Visualizações: 0 Autor: Editor do site Horário de publicação: 26/10/2026 Origem: Site
Uma estação de ajuste por pressão precisa confirmar se uma pequena peça está assentada corretamente. Um teste de conector deve capturar as forças de inserção e extração. Um teste de botão precisa medir a força de contato dentro de um acessório com pouco espaço livre. Em cada caso, o sensor deve caber no espaço disponível enquanto mede a força que importa.
Um sensor de força em miniatura pode fornecer essa medição, mas seu tamanho é apenas o ponto de partida. A direção da carga, a montagem, a força de pico, a qualidade da medição e a interface elétrica determinam se ela funcionará no equipamento. Este guia se concentra em sensores de força em miniatura de extensômetros usados em medição e automação industrial.
Um sensor de força em miniatura é um transdutor compacto que converte uma força mecânica aplicada em um sinal elétrico. Também pode ser chamada de célula de carga em miniatura ou transdutor de pequena força. Dependendo do seu design, mede compressão, tensão ou ambas. O arranjo de montagem deve direcionar a força pretendida através de sua estrutura de detecção.
A miniatura descreve o envelope físico em vez de uma faixa de medição universal. Sensores com dimensões externas semelhantes podem ter capacidades, rigidez e limites de sobrecarga diferentes. Um projeto de perfil baixo pode economizar altura, mas requer mais espaço lateral, enquanto um projeto cilíndrico estreito pode precisar de espaço adicional para fios, cabos ou uma ponta de carregamento.
Por exemplo, o catálogo de produtos FIBOS lista o FA101 com diâmetro de corpo de 8 mm e altura total de 6 mm, enquanto o FA107A tem diâmetro de corpo de 20 mm e altura total de 5 mm. Ambos são designs de compressão, mas seus detalhes de montagem são diferentes. Estas dimensões descrevem esses modelos de catálogo; eles não são um padrão de tamanho para sensores em miniatura.
Figura 1. Dimensões da carroceria FA101 e FA107A do catálogo.
Um sensor de força mede uma carga aplicada, normalmente expressa em newtons. Um sensor de pressão de fluido mede a pressão em um gás ou líquido, normalmente expressa em pascal, bar ou psi. Embora a pressão e a força estejam relacionadas através da área, a medição da força de contato não fornece automaticamente uma distribuição de pressão de contato. O método de detecção e a quantidade necessária devem corresponder.
Figura 2. A força de contato e a pressão do fluido são quantidades medidas diferentes.
Em um sensor extensômetro, a carga produz uma pequena deformação elástica em um elemento sensor de metal. Os extensômetros colados alteram a resistência elétrica à medida que o elemento se deforma. Um circuito de ponte converte essa mudança de resistência em uma pequena tensão diferencial. Dentro das condições especificadas, a calibração estabelece a relação entre esse sinal e a força aplicada.
Figura 3. A força aplicada torna-se uma leitura utilizável por meio de detecção, condicionamento e calibração.
Um sensor tipo botão mede a força de pressão aplicada por meio de um recurso de carregamento designado. Pode ser útil sob um cabeçote de teste ou dentro de um dispositivo de compressão compacto. A superfície de contato pretendida, a área de suporte e a folga dos cabos devem permanecer corretas após a instalação. Os sensores de força de botão em miniatura devem ser comparados tanto pelo desenho mecânico quanto pelas especificações de medição.
Para um teste push-pull, escolha um sensor especificado explicitamente para ambas as direções. Projetos rosqueados em linha podem ser conectados entre dois equipamentos, enquanto são compactos Os designs do tipo S fornecem outro arranjo para tensão e compressão. Nem todos os sensores em qualquer categoria são miniatura, e não se pode presumir que um sensor de botão somente de compressão meça a tensão simplesmente invertendo o sinal do display.
Figura 4. Sensores de aparência semelhante podem precisar de diferentes arranjos de montagem.
Verifique quais superfícies suportam o sensor, onde entra a força e quais áreas devem permanecer livres. O desenho do catálogo FIBOS FA101 mostra uma instalação embutida, enquanto o desenho FA107A mostra a fixação por parafuso. O FA201 utiliza conexões roscadas para tensão e compressão. Estes exemplos ilustram por que as instruções de montagem pertencem ao modelo e não a todos os sensores com aparência semelhante.
Um sensor no caminho da carga de prensagem pode rastrear como a força muda à medida que um componente é montado. Avaliar a força juntamente com o deslocamento pode ajudar a distinguir um padrão de montagem esperado de uma peça desalinhada, obstrução ou assentamento incompleto. Os limites de aceitação devem ser desenvolvidos para as peças e processos reais; a medição da força por si só não prova a qualidade da montagem.
