Visualizações: 0 Autor: Editor do site Horário de publicação: 06/11/2026 Origem: Site
Um sensor de tensão em linha e força de compressão, também chamado de célula de carga em linha ou célula de carga de tensão-compressão roscada, é montado em série entre dois componentes e mede as forças axiais de empurrar e puxar que passam por essa junta. Em um atuador linear, ele fica entre a haste e a ferramenta. Em uma bancada de teste, ele fica entre a cruzeta móvel e o suporte da amostra. A leitura é tão boa quanto o caminho da carga: cada newton que você deseja medir deve passar pelo sensor e nada mais deve transportar carga ao seu redor.
Se você tiver apenas dois minutos, estes são os pontos que mais frequentemente decidem se uma célula de carga em linha funciona conforme planejado:
Trace primeiro o caminho de carregamento. Qualquer suporte, proteção ou parada rígida que toque o conjunto durante a medição torna-se um caminho paralelo e diminui a leitura.
Dimensione a capacidade a partir da carga física no sensor, incluindo pré-carga e peso do acessório, e não a partir do valor mostrado após zerar.
Converta erros percentuais da escala total em newtons com sua menor força de trabalho antes de comparar planilhas de dados.
Combine a rosca em ambas as extremidades, o comprimento instalado com os adaptadores instalados e a saída do cabo com o envelope real, de preferência com o modelo 3D do fornecedor.
Uma saída de ponte bruta mV/V precisa de excitação e uma entrada de ponte ou amplificador; uma entrada analógica PLC padrão não pode lê-la diretamente.
Verifique ambas as direções com as ferramentas instaladas. Um certificado somente de tensão não diz nada sobre a precisão da compressão.
As duas extremidades de uma célula de carga em linha transferem força através de seu elemento sensor. Uma carga de tração separa as extremidades. Uma carga compressiva os une. Para capturar a força pretendida, coloque o sensor entre o membro móvel e a parte do conjunto cuja carga você precisa medir. Um suporte ou suporte que transporta parte dessa força ao redor do sensor altera a leitura.
Figura 1. A tensão e a compressão atuam no mesmo eixo, em direções opostas. Diagrama conceitual.
Em um projeto de extensômetro, o elemento elástico deforma-se ligeiramente sob carga. Os medidores mudam a resistência e uma ponte de Wheatstone excitada produz uma pequena tensão diferencial. A sensibilidade na folha de dados é comumente dada em milivolts por volt de excitação ( mV/V ). Como ilustração, 1,5 mV/V na excitação de 5 V fornece 7,5 mV de mudança de sinal na carga nominal na direção especificada. A calibração relaciona a saída da ponte com a força em newtons. O O guia de medição de carga baseado em ponte da NI oferece suporte à seleção de instrumentos.
Os pinos externos combinam com acopladores roscados ou ferramentas. As roscas internas aceitam um pino ou adaptador correspondente. Alguns modelos usam conexões finais diferentes. Verifique ambas as extremidades do desenho quanto à profundidade da rosca, folga dos ombros e quaisquer superfícies de carga ou fixação especificadas.
Como referência sobre o que a página de um produto deve dizer, o FIBOS O sensor de força em linha FA203 está listado com capacidades de 50 N a 2.000 N, um corpo de aço inoxidável de φ25,4 mm × 37 mm, uma sensibilidade nominal de 2,0 mV/V , uma sobrecarga segura de 150% F.S. e uma excitação recomendada de 5–12 V. Seu desenho de montagem distingue os tamanhos de rosca por grupo de capacidade, então baixe o desenho para a capacidade exata em consideração, em vez de assumir um thread para toda a série. Do outro lado do FIBOS Na linha de sensores de força de extremidade de haste , os modelos em linha são listados com opções de rosca M4 , M8 e M12, entre outras, o que torna o tamanho da rosca uma decisão da família de produtos, em vez de uma reflexão tardia.
