención de precarga | Eventos de prueba de impacto, corte y alta dinámica |
Un sensor debajo de la cabeza de una tuerca o de un perno puede ayudar a medir la reacción de compresión asociada con la precarga del perno, siempre que la fuerza de contacto prevista pase a través de él. Esto respalda las pruebas de desarrollo conjunto, el ajuste de abrazaderas y la comparación de métodos de apriete. El par de apriete por sí solo no es la misma cantidad que la tensión de los pernos: la fricción y las condiciones de las juntas afectan su relación.
Indique si el objetivo es la precarga inicial, su cambio durante la operación o la fuerza externa aplicada al conjunto. Después de apretar, un cambio en la carga de la arandela no necesita igualar toda la fuerza externa porque la junta y el sujetador comparten la carga de acuerdo con su rigidez y estado de contacto.
Una abertura central puede preservar el paso de una herramienta o actuador mientras un sensor mide la fuerza de reacción axial. En una prensa, esto puede soportar el monitoreo de fuerza versus tiempo o fuerza versus posición. Decida dónde se ubica el sensor en relación con las guías, los cojinetes y la herramienta: la fricción u otra trayectoria de soporte entre el sensor y la pieza de trabajo puede hacer que la reacción medida difiera de la fuerza real del proceso.
Cabezal de carga y fijación inferior regulable en equipos de prensa.
Para laboratorios universitarios y de desarrollo, un sensor de anillo puede dejar espacio para una varilla de muestra, un tornillo de ajuste o un dispositivo coaxial. Defina el incremento de fuerza útil más pequeño, la precarga esperada, la duración de la prueba y la sincronización requerida con el desplazamiento u otros canales. Una abertura pequeña o un cuerpo de bajo perfil no garantiza por sí solo una resolución útil de fuerzas pequeñas.
Verifique el diámetro de paso más grande, incluidas las crestas de rosca, las tolerancias, el descentramiento y el acceso al ensamblaje. Luego verifique el diámetro exterior, las dimensiones del anillo de carga, los orificios de montaje, la salida del cable, el acceso al conector y el espacio necesario para las arandelas o adaptadores. La altura instalada incluye todas las piezas de introducción de carga necesarias, no solo el cuerpo del sensor.
Pregunte si la articulación permanece lo suficientemente rígida y si la parte móvil permanece libre durante todo su recorrido. Para obtener un sensor de reemplazo, compare la pila completa y la geometría de transferencia de carga con la instalación original. Un taladro adecuado es sólo una comprobación de compatibilidad.
Geometría de selección, solo esquemática: verifique la abertura, el sobre exterior, la altura total de la pila y el espacio libre para cables o conectores juntos.
Dimensione el sensor para la carga mecánica más grande que realmente lo alcance. Si una precarga de 2 kN y un incremento de proceso de 3 kN actúan en la misma dirección de compresión, el sensor puede transportar 5 kN incluso después de que la pantalla se haya puesto a cero. Este ejemplo supone una ruta de carga aditiva directa; una junta precargada con trayectorias elásticas paralelas necesita su propio análisis de carga compartida.
Incluya aceleración, impacto, ciclos anormales y cargas de instalación. Consulte los límites de sobrecarga y carga combinada del fabricante cuando corresponda. Sobrecarga admisible es un límite de supervivencia bajo las condiciones establecidas, no un rango de trabajo calibrado adicional. Para ciclos repetidos, solicite información sobre fatiga aplicable al espectro de carga real.
Carga de aditivo ilustrativa: 2 kN precarga más un incremento de proceso de 3 kN da 5 kN carga mecánica. La puesta a cero no elimina la precarga.
Lea la base de cada especificación de error: porcentaje de escala completa, porcentaje de lectura u otra definición. Un componente ilustrativo de error de escala completa del 0,2 % en un sensor de 10 kN corresponde a 20 N. En una lectura de 200 N, ese componente por sí solo equivale al 10 % de la lectura. No se trata de la incertidumbre total, que también incluye otros efectos de sensores, montaje y electrónica.
Para cambios de fuerza pequeños en una precarga grande, compare el ruido, la deriva, la histéresis, la fluencia y la repetibilidad durante el ciclo real. Los dígitos de la pantalla y el recuento de bits del ADC no establecen el incremento de fuerza más pequeño y confiable. Solicite evidencia sobre las cargas de trabajo y el ancho de banda requeridos.
La frecuencia natural no es el ancho de banda de medición utilizable. La masa agregada, la rigidez del montaje, los filtros del amplificador y los ajustes de adquisición afectan la respuesta instalada. Seleccione muestreo y filtrado anti-alias para obtener la característica más rápida que importa y verifique si el escaneo del PLC o la actualización de comunicaciones pueden preservarla.
Distinga la temperatura de funcionamiento del rango de temperatura compensada. Considere los gradientes térmicos de herramientas o motores, refrigerante, flexión de cables y sellado de conectores. Una clasificación IP aborda condiciones de ingreso especificadas; no establece compatibilidad química ni elimina el error de medición térmica.