Os testes de conectores e componentes podem exigir medições de força em ambas as direções. Os acessórios devem agarrar o item de teste sem adicionar forças indesejadas de flexão ou fricção. A especificação relevante pode ser a força máxima, a força durante um percurso definido ou a repetibilidade entre ciclos. A velocidade e o alinhamento do teste devem ser controlados para que os resultados possam ser comparados de forma significativa.
Um sensor compacto pode medir a força necessária para acionar um botão ou fazer contato com uma peça pequena. O formato da ponta, a posição de carregamento e a velocidade do movimento afetam o teste. Se for necessária uma curva de força versus deslocamento, combine a medição de força com a medição de deslocamento adequada e a aquisição sincronizada. O sensor de força em si não mede o deslocamento.
Figura 5. Defina a tarefa e as condições de fixação antes de selecionar o sensor.
Figura 6. Uma segunda visão da instalação do sensor de força fornecida pelo cliente.
Comece com um esboço da montagem completa. Marque a força pretendida, os pontos de apoio e todos os contatos que possam transportar carga ao redor do sensor. Decida se você precisa de compressão, tensão ou ambos. Se forças ou momentos em diversas direções fizerem parte da medição necessária, avalie uma solução multieixo em vez de esperar que um sensor de eixo único os reporte separadamente.
Liste a carga operacional normal, pré-carga ou carga de fixação, picos esperados e eventos anormais, como congestionamento ou impacto. Verifique as condições de carga permitidas, os limites de sobrecarga e os requisitos de fadiga do sensor selecionado, quando aplicável. Não existe um multiplicador de capacidade único que se adapte a todos os mecanismos. Uma classificação de sobrecarga segura não é uma extensão da faixa de medição calibrada.
Defina também a menor força de trabalho ou mudança de força que você precisa medir. Uma capacidade maior pode fornecer espaço para picos, mas a mesma pequena força utiliza menos amplitude de saída quando a sensibilidade nominal é comparável. Avalie o ruído, a resolução e o erro nas unidades de força naquele ponto de trabalho. Selecione uma faixa que acomode todo o envelope de carga e ao mesmo tempo atenda aos requisitos de medição de pequenas forças.
Figura 7. Considere cargas normais, picos esperados e eventos anormais separadamente.
Esses termos respondem a perguntas diferentes. A precisão diz respeito à concordância com uma referência sob condições estabelecidas. A repetibilidade diz respeito à consistência de medições repetidas nas mesmas condições. A resolução diz respeito à menor alteração que o sistema de medição completo pode distinguir. Uma exibição com mais casas decimais não oferece automaticamente melhor precisão.
Leia se uma especificação de erro é baseada na escala completa ou na leitura e quais componentes de erro ela inclui. Como exemplo aritmético, 0,5% de uma faixa completa de escala de 100 N equivale a 0,5 N. Esse cálculo por si só não é uma garantia de erro total do sistema instalado. Temperatura, montagem, condicionamento de sinal e calibração podem adicionar ainda mais incertezas.
Figura 8. Precisão, repetibilidade e resolução descrevem diferentes propriedades de medição.
Reserve espaço para o corpo, acessórios de montagem, saída de cabo, raio de curvatura e quaisquer recursos de proteção. Verifique a temperatura, a umidade, a exposição à limpeza, a vibração e a classificação de proteção real do sensor e suas conexões. Confirme se está disponível uma configuração elétrica compatível para o modelo selecionado; uma opção em um modelo ou versão personalizada não é padrão para toda a família.
Antes de solicitar uma recomendação ou orçamento, prepare a aplicação, direção da força, força de trabalho mínima, cargas normais e de pico, pré-carga, espaço disponível, esboço de montagem, erro de medição necessário, requisitos de ciclo ou resposta, ambiente operacional, interface de saída e quantidade esperada. Inclua quaisquer impactos ou cargas fora do eixo para que o sensor proposto possa ser verificado em relação à instalação real.
Aplique força através do recurso de carregamento pretendido e apoie o sensor conforme exigido pelo desenho. Uma placa circundante não deve tocar uma superfície que deva permanecer descarregada e uma parada brusca não deve desviar do sensor durante a medição normal. A forma do contato e a condição da superfície são importantes. Use o método de montagem e as instruções de fixação especificados em vez de um procedimento genérico de aperto de parafusos.
Figura 9. Conceito de montagem embutida por compressão FA101 baseado no catálogo.