Para atuadores compactos ou pequenos equipamentos de laboratório, verifique o envelope completo instalado. Os acopladores e as contraporcas aumentam o comprimento e a saída do cabo precisa de espaço para roteamento e alívio de tensão. Inclua espaço para uma chave inglesa e verifique a folga em ambas as extremidades do curso. Por exemplo, o FIBOS A célula de carga em linha miniatura FA201 está listada em φ13 mm × 31 mm com capacidades de 50 N a 1.000 N e roscas M4 ; nesse tamanho, um acoplador e uma contraporca podem adicionar uma parcela significativa do comprimento instalado. Confirme a direção de carga nominal e o escopo de calibração para a capacidade selecionada antes de especificar a função push-pull. FUTEK A série de células de carga em linha ilustra como o tamanho do corpo e as opções de rosca variam dentro de uma única família de produtos.
Um design compacto e roscado em linha se adapta a uma conexão haste-ferramenta ou haste-acessório. Uma célula de carga de feixe S também pode ser colocada em série e medir empurrar e puxar quando suas classificações de montagem e direcionais suportam ambos. Possui um envelope de corpo diferente e pode se adequar a uma estrutura de teste com mais espaço ao redor do eixo de carga. UM O sensor de força de furo passante ou rosca é adequado para montagens onde um parafuso ou eixo passa através do sensor e transfere carga através das faces especificadas. Compare como cada projeto realmente exerce força em sua montagem. Para uma comparação mais ampla de princípios de detecção e estilos corporais, consulte o FIBOS guia do sensor de força.
A tabela abaixo resume as diferenças práticas. FIBOS listas Sensores de força tipo S e sensores de força donut como categorias separadas pelo mesmo motivo: a geometria de montagem, e não o princípio de detecção, geralmente decide qual deles se encaixa.
| Projeto | Montagem típica | Onde melhor se ajusta | Cuidado com |
|---|---|---|---|
| Célula de carga em linha rosqueada | Pernos roscados ou roscas internas em série com uma haste ou acoplador | Haste do atuador até a ferramenta, cabeçotes de encaixe por pressão, acessórios compactos push-pull | Comprimento instalado com adaptadores; cargas laterais por desalinhamento; torção durante o aperto |
| Célula de carga de feixe S | Furos roscados na parte superior e inferior de um corpo em forma de S | Estruturas de teste e cargas suspensas ou suspensas com espaço ao redor do eixo de carga | Envelope maior; sensibilidade fora do eixo; verifique se o modelo está classificado para ambas as direções |
| Célula de carga tipo “through-hole” ou “donut” | Anel preso em uma pilha; parafuso ou eixo passa através do furo | Pré-carga dos parafusos, pilhas de fixação, montagens onde o eixo deve passar pelo sensor | Principalmente com classificação de compressão; as faces de carregamento e suporte são definidas pelo desenho |
Uma célula de carga em linha entre uma haste do atuador linear e uma ferramenta mede a força axial transmitida naquele ponto. Um controlador pode usar o sinal para detectar contato ou regular a força. Durante movimentos rápidos, a leitura pode incluir a força necessária para acelerar o ferramental posterior. Verifique este efeito quando o objetivo é estimar a força de contato na peça.
Figura 2. A imagem do produto FIBOS FA203 e o diagrama de direção de carga do manual do produto mostram as duas extremidades roscadas e a carga axial em tensão e compressão.
Uma estação de ajuste por pressão pode registrar a força de compressão contra o deslocamento da ferramenta para verificar como uma peça assenta. Um acessório de inserção-extração pode registrar o pico de inserção e o pico de extração em uma configuração se suas ferramentas transferirem ambas as cargas através do sensor. Sincronize força e deslocamento para que cada pico possa ser vinculado a uma posição ou estágio do ciclo. Ajuste de pressão automotivo, montagem automatizada e teste de componentes 3C são tarefas típicas listadas para modelos compactos em linha, como o FA203.
Figura 3. Nesta estação de prensagem, o cabeçote de prensagem vertical está centralizado acima do acessório redondo que suporta a peça.
Em uma bancada de testes de pesquisa, uma célula de carga em linha pode monitorar a força conforme uma amostra ou mecanismo é carregado e descarregado. Para trabalhos com pouca força, verifique o ruído e a repetibilidade com as garras instaladas. Durante as reversões, inspecione as garras e os acopladores quanto a folga. A folga mecânica pode produzir um segmento plano em uma curva força-deslocamento antes que a carga oposta comece a se acumular.