Antes de solicitar una cotización o una muestra, realice las comprobaciones siguientes. Cada fila empareja el parámetro para confirmar con el error que con mayor frecuencia causa una discrepancia entre la hoja de datos y el resultado instalado.
| Parámetro | Qué confirmar | Error común |
|---|---|---|
| Diámetro del agujero | Pieza de paso más grande, tolerancias y descentramiento | Coincidiendo sólo con el tamaño nominal del perno |
| Altura del sobre y de la pila | Diámetro exterior, adaptadores, salida de cables y acceso al conector. | Ignorar las partes de introducción de carga |
| Capacidad | Precarga más fuerza de trabajo más picos en el sensor | Dimensionamiento de la fuerza después de la puesta a cero |
| Dirección de carga | Compresión nominal, tensión o ambas. | Suponiendo que un agujero permite la tensión |
| Base de precisión | Error en los niveles de fuerza realmente medidos | Lectura % F.S. como % de lectura |
| cadena de señal | mV/V o salida de carga, y la entrada del controlador | Cableado de una señal sin procesar a una entrada analógica de PLC estándar |
| Ambiente | Rango de temperatura compensado, entrada y enrutamiento de cables | Tratar una clasificación IP como resistencia química |
| Calibración instalada | Fuerza de referencia aplicada a través de la trayectoria de carga real | Depender únicamente de la calibración de la derivación |
Trace la fuerza desde el componente móvil, a través de la superficie de carga prevista y el elemento elástico, hasta el soporte de la máquina. Marque cada contacto en el plano de montaje. El contacto con un diafragma protegido, prensaestopas o superficie sin carga puede producir errores o daños. No sujete toda la cara del sensor a menos que el plano de instalación del fabricante lo permita.
Mantenga los ejes y pernos alejados del orificio cuando sea necesario, incluso cuando estén bajo deflexión. El contacto con el orificio puede introducir cargas laterales o una trayectoria de fuerza no deseada. Dirija y asegure el cable de modo que el movimiento de la máquina no tire del sensor ni roce el aislamiento.
Utilice las arandelas endurecidas especificadas o piezas de contacto mecanizadas, con superficies de apoyo limpias, planas y paralelas. Una tuerca inclinada, una rebaba, una placa blanda o una brida desigual pueden concentrar el contacto y doblar el sensor. Apriete los sujetadores de montaje en la secuencia especificada y con los valores especificados. No existe un par de apriete universal para todos los sensores de rosquilla.
Alinee el eje de fuerza con el eje de detección previsto y verifique las compensaciones de la herramienta. La resistencia a la carga excéntrica es específica del modelo. Un sensor que sobrevive a una carga fuera del eje aún puede producir un error de medición inaceptable bajo esa carga.
La precarga mecánica puede establecer contacto y mantener activado un elemento sensible a la compresión. Siga los requisitos de precarga del modelo seleccionado. La puesta a cero eléctrica cambia la lectura de referencia; no elimina la precarga, no restablece la capacidad mecánica ni prueba que el conjunto se ha asentado.
Una derivación de fuerza es una trayectoria elástica paralela que transporta parte de un incremento de carga alrededor del elemento sensor. En un conjunto lineal simplificado con el mismo desplazamiento incremental, el sensor lleva ΔFs = ks/(ks + kb) × ΔF, donde ks es la rigidez de la trayectoria de detección y kb es la rigidez de la trayectoria de derivación. Este modelo ilustra la carga compartida; no es una ecuación universal para todas las uniones atornilladas.
Modelo lineal simplificado de trayectorias paralelas con desplazamiento final común. Se debe evaluar la distribución real de la carga conjunta en función de sus condiciones reales de contorno y contacto.
La discusión de HBK sobre La medición de la derivación de fuerza explica por qué la sensibilidad instalada puede diferir de la sensibilidad independiente del sensor. Establecer la relación ensamblada con una fuerza de referencia conocida. Si cambian los soportes, la precarga o las condiciones de contacto, vuelva a evaluar esa relación en lugar de reutilizar un factor de corrección antiguo automáticamente.
Para un sensor de salida de puente, confirme el voltaje de excitación, la resistencia del puente, la salida nominal, la polaridad de la señal y la asignación de pines real. No infiera el cableado únicamente a partir del color del cable. Un módulo DAQ puente puede suministrar excitación y leer la señal diferencial; de lo contrario, utilice un amplificador compatible para producir el voltaje, la corriente o la interfaz digital requerida por el controlador. FIBOS listas amplificadores de células de carga para este paso de acondicionamiento; Haga coincidir su rango de entrada y tipo de salida tanto con el sensor como con el controlador.
Verifique el rango de entrada del amplificador antes de la tara, el escalado de salida, los requisitos de suministro, la conexión a tierra y la terminación del blindaje. Mantenga el cableado de señal de bajo nivel alejado de los variadores de motor y los cables de alimentación de conmutación. Confirme el comportamiento en caso de sobrecarga, desconexión del sensor y encendido para que un controlador no confunda una señal de falla con un valor de fuerza válido.