Uma força descentralizada pode criar um momento fletor e também uma carga axial. Forças laterais, torção e tração do cabo também podem perturbar a medição ou exceder um limite mecânico. Verifique estas cargas individualmente e em combinação utilizando os limites do fabricante. Paradas de proteção ou conexões compatíveis precisam ser projetadas de modo que protejam o sensor sem alterar o caminho de medição pretendido.
Figura 10. O alinhamento e os caminhos de carga paralelos podem alterar o que o sensor mede.
Um dispositivo de fixação, mola ou fixação pode pré-carregar o sensor antes do início do teste. Inclua essa carga física ao verificar a faixa de carga permitida. Tarar ou zerar pode remover sua contribuição da leitura exibida, mas não remove a força do sensor nem restaura a capacidade já utilizada por aquela pré-carga. Investigue compensações de montagem inesperadas antes de tratá-las como uma tara normal.
Muitos sensores baseados em ponte fornecem uma saída bruta especificada em mV/V. Isto descreve a saída relativa à tensão de excitação, não uma tensão PLC pronta para uso. A eletrônica adequada fornece excitação, amplifica e filtra o sinal e o converte em uma leitura de força ou em uma saída compatível. Algumas versões de sensores incluem componentes eletrônicos; outros exigem um externo amplificador de célula de carga ou um módulo de medição de entrada em ponte.
Combine a excitação e a saída do sensor com o amplificador, módulo de ponte, PLC ou entrada de aquisição de dados (DAQ). Confirme a configuração real do modelo e as atribuições dos pinos antes de conectá-lo. Uma entrada de tensão ou corrente por si só não torna um PLC compatível com um sinal de ponte bruto.
Direcione os sinais do sensor de baixo nível longe da fiação de alimentação e de fontes de interferência fortes, quando for prático. Siga as instruções do sensor e do amplificador para blindagem e aterramento e forneça alívio de tensão para que o movimento do cabo não puxe o sensor. Confirme as atribuições dos pinos no desenho real; as cores dos fios não são um padrão universal entre fabricantes ou modelos.
Figura 11. Combine a saída bruta ou condicionada com o equipamento receptor.
Verifique a cadeia de medição montada e não apenas o sensor. Após a montagem e o aquecimento conforme especificado, estabeleça a condição de referência apropriada e inspecione a leitura zero. Aplique forças de referência conhecidas adequadas em pontos relevantes e compare os valores medidos com os requisitos de aceitação. Verifique ambas as direções de carregamento quando o aplicativo exigir.
Zerar remove um deslocamento; ele não estabelece a sensibilidade do sensor nem prova a precisão em toda a faixa. A calibração caracteriza a relação com uma referência, enquanto o ajuste altera a resposta da medição. Mantenha registros do equipamento, montagem, condições, resultados e quaisquer ajustes. Defina intervalos de nova verificação de acordo com risco, uso, estabilidade e requisitos de qualidade aplicáveis, em vez de adotar um intervalo para cada instalação.
Figura 12. Verifique o sistema instalado usando forças de referência relevantes e critérios documentados.
Sim, se o modelo específico for projetado, montado e calibrado para ambas as direções. Confirme o intervalo especificado e o método de carregamento para cada direção. Um projeto somente de compressão não deve ser usado para um teste de tração sem um arranjo explicitamente aprovado.
A sobrecarga pode causar deslocamento do zero, alteração da sensibilidade, deformação permanente ou falha. Se um evento de carga tiver excedido um limite permitido, pare de confiar na leitura até que o sensor e a instalação tenham sido avaliados. Retornar o display para zero não demonstra que o sensor permanece dentro das especificações.
Depende da saída do sensor e da entrada do PLC. Uma ponte mV/V bruta normalmente precisa de hardware de entrada de ponte compatível ou de um amplificador. Uma versão analógica ou digital condicionada pode ser conectada a uma entrada correspondente ou interface de comunicação, desde que os requisitos elétricos e de protocolo estejam de acordo.
Sensores de extensômetro podem medir forças variáveis quando o sensor, a montagem e os componentes eletrônicos atendem à resposta dinâmica necessária. Verifique a largura de banda de todo o sistema e as configurações de aquisição. Frequência natural, taxa de amostragem e largura de banda de medição utilizável são especificações diferentes e não devem ser substituídas umas pelas outras.
Inclua um desenho de montagem e os requisitos listados na lista de verificação de seleção acima. Explique quais dimensões, casos de carga, conexões de saída ou condições ambientais um modelo padrão não pode acomodar. Isso ajuda a determinar se um design padrão diferente ou uma configuração personalizada é apropriado.