Especifique o padrão da rosca, o diâmetro, o passo e o engate utilizável em ambas as extremidades. Em um furo cego, verifique se o adaptador assenta conforme planejado antes de chegar ao fundo. Confirme a distância entre as interfaces de montagem após a instalação dos adaptadores. Essa dimensão determina se a ferramenta alcança a peça de trabalho e se afasta das peças adjacentes durante todo o curso. Quando um fornecedor oferece arquivos de modelo 3D, como FIBOS faz com seus sensores em linha, coloque o modelo na montagem antes de fazer o pedido, em vez de verificar o envelope no papel.
Liste as cargas físicas normais e de pico separadamente para tensão e compressão. Inclua o peso do acessório onde ele atua através do sensor, pré-carga da montagem e transientes confiáveis, como um contato forte. Por exemplo, uma pré-carga compressiva de 150 N seguida por 400 N adicionais em compressão fornece cerca de 550 N de carga física antes de qualquer impacto ou carga lateral. Selecione uma faixa nominal que cubra os picos de trabalho esperados com uma margem adequada à aplicação. Trate a classificação de sobrecarga segura como um limite separado e verifique as cargas laterais, os momentos fletores e a torção permitidos. Uma sobrecarga segura de 150% F.S. , conforme listado para FA203 e FA201, é um limite de sobrevivência sob as condições declaradas, não uma faixa de trabalho extra calibrada.
Converta especificações de porcentagem da escala total em unidades de força. Um único termo de erro de 0,1% do fundo de escala em uma célula de carga de 2.000 N corresponde a 2 N. Em uma força de trabalho de 10 N, esse termo sozinho equivale a 20% da leitura. Trate isso como um cálculo de triagem. Avalie outros erros aplicáveis, desvio de zero, histerese durante a reversão e o ruído da cadeia de medição instalada. Verifique se medições repetidas podem distinguir a menor alteração importante para o processo.
Use o recurso mais rápido que importa, como um pico de inserção curto, para especificar a resposta necessária. A massa da ferramenta e a rigidez do acessório afetam a ressonância do sistema instalado. A largura de banda utilizável também depende das configurações de amplificador, filtragem e aquisição; uma frequência natural acima de 5 kHz em uma planilha de dados não significa que a cadeia instalada pode resolver um evento de 5 kHz . Para reversões de carga repetidas, solicite dados de fadiga que correspondam à amplitude da carga, carga média e contagem de ciclos. Verifique a temperatura operacional, o índice de proteção e o roteamento dos cabos em relação à exposição e movimento reais.
Antes de solicitar um orçamento ou amostra, faça as verificações abaixo. Cada linha emparelha o parâmetro para confirmar com o erro que mais frequentemente causa uma incompatibilidade entre a folha de dados e o resultado instalado.
| Parâmetro | O que confirmar | Erro comum |
|---|---|---|
| Conexões de rosca e extremidade | Padrão, diâmetro, passo, comprimento de engate, interno ou externo em cada extremidade | Supondo que um tamanho de thread se aplique a cada capacidade da série |
| Comprimento instalado | Distância face a face com acopladores, contraporcas e rolamentos de extremidade de haste instalados | Lendo apenas a altura do corpo na folha de dados |
| Capacidade | Pré-carga mais força de trabalho mais picos credíveis, separadamente para tensão e compressão | Dimensionamento para a força mostrada após zerar |
| Rotas avaliadas | Tensão, compressão ou ambas, com a precisão indicada para cada | Supondo que um sensor rosqueado seja automaticamente bidirecional |
| Base de precisão | Cada termo de erro convertido em newtons na menor força que importa | Leitura% F.S. como uma porcentagem da leitura |
| Carga lateral e limites de momento | Força fora do eixo, momento fletor e torção permitidos | Verificando apenas a capacidade axial |
| Cadeia de sinal | Saída mV/V , faixa de excitação, resistência da ponte e entrada do amplificador ou módulo | Conectando a saída da ponte diretamente a uma entrada analógica padrão do CLP |
| Dinâmica e fadiga | Recurso de força mais rápido, ressonância instalada, contagem de ciclos e amplitude de carga | Tratar a frequência natural da folha de dados como largura de banda utilizável |
| Ambiente | Faixas de temperatura compensadas e operacionais, classificação IP, flexão e roteamento de cabos | Tratar uma classificação IP como resistência química ou a refrigerantes |
| Escopo de calibração | Direções, pontos, incerteza e limites de aceitação a serem declarados no certificado | Aceitando um certificado de direção única para serviço push-pull |
Alinhe o atuador, a célula de carga e a ferramenta nas posições operacionais onde a força será medida. Verifique o desalinhamento da guia, a deflexão do acessório e a tração do cabo em ambos os limites de deslocamento. Com uma força baixa e segura, compare a resposta em diversas posições de curso usando uma carga de referência repetível. Uma discrepância dependente da posição pode revelar uma alteração no alinhamento ou um contato de fixação.