Cableado de sensores y un indicador digital en una estación de trabajo de prueba FIBOS .
Un sensor de salida de carga necesita un amplificador de carga compatible y el cable de bajo ruido especificado. Mantenga los conectores limpios, secos y mecánicamente seguros. Es posible que el elemento sensor del sensor no requiera excitación del puente, pero su amplificador aún necesita energía. No conecte una salida de carga directamente a una entrada analógica de PLC estándar.
Seleccione el rango de carga y la configuración de sensibilidad para el sensor instalado, luego elija una constante de tiempo apropiada para la duración del evento y la decadencia aceptable. Reinicie el amplificador de carga en una condición de ciclo definida y documente lo que significa esa referencia. kistler's La guía de tecnología del amplificador de carga muestra cómo diferentes configuraciones de constantes de tiempo cambian la forma de onda medida.
Dos cadenas de medición: los sensores de salida de puente necesitan una excitación y un acondicionamiento de puente adecuados; Los sensores de salida de carga necesitan un amplificador de carga compatible.
Registre el sensor, la electrónica, la configuración de montaje, la condición de precarga, la temperatura y la configuración del filtro. Después del calentamiento y el asentamiento mecánico, verifique el cero en el estado de referencia definido. Aplique fuerzas conocidas en varios puntos relevantes del rango de trabajo, incluida la carga y descarga cuando sea práctico, y repita el ciclo para exponer la histéresis o un asiento deficiente.
Una resistencia de calibración en derivación en un puente extensímetro verifica la respuesta eléctrica. No aplica una fuerza mecánica y no puede verificar la transferencia de carga, la calidad del contacto o la rigidez del ensamblaje. Asimismo, un cero estable es útil pero no prueba que la sensibilidad sea correcta.
Cuando el montaje genere carga compartida, calibre el sistema ensamblado con un transductor de referencia adecuado en la trayectoria de fuerza prevista. HBK El procedimiento de calibración CFW distingue la determinación de la sensibilidad después del montaje, la configuración del amplificador y la verificación. Utilice los requisitos propios del sensor seleccionado para planificar el procedimiento.
Luego verifique la tarea de medición real: una prueba de mantenimiento para detectar fluencia o deriva, ciclos repetidos de la máquina para repetibilidad y carga transitoria representativa para picos y tiempos. Una verificación de referencia estática por sí sola no establece una respuesta dinámica. Defina los límites de aceptación del proceso o experimento y vuelva a verificar después de volver a montar, sobrecargar o un cambio significativo en la ruta de fuerza.
A solicite una revisión de selección FIBOS , proporcione un boceto de ensamblaje, el diámetro de la pieza que pasa, el espacio disponible, las superficies de carga y soporte, la precarga y el ciclo de fuerza, la duración de la medición, el entorno y la entrada del controlador. Si reemplaza una unidad existente, incluya su modelo completo, dibujo e información de calibración. Si no se ajusta ningún orificio o envolvente estándar, estos detalles también respaldan la discusión sobre una Sensor personalizado no estándar antes de comprometerse con una muestra.
Sí, en un conjunto adecuado se puede inferir la tensión del perno a partir de la reacción de compresión transmitida a través del sensor debajo de la tuerca o la cabeza. El sensor en sí puede seguir siendo solo de compresión. Compruebe si hay rutas de contacto alternativas y distinga la precarga inicial del perno de los cambios causados por una carga externa; La rigidez de la articulación determina cómo se comparten esos cambios.
Sólo si sus direcciones de carga nominales y sus accesorios son compatibles con ambos. Algunos modelos miden únicamente la compresión. Un sensor de compresión precargado puede medir una reducción en la compresión, pero eso no es un permiso para poner en tensión su elemento sensor. Compruebe la compresión mínima restante y la carga máxima durante todo el ciclo.
No. La puesta a cero cambia la referencia mostrada o registrada. El sensor continúa llevando la precarga, que todavía cuenta para la capacidad mecánica. Mantenga un registro de la precarga física y verifique que la entrada del amplificador tenga el rango adecuado incluso cuando su salida haya sido tarada.
No lo asumas. El espesor del sensor, el área de contacto, la rigidez, las piezas de introducción de carga requeridas y el acoplamiento del sujetador pueden cambiar la junta. Evalúe la retención de la precarga, el espacio libre disponible y la ruta de carga revisada, luego verifique el conjunto mecánica y metrológicamente antes de tratarlo como equivalente.
Esos dos partidos son insuficientes. Compare superficies de carga, orificios de montaje, altura, rigidez, clasificaciones de dirección, límites de sobrecarga, salida, excitación, cableado, límites ambientales y calibración. Trate el nuevo modelo como candidato a reemplazo hasta que las pruebas de instalación y medición confirmen la idoneidad para su aplicación.