Figura 4. Uma linha de força deslocada adiciona um momento fletor. Verifique o alinhamento ao longo do curso. Diagrama conceitual.
Uma força de 500 N cuja linha de ação está desviada de 2 mm produz um momento fletor de 1 N·m no sensor. O efeito na leitura depende do sensor e da montagem. Mantenha a introdução da força centralizada e verifique os limites de carga combinados do fabricante. Durante a montagem, siga a sequência de aperto e os limites de torque do modelo e use as faces planas ou pontos de contra-retenção especificados. O O manual de montagem FUTEK LCM fornece exemplos de família de modelos de torque de instalação e verificações de carga fora do eixo.
Verifique se um adaptador, porca, proteção ou batente rígido não toca uma superfície que deva permanecer limpa durante a medição. Esse contato pode criar um caminho de carga paralelo, conhecido como desvio de força. O display pode então mostrar apenas a porção da força aplicada que passa pela célula de carga. Inspecione ambas as direções e toda a faixa de deslocamento, pois uma lacuna só pode ser fechada sob uma carga ou posição específica.
Uma célula de carga em ponte passiva precisa de uma fonte de excitação compatível e de uma entrada de ponte diferencial. Verifique a faixa de excitação, a resistência da ponte, as funções dos fios e a faixa de entrada nos documentos do sensor e do instrumento. Use um módulo de entrada em ponte ou compatível amplificador de célula de carga quando o PLC possui apenas entradas padrão de tensão ou corrente. Onde um amplificador mapeia a força bidirecional para uma saída unipolar, como 4–20 mA, reserve a faixa do sinal em ambos os lados da saída de força zero escolhida e verifique o mapeamento.
Aplique um push and pull conhecido e verifique o sinal no PLC ou no sistema de aquisição de dados (DAQ). Confirme se nenhuma das extremidades da faixa de força necessária está presa no amplificador ou módulo de entrada. Defina a amostragem e a filtragem anti-alias para obter o recurso mais rápido a ser medido. Se a varredura do CLP ou a atualização das comunicações forem muito lentas para reter um pico, capture-o com aquisição de alta velocidade adequada e envie o resultado ao CLP.
Registre a leitura montada em uma condição de referência definida antes de tarar. Repita vários ciclos de carga e descarga e registre quão próximo a leitura retorna da referência. Investigue uma alteração significativa após o aperto ou após a reversão da força. Verifique se há pré-carga mecânica, juntas soltas, emperramento e um zero elétrico instável antes de decidir se deve reconectar ou ajustar o conjunto.
Use uma referência adequada, como uma célula de carga de referência calibrada montada em série, para aplicar ou medir forças conhecidas em ambas as direções. Verifique vários pontos em toda a faixa de trabalho, incluindo a força crítica mais baixa, e registre as leituras durante a carga e descarga. Compare o valor final em newtons no PLC ou DAQ com a referência. Se a precisão ou a rastreabilidade forem contratuais, especifique as direções, pontos, incerteza e limites de aceitação da calibração ao solicitar ou programar a calibração. Para eventos rápidos, verifique separadamente se a cadeia de medição instalada preserva os picos e o tempo necessários.
Muitas células de carga em linha são compradas para substituir uma unidade que falhou, estava sobrecarregada ou não está mais disponível. A correspondência de threads e capacidade é a primeira tela, não o trabalho inteiro. A tabela abaixo lista o que coletar da instalação antiga e o que comparar na ficha técnica e no desenho do candidato. Se o desenho original não estiver disponível, meça o comprimento instalado entre as faces de montagem, fotografe a saída do cabo e as partes planas da chave e leia a excitação do amplificador existente e a faixa de entrada antes de selecionar um substituto.
| Item | coletado da instalação antiga | Compare no candidato |
|---|---|---|
| Ajuste mecânico | Tamanho e tipo de rosca em cada extremidade, comprimento instalado, partes planas da chave, direção de saída do cabo | Desenho para o grupo de capacidade correspondente; adaptadores necessários para atingir o mesmo comprimento |
| Classificações de força | Capacidade nominal, trabalho real e cargas de pico observadas em serviço, histórico de sobrecarga | Carga nominal e sobrecarga segura em cada sentido; carga lateral e limites de momento |
| Interface elétrica | mV/V sensibilidade, resistência da ponte, cores e funções da fiação, excitação em uso | Sensibilidade e resistência de ponte que o amplificador existente pode aceitar sem reescalonamento, ou o novo escalonamento necessário |
| Dinâmica | Taxa de ciclo, pico mais rápido capturado, configurações de filtro no controlador | Dados de rigidez, frequência natural e fadiga para o mesmo serviço |
| Ambiente | Temperatura, exposição ao líquido refrigerante ou poeira, movimento do cabo | Faixa de temperatura compensada, classificação IP, especificação do cabo |
| Aceitação | Como o sensor antigo foi zerado e verificado na máquina | Verificação bidirecional com a substituição instalada antes de liberar a máquina |
Quando nenhum modelo do catálogo corresponder ao comprimento instalado, combinação de roscas ou saída de cabo, pergunte se uma versão modificada está disponível antes de redesenhar o acessório. FIBOS listas sensores customizados não padronizados para esta situação; envie o desenho antigo ou as dimensões medidas juntamente com a faixa de força e os detalhes do amplificador para que a proposta cubra toda a cadeia de medição, não apenas o corpo do sensor.
Eles podem diferir por modelo ou configuração. Verifique a carga nominal, o limite de sobrecarga segura e a precisão especificada em cada direção. Verifique também as classificações dos adaptadores e de quaisquer outras peças no caminho de carga.
Se ambas as leituras de força precisarem de uma precisão declarada, calibre ou verifique ambas as direções conforme exigido pela aplicação. Um certificado somente de tensão estabelece resultados para tensão. Alguns modelos bidirecionais oferecem calibração na segunda direção separadamente, portanto confirme o escopo do certificado ao fazer o pedido.
Um rolamento autocompensador de haste adequado pode acomodar algum desalinhamento angular. Verifique a articulação permitida, folga, folga e classificações push-pull. A folga e o atrito do rolamento podem afetar as medições e leituras de pequenas forças durante as reversões. Uma etiqueta de catálogo como “extremidade da haste” pode descrever o estilo de montagem roscada do sensor, portanto verifique se um rolamento está realmente incluído.
Zerar altera a referência exibida. A pré-carga mecânica ainda atua na célula de carga e deve ser incluída na verificação de capacidade, sobrecarga e condições de fadiga. Registre a pré-carga física ou documente a condição de referência usada para tarar.
Envie as forças de trabalho e de pico em cada direção, o tamanho e o tipo da rosca em ambas as extremidades, o comprimento máximo instalado, a saída e o comprimento do cabo, a faixa de excitação e entrada do amplificador ou módulo PLC, a temperatura operacional e os requisitos de proteção e se um certificado de calibração em duas direções é necessário. Um desenho ou foto do local de montagem evita pelo menos uma rodada de perguntas. O FIBOS a página de contato aceita esses detalhes diretamente.
